TWI674397B - 溫度檢測電路以及半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種溫度檢測電路及半導體裝置,檢測溫度的製造偏差少,且可簡便地調整檢測溫度的製造偏差。溫度檢測電路設為如下構成,包括:定電流電路,輸出定電流;電壓控制電流電路,藉由熱敏元件所輸出的電壓來控制,並輸出與溫度相對應的電流;以及電流比較器,對定電流及對應於溫度的電流進行比較而輸出表示檢測出規定的溫度的檢測信號;且使定電流電路的溫度特性與電壓控制電流電路的溫度特性相關聯,根據對定電流電路的輸出電流與電壓控制電流電路的輸出電流進行比較的結果進行溫度檢測。
Description
本發明是有關於一種用於過熱保護電路等的溫度檢測電路。
圖6是表示現有的溫度檢測電路的構成例的電路圖。
定電流電路108、二極體102及可變電阻113在電源端子10與接地(ground)端子11之間串聯連接。二極體102的陽極(anode)與定電流電路108及P通道電晶體(transistor)111的閘極(gate)連接,且其陰極(cathode)與可變電阻113連接。電阻109及電阻110在電源端子10與接地端子11之間串聯連接。電阻109與電阻110的連接點和N通道電晶體112的閘極連接。P通道電晶體111的源極(source)與電源端子10連接,且其汲極(drain)與輸出端子12連接。N通道電晶體112的汲極與輸出端子12連接,且其源極與接地端子11連接。
若溫度上升,則二極體102的兩端的電壓變小,P通道電晶體111的臨限值電壓(Vth)的絕對值變小。
因此,若溫度升高,則P通道電晶體111的臨限值電壓(Vth)與電源端子10及P通道電晶體111的閘極端子間的電壓進行顛倒,從而P通道電晶體111接通。因此,輸出端子12的電
壓自接地端子11的電壓反轉為電源端子10的電壓。
可變電阻113為了對溫度檢測電路的檢測溫度進行調整,將電阻值設定為適當值。
[專利文獻1]日本專利特開2007-312529號公報
然而,在現有的溫度檢測電路中,為了調整檢測溫度,需要在考慮到P通道電晶體111的臨限值電壓及其溫度特性、定電流108的電流值及其溫度特性、以及可變電阻113的溫度特性的基礎上,對可變電阻的電阻值進行調整。
本發明是為了解決如上所述的問題而設計的,可簡便地調整檢測溫度,且實現高精度的溫度檢測電路。
本發明的溫度檢測電路設為如下構成,包括:定電流電路,輸出定電流;電壓控制電流電路,藉由熱敏元件所輸出的電壓來控制,輸出與溫度相對應的電流;以及電流比較器,對定電流及對應於溫度的電流進行比較,輸出表示檢測出規定的溫度的檢測信號;且使定電流電路的溫度特性與電壓控制電流電路的溫度特性相關聯,根據對定電流電路的輸出電流與電壓控制電流電路的輸出電流進行比較的結果進行溫度檢測。
本發明的半導體裝置,包括所述的溫度檢測電路。
根據本發明的溫度檢測電路,具有如下效果:藉由設為定電流電路的溫度特性與藉由熱敏元件的電壓而控制的電壓控制電流電路的溫度特性具有關聯關係的電路,而使得檢測溫度的製造偏差(production tolerance)少,且可簡便地進行對製造偏差的調整。
1、2、3‧‧‧N通道空乏型電晶體
4、112‧‧‧N通道電晶體
5、6、111‧‧‧P通道電晶體
8、102‧‧‧二極體
9、13、22、109、110‧‧‧電阻
10‧‧‧電源端子
11‧‧‧接地端子
12‧‧‧輸出端子
20‧‧‧控制電路
21‧‧‧開關
70‧‧‧穩壓器
71‧‧‧基準電壓電路
72‧‧‧誤差放大器
73‧‧‧輸出電晶體
74‧‧‧分壓電路
75‧‧‧過熱保護電路
101‧‧‧熱敏元件
104‧‧‧電壓控制電流電路
106‧‧‧電流比較器
108‧‧‧定電流電路
113‧‧‧可變電阻
I1、I2‧‧‧定電流
VDET‧‧‧信號
Vd‧‧‧電壓
T0、T1‧‧‧溫度
圖1是表示本實施方式的溫度檢測電路的方塊圖。
圖2(a)~圖2(c)是表示本實施方式的溫度檢測電路的調整原理的圖。
圖3是表示本實施方式的溫度檢測電路的一例的電路圖。
圖4是表示本實施方式的溫度檢測電路的另一例的電路圖。
圖5是表示本實施方式的溫度檢測電路的另一例的電路圖。
圖6是表示現有的溫度檢測電路的圖。
圖7是表示包含本實施方式的溫度檢測電路的過熱保護電路的半導體裝置的一例的電路圖。
圖1是本實施方式的溫度檢測電路的方塊圖。
本實施方式的溫度檢測電路包括熱敏元件101、定電流電路108、電壓控制電流電路104及電流比較器106。
