CN212412744U - 一种具有热保护功能的功率管及电路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有热保护功能的功率管及电路系统，包括：芯片本体，芯片本体设置有功率模块；过温保护模块，过温保护模块集成在芯片本体上，过温保护模块与功率模块连接，过温保护模块能够根据温度控制功率模块工作。通过在芯片本体上集成有过温保护模块，过温保护模块能够在温度超过阈值时控制功率模块停止工作，避免功率模块在温度过高的情况下持续工作，有利于延长整体的使用寿命。并且由于过温保护模块与功率模块集成在同一芯片本体上，能够准确检测功率模块的实际温度，提高可靠性。另外，过温保护模块集成在芯片本体上，无需依赖外部温度保护电路，有利于简化电路结构，便于设计使用。

Description

一种具有热保护功能的功率管及电路系统

技术领域

本实用新型涉及功率管领域，特别涉及一种具有热保护功能的功率管及电路系统。

背景技术

随着集成电路的快速发展，芯片的功耗、安全性和稳定性越来越重要。在功率管工作过程中，遇到电源短接、内部短路和重负载等情况时，功率会增加，导致功率管的温度升高。功率管容易受到温度变化的影响，导致功率管的使用寿命缩短、甚至永久性损坏，因此功率管的温度必须限制在一定范围内。

现有技术中，一般在电路板上设置有温度保护电路，以能够在工作环境温度高于阈值时，控制功率管停止工作。然而，温度保护电路检测的是周围工作环境的温度，功率管芯片的实际温度与工作环境的温度存在差异，存在功率管芯片的实际工作温度已经超过阈值，而温度保护电路还没触发的情况，并且额外设置有温度保护电路的方式，令整体电路结构更加复杂。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种具有热保护功能的功率管及电路系统，其无需依赖外部的温度保护电路，能够在芯片本体温度超过阈值时，令功率模块停止工作。

根据本实用新型第一方面实施例的一种具有热保护功能的功率管，包括：芯片本体，所述芯片本体设置有功率模块；过温保护模块，所述过温保护模块集成在所述芯片本体上，所述过温保护模块与所述功率模块连接，所述过温保护模块能够根据温度控制所述功率模块工作。

根据本实用新型实施例的一种具有热保护功能的功率管，至少具有如下有益效果：通过在芯片本体上集成有过温保护模块，过温保护模块能够在温度超过阈值时控制功率模块停止工作，避免功率模块在温度过高的情况下持续工作，有利于延长整体的使用寿命。并且由于过温保护模块与功率模块集成在同一芯片本体上，能够准确检测功率模块的实际温度，防止功率模块实际温度超过阈值时仍然工作的情况发生，提高可靠性。另外，过温保护模块集成在芯片本体上，无需依赖外部温度保护电路，有利于简化电路结构，便于设计使用。

根据本实用新型的一些实施例，所述芯片本体设置有控制引脚以及接地引脚，所述控制引脚以及所述接地引脚能够与外部电路连接，所述功率模块与所述控制引脚连接，所述过温保护模块分别与所述控制引脚以及所述接地引脚连接，所述过温保护模块能够根据温度控制所述控制引脚与所述接地引脚之间导通或截止。

根据本实用新型的一些实施例，所述过温保护模块包括温度感应单元、基准电压单元、比较器以及第一开关管，所述温度感应单元能够根据温度改变自身的压降大小，所述温度感应单元与所述比较器的第一输入端连接，所述比较器的第二输入端与所述基准电压单元连接，所述比较器的输出端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的输入端与所述控制引脚连接，所述第一开关管的输出端与所述接地引脚连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述温度感应单元包括 PNP管Q2以及第一分压件，所述PNP管Q2的发射极与供电端连接，所述PNP管Q2的基极分别与所述PNP管Q2的集电极、所述比较器的第一输入端以及所述第一分压件的一端连接，所述第一分压件的另一端接地。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一分压件为恒流源 U2。

根据本实用新型的一些实施例，还包括滞回模块，所述滞回模块分别与所述比较器的输出端以及所述基准电压单元连接，所述滞回模块能够根据所述比较器的输出端电压值改变所述基准电压单元的电压值。

根据本实用新型的一些实施例，所述基准电压单元包括第二分压件以及第三分压件，所述比较器的第二输入端通过所述第二分压件与供电端连接，所述比较器的第二输入端通过所述第三分压件接地。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二分压件与所述第三分压件其中之一为电阻R2，另一为恒流源U3。

