KR101412914B1 - 과열 보호 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과열 보호 회로에 관한 것이다. 본 발명의 과열 보호 회로는 온도 상승에 따라 증가하는 온도비례 전압과 온도 상승에 따라 감소하는 제1 턴 온 전압을 더하여 온도가변 전압을 생성하는 온도가변 전압 생성부 및 상기 온도가변 전압 및 온도 상승에 따라 감소하는 제2 턴 온 전압을 비교하여 과열방지 신호를 생성하는 과열방지 신호 생성부를 포함하며, 상기 제1 턴 온 전압 및 상기 제2 턴 온 전압의 산포는 서로 동일할 수 있다.

Description

과열 보호 회로{OVERHEAT PROTECTION CIRCUIT}
본 발명은 과열 보호 회로에 관한 것이다.
과열 보호 회로는 반도체 집적 회로의 내부에 포함되어 있는 것으로서, 비이상적인 과열 발생시 반도체 집적 회로를 보호하기 위한 회로를 말한다. 과열 보호 회로는 이종 접합 트랜지스터(BJT)의 베이스(Base)와 이미터(Emitter) 간의 전압(Vbe)이 온도상승에 따라 -2.2mV/℃의 비율로 변하는 네거티브 온도 특성을 이용하여 회로가 구성된다.
다만, 과열 보호 회로의 동작 온도는 이종 접합 트랜지스터(BJT)의 베이스(Base)와 이미터(Emitter) 간의 전압(Vbe)의 산포에 의해 변하는 문제점이 있다.
하기의 선행기술문헌 중 특허문헌 1은 온도 보호 회로(THERMAL PROTECTION CIRCUIT)에 관한 것으로서, 이종 접합 트랜지스터(BJT)의 베이스(Base)와 이미터(Emitter) 간의 전압(Vbe)의 산포에 따라 변화하는 동작 온도를 일정하게 유지하기 위한 내용을 개시하고 있지 못하다.
미국 공개특허공보 US 5654861
본 발명의 과제는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동일한 베이스-이미터 간 전압의 산포를 갖는 2개의 이종 접합 트랜지스터를 이용하여 베이스-이미터 간 전압의 산포를 상쇄함으로써 일정한 온도에서 동작할 수 있는 과열 보호 회로를 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 온도 상승에 따라 증가하는 온도비례 전압과 온도 상승에 따라 감소하는 제1 턴 온 전압을 더하여 온도가변 전압을 생성하는 온도가변 전압 생성부; 및 상기 온도가변 전압 및 온도 상승에 따라 감소하는 제2 턴 온 전압을 비교하여 과열방지 신호를 생성하는 과열방지 신호 생성부; 를 포함하며, 상기 제1 턴 온 전압 및 상기 제2 턴 온 전압의 산포는 서로 동일한 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 온도비례 전압의 온도 상승에 따른 상승 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율 보다 높은 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 온도가변 전압 생성부는, 온도 상승에 따라 전류량이 증가하는 온도비례 전류를 검출하여 상기 온도비례 전압을 생성하는 온도비례 전압 생성부; 및 상기 제2 턴 온 전압의 산포를 보정하기 위한 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 산포 보정부; 를 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 온도비례 전압 생성부는, 상기 온도비례 전류를 출력하는 제1 온도비례 전류원; 및 상기 온도비례 전류를 온도비레 전압으로 검출하는 제1 저항; 을 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 산포 보정부는, 상기 온도비례 전압 생성부에 연결되는 콜렉터, 상기 콜렉터와 연결되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제1 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함하고, 상기 제1 BJT는 상기 제1 BJT의 이미터 및 상기 제1 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 제2 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율과 동일한 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 과열방지 신호 생성부는, 상기 온도가변 전압 및 상기 제2 턴 온 전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교결과에 따라 상기 과열방지 신호를 생성하는 반전부; 를 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 비교부는, 상기 제1 온도비례 전류원과 동일한 전류량을 생성하는 제2 온도비례 전류원; 및 상기 제2 온도비례 전류원에 연결되는 콜렉터, 상기 온도가변 전압이 인가되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제2 BJT; 를 포함하고, 상기 제2 BJT는 상기 제2 BJT의 이미터 및 상기 제2 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제2 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 비교부는, 상기 제2 BJT의 이미터와 접지 사이에 연결되어 상기 제2 턴 온 전압을 조절하는 밴드 갭 회로를 더 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 반전부는, 상기 제2 온도비례 