专利名称：一种开关电源中的可调过温保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过温保护电路，具体的说是一种可集成在开关电源控制芯片中 的可调整的过温保护电路。
背景技术：
开关电源已经广泛地使用在各个领域，为各类设备提供工作电压。现有的开关 电源技术一般包括控制芯片、驱动电路、开关电路、变压器(有的没有)、整流和滤波电 路。通常来说，控制芯片里面包含基准电路、电源管理电路、振荡电路以及各种保护电 路等等。其中保护电路一般包含有过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等。本 专利主要涉及保护电路中的过温保护，并提供一种可以集成到控制芯片中实用的电路结 构。如图1所示为过温保护电路在开关电源中的应用。开关电源在工作时，特别是在重负载条件下时，电源内部的温度会急剧的上 升。现代的开关电源都在朝着高开关频率和高功率密度的方向发展，而功率晶体管的 开关过程和磁性器件产生的损耗为开关电源中的主要热源，尤其是当它们同时封装在一 个密闭空间内的时候，温度上升的更为迅速。而高温情况会使得整个开关电源的性能 下降，降低开关电源的寿命，最坏情况下甚至还会造成整机的破坏，带来巨大的经济损 失。因此，我们在涉及开关电源的时候通常会加入过温保护电路，一旦开关电源内部的 温度超过其允许的最高温度时，将停止内部电路的供电，为整个开关电源提供自身的保 护，同时也保护了开关电源所供电的整机电路免遭破坏。而当电源内部温度下降到允许 工作的范围时，又能重新激活开关电源使之正常工作。通常来说，更多功能的加入，会使得系统更加复杂，不管芯片面积的增加还是 板上电路的增加，都会导致面积的增大和成本的增加。所以作为一个必不可少的功能电 路，怎样让其小型化、简单化而又不失精确度将是研究的重点方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调整的过温保护电路，旨在解决现有的过温保护 电路成本高、占用空间大、保护温度的精度不好控制以及温度范围不便于调节的问题。按照本发明提供的技术方案，所述开关电源中的可调过温保护电路包括第一 PNP管基极与第二 PNP管的基极相连，第一 PNP管集电极、第五PNP管发射极、第三 PNP管基极、第四PNP管基极相连；第二 PNP管基极与集电极相连，再连接第六PNP 管的发射极；第三PNP管集电极、第五PNP管的基极、第一 NPN管集电极相连；第五 PNP管集电极与地相连；第六PNP管基极、第四PNP管集电极、第二 NPN管集电极相 连；第六PNP管集电极通过第二电阻接地；第一 NPN管基极与第二 NPN管基极相连； 第一 NPN管发射极与第三NPN管的集电极、基极相连；第二 NPN管发射极与第四NPN 管的集电极、基极相连；第三NPN管发射极连接第一电阻一端，第一电阻另一端分别连 接第四NPN管发射极和可变电阻串一端，可变电阻串另一端接地；外部电源连接在第一PNP管、第二 PNP管、第三PNP管、第四PNP管的发射极端；偏置电压连接在第一NPN 管、第二 NPN管的基极端；可变电阻串用来调节翻转点的温度，可变电阻串具有多个过 温保护微调端；第六PNP管集电极与第二电阻之间的连接点为输出。所述可变电阻 串包括4个过温保护微调端，第十一电阻一端接第一过温保护微 调端，另一端接第二过温保护微调端；第二十一电阻一端接第二过温保护微调端，另一 端接第三过温保护微调端、第三十一电阻和第三十二电阻的一端；第三十一电阻和第 三十二电阻另一端相连并连接第四过温保护微调端以及第四十一电阻、第四十二电阻、 第四十三电阻、第四十四电阻的一端，第四十一电阻、第四十二电阻、第四十三电阻、 第四十四电阻另一端接地。对可变电阻串可以通过多种接法改变其阻值，其一、第二过温保护微调端、第 三过温保护微调端，第四过温保护微调端一起短接到地；其二、第三过温保护微调端， 第四过温保护微调端一起短接到地；其三、第四过温保护微调端短接到地。所述第一 PNP管基极与第二 PNP管两管对称，第三PNP管基极和第四PNP管 两管对称，第三PNP管基极和第四PNP管两管的发射极面积大于第一 PNP管基极与第二 PNP管的发射极面积，第五PNP管、第六PNP管发射极面积大于第一 PNP管基极、第 二 PNP管，第一 NPN管与第三NPN管两管的发射极面积一致，第二 NPN管与第四NPN 管两管的发射极面积一致，第一 NPN管、第三NPN管两管的发射极面积大于第二 NPN 管、第四NPN管两管的发射极面积。所述可变电阻串可以采用串联不同阻值的电阻实现，或采用混联相同阻值的电 阻实现。本发明的优点是本发明用来检测系统的温度是否在芯片正常工作范围内，当 温度超过系统正常工作时，该电路输出一个过温保护信号；当系统温度再次恢复正常工 作温度是，该电路输出一个正常的温度指示信号。该保护电路可以集成在控制芯片中， 可以用简单的电路结构，提供精确的、可调的、低成本的过温保护解决方案，以最小的 电路规模，提供可靠的保护结构，并能够通过可变电阻串进行微调。
