CN112362180B - 用于过温保护的温差检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，提供一种用于过温保护的温差检测电路，包括：温度检测电路和温差比较电路；所述温度检测电路用于检测第一检测点的温度；所述温差比较电路用于检测第二检测点的温度并将所述第二检测点的温度与所述第一检测点的温度进行比较，得到所述第二检测点与所述第一检测点的温度差。本发明能够实现两个及以上发热点的过温度保护和过温差保护。

Description

用于过温保护的温差检测电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体地涉及一种用于过温保护的温差检测电路。
背景技术
随着芯片集成度越来越高，性能越来越好，功耗越来越大，使得集成电路在长时间使用或短路等异常情况下，芯片温度会迅速升高。高温会对芯片的稳定性产生影响，过热会导致芯片无法正常工作甚至损坏其电子器件，在高性能集成电路中过温保护尤其重要。
在功率开关芯片中，由于应用场景复杂，可能会发生功率开关负载短路的情况，电源电压会直接接入开启的功率开关，瞬间大电流导致功率开关部位产生剧烈的发热。在功率开关芯片中，过温保护电路被用来保护芯片免于受到过电流发热所导致的温度破坏。现有的过温保护电路通常只能检测芯片中一个发热点的温度，不能对比芯片中不同发热点的温差，只有在检测的那一个发热点的温度达到设定值时才会触发并工作，不能实现过温差保护；然而，此时芯片不同部位的发热点的温度是不一致的，其它发热点过热(超过设定值)不能触发过温保护，将导致芯片受到热破坏。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种用于过温保护的温差检测电路，以实现两个及以上发热点的过温度保护和过温差保护。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于过温保护的温差检测电路，包括：温度检测电路和温差比较电路；所述温度检测电路用于检测第一检测点的温度；所述温差比较电路用于检测第二检测点的温度并将所述第二检测点的温度与所述第一检测点的温度进行比较，得到所述第二检测点与所述第一检测点的温度差。
进一步地，所述温度检测电路包括：第一二极管组件、第一比较器以及第一MOS晶体管；所述第一二极管组件的正极与所述第一比较器的同相输入端连接，所述第一二极管组件的负极接地，所述第一二极管组件置于所述第一检测点；所述第一比较器的反相输入端与所述第一MOS晶体管的漏极连接，所述第一比较器的输出端与所述第一MOS晶体管的栅极连接，所述第一MOS晶体管的源极接地。
进一步地，所述第一二极管组件包括依次串联连接的第一二极管、第二二极管以及第三二极管，所述第一二极管的正极与所述第一比较器的同相输入端连接并连接到电源，所述第三二极管的负极接地。
进一步地，所述第一MOS晶体管的源极通过第一电阻与其漏极相连，所述第一MOS晶体管的漏极通过第二电阻与所述第一比较器的反相输入端连接，所述第一MOS晶体管的漏极通过第二电阻和第三电阻连接到开关。
进一步地，所述温差比较电路包括：第二二极管组件、第二比较器、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管以及第四MOS晶体管；所述第二二极管组件的正极与所述第二MOS晶体管的栅极连接，所述第二二极管组件的负极接地，所述第二二极管组件置于所述第二检测点；所述第二MOS晶体管的漏极与所述第三MOS晶体管的漏极连接并连接到电源，所述第二MOS晶体管的源极与所述第四MOS晶体管的漏极连接并连接到所述第二比较器的反相输入端；所述第三MOS晶体管的栅极与所述温度检测电路的第一比较器的同相输入端连接，所述第三MOS晶体管的源极与所述第二比较器的同相输入端连接；所述第四MOS晶体管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第四MOS晶体管的源极接地。
