CN101178608A - 一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器，包括带隙基准电路、误差放大器、输出缓冲级、PMOS功率管P1、反馈分压电阻R1、R2、温度保护电路和PMOS开关管P2，带隙基准电路经过误差放大器和输出缓冲级后与PMOS功率管P1连接；温度保护电路的一端与误差放大器的输入端连接，另一端与PMOS开关管P2连接，PMOS开关管P2的漏极与PMOS功率管P1的门极连接，反馈分压电阻R1的一端与PMOS功率管P1的漏极连接，另一端与误差放大器的输入端连接。本发明直接利用带隙基准电压的简单温度保护电路，提高了温度保护电路的灵敏度以及稳压器停止工作和重新恢复工作的温度范围的可设定性。

Description

一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器

技术领域

本发明涉及一种线性稳压器，具体地说是一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器用于从某个较高的、有噪声的电压源产生一个较低的、稳定的输出电压。低压差线性稳压器的优点是：效率高，输出电压噪声低，电路结构简单，体积小，价格低廉，在电源管理芯片中占有很大的比重，并且在便携式产品，特别是消费电子领域得到了广泛的应用。

随着集成电路规模的不断提升和一些大功率器件的集成，整个集成电路系统的功耗急剧增加，从而使得集成电路不得不考虑处理电路温度过高时避免电路的损坏。在低压差线性稳压器的应用中，如果稳压器没有温度保护电路，则非常容易在工作达到一定的高温后而损坏。传统的工艺一般采用双极型的温度保护电路实现，由于在CMOS工艺中不易集成双极型器件，故这种方法不适用于CMOS工艺下的低压差线性稳压器中。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器，该稳压器可以对芯片内部的温度进行监控，及时做出反应，从而达到保护芯片的作用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器，其特征在于：它包括带隙基准电路、误差放大器、输出缓冲级、PMOS功率管P1、反馈分压电阻R1、R2、温度保护电路和PMOS开关管P2，所述带隙基准电路经过误差放大器和输出缓冲级后与PMOS功率管P1的门极连接；温度保护电路的一端与误差放大器的输入端连接，另一端与PMOS开关管P2的门极连接，PMOS开关管P2的漏极与PMOS功率管P1的门极连接，PMOS功率管P1和PMOS开关管P2的源极与输入电源连接；反馈分压电阻R1和反馈分压电阻R2串联连接，反馈分压电阻R1的一端与PMOS功率管P1的漏极连接，另一端与误差放大器的输入端连接。

本发明中，所述温度保护电路包括负温度系数电压支路、恒流源分压支路、电压比较器和缓冲器，其中负温度系数电压支路和恒流源分压支路由带隙基准电路提供合适的偏置电压；电压比较器将负温度系数电压支路产生的电压和恒流源分压支路产生的电压进行比较，并产生电压至缓冲器；缓冲器产生电压反馈到恒流源分压支路，形成反馈用来保证缓冲器的输出电压稳定。

图1给出了本发明所述的具有温度保护电路的低压差线性稳压器的电路示意图。输出节点201的电压经过电阻R1、R2的分压产生节点202的电压，节点202的电压与带隙基准电路所产生的节点205的电压经过误差放大器和输出缓冲级作用后产生节点203的电压驱动PMOS功率管P1，从而使得节点201的电压稳定。当稳压器内部的温度升高至某一值时，温度保护电路的输出节点204的电压变为低，则PMOS管P2导通，使节点203的电压变为电源电压(Vin)，关断功率管P1；当电路内部的温度降低至某一值时，温度保护电路的输出节点204电压变为高，则PMOS管P2关断，内部电路重新恢复工作。

图2给出了本发明中温度保护电路框图。带隙基准电路为负温度系数电压支路和恒流源分压支路提供偏置；电压比较器对负温度系数电压支路产生的电压和恒流源分压支路产生的电压进行比较，产生输出控制信号；缓冲器传输电压比较器的输出信号控制PMOS管P2，同时产生反馈信号控制恒流源分压支路所产生的节点102的电压，避免温度保护电路中电压比较器、负温度系数电压支路和恒流源分压支路对稳压器内部其它电路的影响。

