CN113220062A - 一种双极线性稳压器的过温保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极线性稳压器的过温保护电路，属于过温保护领域。一种双极线性稳压器的过温保护电路，由温度传感器电路、采样反馈电路和输出电路构成。本发明的双极线性稳压器的过温保护电路，通过引入电流反馈回路，使电路具有的温度滞回特性，避免了在温度保护点处被保护电路的频繁开启，芯片结温不能充分降温，电路不能返回到正常工作状态，本发明适用于低电源电压。采用本发明的过温保护电路可以精确识别双极线性稳压器及其它模拟电路芯片结温是否超出安全工作区。本发明采用双极工艺设计实现，电路结构简洁，使用的元器件数量少，物理设计面积小。

Description

一种双极线性稳压器的过温保护电路
技术领域
本发明属于过温保护领域，尤其是一种双极线性稳压器的过温保护电路。
背景技术
线性稳压器是一种低功耗单片微型功率系统，为当今电子系统中的重要组成部分。为了追随片上系统技术向低压、高速、高密度集成飞速发展，稳压器正在向着高功率密度、高集成度、低压输出、快速负载瞬态响应等方向发展。稳压器能否稳定可靠的工作成为电路性能评价的重要因素，为了防范在恶劣环境及突发故障状态时所引起的问题，要求在电路系统设计时，必须考虑设计保护电路，已成为功率系统集成电路非常重要的环节，不仅可提高电源工作的可靠性，同时还可延长电源的使用寿命。在线性稳压器中，不同用户不同应用，造成芯片自身功耗差异较大，导致芯片的结温不同；研究表明，芯片温度每升高2℃，可靠性就降低10％，温度升高50℃时，工作寿命只有温度升高25℃时的1/6。故温度对线性稳压器可靠使用至关重要，为了避免功率系统芯片结温过高而造成损伤或烧毁，影响电路正常工作，一般线性稳压器必须存在过热保护电路，提高芯片的安全可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服双极线性稳压器芯片结温易高出安全工作温度的缺点，提供一种双极线性稳压器的过温保护电路。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种双极线性稳压器的过温保护电路，由温度传感器电路、采样反馈电路和输出电路构成；
所述温度传感器电路包括第一PTAT电流源I1、第二PTAT电流源I2、第一基区电阻R1、第一晶体管Qn1和第二基区电阻R2，所述第一PTAT电流源I1一端接VIN，另一端接A点；第一基区电阻R1一端接A点，另一端接地；第二PTAT电流源I2一端接VIN，另一端接B点；第一晶体管Qn1的基极接A点，集电极接B点，发射极接D点；第二基区电阻R2一端接D点，另一端接地；
所述采样反馈电路包括第三PTAT电流源I3和第二晶体管Qn2，第三PTAT电流源I3一端接VIN，另一端接C点；第二晶体管Qn2的基极接B点，集电极接C点，发射极接D点；
所述输出电路为包括第三晶体管Qn3，所述第三晶体管Qn3基极接C点，集电极接OUT点，发射极接地。
进一步的，第一PTAT电流源I1的电流大小为VTln(n)/R，A点的电压为(VTln(n)R1)/R。
进一步的，点电压为正温度系数。
进一步的，第一晶体管Qn1的VBE结为负温度系数。
进一步的，通过以下流程实现过温保护：
当被保护稳压器芯片结温高于最高阈值温度时，第一晶体管Qn1导通，B点电压为第一晶体管Qn1的Vces，第二晶体管Qn2截止，D点电压为0V，C点电压为电源电压，第三晶体管Qn3处于深度饱和状态，OUT点电压被拉低至地电压，稳压器芯片误差放大器输出信号被拉至地电位，整体稳压器芯片停止工作。
进一步的，具有温度迟滞特性。
进一步的，通过以下流程实现温度迟滞：
当被保护稳压器芯片结温低于最低阈值时，第一晶体管Qn1截止，B点电压为电源电压，第二晶体管Qn2导通，第三PTAT电流源I3灌入第二基区电阻R2中，第一晶体管Qn1的发射极电压抬高(I2×R2)V，此时，第一晶体管Qn1导通需要更高的电压；而C点电压较低，第三晶体管Qn3晶体管截止，OUT端口为高阻态，被保护的稳压器芯片误差放大器输出信号正常传输，稳压器芯片进行正常输出。