전류원 및 상기 제2 BJT의 콜렉터의 접속 노드에 연결되는 게이트, 구동전원이 인가되는 소스, 상기 과열방지 신호를 출력하는 출력단자와 연결되는 드레인을 구비하는 P채널 전계 효과 트랜지스터; 및 상기 드레인과 접지 사이에 연결되는 정전류원을 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 온도 상승에 따라 증가하는 온도비례 전압과 온도 상승에 따라 감소하는 제1 턴 온 전압을 더하여 온도가변 전압을 생성하는 온도가변 전압 생성부; 온도 상승에 따라 감소하는 제3 턴 온 전압을 기준 전압으로 제공하는 기준전압 생성부; 및 상기 온도가변 전압 및 상기 기준 전압을 비교하여 과열방지 신호를 생성하는 과열방지 신호 생성부; 를 포함하고, 상기 제1 턴온 전압 및 상기 제3 턴 온 전압의 산포는 서로 동일한 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 온도비례 전압의 온도 상승에 따른 상승 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율 보다 높은 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 온도가변 전압 생성부는, 온도 상승에 따라 전류량이 증가하는 온도비례 전류를 검출하여 상기 온도비례 전압을 생성하는 온도비례 전압 생성부; 및 상기 제3 턴 온 전압의 산포를 보정하기 위한 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 산포 보정부; 를 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 온도비례 전압 생성부는, 상기 온도비례 전류를 출력하는 제1 온도비례 전류원; 및 상기 온도비례 전류를 온도비레 전압으로 검출하는 제1 저항; 을 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 산포 보정부는, 상기 온도비례 전압 생성부에 연결되는 콜렉터, 상기 콜렉터와 연결되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제1 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함하고, 상기 제1 BJT는 상기 제1 BJT의 이미터 및 상기 제1 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 제3 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율과 동일한 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 기준전압 생성부는, 상기 제1 온도비례 전류원과 동일한 전류량을 생성하는 제3 온도비례 전류원; 및 상기 제3 온도비례 전류원에 연결되는 콜렉터, 상기 콜렉터와 연결되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제3 BJT를 포함하고, 상기 제3 BJT는 상기 제3 BJT의 이미터 및 상기 제3 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제3 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 기준전압 생성부는, 상기 제3 BJT의 이미터와 접지 사이에 연결되어 상기 제3 턴 온 전압을 조절하는 밴드 갭 회로를 더 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 과열방지 신호 생성부는, 상기 제1 턴 온 전압이 상기 제3 턴 온 전압 이상이 되는 경우 상기 과열 방지 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
또한, 상기 비교기는, 상기 온도가변 전압이 인가되는 비반전단, 상기 제3 턴 온 전압이 인가되는 반전단 및 상기 과열 방지 신호가 출력되는 출력단을 포함하는 과열보호 회로를 제안한다.
본 발명에 따르면, 동일한 베이스-이미터 간 전압의 산포를 갖는 2개의 이종 접합 트랜지스터를 이용하여 베이스-이미터 간 전압의 산포를 상쇄함으로써 과열 보호 회로 동작의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 일반적인 과열보호 회로의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 2는 도 1의 과열보호 회로의 온도상승에 따른 과열방지 신호의 생성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 일반적인 과열보호 회로의 또 다른 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 3의 과열보호 회로의 온도상승에 따른 과열방지 신호의 생성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 1 및 도 3의 BJT의 베이스-이미터 간 전압의 산포에 따른 과열방지 온도의 산포를 나타내기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예인 과열보호 회로를 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예인 과열보호 회로의 일 구성요소인 온도가변 전압 생성부에서 생성되는 전압을 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 6의 과열보호 회로의 온도상승에 따른 과열방지 신호의 생성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예인 과열보호 회로를 나타낸 회로도이다.