进一步地，所述第二二极管组件包括依次串联连接的第四二极管、第五二极管以及第六二极管，所述第四二极管的正极与所述第二MOS晶体管的栅极连接并连接到电源，所述第六二极管的负极接地。
进一步地，所述第二MOS晶体管的源极通过第一可调电阻与所述第四MOS晶体管的漏极连接。
另一方面，本发明提供一种用于过温保护的温差检测电路，包括：温度检测电路和温差比较电路；所述温度检测电路用于检测参照点的温度；所述温差比较电路包括第一温差比较电路和第二温差比较电路；所述第一温差比较电路用于检测第一检测点的温度并将所述第一检测点的温度与所述参照点的温度进行比较，得到所述第一检测点与所述参照点的温度差；所述第二温差比较电路用于检测第二检测点的温度并将所述第二检测点的温度与所述参照点的温度进行比较，得到所述第二检测点与所述参照点的温度差。
进一步地，所述温度检测电路包括第一二极管组件，所述第一二极管组件的正极连接电源，所述第一二极管组件的负极接地，所述第一二极管组件置于所述参照点；
所述第一温差比较电路包括：第二二极管组件、第一比较器、第一MOS晶体管、第二MOS晶体管以及第三MOS晶体管；所述第二二极管组件的正极与所述第二MOS晶体管的栅极连接并连接到电源，所述第二二极管组件的负极接地，所述第二二极管组件置于所述第一检测点；所述第二MOS晶体管的源极与所述第一比较器的同相输入端连接，所述第二MOS晶体管的漏极与所述第一MOS晶体管的漏极连接并连接电源；所述第一MOS晶体管的栅极与所述第一二极管组件的正极连接，所述第一MOS晶体管的源极与所述第一比较器的反相输入端和所述第三MOS晶体管的漏极连接，所述第三MOS晶体管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第三MOS晶体管的源极接地；
所述第二温差比较电路包括：第三二极管组件、第二比较器、第四MOS晶体管、第五MOS晶体管以及第六MOS晶体管；所述第三二极管组件的正极与所述第五MOS晶体管的栅极连接并连接到电源，所述第三二极管组件的负极接地，所述第三二极管组件置于所述第二检测点；所述第五MOS晶体管的源极与所述第二比较器的同相输入端连接，所述第五MOS晶体管的漏极与所述第四MOS晶体管的漏极连接并连接电源；所述第四MOS晶体管的栅极与所述第一二极管组件的正极连接，所述第四MOS晶体管的源极与所述第二比较器的反相输入端和所述第六MOS晶体管的漏极连接，所述第六MOS晶体管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第六MOS晶体管的源极接地。
进一步地，所述第一MOS晶体管的源极通过第一可调电阻与所述第三MOS晶体管的漏极连接，所述第四MOS晶体管的源极通过第二可调电阻与所述第六MOS晶体管的漏极连接。
本发明其中一实施例提供的用于过温保护的温差检测电路针对两个发热点进行温差检测，通过温度检测电路检测芯片中一个发热点的温度，该发热点的温度达到阈值则触发过温度保护；通过温差比较电路检测芯片中另一个发热点的温度，并与温度检测电路所检测的发热点的温度进行比较得到两者的温差值，温差值达到阈值则触发过温差保护，可同时实现过温度保护和过温差保护。
本发明另一实施例提供的用于过温保护的温差检测电路针对三个发热点进行温差检测，通过温度检测电路检测芯片中参照点(温度较低的发热点)的温度，并通过两个温差比较电路检测芯片中两个检测点(温度较高的发热点)的温度，分别与参照点的温度进行比较，其温差值达到阈值则触发过温差保护，可在存在三个发热点且发热点温度不同的情况下实现过温差保护功能。此外，对于芯片中有多个发热点且发热点温度不一致的情况，设置多个温差比较电路检测相应发热点与参照点的温差，可实现多个发热点的温差保护功能。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明实施例一提供的用于过温保护的温差检测电路的电路图；
