TWI483502B - 過溫度保護電路 - Google Patents

Description

過溫度保護電路

本發明係關於一種過溫度保護電路，且特別是有關於一種具有遲滯比較器之過溫度保護電路。

一有經驗之電路設計者均會知悉，當在設計電源供應器時，必須考慮電流之計算以及電流之控制，來增進電路之效率。其中常在一電源供應器中加入一過溫度保護電路，來對此電源供應器進行電流限制或過載保護。

傳統之過溫度保護電路包括有一過載計算元件以及一溫度計算元件。然而，如此之電路架構有一最主要缺點，那就是當進行電路之過載和過溫度保護時，必須由不同之元件，過載計算元件和溫度計算元件，來分別進行過載計算和過溫度計算。也就是說，傳統之過溫度保護電路設計必須使用許多之比較電路單元，藉以確認是否發生過載或過溫度情況，以致於造成傳統過溫度保護電路之體積無法下降。

本發明提供一種過溫度保護電路。此過溫度保護電路具有一參考電路以及一遲滯比較器。參考電路用以產生一參考電壓以及一可變電壓。此可變電壓可隨溫度變化。遲滯比較器用以將此可變電壓和參考電壓進行比較藉以輸出一電源下降信號。

依據本發明一實施例，遲滯比較器更包括一偏壓電流單元、一切換單元、一電流汲取單元以及一訊號輸出單元。其中偏壓電流單元用以產生一固定電流。切換單元用以耦接此偏壓電流單元。切換單元包括一第一電流路徑和一第二電流路徑。切換單元可接收此參考電壓以及此可變電壓，藉以在此第一電流路徑和第二電流路徑中安排此固定電流。電流汲取單元耦接此切換單元。電流汲取單元汲取電流到此第一電流路徑和第二電流路徑中。訊號輸出單元耦接此電流汲取單元，來輸出此電源下降信號。

依據本發明另一實施例，切換單元更包括一第一電晶體以及一第二電晶體。第一電晶體接收此可變電壓來控制流經第一電流路徑中之電流。第二電晶體接收此參考電壓來控制流經第二電流路徑中之電流。

依據本發明另一實施例，電流汲取單元更包括一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體以及一第六電晶體。第三電晶體和第四電晶體形成一電流鏡架構。第三電晶體與第一電流路徑耦接。第四電晶體與第二電流路徑耦接。第五電晶體以及第六電晶體形成一電流鏡架構。第五電晶體與第一電流路徑耦接。第六電晶體與第二電流路徑耦接。其中第四電晶體之長/寬比大於第三電晶體之長/寬比。第六電晶體之長/寬比大於第五電晶體之長/寬比。

依據本發明另一實施例，訊號輸出單元更包括一第七電晶體、一第八電晶體、一第九電晶體以及一第十電晶體。第八電晶體和第七電晶體形成一電流鏡架構。第九電晶體之汲極耦接第七電晶體，以及第九電晶體之閘極耦接第二 電流路徑。第十電晶體之汲極耦接第八電晶體，以及第十電晶體之閘極耦接第一電流路徑。

依據本發明又一實施例，電流汲取單元更包括一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體以及一第六電晶體。第三電晶體之閘極和第三電晶體之汲極以及第一電流路徑耦接。第四電晶體之閘極和第四電晶體之汲極以及與第二電流路徑耦接。第五電晶體之閘極和第四電晶體之閘極和訊號輸出單元耦接。第六電晶體連接於第四電晶體之閘極和第五電晶體之汲極間，且第六電晶體之閘極和訊號輸出單元耦接。

依據本發明又一實施例，訊號輸出單元更包括一第七電晶體、一第八電晶體、一第九電晶體以及一第十電晶體。第八電晶體和第七電晶體形成一電流鏡架構。第九電晶體之汲極耦接第七電晶體以及第六電晶體閘極。第九電晶體之閘極和第五電晶體之閘極以及第四電晶體之閘極耦接。第十電晶體之汲極耦接第八電晶體。第十電晶體之閘極耦接第三電晶體之閘極。

