一种带过温保护的开关电源电路的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种带过温保护的开关电源电路。

背景技术：

对于开关电源来说，当环境温度过高时，容易引起电源本身和负载损坏。对此，需在开关电源中增设过温保护电路，用于在检测到温度达到温度阈值时做出保护动作，以防止电源本身和负载因过温损坏而不能正常工作。

目前，多数开关电源中，采用一个普通电阻和一个热敏电阻组成串联支路，形成电阻分压器，且所述普通电阻和所述热敏电阻的公共节点连接开关电源的原边电源控制电路的检测端，以此来实现开关电源的过温保护。具体地，通过所述公共节点处的电压来表征检测到的温度，电源控制电路检测所述公共节点处的电压，当检测到所述公共节点处的电压达到上限值时，即表示温度已上升到温度阈值，则直接控制开关电源关断输出，停止为负载供电。

然而，本发明人在实施本实用新型的过程中，发现现有技术存在以下问题，在环境温度变化的过程中，只要温度没有上升到阈值，开关电源就不采取任何调控措施，然而，当温度上升到阈值时，则直接关断输出。由此，当环境温度已经较高但却还没有达到阈值时，开关电源仍然以满功率带载工作，这可能会引发环境温度进一步升高，不利于开关电源的正常工作，例如，当开关电源接入的负载是LED发光二极管时，二极管在高温下反相漏电电流更大，会产生更多的热量。另外，在过温保护点附近存在频繁关断的缺陷，这样容易损坏电源本身和负载，且用户体验不佳。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种带过温保护的开关电源电路，能够在环境温度变化时，根据当前温度自适应地对其输出功率进行调控，使得负载在温度变化过程中以一个与当前温度相匹配的工作参数保持工作，同时，也使得开关电源的内部温度和环境温度达到一个热平衡，能够有效地降低电源本身和负载因过温而被损坏的机率，且提高了用户体验。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种带过温保护的开关电源电路，包括电源输入端、负载接入端、电源电路、恒流控制电路和过温保护电路；

所述电源电路具有电压输入端和电压输出端；所述恒流控制电路具有输入端、输出端和基准端；

所述电源输入端连接所述电源电路的电压输入端；所述电源电路的电压输出端连接所述恒流控制电路的输入端；所述恒流控制电路的输出端连接所述负载接入端；

所述过温保护电路包括温度采样单元和三极管；所述温度采样单元具有电信号输出端、接地端和用于接入直流电源信号的供电端；所述电信号输出端连接所述三极管的基极；所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极连接所述恒流控制电路的基准端。

优选地，所述过温保护电路还包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻跨接在所述三极管的基极与发射极之间；并且，

所述温度采样单元的电信号输出端连接所述三极管的基极，具体为：

所述温度采样单元的电信号输出端通过所述第二电阻连接所述三极管的基极。

在一个优选的实施方式中，所述温度采样单元还包括由第三电阻和热敏电阻组成的串联支路；

所述串联支路的第一端为所述温度采样单元的供电端，所述串联支路中的第三电阻和热敏电阻的公共节点为所述温度采样单元的电信号输出端，所述串联支路的第二端为所述温度采样单元的接地端。

优选地，所述第三电阻的第一端为所述串联支路的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述热敏电阻的第一端，所述热敏电阻的第二端为所述串联支路的第二端。

进一步地，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻，且所述三极管为NPN三极管。

进一步地，所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻，且所述三极管为PNP三极管。

优选地，所述热敏电阻的第一端为所述串联支路的第一端，所述热敏电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端为所述串联支路的第二端。

进一步地，所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻，且所述三极管为NPN三极管。

进一步地，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻，且所述三极管为PNP三极管。

在另一个优选的实施方式中，所述温度采样单元还包括第三电阻和集成温度传感器；所述集成温度传感器具有正电源端、电信号输出端和负电源端；

所述第三电阻的第一端为所述温度采样单元的供电端，所述第三电阻的第二端连接所述集成温度传感器的正电源端；所述集成温度传感器的电信号输出端为所述温度采样单元的电信号输出端，所述负电源端为所述温度采样单元的接地端。

