CN109638774A

CN109638774A - 一种过温保护电路

Info

Publication number: CN109638774A
Application number: CN201811582724.6A
Authority: CN
Inventors: 王彬; 范青; 须自明; 许伟; 陈钟鹏; 余自然
Original assignee: CETC 58 Research Institute
Current assignee: CETC 58 Research Institute
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明公开了一种过温保护电路，包括第一电流源、第二电流源、第一电阻、第二电阻、第一MOS管、第一三极管、第一比较器、第一Smith触发器、以及第一反相器；第二电流源的输出端与第一比较器的正端相连；第二电流源的输出端还与第一三极管的基极和集电极相连；第一电流源的输出端与第一比较器的负端相连；第一比较器的输出级与第一Smith触发器的输入级相连；第一Smith触发器的输出级与第一反相器的输入级相连；第一反向器的输出级与第一MOS管的栅极相连；第一mith触发器的输出级构成了过温保护电路的输出控制信号。本发明具有结构温度控制精确、功耗低、电路简单、实用性强的特点。

Description

一种过温保护电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种电源管理芯片中的过温保护电路。

背景技术

过温保护电路广泛应用于大功率的电源管理芯片中，比如低压差线性稳压器、开关电源、DC-DC电源等芯片电路中。过温保护电路通常担负着整个芯片的温度检测和整个系统开关功能。当芯片温度低于过温保护电路阈值温度时，过温保护电路处于关断状态，芯片正常工作；当芯片温度高于过温保护电路时，过温保护电路启动，过温保护电路输出控制信号使芯片停止工作，防止芯片长时间处于高温状态使芯片烧毁，这种烧毁状态是不可逆的，因此过温保护电路起到保护芯片防止被烧毁的作用。

过温保护电路的基本原理利用三极管的集电结电压的负温度特性，三极管的集电结电压随着温度的升高而降低。在芯片处于低温状态时，比较器输出为高电平，通过Smith触发器输出低电平，再通过反相器控制MOS开关管使第二电阻短路到地；随着温度的升高，三极管的负温度特性使三极管的基极-发射极电压逐渐降低，当温度升高至阈值温度时，三极管的基极-发射极电压即比较器的同相输入点电压小于反向输入端电压，比较器输出低电平，通过Smith触发器输出一个控制信号，使整个芯片系统停止工作，防止过高的温度烧毁芯片从而起到保护电路的作用。当芯片停止工作后，芯片内部温度逐渐降低，由于Smith触发器的迟滞特性，必须使芯片温度下降至更低时，电路才会自动恢复工作，Smith触发器的应用，使过温保护具有迟滞的效果，避免了芯片在临界阈值温度点来回跳变开关的问题。然而现有的一些过温保护电路存在一些不足，例如过温阈值设置不精确、温度迟滞控制复杂的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种过温保护电路，用于芯片的过温保护防止芯片被高温损坏。通过本发明电路电路应用，设置电阻的大小，即可经过比较器的输出精确控制过温阈值，减小了过温阈值点不稳定的缺点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种过温保护电路，包括第一电流源I1、第二电流源I2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一MOS管M1、第一三极管、第一比较器A1、第一Smith触发器S1、以及第一反相器INV1；第一电流源I1和第二电流源I2的输入端分别与电源端VDD相连接；第一比较器A1、第一Smith触发器S1、第一反相器INV1的供电也为电源端VDD；第一比较器A1、第一Smith触发器S1、第一反相器INV1的电源地端接GND端；第二电阻R2第二端、第一三极管Q1发射极、第一MOS管M1源极分别接GND端；第一电流源I1的输出级和第一电阻R1的第一端相连，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端相连，第二电阻R2的第一端与第一MOS管M1的漏极相连；第二电流源I2的输出端与第一比较器A1的正端相连；第二电流源I2的输出端还与第一三极管Q1的基极和集电极相连；第一电流源I1的输出端与第一比较器A1的负端相连；第一比较器A1的输出级与第一Smith触发器S1的输入级相连；第一Smith触发器S1的输出级与第一反相器的输入级相连；第一反向器INV1的输出级与第一MOS管M1的栅极相连；第一Smith触发器S1的输出级构成了过温保护电路的输出控制信号。

