热关断电路-小y.doc

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1、电源管理芯片中热关断电路的设计　　1引言　　电子设备的失效率有55%是由于温度超过规定值所引起的，部分器件在环境温度每升高10℃失效率大一倍以上，呈指数增长趋势，被称为1090法则。如今，相当多的电源管理芯片中不仅集成了低压数字电路和模拟电路，还集成了高压功率输出电路，例如DC2DC转换器。高压功率输出电路的发热量是芯片过热的主要原因，会导致不必要的功率消耗、集成器件的失效。因此，必须对芯片设计热关断电路：当芯片超过警戒温度时，电路提供一个热关断信号，禁止芯片工作；当芯片温度降至警戒温度以下时，恢复芯片工作。但是，解决芯片过热

2、的热关断技术目前并没有引起国内研究部门的高度重视，相关文章极少。　　热关断电路设计的关键是将温度信号精确地转变为电压信号。传统的方法是用热电偶和热电感来检测温度，但这些方法不适合芯片的设计。因此，必须利用集成电路中各种器件的温度特性来设计热关断电路。　　2温度检测技术　　2.1利用PTAT电流的正温度特性　　热关断电路可以利用PTAT电流的温度特性，如图1所示     PTAT电流即与绝对温度成正比的电流。当温度升高时，电阻R上的电压随着I（PTAT）电流的升高而升高，使Q1导通。当温度到达热关断阑值时，流过Q1的电流大于I（

3、ref），V（out）信号从高电平变为低电平。电路可以通过调节电阻R的阻值来控制热关断阑值温度的高低。这种电路要增加设计PTAT电流的产生电路。　　2.2利用PN结的负温度特性　　热关断电路也可以利用PN结的温度特性，如图2所示。　　三极管T1的结电压V（BE）为负温度系数，在T=300K时为-2.2mV/℃。随着温度的升高，V（BE）不断降低，当电压值低于基准电压Vref时，比较器的输出发生翻转。此种电路可以通过调节基准电压Vref的大小来控制热关断阂值温度。　　2.3以上两种技术的比较　　由于V（REF）与温度无关的特性和

4、比较器的高灵敏度，使得第二种技术对温度更为敏感，检测精度更高。但第一种技术采用电流比较的方式，没有用到比较器，因此其版图面积比第二种的要小。　　3电路设计　　结合以上两种技术的优点，设计的电路如图3所示。　　V（REF）外接带隙基准的输出，不随电源电压和温度变化，通常值为1.25V。V（BLAS）为MOS管M3提供恒定偏置电压，产生恒定电流I（REF）。　　因此M3管可以被近似地看作恒流源。MOs管M1和M2构成电流镜，将电阻R1上的电流映射与Im进行比较，从而控制X点电位地高低。MOs管M4-M7组成两个反相器，可以使输出信

5、号的跳变沿更加陡峭。　　常温下，由于基准电压V（REF）<2V（BE），所以三极管Ql和Q2都截止，流过MOS管Ml和M2的电流为0。此时由于作为电流源的M3管的电流为零，X点的电位为低，经过两级反相器后，V（OUT）输出低电平，电路处于无效状态。基准电压（REF）能保证在相当大的温度范围内流过MOS管M1和M2的电流为零，减小电路功耗。由于V（OUT）为低电平，NMOS管M8截止。　　由于三极管Ql和Q2的VIE具有负的温度系数，通常为-2.2mV/℃。假设在达到温度TD时，由于VBE随温度升高而不断下降，此时的结电压2V（

6、BEO）

7、造成的热关断阑值点的漂移有很强的抑制能力。恒温热关断控制电路原理图文章出处：dzsc.com发布时间：2011-9-112:42:27

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10、0条留言　　该控制电路可实现自动反复循环定时控制。在控制过程中还可以在任意时刻置于某一状态。　　恒温热关断控制电路常用于电热锅、微波炉、热水器等加热电器中完成自动控制。　　该电路如图所示，RL是加热负荷。K是电源开关。RNTC是负温度系数热敏电阻器。50KΩ电位器用于温度调节，阻值减小将使热关断温度升高。反之将使热关断温度降低。 　　5结束语　　电路充分利用了本文提出的

11、两种温度检测技术的优点：用PN结的负温度系数来检测芯片的温度；巧妙地应用电流比较的方式完成比较器妙功能。整个电路只包含8个MOs管、2个三极管和2个电阻，在满足高检测精度的同时最大限度地节省了版图面积，降低了功耗。目前，应用了此电路的DC2DC转换器芯片已经成功流片。