CN114035643A - 温控保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种温控保护电路，所述电路包括：零温度系数电压电路，用于提供基准电压；热折返电阻阵列，用于提供热折返电阻；温度感测电路，与所述零温度系数电压电路和热折返电阻阵列相连接，用于温度检测并基于所检测的温度、来自所述零温度系数电压电路的基准电压和来自所述热折返电阻阵列的热折返电阻中的任一个或多个调节其输出的热折返信号；驱动控制电路，与所述温度感测电路相连接，用于接收来自所述温度感测电路的热折返信号并且基于所接收的热折返信号来调节驱动控制电路的输出。本申请的温控保护电路可使得集成电路系统在达到高温之后即进入热反馈环，进而降低功率，减少发热并实现稳定的系统。

Description

温控保护电路

技术领域

本申请涉及集成电路设计领域，具体涉及一种温控保护电路。

背景技术

随着集成电路的集成度越来越高，集成电路系统（或芯片）的功耗也随之不断增大，使得集成电路在长时间工作时或某些如短路等电路异常情况下，温度会迅速升高。

过温保护是集成电路应用中重要的保护功能，作为一种保护电路，过温保护电路可以有效的在集成电路温度过高时，关断电路，并且在温度下降到安全值时，使电路重新正常工作，从而避免电路内部器件异常或烧毁的风险。然而，现有的过温保护电路会造成电路系统开开关关，从而使得信号重置，造成系统不稳定。

因此，需要一种可以在高温时降低输出来保护电路的温控保护电路。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种温控保护电路，使得芯片电路在达到高温之后进入热反馈环，进而降低功率，减少发热并实现稳定的系统。

本申请实施例提供以下技术方案：一种温控保护电路包括：零温度系数电压电路，用于提供基准电压；热折返电阻阵列，用于提供热折返电阻；温度感测电路，与所述零温度系数电压电路和热折返电阻阵列相连接，用于温度检测并基于所检测的温度、来自所述零温度系数电压电路的基准电压和来自所述热折返电阻阵列的热折返电阻中的任一个或多个调节其输出的热折返信号；驱动控制电路，与所述温度感测电路相连接，用于接收来自所述温度感测电路的热折返信号并且基于所接收的热折返信号来调节其输出的控制信号。

在一个实施例中，所述零温度系数电压电路用于生成具有不同电压值的零温度系数电压并输出作为基准电压。

在一个实施例中，所述热折返电阻阵列用于提供具有不同电阻值的热折返电阻。

在一个实施例中，所述温度感测电路是具有负温度系数的三极管，所述热折返信号为三极管的集电极与基极之间的电流。

在一个实施例中，所述三极管的基极连接所述基准电压，其集电极连接所述驱动控制电路的一输入端，其发射极连接所述热折返电阻阵列，所述三极管用于基于温度、所述基准电压、和所述热折返电阻中的任一个或多个调节其集电极与基极之间的电流。

在一个实施例中，所述三极管是NPN管。

在一个实施例中，所述零温度系数电压电路包括：带隙电路，用于生成带隙基准电压；电阻单元，其一端连接带隙电路的输出，另一端接地，所述电阻单元包括互相连接的多个电阻；选择开关，具有设置在一个或多个所述电阻的一端或两端的多个切换点，用于在开关信号的控制下选择性地切换至所述选择开关的不同切换点，以输出不同电压值的电压作为基准电压。

在一个实施例中，所述热折返电阻阵列包括：开关组，包括至少一个开关；权重电路，其输出端分别连接所述开关组中的各开关，用于分别生成控制所述开关组中各开关的闭合和开启的开关控制信号；电阻阵列，其一端连接至所述温度感测电路，另一端接地，所述电阻阵列包括多个电阻集合，所述开关选择性地设置在一个或多个所述电阻集合的两端。

在一个实施例中，所述电阻集合包括一个电阻或多个互相连接的电阻。

在一个实施例中，所述权重电路具有用于接收配置信息的控制端并根据配置信息生成用于控制各开关的闭合和开启的开关控制信号，以控制所述热折返电阻阵列的电阻值。

在一个实施例中，所述驱动控制电路包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端接收温控电压，第二输入端接收来自外部电路的反馈电压，所述运算放大器用于根据所述温控电压和所述反馈电压进行输出并通过所述反馈电压将其输出锁定在恒定值，以对外部电路进行反馈控制。

在一个实施例中，所述运算放大器的第一输入端经由一电阻连接至参考电压并且所述第一输入端还连接至所述温度感测电路，以基于来自温度感测电路的热折返信号调节所述温控电压的电压值。

