CN220139420U - 一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片 - Google Patents

Abstract

一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片，包括低边电路和高边电路；所述低边电路由高边信号输入端口HIN、低边信号的输入端口LIN、对应的滤波电路、负温度系数传感电路、死区时间控制电路、脉冲产生电路、低压锁定、延迟电路、输出逻辑、PMOS驱动管P2、NMOS驱动管N2、输出电阻XR3、XR4，输出端口LO组成；本专利采用可单片集成的负温度系数温度传感电路，将负温度系数温度传感电路和栅极驱动电路进行单片集成，增加终端应用监测温度的灵活性，提高温度传感的精度并降低终端应用的成本。

Description

一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片

技术领域

本实用新型涉及一种栅极驱动芯片，特别提供一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片。

背景技术

栅极驱动芯片用于接受CPU或者MCU等外部数字芯片控制信号，提供控制驱动功率器件所需的栅极信号，得到了广泛的应用。栅极驱动芯片作为功率器件的开关引起会功率损耗和导通损耗，将导致芯片发热；另外，栅极驱动芯片和功率器件的运行环境可能包含极高的热量，有可能引起栅极驱动芯片或功率器件的结温超过最大值而导致损坏。通常，应用中会单独使用热敏电阻或热敏二极管监测系统温度，当系统温度达到设定的限值时降低功率，温度超过最大阈值时完全关闭功率器件，以保证系统的安全。

传统的栅极驱动方案中，采用热敏电阻或热敏二极管监测系统温度，需要单独配置器件来处理温度传感信号，无形中会提高硬件成本。另外，温度测量精度是关键因素，在不必要情况下，降低功率是不可取的。如果精度很差，则该功率器件可能仍会承受过多热量并随着时间的推移而退化。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种内置可单片集成的负温度系数温度传感电路，将负温度系数传感电路和栅极驱动电路进行单片集成的栅极驱动芯片。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片，包括低边电路和高边电路；所述低边电路由高边信号输入端口HIN、低边信号的输入端口LIN、对应的滤波电路、负温度系数传感电路、死区时间控制电路、脉冲产生电路、低压锁定、延迟电路、输出逻辑、PMOS驱动管P2、NMOS驱动管N2、输出电阻XR3、XR4，输出端口LO组成；所述高边电路由自举二极管、电平移位电路、低压锁定、输出逻辑、PMOS驱动管P1、NMOS驱动管N1、输出电阻XR1、XR2和输出端口HO组成；所述高边信号输入端口HIN和低边信号的输入端口LIN连接对应的滤波电路后连接所述死区时间控制电路；所述死区时间控制电路分别连接所述脉冲产生电路、低边电路中的低压锁定和延迟电路；所述低边电路中的低压锁定连接电压VCC；所述脉冲产生电路连接所述电平移位电路；所述延迟电路连接所述低边电路中的输出逻辑后连接所述PMOS驱动管P2的栅极和NMOS驱动管N2的栅极，所述PMOS驱动管P2的漏极接所述输出电阻XR3后连接输出端口LO，源极接电压VCC；所述NMOS驱动管N2的漏极接所述输出电阻XR4后连接输出端口LO，源极接电压VSS；所述自举二极管一端连接电压VCC，另一端连接电压VB；所述高边电路中的低压锁定一端接电压VB，另一端接高边电路中的输出逻辑；所述电平移位电路连接高边电路中的输出逻辑后连接所述PMOS驱动管P1的栅极和NMOS驱动管N1的栅极，所述PMOS驱动管P1的漏极接所述输出电阻XR1后连接输出端口HO，源极接电压VB；所述NMOS驱动管N1的漏极接所述输出电阻XR2后连接输出端口HO，源极接电压VS。

进一步，所述负温度系数传感电路包括启动电路、负温度系数电压产生电路和电压跟随电路I0；所述启动电路包括P型场效应管MP1、MP2，N型场效应管MN1、MN2和二极管D1；所述负温度系数电压产生电路包括P型场效应管MP3、MP4、MP5，三极管Q1、Q2和电阻R1、R2；所述P型场效应管MP1、MP2的源极连接电压VDD；所述P型场效应管MP1的栅极和N型场效应管MN1的源极接地；所述N型场效应管MN1的漏极连接所述P型场效应管MP1的漏极，栅极连接N型场效应管MN2的栅极；所述N型场效应管MN2的栅极和漏极相连，源极接地；所述P型场效应管MP2的源极接电压VDD，漏极连接所述N型场效应管MN2的漏极，栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极；所述P型场效应管MP3的栅极和漏极相连，源极接电压VDD，漏极连接所述三极管Q1的集电极；所述三极管Q1发射极串接所述电阻R1后接地，基极连接所述三极管Q2的集电极；所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q1的发射极，发射极接地；所述二极管D1的正极连接所述P型场效应管MP1的漏极，负极连接所述P型场效应管MP4的漏极；所述P型场效应管MP4的漏极连接所述三极管Q2的集电极，栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极，源极连接电压VDD；所述P型场效应管MP5的栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极，源极连接电压VDD，漏极串接电阻R2后接地；所述电压跟随电路I0的正输入端连接所述P型场效应管MP5的漏极，负输入端连接输出端。

