JP2598154B2 - 温度検出回路 - Google Patents

温度検出回路

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JP2598154B2
JP2598154B2 JP2134940A JP13494090A JP2598154B2 JP 2598154 B2 JP2598154 B2 JP 2598154B2 JP 2134940 A JP2134940 A JP 2134940A JP 13494090 A JP13494090 A JP 13494090A JP 2598154 B2 JP2598154 B2 JP 2598154B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路に形成される温度検出回路
に係り、特に消費電力の大きい回路に使用されるもので
ある。
（従来の技術） 一般に、音響用電力増幅回路とかモータ駆動回路など
の消費電力の大きい回路を集積回路化する場合、回路全
体が直接に熱せられることになるので、個別半導体素子
を用いる場合よりも熱に対する考慮が必要とされる。こ
こで、集積回路の外囲器の低熱抵抗化とか放熱板の使用
などの工夫と共に、異常な高温状態では回路動作を遮断
制御して集積回路自体を保護するために温度検出回路を
用いた熱遮断回路が内蔵されている。
第３図は、集積回路化された音響用電力増幅回路に最
も広く使用されている従来の熱遮断回路を示している。
即ち、Vcc電源と接地電位GNDとの間に抵抗R1およびツェ
ナーダイオードZ1が直列に接続され、この抵抗R1および
ツェナーダイオードZ1の直列接続点にNPNトランジスタQ
1のベースが接続され、このトランジスタQ1のコレクタ
はVcc電源に接続され、このトランジスタQ1のエミッタ
とGNDとの間に抵抗R2およびR3が直列に接続され、この
抵抗R2およびR3の直列接続点にスイッチング用のNPNト
ランジスタQ2のベースが接続され、このトランジスタQ2
のエミッタはGNDに接続され、上記トランジスタQ2のコ
レクタから遮断制御信号出力が取り出されるように構成
されている。ここで、抵抗R1はツェナーダイオードZ1の
バイアス電流を決定するために設けられており、検出温
度を設定するための抵抗R2およびR3は、同一種類の抵抗
であってその抵抗比がほぼ一定となるように特性のペア
性が考慮して設計されている。
上記第３図の回路の動作はよく知られているように、
ツェナーダイオードZ1のツェナー電圧Vz（正の温度特性
を持つ。）およびバイポーラトランジスタQ1およびQ2の
ベース・エミッタ間電圧VF1およびVF2の温度特性（負の
温度特性を持つ。）を利用して温度検出を行い、異常な
高温状態を検出すると遮断制御信号出力がオン状態とな
る。即ち、常温時には、ツェナー電圧Vzと、トランジス
タQ1のVF1と、抵抗R2およびR3の抵抗比とで決定される
トランジスタQ2のベース電位がトランジスタQ2のベース
・エミッタ間電圧VF2以下となるように設定され、トラ
ンジスタQ2はオフ状態になり、その遮断制御信号出力が
オフ状態となる。これに対して、集積回路のチップ温度
が上昇すると、抵抗R2およびR3は同一種類の抵抗である
のでそれぞれの値が温度により変化してもその抵抗比は
変化しないが、ツェナー電圧Vzが高くなると共にトラン
ジスタQ1のベース・エミッタ間電圧VF1が低下し、トラ
ンジスタQ1のエミッタ電位が上昇し、それにつれて、ト
ランジスタQ2のベース電位も上昇するが、トランジスタ
Q2がオン状態になるのに必要なベース・エミッタ間電圧
VF2も低下しているので、ある設定温度を超えた時点で
トランジスタQ2がオン状態（場合によっては飽和状態）
になり、その遮断制御信号出力がオン状態となる。
上記したような従来の熱遮断回路は、設定温度を超え
た時点で遮断制御信号出力がオン状態になって電力増幅
回路を遮断制御した後、温度が下がって設定温度を下回
ると、遮断制御信号出力が再びオフ状態に戻るので電力
増幅回路に対する保護動作が停止し、即座に電力増幅回
路の動作が復帰するようになる。従って、このような電
