CN101165985A

CN101165985A - 保护装置和方法

Info

Publication number: CN101165985A
Application number: CNA2006101359445A
Authority: CN
Inventors: 何升峰
Original assignee: SHUOJIE TECH Co Ltd
Current assignee: SHUOJIE TECH Co Ltd; Beyond Innovation Technology Co Ltd
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-04-23

Abstract

一种保护装置，可以用来对一电子***进行温度保护。本发明所提供的保护装置包括一温度感测模块和一比较单元。其中，温度感测模块是用来输出具有正温度系数特性的一第一电压信号，以及具有负温度系数特性的一第二电压信号。而此比较单元有较佳抗噪声干扰的作用，其主要的功能则是比较第一电压信号和第二电压信号，并产生一比较值信号送至电子***，以决定电子***是否正常运行。

Description

保护装置和方法

技术领域

本发明是有关于一种保护装置及方法，且特别是有关于一种温度保护装置及方法。

背景技术

图1示出为公知的热断电电路(Thermal Shutdown Circuit)的电路图，是由美国专利第US5737170号专利所提出。请参照图1，在公知的热断电电路100中，电阻103和104形成一分压电路，用来将偏压V_BG进行分压后，再送至BJT晶体管105的基极端。

由于BJT晶体管的导通电压具有负温度特性，因此，当周边温度每上升1℃，BJT晶体管的导通电压(V_BE)就会约下降2mV。由此，图1中的周边温度上升到一临界温度值时，将会使得BJT晶体管105导通，进而关闭电子***120来达到温度保护的目的。

上述的方式，是假设偏压V_BG在零温度系数的前提下操作。然而在实际的操作状况下，偏压V_BG可能会具有正温度系数或是负温度系数。因此，偏压V_BG可能会随着温度的变化而有所漂移，因此会有误动作的产生。例如，周边温度还没到达临界温度时，由于偏压V_BG的漂移而造成BJT晶体管105提前导通，或是已经超过了临界温度，而BJT晶体管105还没有导通，这都可能造成电子***120的损坏。

另外，不仅偏压V_BG会随着温度漂移，BJT晶体管105也会因为制作过程的关系，导致导通电压和周边温度可能不会是线性的关系。也就是说，当周边温度上升1℃时，BJT晶体管105的导通电压可能会小于2mV，也有可能超过2mV。以上种种的误差，都会导致公知的热断电电路100无法有效地对电子***120进行温度保护。

因此，提供一种可靠的保护装置，乃为现今重要的课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明主要目的是提供一种保护装置及方法，可以有效地对电子***进行温度保护。

另外，本发明另一目的是提供一种具有较佳抗噪声功能的保护装置及方法。

缘是，为达上述的目的，本发明提供一种保护装置，包括一第一温度感测元件、一第二温度感测元件和一比较单元。其中，第一温度感测元件可以接收一第一电流信号，以产生一第一电压信号。而第二温度感测元件则接收一第二电流信号，并且产生一第二电压信号。由此，比较单元则是比较第一电压信号和第二电压信号而产生一保护信号。

在本发明的实施例中，第一温度感测元件是一正温度感测元件，例如是一正温度系数电阻。相对地，第二温度感测元件则是一负温度感测元件，例如是负温度系数电阻。

另外，第一电流信号和第二电流信号实质上是相等的电流信号。

从另一角度来看，本发明提供另一种保护装置，可以用来对一电子***进行温度保护。本发明所提供的保护装置包括一温度感测模块和一比较单元。其中，温度感测模块是用来输出会随着温度而变化之一第一电压信号和一第二电压信号。而比较单元则是比较第一电压信号和第二电压信号，并产生一保护信号至电子***，以决定电子***是否正常运行。

在本发明的实施例中，第一电压信号的电压值会随着环境温度的上升而增加，而第二电压信号的电压值则随着环境温度的上升而下降。

另外，温度感测模块包括一电流镜电路、一正温度系数电阻和一负温度系数电阻。其中，电流镜电路可以产生一相同电流值给正温度系数电阻和负温度系数电阻，以产生第一电压信号和第二电压信号。

