开关电源芯片中温度保护电路的设计(附件)【字数：9216】
摘 要 开关电源是非常常用的电源设备，其应用非常广泛，已经遍及千家万户。我们最常用的手机充电器，电脑电源，电视电源等都能见到它的身影。开关电源拥有极高的转换效率，非常小巧的体积以及很高的稳定性。其输出电压受输入电压的影响很小，输出电压非常稳定。开关电源的稳定工作与其中的各种保护电路的保护作用是离不开的。其内通常含有过压保护电路，欠压保护电路，过流保护电路，短路保护电路，以及过热保护电路。本论文研究的即为开关电源中的过热保护电路，每种电子原件的工作都有一个温度范围，当温度过高时，各个元器件的性能都会下降，这就会导致开关电源工作的不稳定，如滤波电容不稳定，导致开关电源输出纹波变大等。而当电源内温度过高，超过一定的阈值之后，就会有电子原件停止工作，导致开关电源停止工作甚至损坏开关电源，由于部分开关电源内博有高压电路存在，电子器件的罢工也由可能导致短路，电击以及起火事故的发生，严重威胁大家的人身安全，因此，开关电源中的过热保护电路非常重要。过热保护电路能在开关电源温度过高时断开开关电源的输出，使开关电源恢复稳定，防止意外的产生。
目 录
第一章 绪论 1
1.1开关电源过热保护电路研究的意义及发展趋势 1
1.2开关电源的保护电路 2
1.3本文工作 3
第二章 DCDC转换器工作原理 4
2.1 DCDC转换器介绍 4
2.2 DCDC开关电源结构 4
2.3开关电源的原理和发展趋势 5
第三章 开关电源过温保护电路设计 7
3.1过温保护电路的介绍 7
3.2过温保护电路的原理与常见结构 7
第四章 过温保护电路的设计与仿真 10
4.1 过温保护电路的设计 10
4.1.1热电阻式过温保护电路设计 10
4.1.2三极管式过温保护电路设计 11
4.2过温保护电路的仿真分析 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录 16
附录A 三极管式过温保护电路图 16
附录B 三极管式过温保护电路仿真图 17
第一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
章 绪论
1.1开关电源过热保护电路研究的意义及发展趋势
自开关电源诞生至今有几十年的时间，开关电源也在不断的发展，到现在，开关电源已经遍及千家万户，遍及人们生活的各个角落，人们的生产生活已经离不开开关电源了。常见的如手机充电器，电脑电源，监控电源等。开关电源比起传统大型变压器电源来说具有众多的优势，例如其能够做的很小，其工作稳定性很高，其工作效率高等众多特点[1]。常见开关电源如图11所示：
/
图11 常见开关电源
当开关电源启动并输出时，内部电路元件在工作时，不可避免的会产生热量，而开关电源常为封闭式电源，其内部空间狭小，不易散热，热量的堆积使开关电源工作温度急剧升高，而温度过高会导致电子原件性能下降，以致某些原件不能正常工作而导致电源的损坏甚至短路起火。过热保护电路就是能够实时监测开关电源内部温度，当内部温度过高时，保护电路保护电源不被损坏[2]。
开关电源的过热保护电路在电源开启时便开始工作，其在设计时便已固定好电源工作温度的上限阈值，当开关电源工作温度超过设定阈值后，过热保护电路会通过减小输出电流或切断输入或切断输出的方式，限制开关电源的功率，已限制其发热，保护其不被损坏[3]。
对开关电源芯片温度保护这一问题，国内外开关电源领域的科研工作者很早就进行了大量的研究，比如自适应调节系统控制的开关电源保护电路由曼彻斯特大学Catherine教授研制出来。虽然国内在该领域的研究开始的时间相比国外较晚，但是国内的许多高校和科研院子所得研究人员，还有在一线地奋斗的工程师对温度检测系统进行了很深地探索，也有相当大的收获，例如西安交通大学吴铭教授就研制出了一种可以改善稳压器闩锁效应的过流保护电路，来保护电源芯片，王进军，李攀等学者则研究出了一种精密CMOS带隙基准电压源，同济大学肖辉和他的学生则设计出了反激式开关电源电路，在这个电路中，常态时的阻值较大，在开机的瞬间能够抑制浪涌电流，在开机后，负温度系数的热敏电阻TH1两端因为有一定的电压降从而导致发热，热敏电阻TH1由于是负温度系数 ，所以它的发热反而会使热敏电阻阻值减小，这样便于输入回路功率损耗的减少，从而保护了电路芯片，并且很大程度的提高开关电源的效率，而且有了实际应用。