도 10은 도 9의 과열보호 회로의 온도상승에 따른 과열방지 신호의 생성을 설명하기 위한 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 과열보호 회로의 일 예를 나타낸 회로도이다. 도 1을 참조하여 일반적인 과열 방지 회로를 설명하도록 한다. 과열 방지 회로는 기준전압(Vref)을 제1 저항(r1) 및 제2 저항(r2)에 의해 분배하여 생성한 전압(Va)과 바이폴라 접합 트랜지스터(이하, BJT라 지칭하도록 한다)(Q1)의 베이스 및 이미터간 전압(Vbe)를 비교하여 과열방지 신호를 생성할 수 있다. 이 때, BJT(Q1)는 콜렉터를 통하여 구동전원(Vcc)에 연결되는 정전류원(Ic)에서 출력되는 정전류를 공급받을 수 있으며, 비교기(1)는 비반전단에 Va를 인가받고 반전단에 Vbe를 인가받아서, Va의 전압레벨이 Vbe의 전압레벨 이상이 되는 경우 과열방지 신호를 출력단(OUT)로 출력할 수 있다. 도 1에 도시되어 있지 않으나, 기준전압(Vref)는 온도가 변화하는 경우에도 일정한 전압레벨을 출력하는 밴드갭(bandgap) 회로로부터 공급될 수 있다.
도 2는 도 1의 과열보호 회로의 온도상승에 따른 과열방지 신호(Stsd)의 생성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 2(a)를 참조하여 설명하면, 온도가 상승함에 따라서 Va는 제2 전압레벨(V2)을 유지하고 있으나, BJT의 베이스-이미터 간 전압의 특성상, Vbe는 온도 상승에 따라 감소하는 것을 볼 수 있다.
상온(T1)에서 Vbe는 제1 전압레벨(V1)이지만 온도가 상승함에 따라 일정한 비율로 전압이 감소하여 Va가 Vbe 이상이 되는 시점인 과열방지 온도(Ttsd)에서 과열방지 신호(Stsd)가 생성될 수 있다. 도2(b)를 살펴보면 과열방지 온도(Ttsd) 이전에 과열방지 신호(Stsd)는 로우 레벨을 유지하고 있으나, 과열방지 온도(Ttsd) 이후부터 하이 레벨로 전환되는 것을 볼 수 있다.
도 3은 일반적인 과열보호 회로의 또 다른 일 예를 나타낸 회로도이다. 도 3을 참조하여 일반적인 과열 방지 회로의 또 다른 예를 설명하도록 한다. 온도비례 전류원(Ipatat1, Ipatat2)은 온도상승에 따라 일정한 상승 비율로써 전류량을 증가하여 출력할 수 있다. 제1 온도비례 전류원(Ipatat1)에서 출력되는 전류는 저항(r)에 의해 전압(Vb)로 검출되어 BJT(Q1)의 베이스에 인가될 수 있다. 또한, BJT(Q1)의 이미터는 접지에 연결될 수 있으며, BJT(Q1)의 콜렉터는 제2 온도비례 전류원(Iptat2)로부터 전류를 공급받을 수 있다. 반전기(2)는 BJT(Q1)의 콜렉터와 연결되어 콜렉터의 전압을 반전하여 생성한 과열방지 신호(Stsd)를 출력단(OUT)로 출력할 수 있다.
도 4는 도 3의 과열보호 회로의 온도상승에 따른 과열방지 신호(Stsd)의 생성을 설명하기 위한 그래프이다.
상온(T1)에서 전압 Vb가 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe) 보다 작게 설정되어, 전압 Vb는 제3 전압레벨(V3)을 유지하고, 전압 Vbe는 제1 전압레벨(V1)을 유지할 수 있다. 이 때, BJT(Q1)은 동작하지 않고, BJT(Q1)의 콜렉터 전압은 하이 레벨을 유지하고, 콜렉터 전압을 반전한 과열방지 신호(Stsd)는 로우 레벨을 유지할 수 있다.