力増幅回路の保護動作および復帰動作が繰り返す時に
は、設定温度付近の温度を保ったまま発振状態になる。
しかし、このように発振状態になると、周辺回路に悪
影響を及ぼす場合があり、しかも、高温を保ったままの
保護状態は集積回路にとって好ましくない。
また、前記ツェナー電圧Vzのばらつきがあると、トラ
ンジスタQ2のベース電位がばらつくので、保護動作の設
定温度のばらつきを招いてしまう。
（発明が解決しようとする課題） 上記したように従来の熱遮断回路は、保護対象となる
発熱回路の保護動作および復帰動作の繰り返しに際し
て、集積回路チップが設定温度付近の高温を保ったまま
発振状態になり、また、使用するツェナーダイオードの
ツェナー電圧のばらつきがあると、保護動作の設定温度
のばらつきを招いてしまうという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、
その目的は、使用する素子の特性のばらつきによる温度
検出設定温度のばらつきが少なくなり、しかも、温度上
昇時の設定温度と温度低下時の設定温度とを変化させる
ことにより、同一集積回路チップ上の発熱回路の保護動
作および復帰動作の繰り返しに際してチップが高温側設
定温度付近の高温を保ったまま発振状態になることを防
止し得る熱遮断回路を実現できる温度検出回路を提供す
ることにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の温度検出回路は、エミッタが第１電位に接続
され、コレクタ・ベース相互が接続された第１極性の第
１トランジスタと、ベースが上記第１トランジスタのベ
ースと共通に接続された第１極性の第２トランジスタ
と、上記第２トランジスタのエミッタと第１電位との間
に接続された第１抵抗と、一端が上記第１トランジスタ
のコレクタに接続された第２抵抗と、一端が上記第２ト
ランジスタのコレクタに接続され、他端が上記第２抵抗
の他端に共通に接続された第３抵抗と、エミッタが上記
第２、第３抵抗の他端の共通接続点に接続された第１極
性の第３トランジスタと、ベースが上記第２トランジス
タのコレクタに接続され、エミッタが第１電位に接続さ
れ、コレクタが上記第３トランジスタのベースに接続さ
れた第１極性の第４トランジスタと、上記第４トランジ
スタのコレクタと第２電位との間に接続された第１バイ
アス電流源と、エミッタが第２電位に接続され、コレク
タ・ベース相互が接続された第２極性の第５トランジス
タと、ベースが上記第５トランジスタのベースと共通に
接続され、エミッタが第２電位に接続され、コレクタが
上記第３トランジスタのコレクタに接続された第２極性
の第６トランジスタと、エミッタが第２電位に接続さ
れ、ベースが上記第６トランジスタのコレクタに接続さ
れた第２極性の第７トランジスタと、コレクタが上記第
５トランジスタのコレクタ・ベース相互の接続点に接続
され、ベースが上記第４トランジスタのコレクタに接続
され、エミッタが上記第７トランジスタのコレクタに接
続された第１極性の第８トランジスタと、上記第８トラ
ンジスタのエミッタと第１電位との間に接続された第４
抵抗と、コレクタが上記第５トランジスタのコレクタ・
ベース相互の接続点に接続され、ベースが上記第４トラ
ンジスタのコレクタに接続された第１極性の第９トラン
ジスタと、上記第９トランジスタのエミッタと第１電位
との間に接続された第５抵抗と、コレクタが上記第２電
位に接続され、ベースが上記第７トランジスタのコレク
タに接続された第１極性の第10トランジスタと、ベース
が上記第４トランジスタのコレクタに接続され、エミッ
タが上記第10トランジスタのエミッタと共通に接続され
た第１極性の第11トランジスタと、上記第10、第11トラ
ンジスタのエミッタの共通接続点と上記第１電位との間
に接続された第２バイアス電流源とを具備し、上記第11
トランジスタのコレクタから温度検出に伴う制御信号を
出力するように構成したことを特徴とする。
（作 用） この温度検出回路は、バンドギャップの電圧に関係し
た正の温度係数を持つ電流の温度特性が、素子特性では
なくて純粋な物理定数である熱電圧VTの温度特性に依存
することを利用して温度検出を行っているので、素子特