依據本發明又一實施例，參考電路為一帶隙參考電壓電路(band gap reference circuit)。操考電路包括一操作放大器、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一電阻、一分壓器、一第一二極體、一第二二極體以及一第三二極體。第一電晶體之閘極耦接操作放大器之輸出端，第一電晶體之源極耦接一電源供應器，第一電晶體之汲極耦接操作放大器之正輸入端。第二電晶體之閘極耦接操作放大器之輸出端，第二電晶體之源極耦接此電源供應器，第 二電晶體之汲極耦接操作放大器之負輸入端。第三電晶體之閘極耦接操作放大器之輸出端，第三電晶體之源極耦接此電源供應器。電阻之第一端耦接操作放大器之正輸入端。分壓器之第一端耦接第三電晶體之汲極，用以產生參考電壓。第一二極體之第一端耦接電阻之第二端，第一二極體之第二端接地。第二二極體之第一端耦接操作放大器之負輸入端，用以產生可變電壓，第二二極體之第二端接地。第三二極體之第一端耦接第三電晶體之汲極，第三二極體之第二端接地。其中，第一電晶體、第二電晶體和第三電晶體為P型金氧半電晶體。第一二極體、第二二極體以及第三二極體均為PNP型之雙極性接面電晶體，且其中之集極端與基極端耦接。

以下為本發明較佳具體實施例以所附圖示加以詳細說明，下列之說明及圖示使用相同之參考數字以表示相同或類似元件，並且在重複描述相同或類似元件時則予省略。

第1圖所示為根據本發明一實施例之過溫度保護電路之概略圖。此過溫度保護電路100具有一參考電路101以及一遲滯比較器102。其中，參考電路101係用以產生一參考電壓VBG以及一可變電壓VN。此可變電壓VN可隨溫度變化。此可變電壓VN和參考電壓VBG被傳送至遲滯比較器102，由遲滯比較器102將此可變電壓VN和參考電壓VBG進行比較藉以輸出一電源下降信號，來限制一電源供應器之輸出電流，藉此防止過溫度之情況發生。

依據本發明一實施例，參考電路101為一帶隙參考電壓電路(band gap reference circuit)。第2圖所示為根據本發明一實施例之參考電路101之概略圖示。操考電路101包括一操作放大器1011、一第一電晶體1012、一第二電晶體1013、一第三電晶體1014、一電阻1015、一分壓器1016、一第一二極體1017、一第二二極體1018以及一第三二極體1019。

第一電晶體1012之閘極耦接操作放大器1011之輸出端，第一電晶體1012之源極耦接一電源供應器VDD，第一電晶體1012之汲極耦接操作放大器1011之正輸入端(+)。第二電晶體1013之閘極耦接操作放大器1011之輸出端，第二電晶體1013之源極耦接此電源供應器VDD，第二電晶體1013之汲極耦接操作放大器1011之負輸入端(-)。第三電晶體1014之閘極耦接操作放大器1011之輸出端，第三電晶體1014之源極耦接此電源供應器VDD，第三電晶體1014之汲極耦接分壓器1016，用以產生參考電壓VBG。電阻1015之第一端耦接操作放大器1011之正輸入端(+)，電阻1015之第二端耦接第一二極體1017之第一端，第一二極體1017之第二端接地GND。第二二極體1018之第一端耦接操作放大器1011之負輸入端(-)，用以產生可變電壓VN，第二二極體1018之第二端接地GND。第三二極體1019之第一端耦接第三電晶體1014之汲極，第三二極體1019之第二端接地GND。其中，第一電晶體1012、第二電晶體1013和第三電晶體1014為P型金氧半電晶體。第一二極體1017、第二二極體1018以及第三二極體 1019均為PNP型之雙極性接面電晶體，且其中之集極端與基極端耦接。本發明之參考電路101係利用分壓器1016來降低輸出之可變電壓VBG。

第3圖所示為根據本發明一實施例之遲滯比較器102之概略圖示。遲滯比較器102包括有一偏壓電流單元201、一切換單元202、一電流汲取單元203以及一訊號輸出單元204。

