KR0136121B1

KR0136121B1 - 과열 검출 회로

Info

Publication number: KR0136121B1
Application number: KR1019940021774A
Authority: KR
Inventors: 이꾸오 후까미
Original assignee: 세끼모또 타다히로; 닛본덴기 가부시끼가이샤(Nec Corporation)
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1998-06-01
Also published as: US5521489A; KR950010050A; JPH0774550A; JP2540753B2

Abstract

본 발명에 따라서, 제공되는 과열 검출 회로는 양의 전원 선과 음의 전원 선 사이에 접속된 실질적으로 일정 전압을 방출하기 위한 밴드 갭 전압원 회로, 이 밴드 갭 전압원 회로는 전원 전압과 주위 온도에 무관하게 되고, 밴드 갭 전압원 회로의 출력으로부터 일정 전류를 발생하기 위한 정 전류원 회로, 정 전류원 회로의 출력 단자와 음의 전원 선사이에 접속되는 회로 소자, 이 회로 소자가 선정된 온도 계수 소자를 갖는 것 및 밴드 갭 전압원 회로의 출력 전압과 회로 소자의 출력 전압을 비교하기 위한 비교기를 포함한다. 결과적으로, 전원 전압에 관련한 검출 온도의 변이는 반도체 집적 회로가 제조될 때 소자 특성의 요동에 의해 발생되는 검출 온도의 변이동안 억제된다.

Description

과열 검출 회로

제 1 도는 본 발명의 과열 검출 회로의 제 1 실시예에 따른 회로 구성을 예시한 도면.

제 2 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회로 구성을 예시한 도면.

제 3 도는 종래의 과열 검출 회로의 회로 구성을 예시한 도면.

제 4 도는 밴드 갭 전압원 회로의 회로 구성의 특정 실시예를 예시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11, 12, 13, 14 : MOSFET15, 21, 33 : 저항

16, 34 : 다이오드17, 35 : BGR 회로

18, 36 : 비교기31, 32 : MOSFET 트랜지스터

41 : 차동 증폭기

본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로, 특히, 전력 소모가 많은 회로의 과열을 검출하기 위한 반도체 집적 회로에 관한 것이다.

제3도는 종래 형태의 과열 검출 회로를 도시한다. 도시된 바와 같이, MOSFET 트랜지스터(31) 및 MOSFET 트랜지스터(32)는 커런트 미러(current mirror)를 구성하고, MOSFET(31)의 게이트 단자 및 드레인 단자는 각각 저항(33)을 통해 음의 전원(Vss, 38)에 접속된다.

MOSFET(32)의 드레인 단자는 6-단 다이오드(six-stage diode; 34)를 통해 음의 전원(Vss, 38)에 접속되고, 6-단 다이오드에 대응하는 강하 전압(dropping voltage, 6VF)(VF는 다이오드의 순방향 전압) 및 양의 전원(V_DD)와 음의 전원(V_ss)사이에 접속된 밴드 갭 전압원 회로[이하, BGR 회로라 하고, BGR은 밴드갭 기준(band gap reference)를 의미한다](35)의 출력(VR)은 각각 비교기(36)의 입력 단자에 접속된다.

후에 기술하는 바와 같이, BGR회로(35)의 출력(VR)은 음(-)의 온도 계수인 V_BE-의존형 전압원과 양(+)의 온도 계수인 열전압(=kT/q)-의존형 전원을 형성함으로써 발생되어 온도 계수를 갖지 않도록 배열될 수 있으므로, 출력(VR)은 전원 전압의 요동 및 온도의 변이에 의존성이 없이 일정해진다.

저항(R₃₃)을 통해 흐르는 일정 전류(I_S)는 R₃₃으로서 취해진 저항(33)의 저항 값과 동일한 특성을 갖는 커런트 미러를 포함하는 MOSFET(31, 32)로서 주어진다.

I_S= [(V_DD- V_ss) - V_T]/R₃₃식(1)

여기서, V_T는 MOSFET(31)의 반전 전압 또는 임계 전압을 나타낸다.

이러한 일정 전류(I_S)가 다이오드(34)를 통해 흐를 때 강하 전압 6VF와 BGR회로(35)의 출력 전압(VR)간의 관계는 실온에서 다음의 조건을 만족하도록 설정된 것이다.

