JPH02248113A - 狭いしきい値変動範囲を有する過熱防止トリガ回路 - Google Patents

狭いしきい値変動範囲を有する過熱防止トリガ回路

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JPH02248113A
JPH02248113A JP2042307A JP4230790A JPH02248113A JP H02248113 A JPH02248113 A JP H02248113A JP 2042307 A JP2042307 A JP 2042307A JP 4230790 A JP4230790 A JP 4230790A JP H02248113 A JPH02248113 A JP H02248113A
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JP
Japan
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current
transistor
emitter
current mirror
base
Prior art date
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Pending
Application number
JP2042307A
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English (en)
Inventor
Bruno Murari
ブルーノ ムラーリ
Roberto Solari
ロベルト ソラーリ
Massimo Nisetto
マッシモ ニセット
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STMicroelectronics SRL
Original Assignee
SGS Thomson Microelectronics SRL
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/044Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using a semiconductor device to sense the temperature

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は集積回路に関し、より詳細にはシリコンチップ
の温度が設定されたしきい値より大きくなったときに集
積回路を完全にスイッチオフするための保護回路に関す
る。
(従来技術とその問題点) 設定されたしきい温度値を狭い変動範囲にあるいは容易
に制限できる限界内に維持することに関する問題が頻発
している。素子のパラメータの広がり、典型的には引き
続く特定の製造プロセスのため、設定値からのしきい温
度の過度のシフトが過熱防止の誤った介入とその結果と
しての集積回路の不規則な性能を生じさせる。例えば低
過ぎる温度における保護システムのトリガリングは集積
回路の動作の温度範囲を不当に限定し、過度の高温にお
ける介入は安全性を喪失させ集積回路を回復できないダ
メージに曝すことになる。
集積回路で現在使用されている過熱防止回路は基本的に
参照電圧をベース−エミッタ電圧(VBE)又はそのマ
ルチプルと比較するトリガ回路から成っている。これら
の既知の保護回路の典型的な例が第1図に示されている
。該保護回路はデバイダRa−Rh上に設定された電圧
をトランジスタQのしきい値VBEと比較する。温度が
上昇するとVBEは約−2mV/”C(シリコン中)の
割合で減少し、これは最終的にはトランジスタQのスイ
ッチオフに導き、該トランジスタは許容された動作温度
の設定範囲中にカットオフ状態で維持される。
この回路ではVBEの設定値からの変動、電圧デバイダ
比及び/又は参照電圧Voは、ガードトランジスタに生
ずるスイッチオンしきい温度に対する直接の影響を有す
る。
(発明の目的と概要) 本発明の目的は、引き続く特定の製造プロセスに起因す
るパラメータの広がりにもかかわらず、設定された介入
しきい値の変動の範囲を制限することを許容する改良さ
れた過熱防止トリガ回路を提供することである。
本発明によると、2種類の電流間の比較を実質的に行う
回路を使用することにより、従来技術に対して明らかな
利点をもって前記目的が達成される。前記一方の電流は
強い温度依存性のVBE/R1比に実質的に比例し、他
方の電流は比較的小さな温度依存性のδVBE/R2に
比例する。ここでR1及びR2は所望の介入しきい温度