进一步，所述电压跟随电路I0的正负输入端均为P型场效应管制作，其输入输出电流近似为零。

进一步，所述电阻R1、R2为相同类型电阻，并严格匹配。

本实用新型采用可单片集成的负温度系数传感电路，该负温度系数传感电路具有体积小、复现性好、易操作、能高度集成的优点；将负温度系数传感电路和栅极驱动电路进行单片集成，增加终端应用监测温度的灵活性，提高温度传感的精度并降低终端应用的成本。整个电路为微功耗设计，消耗的电流在芯片产生的温升可忽略，减小了自身电路对温度传感电路温度测试的影响，其集成温度传感器利用半导体PN结的温度特性原理实现。

附图说明

图1为本实用新型栅极驱动芯片内部框图；图2为本实用新型负温度系数传感电路。

实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式。

如图1所示：一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片，包括低边电路和高边电路；所述低边电路由高边信号输入端口HIN、低边信号的输入端口LIN、对应的滤波电路、负温度系数传感电路、死区时间控制电路、脉冲产生电路、低压锁定、延迟电路、输出逻辑、PMOS驱动管P2、NMOS驱动管N2、输出电阻XR3、XR4，输出端口LO组成；所述高边电路由自举二极管、电平移位电路、低压锁定、输出逻辑、PMOS驱动管P1、NMOS驱动管N1、输出电阻XR1、XR2和输出端口HO组成；所述高边信号输入端口HIN和低边信号的输入端口LIN连接对应的滤波电路后连接所述死区时间控制电路；所述死区时间控制电路分别连接所述脉冲产生电路、低边电路中的低压锁定和延迟电路；所述低边电路中的低压锁定连接电压VCC；所述脉冲产生电路连接所述电平移位电路；所述延迟电路连接所述低边电路中的输出逻辑后连接所述PMOS驱动管P2的栅极和NMOS驱动管N2的栅极，所述PMOS驱动管P2的漏极接所述输出电阻XR3后连接输出端口LO，源极接电压VCC；所述NMOS驱动管N2的漏极接所述输出电阻XR4后连接输出端口LO，源极接电压VSS；所述自举二极管一端连接电压VCC，另一端连接电压VB；所述高边电路中的低压锁定一端接电压VB，另一端接高边电路中的输出逻辑；所述电平移位电路连接高边电路中的输出逻辑后连接所述PMOS驱动管P1的栅极和NMOS驱动管N1的栅极，所述PMOS驱动管P1的漏极接所述输出电阻XR1后连接输出端口HO，源极接电压VB；所述NMOS驱动管N1的漏极接所述输出电阻XR2后连接输出端口HO，源极接电压VS。

如图2所示：所述负温度系数传感电路包括启动电路、负温度系数电压产生电路和电压跟随电路I0；所述启动电路包括P型场效应管MP1、MP2，N型场效应管MN1、MN2和二极管D1；所述负温度系数电压产生电路包括P型场效应管MP3、MP4、MP5，三极管Q1、Q2和电阻R1、R2；所述P型场效应管MP1、MP2的源极连接电压VDD；所述P型场效应管MP1的栅极和N型场效应管MN1的源极接地；所述N型场效应管MN1的漏极连接所述P型场效应管MP1的漏极，栅极连接N型场效应管MN2的栅极；所述N型场效应管MN2的栅极和漏极相连，源极接地；所述P型场效应管MP2的源极接电压VDD，漏极连接所述N型场效应管MN2的漏极，栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极；所述P型场效应管MP3的栅极和漏极相连，源极接电压VDD，漏极连接所述三极管Q1的集电极；所述三极管Q1发射极串接所述电阻R1后接地，基极连接所述三极管Q2的集电极；所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q1的发射极，发射极接地；所述二极管D1的正极连接所述P型场效应管MP1的漏极，负极连接所述P型场效应管MP4的漏极；所述P型场效应管MP4的漏极连接所述三极管Q2的集电极，栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极，源极连接电压VDD；所述P型场效应管MP5的栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极，源极连接电压VDD，漏极串接电阻R2后接地；所述电压跟随电路I0的正输入端连接所述P型场效应管MP5的漏极，负输入端连接输出端。

启动电路部分的P型场效应管MP1和二极管D1在电源电压VDD上电初始时，为三极管Q1、电阻R1提供初始电流，当电源电压VDD上电过程结束后，P型场效应管MP3提供稳定的偏置电流，P型场效应管MP2和MP3构成电流镜的关系，N型场效应管MN1和MN2也构成电流镜的关系，由于P型场效应管的宽长比远小于N型场效应管的宽长比，因此N型场效应管MN1的漏端电位即二极管D1的正极电位被拉低到接近GND的电平，二极管D1截止，所以启动电路脱离负温度系数温度传感电路的主体电路，从而完成该电路的启动过程。