다만, 온도가 점차 상승함에 따라 온도비례 전류원(Iptat1)에서 출력되는 전류량이 증가하여 전압 Vb는 점차적으로 상승하고, 온도가 점차 상승함에 따라 BJT의 베이스-이미터 간 전압의 특성상 Vbe는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 온도가 계속적으로 상승하여 전압 Vb가 전압 Vbe 이상이 되는 전압 레벨(V2)에서 BJT(Q1)은 턴 온 되고 BJT(Q1)의 콜렉터 전압은 로우 레벨로 떨어지게 되어 콜렉터 전압을 반전한 신호인 과열방지 신호(Stsd)는 하이 레벨을 전환된다. 즉, 전압 Vb가 전압 Vbe 이상이 되는 시점인 과열방지 온도(Ttsd)에서 과열방지 신호(Stsd)가 생성될 수 있다.
도 5는 도 1 및 도 3의 BJT의 베이스-이미터 간 전압(Vbe)의 산포에 따른 과열방지 온도(Ttsd)의 산포를 나타내기 위한 그래프이다. 도 5(a)는 도 1의 과열보호 회로에 관한 것이며, 도 5(b)는 도 3의 과열보호 회로에 관한 것이다.
도 2(a) 및 도 5(a)를 참조하면, 도 2(a)에 도시되어 있는 Vbe를 도 5(a)에서 실선으로 도시하였으며, 그 외에 양의 전압산포(+?V)에 의한 Vbe를 파선으로 도시하였고, 음의 전압산포(-?V)에 의한 Vbe를 일점쇄선으로 도시하였다.
도 5(a)에서 볼 수 있는 바와 같이 전압산포에 의한 영향이 없는 전압 Vbe는 Va과 과열방지 온도(Ttsd)에서 교차하지만, 전압산포(±?V)에 의한 영향을 갖는 전압 Vbe는 과열방지 온도에서 Va와 교차하는 것이 아닌 과열방지 온도(Ttsd)와 ±?T 차이가 있는 온도에서 교차하는 것을 알 수 있다.
도 4(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 도 3(a)에 도시되어 있는 Vbe를 도 5(b)에서 실선으로 도시하였으며, 그 외에 양의 전압산포(+?V)에 의한 Vbe를 파선으로 도시하였고, 음의 전압산포(-?V)에 의한 Vbe를 일점쇄선으로 도시하였다.
전술한 설명과 마찬가지로, 전압산포(±?V)에 의한 영향을 갖는 전압 Vbe는 과열방지 온도에서 Vb와 교차하는 것이 아닌 과열방지 온도(Ttsd)와 ±?T 차이가 있는 온도에서 교차하는 것을 알 수 있다.
즉, BJT의 베이스-이미터 간 전압의 산포에 의한 영향으로 과열방지 신호(Stsd)가 생성되는 온도인 과열방지 온도(Ttsd)의 산포가 발생하게 되고, 이는 과열보호 회로의 신뢰성에 영향을 주게 되는 문제점이 있다.
이하, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예인 과열보호 회로(10)를 나타낸 회로도이다. 본 발명의 과열보호 회로(10)는 온도가변 전압 생성부(110) 및 과열방지 신호 생성부(120)를 포함할 수 있다.
온도가변 전압 생성부(110)는 온도비례 전압 생성부(111) 및 산포 보정부(112)를 포함할 수 있다.
온도비례 전압 생성부(111)는 제1 온도비례 전류원(Ip1) 및 제1 저항(r1)을 포함할 수 있으며, 구체적으로 제1 온도비례 전류원(Ip1)은 구동전원(Vcc)과 연결되어 온도 상승에 따라 전류량이 증가하는 온도 비례 전류를 출력하고, 제1 저항은 온도비례 전류를 검출하여 온도비례 전압(Vr1)을 생성할 수 있다.