另外，比较单元会将第一电压信号减去第二电压信号以产生比较值。当比较值大于一第一预设电压时，则比较单元会致能一中断信号，以使电子***中断操作。反之，当比较值小于一第二预设电压时，则比较单元会禁能中断信号，以使电子***可以正常运行。其中，第一预设电压大于第二预设电压。

从另一观点来看，本发明提供一种热断电方法，包括产生一第一电压信号，而此第一电压信号的电压值随环境温度的上升而增加，另外产生一第二电压信号，而此第二电压信号的电压值则随环境温度的上升而降低。此外，本发明会比较第一电压信号和第二电压信号，而产生一保护信号，并且依据此保护信号而决定是否使一电子***正常运行。

从另一观点来看，本发明也提供一种晶片，包括一保护装置和一控制装置。在本发明的实施例中，保护装置具有一正温度系数电阻、一负温度系数电阻和一比较单元。其中，正温度系数电阻可以接收一第一电流信号，并且产生一第一电压信号。另外，负温度系数电阻可以接收一第二电流信号，并且产生一第二电压信号。由此，比较单元可以比较第一电压信号和第二电压信号，以产生一保护信号。因此，控制装置可以依据此保护信号而控制晶片是否停止运行。

由于本发明是将一具有正温度系数的电压信号和一具有负温度系数的电压信号进行比较，再依据比较结果来决定是否使电子***正常运行。因此，能有效地对电子***进行温度保护。

为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为公知的保护装置的电路图。

图2为依照本发明的优选实施例的一种保护装置的电路方块图。

图3为图2中的第一电压信号和第二电压信号随温度变化之示意图。

图4为图2中的保护装置优选实施例的电路示意图。

图5为一种磁滞比较器的工作原理示意图。

图6为图2中的保护装置另一优选实施例的电路示意图。

图7为第一电压信号和第二电压信号随温度变化的另一示意图。

图8为依照本发明的优选实施例的一种保护装置方法的步骤流程图。

主要元件符号说明

100、200：保护装置

103、104：电阻

105：BJT晶体管

202：温度感测模块

204：比较单元

402：电流镜电路

403：控制单元

404、406、408：PMOS晶体管

R1：第一温度感测元件

R2：第二温度感测元件

R3：电阻

SD：中断信号

V+、V1：第一电压信号

V-、V2：第二电压信号

Vo：输出

Ik、I1、I2：电流

S601、S603、S605、S607、S609：保护方法之步骤流程

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的保护装置和方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请参阅图2所示，为本发明的优选实施例的一种保护装置，适于对一电子***进行过温保护。本实施例的保护装置200，包括一温度感测模块202和一比较单元204。其中，温度感测模块202的输出送至比较单元204。由此，比较单元204就可以依据温度感测模块202的输出以产生一保护信号SD，而决定是否使电子***220正常运行。

请继续参照图2，温度感测模块202会产生一第一电压信号V+和一第二电压信号V-，二者分别具有正温度系数和负温度系数的特性。当温度感测模块202将输出第一电压信号V+和第二电压信号V-送至比较单元204时，比较单元204将会进行第一电压信号V+与第二电压信号V-的比较工作，以产生保护信号SD来控制电子***220。

图3为图2中的第一电压信号V+和第二电压信号V-随温度变化的示意图。请合并参照图2和图3，于本实施例中，比较单元204将电压信号V+与电压信号V-进行比较后，将会产生中断信号SD，来决定是否使电子***220维持正常运行或是中断。

从图3中可以很清楚看到，由于第一电压信号V+具有正温度系数的特性，第一电压信号V+的电压值会随着环境温度的上升而增加。相对地，由于第二电压信号V-具有负温度特性，因此第二电压信号V-的电压值会随着环境温度的上升而减少。在本实施例中，当环境温度在临界温度T1时，第一电压信号V+和第二电压信号V-会具有相同的电压值。而当环境温度超过临界温度T1时，第一电压信号V+会大于第二电压信号V-，因此比较单元204将第一电压信号V+与第二电压信号V-进行比较后(例如将第一电压信号V+减去第二电压信号V-)，则得到一正比较值，即为保护信号SD，使电子***220中断运行。