具体的，所述第一三极管为NPN型三极管。

具体的，所述第一比较器为具有对输入信号进行比较、控制输出信号的比较器结构。

具体的，所述第一电阻、第二电阻均是具有多个电阻串连或并联结构组成。

具体的，所述第一三极管具有多个三极管并联结构组成。

本发明具有以下有益效果：本发明采用恒流源、MOS管、三极管、比较器、Smith触发器、反相器组成简单而精确的电路结构，Smith触发器输出控制信号，该控制信号可作为整个系统的温度检测开关信号。利用不随的温度变化的第一电流源与电阻产生分压；三极管基极-发射极电压会随着温度的升高而降低，具有负温度特性。将第一电阻分压与三极管基极-发射极电压分别输入至比较器的反相和正相输入端，比较器分别在低温时产生高电平信号和高温时产生低电平比较信号，经过Smith触发器产生一个带有迟滞效果的控制信号，反相器和MOS管的开关作用使第二电阻在高温阶段引入至电阻分压网络中，芯片温度下降时三极管基极-发射极电压与第一电阻加上第二电阻分压和进行比较，从而形成高低温迟滞效果，过温保护电路起到检测芯片温度和过温时关断芯片的功能。本发明的应用使过温保护电路温度控制精确、功耗低、电路简单、实用性强的优点。

附图说明

图1为本发明一种过温保护电路的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，如图1所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种过温保护电路，包括第一电流源I1、第二电流源I2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一MOS管M1、第一三极管、第一比较器A1、第一Smith触发器S1、以及第一反相器INV1；第一电流源I1和第二电流源I2的输入端分别与电源端VDD相连接；第一比较器A1、第一Smith触发器S1、第一反相器INV1的供电也为电源端VDD；第一比较器A1、第一Smith触发器S1、第一反相器INV1的电源地端接GND端；第二电阻R2第二端、第一三极管Q1发射极、第一MOS管M1源极分别接GND端；第一电流源I1的输出级和第一电阻R1的第一端相连，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端相连，第二电阻R2的第一端与第一MOS管M1的漏极相连；第二电流源I2的输出端与第一比较器A1的正端相连；第二电流源I2的输出端还与第一三极管Q1的基极和集电极相连；第一电流源I1的输出端与第一比较器A1的负端相连；第一比较器A1的输出级与第一Smith触发器S1的输入级相连；第一Smith触发器S1的输出级与第一反相器的输入级相连；第一反向器INV1的输出级与第一MOS管M1的栅极相连；第一Smith触发器S1的输出级构成了过温保护电路的输出控制信号。

具体的，所述第一三极管为NPN型三极管；所述第一比较器为具有对输入信号进行比较、控制输出信号的比较器结构；所述第一电阻、第二电阻均是具有多个电阻串连或并联结构组成；所述第一三极管具有多个三极管并联结构组成。

本发明一种过温保护的电路的具体工作原理如下：

第一三极管Q1的基极-集电极相连接，构成了二极管接法，使三极管Q1的基极电压为三极管的发射结电压VBE，利用发射结电压的负温度特性，当芯片温度升高时，发射结电压VBE降低，用于检测芯片温度的变化。第一电流源I1和第二电流源I2为一组电流镜结构，电流大小为比例关系，第一电流源I1通过第一电阻R1和第二电阻R2构成的电阻网络转为电压VA，与具有负温度特性的发射结电压VBE，Q1分别输入至第一比较器A1的正反相输入端中进行电平比较，比较器输出通过Smith触发器转化为输出控制信号，通过第一反相器INV1等数字控制完成电平修整，选择合适的电平，实现对整个系统的保护。

