高温保护系统的制作方法

本发明描述了一种高温保护系统，尤其涉及一种用于调整马达线圈转速的高温保护系统。

背景技术：

随着科技日新月异，各种高性能的电子产品也被广泛应用。现今的电子产品除了要求高处理速度、低反应时间、以及高规格的处理器之外，更要求具备可携性及微型化的体积，以让使用者能随时随地以高效率的方式使用产品。例如苹果手机(i-phone)的iphone5s规格使用了a7处理器，而iphone6plus规格使用了更高阶的a8处理器，或是家用型计算机的中央处理器也从core^tmi5演化至core^tmi7等级。随着电子产品内处理器的时钟频率增加，其所消耗的功率及所产生的温度也随之上升。因此，许多散热风扇、水冷系统、散热胶及散热片的散热质量也被使用者日益重视。在这些散热机制中，水冷系统的散热效果最佳，但存在体积大、价格而贵、且高噪声的缺点。散热胶及散热片的体积最小，但仅使用了热导较佳的介质将热量传出至空气，故散热效果有限。因此，目前大多数的电子产品，其散热方式仍以散热风扇为主流。

一般电子产品配合散热风扇在使用时，散热风扇所对应的集成电路(ic)中具有检测温度模块。当检测温度模块检测出集成电路内存在异常高温时(异常高温发生的原因可能为风扇转速过快或是集成电路内的pn-junction的热能散逸不良)，检测温度模块随即停止散热风扇运转，以保护散热风扇内的电路。然而，在风扇停止运转期间亦失去了其散热功能，可能会导致需要被散热的元件(例如cpu)因过热而损坏。

技术实现要素：

本发明一实施例提出一种高温保护系统，包含温度感控电路、脉冲调制信号输出电路、驱动电路及线圈模块。温度感控电路用以检测温度，并输出对应的至少一个控制信号。脉冲调制信号输出电路耦接于温度感控电路，用以根据至少一个控制信号产生脉冲调制信号。驱动电路耦接于脉冲调制信号输出电路，用以根据脉冲调制信号产生至少一个驱动电压。线圈模块耦接于驱动电路，并根据至少一个驱动电压运转。而脉冲调制信号输出电路通过温度感控电路，根据温度的测量结果产生脉冲调制信号以保护线圈模块。

