KR930006304B1 - 온도검출회로 - Google Patents

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KR930006304B1
KR930006304B1 KR1019910008153A KR910008153A KR930006304B1 KR 930006304 B1 KR930006304 B1 KR 930006304B1 KR 1019910008153 A KR1019910008153 A KR 1019910008153A KR 910008153 A KR910008153 A KR 910008153A KR 930006304 B1 KR930006304 B1 KR 930006304B1
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Abstract

내용 없음.

Description

온도검출회로
제1도는 본 발명에 따른 온도검출회로의 1실시예를 나타낸 회로도.
제2도는 제1도의 회로의 온도검출 특성을 나타낸 특성도.
제3도는 종래의 온도검출회로를 나타낸 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 밴드갭형 전압원의 바이어스전류원
12 : 차동증폭회로의 바이어스전류원
Q1~Q4: 밴드갭형 전압원의 트랜지스터
Q5,Q6: 전압비교용 전류미러회로의 트랜지스터
Q7: 스위치용 트랜지스터 Q8,Q9: 전류설정용 트랜지스터
Q10,Q11: 차동증폭회로용 트랜지스터
R1~R3: 밴드갭형 전압원의 전류설정용 저항
R4: 히스테리시스폭 설정용 저항 R5: 보호동작 온도설정용 저항
[산업상의 이용분야]
본 발명은 반도체 집적회로에 형성되는 온도검출회로에 관한 것으로, 특히 소비전려이 큰 회로에 사용되는 온도검출회로에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
일반적으로, 음향용 전력증폭회로나 모터구동회로 등과 같은 소비전력이 큰 회로를 집적회로화 시키는 경우에는 회로전체가 직접 가열되기 때문에, 개별 반도체소자를 사용하는 경우보다 열에 대한 고려가 필요하게 된다. 그래서, 집적회로의 외위기의 저저항화나 방열판의 사용 등과 같은 고려와 더불어 이상한 고온상태에서는 회로소자를 차단제어하여 집적회로 자체를 보호하기 위해 온도검출 회로를 사용한 열차단회로를 내장시키고 있다.
제3도는 집적회로화된 음향용 전력증폭회로에 가장 널리 사용되고 있는 종래이 열차단회로를 나타낸 것으로, Vcc전원과 접지전위(GND)간에 저항(R1) 및 제너다이오드(Z1)가 직렬로 접속되고, 이 저항(R1) 및 제너다이오드(Z1)의 직렬접속점에 NPN 트랜지스터(Q1)의 베이스가 접속되며, 이 트랜지스터(Q1)의 콜렉터는 Vcc전원에 접속되고, 이 트랜지스터(Q1)의 에미터와 GND간에 저항 R2및 R3가 직렬로 접속되며, 이 저항 R2및 R3의 직렬접속점에 스위칭용 NPN 트랜지스터(Q2)의 베이스가 접속되고, 이 트랜지스터(Q2)의 에미터는 GND에 접속되며, 이 트랜지스터(Q2)의 콜렉터로 부터 차단제어 신호가 출력되도록 구성되어 있다. 여기서, 저항(R1)은 제너다이오드(Z1)의 바이어스 전압을 결정하기 위해 설치되고, 검출온도를 설정하기 위한 저항 R2및 R3는 동일종류의 저항으로서 그 저항비가 거의 일정하게 되도록 특성의 폐어성(pair性)을 고려해서 설계되어 있다.
상기 제3도의 회로의 동작은 잘 알려져 있는 바와같이 제너다이오드(Z1)의 제너전압[VZ; 정(正)의 온도특성을 갖는다] 및 바이폴라트랜지스터 Q1및 Q2의 베이스·에미터간 전압 VF1및 VF2의 온도특성[부(負)의 온도특성을 갖는다]을 이용해서 온도검출을 행하여 이상한 고온상태를 검출하게 되면 차단제어 신호출력을 온상태로 하게 된다. 즉, 상온시에는 제너전압(VZ)과 트랜지스터(Q1)의 VF1, 저항 R2및 R3의 저항비로 결정되는 트랜지스터(Q2)의 베이스전위가 트랜지스터(Q2)의 베이스·에미터간 전압(VF2) 이하로 되도록 설정되게 되므로 트랜지스터(Q2)는 오프상태로 되어 그 차단제어 신호출력이 오프상태로 되게 된다. 그에 반해, 집적회로의 칩온도가 상승하면 저항 R2및 R3는 동일종류의 저항이기 때문에 각각의 값이 온도에 따라 변화하더라도 그 저항비는 변화하지 않게 되지만, 제너전압(VZ)이 높아짐과 더불어 트랜지스터(Q1)의 베이스·에미터간 전압(VF1)이 저하하여 트랜지스터(Q1)의 에미터전위가 상승하게 된다. 그에 따라, 트래지스터(Q2)의 베이스전위도 상승하게 되지만, 트랜지스터(Q2)가 온상태로 되는데 필요한 베이스·에미터간 전압(VF2)이 저하하게 되므로 임의의 설정온도를 넘는 시점에서 트랜지스터(Q2)가 온상태(경우에 따라서는 포화상태)로 되어 그 차단제어 신호출력이 온상태로 되게 된다.
