DE9206446U1

DE9206446U1 - Circuit with multiple output stages

Info

Publication number: DE9206446U1
Application number: DE9206446U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2002-05-14

Description

Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Mehrere Ausgangsstufen aufweisende Schaltung 5Circuit with multiple output stages 5

Die Erfindung betrifft eine mehrere Ausgangsstufen aufweisende Schaltung, insbesondere auf einem Chip integrierte Schaltung, mit einer ersten Temperaturüberwachungseinheit zur Überwachung der die Belastung der Bauelemente anzeigenden Temperatur auf einen ersten vorgebbaren Temperaturwert und mit jeweils einer Strombegrenzungseinheit für jede Ausgangsstufe, wobei die Strombegrenzungseinheit den Strom einer Ausgangsstufe auf einen vorgebbaren Wert begrenzt.The invention relates to a circuit having a plurality of output stages, in particular a circuit integrated on a chip, with a first temperature monitoring unit for monitoring the temperature indicating the load on the components to a first predeterminable temperature value and with a current limiting unit for each output stage, the current limiting unit limiting the current of an output stage to a predeterminable value.

Aus der Produkt-Beschreibung "LMD18400 Quad High Side Driver" von National Semiconductor, August 1989 ist bekannt, die Ausgangsstufen einer auf einem Chip integrierten Schaltung vor Überströmen zu schützen, indem der Ausgangsstrom der jeweiligen Ausgangsstufe auf einen zulässigen Wert begrenzt wird. Bei einer überlasteten Ausgangsstufe, d. h., ein unzulässiger niederohmiger Lastwiderstand ist an die Ausgangsstufe angeschlossen oder die Ausgangsstufe ist kurzgeschlossen, steigt der Spannungsabfall durch die einsetzende Strombegrenzung an, die Chip-Temperatur steigt an, wodurch nach Erreichen einer maximal zulässigen Chip-Temperatur eine Temperaturüberwachungseinheit alle Ausgangsstufen hochohmig schaltet.From the product description "LMD18400 Quad High Side Driver" by National Semiconductor, August 1989, it is known that the output stages of a circuit integrated on a chip can be protected from overcurrents by limiting the output current of the respective output stage to a permissible value. If the output stage is overloaded, i.e. an impermissible low-resistance load resistor is connected to the output stage or the output stage is short-circuited, the voltage drop increases due to the current limitation that begins, the chip temperature rises, and after a maximum permissible chip temperature is reached, a temperature monitoring unit switches all output stages to high resistance.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mehrere Ausgangsstufen aufweisende Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche nur die überlastete, die Temperaturüberhöhung bewirkende Ausgangsstufe hochohmig schaltet.The present invention is therefore based on the object of creating a circuit of the type mentioned above having several output stages, which only switches the overloaded output stage causing the temperature increase to high impedance.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Mittel für jede Ausgangsstufe vorgesehen sind, denen jeweils ein derThis task is solved by providing means for each output stage, each of which is assigned one of the

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Temperatur entsprechendes Signal der Temperaturüberwachungseinheit und ein dem Strom entsprechendes Signal der Strombegrenzungseinheit zugeführt werden, und daß die Mittel die jeweilige Ausgangsstufe hochohmig schalten, falls die Temperatur und der Strom die jeweiligen vorgebbaren Werte übersteigen.A signal corresponding to the temperature is fed to the temperature monitoring unit and a signal corresponding to the current is fed to the current limiting unit, and that the means switch the respective output stage to high impedance if the temperature and the current exceed the respective predeterminable values.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine weitere Temperaturüberwachungseinheit vorgesehen, welche die die Belastung der Bauelemente anzeigende Temperatur auf einen zweiten Temperaturwert überwacht. Dieser Temperaturwert entspricht z. B. einer maximal zulässigen Temperatur eines Bauelements und liegt höher als der erste Temperaturwert. Diese Temperaturüberwachungseinheit dient dazu, alle Ausgangsstufen hochohmig zu schalten, falls die maximal zulässige Temperatur erreicht wird, unabhängig davon, ob ein zu hoher Strom in einer Ausgangsstufe fließt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn z. B. eine zu hohe, nicht zulässige Umgebungstemperatur bei Vollast aller Ausgangsstufen eine Zerstörung der Bauelemente bewirken könnte.In one embodiment of the invention, a further temperature monitoring unit is provided which monitors the temperature indicating the load on the components for a second temperature value. This temperature value corresponds, for example, to a maximum permissible temperature of a component and is higher than the first temperature value. This temperature monitoring unit serves to switch all output stages to high impedance if the maximum permissible temperature is reached, regardless of whether too high a current is flowing in an output stage. This is particularly necessary if, for example, an ambient temperature that is too high and not permissible could cause the components to be destroyed when all output stages are at full load.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele werden die Erfindung, deren Ausgestaltung sowie Vorteile näher erläutert.The invention, its design and advantages are explained in more detail using the embodiments shown in the drawing.

