CN209948661U - 大功率芯片的温度检测保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大功率芯片的温度检测保护装置，包括温度检测器、温度保护电路、控制器、关断器和功率元件，温度检测器的输入连接功率元件，输出连接温度保护电路，温度保护电路的输出连接控制器，控制器的输出连接关断器，关断器的输出连接功率元件；温度检测电路包括串联的电流源和温检件，温检件上的电压随着温度的升高而升高或者降低，其电压输入给温度保护电路；所述温度保护电路包括比较器和逻辑电路，比较器的反相输入端连接温检件的电压，比较器的输出连接逻辑电路，逻辑电路对比较器的输出进行处理后输出给控制器。本实用新型对大功率芯片内的功率元件的温度实现精确检测和有效关断，延长大功率芯片寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于芯片领域，尤其涉及一种大功率芯片的温度检测保护装置。
背景技术
众所周知，全球能耗正面临着严峻的挑战，人们对于节能环保具有强烈的需求，电机节能工程迫在眉睫。智能功率芯片正以其体积小、功耗低、可靠性高等优点，逐渐应用于电机驱动***中以实现节能环保和紧凑型电机驱动。然而大功率芯片集成的LIGBT等高压器件通常工作于高压大电流下，具有较大的开关损耗和导通损耗，易使芯片温度上升，而芯片温度的上升，又会增加LIGBT器件的导通电阻，进而导致损耗增加，形成正反馈，严重情况下会造成热失控，导致芯片失效；其次，大功率芯片的工作环境较为严苛，在某些异常情况下(电源短接、内部短路)下，芯片产生的功耗会急剧增大，而产生的热量无法很快的散发出芯片，使得芯片温度持续升高，严重影响了变频电机驱动***的可靠性；此外，大功率芯片中集成的LIGBT等高压器件的功率损耗最大，是芯片的主要热源，必将在芯片的表面形成温度梯度，使芯片的器件工作于不同的温度下，给电路设计带来困难，且会在芯片上产生热应力；而且封装后的大功率芯片存在封装热阻，不利于芯片热量的散失，同时大功率芯片独特的制造工艺导致的自热效应还会加大芯片的热阻，减弱芯片的散热能力。而芯片温度的升高，会使电路性能参数严重恶化，隔离效果变差，金属迁移现象等
系列退化现象趋于严重，严重影响电路的可靠性。有统计指出，电子器件产生失效的原因，大约有55％是由于过热及与热相关的问题造成的，可以说热稳定性问题是功率集成电路中遇到的最大问题。
因此，为了保证大功率芯片及其应用***的可靠工作，需处理好芯片的热问题，并在芯片中集成高精度的温度检测和保护电路，对芯片温度进行监控，使芯片的温升控制在其允许的范围之内，如果超出范围即关断功率元件。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺陷，确有必要提供一种大功率芯片的温度检测保护装置，以实现精确检测温度，保护功率芯片。
一种大功率芯片的温度检测保护装置，包括温度检测器、温度保护电路、控制器、关断器和功率元件，其中，
所述温度检测器的输入连接功率元件，输出连接温度保护电路，温度保护电路的输出连接控制器，控制器的输出连接关断器，关断器的输出连接功率元件；
所述温度检测电路包括串联的电流源和温检件，温检件上的电压随着温度的升高而升高或者降低，其电压输入给温度保护电路；所述温度保护电路包括比较器和逻辑电路，比较器的反相输入端连接温检件的电压，比较器的输出连接逻辑电路，逻辑电路对比较器的输出进行处理后输出给控制器。
优选地，所述温检件包括串联的第一三极管和第二三极管。
优选地，所述比较器为迟滞比较器。
优选地，所述温度保护电路还包括基准电压源、串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻和与第三电阻并联的MOS管，MOS管的栅极经反相器与逻辑电路的输出连接。
与现有技术中的MOS管温度检测、热电偶和热敏电阻温度检测相比较，本实用新型温度检测的线性度更好，温度检测准确性更高，有利于过温保护电路精度的提高；测温范围大大扩宽，尤其是在高温区域的测温准确性大大提高，可靠性也更好，更加适用于大功率芯片内的温度检测及保护；受电源电压和芯片工艺的影响更小，整体检测稳定，保护可靠。
附图说明
图1为本实用新型实施例的大功率芯片的温度检测保护装置的结构框图；
图2为本实用新型实施例的大功率芯片的温度检测保护装置的温度检测器电路原理图；
图3为本实用新型实施例的大功率芯片的温度检测保护装置的温度保护电路原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。
为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种大功率芯片的温度检测保护装置，参见图1-3，包括温度检测器10、温度保护电路20、控制器30、关断器40和功率元件50，其中，
温度检测器10的输入连接功率元件50，输出连接温度保护电路20，温度保护电路20的输出连接控制器30，控制器30的输出连接关断器40，关断器40的输出连接功率元件50；
温度检测电路包括串联的电流源ID和温检件，温检件上的电压随着温度的升高而升高或者降低，其电压输入给温度保护电路20；温度保护电路20包括比较器22和逻辑电路23，比较器22的反相输入端连接温检件的电压，比较器22的输出连接逻辑电路23，逻辑电路23对比较器22的输出进行处理后输出给控制器30。
