一种基于温度控制的安全电路及其温度控制方法与流程

本技术涉及电路安全保护的，尤其是涉及一种基于温度控制的安全电路及其温度控制方法。

背景技术：

1、基于温度控制的安全电路是指在电气设备和系统中采取的一系列措施，主要用于保护人们免受触电、火灾、短路等风险，确保人员和设备的安全。在特定场合，如医疗设施、数据中心或工业生产线，对温度、电压、电流或功率的严格控制是不可或缺的。因此，硬件控制系统在降低产品温度和电气特征至安全范围方面发挥着至关重要的作用。

2、安全电路的核心功能在于监控电气设备的运行状态，并在检测到异常情况时迅速采取相应措施。在有些对温度、电压、电流或者功率有严格要求的场合，需要使用硬件控制系统将产品温度和电气特征降低到安全范围内。

3、相关技术中，当设备温度超过预设的安全阈值时，电路会自动切断电源或启动冷却系统，从而防止设备过热引发的火灾或性能下降。但是，基于简单的温度检测或者电流检测，存在检测缺陷，因为由于环境的过热或者过冷，或者电流电压的过大或者过小，会容易导致检测器件的损坏，从而影响电路的安全性。

技术实现思路

1、为了有助于提高电源开关电路的安全性，本技术提供一种基于温度控制的安全电路及其温度控制方法。

2、一方面，本技术提供的一种基于温度控制的安全电路，采用如下的技术方案：

3、一种基于温度控制的安全电路，包括电源开关模块、稳态电流检测模块、限制瞬态电流模块、稳压模块和温度检测模块；

4、所述电源开关模块，电连接至供电电源和负载电路之间，用于控制供电电源和负载电路之间的电路通断；

5、所述稳态电流检测模块，电连接至所述电源开关模块和负载电路之间；所述稳态电流检测模块包括自锁单元，所述自锁单元包括锁存器和反相器；所述锁存器的输入端电连接至所述稳态电流检测模块的输出端，所述锁存器的输出端电连接至所述反相器的输入端，所述反相器的输出端电连接至所述电源开关模块的使能端，用于限制进入负载的持续电流的最大值；

6、所述限制瞬态电流模块，电连接至所述稳态电流检测模块和负载电路之间，用于限制进入负载的瞬态电流的最大值；

7、所述温度检测模块，电连接至所述电源开关模块，用于监测电路的温度并反馈至所述电源开关模块；

8、所述锁存器的输出端和所述温度检测模块的输出端通过与门后电连接至所述电源开关模块的输入端；

9、所述稳压模块，电连接至所述稳态电流检测模块的输出端和所述限制瞬态电流模块的输入端之间，用于输出稳定电压。

10、通过采用上述技术方案，电路具备瞬态电流限制功能，避免进入负载的瞬态电流过大；电路具备稳态电流限制功能，避免进入负载的持续电流过大；电路具备稳压功能，避免进入负载的电压过高；电路具备温度检测功能，避免产品的温度过高；实现对电路限制高压，以及限制瞬态电流能量和限制持续高温。通过温度检测，以及通过电流检测，实现多种方式的安全保障，一旦有任何一个模块检测到故障，则会启动保护，避免因为单独设置的模块损坏而无法检测电路的异常，使得电路具有稳定性的电流，因此，有助于提高电源开关电路的安全性。同时，还通过自锁单元再次保护稳压电路，如果没有自锁功能，则电源开关会被周期性打开，则稳压电路实际上是积分等效后被持续冲击的，无法保证稳压电路的安全。如果稳压电路失效，则高压会输出到负载，失去限压的功能。

11、可选地，所述稳态电流检测模块还包括第一降噪单元，所述第一降噪单元包括第一滤波元件；所述稳态电流检测模块的输出端通过所述第一滤波元件接地，用于所述稳态电流检测模块输出的检测电流进行降噪。

12、通过采用上述技术方案，通过第一降噪单元平滑输出电压，提高信号的稳定性。

13、可选地，所述温度检测模块包括温度传感器、温度比较单元和第二降噪单元；所述温度传感器，用于检测电路板的温度，所述温度传感器的输出端电连接至所述温度比较单元，所述温度比较单元的输出端经所述第二降噪单元降噪后电连接至所述电源开关模块的输入端。

14、通过采用上述技术方案，通过温度传感器监测电路板的温度，再经过温度比较单元，判断电路板温度的范围，输出判断的结果至电源开关模块；设置有第二降噪单元有利于避免电源开关模块的误关闭。

15、可选地，所述温度传感器包括温度应变器和第一滑动变阻器，所述限制瞬态电流模块包括电感线圈，所述电感线圈串联至所述稳态电流检测模块的输出端和负载电路之间；所述温度应变器呈螺旋状，所述温度应变器位于螺旋内部的一端固定在电路板上，另一端靠近所述电感线圈的一端设置，所述温度应变器靠近所述电感线圈的一端与所述第一滑动变阻器的滑动触点连接，用于带动所述滑动触点移动，所述第一滑动变阻器电连接至所述温度比较单元，用于输出第一可变电阻信号至所述温度比较单元。

16、通过采用上述技术方案，除了利用电感线圈对信号进行降噪处理，同时电感线圈还可以产生磁场，根据温度检测模块检测的结果，使得电感器上电流的变化产生不同的磁场强度，温度应变器受到磁场的干扰，会带动滑动触点的移动，从而会影响第一滑动变阻器的阻值。由于温度应变器是螺旋状的结构，受热膨胀会展开，温度下降会收紧回缩，从而带动第一滑动变阻器上的滑动触点移动，使得第一滑动变阻器的阻值发生改变，从而可以间接测得温度的变化情况；增设有温度应变器的目的是在降噪的同时，还能够通过温度应变器的温度反应和磁场反应，进一步实现对电路板温度的监测，从而有利于提高电路的安全性。由于电感线圈还可以直接感知温度，从而可以快速将感知的温度转变为第一滑动变阻器对应的阻值，然后反馈至温度比较单元，作为感知电路板温度的进一步保障，从而有利于进一步提高电路的安全性。

