当前位置:首页 > 过温保护电路
  • 开关电源设计实例之保护电路实例详解之过温保护电路

    开关电源设计实例之保护电路实例详解之过温保护电路

    开关电源设计实例之保护电路实例详解之过温保护电路 过温保护电路 1概述(电路类别、实现主要功能描述): 该电路属于过温保护电路,但温度高于设定的保护点时,关闭模块输出,当温度恢复后自动开启模块。 2电路组成(原理图): 过温保护电路-热敏电阻 1概述(电路类别、实现主要功能描述): 本电路采用热敏电阻检测基板温度,热敏电阻阻值随基板温度变化而变化, 热敏电阻阻值的变化导致运放输入电压变化,从而实现运放的翻转控制PWM芯片的输出,进而将模块关闭。 2电路组成(原理图): 3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理,关键参数计算分析): R99热敏电阻是负温度系数热敏电阻,常温时,R99=100k,R99与R94的分压0.45V为U2运放的负输入,远低于运放的正输入2.5V(R23与R97分压),因此运放的输出是高电平,对LM5025的SS端无影响,模块正常工作。 随着基板温度升高,R99电阻阻值减小,当减小到一定值时,使得运放的负输入大于正输入时,运放输出低电平,将LM5025的SS拉低,从而关闭模块输出;温度保护点可以适当调整R94,R23,R97的阻值而相应地调整。 模块关闭输出后(过温保护),基板温度会降低,R99阻值会增大,运放的负输入会降低,为使运放的正常翻转,引入电阻R98,原理是运放输出低后,R98相当于与R97并联,将运放的基准变低,拉开运放正负输入的电压间距,从而实现温度回差。比如基板温度90℃时保护,80℃时开启。 4关键参数计算分析 4.1 运放正输入电压:VR97=Vref2=5/(1+R23/R97)=5/(1+10/10)=2.5V 4.2 运放负输入电压VR94+0.007=VR97=5*R94/(R99+R94)+0.007, 4.3 得出温度保护时热敏电阻的阻值:R99(t)=(Vref*R24/(Vref*R97/(R23+R97)-0.007))-R94 4.4 考虑容差时的计算见下表: 4.5 过温保护时,R99的值 4.6 R99-SDNT2012X104J4250HT(F)是负温度系数的热敏电阻,25°C时100k,过温保护时阻值10k左右(见上表),计算温度为: Rt=R*e(B(1/T1-1/T2)) T1=1/(ln(Rt/R)/B+1/T2)) T2:常温25°C,上式中T2=273.15+25=298.15;B:4250±3%;R:25°C时的电阻值,100k,计算出的T1值也是加了273.15后的值,因此下表中t1=T1-273.15,是摄氏度。 Rt:温度变化后的阻值,10k,9.704k,10.304k,见上表 4.7 回差 运放输出低后,电阻R98(51k)就并在R97上,将基准拉低,新的基准电压 Vref1=Vref*(R98//R97)/(R23+R98//R97)=2.28V 达到2.44V时,R99的阻值R99=Vref*R94/Vref1-R94=11.9k R99达到10.49k时,温度按下表计算 温度回差=82.6-77.3=5.3℃ 5电路的优缺点 优点: 温度保护点及温度回差很容进行调整 缺点: 温度准确度偏低 电路比采用温度开关略复杂 温度保护时反映的是热敏电阻附近的基板温度,不能反映模块的最高器件的温度,不过这可以在设计时解决,比如基板温度在90℃保护,实际板上器件最高温度已达130℃,就可以适当调整温度保护点,从而起到保护作用。 6应用的注意事项 尽量将热敏电阻放置在发热器件附近。