进一步的，所述第一晶体管Qn1、第二晶体管Qn2第三晶体管Qn3均为NPN晶体管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的双极线性稳压器的过温保护电路，通过引入电流反馈回路，使电路具有的温度滞回特性，避免了在温度保护点处被保护电路的频繁开启，芯片结温不能充分降温，电路不能返回到正常工作状态，本发明适用于低电源电压。采用本发明的过温保护电路可以精确识别双极线性稳压器及其它模拟电路芯片结温是否超出安全工作区。本发明采用双极工艺设计实现，电路结构简洁，使用的元器件数量少，物理设计面积小。
附图说明
图1为线性稳压器系统架构原理图；
图2为本发明的双极线性稳压器的过温保护电路原理图；
图3为本发明的双极线性稳压器的过温保护电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为本发明的线性稳压器系统架构原理图；设定一个高温阈值温度TH，当芯片结温从低温逐渐上升，大于TH时，温度检测电路的检测信号将线性稳压器中运放输出信号拉低，输出功率晶体管关闭；设定一个低温阈值温度TL，当芯片结温从高温逐渐下降，小于TL时(TH＞TL)，过温保护电路输出为高阻态，不影响线性稳压器中运放电路的输出，输出功率晶体管开启，线性稳压器正常工作；本发明的过温保护电路具有温度滞回特性，避免线性稳压器在某一温度点频繁开启，芯片结温不能得到充分的降温，电路不能正常返回正常工作状态。
参见图2，图2为本发明的双极线性稳压器的过温保护电路原理图，包括温度传感器电路、采样反馈电路和输出电路；本发明的过温保护电路的一个实例电路如图3所示，温度传感器电路为：第一PTAT电流源I1一端接VIN，另一端接A点；第一基区电阻R1一端接A点，另一端接地；第二PTAT电流源I2一端接VIN，另一端接B点；第一晶体管Qn1基极接A点，集电极接B点，发射极接D点；第二基区电阻R2一端接D点，另一端接地；采样反馈电路为：第三PTAT电流源I3一端接VIN，另一端接C点；第二晶体管Qn2基极接B点，集电极接C点，发射极接D点；输出电路为：NPN晶体管Qn3基极接C点，集电极接OUT点，发射极接地；
本发明的过温保护电路的工作原理如下：
电流源I1为PTAT电流，电流大小为VTln(n)/R，A点的电压为(VTln(n)R1)/R，A点电压为正温度系数，随温度升高而增加；温度传感器中第一晶体管Qn1VBE结具有负温度系数，随温度上升而减小；当被保护稳压器芯片结温较低时，第一晶体管Qn1截止，B点电压接近电源电压，第二晶体管Qn2导通，电流源I3被灌入R2中，第一晶体管Qn1发射极电压被抬高了(I2×R2)V，这样，第一晶体管Qn1导通需要更高的电压，C点电压较低，Qn3晶体管截止，OUT端口为高阻态，被保护的稳压器芯片误差放大器输出信号正常传输，整体芯片功率输出正常；当被保护稳压器芯片结温上升到高温阈值温度TH时，第一晶体管Qn1导通，B点电压等于Qn1晶体管的Vces，约为0.3V，第二晶体管Qn2截止，D点电压接近0V，C点电压接近电源电压，Qn3晶体管处于深度饱和状态，OUT点电压被拉低至地电压，稳压器芯片误差放大器输出信号被拉至地电位，整体稳压器芯片停止工作。
当温度大于TH时，由于采样反馈电路中NPN第二晶体管Qn2截止，该支路电流不流向温度传感器电路中的反馈电阻，温度传感器电路中NPN第一晶体管Qn1发射极电压降低，当芯片温度降低至TL(TH＞TL)时，第一晶体管Qn1才能截止，输出电路NPN晶体管Qn3截止，处于高阻状态，线性稳压器中误差放大器输出信号正常传输，稳压器开启工作，实现了温度迟滞特性。