附图说明

图1为本发明的高温保护系统的第一实施例的电路架构图。

图2为本发明的高温保护系统的第二实施例的电路架构图。

【符号说明】

100及200高温保护系统

vcc、vt1、vt2、vref1、vref2、v0、vg电压

及vpwm

r1至r8电阻

a及b节点

s1及s2控制信号

otp、dpwm、pwm脉冲调制信号

ts温度传感器

cmp1、cmp2及cmp3比较器

mux多工器

10温度感控电路

11脉冲调制信号输出电路

12驱动电路

13线圈模块

cs比较信号

add加法器

amp放大器

sw1及sw2开关

具体实施方式

图1为本发明的高温保护系统100的电路架构图。高温保护系统100包含温度感控电路10、脉冲调制信号输出电路11、驱动电路12以及线圈模块13。温度感控电路10用以检测高温保护系统100内部电路(例如集成电路)的温度，并输出对应的至少一个控制信号。脉冲调制信号输出电路11耦接于温度感控电路10，用以根据至少一个控制信号产生脉冲调制信号pwm。驱动电路12耦接于脉冲调制信号输出电路11，用以根据脉冲调制信号pwm产生至少一个驱动电压。线圈模块13耦接于驱动电路12，并根据至少一个驱动电压运转。在高温保护系统100中，温度感控电路10包含电阻r1、电阻r2、温度传感器ts、比较器cmp1以及比较器cmp2。电阻r1包含用以接收高电压vcc的第一端，以及第二端。电阻r2包含耦接于电阻r1的第二端的第一端，以及第二端。换句话说，电阻r1及电阻r2可用串联形式耦接。温度传感器ts包含耦接于电阻r2的第二端的第一端，以及耦接于接地端的第二端。本实施例中的温度传感器ts可为任何种类的温度传感器，例如热敏电阻。比较器cmp1包含耦接于电阻r2的第一端的第一输入端，用以接收参考电压vref1的第二输入端，以及用以输出控制信号s1至脉冲调制信号输出电路11的输出端。比较器cmp2包含耦接于电阻r2的第二端的第一输入端，用以接收参考电压vref2的第二输入端，以及用以输出控制信号s2至脉冲调制信号输出电路11的输出端。在本实施例中，参考电压vref1及参考电压vref2可为使用者自定的两电压，也可为系统预设的两电压。温度感控电路10的运作模式描述于下。温度传感器ts会依据温度变化改变节点a及节点b的电压。在本实施例中，节点a的电压为vt1，节点b的电压为vt2。电压vt1以及电压vt2可视为高电压vcc的分压，并随着温度变化而改变电压大小。举例而言，当温度越高时，电压vt1以及电压vt2也随之上升。而电压vt1会通过比较器cmp1与参考电压vref1进行比较，若电压vt1大于参考电压vref1，比较器cmp1会输出第一电压电平的控制信号s1。若电压vt1小于参考电压vref1，比较器cmp1输出第二电压电平的控制信号s1。若电压vt2大于参考电压vref2，比较器cmp2输出第一电压电平的控制信号s2。若电压vt2小于参考电压vref2，比较器cmp2输出第二电压电平的控制信号s2。而控制信号s1及控制信号s2会被脉冲调制信号输出电路11接收。

在高温保护系统100中，脉冲调制信号输出电路11包含多工器mux。多工器mux包含用以接收第一信号otp的第一输入端，用以接收第二信号dpwm的第二输入端，耦接于比较器cmp1的输出端且用以接收控制信号s1的第一控制端，耦接于比较器cmp2的输出端且用以接收控制信号s2的第二控制端，以及用以输出脉冲调制信号pwm至驱动电路12的输出端。在本实施例中，第一信号otp可为使用者自订的异常高温保护脉冲调制信号，而第二信号dpwm可为系统预设的脉冲调制信号，控制信号s1可为控制多工器mux于致能状态或关闭状态的控制信号，而控制信号s2可为控制多工器mux选择不同输出模式的控制信号。脉冲调制信号输出电路11的运作模式描述于下。当多工器mux接收到第二电压电平的控制信号s1时(vt1<vref1)，多工器mux维持致能状态，此时，若多工器mux接收到第二电压电平的控制信号s2(vt2<vref2)时，多工器mux会选择系统预设的脉冲调制信号(第二信号dpwm)做为脉冲调制信号pwm输出，若多工器mux接收到第一电压电平的控制信号s2(vt2>vref2)时，多工器mux会选择使用者自订的异常高温保护脉冲调制信号(第一信号otp)做为脉冲调制信号pwm输出。若多工器mux接收到第一电压电平的控制信号s1(vt1>vref1)时，多工器mux将会被除能，因此，脉冲调制信号pwm将视为一个低电压的非时变信号。驱动电路12接收到不同的脉冲调制信号pwm后，会产生对应的驱动电压至线圈模块13。特此说明，驱动电路12所产生的驱动电压可为任何形式的驱动电压，例如非差动型(non-differential)驱动电压或是差动型(differential)驱动电压，或当线圈模块13为桥式线圈模块时，驱动电路12可产生多个对应于线圈模块13端点的驱动电压。而高温保护系统100如何进行高温保护的原理详述于下。