Die Figur zeigt ein Prinzipschaltbild einer Treiberschaltung mit zwei Ausgangsstufen Al, A2. Diese ist in Form einer auf einem Chip integrierten Schaltung verwirklicht.The figure shows a schematic diagram of a driver circuit with two output stages A1, A2. This is implemented in the form of a circuit integrated on a chip.

Die Schaltung weist eine erste und eine zweite Temperaturüberwachungseinheit TEl, TE2 mit jeweils einem Temperatursensor auf, von denen die erste ein erstes Logiksignal si auf ODER-Verknüpfungsglieder ODl, 0D2 der Ausgangsstufen Al, A2 und die zweite ein zweites Logiksignal s2 auf UND-Verknüpfungsglieder UNl, UN2 dieser Ausgangsstufen Al, A2 schaltet. Man kann anstatt zwei Temperaturüberwachungseinheiten auch nur eine Temperaturüberwachungseinheit vor-The circuit has a first and a second temperature monitoring unit TEl, TE2, each with a temperature sensor, of which the first switches a first logic signal si to OR logic elements ODl, OD2 of the output stages Al, A2 and the second switches a second logic signal s2 to AND logic elements UNl, UN2 of these output stages Al, A2. Instead of two temperature monitoring units, only one temperature monitoring unit can be provided.

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sehen, die einen Temperatursensor und eine auf zwei Temperaturwerte ansprechende Auswerteschaltung aufweist. Den UND-Verknüpfungsgliedern UNl, UN2 sind Eingangssignale el, e2 der Ausgangsstufen und die Ausgangssignale der ODER-Verknüpfungsglieder ODl, 0D2 zugeführt, denen jeweils ein Ausgangssignal il, i2 von Strombegrenzungseinheiten SBl, SB2 aufgeschaltet ist. Die Strombegrenzungseinheiten SBl, SB2 steuern zusammen mit den Ausgangssignalen der UND-Verknüpfungsglieder UNl, UN2 Ansteuerschaltungen ASl, AS2 zum Betreiben von Ausgangstransistoren TRl, TR2.which has a temperature sensor and an evaluation circuit that responds to two temperature values. The AND logic elements UNl, UN2 are fed with input signals el, e2 from the output stages and the output signals from the OR logic elements ODl, OD2, each of which is connected to an output signal il, i2 from current limiting units SBl, SB2. The current limiting units SBl, SB2, together with the output signals from the AND logic elements UNl, UN2, control control circuits ASl, AS2 for operating output transistors TRl, TR2.

Im folgenden wird die Funktions- und Wirkungsweise der Treiberschaltung näher erläutert. Den Strombegrenzungseinheiten SBl, SB2 werden die Stromwerte vorgegeben, auf die die Ausgangsströme sal, sa2 der Ausgangsstufen Al, A2 zu begrenzen sind. Der ersten Temperaturüberwachungseinheit TEl wird ein erster Temperaturwert und der zweiten Temperaturüberwachungseinheit TE2 ein über dem ersten Temperaturwert liegender zweiter, der maximal zulässigen Chip-Temperatur entsprechender Temperaturwert vorgegeben. Ein z. B. durch den Transistor TRl fließender Ausgangsstrom sal wird auf den in der Strombegrenzungseinheit SBl hinterlegten Stromwert begrenzt, indem die Strombegrenzungseinheit SBl die Ansteuerschaltung ASl derart steuert, daß diese den Basisstrom des Transistors TRl entsprechend verringert. Muß der Ausgangsstrom sal auf den vorgegebenen Wert begrenzt werden, d. h., die Strombegrenzungseinheit SBl spricht an, so leitet diese Einheit gleichzeitig dem ODER-Verknüpfungsglied ODl ein Logiksignal il in Form einer logischen "0" zu. Solange die Chip-Temperatur unter dem in der ersten Temperaturüberwachungseinheit TEl hinterlegten Temperaturwert bleibt, schaltet diese Einheit ein Logiksignal si in Form einer logischen "1" dem ODER-Verknüpfungsglied ODl auf, wodurch dieses Verknüpfungsglied ein Ausgangssignal in Form einer logischen "1" dem UND-Verknüpfungsglied UNl zuführt. Der logische Zustand des Signals s2 der Temperaturüberwachungseinheit TE2 istThe function and operation of the driver circuit is explained in more detail below. The current limiting units SBl, SB2 are given the current values to which the output currents sal, sa2 of the output stages Al, A2 are to be limited. The first temperature monitoring unit TEl is given a first temperature value and the second temperature monitoring unit TE2 is given a second temperature value that is higher than the first temperature value and corresponds to the maximum permissible chip temperature. An output current sal flowing through the transistor TRl, for example, is limited to the current value stored in the current limiting unit SBl by the current limiting unit SBl controlling the control circuit ASl in such a way that it reduces the base current of the transistor TRl accordingly. If the output current sal has to be limited to the specified value, i.e. the current limiting unit SBl responds, this unit simultaneously sends a logic signal il in the form of a logic "0" to the OR logic element ODl. As long as the chip temperature remains below the temperature value stored in the first temperature monitoring unit TEl, this unit switches a logic signal si in the form of a logic "1" to the OR gate ODl, whereby this gate supplies an output signal in the form of a logic "1" to the AND gate UNl. The logic state of the signal s2 of the temperature monitoring unit TE2 is