相对地，当环境温度小于临界温度T1时，比较单元204将第一电压信号V+与第二电压信号V-进行比较后，此时得到一负比较值，此时电子***220维持正常运行。须注意者，虽然在本实施例中，保护信号SD为正比较值，但不限定于此，在其他实施例中，保护信号SD亦可为负比较值，可依据电子***200所须的信号来决定保护信号SD为正值或是负值，如果保护信号SD想要为负值时，只需要在比较单元204后面多接一级反相器单元即可。

如图4所示，为图2中的保护装置的电路示意图。本实施例中的温度感测模块202包括一电流镜电路402、一第一温度感测元件R1和一第二温度感测元件R2。

其中，第一温度感测元件R1与第二温度感测元件R2的其中一端共同接地，另一端则分别接收由电流镜电路402所产生的第一电流信号I1与一第二电流信号I2，以分别产生第一电压信号V+和第二电压信号V-，并且送至比较单元204。在IC晶片制作实施例中，第一温度感测元件R1可由一正温度系数电阻来实现，例如一P+材质的电阻。第二温度感测元件R2则可由一负温度系数电阻来实现，例如一HR POLY1材质的电阻。此外，在本实施例中，当环境温度未到达T1时，第二温度感测元件R2的电阻值会大于第一温度感测元件R1的电阻值。

本实施例的电流镜电路402具有两PMOS晶体管404和406。其中，PMOS晶体管404的源极端与PMOS晶体管406的源极端共同耦接一电压源，而PMOS晶体管404的栅极端与PMOS晶体管406的栅极端彼此耦接，并且耦接至一控制单元403，以提供一电压至PMOS晶体管404和406的栅极端，使得第一电流信号I1及第二电流信号I2实质上相等，另外，PMOS晶体管404的漏极端耦接至第一温度感测元件R1的一端，而PMOS晶体管406的漏极端则耦接至第二温度感测元件R2的一端，因此，第一温度感测元件R1和第二温度感测元件R2流经相同的电流值。

另外，比较单元204是利用磁滞比较器来实现，因为磁滞比较器具有较佳抗噪声干扰功能，因此，对于第一温度感测元件R1和第二温度感测元件R2这些微制作过程的漂移所导致的影响将可以减低到最小。

如图5所示，为一种磁滞比较器的工作原理示意图。其中，磁滞比较器之正输入端与负输入端的差值大于一第一预定电压(例如，V1+ΔV)时，磁滞比较器的输出Vo为一正电压。反之，磁滞比较器之正输入端与负输入端的差值小于一第二预定电压(例如，V1-ΔV)时，则输出Vo为一负电压，而当正输入端与负输入端的差值不大于第一预定电压或是不小于第二预定电压时，则输出Vo维持先前状态。因此，假设图4中的比较单元204是利用磁滞比较器来实现时，当磁滞比较器将第一电压信号V+和第二电压信号V-进行比较时，两者之差值必须大于一预设电压时，才会产生保护信号SD，当产生保护信号SD时表示目前周围环境温度可能已经太高，因此产生中断的信号，相对地，当磁滞比较器检测到第一电压信号V+和第二电压信号V-之差值小于预设电压时，代表环境温度正常，所以电子***会正常的运行。其中我们使用磁滞比较器最主要的原因是为了免除因外界噪声的干扰所带来的影响，所以，本发明可以有效地减低元件因为制作过程些微的漂移而造成电气漂移所产生的影响。

再者，一般而言噪声可能来自电压源端或者是接地端而灌入保护装置***，造成电子***误动作发生。针对此种问题，本实施例的保护装置200中，第一温度感测元件R1与第二温度感测元件R2因为同时接收到噪声，所以可视为噪声是一共模的噪声，可以通过比较单元204来滤除此共模的噪声，因此本实施例的保护装置200具有较佳的抗噪声的功能。