    时间:2018-05-15 关键词: 保护电路 开关电源 电源技术解析 过温保护电路

  • 可用于音频功放的过温保护电路设计

    可用于音频功放的过温保护电路设计

     在集成电路芯片工作的过程中,不可避免地会有功率损耗,而这些功率损耗中的绝大部分将转换成热能散出。在环境过高、短路等异常情况下,会导致芯片内部的热量不能被及时散出,从而不可避免地使芯片工作温度上升。过高的工作温度对芯片工作性能、可靠性和安全性都有很大的影响。研究表明,芯片温度每升高1℃,MOS管的驱动能力将下降约为4%,连线延迟增加5%,集成电路失效率增加一倍,因此芯片内部必须要有过温保护电路来保障芯片安全。 文中将介绍一种可用标准CMOS工艺实现的过温保护电路。在电路设计上,使用了与温度成正比的电流源(PTAT电流)和具有负温度系数的PNP管(CMOS工艺中寄生)结电压作为两路差动的感温单元。这种差动的传感方式,可以提高电路对温度变化反应的灵敏度,同时,其具有的迟滞功能,可以有效的避免热振荡对芯片的损坏。 1 架构原理分析 1.1 工作原理分析 图1为本设计的原理架构,Q1为NWELLCMOS工艺中寄生PNP三极管,其集电极是必须与地点位连接,为了利用寄生PN结导通正向导通电压的负温度特性,把Q1做二极管连接(基集也接到地),这样A点和地之间的电压VA就具有了PN结正向电压的与温度成反比的性质。由于基准电路输出的偏置电压加在M0、M1、M5的栅极上,则其所在支路上都会产生PTAT电流(Proportional to Abso-lute Temperature);在提供偏置的同时,也在电阻R0上产生了与温度成正比的电压VB即B点电压随之增大。当达到某一温度TH(设定的关断温度)后,VH≥VA、比较器Comp输出高电平,经过倒相器INV后,输出TSD为低电平;此信号作用于电路的其它模块后,使整个芯片停止工作,实现热保护功能。同时,TSD信号正反馈作用于M2栅上,开启M2,加大了电阻R0上电流,使VB更高。     在芯片被热保护,停止工作后,芯片上的温度会从TH下降,使得A点电压VA慢慢上升,B点电压VB慢慢下降。由于先前TSD的正反馈作用已经使VB升高,因此在这种状态下,要出现VA≥VB使比较器输出翻转情况就需要A点有比先前的电压VA更大的电压,相应地使得下降时翻转点对应的恢复温度TL也会比TH低。当温度低于TL后,VB≥VA,通过比较器作用后,会使TSD输出高电平,使芯片恢复工作。同时,TSD信号仍然会再次正反馈作用于M2栅上,关断M2,进一步减小了电阻R0上的电流,使VB更低。 整个工作过程中,TSD的正反馈起到了迟滞的作用。使得正常工作时,TSD输出高电平作用于电路其它模块。当温度过高时,TSD输出低电平作用于电路其它模块,使芯片停止工作,保护芯片。 1.2 温度翻转点的计算 A点的电压VA为PN结两边电压,PN结电压的表达式可写为     式中VG为带隙电压,γ和α为器件参数,A代表了那些方程推到过程中与温度无关的常量。因为Vt=kt/q,可以得到VBE随温度上升是降低的。其关于温度变化的方程为     如果忽略由温度变化引起lnT项变化对式(2)的影响,dVBE/dT可近似等于常数C0。常温下C0约为-2 mV/K。为了简化计算,则PN结关于温度的变化方程可近似线性为     B点的电压为电阻上的电压,可由欧姆定理计算得到。