一种可调功率的板级加热电路、PCB板及计算机

技术领域

本发明涉及温控电路设计领域，尤其涉及一种可调功率的板级加热电路、PCB板及计算机。

背景技术

低温特性是加固计算机抗恶劣环境要求中的重要性能指标，某些特殊场合对加固计算机低温工作环境温度要求低至-40℃，甚至-55℃。很多芯片或电子器件无法适应如此恶劣的宽温环境，在低温环境下不能正常工作，甚至无法启动。针对该类芯片或器件，可通过在其附近PCB内层绕制Ω级加热电阻丝，电阻丝通电后发热，为附近区域的芯片或器件加热，从而改善低温适应性。

一般加热电路供电电源采用低成本电源，输出电压恒定，加热线圈一经绕制设计完成，其阻值固定，从而导致加热功率恒定不可调。

发明内容

为解决背景技术中所提到技术问题，在本发明的一个方面，提出了一种可调功率的板级加热电路，包括：控制模块、输出功率控制电路以及加热元件；其中，所述输出功率控制电路进一步包含稳压模块，所述控制模块与所述输出功率控制电路中的稳压模块的使能端连接，所述输出功率控制电路的输出端与所述加热元件连接，所述控制模块配置用于输出PWM控制信号以控制所述输出功率控制电路的开启或关闭进而控制所述输出功率控制电路向所述加热元件的输出功率。

在一个或多个实施例中，所述输出功率控制电路还包括：第一分压电阻和第二分压电阻；其中，所述第一分压电阻与所述第二分压电阻串联连接，并耦合在所述稳压模块的开关端与地电势端之间，所述第一分压电阻与所述第二分压电阻的公共端与所述稳压模块的反馈端连接。

在一个或多个实施例中，所述第二分压电阻为热敏电阻。

在一个或多个实施例中，在所述稳压模块的开关端与所述第一分压电阻之间还设置有输出电感。

在一个或多个实施例中，所述输出电感与所述第一分压电阻的公共端配置为所述输出功率控制电路的输出端，并在所述输出端与所述地电势端之间设置输出电容。

在一个或多个实施例中，所述控制模块包括CPU、MCU或CPLD。

在一个或多个实施例中，所述加热元件包括：电热丝或电热片。

在本发明的另一个方面，还提出了一种PCB板，所述PCB板预置有上述可调功率的板级加热电路；其中，所述电热丝或电热片设置于所述PCB板的外表面或内嵌于所述PCB板的夹层中。

在本发明的另一个方面，还提出了一种计算机，所述计算机设置有上述PCB板。

本发明的有益效果包括：本发明不但通过PWM控制实现了输出功率的任意可调，并且通过热敏电阻的加入，使得本发明能够在不改变PWM信号的情况下实现输出功率的自动微调，从而使得环境温度保持在集成电路能够正常工作的温度范围之内。此外，本发明提出的可调功率的板级加热电路还具有结构简单，成本低廉的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本发明的一种可调功率的板级加热电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

为了实现集成电路在低温下的正常工作，本发明提出了一种可调功率的板级加热电路，具体是通过PWM控制信号控制加热电路的输出功率，从而控制加热温度。其中，PWM信号可由集成电路中的CPU、MCU或CPLD中的一种生成。

图1为本发明的一种可调功率的板级加热电路的电路原理图。在图1所示出的实施例中，可调功率的板级加热电路包括：

控制模块10、输出功率控制电路20以及加热元件30；其中，输出功率控制电路20进一步包含稳压模块，所述控制模块10与所述输出功率控制电路20中的稳压模块UI的使能端EN连接，所述输出功率控制电路20的输出端VOUT与所述加热元件30连接，所述控制模块10配置用于输出PWM控制信号以控制所述输出功率控制电路20的开启或关闭进而控制所述输出功率控制电路向加热元件30的输出功率。

具体的，所述输出功率控制电路还包括：第一分压电阻RA和第二分压电阻RB；其中，所述第一分压电阻RA与所述第二分压电阻RB串联连接，并耦合在所述稳压模块UI的开关端SW与地电势端之间，所述第一分压电阻RA与所述第二分压电阻RB的公共端与所述稳压模块UI的反馈端FB连接。在所述稳压模块UI的开关端SW与所述第一分压电阻RA之间还设置有输出电感L。配置所述输出电感与所述第一分压电阻RA的公共端为所述输出功率控制电路的输出端VOUT，并在所述输出端VOUT与所述地电势端之间设置输出电容COUT。所述输出电感L和所述输出电容COUT用于构成储能及滤波电路，以保证输出电流的稳定。

更具体的，所述控制模块包括CPU、MCU或CPLD中的一种。在一个优选的实施例中，以集成电路中较为空闲的CPLD作为控制模块。其中，在集成电路中CPLD一般用于开机时的上电控制与自检工作，利用CPLD作为主控模块可以避免占用CPU或MCU的计算资源，并且可在CPLD的上电、自检完成后可直接开始控制生成PWM工作，从而也避免了相关信号的交互过程。

更具体的，所述加热元件包括：电热丝或电热片。其中，所述电热丝或电热片设置于所述PCB板的外表面或内嵌于所述PCB板的夹层中。

通过上述可调功率的板级加热电路实现了输出功率可调，然而在进一步的实施例中，本发明还提出了在不改变PWM控制信号占空比的情况下，实现功率自动微调的方法。具体做法是将上述第二分压电阻RB配置为正温度系数热敏电阻(随温度上升，阻值增大)，以实现根据环境温度自动调整输出功率，从而将环境温度维持在集成电路适于工作的温度范围之内。上述实施例的具体原理如下：

稳压模块UI具体为开关降压式稳压器，包括输入端VIN、开关端SW、反馈端FB以及使能端EN等引脚。工作过程中，RA和RB的公共端通过FB端与稳压器UI连接，从而实现RA和RB的分压与稳压器UI内部的基准电压VREF进行比较，根据RA和RB阻值的配置比例而实现VOUT的可调。其中，VOUT与RA、RB的关系满足以下公式：

VOUT＝(1+RA/RB)*VREF

初始时，加热元件通电发热，使得环境温度上升，环境温度的变化可以通过输出功率W

W

其中，C为常数，当C大于零，即环境温度将上升，从而导致正温度系数热敏电阻RB的阻值上升，从而导致VOUT的下降，进而导致C减小；当C减小至0时，环境温度不再变化，此时热敏电阻RB的阻值也不再变化。其中PWM控制信号用于控制额定输出功率，其将最终决定最终的环境温度。

此时，当环境温度变化时，上述C等于0的平衡被打破后，会重新建立一个新的C等于0的平衡，通过选取适合的热敏电阻即可实现使得环境温度始终保持在一定的温度范围之内。

通过热敏电阻的加入，简化了根据环境变化进而实时控制PWM信号的占空比，进而控制额定输出功率的过程。使得本发明的加热电路的结构可以更加简单，成本更低。

在另一种可选的实施例中，可以不采用PWM控制信号控制额定输出功率，而仅通过设置第二分压电阻为热敏电阻而实现输出功率随环境温度的变化自动微调。

在上述各实施例的基础上，本发明还提出了一种PCB板，所述PCB板预置有上述可调功率的板级加热电路；其中，所述电热丝或电热片设置于所述PCB板的外表面或内嵌于所述PCB板的夹层中。

在上述各实施例的基础上，本发明还提出了一种计算机，所述计算机设置有上述PCB板。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。