与现有技术相比，本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

本申请的温控保护电路通过由温度感测电路基于所检测的集成电路系统的温度、所接收的基准电压和热折返电阻中的任一个或多个来调节其输出的热折返信号以及由驱动器电路基于来自所述温度感测电路的热折返信号来调节其输出的控制信号，使得集成电路系统在达到高温之后即进入热反馈环，进而降低功率，减少发热并实现稳定的系统。而且，本申请还通过控制零温度系数电压电路输出不同电压值的基准电压来调整热折返的温度转折，以及通过控制热折返电阻阵列输出不同的热折返电阻值来决定热折返功能的保护程度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是根据本申请一实施例的温控保护电路的示意图；

图2是根据本申请一实施例的零温度系数电压电路；

图3是根据本申请一实施例的热折返电阻阵列；

图4是基准电压Vbg与温度的关系图；

图5是电压降Vbg-Vbe与温度的关系图；

图6是根据本申请一实施例的驱动控制电路的示意图；

图7是基于不同的基准电压设定产生的温控电压占参考电压的百分比与温度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

图1示出了根据本申请一实施例的温控保护电路100。如图1所示，温控保护电路100包括零温度系数电压电路101、热折返（foldback）电阻阵列102、温度感测电路104和驱动控制电路103，其中零温度系数电压电路101用于提供基准电压Vbg；热折返电阻阵列102用于提供热折返电阻R_foldback；温度感测电路104与零温度系数电压电路101和热折返电阻阵列102相连接，用于温度检测并基于所检测的温度、来自零温度系数电压电路101的基准电压Vbg和来自热折返电阻阵列102的热折返电阻R_foldback中的任一个或多个调节其输出的热折返信号；驱动控制电路103与温度感测电路104相连接，用于接收来自温度感测电路104的热折返信号并且基于所接收的热折返信号来调节驱动控制电路103输出的控制信号，进而调节外部电路（例如，集成电路系统）的温度，驱动控制电路103的输出端作为温控保护电路的输出端。

本申请通过由温度感测电路基于所检测的集成电路系统的温度、所接收的基准电压和/或热折返电阻来调节其输出的热折返信号以及由驱动控制电路基于来自所述温度感测电路的热折返信号来调节其输出的控制信号，使得集成电路系统在达到高温之后即进入热反馈环，进而降低功率，减少发热并实现稳定的系统。

在一个实施例中，零温度系数电压电路101可生成具有不同电压值的零温度系数电压并输出作为基准电压Vbg。

在一个实施例中，热折返电阻阵列102可提供具有不同电阻值的热折返电阻R_foldback。

在一些实施例中，温度感测电路104可以是具有负温度系数的三极管Q（当集成电路系统的温度升高，三极管Q的基极-发射极电压Vbe减小），相应地，热折返信号为三极管Q的集电极与基极之间的电流。所述三极管Q的基极连接基准电压Vbg，其集电极连接驱动控制电路103的一输入端，其发射极连接热折返电阻阵列102，用于基于温度、基准电压Vbg、和热折返电阻R_foldback中的任一个或多个调节其集电极与基极之间的电流I_foldback（也称为“热折返电流”）的大小。

所述三极管Q可以是NPN管，其基极上的基准电压Vbg与三极管Q本身的基极-发射极电压Vbe会在发射极产生大小为Vbg-Vbe的电压降，该电压降施加于热折返电阻阵列102。图4和5分别示出了基准电压Vbg和电压降Vbg-Vbe与温度的关系图，由于基准电压Vbg是零温度系数电压，而基极-发射极电压Vbe与集成电路系统的温度成反比，因此，当集成电路系统的温度上升使得Vbe的电压值低到某一程度时三极管Q导通形成电流I_foldback，其中，所形成的电流I_foldback的公式为：

I_Foldback= (Vbg-Vbe)/(R_Foldback)公式（1）

接着，热折返电流I_foldback进入驱动控制电路103，通过降低驱动控制电路103的驱动能力来实现对集成电路系统温度的控制。

图2示出了根据本申请一实施例的零温度系数电压电路101。如图2所示，零温度系数电压电路101包括带隙电路201、电阻单元202和选择开关203，其中，带隙电路201用于生成带隙基准电压VBG；电阻单元202的一端连接带隙电路201的输出，另一端接地，电阻单元202可包括互相连接的多个电阻，这些电阻可具有相同的电阻值，也可以具体不同的电阻值；选择开关203具有设置在一个或多个电阻的一端或两端的多个切换点（接点），用于在开关信号SW的控制下选择性地切换至选择开关203的不同切换点，以输出不同电压值的电压作为基准电压Vbg。在一个实施例中，选择开关203的一端连接至三极管Q的基极，以将基准电压Vbg施加于三极管Q的基极。

