CN102055169A - 一种过温保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过温保护电路，该电路包括负温度系数电压支路、热关断阈值温度设定支路、比较器和输出整形电路；其中，负温度系数电压支路向比较器输出一个与工作温度相关的温度采样电位，热关断阈值温度设定支路向比较器输出一个不随温度变化的设定电位，比较器对该温度采样电位和该设定电位进行比较，输出一个逻辑电平，经过输出整形电路的整形作为后继电路的控制信号。本发明提供的这种过温保护电路，允许在不增加电路功耗和芯片面积的情况下采用精度更高的电阻材料制作温度设定电阻，从而使温度设定电位的精度也得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种过温保护电路，具体地说，涉及模拟集成电路中能对电路进行温度检测并在工作温度过高时进行保护的过温保护保护电路。
背景技术
某些集成电路产品如电源、驱动器件等经常要面临工作温度过高，发热量过大，导致电路不能正常工作甚至永久性烧毁的问题，这就需要将过温保护电路集成在电路里。过温保护电路的作用在于，对电路工作温度进行监测，在集成电路工作温度达到设定值以后输出控制信号，完成关断电路、关断电源等功能，起到保护电路的目的。
传统过温保护电路的工作方案如图1所示。电流源12驱动电阻R11在节点102处产生温度设定电位；连接成二极管连接形式的三极管Q11在节点101产生一个具有负温度系数的输出电位，即：随着温度的升高，节点101输出电位会逐渐降低。随着温度在热关断阈值温度点附近的改变，节点101的电位会从节点102设定电位的值的一侧变化到另一侧，引起比较器输出电平的翻转。这一翻转经过整形电路14整形后在节点104输出一个数字控制信号，提供给需要保护的电路，将其关断，防止其因过热而烧毁。
传统方案的缺陷在于，设定电位的值要等于热关断阈值温度下二极管反偏工作时的管子两端的压降。这个压降约为700mV，是个近似不变的值。因此，为了达到设定电位，同时兼顾电路对于功耗方面的要求(流过温度设定支路的电流不能很大)，温度设定电阻阻值就不能太小。再考虑芯片面积以及其背后的成本问题，就要求采用方块电阻值较大的多晶电阻或阱电阻来制作R11。在较差情况下，R11的阻值偏差可以达到10～20％。这意味着，由R11和电流源12设定的节点102的电位也可能有很大的偏差，致使保护电路不能在设计的温度点输出控制信号，并有可能出现在极高温才能动作，或者在正常工作温度下提前动作的情况，从而失去了预期的保护能力。若采用精度高的电阻材料来实现R11，其占用的芯片面积又必然非常大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述问题，在合理的芯片面积和功耗下消除工艺偏差造成的热关断阈值温度的偏移，本发明提出了一种新的过温保护电路。
(二)技术方案
本发明解决其技术问题所采用的方案是：
一种过温保护电路，该电路包括负温度系数电压支路、热关断阈值温度设定支路、比较器和输出整形电路；其中，负温度系数电压支路向比较器输出一个与工作温度相关的温度采样电位，热关断阈值温度设定支路向比较器输出一个不随温度变化的设定电位，比较器对该温度采样电位和该设定电位进行比较，输出一个逻辑电平，经过输出整形电路的整形作为后继电路的控制信号。
上述方案中，所述负温度系数电压支路由电流源、接成二极管连接的三极管Q21和电阻R22、R23构成。
上述方案中，所述负温度系数电压支路引入电阻分压阵列对三极管上的压降分压，使电路所需的设定电压的值降低，从而允许使用精确度更高的电阻来制作温度设定电阻。
上述方案中，所述热关断阈值温度设定支路由温度设定电阻和给它提供工作电流的电流源串联构成。
上述方案中，所述电阻分压阵列为两个或两组串联在一起的同类电阻，连接处产生的电压作为分压的结果输出给下级电路。
上述方案中，所述比较器是一个差分放大器。
上述方案中，所述输出整形电路由两个串联的反相器组成。
(三)有益效果
本发明提供的这种过温保护电路，允许在不增加电路功耗和芯片面积的情况下采用精度更高的电阻材料制作温度设定电阻，从而使温度设定电位的精度也得到提高。这也就意味着该电路可以获得较传统的过温保护电路更为准确的热关断阈值温度点。
附图说明
图1为传统的过温保护电路原理图；
图2为本发明实施例所述的过温保护电路原理图；
图3为传统过温保护电路的在三种工艺角下的仿真曲线图；
图4为本发明实施例所述的过温保护电路在三种工艺角下的仿真曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
