高温保护系统

摘要

高温保护系统包含温度感控电路、脉冲调制信号输出电路、驱动电路及线圈模块。温度感控电路用以检测温度，并输出对应的至少一个控制信号。脉冲调制信号输出电路耦接于温度感控电路，用以根据至少一个控制信号产生脉冲调制信号。驱动电路耦接于脉冲调制信号输出电路，用以根据脉冲调制信号产生至少一个驱动电压。线圈模块耦接于驱动电路，并根据至少一个驱动电压运转。

权利要求

1.一种高温保护系统，包含：温度感控电路，用以检测温度，并输出该温度对应的至少一控制信号；

脉冲调制信号输出电路，耦接于该温度感控电路，用以根据该至少一控制信号产生脉冲调制信号；

驱动电路，耦接于该脉冲调制信号输出电路，用以根据该脉冲调制信号产生至少一驱动电压；及线圈模块，耦接于该驱动电路，并根据该至少一驱动电压运转；

其中该脉冲调制信号输出电路通过该温度感控电路，根据该温度的测量结果产生该脉冲调制信号以保护该线圈模块；并且其中该温度感控电路包含：第一电阻，包含：

第一端，用以接收高电压；及第二端；

第二电阻，包含：

第一端，耦接于该第一电阻的该第二端；及第二端；

温度传感器，包含：

第一端，耦接于该第二电阻的该第二端；及第二端，耦接于接地端；

第一比较器，包含：

第一输入端，耦接于该第二电阻的该第一端；

第二输入端，用以接收第一参考电压；及输出端，用以输出第一控制信号至该脉冲调制信号输出电路；及第二比较器，包含：

第一输入端，耦接于该第二电阻的该第二端；

第二输入端，用以接收第二参考电压；及输出端，用以输出第二控制信号。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二比较器包含的输出端输出该第二控制信号至该脉冲调制信号输出电路。

3.如权利要求2所述的系统，其中该脉冲调制信号输出电路包含：多工器，包含：

第一输入端，用以接收第一信号；

第二输入端，用以接收第二信号；

第一控制端，耦接于该第一比较器的该输出端，用以接收该第一控制信号；

第二控制端，耦接于该第二比较器的该输出端，用以接收该第二控制信号；

输出端，用以输出该脉冲调制信号至该驱动电路；

其中该第一信号为使用者自订的脉冲调制信号，该第二信号为系统预设的脉冲调制信号，当该温度满足第一条件时，该脉冲调制信号为该第二信号，当该温度满足第二条件时，该脉冲调制信号为该第一信号，及当该温度满足第三条件时，该脉冲调制信号为低电压的非时变信号。