进一步地，所述集成温度传感器为正温度系数温度传感器，且所述三极管为NPN三极管。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供的带过温保护的开关电源电路，设置过温保护电路，包括温度采样单元和三极管，其中，温度采样单元的电信号输出端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极连接恒流控制电路的基准端；并且将电源电路的电压输出端连接恒流控制电路的输入端，恒流控制电路的输出端连接负载接入端，能够在环境温度变化时，由过温保护电路中的三极管的集电极控制恒流控制电路的基准端的输入电压，进而根据当前温度自适应地对开关电源的输出功率进行调控，使得恒流控制电路所接的负载在温度变化过程中以一个与当前温度相匹配的工作参数保持工作，同时，也使得开关电源的内部温度和环境温度达到一个热平衡，能够有效地降低电源本身和负载因过温而被损坏的机率，且提高了用户体验。

附图说明

图1是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第二个实施例的结构示意图；

图3是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第三个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第四个实施例的结构示意图；

图5是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第五个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的一个实施例的结构示意图。

本实施例提供的带过温保护的开关电源电路，包括电源输入端V_IN、负载接入端Load、电源电路10、恒流控制电路20和过温保护电路30；

所述电源电路10具有电压输入端和电压输出端；所述恒流控制电路20具有输入端、输出端和基准端；

所述电源输入端V_IN连接所述电源电路10的电压输入端；所述电源电路10的电压输出端连接所述恒流控制电路20的输入端；所述恒流控制电路20的输出端连接所述负载接入端Load；

所述过温保护电路30包括温度采样单元31和三极管32；所述温度采样单元31具有电信号输出端、接地端和用于接入直流电源信号的供电端V_CC；所述电信号输出端连接所述三极管32的基极；所述三极管32的发射极接地，所述三极管32的集电极连接所述恒流控制电路20的基准端。

其中，电源输入端V_IN用于接入交流电源信号，例如市电；负载接入端Load一方面连接恒流控制电路20的输出端，另一方面用于连接负载，为所连接的负载提供恒定的电流。

本实施例中，对于电源电路10，有多种拓扑结构可供选择。优选地，电源电路10还包括输入整流滤波电路、原边开关控制电路、功率变换电路、主变压器、输出整流滤波电路和反馈稳压电路，其中，输入整流滤波电路的输入端为电源电路10的电压输入端，输出整流滤波电路的输出端为电源电路10的电压输出端，且上述电源电路10中的各个单元电路的连接关系及功能均为现有技术，此处不加赘述。

在本实施例中，对于过温保护电路30，其温度采样单元31的供电端V_CC，用于接入直流电源信号，为温度采样单元31提供工作电压，需要说明的是，该直流电源信号可以由开关电源内部的电源电路10的电压输出端提供，或者，也可以由开关电源外部的供电电源提供。

另外，温度采样单元31包括感温元件(如热敏电阻或集成温度传感器)，感温元件用于检测温度的变化，并将温度的变化转化为其自身的属性变化，进而使得温度采样单元31的电信号输出端输出与当前温度相匹配的电压信号到过温保护电路30中的三极管32的基极。具体地，在温度升高到限功温度值时，温度采样单元31输出的电压信号使得三极管32的基极和发射极之间的电压差能够匹配三极管32的发射结导通电压，并使得三极管32相应导通，随后，若温度进一步升高，则温度采样单元31输出的电压信号使得三极管32进一步导通；以及，当温度低于限功温度值时，温度采样单元31输出的电压信号使得三极管32的基极和发射极之间的电压差无法匹配三极管32的发射结导通电压，进而使得三极管32截止。

另外，过温保护电路30中的三极管32用于在温度采样单元31检测到温度升高到限功温度值时，相应地导通，进而通过集电极相应地拉低恒流控制电路20的基准端的输入电压；并且，在温度达到限功温度值后，若温度仍然持续上升，则三极管32进一步导通，三极管32的集电极进一步拉低恒流控制电路20的基准端的输入电压。以及，在温度低于限功温度值时，三极管32截止，其集电极的输出不影响恒流控制电路20的基准端的输入电压。