根据本实用新型的一些实施例，所述滞回模块包括电阻R1 以及第二开关管，所述电阻R1与所述第二开关管并联形成并联单元，所述并联单元与所述第二分压件或所述第三分压件串联，所述第二开关管的控制端与所述比较器的输出端连接。

根据本实用新型第二方面实施例的电路系统，包括：上述的一种具有热保护功能的功率管以及控制单元，所述控制单元与所述控制引脚连接。

根据本实用新型实施例的电路系统，至少具有如下有益效果：控制单元通过控制引脚能够控制芯片本体中的功率模块工作，以实现与传统功率管相同的功能，同时由于本实用新型的一种具有热保护功能的功率管，通过集成有过温保护模块，能够依靠自身实现温度过高时停止工作的效果，无需依赖外部温度保护电路即可避免出现温度过高的现象，使用更加方便，并且可靠性更高、使用寿命更长。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型其中一种实施例的示意图；

图2为本实用新型其中一种实施例中过温保护模块的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的一种具有热保护功能的功率管，包括：芯片本体100，芯片本体100设置有功率模块；过温保护模块200，过温保护模块200集成在芯片本体100上，过温保护模块200与功率模块连接，过温保护模块200能够根据温度控制功率模块工作。

通过在芯片本体100上集成有过温保护模块200，过温保护模块200能够在温度超过阈值时控制功率模块停止工作，避免功率模块在温度过高的情况下持续工作，有利于延长整体的使用寿命。并且由于过温保护模块200与功率模块集成在同一芯片本体100上，能够准确检测功率模块的实际温度，防止功率模块实际温度超过阈值时仍然工作的情况发生，提高可靠性。另外，过温保护模块200集成在芯片本体100上，无需依赖外部温度保护电路，有利于简化电路结构，便于设计使用。

功率模块可以是集成在芯片本体100上传统的MOS管结构或IGBT管结构等常见的功率管结构的实施方式。集成是指通过采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内。功率模块与过温保护模块200集成在同一芯片本体100上，使得过温保护模块 200能够准确检测功率模块的实际温度。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，芯片本体100 设置有控制引脚110以及接地引脚120，控制引脚110以及接地引脚120能够与外部电路连接，功率模块与控制引脚110连接，过温保护模块200分别与控制引脚110以及接地引脚120 连接，过温保护模块200能够根据温度控制控制引脚110与接地引脚120之间导通或截止。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，过温保护模块 200包括温度感应单元210、基准电压单元220、比较器230以及第一开关管240，温度感应单元210能够根据温度改变自身的压降大小，温度感应单元210与比较器230的第一输入端连接，比较器230的第二输入端与基准电压单元220连接，比较器230的输出端与第一开关管240的控制端连接，第一开关管 240的输入端与控制引脚110连接，第一开关管240的输出端与接地引脚120连接。

由于温度感应单元210的压降大小与温度相关，即温度感应单元210的电压值能够反映温度的高低，同时基准电压单元 220的电压值受温度影响小，可以理解为温度影响可以忽略不计，通过比较器230对比温度感应单元210的电压值以及基准电压单元220的电压值，比较器230根据比较结果输出高电平或低电平，以控制第一开关管240导通或截止，进而达到根据芯片本体100温度控制引脚110与接地引脚120之间导通、截止的目的。

第一开关管240根据实际电路需求可以是NPN管、PNP管、 NMOS管或PMOS管等器件的实施方式。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，温度感应单元 210包括PNP管Q2以及第一分压件211，PNP管Q2的发射极与供电端连接，PNP管Q2的基极分别与PNP管Q2的集电极、比较器230的第一输入端以及第一分压件211的一端连接，第一分压件211的另一端接地。

供电端的电压经过PNP管Q2以及第一分压件211分压后，在PNP管Q2与第一分压件211之间形成输入比较器230第一输入端的温度感应电压，由于PNP管Q2发射极与基极之间的电压Vbe具有负温度特性，即PNP管Q2的压降Vbe随着温度温度的增加而减少，因此输入至比较器230第一输入端的温度感应电压会随温度升高而增加，进而令比较器230改变输出电平。

温度感应单元210还可以是包括PN结、热敏电阻等其他具有正温度特性或负温度特性的器件，以实现根据温度改变比较器230输出电平的效果。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，第一分压件211 为恒流源U2。