性のばらつきによる温度検出設定温度のばらつきが少な
くなる。
また、この温度検出回路を用いて熱遮断回路を構成す
る場合、第３トランジスタに流れる電流に比べて第５ト
ランジスタに流れる電流が大きく第８、第９トランジス
タが共にオンしている状態から、温度上昇により第５ト
ランジスタに流れる電流が第３トランジスタに流れる電
流よりも低下すると第８トランジスタがオフになり、第
５トランジスタに流れる電流がさらに減少することによ
り、同一集積回路チップ上の発熱回路の保護状態と復帰
動作との境界条件を変化させ、いわゆるヒステリシス動
作を行わせることが可能になる。従って、集積回路チッ
プの低温から高温への移動時に高温側の設定温度を超え
た時点を検出して発熱回路を遮断制御した後、高温から
低温への移動時には上記高温側の設定温度より十分下回
った低温側の設定温度より低下した時点を検出して保護
動作を解除することが可能になるので、発熱回路に対す
る保護動作および復帰動作の繰り返しに際して、集積回
路チップが高温側設定温度付近の高温を保ったまま発振
状態になることを防止できる。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明
する。
第１図は、集積回路化された音響用電力増幅回路に使
用される温度検出回路を用いた熱遮断回路を示してい
る。第１図において、NPNトランジスタQ1は、コレクタ
・ベース相互が接続され、エミッタがGNDに接続されて
いる。NPNトランジスタQ2は、ベースが上記NPNトランジ
スタQ1のベースに接続され、エミッタが抵抗R1を介して
GNDに接続されている。上記トランジスタQ1およびQ2の
エミッタ面積比は1:N（正の整数）となるように形成さ
れており、このトランジスタQ1およびQ2の各コレクタは
対応して抵抗R2およびR3を介して一括接続され、この一
括接続点にNPNトランジスタQ3のエミッタが接続されて
いる。また、上記トランジスタQ2のコレクタにはNPNト
ランジスタQ4のベースが接続され、このトランジスタQ4
のエミッタはGNDに接続されている。そして、Vcc電源と
上記トランジスタQ4のコレクタとの間にはバイアス電流
I1を流すためのバイアス電流源11が接続されている。さ
らに、PNPトランジスタQ5およびQ6およびQ7の各エミッ
タがVcc電源に接続され、トランジスタQ6のコレクタは
前記トランジスタQ3のコレクタに接続されると共にスイ
ッチング用トランジスタQ7のベースに接続されている。
上記トランジスタQ5は、ベース・コレクタ相互が接続さ
れ、このベース・コレクタ相互の接続点にNPNトランジ
スタQ8およびQ9の各コレクタが接続されている。このト
ランジスタQ8およびQ9の各エミッタとGNDとの間に各対
応して抵抗R4およびR5が接続されている。さらに、NPN
トランジスタQ10およびQ11の各エミッタが共通接続さ
れ、このエミッタ共通接続点とGNDとの間にはバイアス
電流I2を流すためのバイアス電流源12が接続されてい
る。上記トランジスタQ10のコレクタはVcc電源に接続さ
れ、ベースは前記トランジスタQ8のエミッタおよびトラ
ンジスタQ7のコレクタに接続され、上記トランジスタQ
11、前記トランジスタQ3、Q8およびQ9の各ベースは前記
トランジスタQ4のコレクタに接続されている。そして、
上記トランジスタQ11のコレクタは同一集積回路チップ
上の音響用電力増幅回路（図示せず）のバイアス回路の
電流源になっている。
上記熱遮断回路において、トランジスタQ3はバンドギ
ャップの電圧に関係した正の温度係数を持つ電流を供給
する第１の電流源を形成しており、トランジスタQ8およ
びQ9は、零または負の温度係数を持つ電流を供給する第
２の電流源を形成しており、トランジスタQ5〜Q7および
Q10、Q11は上記２つの電流源の電流量を比較して電流量
の大小関係を検出する比較回路を形成している。
即ち、トランジスタQ1〜Q4、抵抗R1〜R3およびバイア
ス電流源11は、バンドギャップ型電圧源を構成してお
り、トランジスタQ3のエミッタ電位VBGが温度特性を持
たない電圧となるように、各トランジスタのサイズ、抵
抗値、電流値が設定されている。ここで、抵抗R2および