本发明的双极线性稳压器的过温保护电路，由温度传感器电路、采样反馈电路、输出电路构成。电路基于双极工艺设计，温度传感器电路采用带射极反馈电阻的共射电路，具有正温度系数的PTAT电流流向已具有正温度系数的基区电阻，电阻上的电压具有正温度系数；NPN晶体管基极采样电阻上的电压实现温度感知处理，当温度较低时，NPN晶体管截止，其集电极电压接近电源电压，采样反馈电路中NPN晶体管导通，某一电流灌入温度传感器电路的反馈电阻，温度传感电路中采样NPN晶体管发射极电压升高，当温度大于TH时，NPN晶体管导通，其集电极电压接近地电压，其后级采样反馈电路输入为低电位，采样NPN晶体管截止，采样反馈电路输出接近电源电压，后级输出电路NPN晶体管进入深度饱和状态，将误差放大器输出信号拉低至接近地电位；当温度大于TH时，由于采样反馈电路中NPN晶体管截止，该支路电流不流向温度传感器电路中的反馈电阻，温度传感器电路中NPN晶体管发射极电压降低，当芯片温度降低至TL(TH＞TL)时，温度传感器电路中NPN晶体管截止，输出电路NPN晶体管截止，处于高阻状态，线性稳压器中误差放大器输出信号正常传输，稳压器开启工作，实现了温度迟滞特性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，由温度传感器电路、采样反馈电路和输出电路构成；
所述温度传感器电路包括第一PTAT电流源I1、第二PTAT电流源I2、第一基区电阻R1、第一晶体管Qn1和第二基区电阻R2，所述第一PTAT电流源I1一端接VIN，另一端接A点；第一基区电阻R1一端接A点，另一端接地；第二PTAT电流源I2一端接VIN，另一端接B点；第一晶体管Qn1的基极接A点，集电极接B点，发射极接D点；第二基区电阻R2一端接D点，另一端接地；
所述采样反馈电路包括第三PTAT电流源I3和第二晶体管Qn2，第三PTAT电流源I3一端接VIN，另一端接C点；第二晶体管Qn2的基极接B点，集电极接C点，发射极接D点；
所述输出电路为包括第三晶体管Qn3，所述第三晶体管Qn3基极接C点，集电极接OUT点，发射极接地。
2.根据权利要求1所述的双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，第一PTAT电流源I1的电流大小为VTln(n)/R，A点的电压为(VTln(n)R1)/R。
3.根据权利要求2所述的双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，A点电压为正温度系数。
4.根据权利要求3所述的双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，第一晶体管Qn1的VBE结为负温度系数。
5.根据权利要求4所述的双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，通过以下流程实现过温保护：
当被保护稳压器芯片结温高于最高阈值温度时，第一晶体管Qn1导通，B点电压为第一晶体管Qn1的Vces，第二晶体管Qn2截止，D点电压为0V，C点电压为电源电压，第三晶体管Qn3处于深度饱和状态，OUT点电压被拉低至地电压，稳压器芯片误差放大器输出信号被拉至地电位，整体稳压器芯片停止工作。
6.根据权利要求4所述的双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，具有温度迟滞特性。
7.根据权利要求6所述的双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，通过以下流程实现温度迟滞：
当被保护稳压器芯片结温低于最低阈值时，第一晶体管Qn1截止，B点电压为电源电压，第二晶体管Qn2导通，第三PTAT电流源I3灌入第二基区电阻R2中，第一晶体管Qn1的发射极电压抬高(I2×R2)V，此时，第一晶体管Qn1导通需要更高的电压；而C点电压较低，第三晶体管Qn3晶体管截止，OUT端口为高阻态，被保护的稳压器芯片误差放大器输出信号正常传输，稳压器芯片进行正常输出。
8.根据权利要求1所述的双极线性稳压器的过温保护电路，其特征在于，所述第一晶体管Qn1、第二晶体管Qn2第三晶体管Qn3均为NPN晶体管。
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