CN118399326B - 一种基于温度控制的安全电路及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电路安全保护技术领域，公开基于温度控制的安全电路及其温度控制方法，基于温度控制的安全电路包括电源开关模块，电连接至电源和负载之间，用于控制电源和负载之间的电路通断；稳态电流检测模块，电连接至电源开关模块和负载之间，用于限制进入负载的持续电流的最大值；限制瞬态电流模块，电连接至稳态电流检测模块和负载之间，用于限制进入负载的瞬态电流的最大值；温度检测模块，电连接至电源开关模块，用于监测电路板的温度并反馈至电源开关模块；电源开关模块基于温度的值控制开关的通断；稳压模块，电连接至稳态电流检测模块的输出端和限制瞬态电流模块的输入端之间，用于稳定输出电压。本申请有助于提高电源开关电路的安全性。

Description

一种基于温度控制的安全电路及其温度控制方法

技术领域

本申请涉及电路安全保护的技术领域，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

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。

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。

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。

发明内容

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

一方面，本申请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：

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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；

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；

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；

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。

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。

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。

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。

另一方面，本申请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：

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：

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；

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；

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；

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；

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。

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。

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；

当实时温度高于最大设定阈值时，电源开关断开；

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；

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；

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）；

当实时温度小于最小设定阈值时，电源开关断开；

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。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

本申请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。

附图说明

图1是本申请一种基于温度控制的安全电路的电路原理框图。

图2是本申请一种基于温度控制的安全电路的电路图。

图3是本申请一种基于温度控制的安全电路，电源开关模块、温度检测模块和自锁单元的电路图，其中，温度检测模块和限制瞬态电流模块第一种电路结构。

图4是本申请一种基于温度控制的安全电路，稳态电流检测模块、限制瞬态电流模块和稳压模块的电路图。

图5是本申请一种基于温度控制的安全电路中，温度检测模块和限制瞬态电流模块第二种电路结构的示意图。

图6是本申请一种基于温度控制的安全电路中，限制瞬态电流模块第三种电路结构的示意图。

图7是本申请一种基于温度控制的安全电路中，温度检测模块和限制瞬态电流模块第四种电路结构的示意图。

图8是本申请一种基于温度控制的安全电路温度控制方法的流程图。

附图标记：1、电源开关模块；2、稳态电流检测模块；3、限制瞬态电流模块；4、稳压模块；5、温度检测模块；6、电感线圈；7、温度应变器；8、第一滑动变阻器；9、锥形电感线圈；10、第二滑动变阻器；11、第一降噪单元；12、第二降噪单元；13、自锁单元；14、基准电压模块。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种基于温度控制的安全电路。

参照图1和图2，一种基于温度控制的安全电路，包括电源开关模块1、稳态电流检测模块2、限制瞬态电流模块3、稳压模块4和温度检测模块5。电源开关模块1，电连接至电源和负载之间，用于控制供电电源和负载电路之间的电路通断。稳态电流检测模块2，电连接至电源开关模块1和负载电路之间，用于限制进入负载电路的持续电流的最大值。限制瞬态电流模块3，电连接至稳态电流检测模块2和负载电路之间，用于限制进入负载电路的瞬态电流的最大值。温度检测模块5，电连接至电源开关模块1，用于监测电路板的温度并反馈至电源开关模块1。电源开关模块1基于温度的值控制开关的通断。稳压模块4，电连接至稳态电流检测模块2的输出端和限制瞬态电流模块3的输入端之间，用于稳定输出电压。稳态电流检测模块2包括自锁单元13，自锁单元13包括锁存器U14和反相器；锁存器的输入端电连接至稳态电流检测模块2的输出端，锁存器的输出端电连接至反相器的输入端，反相器的输出端电连接至电源开关模块1的使能端。锁存器的输出端和温度检测模块5的输出端通过与门U17后电连接至电源开关模块1的输入端。同时，还通过自锁单元13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。

反相器为场效应管Q11，为N沟道增强型。Q11的栅极为输入端，源极接地，漏极为输出端。

基准电压模块14，包括芯片U15，型号为ZXRE125，电连接至上述模块，用于为电路中的多个芯片和模块提供基准电压。

参照图3和图4，电源开关模块1，包括MOS管，为P沟道增强型；MOS管的G极（栅极）电连接至Q11的漏极；漏极为输出端；源极为输入端，电连接至供电电源。根据预设的算法控制开关的通断，从而保障电路的安全。预设的控制算法在如下模块和方法中体现。