所述的负温度系数电压支路是由一个负温度系数的器件和一个恒流源组成。恒流源分压支路是由一个恒流源、三个调节电阻R3、R4、R5和一个开关管N1组成，调节电阻和开关管的参数可控制关断温度和开启温度的迟滞窗口。恒流源电路由两个PMOS管P3、P4和一个NMOS管N2组成，NMOS管的栅极由带隙基准电路11产生的电压控制，两个PMOS管构成电流镜产生恒流源输出。

本发明中，带隙基准电路为负温度系数电压支路和恒流源支路直接提供偏置信号，当稳压器温度由低温升高至某一值时，负温度系数电压支路检测温度并输出电压至电压比较器，该电压信号与恒流源支路的输出电压经电压比较器和缓冲器作用后产生低电平输出电压，使稳压器停止工作；当稳压器温度由高温降低至某一值时，负温度系数电压支路检测温度并输出电压至电压比较器，该电压信号与恒流源支路的输出电压经电压比较器和缓冲器作用后产生高电平输出电压，使稳压器恢复工作。本发明直接利用带隙基准电压的简单温度保护电路，提高了温度保护电路的灵敏度以及稳压器停止工作和重新恢复工作的温度范围的可设定性。

本发明可以对芯片内部的温度进行监控，及时做出反应，可以避免由于温度过高造成的电路损坏，从而达到保护芯片的作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中温度保护电路的框图。

图3是本发明中温度保护电路的原理图。

图4是本发明温度保护电路中恒流源的电路原理图。

具体实施方式

为了对本发明的电路结构和原理有更进一步的了解，下面结合附图进行详细介绍。

图1是本发明所述的一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器电路示意图。它包括带隙基准电路11、误差放大器22、输出缓冲级23、PMOS功率管P1、反馈分压电阻R1、R2、温度保护电路21和PMOS开关管P2。带隙基准电路11经过误差放大器22和输出缓冲级23后与PMOS功率管P1的门极连接；温度保护电路21的一端与误差放大器22的输入端连接，另一端与PMOS开关管P2的门极连接，PMOS开关管P2的漏极与PMOS功率管P1的门极连接，PMOS功率管P1和PMOS开关管P2的源极与输入电源连接；反馈分压电阻R1和反馈分压电阻R2串联连接，反馈分压电阻R1的一端与PMOS功率管P1的漏极连接，另一端与误差放大器的输入端连接。

图2给出了本发明温度保护电路框图，包括与带隙基准电路11连接的负温度系数电压支路12和恒流源分压支路13、电压比较器14、缓冲器15。

图3是本发明温度保护电路原理图。恒流源I135和PNP三极管37构成负温度系数电压支路12；恒流源I236、电阻R3、R4、R5和NMOS管N1构成恒流源分压支路；三个反相器32、33、34构成缓冲器。

图4是本发明温度保护电路中恒流源的电路原理图。由带隙基准电路11所产生的电压402驱动NMOS管N2，由于带隙基准电路产生的电压随输入电源电压和温度的影响很小，故流过N2管的电流基本是恒定的，然后通过两个PMOS管P3、P4镜像输出的电流Iout随输入电源电压和温度的影响很小。

本发明中整个温度保护电路工作过程如下：

在图3中，节点301产生的电压具有负温度系数，其电压表达式是：

                   V_A＝V_g0-K_NT

其中V_g0为0K时的带隙电压，K_N表示BE结的负温度系数，T表示温度。

1、当稳压器内部温度较低时，输出节点305为高电平，节点104也为高电平，从而NMOS管N1导通，电阻R5短路。此时节点302电压为：

                V_B＝I₂*R₄

当V_A≤V_B，即 $T\≥\frac{V_{g0}-I_2*R_4}{K_N}$ 时(记 $T_H=\frac{V_{g0}-I_2*R_4}{K_N}$ 为关断温度)，输出节点305变为低电平，从而使PMOS管P2管导通，关断电路工作。