상기한 바와같은 종래의 열차단회로는, 설정온도를 넘는 시점에서 차단제어 신호출력이 온상태로 되어 전력증폭회로를 차단제어한 후, 온도가 하강하여 설정온도를하회하게 되면 차단제어 신호출력이 다시 오프상태로 되돌아가게 되므로, 전력증폭회로에 대한 보호동작이 정지되어 즉석에서 전력증폭 회로의 동작으로 복귀하게 된다. 따라서, 이와같은 전력증폭회로의 보호동작 및 복귀동작의 반복시에는 설정온도 부근의 고온을 유지한 채 발진상태로 되게 된다.
그러나 이와같이 발진상태로 되면 주변회로에 악영향을 미치는 경우가 있고, 더욱이 고온을 유지한 상태의 보호상태는 집적회로에 있어서 바람직하지 못하다.
또, 상기 제너전압(VZ)이 변동하게 되면 트랜지스터(Q2)의 베이스전위가 변동하게 되므로, 보호동작의 설정온도가 변동하게 된다.
상기한 바와같이 종래의 열차단회로는 보호대상으로 되는 발열회로의 보호동작 및 복귀동작의 반복시에 집적회로칩이 설정온도 부근의 고온을 유지한 채 발진상태로 되고, 또 사용하는 제너다이오드의 제너전압이 변동하게 되면 보호동작의 설정온도가 변도하게 되는 문제점이 있다.
[발명의 목적]
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 사용하는 소자의 특성의 변동에 따른 온도검출 설정온도의 변동이 적고, 온도상승시의 설정온도와 온도저하시의 설정온도를 변화시킴으로써 동일 집적회로침상의 발열회로의 보호동작 및 복귀동작의 반복시에 칩이 고온측 설정온도 부근의 고온을 유지한 채 발진상태로 되는 것을 방지할 수 있는 온도검출회로를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온도검출회로는, 밴드갭(band-gap)형 전압원의 밴드갭전압에 관계하는 正(정)의 온도계수를 갖는 전류를 공급하는 제1전류원과, 0 또는 負(부)의 온도계수를 갖는 전류를 공급하는 제2전류원 및, 이들 2개의 전류원의 전류량을 비교해서 전류량의 대소관계를 검출하는 비교회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
[작용]
상기와 같이 구성된 본 발명의 온도검출회로는, 밴드갭전압에 관계하는 정의 온도계수를 갖는 전류의 온도특성이 소자특성이 아니라 순수한 물리정수인 열전압(VT)의 온도특성에 의존한다는 사실을 이용해서 온도검출을 행하도록 되어 있으므로, 소자특성의 변동에 따른 온도검출 설정온도의 변동이 적어지게 된다.
또, 이 온도검출회로를 사용해서 열차단회로를 구성하는 경우, 상기 2개의 전류원의 전류량이 소정치로 된 때를 검출해서 제2전류원의 전류량을 변화시킴으로써, 동일 집적회로칩상의 발열회로의 보호상태와 복귀동작의 경계조건을 변화시켜, 소위히스테리시스 동작을 행하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 집적회로칩의 저온으로 부터 고온으로의 이동시에 고온측의 설정온도를 넘는 시점을 검출해서 발열회로를 차단제어한 후, 고온으로 부터 저온으로의 이동시에는 상기 고온측의 설정온도보다 충분히 낮은 저온측의 설정온도보다 저하한 시점을 검출해서 보호동작을 해제하는 것이 가능하게 되므로, 발열회로에 대한 보호동작 및 복귀동작의 반복시에 집적회로칩이 고온측 설정온도 부근의 고온을 유지한 채 발진상태로 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
[실시예]
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 1실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 집적회로화된 음향용 전력증폭회로에 사용되는 온도검출회로를 사용한 열차단회로를 나타낸 것으로, 도면에서 NPN 트랜지스터(Q1)는 콜렉터·베이스 상호가 접속되고, 에미터가 GND에 접속되어 있다. 그리고, NPN 트랜지스터(Q2)는 베이스가 상기 NPN 트랜지스터(Q1)의 베이스에 접속되고, 에미터가 저항(R1)을 매개해서 GND에 접속되어 있다. 상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 에미터 면적비는 1 : N(정의계수)으로 되도록 형성되고, 이 트랜지스터(Q1,Q2)의 각 콜렉터는 대응되게 저항(R1,R2)을 매개해서 일괄접속되며, 이 일괄접속점에 NPN 트랜지스터(Q3)의 에미터가 접속되어 있다.또, 상기 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에는 NPN 트랜지스터(Q4)의 베이스가 접속되고, 이 트랜지스터(Q4)의 에미터는 GND에 접속되어 있다.