17、可选地，所述温度传感器包括由温度应变材料制成的锥形电感线圈，所述锥形电感线圈的两端串联至所述稳态电流检测模块的输出端和负载电路之间。

18、通过采用上述技术方案，首先利用锥形电感线圈自身的电感的作用，实现降噪的目的，同时，由于是锥形的结构，以及是由温度应变材料制成的，因此，锥形电感线圈在受到电流变化带来的温变或者环境温度的温变，会产生平行或垂直于锥形电感线圈轴向的变化，从而改变线圈的形状，同时，由于电流的变化，还会使得线圈上磁场发生变化。因此，可以利用线圈的形变，不仅可以根据温度产生变化，还产生不同的降噪效果，从而有利于进一提高电路的安全性。

19、可选地，所述温度传感器还包括第二滑动变阻器，所述锥形电感线圈的一端与所述第二滑动变阻器的滑动触点连接，用于带动所述滑动触点移动；所述第二滑动变阻器电连接至所述温度比较单元，用于输出第二可变电阻信号至所述温度比较单元。

20、通过采用上述技术方案，锥形电感线圈除了对温度比较单元输出的信号进行降噪，而且可以根据自身感知的温度，立即产生姿态的改变，从而改变第二滑动变阻器的值，进而可以反馈温度信号至温度比较单元，以便于电源开关模块做出更迅速地判断，有利于进一步提高电路的安全性。

21、可选地，所述稳态电流检测模块包括电连接的电流传感器、电流检测调理器和比较器；

22、所述电流传感器电连接至主电路中，用于检测主电路的电流并输出至所述电流检测调理器；

23、所述电流检测调理器对所述检测电流进行运算并输出调理信号至所述比较器；

24、所述比较器将调理信号比较后经所述第一降噪单元降噪后输出至所述自锁单元。

25、通过采用上述技术方案，实时监测和分析电路中的稳态电流，通过精确测量和快速响应，能够确保电路的安全运行，提高整个系统的可靠性和稳定性。

26、可选地，所述温度比较单元包括比较器，所述温度传感器的输出端电连接至所述比较器的输入端，所述比较器的参考电压端电连接至参考电压的输出端；所述比较器的输出端电连接至所述电源开关模块的输入端。

27、通过采用上述技术方案，通过窗口比较器，实现对温度范围的判断，从而有利于电源开关模块基于温度判断电路的通断，进而有利于保障电路的安全。

28、另一方面，本技术提供的一种基于温度控制的安全电路的温度控制方法，采用如下的技术方案：

29、一种基于温度控制的安全电路的温度控制方法，包括如下步骤：

30、获取主电路的电流值，对电流值进行降噪，将降噪后的电流值与预设电流值进行比较，若降噪后的电流值超过预设电流值，则通过电源开关关闭电源的供电；

31、或，获取电路板的温度值，将温度值和预设温度值进行比较，若温度值超过预设温度值，则通过电源开关关闭电源的供电；

32、当实时温度的值大于设定范围的最大值时，调节降温元件的功率至第一功率；

33、当实时温度的值小于设定范围的最小值时，调节加热元件的功率至第二功率；

34、当实时温度的值距离目标温度的值位于设定范围内时，根据pid控制算法，基于实时温度与目标温度的差值，动态调节降温元件和加热元件的功率大小。

35、通过采用上述技术方案，当主电路实时温度与目标温度之间存在较大差距时，使用（第一功率或第二功率）大步进功率可以更快地接近目标温度；当接近目标温度时，为了避免过大的温度振荡，需要减小步进功率，以实现更平稳地温度调节。大步进功率升温降温通常利用高效的热传导和对流机制。在升温过程中，大步进功率加热元件（如电热丝、加热片等）通过电流产生大量热量，这些热量通过热传导迅速传递给被加热物体。同时，对流机制（如风扇或泵）帮助加速热量的传递和分布，实现快速升温。小步进功率控温通常结合先进的控制算法（如pid控制算法），根据实时温度与目标温度的差值，动态调整加热或冷却的功率；可以精确地控制温度的变化，减少温度振荡，提高控温精度。

36、可选地，在设定时间段t内，基于设定的目标温度值，以及基于实时温度的温度变化速率a和初始功率b；

37、当实时温度高于最大设定阈值时，电源开关断开；

38、当实时温度高于第一设定值时，且当a大于0时，目标降温功率=b×（1+a）；设定时间段t的时间长短，对温度变化速率a的大小反相关调整；

39、当实时温度低于第二设定值时，且当a小于0时，目标加热功率=b×（1-a）×（第二设定值-实时温度）/（第一设定值-第二设定值）；设定时间段t的时间长短，对温度变化速率a的大小反相关调整；

40、当实时温度位于第一设定值和第二设定值时，且当a大于0时，目标降温功率=b×a/（1+a）×|目标温度值-实时温度|/（第一设定值-第二设定值）；且当a小于0时，目标加热功率=-b×a/（1-a）×|目标温度值-实时温度|/（第一设定值-第二设定值）；

41、当实时温度小于最小设定阈值时，电源开关断开；

42、其中，最大设定阈值＞第一设定值＞目标温度值＞第二设定值＞最小设定阈值。

43、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

44、本技术的基于温度控制的安全电路能够限制瞬态能量和限制稳态电流，还能够实现故障状态下的开关自锁；同时，还能够限制瞬态和稳态的高压，以及限制产品最高温度，并能够温度检测功能，避免产品的温度过高。