当高温保护系统100内的温度感控电路10所检测的温度为正常的操作温度时，对应的电压vt1以及电压vt2会满足vt1<vref1以及vt2<vref2的关系。因此，比较器cmp1输出的控制信号s1具有第二电压电平，比较器cmp2输出的控制信号s2具有第二电压电平。因此，多工器mux会维持致能状态，且多工器mux会选择系统预设的脉冲调制信号(第二信号dpwm)当成脉冲调制信号pwm输出，故线圈模块13会以较大的工作周期(dutycycle)甚至全速运转。当高温保护系统100内的温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，对应的电压vt1以及电压vt2会满足vt1<vref1以及vt2>vref2的关系。因此，比较器cmp1输出的控制信号s1具有第二电压电平，比较器cmp2输出的控制信号s2具有第一电压电平。因此，多工器mux仍会维持致能状态，且多工器mux会选择使用者自订的异常高温保护脉冲调制信号(第一信号otp)当成脉冲调制信号pwm输出，故线圈模块13会以较小的使用者自订的工作周期运转。当高温保护系统100内的温度感控电路10所检测的温度为极高的操作温度时，对应的电压vt1以及电压vt2会满足vt1>vref1以及vt2>vref2的关系。此时，由于比较器cmp1输出的控制信号s1具有第一电压电平，多工器mux会被除能。在此情况下，脉冲调制信号pwm可视为一个低电压的非时变信号，故线圈模块13会停止运转。因此，在高温保护系统100中，当温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，只要在电路元件可忍受的情况下，线圈模块13仍会以使用者自订的工作周期运转。换句话说，考虑线圈模块13为无刷风扇的线圈模块时，高温保护系统100仍具备散热功能。

简言之，高电压保护系统100具有下列几种操作模式：(a)当检测温度为正常的操作温度时，线圈模块13会以较大的固定工作周期甚至全速运转。(b)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块13以使用者自定的较小工作周期运转。(c)当检测温度为极高的操作温度时，线圈模块13会停止运转，以避免高电压保护系统100烧毁。

图2为本发明的高温保护系统200的电路架构图。高温保护系统200包含温度感控电路10、脉冲调制信号输出电路11、驱动电路12以及线圈模块13。温度感控电路10用以检测高温保护系统200内部电路(例如集成电路)的温度，并输出对应的至少一个控制信号。脉冲调制信号输出电路11耦接于温度感控电路10，用以根据至少一个控制信号产生脉冲调制信号pwm。驱动电路12耦接于脉冲调制信号输出电路11，用以根据脉冲调制信号pwm产生至少一个驱动电压。线圈模块13耦接于驱动电路12，并根据至少一个驱动电压运转。在高温保护系统200中，温度感控电路10包含电阻r1、电阻r2、温度传感器ts、比较器cmp1、比较器cmp2、放大器amp、电阻r3、电阻r4及开关sw1。然而，电阻r1、电阻r2、温度传感器ts、比较器cmp1及比较器cmp2的电路结构和功能相同于高温保护系统100内的温度感控电路10，故在此将不再赘述。放大器amp包含第一输入端，耦接于温度传感器ts的第一端(节点b)的第二输入端，及用以输出增益电压vg的输出端。电阻r3包含耦接于放大器amp的第一输入端的第一端，及耦接于放大器amp的输出端的第二端。电阻r4包含耦接于接地端的第一端，及耦接于第三电阻r3的第一端的第二端。开关sw1包含耦接于比较器cmp2的输出端并用以接收控制信号s2的控制端，耦接于放大器amp的输出端的第一端，及当开关sw1为导通状态时，用以输出增益电压vg至脉冲调制信号输出电路11的第二端。温度感控电路10的运作模式描述于下。若节点a的电压vt1大于参考电压vref1，比较器cmp1输出第一电压电平的控制信号s1。若电压vt1小于参考电压vref1，比较器cmp1输出第二电压电平的控制信号s1。而控制信号s1会被脉冲调制信号输出电路11接收。若节点b的电压vt2大于参考电压vref2，比较器cmp2输出第一电压电平的控制信号s2，以使开关sw1为导通状态。若电压vt2小于参考电压vref2，比较器cmp2输出第二电压电平的控制信号s2，以使开关sw1为截止状态。而放大器amp输出的增益电压vg与节点b的电压vt2有关，例如vg＝αvt2，其中增益系数α与电阻r3及电阻r4的电阻值有关。在本实施例中，电阻r3及电阻r4的电阻值可为使用者自订的电阻值。换句话说，放大器amp输出的增益电压vg与节点b的电压vt2的增益比例关系可为使用者自定义。当开关sw1为导通状态时，增益电压vg会通过开关sw1输入至脉冲调制信号输出电路11。反之，当开关sw1为截止状态时，开关sw1的第二端为浮接状态，增益电压vg将不会被输入至脉冲调制信号输出电路11。