图2中示出了电阻单元202和选择开关203的一个示例，如图2所示，电阻单元202可包括互相串联的多个电阻R1、R2、…、Rn，选择开关203具有分别设置在电阻R1、R2、…、Rn-1两端的多个切换点k0、k1、…、kn-1。当选择开关203切换到切换点k0处时，输出的基准电压Vbg等于带隙基准电压VBG，当选择开关203切换到k1处时，输出的基准电压Vbg等于VBG*(R2+…+Rn)/(R1+R2+…+Rn)，以此类推可以得出选择开关切换到多个切换点中的任一点时基准电压Vbg的值。可以理解，在其他实施例中，可以按需设置电阻单元中的电阻的数量和连接结构以及选择开关的切换点的数量和分布，本申请对此并不进行限制。

本申请的温控保护电路可以通过控制零温度系数电压电路输出不同电压值的基准电压Vbg来调整热折返的温度转折。

需要注意的是，图2仅示出了零温度系数电压电路的一个示例，但本申请不限于此，零温度系数电压电路可以是能够实现以上功能的任何结构的电路。

图3示出了根据本申请一实施例的热折返电阻阵列102。如图3所示，热折返电阻阵列102包括权重电路301、开关组302和电阻阵列303，其中开关组302包括至少一个开关；权重电路301的输出端分别连接开关组302中的各开关，用于分别生成控制开关组302中各开关的闭合和开启的开关控制信号；电阻阵列303的一端连接至温度感测电路104，另一端接地，电阻阵列303可包括多个电阻集合，开关组302中的开关可选择性地设置在一个或多个所述电阻集合的两端，其中每个电阻集合可包括一个电阻或多个互相连接的电阻。在一个实施例中，电阻阵列303的一端连接至三极管Q的发射极。

图3中示出了开关组302和电阻阵列303的一个示例，如图3所示，开关组包括多个开关Sa、Sb、…、Sm，电阻阵列包括多个电阻集合Ra、Rb、…、Rm，其中电阻集合Ra包括电阻Ra1，电阻集合Rb包括互相并联的电阻Rb1和Rb2，电阻集合Rc包括互相并联的电阻Rc1、Rc2、Rc3和Rc4，等等。开关Sa、Sb、…、Sm分别连接在电阻集合Ra、Rb、…、Rm的两端。可以理解，在其他实施例中，可以按需设置电阻阵列中的电阻的数量和连接结构以及开关组中开关的数量和分布，本申请对此并不进行限制。

在一个实施例中，权重电路301可具有用于接收配置信息的控制端（图中未示出），并且根据配置信息生成对应的开关控制信号以控制各开关的闭合和开启，进而控制热折返电阻阵列102的电阻值R_foldback。所述配置信息可以通过数字信息或烧录方式来调整，或者可以是固定的参数，本申请对此不作限制。

本申请的温控保护电路可以通过控制热折返电阻阵列输出不同的热折返电阻值来决定热折返功能的保护程度。

图6示出了根据本申请一实施例的驱动控制电路103的示意图。如图6所示，驱动控制电路103包括运算放大器601，运算放大器601的第一输入端接收温控电压Vth，第二输入端接收来自外部电路（例如，集成电路系统）的反馈电压Vfb，用于根据温控电压Vth和反馈电压Vfb进行输出并且通过反馈电压Vfb将其输出锁定在恒定值（即，将驱动控制电路103的输出锁定在恒定电流或恒定电压），以对集成电路系统进行热反馈控制并使得集成电路系统达到稳态。具体而言，运算放大器601的第一输入端经由一电阻R连接至参考电压Vref，并且其第一输入端还连接至温度感测电路104，以在温度感测电路104的热折返信号控制下，调节第一输入端的温控电压Vth，进而调节运算放大器输出的控制信号V_ctrl。

在一个实施例中，运算放大器601为负反馈的运算放大器。运算放大器601的正输入端经由一电阻R连接至参考电压Vref，并且其正输入端还连接至三极管Q的集电极以接收热折返电流I_foldback，换而言之，运算放大器601的正输入端连接在串联连接的电阻R和温度感测电路104之间，其正输入端的电压Vth=Vref-R*I_foldback。运算放大器601的负输入端接收来自外部电路的反馈电压Vfb。

