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CN111934281B - 电子设备超温保护电路、电子设备及超温保护控制方法 - Google Patents

电子设备超温保护电路、电子设备及超温保护控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子设备的温度监控技术，其公开了一种电子设备超温保护电路，解决传统技术中非正常应用场景下的超温保护手段存在的设计难度高、成本高和及时性低的问题。该电路包括：串联在电子设备供电电源输出端，用于获取电压采样信号的采样电路；用于对电压采样信号进行放大处理的放大电路；用于根据放大电路输出信号的大小而输出不同的值的选择电路；用于根据选择电路的输出值确定延时时间，在延时时间到来时输出超温保护信号的延时电路；所述采样电路、放大电路、选择电路和延时电路顺次连接。此外，本发明还公开了一种包含上述超温保护电路的电子设备及超温保护控制方法。

Description

电子设备超温保护电路、电子设备及超温保护控制方法
技术领域
本发明涉及电子设备的温度监控技术，特别涉及一种电子设备超温保护电路、电子设备及超温保护控制方法。
背景技术
随着电子产品应用场景复杂化，业务模式多变化，对电子产品的可靠性要求也越来越高。但电子产品本身设计时通常考虑的是正常应用场景，出于对成本及其他因素的考虑，不会为了调试及特殊验证这些非正常应用场景下的使用而去做专门的针对性设计。目前因调试及特殊场景验证(如：设备启动某个阶段时，取下芯片散热器测试电路板上的信号)带来的主要问题是超温。
为解决非正常应用场景下的超温问题，目前行业内最常见的方法有：
(1)通过设置温度传感器采集被测位置的温度，通过模数转换器件，将温度传感器的模拟信号转换成数字信号，再通过逻辑器件转换成温度，根据预设的门限判断是否超出芯片正常工作温度范围，最后根据预设的保护动作执行相关行为。
此方法需要提前为逻辑器件、模数转换器件上电，而为了不影响原电路板的上电顺序，需要新增加电源，造成设计难度及成本的增加。
(2)与第一种方法类似，但并不会提前为逻辑器件和模数转换器件上电，只有在设备正常工作时段，才具有监控管理功能，此方法在调试或设备未启动完成时不能保护设备，极大可能造成设备的损坏，可靠性低。
(3)通过监测热敏电阻的阻值变化来替代温度传感器的功能，但其依然需要逻辑器件处理，同样需要新增电源造成设计难度高和成本增加的问题。
此外，上述方案中还均存在需要通过软件命令读取检测结果，再进行门限值比较，最后下达保护命令而造成的及时性低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种电子设备超温保护电路、电子设备及超温保护控制方法，解决传统技术中非正常应用场景下的超温保护手段存在的设计难度高、成本高和及时性低的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一方面，本发明提供了一种电子设备超温保护电路，包括：
串联在电子设备供电电源输出端，用于获取电压采样信号的采样电路；
用于对电压采样信号进行放大处理的放大电路；
用于根据放大电路输出信号的大小而输出不同的值的选择电路；
用于根据选择电路的输出值确定延时时间，在延时时间到来时输出超温保护信号的延时电路；
所述采样电路、放大电路、选择电路和延时电路顺次连接。
作为进一步优化，所述采样电路采用第一电阻，所述第一电阻串联在电子设备供电电源输出端与负载之间。
作为进一步优化，所述放大电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器；所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第三电阻连接第一电阻的一端，并通过所述第四电阻接地；所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第二电阻连接第一电阻的另一端，并通过第五电阻连接第一运算放大器的输出端。