为了防止电流波动导致PNP管Q2的电压变化，避免比较器230误触发改变输出电平，通过恒流源U2与PNP管Q2连接，由于流向比较器230第一输入端的电流可以忽略不计，因此流经PNP管Q2的电流可认为是不变的，有利于防止PNP管Q2受温度以外的因素影响，避免误触发，提高可靠性。

第一分压件211还可以是电阻等器件的实施方式。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，还包括滞回模块250，滞回模块250分别与比较器230的输出端以及基准电压单元220连接，滞回模块250能够根据比较器230的输出端电压值改变基准电压单元220的电压值。

为了避免温度超过阈值，功率模块停止工作使得温度下降至阈值附近，功率模块又马上正常工作，导致短时间内多次触发过温保护的情况。通过设置有滞回模块250，当比较器230 输出的电平改变时，滞回模块250改变基准电压单元220输入比较器230第二输入端的电压值，进而令温度上升令比较器230 改变输出电平的阈值与温度下降令比较器230改变输出电平的阈值不同，避免出现短时间多次触发过温保护的问题。

作为其中一个实施例，当芯片本体100的温度上升至T1 时，输入至比较器230第一输入端的电压值Va大于基准电压单元220产生的第一基准电压值Vb1，使得比较器230的输出电平由低电平变为高电平，滞回单元根据比较器230输出电平的变化，使得基准电压单元220产生的电压值从第一基准电压值Vb1改变为第二基准电压Vb2，PNP管Q2的电压值Va需要小于Vb2，比较器230的输出电平才会发生改变，而PNP管Q2 的电压值Va大于Vb2时，芯片本体100对应的温度T2小于T1，以此在芯片本体100温度大于T1触发过温保护后，芯片本体100的温度要下降至T2，功率模块才会从新工作，避免短时间多次触发过温保护的情况。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，基准电压单元 220包括第二分压件221以及第三分压件222，比较器230的第二输入端通过第二分压件221与供电端连接，比较器230的第二输入端通过第三分压件222接地。

通过第二分压件221与第三分压件222对供电端的电压进行分压，在第二分压件221与第三分压件222之间形成输入比较器230第二输入端的基准电压，结构简单，便于实施。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，第二分压件221 与第三分压件222其中之一为电阻R2，另一为恒流源U3。

通过电阻R2与恒流源U3对供电端进行分压，由于恒流源 U3的特性以及流向比较器230第二输入端的电流可以忽略不计，因此流经电阻R2的电流可认为是不变的，防止电流波动导致电阻R2的电压变化，有利于避免电阻R2与恒流源U3之间形成的基准电压偏移，提高可靠性。

在某些实施例中，第二分压件221与第三分压件222亦可以均是电阻的实施方式。

参照图2，在本实用新型的一些实施例中，滞回模块250 包括电阻R1以及第二开关管251，电阻R1与第二开关管251 并联形成并联单元，并联单元与第二分压件221或第三分压件222串联，第二开关管251的控制端与比较器230的输出端连接。

通过电阻R1与第二开关管251并联，在第二开关管251 导通时，相当于电阻R1的两端短接，电阻R1两端不产生压降，此时供电端的电压经过电阻R2以及恒流源U3分压后形成第一基准电压输入至比较器230的第二输入端；在比较器230输出端的电平改变，导致第二开关管251截止时，第二开关管251 所在支路相当于断路，此时供电端的电压经过电阻R1、电阻 R2以及恒流源分压后形成第二基准电压输入至第二输入端。以此结构，使得比较器230的输出电平变化能够控制第二开关管 251的导通、截止，进而令输入至比较器230第二输入端的基准电压发生改变，结构简单，便于实施。

