CN102707223A - 在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，其包括三极管，所述三极管的发射极端接地，三极管的基极端与发射极端间通过具有正温度系数的电阻相连；三极管的基极端、集电极端分别通过第二电流源、第一电流源与供电电压源相连，三极管的集电极端能输出状态信号；所述三极管的基极端还与用于接收外部测试控制信号及接收开关电源集成电路的过温测试信号的过温测试电流输入调节电路相连，所述过温测试电流输入调节电路与供电电压源相连；。本发明结构简单紧凑，降低测试成本，缩短测试时间，适应范围广，安全可靠。

Description

在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路

技术领域

本发明涉及一种过温测试保护电路，尤其是一种在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，属于集成电路的技术领域。

背景技术

在开关电源集成电路中，内部集成的功率器件在工作时会产生热量，从而导致集成电路温度上升，为了防止集成电路在正常工作时因为温度过高而损坏，会在集成电路内部设计过温保护电路。过温保护电路的功能是集成电路温度上升到预先设计的某一温度时关断功率器件，使集成电路不再继续产生热量。

在传统集成电路测试中，为了验证过温保护电路能否正常工作，需要将集成电路放在高温烘箱中模拟高温环境，逐渐升高烘箱温度，观察集成电路是否在高温下进入过温保护模式。这种测试方法复杂，测试时间长，难以对每颗集成电路的过温保护功能进行测试。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，其结构简单紧凑，降低测试成本，缩短测试时间，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，包括三极管，所述三极管的发射极端接地，三极管的基极端与发射极端间通过具有正温度系数的电阻相连；三极管的基极端、集电极端分别通过第二电流源、第一电流源与供电电压源相连，三极管的集电极端能输出状态信号；第二电流源输出的第一电流通过电阻在三极管的基极端得到第一电压，所述第一电压在预设过温保护温度值时能使得三极管导通，以使得状态信号为低电平；

所述三极管的基极端还与用于接收外部测试控制信号及接收开关电源集成电路的过温测试信号的过温测试电流输入调节电路相连，所述过温测试电流输入调节电路与供电电压源相连；

过温测试电流输入调节电路能调节供电电压源向三极管的基极端输入所需的第二电流，第一电流及第二电流通过电阻在三极管的基极端得到第二电压；

当过温测试电流输入调节电路仅接收过温测试信号时，第二电压在常温下低于三极管的导通电压，状态信号为高电平；

当过温测试电流输入调节电路同时接收过温测试信号与外部测试控制信号时，第二电压在常温下使得三极管导通，状态信号为低电平。

所述过温测试电流输入调节电路包括第一MOS开关管及第二MOS开关管；第一MOS开关管的栅极端与外部测试控制信号相连，第一MOS开关管的漏极端通过第四电流源与供电电压源相连，第二MOS开关管的栅极端与过温测试信号相连，第二MOS开关管的源极端与三极管的基极端相连，第二MOS开关管的漏极端与第一MOS开关管的源极端相连，并通过第三电流源与供电电压源相连。

所述第一电流源、第二电流源、第三电流源及第四电流源均为镜像电流源。所述第一MOS开关管及第二MOS开关管均为NMOS管。

所述状态信号通过与门电路与第三MOS开关管的栅极端相连，与门电路的输入端还与PWM信号发生电路的相连；第三MOS开关管的源极端接地。

本发明的优点：三极管的基极端还与用于接收外部测试控制信号及接收开关电源集成电路的过温测试信号的过温测试电流输入调节电路相连，所述过温测试电流输入调节电路与供电电压源相连；利用过温测试电流输入调节电路调节输入的第二电流，第二电流与第一电流得到第二电压，通过第二电压与三极管的导通压降关系判断整个电路是否能过温保护，同时，通过第二电流来判断过温保护温度的范围，结构简单紧凑，降低测试成本，缩短测试时间，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明三极管开启电压V_BE负温度系数和电压V_B的正温度系数示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1~图2所示：本发明包括供电电压源101、第一电流源102、第二电流源103、第三电流源104、第四电流源105、第一MOS开关管106、第二MOS开关管107、电阻108、三极管109、状态信号110、过温测试信号111、外部测试控制信号112、地113、PWM信号发生电路114、第三MOS开关管115、漏端116及与门电路117。