作为进一步优化，所述选择电路包括一个或多个比较电路，所述多个比较电路并联。
作为进一步优化，所述选择电路由两个比较电路并联组成，包括第二运算放大器、第三运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；所述第二运算放大器的同相输入端通过第七电阻连接第一参考电压，反向输入端连接第一运算放大器的输出端；所述第三运算放大器的同相输入端连接第二参考电压，反向输入端连接第一运算放大器的输出端；所述第二运算放大器和第三运算放大器的输出端分别通过第九电阻和第八电阻连接正向电压。
作为进一步优化，所述延时电路包括延时芯片，所述延时芯片的两个输入端分别连接第二运算放大器和第三运算放大器的输出端；所述延时芯片的输出端连接电子设备供电电源。
作为进一步优化，所述电子设备超温保护电路还包括告警模块，所述延时芯片的输出端还连接告警模块。
第二方面，本发明还提供了一种电子设备，其包括上述第一方面所述的电子设备超温保护电路。
第三方面，本发明还提供了一种超温保护控制方法，应用于上述第一方面所述的电子设备中，其包括：
实时检测电子设备供电电源的输出电流；
判断当前输出电流的持续时间是否超过负载在当前输出电流下承受的极限时间；
若是，则控制电子设备供电电源关闭。
作为进一步优化，该方法还包括：在控制电子设备供电电源关闭的同时，进行告警提示。
本发明的有益效果是：
(1)基于上述保护电路的设计，可以直接检测电子设备供电电源的负载电流，以负载在当前电流下承受的极限时间来作为判断超温的依据，当达到极限时间时采取保护动作；由于该电路可以直接输出硬件信号作为超温保护依据，相对于传统技术通过软件读取传感器结果并进行比较判断的方式，提高了保护的执行效率，从而提高了及时性；
(2)此保护电路由一些简单的电阻、放大器和延时器件组成，不需要采用数模转换器、逻辑器件等成本高昂的器件，因此实现成本低，而由于电路结构简单，也降低了设计难度；能够应用于非正常应用场景下的超温保护，而在正式产品中，该该电路中除了用于采样的电阻以外均可以不上件，不影响正常使用，从而达到极致成本的目的。
附图说明
图1为本发明实施例中的超温保护电路结构图；
图2为采样电路的结构示意图；
图3为放大电路的结构示意图；
图4为选择电路的结构示意图；
图5为延时电路的结构示意图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种电子设备超温保护电路、电子设备及超温保护控制方法，解决传统技术中非正常应用场景下的超温保护手段存在的设计难度高、成本高和及时性低的问题。
该电路由采样电路、放大电路、选择电路和延时电路几部分构成，其中，采样电路串联在电子设备供电电源输出端，用于获取电压采样信号；放大电路用于对电压采样信号进行放大处理；选择电路用于根据放大电路输出信号的大小而输出不同的值；延时电路用于根据选择电路的输出值确定延时时间，在延时时间到来时输出超温保护信号。本发明并非直接测量负载的温度，而是以负载在当前电流下承受的极限时间来作为判断超温的依据，该极限时间作为延时时间，当达到延时时间时直接输出硬件信号以采取保护动作。
实施例：
本实施例中的超温保护电路包括顺次相连的采样电路、放大电路、选择电路和延时电路；下面对各个部分作具体介绍：
1、采样电路：
本实施例中的采样电路采用第一电阻R1,其串联在供电电源输出端Power和应用IC(本实施例的负载)之间，如图2所示，因此电源输出会先经过第一电阻R1再到应用IC；第一电阻R1上的电流大小就反映了电源输出电流大小，我们通过采样其两端的电压可以得知该电流大小。作为优选，第一电阻R1采用一颗粒精度较高且电阻值较小的电阻。精度高主是为了保证获取R1两端的电压值是准确的，电阻值小是为保证不影响正常的供电系统。同时，因为电阻值较小，R1两端获取的电压值也会很小，出于对信号应用的准确性考虑，需要在R1后连接一个放大电路。
2、放大电路：