1.2开关电源的保护电路
开关电源在不断发展，其内部的保护电路也在不断发展，一个好的开关电源内部应集成了过流保护电路，过压保护电路，欠压保护电路，短路保护电路，过热保护电路等[4]。
过流保护电路的作用是限制输出电流，防止因输出电流过大而造成电源的损坏，当其输出电流超过电流保护电路所设定的阈值时，电路就会发生作用，限制其最高输出电流，使输出电流在其允许的范围内，达到保护电源的目的。过压保护电路是防止输入电压过高，击穿内部电子元器件的保护电路，当输出电压超过其规定的电压上限时，过压保护电路会开始工作，切断开关电源的输入，已保护开关电源不被损坏。欠压保护电路是当输入电压不满足开关电压最低输入要求时的保护电路，当输入电压过小时，开关电源内部部分原件停止工作，这会导致部分电子元件工作电流过大而损坏，为防止这种现象产生，电源内部会集成欠压保护电路。短路保护电路是在电源输出发生短路时，短路保护电路会起作用，切断电源输出，防止电流过大，当短路被移除时，电源会恢复正常工作状态。过热保护电路是当电源内部工作温度超过限定阈值时，电路会切断或者减小电源的输出，使电源维持在正常工作温度。
1.3本文工作
我的论文是开关电源的温度保护电路设计，目的是设计一个可行的温度保护电路，在开关电源温度过高时，能减小电源电流或切断电源输出，保护电源不受损害，当温度恢复正常时，恢复电源原来的工作状态。
该电路的难点是如何选择合适的温度传感器并设置合理的电路，既要实现电路的完整功能，又要尽可能缩小电路体积，减小保护电路功耗，减少额外的电能消耗。
第二章DCDC转换器工作原理
2.1 DCDC转换器介绍
DCDC转换器为直流转直流变换电源，它是将一个电压的直流电变换成另一个电压的直流电，常见的转换方式为线性变换与开关变换，线性变换即中间过程无其他形式变换，全过程均为直流电的变换，而开关变换首先是将直流电源变换为高频脉冲信号，再通过变压器进行电压转换，最后经过整流滤波将高频脉冲还原为直流电源[5]。
DCDC转换器分为三种类型，升压转换器，降压转换器，升降压转换器。升压转换器为将低电压的直流电转换为高电压直流电，降压转换器为将高电压直流电转换为较低电压直流电，升降压转换器可根据用户设定，升压降压均可。在我们生活中常见的为降压转换器，常用开关电源如手机充电器，其内置的整流滤波电路会先将220v交流电转换为直流电，经过DCDC转换器转换后，降压输出给用户手机，实现降压转换[6]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1开关电源过热保护电路研究的意义及发展趋势 1
1.2开关电源的保护电路 2
1.3本文工作 3
第二章 DCDC转换器工作原理 4
2.1 DCDC转换器介绍 4
2.2 DCDC开关电源结构 4
2.3开关电源的原理和发展趋势 5
第三章 开关电源过温保护电路设计 7
3.1过温保护电路的介绍 7
3.2过温保护电路的原理与常见结构 7
第四章 过温保护电路的设计与仿真 10
4.1 过温保护电路的设计 10
4.1.1热电阻式过温保护电路设计 10
4.1.2三极管式过温保护电路设计 11
4.2过温保护电路的仿真分析 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
附录 16
附录A 三极管式过温保护电路图 16
附录B 三极管式过温保护电路仿真图 17
第一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
章 绪论
1.1开关电源过热保护电路研究的意义及发展趋势
自开关电源诞生至今有几十年的时间，开关电源也在不断的发展，到现在，开关电源已经遍及千家万户，遍及人们生活的各个角落，人们的生产生活已经离不开开关电源了。常见的如手机充电器，电脑电源，监控电源等。开关电源比起传统大型变压器电源来说具有众多的优势，例如其能够做的很小，其工作稳定性很高，其工作效率高等众多特点[1]。常见开关电源如图11所示：
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图11 常见开关电源