그리고, Vcc전원과 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터가에는 바이어스전류(I1)를 흐르게 하기 위한 바이어스 전류원(11)이 접속되어 있다. 더욱이, PNP 트랜지스터(Q5,Q6,Q7)의 각 에미터가 Vcc전원에 접속되고, 트랜지스터(Q6)의 콜렉터는 상기 트랜지스터(Q3)의 콜렉터가 접속됨과 더불어 스위칭용 트랜지스터(Q7)의 베이스에 접속되어 있다. 상기 트랜지스터(Q5)는 베이스·콜렉터 상호가 접속되고, 이 베이스·콜렉터 상호의 접속점에 NPN 트랜지스터(Q8,Q9)의 각 콜렉터가 접속되어 있다. 이 트랜지스터(Q8,Q9)의 각 에미터와 GND간에 각각 대응되게 저항(R4,R5)이 접속되어 있다. 더욱이, NPN 트랜지스터(Q10,Q11)의 각 에미터가 공통접속되고, 이 에미터 공통접속점과 GND간에는 바이어스전류(I2)를 흐르게 하기 위한 바이어스 전류원(12)이 접속되어 있다. 상기 트랜지스터(Q10)의 콜렉터는 Vcc전원에 접속되고, 베이스는 상기 트랜지스터(Q8)의 에미터 및 트랜지스터(Q7)의 콜렉터에 접속되며, 상기 트랜지스터(Q11), 상기 트랜지스터(Q3,Q8,Q9)의 각 베이스는 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터에 접속되어 있다. 그리고, 상기 트랜지스터(Q11)의 콜렉터는 동일집적 회로칩상의 음향용 전력증폭회로(도시하지 않음)의 바이어스회로의 전류원으로 되어 있다.
상기 열차단회로에 있어서, 트랜지스터(Q3)는 밴드갭 전압에 관계하는 정의 온도계수를 갖는 전류를 공급하는 제1전류원을 형성하고 있고, 트랜지스터(Q8,Q9)는 0 또는 부의 온도계수를 갖는 전류를 공급하는 제2전류원을 형성하고 있으며, 트랜지스터(Q5~Q7,Q10,Q11)는 상기 2개의 전류원의 전류량을 비교해서 전류량의 대소관계를 검출하는 비교회로를 형성하고 있다.
즉, 트랜지스터(Q1~Q4), 저항(R1~R4) 및 바이어스 전류원(11)은 밴드갭형 전압원을 구성하고 있고, 트랜지스터(Q3)의 에미터전위(VBG)가 온도특성을 갖지 않는 전압으로 되도록 각 트랜지스터의 사이즈, 저항치, 전압치가 설정되어 있다. 여기서, 저항(R2,R3)에 각각 흐르는 전류(IBG)는,
IBG=VT·ln N/R1…………………………………………………(1)
이고, 트랜지스터(Q3)에 흐르는 전류(I3)는,
I3=2·IBG·(2·VT·ln N/R1)…………………………………(2)
로 된다.
한편, 트랜지스터(Q5)로 흐르는 전류(I5)는,
I5=VBG/R4+VBG/R5…………………………………………………(3)
로 된다. 또, 상기 트랜지스터(Q5)에 전류미러 접속되어 있는 트랜지스터(Q6)에도 상기 전류(I5)에 상당하는 전류(I6)가 흐른다.
상기한 전류(I3)는 정의 온도계수를 갖고, I5(=I6)는 0 또는 부의 온도특성을 갖고 있지만, 상온에서는
I3＜I5(=I6)………………………………………………………(4)
이고, 또 희망하는 설정온도 이상에서는
I3≥I5(=I6)………………………………………………………(5)
로 되도록 저항(R4) 및 저항(R5)의 값을 설정해 놓는다.