熱敏元件101輸出與溫度相對應的電壓Vd。電壓控制電流電路104中流動著與自熱敏元件101輸入的電壓Vd相對應的定電流I1。定電流電路108中流動著具有溫度特性的定電流I2。定電流I1及定電流I2的溫度特性具有製造上的偏差,而形成為同樣地具有偏差的電路構成。電流比較器106對定電流I1與定電流I2進行比較,根據其結果,輸出作為溫度檢測電路的輸出信號的信號VDET。
如上所述構成溫度檢測電路,因此可構成檢測溫度的製造偏差少的溫度檢測電路。
接著,說明本實施方式的溫度檢測電路的對檢測溫度的製造偏差進行調整的方法。
圖(2a)~圖(2c)是表示本實施方式的溫度檢測電路的調整原理的圖。
圖(2a)表示熱敏元件101的電壓Vd的溫度特性,圖2(b)表示電壓控制電流電路104的定電流I1及定電流電路108的定電流I2的溫度特性,圖2(c)表示信號VDET。
熱敏元件101的電壓Vd與溫度成比例地降低。定電流電路108的定電流I2與溫度成比例地降低。利用虛線表示定電流I2的不含偏差的電流值。電壓控制電流電路104的定電流I1以對應於所輸入的電壓Vd而升高的方式來設定。利用虛線表示定電流I1的調整前的電流值。
電流比較器106對定電流I1與定電流I2進行比較,輸
出信號VDET。信號VDET進行反轉的溫度的期望值為虛線的定電流I1與虛線的定電流I2相交的溫度T1。
當藉由製造偏差,而使得定電流電路108的定電流I2的溫度特性成為如圖2(b)的以實線所示的特性時,信號VDET進行反轉的溫度成為虛線的定電流I1與實線的定電流I2相交的溫度T0。此時,將電壓控制電流電路104的定電流I1的溫度特性設為圖2(b)的以實線所示的特性,由此可將信號VDET進行反轉的溫度設為實線的定電流I1與實線的定電流I2相交的溫度T1。
因此,即使定電流電路108的定電流I2的溫度特性產生偏差,溫度檢測電路的檢測溫度亦可簡單地調整為所需的溫度T1。
再者,藉由將定電流電路108的定電流I2的溫度特性調整為如以虛線所示的特性,亦可將信號VDET進行反轉的溫度設為溫度T1。
圖3是表示本實施方式的溫度檢測電路的一例的電路圖。
N通道空乏型電晶體1的汲極與電源端子10連接,其源極及閘極與N通道電晶體4的汲極連接。N通道電晶體4的源極與接地端子11連接,其閘極與電阻9的一端連接。電阻9的另一端與接地端子11連接。N通道空乏型電晶體2的閘極與N通道電晶體4的汲極連接,其源極與電阻9的一端連接。P通道電晶體5的源極與電源端子10連接,其汲極及閘極與N通道空乏型電晶
體2的汲極連接。P通道電晶體6的源極與電源端子10連接,其閘極與P通道電晶體5的閘極連接,其汲極與輸出端子12連接。N通道空乏型電晶體3的汲極與輸出端子12連接,其閘極與N通道空乏型電晶體2的閘極連接,其源極與電阻13的一端連接。二極體8的陽極與電阻13的另一端連接,其陰極與接地端子11連接。P通道電晶體5及P通道電晶體6構成電流鏡(current mirror)。
N通道空乏型電晶體2構成定電流電路108,N通道空乏型電晶體3構成電壓控制電流電路104。此外,N通道空乏型電晶體3與P通道電晶體6一併構成電流比較器106。
接著,對本實施方式的溫度檢測電路的動作進行說明。
N通道空乏型電晶體1對N通道電晶體4供給偏壓電流(bias current)。N通道空乏型電晶體2及N通道電晶體4構成負反饋電路(negative feedback circuit)。N通道電晶體4是以閘極電壓成為定電壓V2的方式加以控制,所述定電壓V2是藉由N通道空乏型電晶體1所供給的偏壓電流及N通道電晶體4的臨限值電壓而確定。
在N通道電晶體4的閘極上連接有電阻9,因此定電流I2=V2/R流入至N通道空乏型電晶體2。定電流I2亦流入至P通道電晶體5及P通道電晶體6。
由於N通道空乏型電晶體3與N通道空乏型電晶體2的閘極電壓為共同,因此流入至N通道空乏型電晶體3及N通道空乏型電晶體2的電流值的差藉由各自的源極電壓來決定。
N通道空乏型電晶體3在源極上連接有電阻13及成為熱敏元件的二極體8。二極體8的陽極電壓隨著溫度上升而減少。因此,N通道空乏型電晶體3的源極電壓隨著溫度上升而減少。即,N通道空乏型電晶體3中流動的定電流I1隨著溫度上升而增加。
此處,若將N通道空乏型電晶體2及N通道空乏型電晶體3的特性設為相同,將電阻13及電阻9的溫度特性設為相同,則定電流I1及定電流I2的溫度特性變為大致相等。因此,藉由將電阻13的電阻值及電阻9的電阻值設為適當比率,定電流I1與定電流I2進行顛倒的溫度成為所需的溫度T1。