4.如权利要求1所述的系统，其中该温度感控电路还包含：放大器，包含：

第一输入端；

第二输入端，耦接于该温度传感器的该第一端；及输出端，用以输出增益电压；

第三电阻，包含：

第一端，耦接于该放大器的该第一输入端；及第二端，耦接于该放大器的该输出端；

第四电阻，包含：

第一端，耦接于接地端；及第二端，耦接于该第三电阻的该第一端；及第一开关，包含：

控制端，耦接于该第二比较器的该输出端，用以接收该第二控制信号；

第一端，耦接于该放大器的该输出端；及第二端，用以当该第一开关系为导通状态时，输出该增益电压至该脉冲调制信号输出电路。

5.如权利要求1所述的系统，其中该第一参考电压及该第二参考电压为使用者自订的两电压。

6.如权利要求4所述的系统，其中该第三电阻及该第四电阻的电阻值为使用者自订的两电阻值。

7.如权利要求4所述的系统，其中该脉冲调制信号输出电路包含：第五电阻，包含：

第一端，耦接于该第一开关的该第二端；及第二端；

第六电阻，包含：

第一端，用以接收直流电压；及第二端，耦接于该第五电阻的该第二端；

加法器，包含：

第一输入端，耦接于该第六电阻的该第二端；

第二输入端；及

输出端，用以产生迭加电压；

第七电阻，包含：

第一端，耦接于该加法器的该第二输入端；及第二端，耦接于接地端；

第八电阻，包含：

第一端，耦接于该第七电阻的该第一端；及第二端，耦接于该加法器的该输出端；

第三比较器，包含：

第一输入端，耦接于该加法器的该输出端，用以接收该迭加电压；

第二输入端，用以接收锯齿波信号；及输出端，用以输出比较信号；及第二开关，包含：

控制端，耦接于该第一比较器的该输出端，用以接收该第一控制信号；

第一端，耦接于该第三比较器的该输出端，用以接收该比较信号；及第二端，用以当该第二开关系为导通状态时，输出该脉冲调制信号至该驱动电路。

8.如权利要求7所述的系统，其中当该温度满足第一条件时，该第一开关系为截止状态，该第二开关系为导通状态，该迭加电压为该直流电压根据增益产生，该比较信号不随该温度变化，且该脉冲调制信号的脉冲宽度不随该温度变化。

9.如权利要求7所述的系统，其中当该温度满足第二条件时，该第一开关系为导通状态，该第二开关系为导通状态，该迭加电压为该增益电压与该直流电压依据线性关系产生，该比较信号随该温度变化，且该脉冲调制信号的脉冲宽度与该温度的测量数值为线性关系。

10.如权利要求7所述的系统，其中当该温度满足第三条件时，该第二开关系为截止状态，且该脉冲调制信号为低电压的非时变信号。

说明书

高温保护系统

技术领域

[0001] 本发明描述了一种高温保护系统，尤其涉及一种用于调整马达线圈转速的高温保护系统。

背景技术

[0002] 随着科技日新月异，各种高性能的电子产品也被广泛应用。现今的电子产品除了要求高处理速度、低反应时间、以及高规格的处理器之外，更要求具备可携性及微型化的体积，以让使用者能随时随地以高效率的方式使用产品。例如苹果手机(i-phone)的iPhone 5s规格使用了A7处理器，而iPhone 6Plus规格使用了更高阶的A8处理器，或是家用型计算TM TM
机的中央处理器也从 Core  i5演化至 Core  i7等级。随着电子产品内处理器的时钟频率增加，其所消耗的功率及所产生的温度也随之上升。因此，许多散热风扇、水冷系统、散热胶及散热片的散热质量也被使用者日益重视。在这些散热机制中，水冷系统的散热效果最佳，但存在体积大、价格而贵、且高噪声的缺点。散热胶及散热片的体积最小，但仅使用了热导较佳的介质将热量传出至空气，故散热效果有限。因此，目前大多数的电子产品，其散热方式仍以散热风扇为主流。

[0003] 一般电子产品配合散热风扇在使用时，散热风扇所对应的集成电路(IC)中具有检测温度模块。当检测温度模块检测出集成电路内存在异常高温时(异常高温发生的原因可能为风扇转速过快或是集成电路内的PN-Junction的热能散逸不良)，检测温度模块随即停止散热风扇运转，以保护散热风扇内的电路。然而，在风扇停止运转期间亦失去了其散热功能，可能会导致需要被散热的元件(例如CPU)因过热而损坏。

发明内容

[0004] 本发明一实施例提出一种高温保护系统，包含温度感控电路、脉冲调制信号输出电路、驱动电路及线圈模块。温度感控电路用以检测温度，并输出对应的至少一个控制信号。脉冲调制信号输出电路耦接于温度感控电路，用以根据至少一个控制信号产生脉冲调制信号。驱动电路耦接于脉冲调制信号输出电路，用以根据脉冲调制信号产生至少一个驱动电压。线圈模块耦接于驱动电路，并根据至少一个驱动电压运转。而脉冲调制信号输出电路通过温度感控电路，根据温度的测量结果产生脉冲调制信号以保护线圈模块。