산포 보정부(112)는 제1 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함할 수 있고, 제1 BJT(Q1)의 콜렉터는 온도비례 전압 생성부(111)에 연결되고, 베이스는 콜렉터와 연결되고, 이미터는 접지와 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)은 트랜지스터의 특성상 온도 상승에 따라 감소할 수 있다.
이 때, 온도가변 전압 생성부(110)는 온도비례 전압(Vr1)과 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)을 더하여 온도가변 전압(Va)을 생성하는데, 이 때 온도상승에 따라 증가하는 온도가변 전압(Va)을 생성하도록 온도비례 전압(Vr1)의 온도 상승에 따른 상승 비율은 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)의 온도 상승에 따른 하강 비율보다 높게 설정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예인 과열보호 회로의 일 구성요소인 온도가변 전압 생성부(110)에서 생성되는 전압을 나타내는 그래프이다.
도7(a)는 온도비례 전압(Vr1)에 관한 것이고, 도7(b)는 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)에 관한 것이고, 도 7(c)는 온도가변 전압(Va)에 관한 것이다. 도 7(b)에 대해서 상세히 설명하면, 7(b)에서 실선은 산포에 영향이 없는 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)에 관한 것이고, 파선은 양의 산포에 의한 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)에 관한 것이며, 일점 쇄선은 음의 산포에 의한 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)에 관한 것이다.
도 7을 참조하면, 온도비례 전압(Vr1)은 온도 상승에 따라 상승하는 것을 알 수 있으며, 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)은 온도상승에 따라 하강하는 것을 알 수 있다. 온도비례 전압(Vr1)의 온도 상승에 따른 상승 비율이 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)의 하강 비율 보다 높게 설정되어 온도가변 전압(Va)는 온도상승에 따라 증가할 수 있다. 다만, 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)의 산포에 의한 영향으로 온도가변 전압(Va) 또한 산포를 갖고 있는 것을 확인할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 과열방지 신호 생성부(120)는 비교부(121) 및 반전부(122)를 포함할 수 있다.
비교부(121)는 제2 온도비례 전류원(Ip2) 및 제2 BJT(Q2)를 포함할 수 있으며, 구체적으로 제2 온도비례 전류원(Ip2)은 구동 전원(Vcc)과 연결되어 온도 상승에 따라 전류량이 증가하는 온도 비례 전류를 제2 BJT(Q2)의 콜렉터로 출력할 수 있다. 이 때, 제2 온도비례 전류원(Ip2)은 제1 온도비례 전류원(Ip1)과 동일한 전류를 생성할 수 있다. 즉, 제1 온도비례 전류원(Ip1) 및 제2 온도비례 전류원(Ip2)은 동일한 온도에서 동일한 전류를 생성하는 것이 가능하다.
제2 BJT(Q2)는 제2 온도비례 전류원(Ip2)에 연결되는 콜렉터, 온도가변 전압이 인가되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 포함할 수 있다. 제2 BJT(Q2)는 제1 BJT(Q1)와 동일한 공정으로 제조되어, 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)과 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)은 동일한 산포를 가질 수 있다. 그리고 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)과 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)은 트랜지스터 특성상 온도 상승에 따라 동일한 하강 비율로 감소할 수 있다.
더하여, 비교부(121)는 온도가 변화하는 경우에도 일정한 전압레벨을 출력하는 밴드갭(bandgap) 회로(123)를 더 포함할 수 있다.
밴드갭 회로(123)는 제2 BJT(Q2)의 이미터와 접지 사이에 연결되어, 상온에서 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)이 온도가변 전압(Va) 보다 높은 값을 유지하도록 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)를 조절할 수 있다.
온도가변 전압이 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2) 미만인 경우, 제2 BJT(Q2)의 콜렉터와 연결되는 노드에는 하이 레벨 전압이 인가되고, 온도가변 전압이 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2) 이상인 경우 제2 BJT(Q2)의 콜렉터와 연결되는 노드에는 로우 레벨 전압이 인가될 수 있다. 즉, 비교부(121)는 온도가변 전압과 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)를 비교하여 비교결과에 따라 하이/로우 레벨의 출력을 생성할 수 있다.