を設定するために他のパラメータの関数としてその値が
予備設定される2個の抵抗であり、δVBEはエミッタ
縮退電流ミラーを形成するトランジスタのそれぞれのヘ
ースーエミソタ電圧の差である。電流ミラーの2個のブ
ランチを通って流れる電流が互いに等しくなると、所望
の介入しきい温度に等しい温度に達した結果としてトラ
ンジスタが通電し、過熱防止回路の通常の介入モードに
従って過熱した全集積回路のスイッチオフを行う。
後に十分説明するように、本発明の回路は、集積された
トランジスタのパラメータ、抵抗の値及び使用する参照
電圧のそれぞれの設定値からの広がりに対して実際」−
鋭敏でない。
(図面の簡単な説明) 本発明の種々の態様及び利点が、添付図面に純粋に例示
的で限定することを意図せずに示されたいくつかの好ま
しい実施例の引き続く詳細な説明を通して明らかになる
であろう。
第1図は、従来の過熱防止回路を示す。
第2図は、本発明の過熱防止回路の一実施例を示す。
第3図は、本発明の回路の特定の態様を示す。
第4図は、本発明の回路の異なった態様を示す。
(発明の好ましい態様の説明) 第2図を参照すると、本発明の実施例である過熱防止ト
リガ回路つまり所望の介入温度しきい値を制限する回路
が該温度に達したときにガードトランジスタQ7がスイ
ッチオンする該回路は、設定されたVBE/R1比に比
例する電流11を発生する回路C,G、と実質的に相補
的な2個の電流ミラーにより形成される電流ミラー回路
を使用する。第1のミラーは1対の(PNP)  トラ
ンジスタQ3及びQ4から形成され、第2のミラーは1
対の(NPN))ランジスタQ5及びQ6から形成され
ている。第1の電流ミラーの1入力」ブランチのトラン
ジスタQ3及び第2の電流ミラーの「出力」ブランチの
トランジスタQ6は、第1のミラー又は両ミラーのそれ
ぞれ他のトランジスタのデイメンジョンより小さいデイ
メンジョンを有し、更に第1の電流ミラーは予備設定さ
れた値を有する抵抗R2によりエミッタ縮退されている
好ましくは第2の電流ミラーは同一エリアを有する1対
のNPNトランジスタにより形成され(同一のVBEは
NPN対により容易に得ることができることは明らかで
ある)、従ってPNP )ランジスタQ3及びQ4によ
り形成され意図的に異なったサイズにされた(つまりト
ランジスタQ4がトランジスタQ3より大きいサイズを
有する)相補的な第1の電流ミラーが回路の2個のブラ
ンチに同じ電流を伝達するときに、第1の電流ミラーは
「適切な」電流ミラーとして機能する(っまり回路の2
個のブランチを通る電流が等しい)。従っである温度(
設定された介入温度しきい値)においてトランジスタQ
3を流れる電流がトランジスタQ4を流れる電流に等し
くなることを確実にすることにより、トランジスタQ7
は引き続く過熱防止のトリガリングを伴ってこのような
温度でスイッチオンする。これは、第1のミラーの異な
ったサイズの2個のトランジスタQ3及び04間のデイ
メンジョンの比の関数として抵抗R2の値を選択するこ
とにより得ることができる。
電流発振器C,G、により全回路に加えられそれ自身が
電流ミラーの1入力」及び「出力」ブランチ中を流れる
2個の電流I2及び■3に分けられる電流■1はVBE
/R1に等しく、基本的にδV B E/R2である電
流I3と(温度変化とともに)比較され、ここでδVB
Eは第1のエミッタ縮退電流ミラーを形成する2個のト
ランジスタQ3及びQ4のベース−エミッタ電圧の差で
ある。
基本的には、これら2種類の電流は温度変化に対して実
質的に異なった変化をする。第1の電流■1は温度に対
して非常に鋭敏であり、これは温度が上昇するにつれ電
流11が減少するからであり、温度に対するVBE値の
付随する減少は約2m V / ’Cで、温度に対する
抵抗の増加は約2〜3%/℃である。
他方δVBE/R2に等しい第2の電流I3は逆に温度
により殆ど影響を受けず、これはδVBEが抵抗R2と
同じように温度に対して直線的な関係を有するからであ
る。
このように温度上昇に伴って電流11は電流■3より這
かに速く減少し、従って2個の相補的電流ミラーの2個
のブランチを流れる当初は異なっている電流■2及び■
3ばある温度で等しくなり、電流がトランジスタQ7に
達するとトランジスタQ7がスイッチオンして保護を始
める。
あるV B E/R比に実質的に比例する電流は当業者
には周知である種々の方法で発生させることができ、従
って電流発振器は好適な任意の形態をとることができる
第3図にはこのような電流発振回路の回路ダイアダラム
が第1の好ましい態様に従って示されている。該回路は
、そのベースとエミッタ間に接続された抵抗R1を有す