稳态电流检测模块2包括电连接的电流传感器、电流检测调理器U13和比较器U16；

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电流检测调理器；

电流传感器：包括霍尔效应传感器或者分流电阻器，用于实时测量电路中的电流值。其中，霍尔效应传感器的原理是利用磁场与电流之间的相互作用来检测电流，而分流电阻的原理是通过在电路中串联一个已知阻值的电阻，通过测量电阻两端的电压来间接计算电流。本实施例中以分流电阻器R17为例进行展示。

电流检测调理器对检测电流进行运算并输出调理信号至比较器；电流传感器U13输出的信号一般需要经过调理电路进行放大、滤波和线性化等处理，以便后续电路能够准确读取和处理。电流检测调理器能够提高测量的精度和测量信号的稳定性。

比较器将调理信号比较后经第一降噪单元11降噪后输出至自锁单元13。

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。

为了提高电路的稳定性，稳态电流检测模块2还包括第一降噪单元11。其中，第一降噪单元11包括第一滤波元件，第一滤波元件包括滤波电容。自锁单元13包括比较电路和反相器；稳态电流检测模块2的输出端通过第一滤波元件接地，用于稳态电流检测模块2输出的检测电流进行降噪。通过第一降噪单元11平滑输出电压，有利于避免电源开关模块1的误关闭。

稳态电流检测电路判断是否有持续的过大电流通过，判决过程中需要有降噪措施(因为有电路噪声影响，导致电源开关被误关闭)，同时，如果后端负载产生了稳态电流过大的情况，则说明负载一定发生了故障，电路不应该再次被使用；此时需要有故障自锁电路将电源开关关闭。

稳压模块4包括稳压二极管D17，稳压模块4的作用是将输入负载端的电压限制到一定的幅度后，再通过限制瞬态电流的电路(最简单的方式譬如串联合适的电阻，I=V/R)，可将输入到负载端的瞬态电流限制在一定的范围内。因此，稳态电流检测电路，可将稳态电流限制在一定范围内，保证稳压电路的安全。稳压电路承受的功率P=U*I，限制了I后，U由稳压电路自行确定，则功率可以控制在一定范围下，选择合适的稳压电路即可。

为了提供安全的电路检测，本实施例中有多种温度检测和限制瞬态电流模块3的电路结构：

第一种电路结构：

参照图2和图3，温度检测模块5包括温度传感器、温度比较单元和第二降噪单元12。温度传感器，用于检测电路板的温度，温度传感器的输出端电连接至温度比较单元，温度比较单元的输出端经第二降噪单元12降噪后电连接至电源开关模块1的输入端。本实施例中，采用热敏电阻器R29。温度比较单元采用芯片U18实现，芯片U18为比较器。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1；设置有第二降噪单元12有利于避免电源开关模块1的误关闭。

第二种电路结构：

参照图2和图5，温度传感器包括温度应变器7和第一滑动变阻器8，限制瞬态电流模块3包括电感线圈6。电感线圈6串联至稳态电流检测模块2的输出端和负载电路之间。温度应变器7呈螺旋状，且由导磁材料制成，温度应变器7位于螺旋内部的一端固定在电路板上，另一端靠近电感线圈6的一端设置，温度应变器7靠近电感线圈6的一端与第一滑动变阻器8的滑动触点连接，第一滑动变阻器8电连接至温度比较单元，用于输出第一可变电阻信号至温度比较单元。除了利用电感线圈6对信号进行降噪处理，同时电感线圈6还可以产生磁场，根据温度检测模块5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7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8的阻值。由于温度应变器7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8上的滑动触点移动，使得第一滑动变阻器8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7的目的是在降噪的同时，还能够通过温度应变器7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6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8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。其中，由于温度一般是不会突变的，所以温度应变器7在单独受到温度影响的情况下，是动作缓慢的；从而使得第一滑动电阻器上的信号变化是缓慢的。同时，温度比较单元可以根据第一可变电阻信号的大小，判断电路板温度的大小。而电流是会发生突变的，且由于电感器会过滤该突变的电流，虽然电流不会突变，但是当电感线圈6上由尖刺脉冲电流时，则线圈中的磁通量变化率增大，从而导致感应电动势增大，因此电感周围的磁场变化率也增大。因此，当第一可变电阻信号对应的电阻值变化较快时，可以判断为有电流突变的情况发生，从而可以结合温度，或者电流的检测情况，进一步判断，以作为保障措施，避免温度或电流检测的器件故障带来的检测误差。