如以上所說明,根據本實施方式的溫度檢測電路,可實現檢測溫度的製造偏差少的溫度檢測電路。
再者,藉由設為即使在定電流I1與定電流I2的溫度特性已產生偏差的情況下,亦可將電阻9與電阻13中的任一個或兩個的電阻值調整為適當值的構成,在製造後對電阻值進行調整,可獲得所需的檢測溫度T1。即,可簡便地對檢測溫度的製造偏差進行調整。
圖4是表示本實施方式的溫度檢測電路的另一例的電路圖。
圖4的溫度檢測電路更包括控制電路20、開關21及電阻22。其他電路與圖3相同。
控制電路20輸入了由輸出端子12所輸出的信號
VDET,且輸出對開關21進行控制的信號。開關21是以根據接通或斷開的狀態,可改變電阻9的電阻值的方式而連接。
若如上所述構成溫度檢測電路,則可在溫度上升時及溫度下降時切換溫度檢測電路的構成,即,可使溫度檢測電路具有遲滯(hysteresis),從而動作更穩定。
圖5是表示本實施方式的溫度檢測電路的另一例的電路圖。
圖5的溫度檢測電路是以可改變電阻13的電阻值的方式而將開關21與電阻22加以連接。其他電路及電路的動作與圖4的電路等同,因而省略說明。
如以上所說明,根據本實施方式的溫度檢測電路,具有如下效果:藉由設為定電流電路的溫度特性與藉由熱敏元件的電壓而控制的電壓控制電流電路的溫度特性具有關聯關係的電路,而使得檢測溫度的製造偏差少,且可簡便地對製造偏差進行調整。此外,具有如下效果:藉由具有遲滯,而使得溫度檢測電路可更穩定地進行檢測。
圖7是表示作為包括利用本實施方式的溫度檢測電路的過熱保護電路的半導體裝置的一例的穩壓器(voltage regulator)的電路圖。穩壓器70包括基準電壓電路71、誤差放大器72、輸出電晶體73、分壓電路74及過熱保護電路75。本實施方式的溫度檢測電路可應用於過熱保護電路75。
藉由將本實施方式的溫度檢測電路例如用於如穩壓器
般的半導體裝置的過熱保護電路,可提供包含調整簡便且溫度檢測精度高的過熱保護電路的安全性高的製品。
Claims (7)
- 一種溫度檢測電路,其特徵在於包括:具有空乏型電晶體的定電流電路,輸出定電流;熱敏元件;具有空乏型電晶體的電壓控制電流電路,藉由所述熱敏元件所輸出的電壓來控制,並輸出與溫度相對應的電流;以及電流比較器,對所述定電流及對應於所述溫度的電流進行比較,並輸出表示檢測出規定的溫度的檢測信號;且使所述定電流電路的溫度特性與所述電壓控制電流電路的溫度特性相關聯。
- 如申請專利範圍第1項所述的溫度檢測電路,其中構成所述定電流電路的N通道空乏型電晶體與構成所述電壓控制電流電路的N通道空乏型電晶體的閘極電壓相同。
- 如申請專利範圍第1項所述的溫度檢測電路,其中所述定電流電路包括:第一N通道空乏型電晶體,其汲極與電源端子連接,且其源極與閘極連接;第一N通道電晶體,其源極與接地端子連接,其汲極與所述第一N通道空乏型電晶體的源極及閘極連接;以及第一電阻,其一端與所述第一N通道電晶體的閘極連接,其另一端與所述接地端子連接;所述定電流電路的所述空乏型電晶體包括:第二N通道空乏型電晶體,其源極與所述第一電阻的一端連接,其閘極與所述第一N通道電晶體的汲極連接;所述電壓控制電流電路的所述空乏型電晶體包括:第三N通道空乏型電晶體,其源極與所述熱敏元件的一端連接,其閘極與所述第二N通道空乏型電晶體的閘極連接,其汲極與所述溫度檢測電路的輸出端子連接;所述熱敏元件包括:第二電阻,其一端與所述第三N通道空乏型電晶體的源極連接;以及二極體,其一端與所述第二電阻的另一端連接,將其另一端與所述接地端子連接;所述電流比較器包括:電流鏡電路,其輸入端子與所述第二N通道空乏型電晶體的汲極連接,其輸出端子與所述溫度檢測電路的輸出端子連接;以及所述第三N通道空乏型電晶體。
- 如申請專利範圍第3項所述的溫度檢測電路,其中所述第一電阻包含電阻可變構件,藉由所述溫度檢測電路的檢測信號而對電阻值進行切換。
- 如申請專利範圍第3項或第4項所述的溫度檢測電路,其中所述第二電阻包含電阻可變構件,藉由所述溫度檢測電路的檢測信號而對電阻值進行切換。
- 一種半導體裝置,其特徵在於包括:如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的溫度檢測電路。
- 如申請專利範圍第6項所述的半導體裝置,其中所述半導體裝置包括過熱保護電路,所述溫度檢測電路設置在所述過熱保護電路上。
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