附图说明

[0005] 图1为本发明的高温保护系统的第一实施例的电路架构图。

[0006] 图2为本发明的高温保护系统的第二实施例的电路架构图。

[0007] 【符号说明】

[0008] 100及200                         高温保护系统

[0009] VCC、VT1、VT2、Vref1、Vref2、V0、VG     电压

[0010] 及VPWM

[0011] R1至R8                          电阻

[0012] A及B                            节点

[0013] S1及S2                          控制信号

[0014] OTP、DPWM、PWM                   脉冲调制信号

[0015] TS                              温度传感器

[0016] CMP1、CMP2及CMP3                比较器

[0017] MUX                             多工器

[0018] 10                              温度感控电路

[0019] 11                              脉冲调制信号输出电路

[0020] 12                              驱动电路

[0021] 13                              线圈模块

[0022] CS                              比较信号

[0023] ADD                             加法器

[0024] AMP                             放大器

[0025] SW1及SW2                        开关

具体实施方式

[0026] 图1为本发明的高温保护系统100的电路架构图。高温保护系统100包含温度感控电路10、脉冲调制信号输出电路11、驱动电路12以及线圈模块13。温度感控电路10用以检测高温保护系统100内部电路(例如集成电路)的温度，并输出对应的至少一个控制信号。脉冲调制信号输出电路11耦接于温度感控电路10，用以根据至少一个控制信号产生脉冲调制信号PWM。驱动电路12耦接于脉冲调制信号输出电路11，用以根据脉冲调制信号PWM产生至少一个驱动电压。线圈模块13耦接于驱动电路12，并根据至少一个驱动电压运转。在高温保护系统100中，温度感控电路10包含电阻R1、电阻R2、温度传感器TS、比较器CMP1以及比较器CMP2。电阻R1包含用以接收高电压VCC的第一端，以及第二端。电阻R2包含耦接于电阻R1的第二端的第一端，以及第二端。换句话说，电阻R1及电阻R2可用串联形式耦接。温度传感器TS包含耦接于电阻R2的第二端的第一端，以及耦接于接地端的第二端。本实施例中的温度传感器TS可为任何种类的温度传感器，例如热敏电阻。比较器CMP1包含耦接于电阻R2的第一端的第一输入端，用以接收参考电压Vref1的第二输入端，以及用以输出控制信号S1至脉冲调制信号输出电路11的输出端。比较器CMP2包含耦接于电阻R2的第二端的第一输入端，用以接收参考电压Vref2的第二输入端，以及用以输出控制信号S2至脉冲调制信号输出电路11的输出端。在本实施例中，参考电压Vref1及参考电压Vref2可为使用者自定的两电压，也可为系统预设的两电压。温度感控电路10的运作模式描述于下。温度传感器TS会依据温度变化改变节点A及节点B的电压。在本实施例中，节点A的电压为VT1，节点B的电压为VT2。电压VT1以及电压VT2可视为高电压VCC的分压，并随着温度变化而改变电压大小。举例而言，当温度越高时，电压VT1以及电压VT2也随之上升。而电压VT1会通过比较器CMP1与参考电压Vref1进行比较，若电压VT1大于参考电压Vref1，比较器CMP1会输出第一电压电平的控制信号S1。若电压VT1小于参考电压Vref1，比较器CMP1输出第二电压电平的控制信号S1。若电压VT2大于参考电压Vref2，比较器CMP2输出第一电压电平的控制信号S2。若电压VT2小于参考电压Vref2，比较器CMP2输出第二电压电平的控制信号S2。而控制信号S1及控制信号S2会被脉冲调制信号输出电路11接收。