此外，请参阅图6所示，在另一实施例中，上述的控制单元403可利用一PMOS晶体管408以及一电阻R3来实现。其中，PMOS晶体管408的源极端与PMOS晶体管404和406的源极端耦接同一电压源，PMOS晶体管408的栅极端耦接PMOS晶体管404和406的栅极端，PMOS晶体管408之漏极端和栅极端互相耦接，并且电阻R3一端耦接PMOS晶体管408之漏极端，另一端接地。因为PMOS晶体管404、406和408是采用电流镜方式的接法，所以流经第一温度感测元件R1、第二温度感测元件R2和电阻R3的电流Ik、I1和I2实质上相等。

另外，请参阅图7所示，在其他实施例中，第一温度感测元件R1与第二感测元件R2也可选用不同温度系数的正温度感测元件，或是选用不同温度系数的负温度感测元件。在图7中，可以很清楚看到，第一电压信号V1与第二电压信号V2都具有不同温度系数的正温度的特性，两者在温度T2时，具有相同的电压值，其他动作原理如同上述，在此不加以赘述。

请参阅图8所示，为本发明的优选实施例的一种热断电方法，可实施于上述的保护装置200，以对电子***220进行温度保护。本实施例之热断电方法，包括下列步骤，首先，如步骤S601是提供第一电压信号V+和第二电压信号V-，其中第一电压信号V+和第二电压信号V-可由温度感测模块202产生，且第一电压信号V+具有正温度系数的特性，第二电压信号V-则是具有负温度系数的特性。

接着，如步骤S603所述，比较单元204比较第一电压信号V+和第二电压信号V-，其比较方式是将第一电压信号减去第二电压信号。

再者，如步骤S605所述，比较两者之差值是否大于一预设电压值，当差值大于预设电压值时，执行步骤S607，反之执行步骤S609。

其中，如步骤S607所述，送出保护信号SD，使电子***中断运行。如步骤S609所述，电子***维持正常运行。

另外，本发明更公开一种晶片具有一保护装置及一控制装置。其中，保护装置如同上述的保护装置200，具有相同元件及功效，在此不加以赘述。于本实施例中，当周围环境温度过高时，保护装置产生一保护信号至控制装置，使得控制晶片停止运行，以达到温度保护之功效。

综上所述，本发明至少有以下优点：

1.通过正温度系数元件与负温度系数元件所产生的电压信号，本发明可以精确地对一电子***进行温度保护。

2.由于本发明可以利用磁滞比较器来实现比较单元，因此本发明可以当元件在制作过程上有产生些微误差时，还能有效地对电子***进行温度保护功能。

3.由于本发明是采用共模输入的技术，因此本发明可以有效地避免噪声所带来的影响也就是说具有较强的抗噪声干扰的功能。

尽管参照本发明的特定实施方式对本发明进行了上述图示和描述，但本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的各种修改。

Claims

1.一种保护装置，包括：

一第一温度感测元件，接收一第一电流信号，并依据该第一电流信号以产生一第一电压信号；

一第二温度感测元件，接收一第二电流信号，并依据该第二电流信号以产生一第二电压信号；以及

一比较单元，比较该第一电压信号与该第二电压信号，以产生一保护信号。

2.如权利要求1所述的保护装置，其中该第一温度感测元件为一正温度感测元件，该第二温度感测元件为一负温度感测元件。

3.如权利要求1所述的保护装置，其中该第一电流信号实质上相等于该第二电流信号。

4.如权利要求1所述的保护装置，更包括一电流镜电路，用以产生该第一电流信号与该第二电流信号。

5.如权利要求4所述的保护装置，其中该电流镜电路包括：

一控制单元；

一第一PMOS晶体管，其一源极端耦接一电压源，其一栅极端耦接该控制单元，其一漏极端耦接该第一温度感测元件，以输出该第一电流信号给该第一温度感测元件；以及

一第二PMOS晶体管，其一源极端耦接该电压源，其一栅极端耦接至该第一PMOS晶体管的该栅极端，其一漏极端则耦接该第二温度感测元件，以输出该第二电流信号给该第二温度感测元件。