如图1和图2所示：本发明包括三极管109，所述三极管109的发射极端接地113，三极管109的基极端与发射极端间通过具有正温度系数的电阻108相连；三极管109的基极端、集电极端分别通过第二电流源103、第一电流源102与供电电压源101相连，三极管109的集电极端能输出状态信号110；第二电流源103输出的第一电流通过电阻108在三极管109的基极端得到第一电压，所述第一电压在预设过温保护温度值时能使得三极管109导通，以使得状态信号110为低电平。通过供电电压源101、第一电流源102、第二电流源103、电阻108及三极管109能够达到现有过温保护电路的功能，即当整个开关电源集成电路的工作温度达到所设定的温度阈值时，三极管109输出的状态信号110为低电平，通过状态信号110能关断整个开关电源集成电路，具体设定温度保护阈值可以通过第二电流源103与电阻108配合得到，即可由设定第二电流源103输出第一电流的大小及电阻108的阻值，以及它们正温度变化的系数，只要使得在达到所设定的温度阈值时，能使三极管109导通即可，这个是本技术领域人员所熟知，此处不再详述。

为了能够达到本发明的目的，所述三极管109的基极端还与用于接收外部测试控制信号112及接收开关电源集成电路的过温测试信号111的过温测试电流输入调节电路相连，所述过温测试电流输入调节电路与供电电压源101相连；

过温测试电流输入调节电路能调节供电电压源101向三极管109的基极端输入所需的第二电流，第一电流及第二电流通过电阻108在三极管109的基极端得到第二电压；

当过温测试电流输入调节电路仅接收过温测试信号111时，第二电压在常温下低于三极管109的导通电压，状态信号110为高电平；

当过温测试电流输入调节电路同时接收过温测试信号111与外部测试控制信号112时，第二电压在常温下使得三极管109导通，状态信号110为低电平。

过温测试电流输入调节电路调节所需的第二电流，通过两种或多种状态下的电流值配合，能够测定本发明实施例中过温保护温度的范围。

当过温测试电流输入调节电路仅在过温测试信号111作用下输出的第二电流，并在所述第二电流与第一电流共同作用下得到第二电压，第二电压在常温下低于三极管109的导通压降时；其中第一电流由预设第二电流源103决定，当增加第二电流后，第二电压比第一电压增大，从而降低了过温保护的温度值，即相同条件下，由于过温保护电压基值增大，在升高相同温度下，升高后的电压值更大，即升高相同温度下得到升值后的第二电压比第一电压更大，此时未达到之前预设过温保护温度值时，过温保护功就能启动。当将第二电压增大的情况看成温度增大后由于正温度系数升温导致时，根据电流与温度间的线性变化关系，当知道此时第二电流及第二电压的具体值，就能够得到过温保护温度的下限值。

当过温测试电流输入调节电路同时在过温测试信号111及外部测试控制信号112作用下，并在此时第二电流与第一电流共同作用下得到第二电压，此时第二电压在常温下能使得三极管109导通。此处情况下，第二电压的值比上述情况进一步增大，从而进一步降低了过温保护的温度值，极限情况下，第二电压等于或大于三极管109的导通压降，在常温下已经达到升温带来的电压增大效果，根据电流与温度间的线性变化关系，当知道此时第二电流及第二电压的具体值，就能够得到过温保护温度的上限值。从而根据第二电流源103得到预设过温保护值以及上述情况得到的上限值、下限值能得到整个过温保护电路的过温保护范围，同时具有测试开关电源集成电路是否具有过温保护功能的作用。

具体地，所述过温测试电流输入调节电路包括第一MOS开关管106及第二MOS开关管107；第一MOS开关管106的栅极端与外部测试控制信号112相连，第一MOS开关管106的漏极端通过第四电流源105与供电电压源101相连，第二MOS开关管107的栅极端与过温测试信号111相连，第二MSO开关管107的源极端与三极管109的基极端相连，第二MOS开关管107的漏极端与第一MOS开关管106的源极端相连，并通过第三电流源104与供电电压源101相连。