る第1のトランジスタQ1により形成され、このトラン
ジスタQ1は正のサプライレール■0にも接続され、か
つバイアス電流発振器がコレクタと他のサプライレール
(グラウンド)間に接続されている。第2のトランジス
タQ2はQlのコレクタに接続されたベースと01のベ
ースに接続されたエミッタを有し、Qlのベース電流を
回収するだけでなくサプライ電圧から回路を「自由」に
することを許容する。
トランジスタQ1及び抵抗R1は1l−VBEo+/R
1で与えられる電流の発生を決定し、これはトランジス
タQ2と全回路に加えられる(つまり11=I2+I3
)。
回路の動作の分析は、第2図の本発明実施例の回路を調
べることにより行うことができ、ここでは第2の電流ミ
ラーの1対のNPNトランジスタQ5及びQ6は単位エ
リア比を有し、PNP )ランジスクQ4はトランジス
タQ3のエリアより3倍大きいエリアを有し、R1=1
6.5にΩ、11−100μA、トランジスタQ1のV
 B Eo+は690mVに等しく (コレクタ電流は
100 μA)、そしてδVBEは28mVに等しく(
トランジスタQ3及び03間のエリア比が1=3である
ものについて)、上記値は温度25“Cのものである。
介入しきい値が150℃であることが望ましく、かつV
BEの温度係数が一2m V / ’Cに等しくそして
集積された抵抗の温度係数が0.23%/℃であると仮
定すると、 VBEQI (150℃)−690Xl0−” (15
0−25) 2 Xl0−440mV R1(1500℃)  −16,5x103+ 0.0
023(150−25)16.5XIO” =21.1
25  KΩ 加えると、T2=I3=10μAであり、これから抵抗
R2に寄与する値が得られる。
R2(150°C)−δVBE(150℃)Xl3であ
り、 ここでVBE(150℃)  =(KT/q) In(
八2/A1)で、Kはボルツマン定数 Tは0にで表された温度 qは電子の電荷 八2はQ4のエリア A1はQ3のエリア である。従って であり、 R2(25℃’) =3.9X10−”0.0023(
150−45)3.9X10″=2.8にΩである。
抵抗R2のこの値で第2の相補的なミラー(Q5及びQ
6)の電流の同一化が150℃で達成され、従ってトラ
ンジスタQ7の所望のスイッチオンも達成される。
勿論当業者には明らかな通り、2個の電流ミラーの2個
のブランチ間の当初必要な「アンバランス」は、1〜ラ
ンジスタQ3のエリアに対してトランジスタQ4のエリ
アを大きくする代わりに、トランジスタQ6のエリアよ
りトランジスタQ5のエリアを大きくすることにより、
あるいはトランジスタQ3のエリアに対してトランジス
タQ4のエリアを大きくするだけでなく、同時にトラン
ジスタQ5のエリアをトランジスタQ6のエリアより大
きくすることにより、得ることが出来る。
2個の相補的ミラーを形成するトランジスタのエリア間
の比及び抵抗R2の値は、過熱防止の所望・の介入しき
い温度を達成するために集積回路の設計段階で調節しな
ければならない2個のパラメータであることは明らかで
ある。
第4図には本発明の他の実施例である回路が示され、こ
こではある抵抗値により分割されたベース−エミッタ電
圧値に比例する電流11の発生が、トランジスタのベー
スとエミッタ間に接続された同じ抵抗R1を利用して第
2のミラーの同じトランジスタQ5により行われる。1
l−VBEos/R1である回路の参照電流は、トラン
ジスタQa及びQbにより形成される電流ミラーにより
複製されて2個の相補的電流ミラーに供給される(II
−+2+I3)。該回路は当初は任意の付属するトリガ
回路により供給される単一パルスによりスタートされな
ければならない。トランジスタQcは木質的にデカップ
リング機能を行う。勿論−度スタートすると、参照電流
■1が第2の電流ミラーのトランジスタQ5のベース−
エミッタ電圧の関数であること以外は、第4図の回路は
第3図の回路と同じように機能する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の過熱防止回路を示し、第2図は、本発
明の過熱防止回路の一実施例を示し、第3図は、本発明
の回路の特定の態様を示し、第4図は、本発明の回路の
異なった態様を示すものである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)R1が第1の予備設定された抵抗である、VBE
    /R1の値に実質的に比例する電流(I1)を発生する
    電流発振回路、 第1の電流ミラーの出力ブランチのトランジスタQ4の
    エミッタと該電流ミラーの入力ブランチのトランジスタ
