JP2006222245A

JP2006222245A - 温度補償用回路

Info

Publication number: JP2006222245A
Application number: JP2005033868A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Noguchi; 康成野口; Yoshio Fujimura; 芳夫藤村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】温度補償用回路のばらつきを低減する。
【解決手段】電流制限用の素子を含むサブ回路２２と、負温度特性を有する素子を含むサブ回路２４と、が直列に接続された第１の直列回路２０と、負温度特性を有する素子を含む第３のサブ回路３２と、電流制限用の素子を含む第４のサブ回路３４と、が直列に接続された第２の直列回路３０と、比較器４０と、を備え、第１の直列回路２０と第２の直列回路３０とが並列に接続され、サブ回路２２とサブ回路２４との接続点が比較器４０の入力端子に接続され、サブ回路３２と第４のサブ回路３４との接続点が比較器４０の入力端子に接続されている温度補償用回路により上記課題を解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気回路を過熱又は過冷却から保護するために用いられる温度補償用回路に関する。

スイッチング電源の制御素子には制御用ＩＣとパワートランジスタを１つの素子としてパッケージ化しているものがある。このような素子では、過熱に対する保護を行うために温度補償用回路を内蔵している場合がある。

従来の温度補償用回路の構成としては、図４に示すように、バイポーラトランジスタＴｒ１のＶ_BEの温度特性と抵抗Ｒ１の端子電圧Ｖ_R1の温度特性とを組み合わせて、互いに打ち消しあうように構成したものがある。また、図５に示すように、電界効果型トランジスタＴｒ２のＶ_f2の温度特性とダイオードＤ１の端子電圧Ｖ_Rの温度特性とを組み合わせて、互いに打ち消しあうように構成したものがある。

特許文献１には、保護機能を備えた半導体装置が開示されている。この半導体装置は、第１の電極に電源の一端を接続すると共に第２の電極に負荷を接続し、制御電圧を制御電極に与えることによって、第１および第２の電極間がオン制御されるようにする負荷制御用の第１の半導体スイッチ素子と、第１の半導体スイッチ素子とは絶縁分離した状態で温度を検出する感熱素子と、感熱素子で温度上昇が検知されたときに制御電圧を変化させて第１の半導体スイッチ素子をオフ制御する制御素子と、を含む過熱保護回路を有する。この過熱保護回路において、過熱保護回路の感熱素子部と電源との間に接続設定され、感熱素子に動作電源を供給する第２の半導体スイッチ素子を具備させ、第２の半導体スイッチ素子を第１の半導体スイッチ素子と共に制御電圧によってオン・オフ制御されるようにしている。

特許第２６８１９９０号

上記従来技術の温度補償用回路では、異なる種類の素子が有する温度に対する正温度特性と負温度特性とを組み合わせて、ペアにされた一方の素子の正温度特性と他方の素子の負温度特性とによって外部温度による影響を打ち消しあわせている。一般的に異なる種類の素子はそれぞれ温度に対する感受性が異なる。従って、回路の温度が上昇した場合、正温度特性を有する素子における電圧の上昇と負温度特性を有する素子における電圧の下降との程度は広い温度範囲においては一致しない。反対に、回路の温度が低下した場合、正温度特性を有する素子における電圧の下降と負温度特性を有する素子における電圧の上昇との程度も広い温度範囲においては一致しない。したがって、温度による影響が素子間で相殺できる狭い温度範囲を補償範囲とするしかなかった。

しかしながら、半導体基板上にペアとなる素子を作り込む際には各素子の製造工程がそれぞれ異なるため、各種素子の温度特性にばらつきを生ずる。そうすると、補償範囲とされた温度範囲においても温度補償用回路の特性にばらつきを生ずる問題が発生する。

本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、より確実に過熱又は過冷却から回路を保護することを可能とする温度補償用回路を提供することを目的とする。

本発明は、温度変化に対応して変動する温度補償用信号を出力する温度補償用回路であって、負温度特性を有する素子をそれぞれ含む第１及び第２のサブ回路と、第１の入力端子及び第２の入力端子とを備え、前記第１の入力端子に入力される電位と前記第２の入力端子に入力される電位との電位差に応じた電圧を出力する比較器と、を備え、前記第１のサブ回路における低電圧側の端子と前記第１の入力端子とが接続され、前記第２のサブ回路における高電圧側の端子と前記第２の入力端子とが接続されていることを特徴とする。例えば、前記第１及び第２のサブ回路はそれぞれダイオードを含む。