其中偏壓電流單元201耦接切換單元202用以保持一固定電流I。切換單元202包括一第一電流路徑2023和一第二電流路徑2024，分別由一第一電晶體2021以及一第二電晶體2022所控制。第一電晶體2021之閘極作為遲滯比較器102之第一輸入(INN)，用以接收可變電壓VN。第二電晶體2022之閘極作為遲滯比較器102之第二輸入(INP)，用以接收參考電壓VBG。第一電晶體2021之汲極和第二電晶體2022之汲極彼此相接，並和偏壓電流單元201耦接。第一電晶體2021和第二電晶體2022根據參考電壓VBG以及可變電壓VN，來對應在此第一電流路徑2023和第二電流路徑2024中安排固定電流I。

電流汲取單元203耦接此切換單元202。電流汲取單元203用以汲取電流到此第一電流路徑2023和第二電流路徑2024中。依據本發明另一實施例，電流汲取單元203是由一第三電晶體2031、一第四電晶體2032、一第五電晶體2033以及一第六電晶體2034所組成。其中第三電晶體2031和第四電晶體2032形成一電流鏡架構。第三電晶體2031之汲極與第一電流路徑2023耦接。第四電晶體2032之汲 極與第二電流路徑2024耦接。第三電晶體2031之閘極與其汲極相接，並和第四電晶體2032之閘極相接，而和第四電晶體2032共同形成一電流鏡架構。其中第四電晶體2032之長/寬比大於第三電晶體2031之長/寬比。第五電晶體2033以及第六電晶體2034亦形成一電流鏡架構。第五電晶體2033之汲極與第一電流路徑2023耦接。第六電晶體2034之汲極與第二電流路徑2024耦接。第六電晶體2034之閘極與汲極相接，並和第五電晶體2033之閘極相接，而和第五電晶體2033共同形成一電流鏡架構。其中第六電晶體2034之長/寬比大於第五電晶體2033之長/寬比。

訊號輸出單元204耦接此電流汲取單元203來輸出此電源下降信號。訊號輸出單元204是由一第七電晶體2041、一第八電晶體2042、一第九電晶體2043以及一第十電晶體2044所組成。第八電晶體2042之閘極與汲極相接，並和第七電晶體2041之閘極相接，而和第七電晶體共同形成一電流鏡架構。第九電晶體2043之汲極耦接第七電晶體2041之汲極，以及第九電晶體2043之閘極耦接第二電流路徑2024。第十電晶體2044之汲極耦接第八電晶體2042之汲極，以及第十電晶體2044之閘極耦接第一電流路徑2023。在一實施例中，第一電晶體2021、第二電晶體2022、第七電晶體2041和第八電晶體2042為P型金氧半電晶體。第三電晶體2031、第四電晶體2032、第五電晶體2033、第六電晶體2034、第九電晶體2043和第十電晶體2044為N型金氧半電晶體。

當具有如上所述結構之電壓比較器在進行參考電壓 VBG和可變電壓VN之比較以輸出一低階信號或一高階信號，其操作流程如下所示。

首先，假如輸入此遲滯比較器102第一輸入(INN)處之可變電壓VN小於輸入此遲滯比較器102第二輸入(INP)處之參考電壓VBG時，流經第一電流路徑2023之電流會大於流經第二電流路徑2024之電流。大部分由偏壓電流單元201產生之定電流I將經由第一電晶體2021、第一電流路徑2023、第三電晶體2031以及第五電晶體2033而流入地。值得注意的是，因為電流鏡架構，因此流經第五電晶體2033之電流幾乎等於流經第六電晶體2034之電流。而幾乎無任何之電流經由第二電晶體2022、第二電流路徑2024、第四電晶體2032以及第六電晶體2034而流入地。值得注意的是，因為與第三電晶體2031形成電流鏡之架構，因此經由第二電晶體2022之大部分電流會流入第四電晶體2032。此時第五電晶體2033和第六電晶體2034所形成電流鏡架構之閘極電壓為低位準，依此，輸出點2045將輸出一高位準信號。