반전부(122)는 비교부(121)의 비교결과를 반전하여 과열방지 신호(Ttsd)를 출력단(OUT)으로 출력할 수 있다. 구체적으로 반전부(122)는 제2 온도비례 전류원(Ip2) 및 제2 BJT(Q2)의 콜렉터의 접속 노드에 연결되는 게이트, 구동전원이 인가되는 소스, 과열방지 신호를 출력하는 출력단자와 연결되는 드레인을 구비하는 P채널 전계 효과 트랜지스터 및 드레인과 접지 사이에 연결되는 정전류원을 포함할 수 있다. 제2 BJT(Q2)에서 로우 레벨 전압이 인가되는 경우에 P채널 전계 효과 트랜지스터는 턴 온 되어 출력단자로 과열방지 신호(Stsd)가 출력될 수 있다.
도 8은 도 6의 과열보호 회로(10)의 온도상승에 따른 과열방지 신호(Stsd)의 생성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8(a)에서 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)을 살펴보면, 제1 BJT(Q1)와 제2 BJT(Q2)는 동일한 공정으로 제조되어 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2) 은 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)이 가지는 산포와 동일한 산포를 가지고 있는 것을 알 수 있다.
도 8(a)(b)를 참조하면, 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)이 산포를 가지고 있음에도 불구하고, 이러한 산포는 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)에 의해 상쇄되어 온도가변 전압(Ttsd)은 언제나 과열방지 온도(Ttsd)에서 제2 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)과 교차하여 과열 방지 신호(Stsd)를 생성하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 제2 BJT(Q2)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe2)의 산포를 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)의 산포로 보정함으로써, 과열보호 회로(10)의 신뢰성 있는 동작을 수행할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시예인 과열보호 회로(20)를 나타낸 회로도이다. 본 발명의 과열보호 회로(20)는 온도가변 전압 생성부(210), 기준전압 생성부(220) 및 과열방지 신호 생성부(230)를 포함할 수 있다.
도 9의 온도가변 전압 생성부(210)는 도 6의 온도가변 전압 생성부(110)와 구성 및 기능이 유사하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
기준전압 생성부(220)는 제3 온도비례 전류원(Ip3) 제3 BJT(Q3)를 포함할 수 있으며, 구체적으로 제3 온도비례 전류원(Ip3)은 구동 전원(Vcc)과 연결되어 온도 상승에 따라 전류량이 증가하는 온도 비례 전류를 제3 BJT(Q3)의 콜렉터로 출력할 수 있다. 이 때, 제3 온도비례 전류원(Ip3)은 제1 온도비례 전류원(Ip1)과 동일한 전류를 생성할 수 있다. 즉, 제1 온도비례 전류원(Ip1) 및 제3 온도비례 전류원(Ip3)은 동일한 온도에서 동일한 전류를 생성하는 것이 가능하다.
제3 BJT(Q3)는 제3 온도비례 전류원(Ip3)에 연결되는 콜렉터, 콜렉터와 연결되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 포함할 수 있다. 제3 BJT(Q3)는 제1 BJT(Q1)와 동일한 공정으로 제조되어, 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)과 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)은 동일한 산포를 가질 수 있다. 그리고 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)과 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)은 트랜지스터 특성상 온도 상승에 따라 동일한 하강 비율로 감소할 수 있다.
더하여, 기준전압 생성부(220)는 온도가 변화하는 경우에도 일정한 전압레벨을 출력하는 밴드갭(bandgap) 회로(221)를 더 포함할 수 있다.
밴드갭 회로(221)는 제3 BJT(Q3)의 이미터와 접지 사이에 연결되어, 상온에서 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)이 온도가변 전압(Va) 보다 높은 값을 유지하도록 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)를 조절하여 Vc 전압을 생성할 수 있다. 이 때, Vc 전압은 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)이 상온에서 온도가변 전압(Va) 보다 높은 값을 유지하도록 일정레벨 이동한 것에 불과하여 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)가 갖는 산포를 그대로 가질 수 있다.