より具体的には、前記第１のサブ回路と直列に接続され、電流制限用の素子を含む第３のサブ回路と、前記第２のサブ回路と直列に接続され、電流制限用の素子を含む第４のサブ回路と、を備え、前記第３のサブ回路における高電圧側の端子が前記第１のサブ回路における前記低電圧側の端子に接続され、前記第４のサブ回路における低電圧側の端子が前記第２のサブ回路における前記高電圧側の端子に接続され、前記第１のサブ回路における高電圧側の端子と前記第４のサブ回路における高電圧側の端子が接続され、前記第３のサブ回路における低電圧側の端子が前記第２のサブ回路における低電圧側の端子と接続されている。例えば、前記第３のサブ回路及び前記第４のサブ回路は抵抗素子を含む。

ここで、前記第１及び前記第２のサブ回路は同一の半導体基板上の互いに近接する領域に形成されていることが好適である。これによって、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路との間の素子の温度特性のばらつきを抑えることができる。

また、ローパスフィルタをさらに備え、前記比較器の出力が前記ローパスフィルタに入力されることが好適である。これによって、温度補償用回路にノイズが発生又は混入した場合に誤って温度補償用信号が出力されてしまうことを防ぐことができる。

本発明によれば、その出力を利用することによって確実に過熱又は過冷却から回路を保護することを可能とする温度補償用回路を提供することができる。

本発明の実施の形態における温度補償用回路１００は、図１に示すように、第１の直列回路２０、第２の直列回路３０、比較器４０及びローパスフィルタ５０を含んで構成される。温度補償用回路１００は、回路の温度に応じてローパスフィルタ５０の出力端ＴＳＤから温度補償用信号Ｖ_TSDを出力する。温度補償用回路１００は、プレーナー技術等の一般的な製造方法を用いて半導体基板上に形成することができる。

第１の直列回路２０は、少なくとも１つの素子を含むサブ回路２２と、少なくともサブ回路２２に含まれる素子と異なる種類を有する素子を少なくとも１つ含むサブ回路２４と、を直列に接続した回路として構成される。ここで、サブ回路２２は第１の直列回路２０に流れる電流を制限する回路とした場合、サブ回路２４は温度変化によって端子電圧が変化する回路とする。すなわち、サブ回路２４の両端の電圧Ｖｂが温度の上昇と共に減少する負温度特性を示すように回路を構成する。逆に、サブ回路２２は温度変化によって端子電圧が変化する回路とした場合、サブ回路２４は第１の直列回路２０に流れる電流を制限する回路とする。すなわち、サブ回路２２の両端の電圧Ｖａが温度の上昇と共に減少する負温度特性を示すように回路を構成する。

第２の直列回路３０は、少なくとも１つの素子を含むサブ回路３２と、少なくともサブ回路３２に含まれる素子と異なる種類を有する素子を少なくとも１つ含むサブ回路３４と、を直列に接続した回路として構成される。上記第１の直列回路２０と同様に、サブ回路３２は第１の直列回路３０に流れる電流を制限する回路とした場合、サブ回路３４は温度変化によって端子電圧が変化する回路とする。すなわち、サブ回路３４の両端の電圧Ｖｄが温度の上昇と共に減少する負温度特性を示すように回路を構成する。逆に、サブ回路３２は温度変化によって端子電圧が変化する回路とした場合、サブ回路３４は第１の直列回路３０に流れる電流を制限する回路とする。すなわち、サブ回路３２の両端の電圧Ｖｃが温度の上昇と共に減少する負温度特性を示すように回路を構成する。

負温度特性を示す素子としては、例えば、ダイオードが挙げられる。ダイオードの順方向電圧は回路の温度の上昇に伴って低下する。

第１の直列回路２０及び第２の直列回路３０は、並列に接続され、それぞれの両端子に参照電圧Ｖ_REFが印加される。第１の直列回路２０において低電位側に接続されるサブ回路２４が負温度特性を有する場合、第２の直列回路３０において高電位側に接続されるサブ回路３２が負温度特性を有するように構成する。逆に、第１の直列回路２０において高電位側に接続されるサブ回路２２が負温度特性を有する場合、第２の直列回路３０において低電位側に接続されるサブ回路３４が負温度特性を有するように構成する。