本实施例中，对于恒流控制电路20，有多种拓扑结构可供选择。优选地，恒流控制电路20包括功率管、恒流控制芯片及其外围电路，恒流控制电路20的基准端可为恒流控制芯片的ISET引脚、REF引脚或者FB引脚，另外，上述恒流控制电路20中的各个单元电路的连接关系及功能均为现有技术，此处不加赘述。具体地，当恒流控制电路20的基准端的输入电压被拉低时，则触发恒流控制电路20中的恒流控制芯片的GATE引脚输出相应的PWM控制信号，控制功率管的导通和截止的比率，以调整所连接的负载的工作参数，减小开关电源的输出功率，减少开关电源的发热，而后，若恒流控制电路20的基准端的输入电压被进一步拉低，当基准端的输入电压的低于阈值时，触发恒流控制芯片停止工作，使得恒流控制电路20关断输出，停止为所连接的负载供电。以及，若基准端的输入电压回升时，则触发恒流控制芯片的GATE引脚输出相应的PWM控制信号，控制功率管的导通和截止的比率，调整所连接的负载的工作参数，并适应性的增大开关电源的输出功率。

需要说明的是，开关电源电路可以包括多路输出，即主变压器包括多个次级绕组，每个次级绕组连接一个输出整流滤波电路，则每个输出滤波电路的输出端都可连接负载，进而为不同的负载供电，另外，若负载需要恒定电流工作时，则需在整流滤波电路的输出端和负载之间增设恒流控制电路。例如应用于电视产品的开关电源电路，其主变压器可包括两个次级绕组，即两路输出，其中一个次级绕组通过输出整流滤波电路连接恒流控制电路20的输入端，且恒流控制电路20的输出端连接LED灯串，为LED灯串提供恒定的工作电流，其中，LED灯串即为显示器的背光光源，另一个次级绕组通过输出滤波电路直接连接电视主板和喇叭等，为主板和喇叭提供恒定的工作电压，在此开关电源电路中，若将过温保护电路30中的三极管32的集电极连接到电源电路10中的原边开关控制电路的控制端口，当温度变化时，根据原边开关控制电路的控制端口的输入信号调控整个开关电源的输出功率，然而，由于喇叭负载的功率的不确定性相当大，即随声音变化，其功率变化很大且很快，因此，各路负载不易找到与当前温度相匹配的工作参数，进而，难以实现开关电源的内部温度和环境温度达到一个热平衡。然而，对于LED灯来说，在其工作过程中，其功率较为稳定，因此，将过温保护电路30中的三极管32的集电极连接到恒流控制电路20的基准端，当温度变化时，根据基准端的输入信号调控LED负载的工作参数，进而开关电源的输出功率适应性的变化，在调控过程中LED负载易于找到与当前温度相匹配的工作参数，进而，易于实现开关电源的内部温度和环境温度达到一个热平衡。

本实施例提供的带过温保护开关电源电路的工作原理如下：

当环境温度正常时，过温保护电路30中的三极管32处于截止状态，不影响电源电路10以及恒流控制电路20的正常工作；当环境温度升高时，温度采样单元31输出的电信号相应变化，进而三极管32的基极和发射极之间的电压差相应变化，当环境温度升高到限功温度值时，所述电压差与三极管32的发射结导通电压匹配，三极管32相应导通，恒流控制电路20的基准端的输入电压被相应拉低，流经负载的电流相应减小，开关电源的输出功率相应减小，开关电源的发热减少，随后，若开关电源的温度有所下降，则恒流控制电路20的基准端的输入电压回升，流经负载的电流相应增大，开关电源的输出功率相应增大，以此类推，直至将负载的工作参数调整到与当前环境温度相匹配，使得负载在温度变化过程中以一个与当前温度相匹配的工作参数保持工作，也使得开关电源的内部温度和环境温度达到一个热平衡。另外，若环境温度较为恶劣，当温度在达到限功温度值后仍持续上升，则三极管32进一步导通，进一步拉低恒流控制电路20的基准端的输入电压，当温度达到温度阈值时，恒流控制电路20的基准端的输入电压被拉低到低于电压阈值，使得恒流控制电路20关断输出，停止为所连接的负载供电。

请参阅图2，是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第二个实施例的结构示意图。

在上述第一个实施例的基础上，优选地，所述过温保护电路30还包括第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一电阻R1跨接在所述三极管32的基极与发射极之间；并且，所述温度采样单元31的电信号输出端连接所述三极管32的基极，具体为：所述温度采样单元31的电信号输出端通过所述第二电阻R2连接所述三极管32的基极。