6.如权利要求5所述的保护装置，其中该控制单元具有：

一第三PMOS晶体管，其一源极端耦接该电压源，其一栅极端耦接该第二PMOS晶体管的该栅极端，其一漏极端耦接该栅极端；以及

一电阻，其一端耦接该第三PMOS晶体管的该漏极端，其另一端接地。

7.如权利要求1所述的保护装置，其中该比较单元为一磁滞比较器。

8.如权利要求7所述的保护装置，其中当该第一电压信号与该第二电压信号之差值大于一预设电压时，该比较单元产生该保护信号。

9.如权利要求1所述的保护装置，其中该第一温度感测元件为一正温度系数电阻，其一端接地，另一端接收该第一电流信号。

10.如权利要求9所述的保护装置，其中该第二温度感测元件为一负温度系数电阻，其一端接地，另一端接收该第二电流信号。

11.如权利要求10所述的保护装置，其中该正温度系数电阻为一P+材质的电阻。

12.如权利要求11所述的保护装置，其中该负温度系数电阻为一HRPOLY1材质的电阻。

13.如权利要求10所述的保护装置，其中当环境温度未达到一预定温度时，该负温度系数电阻的电阻值大于该正温度系数电阻的电阻值。

14.一种保护装置，适于对一电子***进行温度保护，该保护装置包括：

一温度感测模块，用以输出一第一电压信号和一第二电压信号，其中该第一电压信号与该第二电压信号的电压值会随着环境温度而变化；以及

一比较单元，比较该第一电压信号和该第二电压信号，并产生一保护信号至该电子***，以决定该电子***是否正常运行。

15.如权利要求14所述的保护装置，其中该第一电压信号的电压值会随着环境温度的上升而增加，该第二电压信号的电压值会随着环境温度的上升而下降。

16.如权利要求14所述的保护装置，其中该温度感测模块包括：

一电流镜电路，用以产生一第一电流信号及一第二电流信号，其中该第一电流信号实质上相等于该第二电流信号；

一正温度系数电阻，其中一端接地，另一端接收该第一电流信号，并产生该第一电压信号；以及

一负温度系数电阻，其中一端接地，另一端接收该第二电流信号，并产生该第二电压信号。

17.如权利要求16所述的保护装置，其中该电流镜电路包括：

一控制单元；

一第一PMOS晶体管，其一源极端耦接一电压源，其一栅极端耦接该控制单元，其一漏极端耦接该正温度系数电阻的一端，以输出该第一电流信号给该正温度系数电阻；以及

一第二PMOS晶体管，其一源极端耦接该电压源，其一栅极端耦接至该第一PMOS晶体管的该栅极端，其一漏极端则耦接该负温度系数电阻的一端，以输出该第二电流信号给该负温度系数电阻。

18.如权利要求17所述的保护装置，其中该控制单元具有：

19.如权利要求16所述的保护装置，其中该正温度系数电阻为一P+材质的电阻。

20.如权利要求16所述的保护装置，其中该负温度系数电阻为一HRPOLY1材质的电阻。

21.如权利要求16所述的保护装置，其中当环境温度未达到一预定温度时，该负温度系数电阻的电阻值大于该正温度系数电阻的电阻值。

22.如权利要求14所述的保护装置，其中该比较单元包括一磁滞比较器。

23.如权利要求22所述的保护装置，其中当该第一电压信号与该第二电压信号之差值大于一预设电压，该比较单元产生该保护信号，且该电子***依据该保护信号而中断操作。

24.一种保护方法，适于对一电子***进行温度保护，而该保护方法包括下列步骤：

提供一第一电压信号，而该第一电压信号的电压值随环境温度的上升而增加；

产生一第二电压信号，而该第二电压信号的电压值随环境温度的上升而降低；

比较该第一电压信号和该第二电压信号，而产生一保护信号；以及依据该保护信号而决定是否使该电子***正常运行。

25.如权利要求24所述的保护方法，其中产生该保护信号之步骤，更包括将该第一电压信号减去该第二电压信号。

26.如权利要求24项所述之热断电方法，更包括下列步骤：当该第一电压信号和该第二电压信号之差值大于一预设电压时，则产生该保护信号。