近期，众多电子设备因内部温度过热，出现功率电晶体损毁、变压器寿命减短，甚至系统 “误动作” 等问题。因此，当温度过高时，电源转换器的保护线路成为了一项必要设计。接下来，我们将详细介绍过温保护的线路设计，并通过实作电源转换器结合温度开关，利用调整电阻值来确定温度保护点，从而避免超过安全温度的风险。
绪论
在工厂中常见的 CNC 机台、家庭里的电热烤箱以及其他大功率电子设备，其内部电源转换器长期处于重负载状态或放置在高环境温度下。一旦外壳温度高于规格书标示的温度，就容易导致电源转换器内部零件受损。为了保护电源转换器以及后端的电路系统，设计上需要配备温度保护机制。
过温保护（Over Temperature Protection, OTP）的作用是防止电源转换器在过温情况发生后持续输出，从而造成零件损坏。通常以量测转换器外壳中心点的温度作为过温保护的标准温度，如图 1 所示。一旦此温度超过规格书规定的外壳温度，电源转换器就会关闭。
因此，在转换器运作时，需要提供适当的冷却方式，将外壳温度保持在外壳温度以下，以减少过温情况的发生。高可靠性的电源转换器通常内建过温保护机制，能够快速侦测到温度变化，并及时触发保护机制。然而，如果使用者拿到的电源转换器没有内建过温保护机制，也可以通过加入温度开关来实现这一功能。
本文将阐述过温保护功能的概要，并实作电源转换器搭配可程式化的温度开关器 TMP708。将它们相邻焊接于印刷电路板，以实现过温保护，这也是本实验选用的重点。
过温保护结构
在 DC/DC 电源转换器中，过温保护大多是由于过电压或过电流持续一段时间，导致内部零件温度过高。通过侦测外壳中心温度，可以判定过温保护的时机。过温保护会关闭电源转换器的输出电压，直到温度下降到回复值以下，电源转换器会自动重新启动，使输出电压恢复到标准值。
图 2 展示了返驰式转换器搭配内部温度感测器的基本架构。感测器测得电源转换器释放的热能，由于感测器放置距离不同，所测得的温度也会有所差异。当温度感测器相邻于高温零件旁时，对温度的敏感度较高；反之，如果温度感测器离高温零件较远，则无法获取当下温度讯号。这样一来，当外壳中心点温度已达到值，但感测器温度尚未达到温度临界点时，就可能会造成危险。
在大功率模式运作时，热能会通过电路板传递到温度感测器。一旦感测到温度高于温度临界点，转换器会立即停止能量转换动作，从而关闭转换器。
返驰式转换器搭配外部温度开关的基本架构。首先，需要选择一个提供正逻辑远端控制开关功能的电源转换器，通过控制引脚（Ctrl）可以使转换器进入待机模式或重新启动。然后，将温度开关器紧贴在电源转换器的发热零件（M1）外壳旁，以确保转换器的温度能传递到感测器。当转换器温度过高时，温度开关开启，使控制讯号接地，从而关闭转换器。
这种方式虽然精准度不及内建温度感测器类型，但可以根据实际环境变化，动态地调整温度临界值。例如，当转换器在工厂作业区内处于高温暴露环境时，可以提高温度临界值。不过，这种方式不仅会增加外部零件数量，还会增加线路设计的复杂度。若要简化设计，可以选择具有内建保护功能的温度感测控制器，这样可以减少零件数量和印刷电路板的大小。
无论电源转换器搭配内部还是外部的温度开关，当转换器外壳达到指定温度时，输出电压会立即关闭。此时，系统可以切换至其他供电设备供电，直到外壳温度下降至恢复值以下，转换器会自动重新开启，其行为模式如图 4 所示。
实验功能介绍
本实验选用的直流 - 直流电源转换器规格如下表所示：
Power Converter3W, SIP8 package
Input Voltage4.5 - 9Vdc, Nom. 5Vdc
Output Voltage12Vdc
Output Current @full load250mA
Operation Temperature-40 ~ 100°C
基本的过温保护动作包括感应温度、判断温度是否过大，然后决定是否关闭转换器。本实验使用外部温度开关器的感测器来侦测转换器外壳温度，并通过外加电阻 R4 来偏压转换器控制讯号，电阻 REST 决定温度临界值。系统方块图如下。
本实验选用了一个积体化的可编程电阻的温度开关 TMP708，其过温度保护功能是本实验选用的重点。它内部有正 / 负温度相关的参考电压与比较器。TMP708 的 SET 接脚与 GND 接脚之间接上误差 1% 电阻器 RSET，该电阻可调整温度临界值；OT 接脚接到电源转换器的控制开关，根据转换器的开关逻辑来决定 OT 脚位输出是否需要加反向器；HYST 接脚允许将输入迟滞设置为 10°C（当 HYST = VCC 时）或 30°C（当 HYST = GND 时）。
功率耗损
由于外部温度保护电路会额外增加能量损失，我们将简易计算各损失值，分别为 TMP708、偏压回路（包含 R4 & 开关 SW）的功率消耗。根据相关公式计算总损失，可以得出电源转换器所损失的效率。
实作波形
图 6 展示了电源转换器从正常运作模式进入保护模式，再回到正常运作模式的波形。将转换器放置于高温环境中，一开始送电输入电压，转换器开启，输出电压稳定于 12V，处于重负载模式。此时，机壳温度不断上升，直到温度临界点 70°C 时，OT 讯号转成高电压准位，且将控制脚位 CTRL 拉至地，转换器进入温度保护模式，输出电压降为 0V。将转换器移至室温环境，机壳温度快速下降，直到回复温度值约 55°C 时，转换器会自动从保护模式回复到正常运作模式，保护模式状态解除，此时输出电压升到 12V。
结论
大功率转换器使用外部温度开关，能够有效地防止电源转换器在过温环境下持续运作，从而避免系统损坏，提高电源转换器的可靠性。本文通过实作一个过温保护实验，使用可编程温度开关 IC 减少了线路设计的复杂度，并提高了功能性。，将其与电源转换器相结合，成功实现了过温保护功能。在实际应用中，合理选择过温保护方式对于保障电子设备的稳定运行具有重要意义。