과열방지 신호 생성부(230)는 온도가변 전압 및 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)를 비교하여 비교결과에 따라 과열방지 신호(Stsd)를 출력단(OUT)으로 출력할 수 있다. 구체적으로 온도가변 전압이 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)를 비교하여 온도가변 전압이 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3) 이상이 되는 경우 과열방지 신호(Stsd)를 출력할 수 있다.
과열방지 신호 생성부(230)는 온도가변 전압이 인가되는 비반전단, 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)이 인가되는 반전단 및 과열방지 신호(Stsd)가 출력되는 출력단을 포함하는 비교기(231)로 구성될 수 있다.
도 10은 도 9의 과열보호 회로(20)의 온도상승에 따른 과열방지 신호(Stsd)의 생성을 설명하기 위한 그래프이다.
제1 BJT(Q1)와 제3 BJT(Q3)는 동일한 공정으로 제조되어 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3) 은 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)이 가지는 산포와 동일한 산포를 가지고 있다. 이에 따라 전압 Vc 역시 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)이 가지는 산포를 그대로 가지고 있는 것을 알 수 있다.
도 10(a)(b)를 참조하면, 전압 Vc가 산포를 가지고 있음에도 불구하고, 이러한 산포는 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)에 의해 상쇄되어 온도가변 전압(Va)은 언제나 과열방지 온도(Ttsd)에서 전압 Vc에서 교차하여 과열 방지 신호(Stsd)를 생성하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 제3 BJT(Q3)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe3)의 산포를 제1 BJT(Q1)의 베이스-이미터 간 전압(Vbe1)의 산포로 보정함으로써, 과열보호 회로의 신뢰성 있는 동작을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110, 210 : 온도가변 전압 생성부
111 : 온도비례 전압 생성부
112 : 산포 보정부
120, 230 : 과열방지 신호 생성부
121 : 비교부
122 : 반전부
123, 221 : 밴드갭 회로
220 : 기준전압 생성부
231 : 비교기

Claims (20)

  1. 온도 상승에 따라 증가하는 온도비례 전압과 온도 상승에 따라 감소하는 제1 턴 온 전압을 더하여 온도가변 전압을 생성하는 온도가변 전압 생성부; 및
    상기 온도가변 전압 및 온도 상승에 따라 감소하는 제2 턴 온 전압을 비교하여 과열방지 신호를 생성하는 과열방지 신호 생성부; 를 포함하며,
    상기 제1 턴 온 전압 및 상기 제2 턴 온 전압의 산포는 서로 동일한 과열보호 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도비례 전압의 온도 상승에 따른 상승 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율 보다 높은 과열보호 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 온도가변 전압 생성부는,
    온도 상승에 따라 전류량이 증가하는 온도비례 전류를 검출하여 상기 온도비례 전압을 생성하는 온도비례 전압 생성부; 및
    상기 제2 턴 온 전압의 산포를 보정하기 위한 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 산포 보정부; 를 포함하는 과열보호 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 온도비례 전압 생성부는,
    상기 온도비례 전류를 출력하는 제1 온도비례 전류원; 및
    상기 온도비례 전류를 온도비레 전압으로 검출하는 제1 저항; 을 포함하는 과열보호 회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 산포 보정부는,
    상기 온도비례 전압 생성부에 연결되는 콜렉터, 상기 콜렉터와 연결되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제1 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함하고,
    상기 제1 BJT는 상기 제1 BJT의 이미터 및 상기 제1 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율과 동일한 과열보호 회로.