VR 6VF식(2)

전류가 다이오드(34)를 통해 흐르게 될 때 강하 전압 6VF가 음의 계수를 갖으므로, 주위 온도가 상승된다면, 강하 전압(6VF)의 값은 저하된다. 그러므로, 온도가 선정된 주위 온도 이상으로 상승된다면, 강하 전압(6VF)는 BGR 회로의 출력(VR)보다 작게 되고, 비교기(36)의 출력은 반전된다. 비교기(36)의 출력 신호의 변화에 기초하여, 회로의 과열 상태가 검출된다. 집적 회로를 보호하기 위해, 회로 동작 등에 있어서의 차단 제어(cut-off control)가 제어 회로 등(도시되지 않음)에 의해 수행된다.

BGR 회로(35)로서, 예를 들면, 제4도에 도시된 회로가 사용된다. 제4도에서, 안정적인 동작점에서, 반전된 입력과 비반전 입력 사이의 차동 증폭기(41)의 차동 전압은 0(제로)가 되고, 저항(R₁과 R₂)의 강하 전압은 서로 같고, 전류(I₁과 I₂)는 식 I₁x R₁= I₂x R₂을 만족시키며 노드 전압(V_A및 V_B)는 서로 같다. 부수적으로, (도시된) 다이오드(42, 43) 대신, 접속된 콜렉터 및 베이스를 갖는 트랜지스터가 배열될 수 있다.

다이오드의 포화 전류가 I_S로 설정되면, 다이오드의 순방향 전류(V_BE)는 이것의 정류 특성으로부터 (kT/q)1n(I/Is)로 주어지고, 강하 전압(V_R2)는 다음 식(3)에 따라 주어진다:

V_R2= (V_A- V_C) x R₂/R₃

= (V_B- V_C) x R₂/R₃

= (R₂/R₃) x 2(kT/q)(1n I₁/I_S- In I₂/I_S)

= (R₂/R₃) x 2(kT/q)1n I₁/I₂

= 2(R₂/R₃) x (kT/q)1n R₂/R₁식(3)

여기서, k는 볼츠만 상수, t는 절대 온도, q는 전자의 전하량이다.

제4도에 도시된 바와 같이, BGR 회로의 출력 전압(V_out)는 2단 다이오드의 순방향 전압(2V_BE)와 저항(R₁)의 강하 전압 V_R1(=I₁x R₁)의 합이 되고, 다음 식(4)에 따라 주어진다. 즉, 출력 전압(V_out)는 음(-)의 온도 계수를 갖는 V_BE-의 존형 전압원과 양의 온도 계수를 갖는 열전압-의존형 전압원을 합성함으로서 주어진다.

V_out= 2V_BE+ I₁R₁= 2V_BE+ V_R2

= 2{V_BE+ (kT/q) x 1n R₂/R₁}식(4)

출력 전압 V_out의 온도 계수를 0으로 설정할 때의 출력 전압은 다음 식(5)에 따라 주어지고, 따라서, BGR 회로의 출력은 전원 전압 및 온도에 무관하게 실질적으로 일정하게 설정될 수 있다.

V_out= 2V_GO+ 2V_TOx (γ - α)식(5)

여기서, V_GO는 실리콘의 밴드 갭 전압을 나타내며 1.205V이고, V_TO(=kT_O/q)는 실온에서 T₀(26mV)의 온도에서의 열전압을 나타내며, γ, α은 각각 선정된 상수를 나타낸다.

상술한 종래의 과열 검출 회로는 일정 전류의 전류 값(I_S)가 요동하는 전원 전압에 기인하여 편차가 생기고 검출 온도가 또한 요동한다는 결점을 갖는다.

즉, 상술한 종래의 과열 검출 회로에 있어서, 전원 전압의 요동에 의해 상기 식(1)의 (V_DD- V_ss)의 값이 변하게 되므로, 과열이 검출될 때의 온도가 요동하여 정밀한 과열 검출이 불가능하다.

게다가, 상술한 종래 과열 검출 회로에 있어서, 반도체 집적 회로가 제조될 때 발생하는 소자 특성의 요동, 특히 BGR 회로(35)의 출력 전압(VR)의 요동 및 분산에 의해 일어나는 검출 온도의 요동이 적절히 억제될 수 없다는 문제가 있었다.