另一方面，假如輸入此遲滯比較器102第一輸入(INN)處之可變電壓VN大於輸入此遲滯比較器102第二輸入(INP)處之參考電壓VBG時，流經第二電晶體2022、第二電流路徑2024、第四電晶體2032以及第六電晶體2034而流入地之電流逐漸增加，當流經第四電晶體2032之電流對應流經第六電晶體2034之電流時，會造成比較器進行切換。而使得，流經第六電晶體2034之電流大於流經第四電晶體2032之電流。為了啟始此切換運作，之前為低位準狀 態之第五電晶體2033以及第六電晶體2034之閘電容，會在一特定時間周期Dt內被充電至高位準狀態。然後，此第九電晶體2043被開啟，以在輸出點2045處輸出一低位準信號。

第4圖所示為根據本發明另一實施例之遲滯比較器之概略圖示。遲滯比較器102包括有一偏壓電流單元301、一切換單元302、一電流汲取單元303以及一訊號輸出單元304。

其中偏壓電流單元301耦接切換單元302用以保持一固定電流I。切換單元302包括一第一電流路徑3023和一第二電流路徑3024，分別由一第一電晶體3021以及一第二電晶體3022所控制。第一電晶體3021之閘極作為遲滯比較器102之第一輸入(INN)，用以接收可變電壓VN。第二電晶體3022之閘極作為遲滯比較器102之第二輸入(INP)，用以接收參考電壓VBG。第一電晶體3021之汲極和第二電晶體3022之汲極彼此相接，並和偏壓電流單元301耦接。第一電晶體3021和第二電晶體3022根據參考電壓VBG以及可變電壓VN，來對應在此第一電流路徑3023和第二電流路徑3024中安排固定電流I。

電流汲取單元303耦接此切換單元302。電流汲取單元303用以汲取電流到此第一電流路徑3023和第二電流路徑3024中。依據本發明另一實施例，電流汲取單元303是由一第三電晶體3031、一第四電晶體3032、一第五電晶體3033以及一第六電晶體3034所組成。其中第三電晶體3031之汲極與第一電流路徑3023耦接。第四電晶體3032之汲 極與第二電流路徑3024耦接。第三電晶體3031之閘極與其汲極相接，並和訊號輸出單元304相接。第四電晶體3032之閘極與其汲極相接。第五電晶體3033之閘極與第四電晶體3032之閘極和訊號輸出單元304相接。第六電晶體3034連接於第四電晶體3032之閘極和第五電晶體2033之汲極間。第六電晶體3034之閘極和訊號輸出單元304相接。

訊號輸出單元304耦接此電流汲取單元303來輸出此電源下降信號。訊號輸出單元304是由一第七電晶體3041、一第八電晶體3042、一第九電晶體3043以及一第十電晶體3044所組成。第八電晶體3042之閘極與汲極相接，並和第七電晶體3041之閘極相接，而和第七電晶體3041共同形成一電流鏡架構。第九電晶體3043之汲極耦接第七電晶體3041之汲極以及第六電晶體3034之閘極，第九電晶體3043之閘極耦接第五電晶體3033之閘極和第四電晶體3032之閘極。第十電晶體3044之汲極耦接第八電晶體3042之汲極，以及第十電晶體3044之閘極耦接第三電晶體3031之閘極。在一實施例中，第一電晶體3021、第二電晶體3022、第七電晶體3041和第八電晶體3042為P型金氧半電晶體。第三電晶體3031、第四電晶體3032、第五電晶體3033、第六電晶體3034、第九電晶體3043和第十電晶體3044為N型金氧半電晶體。

首先，假如輸入此遲滯比較器102第一輸入(INN)處之可變電壓VN小於輸入此遲滯比較器102第二輸入(INP)處之參考電壓VBG時，流經第一電流路徑3023之電流會大於流經第二電流路徑3024之電流。大部分由偏壓電流單元 301產生之定電流I將經由第一電晶體3021、第一電流路徑3023以及第三電晶體3031而流入地。而流經第二電晶體3022、第二電流路徑3024以及第四電晶體3032入地之電流僅為一小部分或幾乎無任何之電流。此時第九電晶體3043之閘極電壓為低位準，依此，輸出點3045將輸出一高位準信號。

