熱關斷電路小y

1、電源管理芯片中熱關斷電路的設計1 引言電子設備的失效率有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，會導致不必要的功率消耗、集成器件的失效。因此，必須對芯片設計熱關斷電路：當芯片超過警戒溫度時，電路提供一個熱關斷信號，禁止芯片工作；當芯片溫度降至警戒溫度以下時，恢復芯片工作。但是，解決芯片過熱的熱關斷技術目前并沒有引起國內研究部門的高度重視，相關文章極少。熱關斷電路設

2、計的關鍵是將溫度信號精確地轉變?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計。因此，必須利用集成電路中各種器件的溫度特性來設計熱關斷電路。2 溫度檢測技術2.1 利用PTAT電流的正溫度特性熱關斷電路可以利用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。當溫度升高時，電阻R上的電壓隨著I（PTAT）電流的升高而升高，使Q1導通。當溫度到達熱關斷闌值時，流過Q1的電流大于I（ref），V（out）信號從高電平變?yōu)榈碗娖?。電路可以通過調節(jié)電阻R的阻值來控制熱關斷闌值溫度的高低。這

3、種電路要增加設計PTAT電流的產(chǎn)生電路。2.2 利用PN結的負溫度特性熱關斷電路也可以利用PN結的溫度特性，如圖2所示。三極管T1的結電壓V（BE）為負溫度系數(shù)，在T=300K時為-2.2mV/。隨著溫度的升高，V（BE）不斷降低，當電壓值低于基準電壓Vref時，比較器的輸出發(fā)生翻轉。此種電路可以通過調節(jié)基準電壓Vref的大小來控制熱關斷閡值溫度。2.3 以上兩種技術的比較由于V（REF）與溫度無關的特性和比較器的高靈敏度，使得第二種技術對溫度更為敏感，檢測精度更高。但第一種技術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 電路設計結合以上兩種技術的優(yōu)點，設計的電路如圖

4、3所示。V（REF）外接帶隙基準的輸出，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構成電流鏡，將電阻R1上的電流映射與Im進行比較，從而控制X點電位地高低。MOs管M4-M7組成兩個反相器，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。此時由于作為電流源的M3管的電流為零，X點的電位為低，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)?；鶞孰妷海≧EF

5、）能保證在相當大的溫度范圍內流過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具有負的溫度系數(shù)，通常為-2.2mV/。假設在達到溫度TD時，由于VBE隨溫度升高而不斷下降，此時的結電壓2V（BEO）<V（REF），流過電阻R1的電流為： 4 仿真結果采用1.5um的P襯N阱數(shù)?；旌?P2MBiCMOS工藝，使用Synopsys公司的Hspic。軟件對電路進行模擬。溫度從-50上升至150時，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，Vout從高電平變?yōu)榈碗娖剑謴托酒?/p>

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行仿真的結果如表1所示。電路對電源電壓和工藝參數(shù)變化造成的熱關斷闌值點的漂移有很強的抑制能力。恒溫熱關斷控制電路原理圖文章出處： 發(fā)布時間： 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現(xiàn)自動反復循環(huán)定時控制。在控制過程中還可以在任意時刻置于某一狀態(tài)。恒溫熱關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是加熱負荷。K是電源開關。RNTC是負溫度系數(shù)熱敏電阻器。50K電位器用于溫度調節(jié)，阻值減小將使熱關斷溫度升高。反之將使熱關斷溫度降低。 5 結束語電路充分利用了本文提出的兩種溫度檢測技術的優(yōu)點：用PN結的負溫度系數(shù)來檢測芯片的溫度；巧妙地應