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bei dieser Temperatur gleich dem des Signals si der ersten Temperaturüberwachungseinheit TEl, wodurch das UND-Verknüpfungsglied UNl die Ansteuerschaltung ASl freischaltet. Der Transistor TRl wird durch die Ansteuerschaltung ASl angesteuert, und es fließt weiterhin ein Ausgangsstrom sal der Ausgangsstufe Al. Für den Fall, daß die Chip-Temperatur den in der Temperaturüberwachungseinheit TEl hinterlegten Temperaturwert übersteigt, führt diese Überwachungseinheit dem UND-Verknüpfungsglied UNl das Signal si ebenfalls in Form einer logischen "0" zu, wodurch durch die Verknüpfung der beiden Signale il, si für die Zustände "Strombegrenzung aktiv" und "Temperatur zu hoch" die Ausgangsstufe Al in einen definierten Zustand, im vorliegenden Fall in einen hochohmigen Zustand, geschaltet wird.at this temperature is equal to that of the signal si of the first temperature monitoring unit TEl, whereby the AND logic element UNl enables the control circuit ASl. The transistor TRl is controlled by the control circuit ASl, and an output current sal of the output stage Al continues to flow. In the event that the chip temperature exceeds the temperature value stored in the temperature monitoring unit TEl, this monitoring unit also feeds the signal si in the form of a logical "0" to the AND logic element UNl, whereby the output stage Al is switched to a defined state, in this case to a high-impedance state, by combining the two signals il, si for the states "current limitation active" and "temperature too high".

Dadurch fließt kein Ausgangsstrom sal in der Ausgangsstufe Al. Die Ausgangsstufe A2 dagegen bleibt niederohmig geschaltet, und es fließt ein Ausgangsstrom sa2, vorausgesetzt, daß der Ausgangsstrom sa2 den in der Strombegrenzungseinheit SB2 hinterlegten Wert nicht übersteigt. Es ist für den Fachmann leicht zu erkennen, daß, falls keine Temperaturüberwachung auf die in der zweiten Temperaturüberwachungseinheit TE2 hinterlegte Temperatur erforderlich ist, die Ausgangssignale der ODER-Verknüpfungsglieder ODl, 0D2 direkt auf die jeweiligen Ansteuerschaltungen ASl, AS2 zu deren Steuerung geleitet werden.As a result, no output current sal flows in the output stage Al. The output stage A2, on the other hand, remains switched to low resistance and an output current sa2 flows, provided that the output current sa2 does not exceed the value stored in the current limiting unit SB2. It is easy for the expert to recognize that if no temperature monitoring of the temperature stored in the second temperature monitoring unit TE2 is required, the output signals of the OR logic elements OD1, OD2 are passed directly to the respective control circuits AS1, AS2 to control them.