R3にそれぞれ流れる電流IBGは、 であり、トランジスタQ3に流れる電流I3は、 となる。
一方、トランジスタQ5に流れる電流I5は、 となる。また、上記トランジスタQ5にカレントミラー接
続されているトランジスタQ6にも、上記電流I5に等しい
電流I6が流れる。
上記した電流I3は正の温度係数を持ち、I5（＝I6）は
零または負の温度特性を持っているが、常温では、 I3＜I5（＝I6） …（４） で、かつ、希望の設定温度以上で、 I3≧I5（＝I6） …（５） となるように、抵抗R4および抵抗R5の値を設定してお
く。
従って、常温では、I3＜I5となるので、トランジスタ
Q7の電流を引っ張ることになり、トランジスタQ10のベ
ース電位が持ち上がる。ここで、トランジスタQ10およ
びQ11は差動増幅器を構成しているので、常温では、ト
ランジスタQ11およびQ10のベース電圧間にはトランジス
タQ8のベース・エミッタ間電圧VF8が現われ、トランジ
スタQ10がオフ状態、トランジスタQ11がオン状態（遮断
制御信号出力がオン状態）になり、電力増幅回路は通常
動作状態になっている。
これに対して、設定温度以上になると、I3≧I5となる
ので、トランジスタQ7がオフ状態、トランジスタQ10が
オン状態、トランジスタQ11がオフ状態（遮断制御信号
出力がオフ状態）に反転し、電力増幅回路は非動作状態
（保護状態）になる。この時、トランジスタQ8のベース
・エミッタ間電圧VF8が逆転してトランジスタQ8がオフ
状態になるので、その分だけ前記電流I5はさらに減少す
る。これにより、高温から低温への移動時には高温側の
設定温度より十分下回った低温側の設定温度より低下し
た時点で遮断制御信号出力が再びオン状態に戻って保護
動作を解除するようになっている。
第２図は、半導体チップのPN接合の温度Tjと電力増幅
回路の動作状態との関係を示している。即ち、上記熱遮
断回路によれば、前記２つの電流I3、I5の電流量が所定
の値になった時を検出して一方の電流I5の電流量を変化
させることにより、電力増幅回路の保護動作と復帰動作
との境界条件を変化させ、温度に対するヒステリシス特
性を持たせることが可能になる。これにより、集積回路
チップの低温から高温への移動時に高温側の設定温度T1
（例えば150℃）を超えた時点で遮断制御信号出力がオ
フ状態になって電力増幅回路を遮断制御した後、高温か
ら低温への移動時には上記高温側の設定温度より十分下
回った低温側の設定温度T2（例えば100℃）より低下し
た時点で遮断制御信号出力が再びオン状態に戻って保護
動作を解除し、元の通常動作状態に復帰することが可能
になる。なお、ヒステリシス特性のヒステリシス幅は、
前記抵抗R4の値の調整により簡単に設定することができ
る。
従って、電力増幅回路に対する保護動作および復帰動
作の繰り返しに際して、集積回路チップが高温側設定温
度付近の高温を保ったまま発振状態になることを防止で
きる。
また、上記熱遮断回路の温度特性は、熱電圧VTの温度
特性および抵抗R4、R5の温度特性から決定されるので、
保護動作設定温度および保護動作解除温度に対する素子
特性のばらつきによる影響が極めて少なくなる。
［発明の効果］ 上述したように本発明の温度検出回路によれば、使用
する素子の特性のばらつきによる温度検出設定温度のば
らつきが少なくなり、しかも、温度上昇時の設定温度と
温度低下時の設定温度とを変化させることにより、同一
集積回路チップ上の発熱回路の保護動作および復帰動作
の繰り返しに際してチップが高温側設定温度付近の温度
を保ったまま発振状態になることを防止し得る熱遮断回
路を実現することができる。
従って、本発明の温度検出回路は、音響用電力増幅回
路とかモータ駆動回路などの消費電力の大きい回路を集
積回路化する場合に適用して極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の温度検出回路の一実施例を示す回路
図、第２図は第１図の回路の温度検出特性を示す特性
図、第３図は従来の温度検出回路を示す回路図である。 Q1〜Q4……バンドギャップ型電圧源のトランジスタ、