    Q3のエミッタ間に接続された予備設定された値の第2
    の抵抗(R2)によりエミッタ縮退された第1の極性の
    第1のトランジスタ対(Q3及びQ4)により形成され
    、前記電流発振回路で生成された前記電流(I1)が供
    給される前記第1の電流ミラー、 該第1の電流ミラーと相補的であり、第1のサプライレ
    ールに接続されたそれぞれのエミッタと、前記第1の電
    流ミラーを形成する第1のトランジスタ対のトランジス
    タ(Q3及びQ4)のそれぞれのコレクタに接続された
    それぞれのコレクタを有する第2の極性の第2のトラン
    ジスタ対(Q5及びQ6)から形成される第2の電流ミ
    ラーとを含んで成り、 予備設定されたしきい温度に達した後にスイッチオンす
    るトランジスタQ7のベースが、前記2個の相補的電流
    ミラーの出力ブランチのトランジスタ(Q4及びQ6)
    の前記コレクタの共通ノードに接続され、 前記2個の相補的電流ミラーの出力ブランチ及び入力ブ
    ランチのそれぞれの前記トランジスタ(Q4及び/又は
    Q5)の少なくとも一方が該トランジスタの一方が属す
    る同じ電流ミラーの他のトランジスタ(Q3及び/又は
    Q6)のエリアより大きいエリアを有し、前記2個の相
    補的電流ミラーの出力ブランチを通って流れる電流がδ
    VBE/R2に比例し(δVBEは互いに異なったエリ
    アを有する前記トランジスタ対の2個のトランジスタの
    ベース−エミッタ電圧の差であり、R2は前記第1のエ
    ミッタ縮退した電流ミラーの前記トランジスタ対のエミ
    ッタ間に接続された前記第2の抵抗である)、 前記2個の相補的ミラーの入力ブランチに供給され、V
    BE/R1に比例する前記電流が、前記2個の電流ミラ
    ーの出力ブランチを通って流れるδVBE/R2に比例
    する電流より温度従属性が大きく、予備設定したしきい
    温度に到達した後に、前記2個の相補的電流ミラーの2
    個のVBEを流れる電流が互いに等しくなったときに、
    前記トランジスタ(Q7)のスイッチオンが起こること
    を特徴とする、 予備設定したしきい温度に達したときに前記トランジス
    タ(Q7)のスイッチオンのために機能する過熱防止ト
    リガ回路。
  2. (2)電流発振回路が、 ベース、エミッタ及びコレクタを有する第1の極性の第
    1のトランジスタ(Q1)、 第1のサプライレールに接続され、前記ベース及びエミ
    ッタ間に接続された抵抗(R1)、前記コレクタと第2
    のサプライレール間に接続されたバイアス定電流発振器
    、及び、 共通接続されかつ第1の電流ミラーの入力ブランチのト
    ランジスタのエミッタに接続されたベース及びコレクタ
    、及び前記第1のトランジスタ(Q1)のベースに接続
    されたエミッタを有する第2のトランジスタ(Q2)、 により形成されている請求項1に記載の過熱防止トリガ
    回路。
  3. (3)電流発振回路が、ベース及びエミッタ間に接続さ
    れた抵抗(R1)が設置され、第1のサプライレールに
    接続されたエミッタを有する第1の極性の2個のトラン
    ジスタ(Qb及びQa)により形成される第3の電流ミ
    ラーの入力ターミナルへデカツプリングトランジスタ(
    Qc)を通して接続されたベースを有する、第2の電流
    ミラーの入力ブランチのトランジスタ(Q5)により形
    成され、 前記第3の電流ミラーの出力ブランチのトランジスタ(
    Qa)のコレクタが、前記第1の電流ミラーの入力ブラ
    ンチのトランジスタ(Q3)のエミッタに接続され、 回路が前記第1の電流ミラーの入力ノードにパルスを加
    えることによりスタートする請求項1に記載の過熱防止
    トリガ回路。
JP2042307A 1989-02-22 1990-02-22 狭いしきい値変動範囲を有する過熱防止トリガ回路 Pending JPH02248113A (ja)

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IT83606A/89 1989-02-22
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DE69009083T2 (de) 1994-09-08
EP0384900B1 (en) 1994-05-25
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