若对二极管两端电压进行分压，用所得的新的电位代替二极管两端电压与设定电位比较，就可以使所需的设定电位降低。若保持电路的功耗不变，所需设定电位的降低，则它所需要的电阻值可以相应减小。这就为采用更精确的电阻材料制作设定电阻同时又不增加芯片面积提供了可能性。本发明正是采用了这样的方案，将所需的设定电位降低，采用P扩散区电阻来实现温度设定电阻，从而提高了热关断阈值温度的精度。
图2给出了本发明所述的过温保护电路的电路原理图。该电路由负温度系数电压支路、热关断阈值温度设定支路、比较器和输出整形电路组成。其中，电流源21、接成二极管连接的三极管Q21、电阻R22、R23构成负温度系数电压支路，向比较器23输出一个与工作温度相关的温度采样电位；电流源22与电阻R21构成热关断阈值温度设定支路，向比较器23输出一个不随温度变化的设定电位；比较器对两路输入进行比较，输出一个逻辑电平，经过输出整形电路的整形作为后继电路的控制信号。
接成二极管连接形式的三极管，其两端压降具有负温度特性，即节点201的电位会随着温度的升高而降低。电阻R22、R23组成电阻分压阵列，在节点205产生值为的输出电位。由于分压系数只和电阻的比值有关而与温度无关，所以，温度变化在节点201造成的影响能够成比例地反映到节点205。即，节点205的输出电位也是负温度系数的。但由于
所以节点205的电位比节点201的电位要低。这样，电路工作温度达到热关断阈值温度时节点205的电位也就比201的低。而设定电位(节点202的电位)需要与负温度系数电压支路在热关断阈值温度下的输出值相等，以节点205的电位代替节点201的电位作为负温度系数电压支路的输出就能够达到使所需的设定电位降低的目的。
在电流源22提供的电流不变(也即该支路功耗不变)的情况下，设定电位(节点202)的降低意味着可以使用方块电阻更小的材料来制作R21，这样的材料其精度往往也可以更高。本实施例中是采用p扩散区电阻来制作R21的。
图3为传统过温保护电路的输出随温度变化的曲线图。从左至右依次为该电路在快角、典型角和慢角三种不同工艺角下的仿真曲线。由于不同的工艺角下电阻值的巨大误差，导致了热关断阈值温度的严重偏离。尤其是快角情况下，阈值温度从设定的100℃偏离到了0℃附近，不仅不能起到保护电路的作用，还将严重影响被保护电路的正常工作。而图4为依照本发明实施例所设计的一款过温保护电路随温度变化的输出曲线图。从左至右分别为其在快角、典型角和慢角三种工艺角下的仿真曲线。可以看出虽然三种工艺角下电路的热关断阈值温度存在偏离，但偏移量很小，完全处于工程上可以接受的范围内。
通过图3与图4的对比，不难看出，依照本发明所提出的技术方案实现的过温保护电路确实能够克服集成电路制造工艺中工艺偏差造成的热关断阈值温度的偏移，使过温保护电路在设定的温度点输出关断信号，对被保护电路进行保护。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种过温保护电路，其特征在于，该电路包括负温度系数电压支路、热关断阈值温度设定支路、比较器和输出整形电路；其中，负温度系数电压支路向比较器输出一个与工作温度相关的温度采样电位，热关断阈值温度设定支路向比较器输出一个不随温度变化的设定电位，比较器对该温度采样电位和该设定电位进行比较，输出一个逻辑电平，经过输出整形电路的整形作为后继电路的控制信号。
2.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述负温度系数电压支路由电流源、接成二极管连接的三极管Q21和电阻R22、R23构成。
3.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述负温度系数电压支路引入电阻分压阵列对三极管上的压降分压，使电路所需的设定电压的值降低，从而允许使用精确度更高的电阻来制作温度设定电阻。
4.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述热关断阈值温度设定支路由温度设定电阻和给它提供工作电流的电流源串联构成。
5.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述电阻分压阵列为两个或两组串联在一起的同类电阻，连接处产生的电压作为分压的结果输出给下级电路。
6.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述比较器是一个差分放大器。
7.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，所述输出整形电路由两个串联的反相器组成。
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