参见图3，本实施例中的放大电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一运算放大器U1_A；所述第一运算放大器U1_A的同相输入端通过所述第三电阻R3连接第一电阻R1的一端IN_1,并通过所述第四电阻R4接地；所述第一运算放大器U1_A的反相输入端通过所述第二电阻R2连接第一电阻R1的另一端IN_2，并通过第五电阻R5连接第一运算放大器U1_A的输出端OUT_1。
作为优选，在设计此放大电路时，为保证高精度输出，需要保证
Figure GDA0003582487190000041
假设第一电阻R1两端采集的电压为VPN，可计算得到OUT_1处的输出电压为Vout_1：
Figure GDA0003582487190000042
Figure GDA0003582487190000043
3、选择电路：
选择电路是用于根据放大电路放大后的电压信号与参考电压的比较来输出不同的值，从而作为确定延时时间的依据，其本质是一种比较器，出于提高超温保护触发精度的考虑，可以采用多个比较器并联，比较器个数越多，精度越高。因此，可以根据实际应用情况决定比较器的个数。本实施例中采用两个比较器并联构成选择电路，如图4所示，选择电路包括第二运算放大器U1_B、第三运算放大器U1_C、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9；所述第二运算放大器U1_B的同相输入端通过第七电阻R7连接第一参考电压Vref1，反向输入端IN_3连接第一运算放大器U1_A的输出端OUT_1；所述第三运算放大器U1_C的同相输入端连接第二参考电压Vref2，反向输入端IN_3连接第一运算放大器U1_A的输出端OUT_1；所述第二运算放大器U1_B和第三运算放大器U1_C的输出端OUT_2和OUT_3分别通过第九电阻R9和第八电阻R8连接正向电压VCC。
上述选择电路中，同相端的参考电压Vref1和Vref2可以由VCC分压等方式实现，此处Vref2大于Vref1，它们的具体值与R1上的电压(反映应用IC的电流)以及采样放大器输出的放大倍数有关。该选择电路可以实现针对第一电阻R1不同的采样电压输出不同的电平信号：
当放大器输出Vout_1＜Vref1时，OUT_2和OUT_3均输出高电平；当放大器输出Vout_1＜Vref2且Vout_1＞Vref1时，OUT_2输出低电平，OUT_3输出高电平；当放大器输出Vout_1＞Vref2时，OUT_2和OUT_3均输出低电平。
4、延时电路：
延时电路是用于根据选择电路的输出值确定延时时间，在延时时间到来时输出超温保护信号。其可以由分立元件构成RC延时电路或采用集成类的延时器件。本实施例采用EC304器件作为延时电路，如图5所示，其两个输入信号IN_4、IN_5分别接入选择电路的输出端OUT_2和OUT_3；输出OUT_4可以连接到电源芯片作为关电保护机制，还可以连接到告警装置(如：LED)作为告警信号。
在具体应用时，我们可以根据对应用IC的保护要求来设置其在相应电流大小下的极限时间作为延时时间，而EC304器件的延时时间由IN_4、IN_5决定，当IN_4、IN_5均为高电平时，表明Vout_1＜Vref1，即第一电阻R1上的电压小于一个较小值，此时延时时间可以长一些；当IN_4为高电平、IN_5为低电平时，表明Vout_1＜Vref2且Vout_1＞Vref1，即第一电阻R1上的电压介于较小值与较大值之间的中间值，此时延时时间相对短一些；当IN_4、IN_5均为低电平时，表明Vout_1＞Vref2，即第一电阻R1上的电压大于较大值，此时延时时间应当最短(直接为0)，以避免损坏负载。当延时器溢出时，OUT_4将从高电平跳变到低电平，从而触发关电保护或者告警。由此，我们实现了针对R1上不同的电压(反映应用IC的电流)大小采用不同的延时保护策略。
本实施例中根据上述各个电路部分实现的超温保护电路结构如图1所示。其将高精度电阻直接耦合到电源电路中，高精度电阻两端的电压取决于流过的电流，通过获取电阻两端的电压并放大，放大后的信号送到后级的选择电路，后级的选择电路是由运算放器构成的比较器并联而成，选择电路会根据高精度电阻上获取电压大小输出不同的值，最终选择电路的信号会输出到EC304进行延时选择，EC304延时完成后会送出标志信号，可通过此信号关闭相关电源，起到保护后级芯片的作用。