第１の直列回路２０及び第２の直列回路３０は、同一の半導体基板上に形成されることが好適である。さらに、第１の直列回路２０及び第２の直列回路３０は、同一基板上において互いに近接する領域に形成されることが好適である。

本実施の形態における温度補償用回路１００では、上記のように、それぞれが電流制限用素子及び負温度特性の素子を備えた回路の直列回路を複数用いて温度補償用の信号を生成することに特徴を有する。

第１の直列回路２０におけるサブ回路２２とサブ回路２４との接続点Ａと、第２の直列回路３０におけるサブ回路３２とサブ回路３４との接続点Ｂと、が比較器４０の入力端子にそれぞれ接続される。比較器４０は、入力端子間の電位差を増幅して出力する差動増幅器（オペアンプ）であり、接続点Ａの電位Ｖ_Aと接続点Ｂの電位Ｖ_Bとの関係に応じた出力電圧Ｖ_CMPを出力端子から出力する。

比較器４０の出力端子はローパスフィルタ５０に接続される。ローパスフィルタ５０は、温度補償用回路１００で発生したノイズ又は温度補償用回路１００に外部から混入したノイズをカットして出力電圧Ｖ_CMPを出力端子ＴＳＤから温度補償用信号Ｖ_TSDとして出力する。ローパスフィルタ５０の平滑化の時定数は、温度補償用回路１００で必要とされるノイズカット性能に応じて決定することが好ましい。ローパスフィルタ５０は、様々な回路構成とすることができるが、図１及び図２ではＬ型のＲＣフィルタ回路を例示している。

このようにローパスフィルタ５０を設けることによって、温度補償用回路１００にノイズが発生又は混入した場合に温度補償用信号Ｖ_TSDが誤って出力されることを回避することができる。

なお、図１に示すように、必要に応じて、ローパスフィルタ５０の入力端側又は出力端側にバッファ素子を配置しても良い。

＜実施例＞
温度補償用回路１００の実施例について図２を参照して説明する。温度補償用回路１００は、半導体基板上に形成される。

第１の直列回路２０は、ｎ個のダイオードＤ１〜Ｄｎが直列に接続されたサブ回路２２と、抵抗を含むサブ回路２４と、を含んで構成される。ダイオードの個数及び抵抗素子の抵抗値については補償対象となる温度範囲に応じて決定される。例えば、１つのダイオードの端子間電圧が−２ｍＶ／℃の負温度特性を示す場合、サブ回路２２とサブ回路２４との接続点Ａの電位Ｖ_Aを＋１０ｍＶ／℃で変化させたい場合にはｎ＝５とする。

第２の直列回路３０は、抵抗を含むサブ回路３２と、ｍ個のダイオードＤ１〜Ｄｍが直列に接続されたサブ回路３４と、を含んで構成される。ダイオードの個数及び抵抗素子の抵抗値については補償対象となる温度範囲に応じて決定される。例えば、１つのダイオードの端子間電圧が−２ｍＶ／℃の負温度特性を示す場合、サブ回路３２とサブ回路３４との接続点Ｂの電位Ｖ_Bを−１０ｍＶ／℃で変化させたい場合にはｍ＝５とする。

第１の直列回路２０及び第２の直列回路３０は、並列に接続され、それぞれの両端子に参照電圧Ｖ_REFが印加される。

第１の直列回路２０におけるサブ回路２２とサブ回路２４との接続点Ａは比較器４０の反転入力端子（−）に接続される。第２の直列回路３０におけるサブ回路３２とサブ回路３４との接続点Ｂは比較器４０の非反転入力端子（＋）に接続される。比較器４０の出力電圧Ｖ_CMPは、ローパスフィルタ５０を介して温度補償用信号Ｖ_TSDとして出力される。

図３に、本実施例における温度補償用回路１００の作用を示す。図３において横軸は時間を示す。図３（ａ）に示すように時間経過と共に温度補償用回路１００の温度Ｔｊが上昇した場合について説明する。