2、当稳压器内部温度逐渐降低时，输出节点305为低电平，节点104也为低电平，从而NMOS管N1关断，电阻R5上产生压降，此时V_B＝I₂*(R₄+R₅)。当V_A≥V_B，即 $T\≤\frac{V_{g0}-I_2*(R_4+R_5)}{K_N}$ 时(记 $T_L=\frac{V_{g0}-I_2*(R_4+R_5)}{K_N}$ 为开启温度)，输出节点305变为高电平，从而使芯片恢复工作。

从以上的分析中可以看出T_H≠T_L，从而使得关断温度和开启温度之间存在一个迟滞窗口。可以根据不同的工艺条件，调节电阻R3、R4、R5的大小来改变关断温度T_H、开启温度T_L和迟滞窗口的大小。

本发明是一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器，由于温度保护电路中的恒流源采用带隙基准电路产生的电压，随输入电压、温度的影响很小，对于固定的电阻R3、R4、R5，其关断温度T_H、开启温度T_L和迟滞窗口的大小基本不变。

本发明可以对芯片内部的温度进行监控，及时做出反应，可以避免由于温度过高造成的电路损坏，从而达到保护芯片的作用。

上述的实施例仅仅是属于举例，本发明并不局限于举例范围。本发明的范围是通过权利要求范围说明，从专利权利要求范围的意义和范围，或者等价概念中所导出的所有变更或变形的形态，均属于本发明的范围。

Claims (5)

1.一种具有温度保护电路的低压差线性稳压器，其特征在于：它包括带隙基准电路(11)、误差放大器(22)、输出缓冲级(23)、PMOS功率管(P1)、反馈分压电阻(R1、R2)、温度保护电路(21)和PMOS开关管(P2)，所述带隙基准电路(11)经过误差放大器(22)和输出缓冲级(23)后与PMOS功率管(P1)的门极连接；温度保护电路(21)的一端与误差放大器(22)的输入端连接，另一端与PMOS开关管(P2)的门极连接，PMOS开关管(P2)的漏极与PMOS功率管(P1)的门极连接，PMOS功率管(P1)和PMOS开关管(P2)的源极与输入电源连接；反馈分压电阻(R1)和反馈分压电阻(R2)串联连接，反馈分压电阻(R1)的一端与PMOS功率管(P1)的漏极连接，另一端与误差放大器(22)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的具有温度保护电路的低压差线性稳压器，其特征在于：所述温度保护电路(21)包括负温度系数电压支路(12)、恒流源分压支路(13)、电压比较器(14)和缓冲器(15)，其中负温度系数电压支路(12)和恒流源分压支路(13)由带隙基准电路(11)提供合适的偏置电压；电压比较器(14)将负温度系数电压支路(12)产生的电压和恒流源分压支路(13)产生的电压进行比较，并产生电压至缓冲器(15)；缓冲器(15)产生电压反馈到恒流源分压支路(13)，形成反馈用来保证缓冲器(15)的输出电压稳定。

3.根据权利要求2所述的具有温度保护电路的低压差线性稳压器，其特征在于：所述的负温度系数电压支路(12)是由一个负温度系数的器件和一个恒流源组成。

4.根据权利要求2所述的具有温度保护电路的低压差线性稳压器，其特征在于：所述的恒流源分压支路(13)是由一个恒流源、三个调节电阻(R3、R4、R5)和一个开关管(N1)组成。

5.根据权利要求3或4所述的具有温度保护电路的低压差线性稳压器，其特征在于：所述的恒流源电路由两个PMOS管(P3、P4)和一个NMOS管(N2)组成，NMOS管的栅极由带隙基准电路(11)产生的电压控制，两个PMOS管构成电流镜产生恒流源输出。

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