本发明实施例中，过温测试电流输入调节电路只显示了通过第一MOS开关管106及第二MOS开关管107进行电流调节的结构，本技术领域应当知道，可以设定多个MOS开关管，通过多个MOS开关管与相应的外部测试控制信号112作用下通过多次电流增大同样能够达到相应的效果。

所述第一电流源102、第二电流源103、第三电流源104及第四电流源105均为镜像电流源。所述第一MOS开关管106及第二MOS开关管107均为NMOS管。所述状态信号110通过与门电路117与第三MOS开关管115的栅极端相连，与门电路117的输入端还与PWM信号发生电路114的相连；第三MOS开关管115的源极端接地。

下面结合附图，以一个具体的实施例来说明本发明的原理。

在一款开关电源集成电路中，第三MOS开关管115集成在集成电路内部，第三MOS开关管115为增强型NMOS功率开关管，第三MOS开关管115的漏端116通过外部引脚连接外围器件；第三MOS开关管115的源极端通过外部引脚连接到参考地；第三MOS开关管115的栅极驱动由PWM信号发生电路114和本发明的电路控制。第三MOS开关管115根据PWM信号发生电路114的驱动信号进行开关，开关过程中产生的热量导致整个集成电路温度升高。当集成电路温度低于过温保护电路热关断阈值温度时，第三MOS开关管115的栅极由PWM信号发生电路114驱动；当开关电源集成电路温度高于过温保护电路热关断阈值温度时，第三MOS开关管115的栅极驱动由本发明的电路控制，本发明的电路控制第三MOS开关管115停止开关动作，开关电源集成电路不再继续产生热量。在一个具体实施例中，本发明图1的电路全部集成在单片集成电路内部；在另一个具体实施例中，第三MOS开关管115没有集成在单片集成电路内部。

本发明利用三极管基极-发射极电压的负温度特性和一个具有正温度系数的电压来实现，正温度系数电压由正温度系数电流和正温度系数电阻产生。正温度系数电压控制三极管基极电压，当三极管基极电压高于其开启电压时，三极管导通；当三极管基极电压低于其开启电压时，三极管截止。

具体地，常温下，正温度系数电压不足以使三极管109的基极-发射极的PN结导通，由于第一电流源102的存在使得三极管109的集电极输出逻辑高电平，即状态信号110为高电平。随着温度上升，正温度系数电压逐渐增大，而三极管109的基极-发射极电压逐渐下降。当温度达到热关断阈值温度时，正温度系数电压大于三极管109的基极-发射极电压，三极管109导通，其集电极输出逻辑低电平，即状态信号110为低电平。

以上描述表明，三极管109的集电极电压会在某一温度发生明显变化，因此可以利用三极管109的集电极输出状态作为过温保护信号。在一个具体实施例中，选择140℃作为第一热关断阈值温度，本领域的技术人员应当认识到可以选择任意温度作为第一热关断阈值温度。当集成电路温度低于第一热关断阈值温度，三极管109的集电极输出高电平；高于第一热关断阈值温度，三极管109的集电极输出低电平。

正温度系数电压由正温度系数电流和正温度系数电阻产生，增大正温度系数电流可以增大正温度系数电压，从而降低热关断阈值温度。集成电路测试时，增加额外的正温度系数电流，使热关断阈值温度降低到第二热关断阈值温度，要求第二热关断阈值温度高于测试环境温度。在一个具体实施例中，第二热关断阈值温度是35℃。在测试环境温度25℃时，环境温度低于第二热关断阈值温度，集成电路可以正常工作。

再增加额外的正温度系数电流，使热关断阈值温度降低到第三热关断阈值温度，要求第三热关断阈值温度低于测试环境温度。在一个具体实施例中，第三热关断阈值温度15℃。此时，测试环境温度25℃高于第三热关断阈值温度，三极管集电极输出逻辑低电平关断功率开关，集成电路进入过温保护模式。

在常温下，通过改变热关断阈值温度，可以使集成电路在正常工作模式和过温保护模式之间切换。热关断阈值温度的变化受集成电路内部信号和外部信号控制。第二热关断阈值温度受集成电路内部的过温测试信号111控制，第三热关断阈值温度受集成电路外部的外部测试控制信号112控制。