图2是本发明实施例一提供的用于过温保护的温差检测电路的温差检测原理图；
图3是本发明实施例二提供的用于过温保护的温差检测电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
本实施例提供一种用于过温保护的温差检测电路，包括温度检测电路和温差比较电路；所述温度检测电路用于检测第一检测点的温度；所述温差比较电路用于检测第二检测点的温度并将所述第二检测点的温度与所述第一检测点的温度进行比较，得到所述第二检测点与所述第一检测点的温度差。
图1是本发明实施例一提供的用于过温保护的温差检测电路的电路图。如图1所示，本实施例的温度检测电路包括第一二极管组件、第一比较器COMP1以及第一MOS晶体管M1。第一二极管组件的正极与第一比较器COMP1的同相输入端连接，第一二极管组件的负极接地；第一二极管组件置于第一检测点，第一检测点例如芯片中温度较高的发热点。本实施例中，所述第一二极管组件包括依次串联连接的第一二极管D1、第二二极管D2以及第三二极管D3，第一二极管D1的正极与第一比较器COMP1的同相输入端连接并连接到电源Vcc，第三二极管D3的负极接地。第一比较器COMP1的反相输入端与第一MOS晶体管M1的漏极连接，第一比较器COMP1的输出端与第一MOS晶体管M1的栅极连接，第一MOS晶体管M1的源极接地。其中，第一MOS晶体管M1的源极通过第一电阻R1与其漏极相连，第一MOS晶体管M1的漏极通过第二电阻R2与第一比较器COMP1的反相输入端连接，并且第一MOS晶体管M1的漏极通过串联连接的第二电阻R2和第三电阻R3连接到开关Vbg。
如图1所示，本实施例的温差比较电路包括第二二极管组件、第二比较器COMP2、第二MOS晶体管M2、第三MOS晶体管M3以及第四MOS晶体管M4。第二二极管组件的正极与第二MOS晶体管M2的栅极连接，第二二极管组件的负极接地；第二二极管组件置于第二检测点，第二检测点例如芯片中温度较低的发热点。本实施例中，第二二极管组件包括依次串联连接的第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6，第四二极管D4的正极与第二MOS晶体管M 2的栅极连接并连接到电源Vcc，第六二极管D6的负极接地。第二MOS晶体管M2的漏极与第三MOS晶体管M3的漏极连接并连接到电源Vcc，第二MOS晶体管M2的源极与第四MOS晶体管M4的漏极连接并连接到第二比较器COMP2的反相输入端。第三MOS晶体管M3的栅极与温度检测电路的第一比较器COMP1的同相输入端连接，第三MOS晶体管M3的源极与第二比较器COMP2的同相输入端连接。第四MOS晶体管M4的栅极与第二比较器COMP2的输出端连接，第四MOS晶体管M4的源极接地。其中，第二MOS晶体管M2的源极通过第一可调电阻Rb1与第四MOS晶体管M4的漏极连接。优选的，第二MOS晶体管M2和第三MOS晶体管M3采用零阈值耗尽型晶体管。
本实施例通过温度检测电路检测芯片中某一个发热点的温度，该发热点的温度达到阈值则触发过温度保护；通过温差比较电路检测芯片中另一个发热点的温度，并与温度检测电路所检测的发热点的温度进行比较得到两者的温差值，温差值达到阈值则触发过温差保护，例如通过比较两者的温差值来控制功率开关的通断，当两者温差超过60℃时关闭功率开关，迟滞20℃。
本实施例的温差比较电路通过第二MOS晶体管M2和第三MOS晶体管M3实现源极跟随器的功能，通过调整第一可调电阻Rb1的值来实现温差检测。当第一二极管组件D1-D3和第二二极管组件D4-D6对应的两个检测点的温差小于预设值(60℃)时，第二比较器COMP2同相输入端电压Vp大于反相输入端电压Vn(Vp>Vn)，第二比较器COMP2的输出端输出高电平信号，第四MOS晶体管M4为开启状态，第一可调电阻Rb1上的压降为I×Rb1。当两个检测点的温差达到并超过预设值(60℃)时，第二比较器COMP2同相输入端电压Vp下降至Vp<Vn，第二比较器COMP2的输出端输出低电平信号，第四MOS晶体管M4关闭，第一可调电阻Rb1上的压降为