需要说明的是，在本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2用于对温度采样单元31输出的电压进行分压，调整这两个电阻的阻值可以实现根据用户需要对限功温度值进行设置，例如设置限功温度值为120℃时，即在温度达到120℃时，开始减小开关电源的输出功率。即，需满足在120℃时，第一电阻R1和第二电阻R2的对温度采样单元31输出的电压进行分压的结果是，第一电阻R1两端的电压，即三极管32的基极和发射极之间的电压差能够匹配三极管32的发射结导通电压，进而使得三极管32从截止状态切换到相应的导通状态，三极管32集电极开始相应拉低恒流控制电路20的基准端的输入电压，进而使得流经负载的电流相应减小，开关电源的输出功率相应减小，开关电源的发热减少。并且，若设置温度阈值为150℃，即在温度达到150℃时，停止为所接负载供电。即，需满足在150℃时，第一电阻R1和第二电阻R2的对温度采样单元31输出的电压进行分压的结果是，第一电阻R1两端的电压，即三极管32的基极和发射极之间的电压差能够匹配三极管32的发射结导通电压，进而使得三极管32进一步导通，三极管32集电极进一步拉低恒流控制电路20的基准端的输入电压，且使得基准端的输入电压低到恒流控制电路20关断输出的阈值。

在本实施例中，可以通过调整第一电阻R1和第二电阻R2的阻值来调整限功温度值，这样不会影响采样温度的精度和稳定性，有效的提高了电路的可靠性；同时，增设第一电阻R1和第二电阻R2进行分压后，使得所述过温保护电路30能够兼容不同的感温元件，有效的提高了电路的兼容性。

请参阅图3，是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第三个实施例的结构示意图。

在上述第一个或第二个实施例的基础上，优选地，所述温度采样单元31还包括由第三电阻R3和热敏电阻R_T组成的串联支路；所述串联支路的第一端为所述温度采样单元31的供电端V_CC，所述串联支路中的第三电阻R3和热敏电阻R_T的公共节点为所述温度采样单元31的电信号输出端，所述串联支路的第二端为所述温度采样单元31的接地端。

需要说明的是，在本实施例中，选用热敏电阻R_T作为感温元件，热敏电阻R_T的典型特点是对温度敏感，在不同的温度下表现出不同的电阻值。热敏电阻R_T包括两类，一类是正温度系数热敏电阻，其电阻值随温度升高而增大；另一类是负温度系数热敏电阻，其电阻值随温度升高而减小。

进一步地，所述第三电阻R3的第一端为所述串联支路的第一端，所述第三电阻R3的第二端连接所述热敏电阻R_T的第一端，所述热敏电阻R_T的第二端为所述串联支路的第二端。

在本实施例中，热敏电阻R_T两端的电压即为第一电阻R1和第二电阻R2上的总电压，而第一电阻R1两端的电压又等于三极管32的基极和发射极之间的电压差。因此，在第一电阻R1和第二电阻R2的阻值不变的前提下，若热敏电阻R_T两端的电压减小，则第一电阻R1两端的电压减小，三极管32的基极和发射极之间的电压差减小；若热敏电阻R_T两端的电压增大，则第一电阻R1两端的电压增大，三极管32的基极和发射极之间的电压差增大。

在一个优选的实施方式中，所述热敏电阻R_T为正温度系数热敏电阻，且所述三极管32为NPN三极管。

需要说明的是，在本实施方式中，选用正温度系数热敏电阻，且根据上述电路连接关系，可得知当环境温度升高时，热敏电阻R_T的阻值增大，热敏电阻R_T两端的电压增大，第一电阻R1两端的电压对应增大，即NPN三极管的基极和发射极之间的电压差对应增大，当电压差大于NPN三极管的发射结导通电压时，NPN三极管相应导通。

在另一个优选的实施方式中，所述热敏电阻R_T为负温度系数热敏电阻，且所述三极管32为NPN三极管。

需要说明的是，在本实施方式中，选用负温度系数热敏电阻，且根据上述电路连接关系，可得知当环境温度升高时，热敏电阻R_T的阻值减小，热敏电阻R_T两端的电压减小，第一电阻R1两端的电压对应减小，即NPN三极管的基极和发射极之间的电压差对应减小，当电压差小于NPN三极管的发射结导通电压时，NPN三极管相应导通。

请参阅图4，是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第四个实施例的结构示意图。

本实施例与上述第三个实施例的区别在于，在本实施例提供的带过温保护的开关电源电路中，所述热敏电阻R_T的第一端为所述串联支路的第一端，所述热敏电阻R_T的第二端连接所述第三电阻R3的第一端，所述第三电阻R3的第二端为所述串联支路的第二端。