当开关电源启动并输出时，内部电路元件在工作时，不可避免的会产生热量，而开关电源常为封闭式电源，其内部空间狭小，不易散热，热量的堆积使开关电源工作温度急剧升高，而温度过高会导致电子原件性能下降，以致某些原件不能正常工作而导致电源的损坏甚至短路起火。过热保护电路就是能够实时监测开关电源内部温度，当内部温度过高时，保护电路保护电源不被损坏[2]。
开关电源的过热保护电路在电源开启时便开始工作，其在设计时便已固定好电源工作温度的上限阈值，当开关电源工作温度超过设定阈值后，过热保护电路会通过减小输出电流或切断输入或切断输出的方式，限制开关电源的功率，已限制其发热，保护其不被损坏[3]。
对开关电源芯片温度保护这一问题，国内外开关电源领域的科研工作者很早就进行了大量的研究，比如自适应调节系统控制的开关电源保护电路由曼彻斯特大学Catherine教授研制出来。虽然国内在该领域的研究开始的时间相比国外较晚，但是国内的许多高校和科研院子所得研究人员，还有在一线地奋斗的工程师对温度检测系统进行了很深地探索，也有相当大的收获，例如西安交通大学吴铭教授就研制出了一种可以改善稳压器闩锁效应的过流保护电路，来保护电源芯片，王进军，李攀等学者则研究出了一种精密CMOS带隙基准电压源，同济大学肖辉和他的学生则设计出了反激式开关电源电路，在这个电路中，常态时的阻值较大，在开机的瞬间能够抑制浪涌电流，在开机后，负温度系数的热敏电阻TH1两端因为有一定的电压降从而导致发热，热敏电阻TH1由于是负温度系数 ，所以它的发热反而会使热敏电阻阻值减小，这样便于输入回路功率损耗的减少，从而保护了电路芯片，并且很大程度的提高开关电源的效率，而且有了实际应用。
1.2开关电源的保护电路
开关电源在不断发展，其内部的保护电路也在不断发展，一个好的开关电源内部应集成了过流保护电路，过压保护电路，欠压保护电路，短路保护电路，过热保护电路等[4]。
过流保护电路的作用是限制输出电流，防止因输出电流过大而造成电源的损坏，当其输出电流超过电流保护电路所设定的阈值时，电路就会发生作用，限制其最高输出电流，使输出电流在其允许的范围内，达到保护电源的目的。过压保护电路是防止输入电压过高，击穿内部电子元器件的保护电路，当输出电压超过其规定的电压上限时，过压保护电路会开始工作，切断开关电源的输入，已保护开关电源不被损坏。欠压保护电路是当输入电压不满足开关电压最低输入要求时的保护电路，当输入电压过小时，开关电源内部部分原件停止工作，这会导致部分电子元件工作电流过大而损坏，为防止这种现象产生，电源内部会集成欠压保护电路。短路保护电路是在电源输出发生短路时，短路保护电路会起作用，切断电源输出，防止电流过大，当短路被移除时，电源会恢复正常工作状态。过热保护电路是当电源内部工作温度超过限定阈值时，电路会切断或者减小电源的输出，使电源维持在正常工作温度。
1.3本文工作
我的论文是开关电源的温度保护电路设计，目的是设计一个可行的温度保护电路，在开关电源温度过高时，能减小电源电流或切断电源输出，保护电源不受损害，当温度恢复正常时，恢复电源原来的工作状态。
该电路的难点是如何选择合适的温度传感器并设置合理的电路，既要实现电路的完整功能，又要尽可能缩小电路体积，减小保护电路功耗，减少额外的电能消耗。
第二章DCDC转换器工作原理
2.1 DCDC转换器介绍
DCDC转换器为直流转直流变换电源，它是将一个电压的直流电变换成另一个电压的直流电，常见的转换方式为线性变换与开关变换，线性变换即中间过程无其他形式变换，全过程均为直流电的变换，而开关变换首先是将直流电源变换为高频脉冲信号，再通过变压器进行电压转换，最后经过整流滤波将高频脉冲还原为直流电源[5]。
DCDC转换器分为三种类型，升压转换器，降压转换器，升降压转换器。升压转换器为将低电压的直流电转换为高电压直流电，降压转换器为将高电压直流电转换为较低电压直流电，升降压转换器可根据用户设定，升压降压均可。在我们生活中常见的为降压转换器，常用开关电源如手机充电器，其内置的整流滤波电路会先将220v交流电转换为直流电，经过DCDC转换器转换后，降压输出给用户手机，实现降压转换[6]。
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