图1为过温保护电路在开关电源中的应用图；图2为过温保护电路结构图；图3为RES可变电阻串的结构图；图4为第一实施例；图5为第二实施例；图6为第三实施例；图7为第四实施例。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图2所示，本发明所述的过温保护电路包括由P3、Ni、N3组成的第一支 路；由P4、N2、N4组成的第二支路；由PI、P2、P5、P6组成的反馈系统；限流电阻Rl和R2;可变 电阻串RES，如图3所示，用来调节翻转点的温度。VDD为外部提供的 电源，连接在PI、P2、P3、P4的发射极端；Vref为外部提供的偏置电压，连接在Ni、 N2的基极端；PAD1、PAD2、PAD3、PAD4为过温保护微调端，联接于各个电阻之间； Vout为输出电压，连接在R2与P6的集电极之间。GND为大地，与RES、P5的集电极、 R2相连。具体为第一PNP管Pl基极与第二PNP管P2的基极相连，第一PNP管Pl集电 极、第五PNP管P5发射极、第三PNP管P3基极、第四PNP管P4基极相连；第二 PNP 管P2基极与集电极相连，再连接第六PNP管P6的发射极；第三PNP管P3集电极、第 五PNP管P5的基极、第一 NPN管Nl集电极相连；第五PNP管P5集电极与地相连；第 六PNP管P6基极、第四PNP管P4集电极、第二 NPN管N2集电极相连；第六PNP管 P6集电极通过第二电阻R2接地；第一 NPN管m基极与第二 NPN管N2基极相连；第 一 NPN管Nl发射极与第三NPN管N3的集电极、基极相连；第二 NPN管N2发射极与 第四NPN管N4的集电极、基极相连。第三NPN管N3发射极连接第一电阻Rl —端，第一电阻Rl另一端分别连接第 四NPN管N4发射极和可变电阻串RES—端PADl，可变电阻串RES另一端接地；外部 电源VDD连接在第一 PNP管Pl、第二 PNP管P2、第三PNP管P3、第四PNP管P4的 发射极端；偏置电压Vref连接在第一 NPN管Ni、第二 NPN管N2的基极端。各双极型晶体管的比例关系如图2所示。图上所标的M为晶体管发射极面积与 标准模型的比值，具体为Pl M = 0.4 ； P2 M = 0.4 ； P3 M = 5 ； P4 M = 5 ； P5 M = 0.8 ； P6 M = 0.93 ； Nl M = 2.4 ； N2 M = 0.48 ； N3 M = 2.4 ； N4 M = 0.48。本发明所提供的过温保护电路可以应用于开关电源等需要过温保护的电路及设 备中，详述如下。该模块用来检测系统的温度是否在芯片正常工作范围内，当温度超过系统正常 工作时，该模块输出一个过温保护信号。当系统温度再次恢复正常工作温度时，该模块 输出一个正常的温度指示信号。其基本原理是利用第一支路和第二支路的电流大小关系随温度的变化，引发晶 体管P4集电极Va节点电压的变化，控制晶体管P6的导通和关断，产生高低电平信号。 当温度较低时，流过电阻Rl上的电流较小，Rl上压降较小，Nl禾口 N3与N2禾口 N4的 b-e电压差别较小，而Nl和N3的发射极面积远大于N2和N4的发射极面积。由双极晶 体管的电流电压关系式I。= Isexp(VbyvT)可知，此时流过第一支路的电流大于流过第二 支路的电流。因为P3和P4的发射极和基极电压都相等，为了保证第一支路的电流大于 流过第二支路的电流，Va节点电压将被抬高，晶体管P6关断，V。ut为低电平。当温度升 高时，流过电阻Rl上的电流逐渐增大，Rl上的压降增大。因此，Nl禾口 N3与N2禾口 N4 的b-e电压差增大。当温度升高到某一值时，流过Nl和N3的电流小于流过N2和N4的 电流。对Va节点放电，使Va电位很低，晶体管P6导通，节点V。ut为高电平，表明系统 的温度过高。在临界状态下，流过m和N3的电流等于流过N2和N4的电流，如果流过Ni、 N2、N3和N4的电流都为I，可以得到Vref = 2Vbe N3+IR1+2I*RES(0-1)
Vref = 2Vbe N4+2I*RES(0-2)Vbe—N3 = VTln(l/ls—N3)(0-3)Vbe—N4 = VTln(l/ls—N4)(0-4)因此，
权利要求