需要说明的是，相较于第二个实施例，本实施将第三电阻R3和热敏电阻R_T的位置互换，因此，在本实施例中，第三电阻R3两端的电压即为第一电阻R1和第二电阻R2上的总电压，同理第一电阻R1两端的电压等于三极管32的基极和发射极之间的电压差。进而，在第一电阻R1和第二电阻R2的阻值不变的前提下，若第三电阻R3两端的电压减小，则第一电阻R1两端的电压减小，三极管32的基极和发射极之间的电压差减小；若第三电阻R3两端的电压增大，则第一电阻R1两端的电压增大，三极管32的基极和发射极之间的电压差增大。

在一个优选的实施方式中，所述热敏电阻R_T为负温度系数热敏电阻，且所述三极管32为NPN三极管。

需要说明的是，在本实施方式中，选用负温度系数热敏电阻，且根据上述电路连接关系，可得知环境温度升高时，热敏电阻R_T的阻值减小，热敏电阻R_T两端的电压减小，第三电阻R3两端的电压增大，第一电阻R1两端的电压对应增大，即NPN三极管的基极和发射极之间的电压差对应增大，当电压差大于NPN三极管的发射结导通电压时，NPN三极管相应导通。

在另一个优选的实施方式中，所述热敏电阻R_T为正温度系数热敏电阻，且所述三极管32为NPN三极管。

需要说明的是，在本实施方式中，选用正温度系数热敏电阻，且根据上述电路连接关系，可得知当环境温度升高时，热敏电阻R_T的阻值增大，热敏电阻R_T两端的电压增大，第三电阻R3两端的电压减小，第一电阻R1两端的电压对应减小，即NPN三极管的基极和发射极之间的电压差对应减小，当电压差小于NPN三极管的发射结导通电压时，NPN三极管相应导通。

请参阅图5，是本实用新型提供的带过温保护的开关电源电路的第五个实施例的结构示意图。

在上述第二个实施例的基础上，优选地，所述温度采样单元31还包括第三电阻R3和集成温度传感器L1；所述集成温度传感器L1具有正电源端、电信号输出端和负电源端；所述第三电阻R3的第一端为所述温度采样单元31的供电端V_CC，所述第三电阻R3的第二端连接所述集成温度传感器L1的正电源端；所述集成温度传感器L1的电信号输出端为所述温度采样单元31的电信号输出端，所述负电源端为所述温度采样单元31的接地端。

需要说明的是，在本实施例中，选用集成温度传感器L1作为感温元件，所谓集成温度传感器L1就是指集成了温度敏感器件、信号放大电路、温度补偿电路、基准电源电路10等在内的较小的半导体芯片。它的典型特点是对温度敏感，并在不同的温度下输出不同的电信号。按照输出的电信号类型划分，集成温度传感器L1分为两类，一类是电流型，其在不同的温度下输出不同的电压信号；另一类是电流型，其在不同的温度下输出不同的电流信号。

集成温度传感器L1与传统的热敏电阻R_T相比，具有线性度好、灵敏度高、输出信号大、且规范化标准化的优点。

进一步地，所述集成温度传感器L1为正温度系数温度传感器，且所述三极管32为NPN三极管。

需要说明的是，本实施选用正温度系数的电压型集成温度传感器L1，且根据上述电路连接关系，可得知当环境温度升高时，集成温度传感器L1输出的电压增大，第一电阻R1两端的电压对应增大，即NPN三极管的基极和发射极之间的电压差对应增大，当电压差大于NPN三极管的发射结导通电压时，NPN三极管相应导通。

本实用新型实施例提供的带过温保护的开关电源电路，设置过温保护电路，包括温度采样单元和三极管，其中，温度采样单元的电信号输出端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极连接恒流控制电路的基准端；并且将电源电路的电压输出端连接恒流控制电路的输入端，恒流控制电路的输出端连接负载接入端，能够在环境温度变化时，由过温保护电路中的三极管的集电极控制恒流控制电路的基准端的输入电压，进而根据当前温度自适应地对开关电源的输出功率进行调控，使得恒流控制电路所接的负载在温度变化过程中以一个与当前温度相匹配的工作参数保持工作，同时，也使得开关电源的内部温度和环境温度达到一个热平衡，能够有效地降低电源本身和负载因过温而被损坏的机率，且提高了用户体验。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。