CN109521831A - 一种温度保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度保护电路,包括:正温度系数电流产生电路、电流镜、比较器、正反馈电路和电平修复电路;本发明公开了一种温度保护电路,该电路利用不同温度系数的电压相比较,来产生相应的控制电平值,从而使电路在超过一定温度时,关断芯片中功耗较大的器件,使温度下降。本发明还利用反馈电阻和晶体管并联以形成正反馈电路,实现温度的迟滞作用,本发明还可以通过调整电阻的阻值来调整关断温度和开启温度,从而能够很好地避免电路在热关断点附近产生热振荡。

Description

一种温度保护电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域,更具体的说是涉及一种温度保护电路。
背景技术
在功率集成电路和电源管理芯片中,功率管的版图中所占面积较大,当它向负载提供功率时,电路消耗的功率往往比较大,在某些异常情况下,产生的功耗会急剧增大从而使芯片温度持续升高。如果不采取保护措施,功率管因为热量的的剧增而被烧毁。为了有效地保护芯片,往往需要设置温度保护电路集成在电路中。
图1为现有技术中普遍使用的温度保护电路,图中Q2是大功率晶体管,QH为高温保护器件,其集电极和功率晶体管Q2的基极及恒流源I0连接在一起,DZ为齐纳二极管。图1中,三极管VBE随温度升高而减小,具有负温度系数。而齐纳二极管的反向击穿电压VZ随温度升高而增大,具有正温度系数,经过电阻R2、R3的分压后,QH的基极电位为:
常温下,VH小于QH的BE结导通电压VBEH,故QH截止,随着温度的升高,VZ开始增大,VBE1和VBEH开始减小,由上式可知,VH将会变大。当温度升高到某一值时,VBEH下降到比VH小后QH开始导通,流入功率管Q2基极电流被QH分流了一部分,达到了保护的目的。
但图1所示电路存在一个问题,当温度升高到热关断点时,流入功率管Q2基极的电流减小,芯片温度降低;于是VBEH开始增大,VH降低,使得QH截止,流入功率管Q2基极的电流增加,芯片温度再次升高,上述过程不断重复,使得芯片在热关断点附近产生热振荡。此外,由于齐纳二极管的方向漏电流比较大,击穿电压一般高于5V,故该电路的功耗将会很大,不符合低压低功耗的发展趋势。
因此,如何设计一种功耗低的温度保护电路是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种温度保护电路,该电路利用不同温度系数的电压相比较,产生相应的电平值,从而使电路在超过一定温度时,关断芯片中功耗较大的器件,使温度下降。本发明有效地解决了在热关断点附近的热振荡,降低了功耗。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种温度保护电路,包括:正温度系数电流产生电路、电流镜、比较器、正反馈电路和输出电路;
所述正温度系数电流产生电路与所述电流镜相连,所述比较器分别与所述正温度系数电流产生电路、所述电流镜、所述正反馈电路和所述输出电路相连,其中所述电流镜电路通过第二电阻与所述正反馈电路相连,所述正反馈电路与所述输出电路相连;
所述正温度系数电流产生电路生成正温度系数电流,所述正温度系数电流通过所述电流镜镜像至第二电阻上产生正温度系数电压,所述正温度系数电流产生电路中包括第一三极管,所述第一三极管产生负温度系数电压,所述正温度系数电压与负温度系数电压通过比较器进行比较,所述比较器的输出电压通过所述输出电路进行修整,选择逻辑电平。
优选的,所述温度保护电路还包括第一晶体管,所述第一晶体管、第一三极管和第一电容;
所述第一晶体管的漏极与所述第一三极管的集电极相连,所述第一三极管的发射极与所述第一电容的一端相连,所述第一电容的另一端与所述第一三极管的基极相连;
所述第一晶体管的栅极连接所述第一晶体管的漏极以及所述第二晶体管的栅极。
优选的,所述正温度系数电流产生电路还包括第二晶体管、第三晶体管、第一电阻和第三三极管;
所述第二晶体管的漏极与所述第二三极管的集电极相连;所述第二三极管的发射极和所述第三三极管的发射极相连,所述第三三极管的集电极与第一电阻的一端相连,所述第一电阻的另一端分别与所述第三晶体管的漏极和所述第二三极管的基极相连;
所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的基极相连。
优选的,所述电流镜与所述正温度系数电流产生电路共用所述第三晶体管,所述电流镜还包括第四晶体管;所述第三晶体管栅极分别与所述第二晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极相连。
优选的,所述比较器的正相输入端与所述第三晶体管的漏极相连,所述比较器的反相输入端分别与所述第四晶体管的漏极和所述第二电阻的一端相连。
优选的,正反馈电路包括第三电阻和第五晶体管,所述第三电阻的一端与所述第五晶体管的源极相连,所述第三电阻的另一端与所述第五晶体管的漏极均与所述第二电阻的另一端相连。
优选的,所述比较器的输出端与所述第五晶体管的栅极均连接所述输出电路。