在高温保护系统200中，脉冲调制信号输出电路11包含电阻r5、电阻r6、加法器add、电阻r7、电阻r8、比较器cmp3以及开关sw2。电阻r5包含耦接于开关sw1的第二端的第一端，及第二端。电阻r6包含用以接收直流电压vpwm的第一端，及耦接于电阻r5的第二端的第二端。加法器add包含耦接于电阻r6的第二端的第一输入端，第二输入端，以及用以产生迭加电压v0的输出端。电阻r7包含耦接于加法器add的第二输入端的第一端，以及耦接于接地端的第二端。电阻r8包含耦接于电阻r7的第一端的第一端，以及耦接于加法器add的输出端的第二端。比较器cmp3包含耦接于加法器add的输出端并用以接收迭加电压v0的第一输入端，用以接收锯齿波信号vsaw的第二输入端，以及用以输出比较信号cs的输出端。开关sw2包含耦接于比较器cmp1的输出端并用以接收控制信号s1的控制端，耦接于比较器cmp3的输出端的第一端，以及用以当开关sw2为导通状态时，输出脉冲调制信号pwm至驱动电路12的第二端。脉冲调制信号输出电路11的运作模式描述于下。当开关sw2接收到第二电压电平的控制信号s1时(vt1<vref1)，开关sw2维持导通状态，此时，若在温度感控电路10内的开关sw1为截止状态(条件为vt2<vref2)，迭加电压v0仅与直流电压vpwm有关，可为直流电压vpwm根据一个增益产生。而迭加电压v0通过比较器cmp3与锯齿波信号vsaw比较后，会产生一个固定脉冲宽度的比较信号cs，而比较信号cs会通过开关sw2变为脉冲调制信号pwm，而输入至驱动电路12。当开关sw2接收到第二电压电平的控制信号s1时(vt1<vref1)，开关sw2维持导通状态，此时，若温度感控电路10内的开关sw1为导通状态(条件为vt2>vref2)，迭加电压v0则为增益电压vg与直流电压vpwm依据一个线性关系产生。举例而言，当考虑加法器add为非反向式加法器时，迭加电压v0可表示为v0＝w*(β*vg+γ*vpwm)，其中常数w可为(r7+r8)/r7的阻抗比率，常数β可为r6/(r5+r6)的阻抗比率，且常数γ可为r5/(r5+r6)阻抗比率。换句话说，当节点b的电压vt2变大时，增益电压vg也会随之变大，迭加电压v0也会随之变大，且其递增数值符合线性关系。由于迭加电压v0随后会与锯齿波信号vsaw通过比较器cmp3而输出。锯齿波信号vsaw为固定的信号。因此，当迭加电压v0增加时，大于锯齿波信号vsaw电压的时间区间也随之降低。因此，比较器cmp3的输出具有脉冲调制信号特征的比较信号cs中，其脉冲宽度也随之降低。随后，比较信号cs将通过开关sw2而变为脉冲调制信号pwm，而输入至驱动电路12。另一种情况，当开关sw2接收到第一电压电平的控制信号s1时(vt1>vref1)，开关sw2会被截止。在此情况下，脉冲调制信号pwm可视为一个低电压的非时变信号。当驱动电路12接收到不同的脉冲调制信号pwm后，会产生对应的驱动电压至线圈模块13。特此说明，驱动电路12所产生的驱动电压可为任何形式的驱动电压，例如非差动型(non-differential)驱动电压或是差动型(differential)驱动电压，或当线圈模块13为桥式线圈模块时，驱动电路12可产生多个对应于线圈模块13端点的驱动电压。而高温保护系统200如何进行高温保护的原理详述于下。