Figure BDA0002726633310000071
导致第二比较器COMP2的反相输入端电压Vn升高。当两个检测点的温差从预设值(60℃)返回(温差变小)时，由于第二比较器COMP2的反相输入端电压Vn升高，通过设计可使温差返回到40℃时，第二比较器COMP2的输出端输出高电平信号，此时温差比较电路回到原始状态。
图2是本发明实施例一提供的用于过温保护的温差检测电路的温差检测原理图。本实施例的温差检测是通过电压比较的方式来实现的。第二比较器COMP2的同相输入端电压Vp、反相输入端电压Vn以及输出电平信号Delta_TSD与检测点温度的关系，如图2所示。
设温差比较电路启动前第二比较器COMP2反相输入端电压为Vn1，温差比较电路启动时第二比较器COMP2反相输入端电压为Vn2，设第一可调电阻Rb1的电阻值为Rb1，有如下公式：
Vn1＝VB0-I×Rb1 (1)
Figure BDA0002726633310000081
设第二MOS晶体管M2栅极电压为VB0，第三MOS晶体管M3栅极电压为VB1，当第二比较器COMP2同相输入端电压Vp下降到Vn2时，温差比较电路启动，有如下公式
Figure BDA0002726633310000082
那么
Figure BDA0002726633310000083
由于
Figure BDA0002726633310000084
则
VB1＝Vn2＝Vp (4)
若温差比较电路的温度预设值为60℃，迟滞预设值为20℃，则公式(1)与公式(2)之差为迟滞，即
Figure BDA0002726633310000085
调整第一可调电阻Rb1的电阻值可设定不同的迟滞温度。
本实施例的用于过温保护的温差检测电路针对两个发热点进行温差检测，通过温度检测电路检测芯片中一个发热点的温度，该发热点的温度达到阈值则触发过温度保护；通过温差比较电路检测芯片中另一个发热点的温度，并与温度检测电路所检测的发热点的温度进行比较得到两者的温差值，温差值达到阈值则触发过温差保护，可同时实现过温度保护和过温差保护。
实施例二
本实施例提供一种用于过温保护的温差检测电路，包括温度检测电路和温差比较电路；所述温度检测电路用于检测参照点的温度；所述温差比较电路包括第一温差比较电路和第二温差比较电路；所述第一温差比较电路用于检测第一检测点的温度并将所述第一检测点的温度与所述参照点的温度进行比较，得到所述第一检测点与所述参照点的温度差；所述第二温差比较电路用于检测第二检测点的温度并将所述第二检测点的温度与所述参照点的温度进行比较，得到所述第二检测点与所述参照点的温度差。
图3是本发明实施例二提供的用于过温保护的温差检测电路的电路图。如图3所示，本实施例的温度检测电路包括第一二极管组件，第一二极管组件的正极连接电源Vcc，第一二极管组件的负极接地。第一二极管组件置于参照点，参照点例如芯片中温度较低的发热点。本实施例的第一温差比较电路包括第二二极管组件、第一比较器COMP1、第一MOS晶体管M1、第二MOS晶体管M2以及第三MOS晶体管M3。第二二极管组件的正极与第二MOS晶体管M2的栅极连接并连接到电源Vcc，第二二极管组件的负极接地。第二二极管组件置于第一检测点，第一检测点例如芯片中温度较高的发热点。第二MOS晶体管M2的源极与第一比较器COMP1的同相输入端连接，第二MOS晶体管M2的漏极与第一MOS晶体管M1的漏极连接并连接电源Vcc。第一MOS晶体管M1的栅极与第一二极管组件的正极连接，第一MOS晶体管M1的源极与第一比较器COMP1的反相输入端和第三MOS晶体管M3的漏极连接，第三MOS晶体管M3的栅极与第一比较器COMP1的输出端连接，第三MOS晶体管M3的源极接地。