  7. 제4항에 있어서, 상기 과열방지 신호 생성부는,
    상기 온도가변 전압 및 상기 제2 턴 온 전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교결과에 따라 상기 과열방지 신호를 생성하는 반전부; 를 포함하는 과열보호 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 비교부는,
    상기 제1 온도비례 전류원과 동일한 전류량을 생성하는 제2 온도비례 전류원; 및
    상기 제2 온도비례 전류원에 연결되는 콜렉터, 상기 온도가변 전압이 인가되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제2 BJT; 를 포함하고,
    상기 제2 BJT는 상기 제2 BJT의 이미터 및 상기 제2 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제2 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 비교부는,
    상기 제2 BJT의 이미터와 접지 사이에 연결되어 상기 제2 턴 온 전압을 조절하는 밴드 갭 회로를 더 포함하는 과열보호 회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 반전부는,
    상기 제2 온도비례 전류원 및 상기 제2 BJT의 콜렉터의 접속 노드에 연결되는 게이트, 구동전원이 인가되는 소스, 상기 과열방지 신호를 출력하는 출력단자와 연결되는 드레인을 구비하는 P채널 전계 효과 트랜지스터; 및
    상기 드레인과 접지 사이에 연결되는 정전류원을 포함하는 과열보호 회로.
  11. 온도 상승에 따라 증가하는 온도비례 전압과 온도 상승에 따라 감소하는 제1 턴 온 전압을 더하여 온도가변 전압을 생성하는 온도가변 전압 생성부;
    온도 상승에 따라 감소하는 제3 턴 온 전압을 기준 전압으로 제공하는 기준전압 생성부; 및
    상기 온도가변 전압 및 상기 기준 전압을 비교하여 과열방지 신호를 생성하는 과열방지 신호 생성부; 를 포함하고,
    상기 제1 턴 온 전압 및 상기 제3 턴 온 전압의 산포는 서로 동일한 과열보호 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도비례 전압의 온도 상승에 따른 상승 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율 보다 높은 과열보호 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 온도가변 전압 생성부는,
    온도 상승에 따라 전류량이 증가하는 온도비례 전류를 검출하여 상기 온도비례 전압을 생성하는 온도비례 전압 생성부; 및
    상기 제3 턴 온 전압의 산포를 보정하기 위한 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 산포 보정부; 를 포함하는 과열보호 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 온도비례 전압 생성부는,
    상기 온도비례 전류를 출력하는 제1 온도비례 전류원; 및
    상기 온도비례 전류를 온도비레 전압으로 검출하는 제1 저항; 을 포함하는 과열보호 회로.
  15. 제13항에 있어서, 상기 산포 보정부는,
    상기 온도비례 전압 생성부에 연결되는 콜렉터, 상기 콜렉터와 연결되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제1 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함하고,
    상기 제1 BJT는 상기 제1 BJT의 이미터 및 상기 제1 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제1 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제3 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율은 상기 제1 턴 온 전압의 온도 상승에 따른 하강 비율과 동일한 과열보호 회로.
  17. 제14항에 있어서, 상기 기준전압 생성부는,
    상기 제1 온도비례 전류원과 동일한 전류량을 생성하는 제3 온도비례 전류원; 및
    상기 제3 온도비례 전류원에 연결되는 콜렉터, 상기 콜렉터와 연결되는 베이스 및 접지와 연결되는 이미터를 구비하는 제3 BJT를 포함하고,
    상기 제3 BJT는 상기 제3 BJT의 이미터 및 상기 제3 BJT의 베이스 간 전압에 따라 상기 제3 턴 온 전압을 제공하는 과열보호 회로.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기준전압 생성부는,
    상기 제3 BJT의 이미터와 접지 사이에 연결되어 상기 제3 턴 온 전압을 조절하는 밴드 갭 회로를 더 포함하는 과열보호 회로.
  19. 제11항에 있어서, 상기 과열방지 신호 생성부는,
    상기 제1 턴 온 전압이 상기 제3 턴 온 전압 이상이 되는 경우 상기 과열 방지 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 과열보호 회로.
  20. 제19항에 있어서, 상기 비교기는,
    상기 온도가변 전압이 인가되는 비반전단, 상기 제3 턴 온 전압이 인가되는 반전단 및 상기 과열 방지 신호가 출력되는 출력단을 포함하는 과열보호 회로.
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