과열 검출 회로의 종래의 기술은 일본국 공개 특허 소 64-15623호 및 평 4-30609호에 기술되어 있다. 그러나, 이들 종래의 기술은 BGR회로 및 다른 소자에 대해서 기술되어 있지 않다.

그러므로, 본 발명의 목적은 반도체 집적 회로가 제조될 때 집적회로가 제조될 때 발생하는 소자 특성의 요동에 의한 검출 온도의 변이를 억제하면서 상기 문제를 제거하고 전원 전압에 관련하여 검출 온도의 요동을 억제하는 과열 검출 회로를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따라, 제공되는 과열 검출 회로는 전원 전압과 온도에 무관하게 실질적으로 일정 전압을 방출하기 위해 양과 음의 전원 선사이에 접속된 밴드 갭 전압원, 밴드 갭 전압원 회로의 출력으로부터 일정 전류를 발생하기 위한 정 전류원 회로, 선정된 온도 계수를 갖고 정 전류원의 출력 단자와 음의 전원 선 사이에 접속된 회로 소자 및 밴드 갭 전압원 회로의 출력 전압과 회로 소자에서 발생된 전압을 비교하는 비교기를 포함한다.

본 발명의 특정 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이후에 기술될 것이다.

[실시예1]

제1도를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예는 이후에 기술된다. 제1도는 본 발명의 특정 실시예에 따른 과열 검출 회로의 회로 구성을 도시한다.

제1도에 도시된 것처럼, MOSFET(11)에서, 게이트 단자와 드레인 단자는 각각 접속되고 소스 단자는 음의 전원(V_ss20)으로 접속된다. MOSFET(12)는 MOSFET(11)과 함께 커런트 미러를 구성하고, 각 MOSFET(11, 12)는 같은 특성을 갖는다.

저항(15)의 한 종단은 MOSFET(11)의 드레인 단자로 접속되고, MOSFET(13)의 드레인 단자는 MOSFET(12)의 드레인 단자로 접속되며, 저항(150)의 다른 종단은 BGR 회로(17)의 출력으로 접속된다.

MOSFET(13)에서, 게이트 단자와 드레인 단자는 각각 접속되고, 이것의 소스 단자는 양의 전원(V_DD, 19)로 접속되며, 각 MOSFET(13, 14)는 같은 특성을 갖는다.

6-단 다이오드(16)은 MOSFET(14)의 드레인 단자에 직렬로 접속된다. 이들 6-단 다이오드의 전압(6VF)와 BGR 회로(17)의 출력(VR)은 비교기(18)로 들어간다.

상술한 과열 검출 회로에서, 예를들어, 제4도에 도시된 것처럼, BGR 회로(17)이 상술한 회로 구성을 사용하고, 출력이 온도 계수를 갖지 않고 주위 온도 또는 전원 전압(V_ss, 20과 V_DD, 19)에 무관하게 일정 전압(VR)을 항상 방출하기 위해 배열된다.

게다가, 6-단 다이오드의 강하 전압(6VF)는 상기 식(5)에 따라 산출된 전류(I_B)가 흐를때 전압 값으로 주어진다.

I_B= (V_R- V_T)/R₁₅(5)

여기서, V_T는 MOSFET(11)의 임계 전압을 나타낸다.

비교기(18)로 들어가는 2개의 전압(VR과 6VF)간의 관계는 실온에서 다음과 같이 설정된다.

VR 6VF

다이오드의 강하 전압은 음의 온도 계수를 갖고, 주위 온도가 상승할 때, 강하 전압(6VF)의 값은 저하하게 된다. 그러므로, 다이오드의 강하 전압(6VF)가 BGR회로(17)의 출력 전압(VR)의 전압과 비교하여 낮게되는 지점에서, 비교기(18)의 출력은 반전되고 과열 상태가 검출된다.

부수적으로, 집적회로가 제조될 때, BGR회로(17)의 출력 전압의 약간의 변이 또는 분산은 BGR회로(17)내에서 소자 특성의 요동에 의해 가끔 발생된다. 이 경우에, 6-단 다이오드의 순방향 전압(6VF)는 상기 식(5)에 따른 BGR 회로(17)의 출력(VR)과 같은 방향(즉, 같은 위상)으로 요동할 것이다.