第三种电路结构：

参照图2和图6，温度传感器包括由温度应变材料制成的锥形电感线圈9，锥形电感线圈9由导磁材料制成，锥形电感线圈9的两端串联至稳态电流检测模块2的输出端和负载电路之间。首先，锥形线圈相比传统的柱形线圈系统，其互感性能得到了显著的提升；在相同的条件下，锥形线圈能够更有效地转换和传输磁能，从而提高电感的效率。此外，还有助于减少周围环境的漏磁现象。锥形电感通常使用细线绕成，因此其实际尺寸较小，这也意味着杂散电容较小。杂散电容的减小有助于降低电感系统的噪声和失真，提高信号质量。首先利用锥形电感线圈9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9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9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，从而有利于进一步提高电路的安全性。

比如，当锥形电感线圈9的半经变大时，线圈的横截面积会相应增加。根据电感的基本定义，电感是描述线圈产生磁通量能力的物理量，它与线圈的匝数、横截面积以及磁通路径的长度有关。因此，半经的增大通常会导致线圈电感值的增加。这是因为更大的横截面积意味着线圈能够容纳更多的磁通量，从而增强了其电感性能。

比如，当锥形电感线圈9受到轴向压缩时，线圈的形状和结构会发生变化。这种变化会影响线圈内部的磁通路径和磁通量的分布。具体的影响取决于压缩的程度和线圈的几何特性。一般来说，轴向压缩可能会使线圈的匝数更加紧密，从而改变磁通路径的长度和形状。这种变化可能导致电感值的增加或减少，具体取决于压缩对磁通路径和磁通量分布的综合影响。

第四种电路结构：

参照图2和图7，在第三种结构的基础上，增设有第二滑动变阻器10。第二降噪单元12还包括第二滑动变阻器10，锥形电感线圈9的一端与滑动变阻器的滑动触点连接；第二滑动变阻器10电连接至温度比较单元，用于输出第二可变电阻信号至温度比较单元。锥形电感线圈9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10的值，进而可以反馈温度信号至温度比较单元，有利于进一步提高电路的安全性。结合第二种结构和第三种结构的优点；提高对电路的滤波效果，以及进一步保障电路的安全性。

本申请实施例一种基于温度控制的安全电路的实施原理是：基于温度控制的安全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；使得电路具有稳定性的电流。

一种基于温度控制的安全电路的温度控制方法，参照图8，基于上述任意一种所述的基于温度控制的安全电路，包括如下步骤：

第一种判断方法：

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。

第二种判断方法：

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。

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；

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；

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值的差值，动态调节降温元件和加热元件的功率大小。

动态调节降温元件和加热元件的功率大小具体的方法：由于不同的目标设备的热特性不同，且目标温度值也不同，因此，固定的加热和降温的功率，也会因设备而不同，为了能够自适应调节加热和降温的功率，需要进行学习优化调整。 在设定时间段T内，基于实时温度的温度变化速率a，以及初始功率b；

当实时温度高于最大设定阈值时，电源开关直接断开。

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）；本实施例中，设定时间段T的时间长短，基于温度变化速率a的大小做出反相关调整，初始设定的时间段T为5分钟。当温度变化速率较大时，则说明目标设备升温较快，降温速率需要及时增大，以便于及时降温的操作；因此，需要缩短监测的周期，以提高恒温控制的效果。

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）；本实施例中，设定时间段T的时间长短，基于温度变化速率a的大小做出反相关调整，初始设定的时间段T为5分钟。当温度变化速率较大时，则说明目标设备降温较快，升温速率需要及时增大，以便于及时升温的操作；因此，需要缩短监测的周期，以提高恒温控制的效果。

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）。

当实时温度小于最小设定阈值时，电源开关直接断开。

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。

降温元件采用风扇，加热元件采用加热片和风扇，加热片设置于电路板上，风扇的出风口位于加热片远离电路板上元器件的一侧。加热片和风扇均受控连接于电源开关模块1，电源开关模块1基于温度检测模块5的温度，按照预设的功率算法，控制加热片和风扇功率的大小。小功率的加热可以只对加热片进行加热，但是大功率的加热，可以配合风扇一起使用，以有利于热量的快速扩散，从而达到快速恒温的效果。

快速稳定的恒温控制办法：当前温度距离目标温度很大时，用大步进功率进行加热或者降温。当前温度距离目标温度很小时，用小步进功率行加热或者降温，将温度振荡降低到最小值。温度控制的自学习办法：不同目标设备的热特性(惯性)不同，固定的加热或者降温的功率步进无法适用于不同的目标设备；通过调整温度的步进功率和温度变化速率的情况来实时调整步进功率，以达到快速稳定的控制恒温。

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。

通过整个产品的均温措施后，将温度检测电路放到相对合适的位置，即可检测整个产品是否超温。经过降噪措施后(降噪原因也是因为电路噪声)，如果高温则关闭电源开关。此处可以不用自锁电路，原因是温度变化是个慢变的过程，只要将温度控制在符合要求的范围内即可。