温度Ｔｊの上昇と共に、図３（ｂ）に示すように反転入力端子（−）に入力される電位Ｖ_Aは上昇し、非反転入力端子（＋）に入力される電位Ｖ_Bは低下する。電位Ｖ_Aより電位Ｖ_Bが高い状態では比較器４０から所定の電圧Ｖ_CMPが出力され、電圧Ｖ_CMPに応じた温度補償用信号Ｖ_TSDが出力される。一方、温度Ｔｊが上昇し、電位Ｖ_Aより電位Ｖ_Bが低くなった時点から比較器４０からの出力電圧Ｖ_CMPが低下し、温度補償用信号Ｖ_TSDの出力が停止される。すなわち、電位Ｖ_Aと電位Ｖ_Bとが等しくなる基準温度Ｔ_Rより温度が高い場合に温度補償用信号Ｖ_TSDが所定の電圧に維持され、基準温度Ｔ_Rより温度が低い場合に温度補償用信号Ｖ_TSDが停止される。外部回路では、温度補償用信号Ｖ_TSDの変化を利用して過熱や過冷却に対する回路保護などを行うことができる。

なお、第１の直列回路２０におけるサブ回路２２とサブ回路２４との接続点Ａを比較器４０の反転入力端子（−）に接続し、第２の直列回路３０におけるサブ回路３２とサブ回路３４との接続点Ｂを比較器４０の非反転入力端子（＋）に接続することによって、電位Ｖ_Aと電位Ｖ_Bとが等しくなる基準温度Ｔ_Rより温度が高い場合に温度補償用信号Ｖ_TSDが停止され、基準温度Ｔ_Rより温度が低い場合に温度補償用信号Ｖ_TSDが所定の電圧に維持される温度補償用回路１００を構成することもできる。

本発明の実施の形態における温度補償用回路の構成を示す図である。実施例における温度補償用回路の構成を示す回路図である。実施例における温度補償用回路の作用を示す図である。従来の温度補償用回路の構成を示す図である。従来の温度補償用回路の構成を示す図である。

符号の説明

２０第１の直列回路、２２，２４サブ回路、３０第２の直列回路、３２，３４サブ回路、４０比較器、５０ローパスフィルタ、１００温度補償用回路。

Claims

温度変化に対応して変動する温度補償用信号を出力する温度補償用回路であって、
負温度特性を有する素子をそれぞれ含む第１及び第２のサブ回路と、
第１の入力端子及び第２の入力端子とを備え、前記第１の入力端子に入力される電位と前記第２の入力端子に入力される電位との電位差に応じた電圧を出力する比較器と、を備え、
前記第１のサブ回路における低電圧側の端子と前記第１の入力端子とが接続され、前記第２のサブ回路における高電圧側の端子と前記第２の入力端子とが接続されていることを特徴とする温度補償用回路。
請求項１に記載の温度補償用回路において、
前記第１及び第２のサブ回路はそれぞれダイオードを含むことを特徴とする温度補償用回路。
請求項１又は２に記載の温度補償用回路において、
前記第１のサブ回路と直列に接続され、電流制限用の素子を含む第３のサブ回路と、
前記第２のサブ回路と直列に接続され、電流制限用の素子を含む第４のサブ回路と、
を備え、
前記第３のサブ回路における高電圧側の端子が前記第１のサブ回路における前記低電圧側の端子に接続され、前記第４のサブ回路における低電圧側の端子が前記第２のサブ回路における前記高電圧側の端子に接続され、
前記第１のサブ回路における高電圧側の端子と前記第４のサブ回路における高電圧側の端子が接続され、前記第３のサブ回路における低電圧側の端子が前記第２のサブ回路における低電圧側の端子と接続されていることを特徴とする温度補償用回路。
請求項３に記載の温度補償用回路において、
前記第３のサブ回路及び前記第４のサブ回路は抵抗素子を含むことを特徴する温度補償用回路。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の温度補償用回路において、
前記第１及び前記第２のサブ回路は同一の半導体基板上の互いに近接する領域に形成されていることを特徴とする温度補償用回路。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の温度補償用回路において、
ローパスフィルタをさらに備え、前記比較器の出力が前記ローパスフィルタに入力されることを特徴とする温度補償用回路。