如图3所示，本实施例的第二温差比较电路包括第三二极管组件、第二比较器COMP2、第四MOS晶体管M4、第五MOS晶体管M5以及第六MOS晶体管M6。第三二极管组件的正极与第五MOS晶体管M5的栅极连接并连接到电源Vcc，第三二极管组件的负极接地。第三二极管组件置于第二检测点，第二检测点例如芯片中温度较高的发热点。第五MOS晶体管M5的源极与第二比较器COMP2的同相输入端连接，第五MOS晶体管M5的漏极与第四MOS晶体管M4的漏极连接并连接电源Vcc。第四MOS晶体管M4的栅极与第一二极管组件的正极连接，第四MOS晶体管M4的源极与第二比较器COMP2的反相输入端和第六MOS晶体管M6的漏极连接，第六MOS晶体管M6的栅极与第二比较器COMP2的输出端连接，第六MOS晶体管M6的源极接地。其中，第一MOS晶体管M1的源极通过第一可调电阻Rb1与第三MOS晶体管M3的漏极连接，第四MOS晶体管M4的源极通过第二可调电阻Rb2与第六MOS晶体管M6的漏极连接。
本实施例中，第一二极管组件包括依次串联连接的第一二极管D1、第二二极管D2以及第三二极管D3，第一二极管D1的正极与第一MOS晶体管M1的栅极和第四MOS晶体管M4的栅极连接，第三二极管D3的负极接地。第二二极管组件包括依次串联连接的第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6，第四二极管D4的正极与第二MOS晶体管M2的栅极连接，第六二极管D6的负极接地。第三二极管组件包括依次串联连接的第七二极管D7、第八二极管D8以及第九二极管D9，第七二极管D7的正极与第五MOS晶体管D5的栅极连接，第九二极管D9的负极接地。
本实施例的用于过温保护的温差检测电路，其温差检测也是通过电压比较的方式来实现的。本实施例通过温度检测电路检测参照点(温度较低的发热点)的温度，并通过两个温差比较电路分别检测另外两个检测点(温度较高的发热点)温度，单独比较某一检测点的温度与参照点的温度，温差值达到阈值则触发过温差保护。例如，通过比较检测点与参照点的温差值来控制功率开关的通断来实现保护功能，其中功率开关的通断是根据第一比较器COMP1或第二比较器COMP2输出的电平信号Delta_TSD来确定。
本实施例的用于过温保护的温差检测电路针对三个发热点进行温差检测，通过温度检测电路检测芯片中参照点(温度较低的发热点)的温度，并通过两个温差比较电路检测芯片中两个检测点(温度较高的发热点)的温度，分别与参照点的温度进行比较，其温差值达到阈值则触发过温差保护，可在存在三个发热点且发热点温度不同的情况下实现过温差保护功能。
此外，对于芯片中有多个发热点且发热点温度不一致的情况，设置多个温差比较电路检测相应发热点与参照点的温差，可实现多个发热点的温差保护功能。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施例之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (4)

1.一种用于过温保护的温差检测电路，其特征在于，包括：温度检测电路和温差比较电路；
所述温度检测电路用于检测第一检测点的温度；
所述温差比较电路用于检测第二检测点的温度并将所述第二检测点的温度与所述第一检测点的温度进行比较，得到所述第二检测点与所述第一检测点的温度差；
所述温度检测电路包括：第一二极管组件、第一比较器以及第一MOS晶体管；所述第一二极管组件的正极与所述第一比较器的同相输入端连接，所述第一二极管组件的负极接地，所述第一二极管组件置于所述第一检测点；所述第一比较器的反相输入端与所述第一MOS晶体管的漏极连接，所述第一比较器的输出端与所述第一MOS晶体管的栅极连接，所述第一MOS晶体管的源极接地；所述第一MOS晶体管的源极通过第一电阻与其漏极相连，所述第一MOS晶体管的漏极通过第二电阻与所述第一比较器的反相输入端连接，所述第一MOS晶体管的漏极通过第二电阻和第三电阻连接到开关；
