一種過溫保護電路及充電樁的製作方法

2023-05-25 11:43:06

本實用新型涉及保護電路領域，尤其涉及一種過溫保護電路及充電樁。

背景技術：

對於一些大功率電源模塊，比如充電樁，過溫保護非常重要。當前的過溫保護的方案大多是溫度超過一定閾值時，過溫保護電路輸出關斷信號，從而使PWM晶片部分或完全停止工作，然而，過溫保護電路為了檢測溫度的準確性，對採用信號做了濾波延遲處理。如果所檢測的溫度上升得很快，過溫保護電路輸出關斷信號時，實際溫度已經會超過其閾值很多了，這樣的滯後性會導致某些溫度較高的半導體器件過熱燒壞。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術的不足，本實用新型提供一種過問保護電路及充電樁。該過溫保護電路通過檢測溫度的變化率來實現過溫保護的目的，當溫度上升很快時，即溫度變化率大並大於某一預設的變化率，該過溫保護電路便輸出關斷信號，使PWM晶片停止工作。

本實用新型所要解決的技術問題通過以下技術方案予以實現：

一種過溫保護電路，包括溫度上升率檢測電路和關斷信號輸出電路，溫度上升率檢測電路的輸出點連接至關斷信號輸出電路的輸入端；

溫度上升率檢測電路包括電壓輸入端、第一電阻、基準源、三極體、第二電阻、熱敏電阻、電容、P溝道MOS管、第一N溝道MOS管和第二N溝道MOS管，電壓輸入端連接至第一電阻的輸入端，第一電阻的輸出端連接至基準源的K腳，基準源的R腳連接至第二電阻的輸入端，第二電阻的輸出端連接至熱敏電阻的輸入端，熱敏電阻的輸出端接地，基準源的A腳分別連接至熱敏電阻的輸入端和P溝道MOS管的柵極，P溝道MOS管的漏極和電壓輸入端之間連接有電容，P溝道MOS管的源極連接至第一N溝道MOS管的漏極，第一N溝道MOS管的源極連接至熱敏電阻的輸出端，第一N溝道MOS管的柵極和漏極短接，第一N溝道MOS管的柵極連接至第二N溝道MOS管的柵極，第二N溝道MOS的漏極連接至第一N溝道MOS管的漏極，第二N溝道MOS管的源極和電壓輸入端之間連接有第三電阻，第二N溝道MOS管和第三電阻的公共端連接至關斷信號輸出電路的輸入端；三極體的柵極連接第一電阻和基準源的公共端、源極連接第一電阻的輸入端、漏極連接基準源的R腳；

關斷信號輸出電路包括比較器，比較器的同相輸入端連接至溫度上升率檢測電路的輸出端、反相輸入端為接收基準Vref信號的輸入端、輸出端為關斷信號的輸出端；比較器的同相輸入端和輸出端之間並聯有第四電阻。

一種充電樁，包括上述的過溫保護電路。

本實用新型具有如下有益效果：該過溫保護電路通過檢測溫度的變化率來實現過溫保護的目的，當溫度上升很快時，即溫度變化率大並大於某一預設的變化率，該過溫保護電路便輸出關斷信號，使PWM晶片停止工作。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的過溫保護電路的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的說明。

實施例一

如圖1所示，一種過溫保護電路，包括溫度上升率檢測電路和關斷信號輸出電路，溫度上升率檢測電路的輸出點連接至關斷信號輸出電路的輸入端。

溫度上升率檢測電路包括電壓輸入端VCC、第一電阻R1、基準源U1、三極體Q1、第二電阻R2、熱敏電阻RT、電容C1、P溝道MOS管Q2、第一N溝道MOS管Q3和第二N溝道MOS管Q4，電壓輸入端VCC連接至第一電阻R1的輸入端，第一電阻R1的輸出端連接至基準源U1的K腳，基準源U1的R腳連接至第二電阻R2的輸入端，第二電阻R2的輸出端連接至熱敏電阻RT的輸入端，熱敏電阻RT的輸出端接地，基準源U1的A腳分別連接至熱敏電阻RT的輸入端和P溝道MOS管Q2的柵極，P溝道MOS管Q2的漏極和電壓輸入端VCC之間連接有電容C1，P溝道MOS管Q2的源極連接至第一N溝道MOS管Q3的漏極，第一N溝道MOS管Q3的源極連接至熱敏電阻RT的輸出端，第一N溝道MOS管Q3的柵極和漏極短接，第一N溝道MOS管Q3的柵極連接至第二N溝道MOS管Q4的柵極，第二N溝道MOS的漏極連接至第一N溝道MOS管Q3的漏極，第二N溝道MOS管Q4的源極和電壓輸入端VCC之間連接有第三電阻R3，第二N溝道MOS管Q4和第三電阻R3的公共端連接至關斷信號輸出電路的輸入端；三極體Q1的柵極連接第一電阻R1和基準源U1的公共端、源極連接第一電阻R1的輸入端、漏極連接基準源U1的R腳。