此外，本实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述超温保护电路，可以理解的是，此处的电子设备可以为当前各种形式的电子产品，尤其是大功率或者易超温的电子产品，在电子产品中应用本实施例中的超温保护电路能够在低成本、低设计难度的情况下，解决超温保护的问题，特别是对于研发过程中的调试或特殊验证等非正常使用场景而言，非常适用。
最后，本实施例还提供了一种超温保护控制方法，应用于上述电子设备中，其包括：
实时检测电子设备供电电源的输出电流；
判断当前输出电流的持续时间是否超过负载在当前输出电流下承受的极限时间；
若是，则控制电子设备供电电源关闭，同时还可以进行告警提示。
可以理解的是，上述超温保护控制方法中的各个步骤在本实施例中均是通过硬件方案实现的，比如：输出电流的检测是由串接在电子设备供电电源后的高精度电阻来采样的，负载在对应输出电流的承受的极限时间是通过选择电路根据输出电流(对应电压)的大小信号来选择的，在超温时对供电电源的控制上是通过延时电路的输出信号跳变来控制的。

Claims (6)

1.电子设备超温保护电路，其特征在于，包括：
串联在电子设备供电电源输出端，用于获取电压采样信号的采样电路；
用于对电压采样信号进行放大处理的放大电路；
用于根据放大电路输出信号的大小而输出不同的值的选择电路；
用于根据选择电路的输出值确定延时时间，在延时时间到来时输出超温保护信号的延时电路；
所述采样电路、放大电路、选择电路和延时电路顺次连接；
所述放大电路包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第一运算放大器(U1_A)；所述第一运算放大器(U1_A)的同相输入端通过所述第三电阻(R3)连接采样电路中的第一电阻(R1)的一端，并通过所述第四电阻(R4)接地；所述第一运算放大器(U1_A)的反相输入端通过所述第二电阻(R2)连接第一电阻(R1)的另一端，并通过第五电阻(R5)连接第一运算放大器(U1_A)的输出端；
所述选择电路由两个比较电路并联组成，包括第二运算放大器(U1_B)、第三运算放大器(U1_C)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第九电阻(R9)；所述第二运算放大器(U1_B)的同相输入端通过第七电阻(R7)连接第一参考电压(Vref1)，反向输入端连接第一运算放大器(U1_A)的输出端；所述第三运算放大器(U1_C)的同相输入端连接第二参考电压(Vref2)，反向输入端连接第一运算放大器(U1_A)的输出端；所述第二运算放大器(U1_B)和第三运算放大器(U1_C)的输出端分别通过第九电阻(R9)和第八电阻(R8)连接正向电压(VCC)；
所述延时电路包括延时芯片(U2)，所述延时芯片(U2)的两个输入端分别连接第二运算放大器(U1_B)和第三运算放大器(U1_C)的输出端；所述延时芯片(U2)的输出端连接电子设备供电电源。
2.如权利要求1所述的电子设备超温保护电路，其特征在于，所述采样电路采用第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)串联在电子设备供电电源输出端与负载之间。
3.如权利要求1所述的电子设备超温保护电路，其特征在于，还包括告警模块，所述延时芯片(U2)的输出端还连接告警模块。
4.电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-3任意一项所述的电子设备超温保护电路。
5.超温保护控制方法，其特征在于，应用于如权利要求4所述的电子设备，包括：
实时检测电子设备供电电源的输出电流；
判断当前输出电流的持续时间是否超过负载在当前输出电流下承受的极限时间；
若是，则控制电子设备供电电源关闭。
6.如权利要求5所述的超温保护控制方法，其特征在于，还包括：
在控制电子设备供电电源关闭的同时，进行告警提示。
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