计算温度上升翻转点TH,当温度上升时,由前分析可知,TSD为高电平,M2截止。因此流入R0的电流只有I1一路。此状态下VB电压的表达式为     翻转点(VA=VB)时的对应方程为     计算温度下降翻转点TL当从高于TH温度下降时,由前分析可知,TSD为低电平,M2开启。因此流入电阻R的电流有I1,I2两路。此状态下VB电压的表达式为     翻转点(VA=VB)时对应方程为     式(10)即为过温保护工作时的迟滞量。 2 实际电路设计 设计的过热保护电路大体上分为3个部分,如图2所示。     启动电路:启动电路只有在刚上电的时候才会工作,当电源电压从0 V慢慢升高,同时输入信号Shut为低电平时,开关管M37就会被打开,MOS管M38也会导通,这样就会使得在M38这条支路上的电压慢慢升高。以二极管形式连接的M40的栅端也会随之升高,也为右端的M45,M43,M42提供栅极电压,从而破坏了基准电路的平衡,使之能够启动起来。当M40的栅极电压上升到M44的阈值电压时,就会将其导通,使得产生了一个有电源到地的通路,这样也就完成了启动电路的功能。 偏着电路:此部分电路的工作原理与产生PTAT电流电路的原理基本相同,输出端的电压为其它电路提供偏置。M36、M45、Q4组成的支路将在右端支路的电流取出,经过滤波、放大后又镜像回去,在M34、M42、Q1的支路上输出一个偏置电压信号。由于电流镜的工作原理,所以要求M34~M36和M42~M45均为相同的对管。另外,此电路中M33作为关断管,当Shut信号为高电平时,M33就会处于导通状态,这样这届就会将M34、M35关断,使得整个电路关断。 热敏关断保护电路:由于基准电路输出的偏置电压加到M39、M51、M52栅极上,所以在这两条支路上都会产生PTAT电流。采用M41、M47、M48、M49、M50构成的两级比较器来实现原理等效图中Comp的功能。此比较器的第一级为PMOS差动输入。 用PMOS做差动输人的作用:(1)降低了输入的噪声。正常情况下,温度不可能有很剧烈的变化,因此温度波动的频率不可能很高,所以闪烁噪声1/f将成为噪声的主要成分。由于PMOS输入可降低噪声对电路的影响;(2)PMOS输入使共模输入范围的下限降低。此电路比较器要比较是接近于PN结VBE的电压,用PMOS构成的输入端可更好的满足这种低共模输入电压的要求。比较器的第二级为共源放大器,作为比较器的第二级,其主要作用增大了输出摆幅、提高了增益和输入的分辨率,加快了高低电平的转换速率。电路中电容C0的作用:电容C0可以抑制一些干扰量在比较器通向输入端电阻风上产生的电压波动,以防止系统被扰动引起的误动作。 3 仿真测试 按照以上设计的电路。用Cadence Specture对其进行仿真,器件的模型参数采用0.35μm CMOS工艺。图3为过温保护电路的输出控制信号TSD,随温度上升和下降的曲线。电源电压取3.3 V。从仿真结果可以看出,该电路实现了良好的“温度迟滞”特性。迟滞功能有效的避免了芯片出现热振荡问题。关断温度TH160°和恢复温度TL140°。         4 结束语 文中设计的过热保护电路,利用PTAT电流来检测温度的变化,并转换成电压信号输入两级比较器进行比较,从而产生过热保护信号。比较器的迟滞效应能有效防止热振荡现象的发生。该电路对温度感应灵敏度高,非常适合集成在集成电路芯片中。