本申请实施例一种基于温度控制的安全电路的温度控制方法的实施原理是：本方法用于控制目标设备的温度，电流采样值的降噪算法滤除噪声，能够避免误判。当前温度低于预定温度时，通过加热手段将目标设备的温度提高；当前温度高于预定温度时，通过降温手段将目标设备的温度降低。当目标设备的温度超过安全范围时，直接关闭系统供电，以达到目标设备安全的目的。当测温系统失效时，目标设备如果高温运行，则实际电流必定会超过预定电流。当实际电流超过预定电流时，直接关闭系统供电，以达到设备安全的目的。两种不同类型的检测方法不容易同时出现故障，而同类型检测方法有可能在某种条件满足时会集体失效。所以多类型混合的检测方法优于同类型多路的检测方法。

温度多门限的设计办法：温度目标值(最小门限)、温度安全范围(中等门限)和最高温度限制(最高门限)。温度超过高温门限时直接关闭系统供电的办法：温度变化在物理本质是一个渐变的过程，检测到实际温度高于目标温度上限时，说明已经无法通过控温的方式将目标设备的温度控制在预定温度范围内，需要有安全手段将目标设备的热功率降低。温控系统失效时的安全防护办法：当温度检测/温度处理/温度控制中某个或者某些环节出现问题时，通过电流检测来判断目标设备是否在安全范围内。电流异常时，直接切断供电通路来达到目标设备的安全。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于温度控制的安全电路，其特征在于，包括电源开关模块(1)、稳态电流检测模块(2)、限制瞬态电流模块(3)、稳压模块(4)和温度检测模块(5)；

所述电源开关模块(1)，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；

所述稳态电流检测模块(2)，电连接至所述电源开关模块(1)和负载电路之间，用于限制进入负载的持续电流的最大值；所述稳态电流检测模块(2)包括自锁单元(13)，所述自锁单元(13)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(2)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(1)的使能端；

所述限制瞬态电流模块(3)，电连接至所述稳态电流检测模块(2)和负载电路之间，用于限制进入负载的瞬态电流的最大值；

所述温度检测模块(5)，电连接至所述电源开关模块(1)，用于监测电路的温度并反馈至所述电源开关模块(1)；

所述锁存器的输出端和所述温度检测模块(5)的输出端通过与门后电连接至所述电源开关模块(1)的输入端；

所述稳压模块(4)，电连接至所述稳态电流检测模块(2)的输出端和所述限制瞬态电流模块(3)的输入端之间，用于输出稳定电压；

其中，所述温度检测模块(5)包括温度传感器、温度比较单元和第二降噪单元(12)；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(12)降噪后电连接至所述电源开关模块(1)的输入端；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；

其中，所述温度传感器包括温度应变器(7)和第一滑动变阻器(8)，所述限制瞬态电流模块(3)包括电感线圈(6)，所述电感线圈(6)串联至所述稳态电流检测模块(2)的输出端和负载电路之间；所述温度应变器(7)呈螺旋状，所述温度应变器(7)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(6)的一端设置，所述温度应变器(7)靠近所述电感线圈(6)的一端与所述第一滑动变阻器(8)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(8)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；

其中，所述稳态电流检测模块(2)包括电连接的电流传感器、电流检测调理器和比较器；

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；

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；

所述稳态电流检测模块(2)还包括第一降噪单元(11)，所述第一降噪单元(11)包括第一滤波元件；所述稳态电流检测模块(2)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(2)输出的检测电流进行降噪；

所述比较器将调理信号比较后经所述第一降噪单元(11)降噪后输出至所述自锁单元(13)；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；

其中，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(1)的输入端；

其中，基于温度控制的安全电路的控制方法包括如下步骤：

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；

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；

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；

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；

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。

2.根据权利要求1所述的基于温度控制的安全电路，其特征在于，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(9)，所述锥形电感线圈(9)的两端串联至所述稳态电流检测模块(2)的输出端和负载电路之间。

3.根据权利要求2所述的基于温度控制的安全电路，其特征在于，所述温度传感器还包括第二滑动变阻器(10)，所述锥形电感线圈(9)的一端与所述第二滑动变阻器(10)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(10)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。

4.一种基于温度控制的安全电路温度控制方法，其特征在于，基于权利要求1-3任意一项所述的一种基于温度控制的安全电路，包括如下步骤：

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；

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；

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；

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；

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。

5.根据权利要求4所述的基于温度控制的安全电路的温度控制方法，其特征在于，方法还包括：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；

当实时温度高于最大设定阈值时，电源开关断开；

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）；

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）；

当实时温度位于第一设定值和第二设定值之间时，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）；

当实时温度小于最小设定阈值时，电源开关断开；

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。