關斷信號輸出電路包括比較器U2，比較器U2的同相輸入端連接至溫度上升率檢測電路的輸出端、反相輸入端為接收基準Vref信號的輸入端、輸出端為關斷信號的輸出端；比較器U2的同相輸入端和輸出端之間並聯有第四電阻R4。

其工作原理如下：

電壓輸入端VCC是整個過溫保護電路的供電電源，當電壓輸入端VCC通過第一電阻R1給基準源U1（TL431）供電時，基準源U1內部的電路工作起來，產生2.5V的基準電壓。三極體Q1導通，Vbe=0.7V，使得基準源U1的R腳有電壓，當基準源U1的R腳電壓Vr大於基準電壓2.5V時，基準源U1會導通，其K腳電壓Vk減小，而K腳和R腳兩端電壓等於三極體Q1的PN結電壓，即Vkr=Vbe=0.7V是個固定值。當Vk減小時，勢必Vr減小，Vr一旦減小，基準源U1會關斷，K腳電壓Vk上升，Vr又增大。這樣的負反饋，形成最終的結果是基準源U1的R腳電壓Vr穩定在同基準源U1一樣的電壓2.5V，即R腳和A腳兩端電壓Vra=2.5V，流過第二電阻R2的電流I1=2.5V/R2，便可以得到一個固定的恆流源I1。

熱敏電阻RT負責溫度的採用，溫度升高，其電阻減小。溫度變化量dt同熱敏電阻RT的阻值變化量dRT成正比例。由於電流I1固定，熱敏電阻RT的變化量會體現在熱敏電阻RT兩端的電壓上，即dRT的變壓大，熱敏電阻RT兩端的電壓變化量dU=I1×dRT也變大。電壓變化量dU被送到P溝道MOS管Q2的柵極，當柵極電壓發生變化時，源極電壓也跟隨變化。P溝道MOS管Q2的源極通過電容C1接到電壓輸入端VCC，P溝道MOS管Q2的源極電壓的變化即是電容C1兩端電壓的變化。依據電容的充放電公式，可知電容C1上的電流Ic=C×（dU/dt），C為電容量常數，將DU=I1×dRT代入得到Ic=C×Ic×（dRT/dt），而將熱敏電阻RT的阻值變化與溫度變化關係dRT=K×dT代入得到電流Ic=K×C×I1×（dT/dt），K為轉換係數，其中K、C和I1均為固定值，電流IC可簡化成Ic=K1×（dT/dt），K1=K×C×I1。

從上式可以看出，電容C1上的電流Ic便是溫度的變化率乘以一個固定係數K1。溫度變化的越快，電流Ic越大，這樣便實現了，通過檢測電流Ic的大小來判斷溫度變化率的大小。

第一N溝道MOS管Q3和第二N溝道MOS管Q4構成電流鏡像電路。由於，第一N溝道MOS管Q3的柵漏短路，第一N溝道MOS管Q3進入恆流區，其柵源電壓Vgs正比例於漏極電流Id3，第二N溝道MOS管Q4的Vgs與第一N 溝道MOS管Q3的Vgs一樣，第二N溝道MOS管Q4也會進入恆流區，且其漏極電流Id4=Id3，這樣便實現了第一N溝道MOS管Q3漏極電流的鏡像。

由於C1、Q2、Q3的串聯關係，電流Ic便是第一N溝道MOS管Q3的漏極電流，即Id4=Id3=Ic，第二N溝道MOS管Q4的漏源電壓Vds= VCC- Id4×R3 ，將電流Ic的公式代入後得到Vds=VCC-K1×R3×（dT/dt），R3為第三電阻R4的阻值。

有上述可知，當溫度變化率樂大，即溫度上升越快時，第二N溝道MOS管Q4的Vds便越小，將第二N溝道MOS管Q4的Vds電壓值送到比較器U2，同基準Vref比較，得到過溫關斷信號。

實現原理如下：

當溫度上升很快時，溫度變化率大，第二N溝道MOS管Q4的Vds減小，當小於基準Vref，比較器U2輸出TRI由高電平翻轉成低電平，將此低電平TRI信號送到PWM晶片，實現對電源PWM晶片的關斷，實現了溫度上升快，關斷電源PWM晶片。

實施例二

一種充電樁，包括實施例一所述的過溫保護電路。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制，但凡採用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案，均應落在本實用新型的保護範圍之內。