在本发明中，处于低温状态时，A点电压V_A＜V_BE，第一三极管Q1的基极-发射极电压与A点电压V_A分别输入至第一比较器A1的同相和反相输入端进行电压比较，第一比较器A1输出为高电平，所以C点电压V_C等于电源电压VDD，再通过第一Smith触发器S1，D点电压处于低电平，再通过第一反相器INV1控制第一MOS管M1管导通使第二电阻R2被短路到地。随着温度的升高，第一三极管Q1的负温特性使基极-发射极电压V_BE逐渐降低，当温度升高至T_H时，当V_A＝V_B，此时第一比较器A1发生电平翻转；温度继续升高使B点电压继续降低，使V_A>V_B，此时第一比较器A1输出C点电压V_C＝0V，再通过第一Smith触发器S1使D点电压V_D＝VDD，该信号控制整个系统停止工作，起到保护系统的作用，防止过高的温度烧毁芯片起到保护电路的作用。第一Smith触发器S1的输出电压V_D经过第一反相器INV1输出一个低电平信号关断第一MOS管M1，使第二电阻R2引入至电阻网络中；当芯片停止工作后，芯片内部温度逐渐降低，由于迟滞电路的存在使温度必须下降至T_L时(T_L<T_H)，电路可自动恢复工作。

根据设计指标参数温度T_H和T_L的设定，为了方便分析具体的理论计算，假设第一三极管Q1的发射结电压VBE的温度系数近似为常数K，其值大约为2.2mV/℃。于是:

V_A＝I₁·R₁ (1)

V_BE＝V_BE0-K·T (2)

其中V_BE0为绝对温度下的发射结电压，大约为1.6V左右。当V_BE大于V_A时，VD电压为低电平，第一MOS管M1导通使电阻R2上的电压V_R2为0V。随着温度的升高，V_BE逐渐降低，当与V_A相等时，温度达到T_H，可得：

V_BE＝V_A， (3)

通过上式(1)、(2)、(3)联立，得到关断温度T_H表达式为：

当温度上升至T_H时，第一比较器A1输出C点电压发生跳变为低电平，D点电压发生跳变为高电平，输出一个控制信号使系统停止工作，芯片温度逐渐降低。此时D点高电平经过第一反相器INV1会使第一MOS管M1管截止，第二电阻R2导通，于是A点到地的通路电阻变成(R1+R2)，随着芯片温度的降低，第一三极管Q1的发射结电压V_BE增加，由第二电阻R2、第一Smith触发器、第一MOS管M1管和第一反相器INV1构成的迟滞回路。由于第一MOS管M1管开关作用，决定了第二电阻R2是否加入参考电压V_A与发射结电压V_BE的比较。在温度下降过程中，当温度下降至T_L时V_BE＝V_A，电阻R2参与该支路的分压工作，此时A点电压为：

V_A＝I₁·(R₁+R₂) (5)

通过公式(5)、(6)可知，温度T_H>T_L,在温度下降为T_L以下时，电路重新恢复工作，形成迟滞回路的温度保护特性，起到保护系统的作用。

通过上述实施例，可发现本发明提供的一种过温保护电路其具有结构简单、过温阈值控制精确、实用性强的特点。

在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。上述的所有电流源，电阻的第一端和第二端均是按照电流的流经方向定义的，电流首先经过的一端为第一端，另一端就为第二端。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种过温保护电路，其特征在于，包括第一电流源、第二电流源、第一电阻、第二电阻、第一MOS管、第一三极管、第一比较器、第一Smith触发器、以及第一反相器；所述第一电流源和第二电流源的输入端分别与电源端VDD相连接；所述第一比较器、第一Smith触发器、第一反相器的供电也为电源端VDD；所述第一比较器、第一Smith触发器、第一反相器的电源地端接GND端；所述第二电阻的第二端、第一三极管的发射极、第一MOS管的源极分别接GND端；所述第一电流源的输出级和第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端相连，第二电阻的第一端与第一MOS管的漏极相连；所述第二电流源的输出端与第一比较器的正端相连；所述第二电流源的输出端还与第一三极管的基极和集电极相连；所述第一电流源的输出端与第一比较器的负端相连；所述第一比较器的输出级与第一Smith触发器的输入级相连；所述第一Smith触发器的输出级与第一反相器的输入级相连；所述第一反向器的输出级与第一MOS管的栅极相连；所述第一mith触发器的输出级构成了过温保护电路的输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管。

3.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述第一比较器为具有对输入信号进行比较、控制输出信号的比较器结构。

4.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻均是具有多个电阻串连或并联结构组成。

5.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述第一三极管具有多个三极管并联结构组成。