예를 들어, BGR 회로(17)의 출력 전압(VR)이 제조하는 프로세스에 따라 증가되면, 커러트 미러의 출력 전류가 상기 식(5)로부터 증가되고 다이오드 내로 흐르는 전류도 증가하므로, 다이오드의 6-단 순방향 전압(6VF)는 BGR 회로(17)의 출력 전압(VR)과 같은 위상으로 증가된다. 그러므로, BGR 회로(17)의 변이에 의해 발생되는 비교기(18)의 차동 전압의 요동은 억제되고, 검출 온도의 요동은 최소로 억제될 수 있다.

그러므로, 전력 소모 또는 방열이 큰 모터 구동 회로 같은 회로가 집적될 때, 본 실시예에 따른 과열 검출 회로는 매우 효과적이다. 부수적으로, 본 실시예에서, 6-단의 직렬로 접속된 다이오드의 전압 강하가 비교기(18)의 한 입력으로 접속되더라도, 다이오드의 단의 수는 과열 검출 온도와 BGR 회로(17)의 출력 전압(VR)간의 관계와 다이오드 등의 온도 계수간에 따라 적당하게 설정된다.

[실시예2]

그 다음에, 본 발명의 제 2 실시예는 제2도를 참조하여 기술된다. 제2도에 도시된 것처럼, 제2 실시예는 제1도의 제 1 실시예의 다이오드(16)을 저항(21)로 대치하므로써 실현되고, 제2도에서, 같은 기호는 제1도와 같은 기능을 갖는 회로 소자로 각각 표시된다. 부수적으로, 제 1 실시예와 같은 회로 소자의 설명은 생략한다.

제2도에 도시된 것처럼, 저항(21)은 커런트 미러의 출력을 구성하는 MOSFET(14)의 드레인 단자에 접속된다. 비교기(18)은 이 저항(21)의 강하 전압과 BGR 회로(17)의 출력 전압(VR)을 비교한다.

저항(15, 21)은 각각 다른 양의 온도 계수를 갖고 저항(21)의 온도 계수는 높게 설정된다.

상술한 과열 검출 회로에 있어서, BGR회로(17)의 출력 전압(VR)이 온도 계수를 갖지 않으므로, 일정 출력 전압(VR)은 주위 온도와 전원 전압에 무관하게 항상 방출된다. 게다가, 저항(21)의 강하 전압(V21)은 다음 식(6)에 따라 주어진다.

V₂₁= (V_R- V_T) x R₂₁/R₁₅(6)

여기서, V_T는 MOSFET(11)의 임계 전압이다.

비교기(18)로 들어가는 BGR회로(17)의 출력 전압(VR)과 저항(21)의 강하 전압(V₂₁)의 관계는 다음과 같이 설정된다.

V_RV₂₁

주위 온도가 증가하면, 저항(21)의 값이 증가하고, 강하 전압(V₂₁)은 커런트 미러의 일정 전류를 위해 증가된다. 이 강하 전압(V₂₁)이 BGR 회로(17)의 출력 전압(VR)보다 좀더 증가될 때, 비교기(18)의 출력은 반전되고 과열이 검출된다.

집적 회로가 제조되는 조건에 의해, BGR회로(17)의 출력 전압(V_R)은 때로는 변할 수 있고 분산하는 값을 갖는다. 이 경우에, 저항(R21)의 강하 전압(V₂₁)은 BGR 회로(17)의 출력 전압(V_R)이 요동하는 방향으로 식(6)에 따라 같은 방향(즉, 위상에서)으로 요동할 것이다. 결과적으로, 비교기(18)의 입력 차동 전압(V_R, V₂₁)에 의해 발생된 출력 전압의 변이는 억제되고, 검출 온도의 요동은 최소한으로 억제될 수 있다.

상술한 실시예에 있어서, 실시예가 양과 음 전원 전압을 사용하더라도, 하나의 전원 전압이 접지 기준 전원을 포함하면, 제1과 제 2 커런트 미러 회로 MOSFET(11 내지 14), 비교기(18), 회로 소자(16, 21)등이 본 발명에 따른 동작을 실행하므로 이것은 본 발명에 적용될 수 있다.