[0027] 在高温保护系统100中，脉冲调制信号输出电路11包含多工器MUX。多工器MUX包含用以接收第一信号OTP的第一输入端，用以接收第二信号DPWM的第二输入端，耦接于比较器CMP1的输出端且用以接收控制信号S1的第一控制端，耦接于比较器CMP2的输出端且用以接收控制信号S2的第二控制端，以及用以输出脉冲调制信号PWM至驱动电路12的输出端。在本实施例中，第一信号OTP可为使用者自订的异常高温保护脉冲调制信号，而第二信号DPWM可为系统预设的脉冲调制信号，控制信号S1可为控制多工器MUX于致能状态或关闭状态的控制信号，而控制信号S2可为控制多工器MUX选择不同输出模式的控制信号。脉冲调制信号输出电路11的运作模式描述于下。当多工器MUX接收到第二电压电平的控制信号S1时(VT1Vref2)时，多工器MUX会选择使用者自订的异常高温保护脉冲调制信号(第一信号OTP)做为脉冲调制信号PWM输出。若多工器MUX接收到第一电压电平的控制信号S1(VT1>Vref1)时，多工器MUX将会被除能，因此，脉冲调制信号PWM将视为一个低电压的非时变信号。驱动电路12接收到不同的脉冲调制信号PWM后，会产生对应的驱动电压至线圈模块13。特此说明，驱动电路12所产生的驱动电压可为任何形式的驱动电压，例如非差动型(Non-Differential)驱动电压或是差动型(Differential)驱动电压，或当线圈模块13为桥式线圈模块时，驱动电路12可产生多个对应于线圈模块13端点的驱动电压。而高温保护系统100如何进行高温保护的原理详述于下。

[0028] 当高温保护系统100内的温度感控电路10所检测的温度为正常的操作温度时，对应的电压VT1以及电压VT2会满足VT1Vref2的关系。因此，比较器CMP1输出的控制信号S1具有第二电压电平，比较器CMP2输出的控制信号S2具有第一电压电平。因此，多工器MUX仍会维持致能状态，且多工器MUX会选择使用者自订的异常高温保护脉冲调制信号(第一信号OTP)当成脉冲调制信号PWM输出，故线圈模块13会以较小的使用者自订的工作周期运转。当高温保护系统100内的温度感控电路10所检测的温度为极高的操作温度时，对应的电压VT1以及电压VT2会满足VT1>Vref1以及VT2>Vref2的关系。此时，由于比较器CMP1输出的控制信号S1具有第一电压电平，多工器MUX会被除能。在此情况下，脉冲调制信号PWM可视为一个低电压的非时变信号，故线圈模块13会停止运转。因此，在高温保护系统100中，当温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，只要在电路元件可忍受的情况下，线圈模块13仍会以使用者自订的工作周期运转。换句话说，考虑线圈模块13为无刷风扇的线圈模块时，高温保护系统100仍具备散热功能。

[0029] 简言之，高电压保护系统100具有下列几种操作模式：(A)当检测温度为正常的操作温度时，线圈模块13会以较大的固定工作周期甚至全速运转。(B)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块13以使用者自定的较小工作周期运转。(C)当检测温度为极高的操作温度时，线圈模块13会停止运转，以避免高电压保护系统100烧毁。