    时间:2017-11-09 关键词: 音频功放 音响电路 过温保护电路

  • 电磁炉过温保护电路原理分析

    电磁炉过温保护电路原理分析

     电磁炉过温保护电路原理 电磁炉在正常工作时,由于其IGBT处于大电流、高电压、高频率导通和截止状态而产生大量的热量,为了保证IGBT不致因温度过高而损坏,除了要采取合适的降温措施外,同时还必须有过温保护电路;另外,为了防止电磁炉在放置锅具状态下长时间干烧而损坏,甚至发生火灾事故,电磁炉中也必须设置过温保护电路。过温保护电路信号同时还是电磁炉实现保温等智能功能的反馈信号。 电磁炉的过温保护取样检测点有如下几个:在IGBT上放置感温热敏电阻,在散热片上安装热继电器触点或者感温热敏电阻,在炉台下面放置感温热敏电阻,在加热线圈盘上放置感温热敏电阻。 过温保护电路的结构形式相对单一,一般加热线圈盘上的温度检测电路的结构是:将+5V直流电源通过温度检测热敏电阻与另外一只普通的固定阻值的电阻串联后对地分压(热敏电阻可以接在电源正极端,也可以接在电源的负极端),从中间的分压点取出随温度变化的电压值并送入单片机。单片机根据此变化的电压信号与程序设定的数值变化范围进行比较,确定是否输出保护控制信号。 IGBT的温度检测电路的结构一般是:IGBT的温度检测热敏电阻一端接电源的负极(地),另一端经一只固定电阻值的电阻接+5V电压,从中间的分压点取出随温度变化的电压信号送入单片机。单片机据此电压的高低变化情况与其内部程序设定的基准数值进行比较,确定是否输出保护控制信号。 根据温度检测热敏电阻在电路中的接法的不同,过温保护分为低电位动作和高电位动作两大类:有的电磁炉过温保护是低电位动作,即感温电压下降到一定程度时,单片机即发出关机保护指令;有的电磁炉过温保护是高电位动作,即感温电压上升到一定程度时,单片机发出关机保护指令。有的电磁炉对加热线圈盘上的热敏电阻及IGBT上的热敏电阻分别采用高、低电位动作的接线形式。 富士宝IH-P205C电磁炉过温保护电路     富士宝IH-P205C电磁炉过温保护电路原理图 该电磁炉的IGBT的热敏电阻SENSOR一端接+5V电压, 另一端通过电阻R32接地,属高电位动作。当IGBT上的温度越高,则其温度检测热敏电阻的电阻值就越小,在电阻R32上的分压就越高,该电压经电阻R31送至单片机的⑦脚,单片机根据此电压的高低与其内部的程序设定值进行比较,决定是否进行关机保护。加热线圈盘热敏电阻TM一端接地,另一端经电阻R40接+5V电压,该端保护属低电平动作。加热线圈盘上的温度越高,热敏电阻的电阻值就越小,在该中点的电压分压值就越低,经电阻R41送入单片机⑥脚的电压就越低。单片机根据此电压的高低与程序设定的动作数值进行比较,作出是否发出关机指令的命令。 电网电压检测、高压检测保护电路     电网电压检测、高压检测保护电路原理 电网电压检测电路主要由D101、D102、R101、R102、R103、C101 等组成。电网电压经D101、D102 全波整流后,再通过R101、R102 分压,分压后,经R103 在C101上形成电压降,然后送至单片机IC01 的⑩脚。该输入电压与电网电压成正比,单片机以此电压为依据,与内部设定值进行比较,判断工作电压是否在其允许值范围内。若超过允许值范围,则关断IGBT 管驱动输出信号,即关机,从而起到过压或欠压保护的作用。 高压检测保护电路主要由R001、R305、R306 等组成。R001、R305、R306 串联后在IGBT 管的c 极采样,其分压值送至单片机IC01 的辊輶讹脚。单片机以此电压为依据,与内部设定值进行比较,判断IGBT 管的c 极电压是否超高。若超高,则限制IGBT 管的导通时间,令IGBT 管驱动信号的高电平变窄,IGBT 管的导通时间变短,使IGBT 管的c 极电压变低,从而起到过压保护的作用。 电压、电流浪涌保护电路     电压、电流浪涌保护电路原理 电压浪涌保护电路主要由C601、R603、R606、R609、D601、D604、R604、R018、C602 等组成。当电网中有浪涌脉冲干扰时,经C601 直接耦合,再经R606、R609 分压,D601 整流后,送至单片机IC01 的①脚,单片机关闭IGBT 管驱动信号,IGBT 管截止。其中,C602 为高频旁路电容,D604 为钳位二极管,主要作用是为了防止送至单片机的浪涌取样电压过高而烧毁单片机。 电流浪涌保护电路主要由:康铜丝JP3、运放IC601(LM358)、R010、R0ll、D603、R014 等组成(参见图2)。当电网中有电流型浪涌脉冲时,康铜丝产生较高的浪涌脉冲(相对GND 是负电压),此脉冲经R010、R011 分压,送至运放IC601 的②脚,运放的③脚为基准参考电压。 浪涌脉冲信号经反相放大器放大后,通过D603、R014也送至单片机的IC01①脚,单片机处理后,关闭IGBT管的驱动信号,IGBT 管截止。 上电延时保护电路     上电延时保护电路原理 上电保护电路主要由R601、R602、D602、R810、Q803等组成。当插上电源后,+310 V 电压经R601、R602 降压,D602 整流后,使Q803 导通,使得Q801 的基极电压为低电平,IGBT 管截止,从而保护IGBT 管。 电流检测保护及检锅电路 电流检测保护电路主要由:康铜丝JP3、运放IC601(LM358)、R012、C012、R016、C013、R017、VR1、R013、C010、C015 等组成。当电流从IGBT 管的e 极(GND)经康铜丝流回整流桥的“-”端时,在康铜丝上产生相对GND 的负电压,电压经由R012、C012、R016、IC601 构成的反相放大器放大,再经R017、VR1、R013 分压后输入单片机IC01的辊輴讹脚进行处理,输入单片机的电压与流过康铜丝的电流成正比。R016 为负反馈电阻,C012 为防自激电容,C013、C015 为高频旁路电容,C010 为滤波电容。

    时间:2017-11-09 关键词: 电磁炉 房间电器 过温保护电路

发布文章

技术子站

更多

项目外包