所述温差比较电路包括：第二二极管组件、第二比较器、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管以及第四MOS晶体管；所述第二二极管组件的正极与所述第二MOS晶体管的栅极连接，所述第二二极管组件的负极接地，所述第二二极管组件置于所述第二检测点；所述第二MOS晶体管的漏极与所述第三MOS晶体管的漏极连接并连接到电源，所述第二MOS晶体管的源极与所述第四MOS晶体管的漏极连接并连接到所述第二比较器的反相输入端；所述第三MOS晶体管的栅极与所述温度检测电路的第一比较器的同相输入端连接，所述第三MOS晶体管的源极与所述第二比较器的同相输入端连接；所述第四MOS晶体管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第四MOS晶体管的源极接地；所述第二MOS晶体管的源极通过第一可调电阻与所述第四MOS晶体管的漏极连接。
2.根据权利要求1所述的用于过温保护的温差检测电路，其特征在于，所述第一二极管组件包括依次串联连接的第一二极管、第二二极管以及第三二极管，所述第一二极管的正极与所述第一比较器的同相输入端连接并连接到电源，所述第三二极管的负极接地。
3.根据权利要求1所述的用于过温保护的温差检测电路，其特征在于，所述第二二极管组件包括依次串联连接的第四二极管、第五二极管以及第六二极管，所述第四二极管的正极与所述第二MOS晶体管的栅极连接并连接到电源，所述第六二极管的负极接地。
4.一种用于过温保护的温差检测电路，其特征在于，包括：温度检测电路和温差比较电路；
所述温度检测电路用于检测参照点的温度；
所述温差比较电路包括第一温差比较电路和第二温差比较电路；所述第一温差比较电路用于检测第一检测点的温度并将所述第一检测点的温度与所述参照点的温度进行比较，得到所述第一检测点与所述参照点的温度差；所述第二温差比较电路用于检测第二检测点的温度并将所述第二检测点的温度与所述参照点的温度进行比较，得到所述第二检测点与所述参照点的温度差；
所述温度检测电路包括第一二极管组件，所述第一二极管组件的正极连接电源，所述第一二极管组件的负极接地，所述第一二极管组件置于所述参照点；
所述第一温差比较电路包括：第二二极管组件、第一比较器、第一MOS晶体管、第二MOS晶体管以及第三MOS晶体管；所述第二二极管组件的正极与所述第二MOS晶体管的栅极连接并连接到电源，所述第二二极管组件的负极接地，所述第二二极管组件置于所述第一检测点；所述第二MOS晶体管的源极与所述第一比较器的同相输入端连接，所述第二MOS晶体管的漏极与所述第一MOS晶体管的漏极连接并连接电源；所述第一MOS晶体管的栅极与所述第一二极管组件的正极连接，所述第一MOS晶体管的源极与所述第一比较器的反相输入端和所述第三MOS晶体管的漏极连接，所述第三MOS晶体管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第三MOS晶体管的源极接地；所述第一MOS晶体管的源极通过第一可调电阻与所述第三MOS晶体管的漏极连接；
所述第二温差比较电路包括：第三二极管组件、第二比较器、第四MOS晶体管、第五MOS晶体管以及第六MOS晶体管；所述第三二极管组件的正极与所述第五MOS晶体管的栅极连接并连接到电源，所述第三二极管组件的负极接地，所述第三二极管组件置于所述第二检测点；所述第五MOS晶体管的源极与所述第二比较器的同相输入端连接，所述第五MOS晶体管的漏极与所述第四MOS晶体管的漏极连接并连接电源；所述第四MOS晶体管的栅极与所述第一二极管组件的正极连接，所述第四MOS晶体管的源极与所述第二比较器的反相输入端和所述第六MOS晶体管的漏极连接，所述第六MOS晶体管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第六MOS晶体管的源极接地；所述第四MOS晶体管的源极通过第二可调电阻与所述第六MOS晶体管的漏极连接。
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