Q5,Q6……電流比較用のカレントミラー回路用のトラン
ジスタ、Q7……スイッチングトランジスタ、Q8,Q9……
電流設定用トランジスタ、Q10,Q11……差動増幅回路用
トランジスタ、R1〜R3……バンドギャップ型電圧源の電
流設定用抵抗、R4……ヒステリシス幅設定用抵抗、R5…
…保護動作温度設定用抵抗、11……バンドギャップ型電
圧源のバイアス電流源、12……差動増幅回路のバイアス
電流源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 勝 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１ 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (56)参考文献 特開 昭61−70805（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エミッタが第１電位に接続され、コレクタ
    ・ベース相互が接続された第１極性の第１トランジスタ
    と、ベースが上記第１トランジスタのベースと共通に接
    続された第１極性の第２トランジスタと、上記第２トラ
    ンジスタのエミッタと第１電位との間に接続された第２
    抵抗と、一端が上記第１トランジスタのコレクタに接続
    された第２抵抗と、一端が上記第２トランジスタのコレ
    クタに接続され、他端が上記第２抵抗の他端に共通に接
    続された第３抵抗と、エミッタが上記第２、第３抵抗の
    他端の共通接続点に接続された第１極性の第３トランジ
    スタと、ベースが上記第２トランジスタのコレクタに接
    続され、エミッタが第１電位に接続され、コレクタが上
    記第３トランジスタのベースに接続された第１極性の第
    ４トランジスタと、上記第４トランジスタのコレクタと
    第２電位との間に接続された第１バイアス電流源と、エ
    ミッタが第２電位に接続され、コレクタ・ベース相互が
    接続された第２極性の第５トランジスタと、ベースが上
    記第５トランジスタのベースと共通に接続され、エミッ
    タが第２電位に接続され、コレクタが上記第３トランジ
    スタのコレクタに接続された第２極性の第６トランジス
    タと、エミッタが第２電位に接続され、ベースが上記第
    ６トランジスタのコレクタに接続された第２極性の第７
    トランジスタと、コレクタが上記第５トランジスタのコ
    レクタ・ベース相互の接続点に接続され、ベースが上記
    第４トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが上
    記第７トランジスタのコレクタに接続された第１極性の
    第８トランジスタと、上記第８トランジスタのエミッタ
    と第１電位との間に接続された第４抵抗と、コレクタが
    上記第５トランジスタのコレクタ・ベース相互の接続点
    に接続され、ベースが上記第４トランジタのコレクタに
    接続された第１極性の第９トランジスタと、上記第９ト
    ランジスタのエミッタと第１電位との間に接続された第
    ５抵抗と、コレクタが上記第２電位に接続され、ベース
    が上記第７トランジスタのコレクタに接続された第１極
    性の第10トランジスタと、ベースが上記第４トランジス
    タのコレクタに接続され、エミッタが上記第10トランジ
    スタのエミッタと共通に接続された第１極性の第11トラ
    ンジスタと、上記第10、第11トランジスタのエミッタの
    共通接続点と上記第１電位との間に接続された第２バイ
    アス電流源とを具備し、上記第11トランジスタのコレク
    タから温度検出に伴う制御信号を出力するように構成し
    たことを特徴とする温度検出回路。
JP2134940A 1990-05-24 1990-05-24 温度検出回路 Expired - Lifetime JP2598154B2 (ja)

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