优选的,所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第六晶体管均为P型MOS管,所述第五晶体管和所述第七晶体管均为N型MOS管,其中,所有P型MOS管的源极均与电源电压相连,所有N型MOS管的源极均接地;
所述第一三极管、所述第二三极管和所述第三三极管的发射极均接地,与所述第一三极管发射极相连的所述第一电容的一端接地,与所述第五晶体管源极相连的所述第三电阻的一端接地。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种温度保护电路,本发明通过正温度系数电流产生电路产生具有正温度系数的电流从而产生具有正温度系数的电压,并与具有负温度系数的电压进行比较,从而产生相应的电平值,通过电平的高低来判断芯片中功率较大器件的开关,达到保护的作用,其中正反馈电路实现了温度的迟滞作用,解决了电压不稳定导致的无法有效启动芯片的问题,而且本发明的电路结构简单,能准确判断温度的高低,完成对电路的保护,有效降低了功耗。
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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的现有技术中的温度保护电路结构示意图;
图2附图为本发明提供的整体电路结构示意图;
图3附图为本发明提供的比较器内部电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一:
本实施例公开了一种温度保护电路,如图2所示,包括:晶体管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7、MN1、MN2、MN3、MN4,电阻R6、R7、R8,比较器P1,三极管Q3、Q4、Q5,电容C1;
其中晶体管MP1为第一晶体管,晶体管MP2为第二晶体管,晶体管MP3为第三晶体管,晶体管MP4为第四晶体管,晶体管MN1为第五晶体管,电阻R6为第一电阻,电阻R7为第二电阻,电阻R8为第三电阻,三极管Q3为第一三极管,三极管Q4为第二三极管,三极管Q5为第三三极管,电容C1为第一电容。
具体地,晶体管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7的源极连接电源电压VDD;晶体管MP1的栅极连接其漏极以及晶体管MP2、MP3、MP4的栅极,晶体管MP1的漏极连接三极管Q3的集电极,三极管Q3的基极连接晶体管MP2的漏极、电容C1的一端以及三极管Q4的集电极,三极管Q3、Q4的发射极以及电容C1的另一端接地;晶体管MP3漏极连接比较器P1的正相输入端、三极管Q4的基极以及电阻R6的一端,电阻R6的另一端连接三极管Q5的集电极以及基极,三极管Q5的发射极接地;晶体管MP4的漏极连接比较器P1的反相输入端以及电路R7的一端,电阻R7的另一端连接电阻R8的一端以及晶体管MN1的漏极,电阻R8的另一端及晶体管MN1的源极接地;晶体管MN1的栅极连接晶体管MN2、MP5的栅极以及比较器P1的输出端,晶体管MN2、MN3、MN4的源极接地,晶体管MN2的漏极连接晶体管MP5的漏极以及晶体管MP6、MN3的栅极;晶体管MN3的漏极连接晶体管MP6的漏极以及晶体管MP7、MN4的栅极,晶体管MN4的漏极连接晶体管MP7的漏极并作出输出端。
其中,如图3所示,比较器P1包括晶体管MP8、MP9、MP10、MP11、MP12、MP13、MP14、MN5、MN6、MN7、MN8,电容C,电阻R。其中,晶体管MP8、MP9、MP10的源极连接电源电压VDD,晶体管MP8的栅极连接其漏极以及晶体管MP9、MP10的栅极,晶体管MP8的漏极连接晶体管MN5的漏极,晶体管MN5的栅极连接晶体管MP13、MP14的栅极,晶体管MN5的源极接地;晶体管MP9的漏极连接晶体管MP11、MP12的源极,晶体管MP11的栅极作为比较器的反向输入段,晶体管MP12的栅极作为比较器的正向输入端,晶体管MP11的漏极连接晶体管MP13的源极,晶体管MP13的漏极连接晶体管MN6的漏极以及晶体管MN6、MN7的栅极,晶体管MN6、MN7的源极接地;晶体管MP12的漏极连接晶体管MP14的源极,晶体管MP14的漏极连接晶体管MN7的漏极、晶体管MN8的栅极以及电容C的一端;晶体管MN7、MN8的源极接地;晶体管MP10的漏极连接晶体管MN8的漏极以及电阻R的一端,并作为比较器的输出端;电阻R的另一端连接电容C的另一端。
其中,晶体管MP2、MP3,三极管Q4、Q5,电阻R6构成了正温度系数电流产生电路,其中流过电阻R6的电流为:
晶体管MP3和MP4构成电流镜,从而将具有正温度系数的电流镜像至电阻R7上产生具有正温度系数的电压VR7,然后同与具有负温度系数的电压VBE4通过比较器P1进行比较,最后将比较器的输出电压通过输出电路进行修正,选择适当的逻辑电平,可实现对芯片中大功率管的关断控制,从而实现芯片的保护。电容C1的设置可以提高正温度系数电流产生电路的稳定性。其中电阻R8和晶体管MN能够形成正反馈电路,实现温度的迟滞作用,如果温度保护电路没有这种迟滞作用,当功率器件关断以后,随着温度的下降,稳压器要再一次工作,由于电阻R7上的电压随温度变化而发生抖动,使比较器的输出产生电压脉冲,不能有效的开启整个芯片,因而,本发明采用上述正反馈电路产生迟滞作用,避免了上述问题的发生。