举例而言，当集成电路系统温度升高使得三极管Q的Vbe低到某一程度时，三极管Q导通形成热折返电流I_foldback，并且根据等式（1）可知，热折返电流I_foldback会随着温度的进一步升高而增大，而温控电压Vth会随着热折返电流I_foldback的增大而减小。当温控电压Vth减小时，运算放大器601的输出Vctrl也会随着温控电压Vth的减小而减小，从而控制集成电路系统使其功率降低，进而降低集成电路系统的温度，实现对集成电路系统的温控保护。相应地，来自集成电路系统的反馈电压Vfb也减小，并且最终反馈电压Vfb的电压值接近于温控电压Vth的电压值。由于两个输入端的电压趋于相等，运算放大器601进入虚短路状态，其输出被锁定在恒定值，同时集成电路温度也趋于稳定，此时，集成电路系统由于温度稳定而实现了系统稳态。

需要注意的是，图6仅示出了驱动控制电路的一个示例，但本申请不限于此，驱动控制电路可以是能够实现以上功能的任何结构的电路。

图7示出了基于不同的基准电压Vbg设定产生的温控电压Vth占参考电压Vref的百分比与温度的关系图。由图7可以看出，不同基准电压的情况下，温控电压Vth占参考电压Vref的百分比也不同，从而可以通过选择不同的基准电压来调整热折返的温度转折。类似地，不同热折返电阻大小的情况下，三极管Q的热折返电流I_foldback能够达到的最大值也不同，从而通过选择不同热折返电阻值来决定热折返功能的保护程度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的方法实施例而言，由于其与系统是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种温控保护电路，其特征在于，所述电路包括：

零温度系数电压电路，用于提供基准电压；

热折返电阻阵列，用于提供热折返电阻；

三极管，其基极连接所述基准电压，发射极连接所述热折返电阻阵列，所述三极管用于温度检测并基于所检测的温度、来自所述零温度系数电压电路的基准电压和来自所述热折返电阻阵列的热折返电阻中的任一个或多个调节其输出的热折返信号；

驱动控制电路，与所述三极管的集电极相连接，用于接收来自所述三极管的热折返信号并且基于所接收的热折返信号来调节其输出的控制信号。

2.根据权利要求1所述的温控保护电路，其特征在于，所述零温度系数电压电路用于生成具有不同电压值的零温度系数电压并输出作为基准电压。

3.根据权利要求1所述的温控保护电路，其特征在于，所述热折返电阻阵列用于提供具有不同电阻值的热折返电阻。

4.根据权利要求1所述的温控保护电路，其特征在于，所述三极管具有负温度系数，所述热折返信号为三极管的集电极与基极之间的电流。

5.根据权利要求4所述的温控保护电路，其特征在于，所述三极管是NPN管。

6.根据权利要求2所述的温控保护电路，其特征在于，所述零温度系数电压电路包括：

带隙电路，用于生成带隙基准电压；

电阻单元，其一端连接带隙电路的输出，另一端接地，所述电阻单元包括互相连接的多个电阻；

选择开关，具有设置在一个或多个所述电阻的一端或两端的多个切换点，用于在开关信号的控制下选择性地切换至所述选择开关的不同切换点，以输出不同电压值的电压作为基准电压。

7.根据权利要求3所述的温控保护电路，其特征在于，所述热折返电阻阵列包括：

开关组，包括至少一个开关；

权重电路，其输出端分别连接所述开关组中的各开关，用于分别生成控制所述开关组中各开关的闭合和开启的开关控制信号；

电阻阵列，其一端连接至所述三极管的发射极，另一端接地，所述电阻阵列包括多个电阻集合，所述开关选择性地设置在一个或多个所述电阻集合的两端。

8.根据权利要求7所述的温控保护电路，其特征在于，所述电阻集合包括一个电阻或多个互相连接的电阻。

9.根据权利要求7所述的温控保护电路，其特征在于，所述权重电路具有用于接收配置信息的控制端并根据配置信息生成用于控制各开关的闭合和开启的开关控制信号，以控制所述热折返电阻阵列的电阻值。

10.根据权利要求1所述的温控保护电路，其特征在于，所述驱动控制电路包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端接收温控电压，第二输入端接收来自外部电路的反馈电压，所述运算放大器用于根据所述温控电压和所述反馈电压进行输出并通过所述反馈电压将其输出锁定在恒定值，以对外部电路进行反馈控制。

11.根据权利要求10所述的温控保护电路，其特征在于，所述运算放大器的第一输入端经由一电阻连接至参考电压，并且所述第一输入端还连接至所述三极管的集电极以基于来自所述三极管的热折返信号调节所述温控电压的电压值。

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