第二开关管251根据实际电路需求可以是NPN管、PNP管、 NMOS管或PMOS管等器件的实施方式。

参考图2，作为本实用新型其中一个具体的实施例，正常工作时，比较器230的第一输入端电压值Va小于第二输入端电压值Vb 1，比较器230的输出端为低电平，第二开关管251 为PMOS管Q1，PMOS管导通令电阻R1两端短接，此时Vb 1为第一基准电压，第一开关管240为NPN管Q3，NPN管Q3截止，控制引脚110的信号能够正常控制芯片本体100上的功率模块。随着芯片本体100的温度升高，PNP管Q2的压降减少，使得Va升高，当芯片本体100的温度大于阈值时，Va大于Vb1 使得比较器230输出高电平，进而令NPN管Q3导通，控制引脚110接地，使得输入控制引脚110的信号不能够控制芯片本体100上的功率模块，功率模块停止工作，避免温度过高，同时PMOS管Q1截止，由于恒流源U3的存在，流经电阻R2的电流不变，即电阻R2的压降不变并且电阻R1亦会产生压降，使得输入至比较器230第二输入端的电压变为Vb2，Vb2为第二基准电压，Va要小于Vb2时，比较器230才会输出低电平，令 NPN管Q3截止控制引脚110的信号能够控制功率模块正常工作，由于Vb2小于Vb1使得Va需要下降更多，即芯片本体100 温度下降更多功率模块才会正常工作，避免出现短时间多次触发过温保护的情况。

根据本实用新型的第二方面实施例的电路系统，包括上述的一种具有热保护功能的功率管以及控制单元，控制单元与控制引脚110连接。

控制单元通过控制引脚110能够控制芯片本体100中的功率模块工作，以实现与传统功率管相同的功能，同时由于本实用新型的一种具有热保护功能的功率管，通过集成有过温保护模块200，能够依靠自身实现温度过高时停止工作的效果，无需依赖外部温度保护电路即可避免出现温度过高的现象，使用更加方便，并且可靠性更高、使用寿命更长。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

当然，本实用新型创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种具有热保护功能的功率管，其特征在于，包括：

芯片本体(100)，所述芯片本体(100)设置有功率模块；过温保护模块(200)，所述过温保护模块(200)集成在所述芯片本体(100)上，所述过温保护模块(200)与所述功率模块连接，所述过温保护模块(200)能够根据温度控制所述功率模块工作。

2.根据权利要求1所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：所述芯片本体(100)设置有控制引脚(110)以及接地引脚(120)，所述控制引脚(110)以及所述接地引脚(120)能够与外部电路连接，所述功率模块与所述控制引脚(110)连接，所述过温保护模块(200)分别与所述控制引脚(110)以及所述接地引脚(120)连接，所述过温保护模块(200)能够根据温度控制所述控制引脚(110)与所述接地引脚(120)之间导通或截止。

3.根据权利要求2所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：所述过温保护模块(200)包括温度感应单元(210)、基准电压单元(220)、比较器(230)以及第一开关管(240)，所述温度感应单元(210)能够根据温度改变自身的压降大小，所述温度感应单元(210)与所述比较器(230)的第一输入端连接，所述比较器(230)的第二输入端与所述基准电压单元(220)连接，所述比较器(230)的输出端与所述第一开关管(240)的控制端连接，所述第一开关管(240)的输入端与所述控制引脚(110)连接，所述第一开关管(240)的输出端与所述接地引脚(120)连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：所述温度感应单元(210)包括PNP管Q2以及第一分压件(211)，所述PNP管Q2的发射极与供电端连接，所述PNP管Q2的基极分别与所述PNP管Q2的集电极、所述比较器(230)的第一输入端以及所述第一分压件(211)的一端连接，所述第一分压件(211)的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：所述第一分压件(211)为恒流源U2。

6.根据权利要求3所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：还包括滞回模块(250)，所述滞回模块(250)分别与所述比较器(230)的输出端以及所述基准电压单元(220)连接，所述滞回模块(250)能够根据所述比较器(230)的输出端电压值改变所述基准电压单元(220)的电压值。

7.根据权利要求6所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：所述基准电压单元(220)包括第二分压件(221)以及第三分压件(222)，所述比较器(230)的第二输入端通过所述第二分压件(221)与供电端连接，所述比较器(230)的第二输入端通过所述第三分压件(222)接地。

8.根据权利要求7所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：所述第二分压件(221)以及所述第三分压件(222)，其中之一为电阻R2，另一为恒流源U3。

9.根据权利要求7所述的一种具有热保护功能的功率管，其特征在于：所述滞回模块(250)包括电阻R1以及第二开关管(251)，所述电阻R1与所述第二开关管(251)并联形成并联单元，所述并联单元与所述第二分压件(221)或所述第三分压件(222)串联，所述第二开关管(251)的控制端与所述比较器(230)的输出端连接。

10.电路系统，其特征在于：包括如权利要求2至9任一权利要求所述的一种具有热保护功能的功率管以及控制单元，所述控制单元与所述控制引脚(110)连接。

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