负温度系数电压产生电路构成负温度系数温度传感电路的主体电路。P型场效应管MP3的电流由以下式子决定：

………………………………………………（1）

其中VbeQ2为三极管Q2基极和发射极正向导通电压。P型场效应管MP3和MP5构成电流镜，因此两者的漏端电流成比例关系：

………………………………………………（2）

N为P型场效应管MP5与MP3的宽长比的比例系数。

电压跟随电路I0的正负输入端均为P型场效应管制作，其输入输出电流近似为零，因此流经电阻R2的电流即为P型场效应管MP5漏端的电流。电压跟随电路I0的正输入端的电压为：

………………………………………………（3）

该电压通过电压跟随电路I0的输出，增强其驱动带载能力：

………………………………………………（4）

其中，电阻R1和R2为相同类型电阻，并严格匹配，其温度系数相互抵消，为负温度系数电压，因此最终电路的输出Vout为负温度系数。整个电路为微功耗设计，消耗的电流在芯片产生的温升可忽略，减小了自身电路对温度传感电路温度测试的影响，提高了温度测试的精度。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，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种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片，其特征在于：包括低边电路和高边电路；所述低边电路由高边信号输入端口HIN、低边信号的输入端口LIN、对应的滤波电路、负温度系数传感电路、死区时间控制电路、脉冲产生电路、低压锁定、延迟电路、输出逻辑、PMOS驱动管P2、NMOS驱动管N2、输出电阻XR3、XR4，输出端口LO组成；所述高边电路由自举二极管、电平移位电路、低压锁定、输出逻辑、PMOS驱动管P1、NMOS驱动管N1、输出电阻XR1、XR2和输出端口HO组成；所述高边信号输入端口HIN和低边信号的输入端口LIN连接对应的滤波电路后连接所述死区时间控制电路；所述死区时间控制电路分别连接所述脉冲产生电路、低边电路中的低压锁定和延迟电路；所述低边电路中的低压锁定连接电压VCC；所述脉冲产生电路连接所述电平移位电路；所述延迟电路连接所述低边电路中的输出逻辑后连接所述PMOS驱动管P2的栅极和NMOS驱动管N2的栅极，所述PMOS驱动管P2的漏极接所述输出电阻XR3后连接输出端口LO，源极接电压VCC；所述NMOS驱动管N2的漏极接所述输出电阻XR4后连接输出端口LO，源极接电压VSS；所述自举二极管一端连接电压VCC，另一端连接电压VB；所述高边电路中的低压锁定一端接电压VB，另一端接高边电路中的输出逻辑；所述电平移位电路连接高边电路中的输出逻辑后连接所述PMOS驱动管P1的栅极和NMOS驱动管N1的栅极，所述PMOS驱动管P1的漏极接所述输出电阻XR1后连接输出端口HO，源极接电压VB；所述NMOS驱动管N1的漏极接所述输出电阻XR2后连接输出端口HO，源极接电压VS。

2.根据权利要求1所述的一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片，其特征在于：所述负温度系数传感电路包括启动电路、负温度系数电压产生电路和电压跟随电路I0；所述启动电路包括P型场效应管MP1、MP2，N型场效应管MN1、MN2和二极管D1；所述负温度系数电压产生电路包括P型场效应管MP3、MP4、MP5，三极管Q1、Q2和电阻R1、R2；所述P型场效应管MP1、MP2的源极连接电压VDD；所述P型场效应管MP1的栅极和N型场效应管MN1的源极接地；所述N型场效应管MN1的漏极连接所述P型场效应管MP1的漏极，栅极连接N型场效应管MN2的栅极；所述N型场效应管MN2的栅极和漏极相连，源极接地；所述P型场效应管MP2的源极接电压VDD，漏极连接所述N型场效应管MN2的漏极，栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极；所述P型场效应管MP3的栅极和漏极相连，源极接电压VDD，漏极连接所述三极管Q1的集电极；所述三极管Q1发射极串接所述电阻R1后接地，基极连接所述三极管Q2的集电极；所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q1的发射极，发射极接地；所述二极管D1的正极连接所述P型场效应管MP1的漏极，负极连接所述P型场效应管MP4的漏极；所述P型场效应管MP4的漏极连接所述三极管Q2的集电极，栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极，源极连接电压VDD；所述P型场效应管MP5的栅极连接所述P型场效应管MP3的栅极，源极连接电压VDD，漏极串接电阻R2后接地；所述电压跟随电路I0的正输入端连接所述P型场效应管MP5的漏极，负输入端连接输出端。

3.根据权利要求2所述的一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片，其特征在于：所述电压跟随电路I0的正负输入端均为P型场效应管制作，其输入输出电流近似为零。

4.根据权利要求2所述的一种内置负温度系数温度传感电路的栅极驱动芯片，其特征在于：所述电阻R1、R2为相同类型电阻，并严格匹配。