另一方面，假如輸入此遲滯比較器102第一輸入(INN)處之可變電壓VN大於輸入此遲滯比較器102第二輸入(INP)處之參考電壓VBG時，流經第二電晶體3022、第二電流路徑3024和第四電晶體3032而流入地之電流逐漸增加，當流經第二電晶體3022和第四電晶體3032之電流對應流經第二電晶體3022和第五電晶體2033之電流時，會造成比較器進行切換。為了啟始此切換運作，之前為低位準狀態之第五電晶體3033以及第四電晶體3032之閘電容，會在一特定時間周期Dt內被充電至高位準狀態。然後，此第九電晶體3043被開啟，以在輸出點3045處輸出一低位準信號。

綜合上述所言，本發明之過溫度保護電路是由一參考電路以及一遲滯比較器所組成，因此此過溫度保護電路之整體體積以及製造成本可大幅下降。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧過溫度保護電路

101‧‧‧參考電路

102‧‧‧遲滯比較器

VBG‧‧‧參考電壓

VN‧‧‧可變電壓

1011‧‧‧操作放大器

1015‧‧‧電阻

1016‧‧‧分壓器

1017‧‧‧第一二極體

1018‧‧‧第二二極體

1019‧‧‧第三二極體

301和201‧‧‧偏壓電流單元

302和202‧‧‧切換單元

303和203‧‧‧電流汲取單元

304和204‧‧‧訊號輸出單元

3023和2023‧‧‧第一電流路徑

3024和2024‧‧‧第二電流路徑

1012、3021和2021‧‧‧第一電晶體

1013、3022和2022‧‧‧第二電晶體

1014、3031和2031‧‧‧第三電晶體

3032和2032‧‧‧第四電晶體

3033和2033‧‧‧第五電晶體

3034和2034‧‧‧第六電晶體

3041和2041‧‧‧第七電晶體

3042和2042‧‧‧第八電晶體

3043和2043‧‧‧第九電晶體

3044和2044‧‧‧第十電晶體

3045和2045‧‧‧輸出點

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖所示為根據本發明一實施例之過溫度保護電路之概略圖。

第2圖所示為根據本發明一實施例之參考電路之概略圖示。

第3圖所示為根據本發明一實施例之遲滯比較器之概略圖示。

第4圖所示為根據本發明另一實施例之遲滯比較器之概略圖示。

100‧‧‧過溫度保護電路

101‧‧‧參考電路

102‧‧‧遲滯比較器

VBG‧‧‧參考電壓

VN‧‧‧可變電壓

Claims (11)