따라서, 상온에서는 I3＜I5로 되므로, 트랜지스터(Q7)의 전류를 인장(引張)하게 되어 트랜지스터(Q10)의 베이스전위가 상승하게 된다. 여기서, 트랜지스터(Q10,Q11)는 차동증폭기를 구성하고 있으므로, 상온에서는 트랜지스터(Q11,Q10)의 베이스 전압간에는 트랜지스터(Q8)가 오프상태, 트랜지스터(Q11)가 온상태(차단제어 신호출력이 온상태)로 되어 전력증폭회로는 통상 동작상태로 되게 된다.
그에 반해, 설정온도 이상으로 되면 I3≥I5로 되므로, 트랜지스터(Q7)가 오프상태, 트랜지스터(Q10)가 온상태, 트랜지스터(Q11)가 오프상태(차단제어 신호출력이 오프상태)로 반전되어 전력증폭 회로는 비동작상태(보호상태)로 되게 된다. 이때, 트랜지스터(Q8)의 베이스·에미터간 전압(VF8)이 역전되어 트랜지스터(Q8)가 오프상태로 되므로, 그 양만큼 상기 전류(I5)는 더욱 더 감소하게 된다. 그에 따라, 고온으로 부터 저온으로의 이동시에는 고온측의 설정온도보다 충분히 낮은 저온측의 설정온도보다 저하한 시점에서 차단제어 신호출력이 다시 온상태로 되어 보호동작을 해제하게 된다.
제2도는 반도체칩의 PN 접합온도(Tj)와 전력증폭회로의 동작상태의 관계를 나타낸 것이다. 즉, 상기 열차단회로에 의하면, 상기 2개의 전류(I3,I5)의 전류량이 소정의 값으로 된 때를 검출해서 한쪽의 전류(I5)의 전류량을 변화시킴으로써, 전력증폭 회로의 보호동작가 복귀동작의 경계조건을 변화시켜 온도에 대한 히스테리시스 특성을 갖게하는 것이 가능하게 된다. 그에 따라, 집적회로칩의 저온으로 부터 고온으로의 이동시에 고온측의 설정온도(T1; 예컨대 150℃)를 넘는 시점에서 차단제어 신호출력이 오프상태로 되어 전력증폭회로를 차단제어한 후, 고온으로 부터 저온으로의 설정온도보다 충분히 낮은 저온측의 설정온도(T2; 예컨대 100℃)보다 저하한 시점에서 차단제어 신호출력이 다시 온상태로 되어 보호동작을 해제하고 본래의 통상동작 상태로 복귀하는 것이 가능하게 된다. 한편 히스테리시스 특성의 히스테리시스폭은 상기 저항(R4)의 값의 조정에 의해 간단하게 설정할 수 있게 된다.
따라서, 전력증폭 회로에 대한 보호동작 및 복귀동작의 반복시에 집적회로칩이 고온측 설정온도 부근의 고온을 유지한채 발진상태로 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또, 상기 열차단회로의 온도특성은 열전압(VT)의 온도특성 및 저항(R4,R5)의 온도특성으로 부터 결정되기 때문에, 보호동작 및 보호동작 해제온도에 대한 소자특성의 변동에 따른 영향이 극히 적어지게 된다.
[발명의 효과]
상술한 바와같이 본 발명의 온도검출회로에 의하면, 사용하는 소자의 특성의 변동에 따른 온도검출 설정온도의 변동이 적고, 게다가 온도상승시의 설정온도와 온도저하시의 설정온도를 변화시킴으로써, 동일 집적회로칩상의 발열회로의 보호동작 및 복귀동작의 반복시에 칩이 고온측 설정온도 부근의 고온을 유지한 채 발진상태로 되는 것을 방지할 수 있는 열차단 회로를 실현할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 온도검출회로는 음향용 전력증폭회로나 모터구동회로 등과 같은 소비전력이 큰 회로를 집적회로화 시키는 경우에 적용하는 것이 대단히 유효하다.

Claims (2)

  1. 밴드갭형 전압원의 밴드갭 전압에 관계하는 정(正)의 온도계수를 갖는 전류를 공급하는 제1전류원(Q3)과, 0 또는 부(負)의 온도계수를 갖는 전류를 공급하는 제2전류원(Q8,Q9) 및, 이들 2개의 전류원의 전류량을 비교해서 전류량의 대소관계를 검출하는 비교회로(Q5~Q7,Q10,Q11)를 구비한 것을 특징으로 하는 온도검출회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비교회로(Q5~Q7,Q10,Q11)는 2개의 전류원의 전류량이 소정의 값으로 된 때를 검출해서 상기 제2전류원(Q8,Q9)의 전류량을 변화시키도록 된 것을 특징으로 하는 온도검출회로.
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