当高温保护系统200内的温度感控电路10所检测的温度为正常的操作温度时，对应的电压vt1以及电压vt2会满足vt1<vref1以及vt2<vref2的关系。因此，比较器cmp1输出的控制信号s1具有第二电压电平，比较器cmp2输出的控制信号s2具有第二电压电平。因此，开关sw1会进入截止状态，开关sw2会进入导通状态。加法器add输出的迭加电压v0仅会与直流电压vpwm有关，脉冲调制信号pwm为固定脉冲宽度的比较信号cs，故线圈模块13会以较大的工作周期(dutycycle)甚至全速运转。当高温保护系统200内的温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，对应的电压vt1以及电压vt2会满足vt1<vref1以及vt2>vref2的关系。因此，比较器cmp1输出的控制信号s1具有第二电压电平，比较器cmp2输出的控制信号s2具有第一电压电平。因此，开关sw1会进入导通状态，开关sw2会进入导通状态。加法器add输出的迭加电压v0会与增益电压vg及直流电压vpwm呈现线性关系。而迭加电压v0增加时，比较器cmp3的输出具有脉冲调制信号特征的比较信号cs中，其脉冲宽度也随之降低。因此，在此情况下，当温度感控电路10所检测的温度的测量数值越高时，输入至驱动电路12的脉冲调制信号pwm的脉冲宽度会线性地变小。换句话说，当温度越高时，线圈模块13会依据温度的测量数值的比例而降低工作周期。当高温保护系统200内的温度感控电路10所检测的温度为极高的操作温度时，对应的电压vt1以及电压vt2会满足vt1>vref1以及vt2>vref2的关系。此时，由于比较器cmp1输出的控制信号s1具有第一电压电平，开关sw2会进入截止状态。在此情况下，脉冲调制信号pwm可视为一个低电压的非时变信号，故线圈模块13会停止运转。因此，在高温保护系统200中，当温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，只要在电路元件可忍受的情况下，线圈模块13仍会运转，例如依据温度的测量数值的比例降低工作周期。换句话说，考虑线圈模块13为无刷风扇的线圈模块时，当温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，高温保护系统200仍具备散热功能。

简言之，高温保护系统200具有下列几种操作模式：(a)当检测温度为正常的操作温度时，线圈模块13会以较大的固定工作周期甚至全速运转。(b)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块13会以与温度的测量数值成比例的工作周期降速运转。(c)当检测温度为极高的操作温度时，线圈模块13会停止运转，以避免高电压保护系统200烧毁。

综上所述，本发明描述一种高温保护系统，而高温保护系统可用各种不同的实施例实现以达到高温保护的功能。而高温保护的方法可统整为下：(a)当检测温度为正常的操作温度时，线圈模块会以较大的固定工作周期甚至全速运转。(b)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块会以使用者自定的较小工作周期运转。(c)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块会以与温度的测量数值成比例的工作周期降速运转。(d)当检测温度为极高的操作温度时，线圈模块会停止运转。因此，本发明的高温保护系统，在检测温度偏高但可被电子元件忍受的条件之下，线圈模块仍维持运转状态，故高温保护系统仍具备散热功能。然而，在传统的高温保护系统中，当检测到异常高温时，线圈模块会直接停止运转。因此，相较于传统的高温保护系统，本发明的高温保护系统在检测到异常高温时，具有较佳的散热功能以及高温保护的可靠度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。