熱關(guān)斷電路小y

1、電源管理芯片中熱關(guān)斷電路的設(shè)計(jì)1 引言電子設(shè)備的失效率有55%是由于溫度超過規(guī)定值所引起的，部分器件在環(huán)境溫度每升高10失效率大一倍以上，呈指數(shù)增長趨勢，被稱為1090法則。如今，相當(dāng)多的電源管理芯片中不僅集成了低壓數(shù)字電路和模擬電路，還集成了高壓功率輸出電路，例如DC2DC轉(zhuǎn)換器。高壓功率輸出電路的發(fā)熱量是芯片過熱的主要原因，會導(dǎo)致不必要的功率消耗、集成器件的失效。因此，必須對芯片設(shè)計(jì)熱關(guān)斷電路：當(dāng)芯片超過警戒溫度時(shí)，電路提供一個(gè)熱關(guān)斷信號，禁止芯片工作；當(dāng)芯片溫度降至警戒溫度以下時(shí)，恢復(fù)芯片工作。但是，解決芯片過熱的熱關(guān)斷技術(shù)目前并沒有引起國內(nèi)研究部門的高度重視，相關(guān)文章極少。熱關(guān)斷電路設(shè)

2、計(jì)的關(guān)鍵是將溫度信號精確地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。傳統(tǒng)的方法是用熱電偶和熱電感來檢測溫度，但這些方法不適合芯片的設(shè)計(jì)。因此，必須利用集成電路中各種器件的溫度特性來設(shè)計(jì)熱關(guān)斷電路。2 溫度檢測技術(shù)2.1 利用PTAT電流的正溫度特性熱關(guān)斷電路可以利用PTAT電流的溫度特性，如圖1所示      PTAT電流即與絕對溫度成正比的電流。當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻R上的電壓隨著I（PTAT）電流的升高而升高，使Q1導(dǎo)通。當(dāng)溫度到達(dá)熱關(guān)斷闌值時(shí)，流過Q1的電流大于I（ref），V（out）信號從高電平變?yōu)榈碗娖?。電路可以通過調(diào)節(jié)電阻R的阻值來控制熱關(guān)斷闌值溫度的高低。這

3、種電路要增加設(shè)計(jì)PTAT電流的產(chǎn)生電路。2.2 利用PN結(jié)的負(fù)溫度特性熱關(guān)斷電路也可以利用PN結(jié)的溫度特性，如圖2所示。三極管T1的結(jié)電壓V（BE）為負(fù)溫度系數(shù)，在T=300K時(shí)為-2.2mV/。隨著溫度的升高，V（BE）不斷降低，當(dāng)電壓值低于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，比較器的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)。此種電路可以通過調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓Vref的大小來控制熱關(guān)斷閡值溫度。2.3 以上兩種技術(shù)的比較由于V（REF）與溫度無關(guān)的特性和比較器的高靈敏度，使得第二種技術(shù)對溫度更為敏感，檢測精度更高。但第一種技術(shù)采用電流比較的方式，沒有用到比較器，因此其版圖面積比第二種的要小。3 電路設(shè)計(jì)結(jié)合以上兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)的電路如圖

4、3所示。V（REF）外接帶隙基準(zhǔn)的輸出，不隨電源電壓和溫度變化，通常值為1.25V。 V（BLAS）為MOS管M3提供恒定偏置電壓，產(chǎn)生恒定電流I（REF）。因此M3管可以被近似地看作恒流源。MOs管M1和M2構(gòu)成電流鏡，將電阻R1上的電流映射與Im進(jìn)行比較，從而控制X點(diǎn)電位地高低。MOs管M4-M7組成兩個(gè)反相器，可以使輸出信號的跳變沿更加陡峭。常溫下 ，由于基準(zhǔn)電壓V（REF）< 2V（BE），所以三極管Ql和Q2都截止，流過MOS管Ml和M2的電流為0。此時(shí)由于作為電流源的M3管的電流為零，X點(diǎn)的電位為低，經(jīng)過兩級反相器后，V（OUT）輸出低電平，電路處于無效狀態(tài)。基準(zhǔn)電壓（REF

5、）能保證在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)流過MOS管M1和M2的電流為零，減小電路功耗。由于V（OUT）為低電平，NMOS管M8截止。由于三極管Ql和Q2的VIE具有負(fù)的溫度系數(shù)，通常為-2.2mV/。假設(shè)在達(dá)到溫度TD時(shí)，由于VBE隨溫度升高而不斷下降，此時(shí)的結(jié)電壓2V（BEO）<V（REF），流過電阻R1的電流為： 4 仿真結(jié)果采用1.5um的P襯N阱數(shù)模混合1P2MBiCMOS工藝，使用Synopsys公司的Hspic。軟件對電路進(jìn)行模擬。溫度從-50上升至150時(shí)，Vout從低電平上跳為高電平，發(fā)出過熱警示信號禁止芯片工作。溫度降至115時(shí)，Vout從高電平變?yōu)榈碗娖剑謴?fù)芯片正常

6、工作，遲滯溫度差為35。輸出波形的上跳沿和下跳沿都很陡峭，說明電路的檢測精度很高。電路總電流的最大值不超過150uA。對三種不同的電源電壓進(jìn)行仿真的結(jié)果如表1所示。電路對電源電壓和工藝參數(shù)變化造成的熱關(guān)斷闌值點(diǎn)的漂移有很強(qiáng)的抑制能力。恒溫?zé)彡P(guān)斷控制電路原理圖文章出處： 發(fā)布時(shí)間： 2011-9-1 12:42:27 | 111 次閱讀 | 0次推薦 | 0條留言該控制電路可實(shí)現(xiàn)自動反復(fù)循環(huán)定時(shí)控制。在控制過程中還可以在任意時(shí)刻置于某一狀態(tài)。恒溫?zé)彡P(guān)斷控制電路常用于電熱鍋、微波爐、熱水器等加熱電器中完成自動控制。該電路如圖所示，RL是加熱負(fù)荷。K是電源開關(guān)。RNTC是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。50K電位器用于溫度調(diào)節(jié)，阻值減小將使熱關(guān)斷溫度升高。反之將使熱關(guān)斷溫度降低。 5 結(jié)束語電路充分利用了本文提出的兩種溫度檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：用PN結(jié)的負(fù)溫度系數(shù)來檢測芯片的溫度；巧妙地應(yīng)