1. 一種過溫度保護電路，至少包括：一參考電路，用以產生一參考電壓以及一可變電壓，其中該可變電壓可隨溫度變化；以及一遲滯比較器，用以比較該可變電壓和該參考電壓以輸出一電源下降信號，其中該遲滯比較器更包括：一偏壓電流單元，用以產生一固定電流；一切換單元耦接該偏壓電流單元，其中該切換單元包括一第一電流路徑和一第二電流路徑，且該切換單元可根據該參考電壓以及該可變電壓，以在該第一電流路徑和該第二電流路徑中安排該固定電流；一電流汲取單元耦接該切換單元，其中該電流汲取單元汲取電流到該第一電流路徑和該第二電流路徑中；以及一訊號輸出單元，其中該訊號輸出單元耦接該電流汲取單元，來輸出該電源下降信號；其中該參考電路為一帶隙參考電壓電路(band gap reference circuit)，更包括：一操作放大器；一第十一電晶體，其中該第十一電晶體之閘極耦接該操作放大器之輸出端，該第十一電晶體之源極耦接一電源供應器，該第十一電晶體之汲極耦接該操作放大器之正輸 入端；一第十二電晶體，其中該第十二電晶體之閘極耦接該操作放大器之輸出端，該第十二電晶體之源極耦接該電源供應器，該第十二電晶體之汲極耦接該操作放大器之負輸入端；一第十三電晶體，其中該第十三電晶體之閘極耦接該操作放大器之輸出端，該第十三電晶體之源極耦接該電源供應器；一電阻，其中該電阻之第一端耦接該操作放大器之正輸入端；一分壓器，其中該分壓器之第一端耦接該第十三電晶體之汲極，用以產生該參考電壓；一第一二極體，其中該第一二極體之第一端耦接該電阻之第二端，該第一二極體之第二端接地；一第二二極體，其中該第二二極體之第一端耦接該操作放大器之負輸入端，用以產生可變電壓，該第二二極體之第二端接地；以及一第三二極體，其中該第三二極體之第一端耦接該第十三電晶體之汲極，該第三二極體之第二端接地。
2. 如請求項1所述之過溫度保護電路，其中該切換單元更包括：一第一電晶體，用以接收該可變電壓來控制流經該第一電流路徑之電流；以及 一第二電晶體，用以接收該參考電壓來控制流經該第二電流路徑之電流。
3. 如請求項2所述之過溫度保護電路，其中該電流汲取單元更包括：一第三電晶體和一第四電晶體形成一電流鏡架構，其中該第三電晶體與該第一電流路徑耦接，該第四電晶體與該第二電流路徑耦接；以及一第五電晶體和一第六電晶體形成一電流鏡架構，其中該第五電晶體與該第一電流路徑耦接，該第六電晶體與該第二電流路徑耦接。
4. 如請求項3所述之過溫度保護電路，其中該第四電晶體之長/寬比大於該第三電晶體之長/寬比，該第六電晶體之長/寬比大於該第五電晶體之長/寬比。
5. 如請求項3所述之過溫度保護電路，其中該訊號輸出單元更包括：一第七電晶體；一第八電晶體，其中該第八電晶體和第七電晶體形成一電流鏡架構；一第九電晶體，其中該第九電晶體之汲極耦接該第七電晶體，該第九電晶體之閘極耦接該第二電流路徑；以及一第十電晶體，其中該第十電晶體之汲極耦接該第八 電晶體，該第十電晶體之閘極耦接該第一電流路徑。
6. 如請求項3所述之過溫度保護電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第七電晶體和該第八電晶體為P型金氧半電晶體，以及該第三電晶體、該第四電晶體、該第五電晶體、該第六電晶體、該第九電晶體和該第十電晶體為N型金氧半電晶體。
7. 如請求項2所述之過溫度保護電路，其中該電流汲取單元更包括：一第三電晶體，其中該第三電晶體之閘極耦接該第三電晶體之汲極和該第一電流路徑；一第四電晶體，其中該第四電晶體之閘極耦接該第四電晶體之汲極和該第二電流路徑；一第五電晶體，其中該第五電晶體之閘極耦接該第四電晶體之閘極和該訊號輸出單元；以及一第六電晶體，其中該第六電晶體連接於該第四電晶體之閘極和該第五電晶體之汲極間，且該第六電晶體之閘極和該訊號輸出單元耦接。
8. 如請求項7所述之過溫度保護電路，其中該訊號輸出單元更包括：一第七電晶體；一第八電晶體，其中該第八電晶體和該第七電晶體形 成一電流鏡架構；一第九電晶體，其中該第九電晶體之汲極耦接該第七電晶體以及該第六電晶體閘極，該第九電晶體之閘極耦接該第五電晶體之閘極以及該第四電晶體之閘極；以及一第十電晶體，其中該第十電晶體之汲極耦接該第八電晶體，該第十電晶體之閘極耦接第三電晶體之閘極。
9. 如請求項8所述之過溫度保護電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第七電晶體和該第八電晶體為P型金氧半電晶體，以及該第三電晶體、該第四電晶體、該第五電晶體、該第六電晶體、該第九電晶體和該第十電晶體為N型金氧半電晶體。
10. 如請求項1所述之過溫度保護電路，其中該第十一電晶體、該第十二電晶體和該第十三電晶體為P型金氧半電晶體。
11. 如請求項1所述之過溫度保護電路，其中該第一二極體、該第二二極體以及該第三二極體為PNP型之雙極性接面電晶體，且該PNP型之雙極性接面電晶體之集極端與基極端耦接。