为了进一步分析,设:
其中,VT为热力学电压KT/q,K为玻尔兹曼常数,N为三极管Q5与Q4发射极面积的倍数。
Q4的基射结电压VBE4的温度系数近似为常数A,其值大约为2.2mV/℃。于是有:
VBE4≈VBE0-A*T,
其中VBE0为绝对温度下的基射结电压,大约1.6V。
当VBE4大于VR7时,比较器P1输出高电平,晶体管MN1导通使R8上电压为零,随着温度升高,VBE4下降,VR7增大,当二者相等时,得到关断温度Toff
当温度上升到Toff时,比较器的输出开始从高电平跳变成低电平,MN1截止,使得比较器反相端的电压进一步增大,比较器的输出快速下降到低电平,从而芯片被关断。随着温度的下降,VBE4增大,R7、R8上的电压下降,当二者相等时,得到开启温度Ton
VBE4=VR7+VR8
可以看出,Ton小于Toff,温度的迟滞量为ΔT=Toff-Ton;当温度下降到Ton时,比较器的输出开始发生电平转换,MN1从截止变为导通,使得比较器的反相输入端电压下降缓慢,比较器的输出快速上升到高电平,芯片开始工作。
从上式可知,可以通过调整电阻R6、R7、R8的阻值来调整关断温度和开启温度,从而能够很好地避免电路在热关断点附近产生热振荡。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种温度保护电路,其特征在于,包括:正温度系数电流产生电路、电流镜、比较器、正反馈电路和输出电路;
所述正温度系数电流产生电路与所述电流镜相连,所述比较器分别与所述正温度系数电流产生电路、所述电流镜、所述正反馈电路和所述输出电路相连,其中所述电流镜电路通过第二电阻与所述正反馈电路相连,所述正反馈电路与所述输出电路相连;
所述正温度系数电流产生电路生成正温度系数电流,所述正温度系数电流通过所述电流镜镜像至第二电阻上产生正温度系数电压,所述正温度系数电流产生电路中包括第一三极管,所述第一三极管产生负温度系数电压,所述正温度系数电压与负温度系数电压通过比较器进行比较,所述比较器的输出电压通过所述输出电路进行修整,选择逻辑电平。
2.根据权利要求1所述的一种温度保护电路,其特征在于,还包括所述第一晶体管、第一三极管和第一电容;
所述第一晶体管的漏极与所述第一三极管的集电极相连,所述第一三极管的发射极与所述第一电容的一端相连,所述第一电容的另一端与所述第一三极管的基极相连;
所述第一晶体管的栅极连接所述第一晶体管的漏极以及所述第二晶体管的栅极。
3.根据权利要求1所述的一种温度保护电路,其特征在于,所述正温度系数电流产生电路还包括第二晶体管、第三晶体管、第一电阻和第三三极管;
所述第二晶体管的漏极与所述第二三极管的集电极相连;所述第二三极管的发射极和所述第三三极管的发射极相连,所述第三三极管的集电极与第一电阻的一端相连,所述第一电阻的另一端分别与所述第三晶体管的漏极和所述第二三极管的基极相连;
所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的基极相连。
4.根据权利要求3所述的一种温度保护电路,其特征在于,所述电流镜与所述正温度系数电流产生电路共用所述第三晶体管,所述电流镜还包括第四晶体管;所述第三晶体管栅极分别与所述第二晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极相连。
5.根据权利要求4所述的一种温度保护电路,其特征在于,所述比较器的正相输入端与所述第三晶体管的漏极相连,所述比较器的反相输入端分别与所述第四晶体管的漏极和所述第二电阻的一端相连。
6.根据权利要求5所述的一种温度保护电路,其特征在于,正反馈电路包括第三电阻和第五晶体管,所述第三电阻的一端与所述第五晶体管的源极相连,所述第三电阻的另一端与所述第五晶体管的漏极均与所述第二电阻的另一端相连。
7.根据权利要求1所述的一种温度保护电路,其特征在于,所述比较器的输出端与所述第五晶体管的栅极均连接所述输出电路。
8.根据权利权利要求1-8中任意一项所述的一种温度保护电路,其特征在于,所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第六晶体管均为P型MOS管,所述第五晶体管和所述第七晶体管均为N型MOS管,其中,所有P型MOS管的源极均与电源电压相连,所有N型MOS管的源极均接地;
所述第一三极管、所述第二三极管和所述第三三极管的发射极均接地,与所述第一三极管发射极相连的所述第一电容的一端接地,与所述第五晶体管源极相连的所述第三电阻的一端接地。
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Application publication date: 20190326

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