温检件包括串联的第一三极管Q1和第二三极管Q2，比较器22为迟滞比较器22，温度保护电路20还包括基准电压源21、串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和与第三电阻R3并联的MOS管M0，MOS管M0的栅极经反相器24与逻辑电路23的输出连接，基准电压源21输出的电压为VREF。
整个装置的温度检测和保护为，温度检测器10中采用串联的第一三极管Q1和第二三极管Q2作为温检件，因为在当今集成度很高的大功率芯片内部不适用热电偶或热敏电阻进行温度检测，而相较于MOS管而言，三极管的温度特性更加适合于温度检测，且基于三极管的温度检测低成本、线性度较高、测温范围宽，因而最适合于大功率芯片的温度检测中，在当今最为主流的CMOS工艺中，也可以利用寄生三极管作为温度检测器10件。参见图2和图3，利用第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极发射极电压VBE检测温度，由基准电压源21、比较器22和逻辑电路23组成的温度判决保护来判断功率元件50是否发生过热，当发生过热时，温度保护电路20输出过温信号，通过控制器30驱动关断器40关断功率元件50。具体来讲，当芯片开始工作时，功率元件50温度处于正常范围，温度检测器10输出电压VS大于比较器22同相输入端电压，温度保护电路20输出低电平，不影响功率元件50，即不影响大功率芯片的正常工作，经反相器24后，MOS管M0的栅极为高电平，此时MOS管M0处于开启状态，比较器22同相输入端电压为
随着大功率芯片的长时间工作或者出现某些异常情况时，功率元件50温度逐渐升高，第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极发射极电压VBE不断降低，即VS也不断降低，当温度升高至某一点时，VS将和比较器22同相输入端电压相等，此温度点就称为关断温度点Toff，随后比较器22输出高电平，通过控制器30驱动关断器40关断功率元件50，经反相器24后，MOS管M0的栅极为低电平，此时MOS管M0处于关断状态，比较器22同相输入端电压为
随着大功率芯片中功率元件50的关断，大功率芯片温度开始逐渐降低，根据三极管的温度特性，VS开始增大，当温度降低至某一点时，VS将和比较器22同相输入端电压相等，此温度点就为开启温度Ton，随后比较器22又输出低电平，不再影响大功率芯片的工作。通过温度保护电路20中串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和与第三电阻R3并联的MOS管M0的设置，使得Toff大于Ton，产生迟滞温度，避免产生热振荡。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种大功率芯片的温度检测保护装置，其特征在于，包括温度检测器、温度保护电路、控制器、关断器和功率元件，其中，
所述温度检测器的输入连接功率元件，输出连接温度保护电路，温度保护电路的输出连接控制器，控制器的输出连接关断器，关断器的输出连接功率元件；
所述温度检测电路包括串联的电流源和温检件，温检件上的电压随着温度的升高而升高或者降低，其电压输入给温度保护电路；所述温度保护电路包括比较器和逻辑电路，比较器的反相输入端连接温检件的电压，比较器的输出连接逻辑电路，逻辑电路对比较器的输出进行处理后输出给控制器。
2.根据权利要求1所述的大功率芯片的温度检测保护装置，其特征在于，所述温检件包括串联的第一三极管和第二三极管。
3.根据权利要求1所述的大功率芯片的温度检测保护装置，其特征在于，所述比较器为迟滞比较器。
4.根据权利要求1所述的大功率芯片的温度检测保护装置，其特征在于，所述温度保护电路还包括基准电压源、串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻和与第三电阻并联的MOS管，MOS管的栅极经反相器与逻辑电路的输出连接。
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| CN201921213907.0U CN209948661U (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 大功率芯片的温度检测保护装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112072629A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-11 | 新风光电子科技股份有限公司 | 一种3300v及以下电压等级漏电闭锁电路 |
| CN115954835A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-04-11 | 广州通则康威智能科技有限公司 | 一种基于温度检测的电池保护电路 |
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