상기 기술된 것처럼, 본 발명에 따라서, 과열 검출의 변이가 제조시에 직면하게 되는 질의 변이에 기인하여 BGR 회로의 출력 전압에 발생하면, 비교기의 입력원 양쪽 모두는 같은 방향으로 요동을 일으키기 때문에, 검출 온도의 변이를 억제하는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명에 따른 과열 검출 회로는 모터 구동 회로등과 같이 전력 소모 또는 분산이 큰 회로를 집적하기에 매우 효과적이다.

Claims

전원과 온도에 무관하게 실질적으로 일정 전압을 방출하기 위해 양의 전원선과 음의 전원 선사이에 접속되는 밴드 갭 전원 회로,

상기 밴드 갭 전원 회로의 출력으로부터 일정 전류를 발생하기 위한 정 전류원;

상기 정 전류원 회로의 출력 단자와 상기 음의 전원 선사이에 접속된 선정된 온도 계수를 각각 갖는 회로 소자들 , 및

상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력 전압과 상기 회로 소자에 발생하는 전압을 비교하기 위한 비교기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 1 항에 있어서, 각각 선정된 온도 계수를 갖는 상기 회로 소자들이 선정된 수로 직렬 접속되는 다이오드 또는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 정 전류원 회로가 저항을 통해 상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력에 접속되는 입력 단자를 갖는 제 1 커런트 미러 회로와 상기 제 1 커런트 미러 회로의 출력 단자에 접속된 입력 단자를 갖는 제2 커런트 미러 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 3 항에 있어서, 각각 선정된 온도 계수를 갖는 상기 회로 소자들이 선정된 수로 직렬 접속되는 다이오드 또는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 정 전류원 회로의 출력 전류가 상기 밴드 갭 전압원 회로의 소자 특성의 변이에 의해 발생된 출력 전압의 요동에 따라서 변화되어 상기 요동이 상기 비교기의 입력 차동 전압에서 오프 셋 되는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력이 음의 온도 계수를 갖는 베이스-이미터 접합 전압 의존형 전압원과 양의 온도 계수를 갖는 열 전압 의존형 전압원을 합성함으로서 얻어진 전압과 같은 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
음의 온도 계수를 갖는 베이스-이미터 접합 전압 의존형 전압원과 양의 온도 계수를 갖는 열 전압 의존형 전압원을 형성함으로서 얻어진 일정 전압을 방출하기 위한 밴드 갭 전압원 회로,

상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력으로부터 일정 전류를 발생하기 위한 정 전류원 회로,

상기 정 전류원 회로의 출력 단자와 기준 전원사이에 접속되는 선정된 온도 계수를 갖는 회로 소자들, 및

상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력 전압과 상기 회로 소자들에 발생하는 전압을 비교하기 위한 비교기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 7 항에 있어서, 선정된 온도 계수를 갖는 상기 회로 소자들이 선정된 수로 직렬로 접속되는 다이오드를 포함하는 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 8 항에 있어서, 실온에서 상기 회로 소자들에 발생하는 전압이 상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력 전압보다 높은 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 7 항에 있어서, 선정된 온도 계수를 갖는 상기 회로 소자들이 각각 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 10 항에 있어서, 실온에서 상기 회로 소자들에 발생하는 전압이 상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력 전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 7 항에 있어서, 상기 정 전류원 회로가 저항을 통해 상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력에 접속된 입력 단자를 갖는 제 1 미러 회로와 상기 제 1 커런트 미러 회로의 출력 단자에 접속된 입력 단자를 갖는 제 2 커런트 미러 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 7 항에 있어서, 상기 정 전류원 회로의 출력 전류가 상기 밴드 갭 전압원 회로의 소자 특성의 변이에 의해 발생된 출력 전압의 요도에 관련하여 변화되어 상기 요동이 상기 비교기의 입력 차동 전압에서 오프 셋 되는 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
제 7 항에 있어서, 상기 밴드 갭 전압원 회로의 출력 전압이 음의 온도 계수를 갖는 베이스-이미터 접합 전압 의존형 전압원과 양의 온도 계수를 갖는 열 전압 의존형 전압원을 형성함으로서 얻어진 전압과 같은 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.