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過溫保護電路設(shè)計分析

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過溫保護電路設(shè)計分析

在電源適配器的集成電路芯片中，驅(qū)動器件等的功率消耗往往很大，電源適配器芯片中由于集成了高電壓和大電流的功率開關(guān)管，功耗會更大。功耗增大使芯片溫度升高，過高的溫度將導(dǎo)致半導(dǎo)體如初S管，三極管失效。當(dāng)芯片的工作溫度超過一定的溫度值后，芯片失效率成指數(shù)規(guī)律增加，并有可能使芯片燒毀。因此溫度是影響芯片穩(wěn)定性和可靠性的重要因素之一。為了保護芯片不受到永久性的損害，在芯片中集成過溫保護電路是非常有必要的。
什么是電源適配器過溫保護電路？
該電路屬于過溫保護電路，但溫度高于設(shè)定的保護點時，關(guān)閉模塊輸出，當(dāng)溫度恢復(fù)后自動開啟模塊。 
電源適配器過溫保護電路組成原理圖

電源適配器過溫保護電路工作原理分析(主要功能、性能指標及實現(xiàn)原理): 
穩(wěn)壓管給U103MAX6501提供5V電壓，溫度正常時，U103的五腳輸出高電平，當(dāng)溫度超過保護點時U103的五腳輸出低電平，當(dāng)溫度恢復(fù)后，U103的五腳輸出高電平。
4電路的優(yōu)缺點 
該電路的優(yōu)點：電路簡單，精確度高。 
缺點：成本較高。
5應(yīng)用的注意事項： 
5.1  MAX6501的3腳和1腳相連時，回差溫度是10℃，當(dāng)其3腳和地相連時，回差溫度是2℃。 
5.2  MAX6501的供電電壓不能超過7V，否則會損壞。
5.3  MAX6501一定要放置在最熱部分的附近。
過溫保護電路-熱敏電阻
1概述（電路類別、實現(xiàn)主要功能描述）： 
本電路采用熱敏電阻檢測基板溫度，熱敏電阻阻值隨基板溫度變化而變化， 熱敏電阻阻值的變化導(dǎo)致運放輸入電壓變化，從而實現(xiàn)運放的翻轉(zhuǎn)控制PWM芯片的輸出，進而將模塊關(guān)閉。 
2電路組成（原理圖）：

3電源適配器過溫保護電路工作原理分析(主要功能、性能指標及實現(xiàn)原理，關(guān)鍵參數(shù)計算分析)： 
R99熱敏電阻是負溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫時，R99=100k，R99與R94的分壓0.45V為U2運放的負輸入，遠低于運放的正輸入2.5V（R23與R97分壓），因此運放的輸出是高電平，對LM5025的SS端無影響，模塊正常工作。
隨著基板溫度升高，R99電阻阻值減小，當(dāng)減小到一定值時，使得運放的負輸入大于正輸入時，運放輸出低電平，將LM5025的SS拉低，從而關(guān)閉模塊輸出；溫度保護點可以適當(dāng)調(diào)整R94，R23，R97的阻值而相應(yīng)地調(diào)整。 
模塊關(guān)閉輸出后（過溫保護），基板溫度會降低，R99阻值會增大，運放的負輸入會降低，為使運放的正常翻轉(zhuǎn)，引入電阻R98，原理是運放輸出低后，R98相當(dāng)于與R97并聯(lián)，將運放的基準變低，拉開運放正負輸入的電壓間距，從而實現(xiàn)溫度回差。比如基板溫度90℃時保護，80℃時開啟。
4關(guān)鍵參數(shù)計算分析
4.1  運放正輸入電壓：VR97=Vref2=5/（1+R23/R97）=5/（1+10/10）=2.5V
4.2  運放負輸入電壓VR94+0.007=VR97=5*R94/(R99+R94）+0.007, 
4.3  得出溫度保護時熱敏電阻的阻值：R99（t）=（Vref*R24/（Vref*R97/（R23+R97）-0.007））-R94
4.4  考慮容差時的計算見下表：


4.5  過溫保護時，R99的值 

4.6  R99-SDNT2012X104J4250HT(F)是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，25°C時100k，過溫保護時阻值10k左右（見上表），計算溫度為：
Rt=R*e(B(1/T1-1/T2)) T1=1/(ln(Rt/R)/B+1/T2)) 
T2:常溫25°C，上式中T2=273.15+25=298.15；B：4250±3%；R：25°C時的電阻值，100k，計算出的T1值也是加了273.15后的值，因此下表中t1=T1-273.15，是攝氏度。Rt：溫度變化后的阻值，10k，9.704k，10.304k，見上表 

4.7  回差
運放輸出低后，電阻R98（51k）就并在R97上，將基準拉低，新的基準電壓 Vref1=Vref*（R98//R97）/（R23+R98//R97）=2.28V 達到2.44V時，R99的阻值R99=Vref*R94/Vref1-R94=11.9k R99達到10.49k時，溫度按下表計算 

溫度回差=82.6-77.3=5.3℃
5電路的優(yōu)缺點 
優(yōu)點:   溫度保護點及溫度回差很容進行調(diào)整
缺點： 溫度準確度偏低
電路比采用溫度開關(guān)略復(fù)雜 
溫度保護時反映的是熱敏電阻附近的基板溫度，不能反映模塊的最高器件的溫度，不過這可以在設(shè)計時解決，比如基板溫度在90℃保護，實際板上器件最高溫度已達130℃，就可以適當(dāng)調(diào)整溫度保護點，從而起到保護作用。
6電源適配器過溫保護電路應(yīng)用的注意事項 
盡量將熱敏電阻放置在發(fā)熱器件附近。

所研究的電源適配器過溫保護電路不僅結(jié)構(gòu)簡單，工藝上容易實現(xiàn)，而且抗干擾性能好。仿真結(jié)果表明，該電路很好實現(xiàn)了電源適配器過溫保護電路所要求的功能。

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| 發(fā)布時間：2020.02.22    來源：
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