根据半导体物理特性，三极管109的基极-发射极电压具有负温度系数，其温度系数为-2mV/℃，这意味着三极管109的开启电压会随着温度每升高1℃而降低2mV。常温25℃时，三极管开启电压V_BE=600mV，随着温度的升高，V_BE逐渐降低，在140℃时V_BE降低到370mV。第一电流源102为三极管109提供偏置电流，在一个具体实施例中，第一电流源102输出的电流I₂具有零温度系数。

第二电流源103产生的电流I₁具有正温度系数，电阻108的电阻值具有正温度系数。在一个具体实施例中，电流I₁和电阻108产生的电压I₁·R₁₀₈温度系数是+1mV/℃，这意味着三极管109的基极电压V_B会随着温度每升高1℃而增大1mV。在一个具体实施例中，常温25℃时，电压I₁·R₁₀₈被设计成255mV。当集成电路温度高于第一热关断阈值温度（140℃），电压I₁·R₁₀₈大于370mV，而三极管开启电压V_BE小于370mV，因此三极管109导通，状态信号110输出逻辑低电平，过温保护电路产生热关断信号。

在一个具体实施例中，当集成电路处于测试状态时，集成电路内部产生过温测试信号111使第二MOS开关管107导通；获得集成电路输出的过温测试信号111采用本技术领域常规的技术手段，此处不再详述。第一MOS开关管106的外部测试控制信号112由集成电路外部输入，默认状态下为逻辑低电平，因此第一MOS开关106默认状态下为截止。第三电流源104的电流K₁·I₁流进电阻108，电阻108上的电压变成（K₁·I₁+I₁）·R₁₀₈，常温25℃时，电压（K₁·I₁+I₁）·R₁₀₈被设计成小于600mV，因此，三极管109的基极电压不足以使三极管109导通，本发明的电路不会输出热关断信号，第三MOS开关管115可以继续在PWM信号发生电路114控制下进行开关。

集成电路处于测试状态，集成电路外部输入的外部测试控制信号112从逻辑低电平变成逻辑高电平，第一MOS开关管106导通，第四电流源105的电流K₂·I₁流进电阻108，电阻108上的电压变成（K₂·I₁+K₁·I₁+I₁）·R₁₀₈，常温25℃时，电压（K₂·I₁+K₁·I₁+I₁）·R₁₀₈被设计成大于600mV，三极管109导通；集电极输出逻辑低电平，过温保护电路输出热关断信号，经过与门电路117后控制第三MOS开关管115关断，集成电路进入过温保护模式，其中，电流系数K₁、K₂根据需要进行设定。如果外部测试控制信号112从逻辑高电平变成逻辑低电平，则三极管109的集电极输出逻辑高电平，第三MOS开关管115会重新在PWM信号控制下进行开关。

第三MOS开关管115在PWM信号发生电路114的控制下进行开关，可以在第三MOS开关管115的漏端116观察到电压变化，第三MOS开关管115的漏端116通过集成电路引脚连接外部器件，因此测试时可以通过漏端116的电压变化判断集成电路是否工作。

综上所述，在一个具体实施例中，测试状态下，第三MOS开关管115的开关状态，由集成电路外部测试控制信号112控制，外部测试控制信号112无效时，第三MOS开关管115正常开关；外部测试控制信号112有效时，第三MOS开关管115关断。第三MOS开关管115的开关状态可以在漏端116观察到。集成电路外部测试控制信号112控制集成电路内部过温保护热关断阈值温度变化，当集成电路外部测试控制信号112无效时，过温保护热关断阈值温度是第二热关断阈值温度；集成电路外部测试控制信号112有效时，过温保护热关断阈值温度是第三热关断阈值温度。其中第二热关断阈值温度高于常温下测试环境温度，第三热关断阈值温度低于常温下测试环境温度。

下面列出一个具体实施例中，第一、第二、第三热关断阈值温度和过温保护电路中各个参数之间的关系。

第一热关断阈值温度140℃

I₁·R₁₀₈·[1+1mV/°C·(140°C-25°C)]＝600mV·[1-2mV/°C·(140°C-25°C)]