Nun kann es aber vorkommen, daß alle Ausgangsstufen Al, A2 in Vollast betrieben werden, d. h., die jeweiligen Ausgangsströme sal, sa2 liegen etwas unterhalb der in den Strombegrenzungseinheiten SBl, SB2 hinterlegten Stromwerte. Dieser Betrieb in Vollast und die dadurch bewirkte Erhöhung der Chip-Temperatur könnte bei unzulässig hohen Umgebungstemperaturen eine Zerstörung des Chips bewirken. Dies wird dadurch vermieden, daß die Temperaturüberwachungseinheit TE2 den UND-Verknüpfungsgliedern UNl, UN2 das Logiksignal s2 in Form einer logischen "0" aufschaltet, falls die Chip-Temperatur den in dieser Überwachungs-However, it can happen that all output stages Al, A2 are operated at full load, i.e. the respective output currents sal, sa2 are slightly below the current values stored in the current limiting units SBl, SB2. This operation at full load and the resulting increase in the chip temperature could cause the chip to be destroyed if the ambient temperature is too high. This is avoided by the temperature monitoring unit TE2 applying the logic signal s2 in the form of a logic "0" to the AND logic elements UNl, UN2 if the chip temperature exceeds the limit value stored in this monitoring unit.

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einheit TE2 hinterlegten kritischen Temperaturwert erreicht. Am Ausgang dieser UND-Verknüpfungsglieder L)Nl, UN2 liegt somit ebenfalls ein Signal in Form einer logischen "0", wodurch die Schaltungen ASl, AS2 die Ausgangsstufen Al, A2 hochohmig schalten. Es fließen keine Ausgangsströme sal, sa2, wodurch eine Zerstörung des Chips vermieden wird.unit TE2 has reached the critical temperature value stored. At the output of these AND logic elements L)Nl, UN2 there is also a signal in the form of a logical "0", whereby the circuits ASl, AS2 switch the output stages Al, A2 to high impedance. No output currents sal, sa2 flow, which prevents the chip from being destroyed.

Es ist selbstverständlich, daß die Zustände "Temperatur zu hoch" und "Strombegrenzung aktiv" in den entsprechenden Ausgangsstufen gespeichert werden müssen, damit die Ausgangsstufen Al, A2 nicht ständig mit hoher Frequenz von einem Zustand "niederohmig" in einen Zustand "hochohmig" und umgekehrt wechseln. Zweckmäßig speichern die Strombegrenzungseinheiten SBl, SB2 und die Temperaturüberwachungseinheiten TEl, TE2 diese Zustände, wobei diese Zustände durch ein automatisches Rücksetzen nach einer vorgebbaren Zeit oder durch den Anwender mit Hilfe einer Rücksetzeinrichtung wieder gelöscht werden. Auch kann man ein Unterschreiten des ersten Temperaturwertes der ersten Temperaturüberwachungseinheit TEl als Rücksetzereignis heranziehen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, diese erste Einheit TEl mit einer Hysterese von einigen Grad Celsius auszulegen.It goes without saying that the states "temperature too high" and "current limiting active" must be stored in the corresponding output stages so that the output stages Al, A2 do not constantly switch from a "low resistance" state to a "high resistance" state and vice versa at high frequency. The current limiting units SBl, SB2 and the temperature monitoring units TEl, TE2 conveniently store these states, whereby these states are deleted again by an automatic reset after a predefined time or by the user using a reset device. A temperature value falling below the first temperature monitoring unit TEl can also be used as a reset event. In this case, it is advantageous to design this first unit TEl with a hysteresis of a few degrees Celsius.

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Claims

Protection claims

1. Circuit having several output stages (Al, A2), in particular a circuit integrated on a chip, - with a first temperature monitoring unit (TEl) for monitoring the temperature indicating the load on the components to a first predeterminable temperature value and

- with one current limiting unit (SBl, SB2) for each output stage (Al, A2), whereby the current limiting unit (SBl, SB2) limits the current (sal, sa2) of an output stage (Al, A2) to a predeterminable value,

characterized,

- that means (ODl, OD2) are provided for each output stage (Al, A2), to which a signal (si) corresponding to the temperature from the temperature monitoring unit (TEl) and a signal (il, i2) corresponding to the current from the current limiting unit (SBl, SB2) are fed, and

- that the means (ODl, OD2) switch the respective output stage (Al, A2) to high impedance if the temperature and the current exceed the respective preset values.

2. Circuit according to claim 1, with a further temperature monitoring unit (TE2) for monitoring the temperature indicating the load on the components to a predeterminable second temperature value that is above the first value, the temperature monitoring unit (TE2) controlling further means (UN1, UN2) for each output stage in such a way that the means (UN1, UN2) switch each output stage (A1, A2) to high impedance if this second value is exceeded.

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