[0030] 图2为本发明的高温保护系统200的电路架构图。高温保护系统200包含温度感控电路10、脉冲调制信号输出电路11、驱动电路12以及线圈模块13。温度感控电路10用以检测高温保护系统200内部电路(例如集成电路)的温度，并输出对应的至少一个控制信号。脉冲调制信号输出电路11耦接于温度感控电路10，用以根据至少一个控制信号产生脉冲调制信号PWM。驱动电路12耦接于脉冲调制信号输出电路11，用以根据脉冲调制信号PWM产生至少一个驱动电压。线圈模块13耦接于驱动电路12，并根据至少一个驱动电压运转。在高温保护系统200中，温度感控电路10包含电阻R1、电阻R2、温度传感器TS、比较器CMP1、比较器CMP2、放大器AMP、电阻R3、电阻R4及开关SW1。然而，电阻R1、电阻R2、温度传感器TS、比较器CMP1及比较器CMP2的电路结构和功能相同于高温保护系统100内的温度感控电路10，故在此将不再赘述。放大器AMP包含第一输入端，耦接于温度传感器TS的第一端(节点B)的第二输入端，及用以输出增益电压VG的输出端。电阻R3包含耦接于放大器AMP的第一输入端的第一端，及耦接于放大器AMP的输出端的第二端。电阻R4包含耦接于接地端的第一端，及耦接于第三电阻R3的第一端的第二端。开关SW1包含耦接于比较器CMP2的输出端并用以接收控制信号S2的控制端，耦接于放大器AMP的输出端的第一端，及当开关SW1为导通状态时，用以输出增益电压VG至脉冲调制信号输出电路11的第二端。温度感控电路10的运作模式描述于下。若节点A的电压VT1大于参考电压Vref1，比较器CMP1输出第一电压电平的控制信号S1。若电压VT1小于参考电压Vref1，比较器CMP1输出第二电压电平的控制信号S1。而控制信号S1会被脉冲调制信号输出电路11接收。若节点B的电压VT2大于参考电压Vref2，比较器CMP2输出第一电压电平的控制信号S2，以使开关SW1为导通状态。若电压VT2小于参考电压Vref2，比较器CMP2输出第二电压电平的控制信号S2，以使开关SW1为截止状态。而放大器AMP输出的增益电压VG与节点B的电压VT2有关，例如VG＝αVT2，其中增益系数α与电阻R3及电阻R4的电阻值有关。在本实施例中，电阻R3及电阻R4的电阻值可为使用者自订的电阻值。换句话说，放大器AMP输出的增益电压VG与节点B的电压VT2的增益比例关系可为使用者自定义。当开关SW1为导通状态时，增益电压VG会通过开关SW1输入至脉冲调制信号输出电路11。反之，当开关SW1为截止状态时，开关SW1的第二端为浮接状态，增益电压VG将不会被输入至脉冲调制信号输出电路11。

[0031] 在高温保护系统200中，脉冲调制信号输出电路11包含电阻R5、电阻R6、加法器ADD、电阻R7、电阻R8、比较器CMP3以及开关SW2。电阻R5包含耦接于开关SW1的第二端的第一端，及第二端。电阻R6包含用以接收直流电压VPWM的第一端，及耦接于电阻R5的第二端的第二端。加法器ADD包含耦接于电阻R6的第二端的第一输入端，第二输入端，以及用以产生迭加电压V0的输出端。电阻R7包含耦接于加法器ADD的第二输入端的第一端，以及耦接于接地端的第二端。电阻R8包含耦接于电阻R7的第一端的第一端，以及耦接于加法器ADD的输出端的第二端。比较器CMP3包含耦接于加法器ADD的输出端并用以接收迭加电压V0的第一输入端，用以接收锯齿波信号VSAW的第二输入端，以及用以输出比较信号CS的输出端。开关SW2包含耦接于比较器CMP1的输出端并用以接收控制信号S1的控制端，耦接于比较器CMP3的输出端的第一端，以及用以当开关SW2为导通状态时，输出脉冲调制信号PWM至驱动电路12的第二端。脉冲调制信号输出电路11的运作模式描述于下。当开关SW2接收到第二电压电平的控制信号S1时(VT1Vref2)，迭加电压V0则为增益电压VG与直流电压VPWM依据一个线性关系产生。举例而言，当考虑加法器ADD为非反向式加法器时，迭加电压V0可表示为V0＝w*(β*VG+γ*VPWM)，其中常数w可为(R7+R8)/R7的阻抗比率，常数β可为R6/(R5+R6)的阻抗比率，且常数γ可为R5/(R5+R6)阻抗比率。换句话说，当节点B的电压VT2变大时，增益电压VG也会随之变大，迭加电压V0也会随之变大，且其递增数值符合线性关系。由于迭加电压V0随后会与锯齿波信号VSAW通过比较器CMP3而输出。锯齿波信号VSAW为固定的信号。因此，当迭加电压V0增加时，大于锯齿波信号VSAW电压的时间区间也随之降低。因此，比较器CMP3的输出具有脉冲调制信号特征的比较信号CS中，其脉冲宽度也随之降低。随后，比较信号CS将通过开关SW2而变为脉冲调制信号PWM，而输入至驱动电路12。另一种情况，当开关SW2接收到第一电压电平的控制信号S1时(VT1>Vref1)，开关SW2会被截止。在此情况下，脉冲调制信号PWM可视为一个低电压的非时变信号。当驱动电路12接收到不同的脉冲调制信号PWM后，会产生对应的驱动电压至线圈模块13。特此说明，驱动电路
12所产生的驱动电压可为任何形式的驱动电压，例如非差动型(Non-Differential)驱动电压或是差动型(Differential)驱动电压，或当线圈模块13为桥式线圈模块时，驱动电路12可产生多个对应于线圈模块13端点的驱动电压。而高温保护系统200如何进行高温保护的原理详述于下。