第二热关断阈值温度35℃

(K₁·I₁+I₁)·R₁₀₈·[1+1mV/°C·(35°C-25°C)]＝600mV·[1-2mV/°C·(35°C-25°C)]

第三热关断阈值温度15℃

(K₂·I₁+K₁·I₁+I₁)·R₁₀₈·[1+1mV/°C·(15°C-25°C)]＝600mV·[1-2mV/°C·(15°C-25°C)]其中，电流K₁·I₁使热关断阈值温度从140℃降低到35℃，形成105℃的第一温度差，电流K₂·I₁+K₁·I₁使热关断阈值温度从140℃降低到15℃，形成125℃第二温度差。第一温度差加上测试环境温度25℃得到热关断阈值温度范围的下限；第二温度差加上测试环境温度25℃得到热关断阈值温度范围的上限。因此，应用本发明所提出的技术和方法不仅可以快速的测试过温保护功能，而且还可以测试过温保护热关断阈值温度是否在热关断阈值温度范围内。

应当注意到，上述实施例中提及的各个过温保护热关断阈值温度可以根据集成电路实际需求进行调整，以上实施例中所提及的各项指标仅仅是以示例的形式被应用在某款集成电路过温保护电路设计中。应当认识到本专业的技术人员可以根据本发明对过温保护温度点等指标进行多种变化。

应用本发明所提出的方法，可以实现在常温下快速测试集成电路的过温保护功能，可以对生产的每一颗集成电路进行过温保护功能测试，克服了传统测试中无法对每一颗集成电路过温保护功能进行测试的缺点，提高了集成电路的可靠性。

Claims (5)

1.一种在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，包括三极管（109），所述三极管（109）的发射极端接地（113），三极管（109）的基极端与发射极端间通过具有正温度系数的电阻（108）相连；三极管（109）的基极端、集电极端分别通过第二电流源（103）、第一电流源（102）与供电电压源（101）相连，三极管（109）的集电极端能输出状态信号（110）；第二电流源（103）输出的第一电流通过电阻（108）在三极管（109）的基极端得到第一电压，所述第一电压在预设过温保护温度值时能使得三极管（109）导通，以使得状态信号（110）为低电平；其特征是：

所述三极管（109）的基极端还与用于接收外部测试控制信号（112）及接收开关电源集成电路的过温测试信号（111）的过温测试电流输入调节电路相连，所述过温测试电流输入调节电路与供电电压源（101）相连；

过温测试电流输入调节电路能调节供电电压源（101）向三极管（109）的基极端输入所需的第二电流，第一电流及第二电流通过电阻（108）在三极管（109）的基极端得到第二电压；

当过温测试电流输入调节电路仅接收过温测试信号（111）时，第二电压在常温下低于三极管（109）的导通电压，状态信号（110）为高电平；

当过温测试电流输入调节电路同时接收过温测试信号（111）与外部测试控制信号（112）时，第二电压在常温下使得三极管（109）导通，状态信号（110）为低电平。

2.根据权利要求1所述在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，其特征是：所述过温测试电流输入调节电路包括第一MOS开关管（106）及第二MOS开关管（107）；第一MOS开关管（106）的栅极端与外部测试控制信号（112）相连，第一MOS开关管（106）的漏极端通过第四电流源（105）与供电电压源（101）相连，第二MOS开关管（107）的栅极端与过温测试信号（111）相连，第二MOS开关管（107）的源极端与三极管（109）的基极端相连，第二MOS开关管（107）的漏极端与第一MOS开关管（106）的源极端相连，并通过第三电流源（104）与供电电压源（101）相连。

3.根据权利要求2所述在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，其特征是：所述第一电流源（102）、第二电流源（103）、第三电流源（104）及第四电流源（105）均为镜像电流源。

4.根据权利要求2述在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，其特征是：所述第一MOS开关管（106）及第二MOS开关管（107）均为NMOS管。

5.根据权利要求1所述在常温下快速测试集成电路的过温测试保护电路，其特征是：所述状态信号（110）通过与门电路（117）与第三MOS开关管（115）的栅极端相连，与门电路（117）的输入端还与PWM信号发生电路（114）的相连；第三MOS开关管（115）的源极端接地。

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