1.一种开关电源中的可调过温保护电路，其特征是包括第一 PNP管(Pl)基极与第二 PNP管(P2)的基极相连，第一 PNP管(Pl)集电极、 第五PNP管(P5)发射极、第三PNP管(P3)基极、第四PNP管(P4)基极相连；第二 PNP管(P2)基极与集电极相连，再连接第六PNP管(P6)的发射极；第三PNP管(P3)集电极、第五PNP管(P5)的基极、第一 NPN管(Ni)集电极相连；第五PNP管(P5)集电极与地相连；第六PNP管(P6)基极、第四PNP管(P4)集电极、第二 NPN管(N2)集电极相连； 第六PNP管(P6)集电极通过第二电阻(R2)接地；第一 NPN管(Ni)基极与第二 NPN管(N2)基极相连；第一 NPN管(Ni)发射极与 第三NPN管(N3)的集电极、基极相连；第二 NPN管(N2)发射极与第四NPN管(N4)的集电极、基极相连；第三NPN管(N3)发射极连接第一电阻(Rl) —端，第一电阻(Rl)另一端分别连接 第四NPN管(N4)发射极和可变电阻串(RES) —端(PADl)，可变电阻串(RES)另一端 接地；外部电源(VDD)连接在第一 PNP管(Pl)、第二 PNP管(P2)、第三PNP管(P3)、 第四PNP管(P4)的发射极端；偏置电压(Vref)连接在第一 NPN管(Ni)、第二 NPN管 (N2)的基极端；可变电阻串(RES)用来调节翻转点的温度，可变电阻串(RES)具有多个过温保护微 调端；第六PNP管(P6)集电极与第二电阻(R2)之间的连接点为输出(V。ut)。
2.如权利要求1所述开关电源中的可调过温保护电路，其特征是所述可变电阻串 (RES)包括4个过温保护微调端(PAD 1、PAD2、PAD3、PAD4),第—^一电阻(Rll) — 端接第一过温保护微调端(PADl)，另一端接第二过温保护微调端(PAD2)；第二十一电 阻(R21) —端接第二过温保护微调端(PAD2)，另一端接第三过温保护微调端(PAD3)、 第三十一电阻(R31)和第三十二电阻(R32)的一端；第三十一电阻(R31)和第三十二电 阻(R32)另一端相连并连接第四过温保护微调端(PAD4)以及第四十一电阻(R41)、第 四十二电阻(R42)、第四十三电阻(R43)、第四十四电阻(R44)的一端，第四十一电阻 (R41)、第四十二电阻(R42)、第四十三电阻(R43)、第四十四电阻(R44)另一端接地。
3.如权利要求2所述开关电源中的可调过温保护电路，其特征是第二过温保护微调端 (PAD2)、第三过温保护微调端(PAD3)，第四过温保护微调端(PAD4) —起短接到地。
4.如权利要求2所述开关电源中的可调过温保护电路，其特征是第三过温保护微调端 (PAD3),第四过温保护微调端(PAD4) —起短接到地。
5.如权利要求2所述开关电源中的可调过温保护电路，其特征是第四过温保护微调端 (PAD4)短接到地。
6.如权利要求1所述开关电源中的可调过温保护电路，其特征是所述第一PNP管 (Pl)基极与第二 PNP管(P2)两管对称，第三PNP管(P3)基极和第四PNP管(P4)两 管对称，第三PNP管(P3)基极和第四PNP管(P4)两管的发射极面积大于第一 PNP管 (Pl)基极与第二 PNP管(P2)的发射极面积，第五PNP管(P5)、第六PNP管(P6)发射 极面积大于第一 PNP管(Pl)基极、第二 PNP管(P2)，第一 NPN管(Ni)与第三NPN管(N3)两管的发射极面积一致，第二 NPN管(N2)与第四NPN管(N4)两管的发射极面积 一致，第一 NPN管(Ni)、第三NPN管(N3)两管的发射极面积大于第二 NPN管(N2)、 第四NPN管(N4)两管的发射极面积。
7.如权利要求1所述开关电源中的可调过温保护电路，其特征是所述可变电阻串 (RES)采用串联不同阻值的电阻实现，或采用混联相同阻值的电阻实现。
全文摘要
本发明提供一种开关电源中可调整的过温保护电路，旨在解决现有的过温保护电路成本高、占用空间大、保护温度的精度不好控制以及温度范围不便于调节的问题。本发明用来检测系统的温度是否在芯片正常工作范围内，当温度超过系统正常工作时，该模块输出一个过温保护信号。当系统温度再次恢复正常工作温度是，该模块输出一个正常的温度指示信号。该保护电路可以集成在控制芯片中，以最小的电路规模，提供可靠的保护结构，并能够通过可变电阻串进行微调。
文档编号H02H7/10GK102013669SQ20101055495
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者吴旭, 张又丹, 易峰, 黄嵩人 申请人:中国电子科技集团公司第五十八研究所