[0032] 当高温保护系统200内的温度感控电路10所检测的温度为正常的操作温度时，对应的电压VT1以及电压VT2会满足VT1Vref2的关系。因此，比较器CMP1输出的控制信号S1具有第二电压电平，比较器CMP2输出的控制信号S2具有第一电压电平。因此，开关SW1会进入导通状态，开关SW2会进入导通状态。加法器ADD输出的迭加电压V0会与增益电压VG及直流电压VPWM呈现线性关系。而迭加电压V0增加时，比较器CMP3的输出具有脉冲调制信号特征的比较信号CS中，其脉冲宽度也随之降低。因此，在此情况下，当温度感控电路10所检测的温度的测量数值越高时，输入至驱动电路12的脉冲调制信号PWM的脉冲宽度会线性地变小。换句话说，当温度越高时，线圈模块13会依据温度的测量数值的比例而降低工作周期。当高温保护系统200内的温度感控电路10所检测的温度为极高的操作温度时，对应的电压VT1以及电压VT2会满足VT1>Vref1以及VT2>Vref2的关系。此时，由于比较器CMP1输出的控制信号S1具有第一电压电平，开关SW2会进入截止状态。在此情况下，脉冲调制信号PWM可视为一个低电压的非时变信号，故线圈模块13会停止运转。因此，在高温保护系统200中，当温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，只要在电路元件可忍受的情况下，线圈模块13仍会运转，例如依据温度的测量数值的比例降低工作周期。换句话说，考虑线圈模块13为无刷风扇的线圈模块时，当温度感控电路10所检测的温度为偏高的异常操作温度时，高温保护系统200仍具备散热功能。

[0033] 简言之，高温保护系统200具有下列几种操作模式：(A)当检测温度为正常的操作温度时，线圈模块13会以较大的固定工作周期甚至全速运转。(B)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块13会以与温度的测量数值成比例的工作周期降速运转。(C)当检测温度为极高的操作温度时，线圈模块13会停止运转，以避免高电压保护系统200烧毁。

[0034] 综上所述，本发明描述一种高温保护系统，而高温保护系统可用各种不同的实施例实现以达到高温保护的功能。而高温保护的方法可统整为下：(A)当检测温度为正常的操作温度时，线圈模块会以较大的固定工作周期甚至全速运转。(B)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块会以使用者自定的较小工作周期运转。(C)当检测温度为偏高的异常操作温度时，线圈模块会以与温度的测量数值成比例的工作周期降速运转。(D)当检测温度为极高的操作温度时，线圈模块会停止运转。因此，本发明的高温保护系统，在检测温度偏高但可被电子元件忍受的条件之下，线圈模块仍维持运转状态，故高温保护系统仍具备散热功能。然而，在传统的高温保护系统中，当检测到异常高温时，线圈模块会直接停止运转。因此，相较于传统的高温保护系统，本发明的高温保护系统在检测到异常高温时，具有较佳的散热功能以及高温保护的可靠度。

[0035] 以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。