專利名稱：一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路，尤其適用于功率集成領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
功率器件是目前應(yīng)用最廣，使用效率最高的電力電子器件之一。而功率器件在工作時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果散熱不力、過(guò)溫保護(hù)電路不可靠，很容易造成器件的熱擊穿，導(dǎo)致器件永久損壞。目前常采用的過(guò)溫保護(hù)方案，通常是利用雙極型晶體管BE結(jié)比如申請(qǐng)?zhí)?009102367211公開(kāi)的“一種過(guò)溫保護(hù)電路”、熱敏二極管比如申請(qǐng)?zhí)?00720036138. 2公開(kāi)的“M0S型過(guò)溫保護(hù)電路”或者熱敏電阻來(lái)做熱感應(yīng)源，這些熱敏源的輸出信號(hào)與溫度呈非線性關(guān)系，不便于精確計(jì)算過(guò)溫保護(hù)點(diǎn)?，F(xiàn)有的功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路輸出控制級(jí)通常是由晶體管和一小電阻構(gòu)成，小電阻的一端接輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一端與晶體管的高電位極(如NMOS的漏極，NPN的集電極)相連，并接至功率器件柵極，晶體管的點(diǎn)電位極接地電位，圖I給出了一種示例。當(dāng)未過(guò)溫保護(hù)時(shí)時(shí)，晶體管截止，輸入驅(qū)動(dòng)通過(guò)串聯(lián)在功率器件柵極的小電阻控制功率器件的開(kāi)關(guān)。過(guò)溫保護(hù)時(shí)，晶體管導(dǎo)通，其導(dǎo)通電阻與小電阻分壓，要想關(guān)斷被保護(hù)功率器件，就要求晶體管的導(dǎo)通電阻很小，使功率器件柵極電壓值低于其導(dǎo)通閾值，這樣會(huì)導(dǎo)致晶體管的面積很大，增加制造成本，不便于在集成電路中應(yīng)用。而且，由于在過(guò)溫保護(hù)后形成了從輸入依次經(jīng)過(guò)柵極串聯(lián)電阻、導(dǎo)通晶體管的回路，該回路上產(chǎn)生了大電流，使得在該狀態(tài)下電路的功耗很大，并且由于功率器件柵極電壓不能有效拉至地電位，導(dǎo)致其非可靠關(guān)斷。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)過(guò)溫保護(hù)方案在過(guò)溫保護(hù)后功率器件不能可靠關(guān)斷的缺陷，本發(fā)明提出了一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路，包括溫度檢測(cè)模塊、關(guān)斷控制模塊、遲滯溫度設(shè)置模塊和取電模塊，其中，所述的取電模塊包括輸出端、第一輸入端和第二輸入端，所述的第一輸入端與外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連，所述的第二輸入端與功率器件的高電位導(dǎo)通極相連，所述溫度檢測(cè)模塊的輸出端與關(guān)斷控制模塊的第一輸入端相連，所述溫度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)功率器件的溫度并產(chǎn)生一個(gè)與所述溫度相關(guān)的電流，并將所述電流輸入到關(guān)斷控制模塊的第一輸入端；所述關(guān)斷控制模塊的第二輸入端與外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連，所述關(guān)斷控制模塊的第一輸出端作為所述過(guò)溫保護(hù)電路的輸出端，所述關(guān)斷控制模塊的第二輸出端與遲滯溫度設(shè)置模塊的輸入端相連，所述遲滯溫度設(shè)置模塊的輸出端與溫度檢測(cè)模塊的輸入端相連。所述取電模塊的輸出端為溫度檢測(cè)模塊、關(guān)斷控制模塊和遲滯溫度設(shè)置模塊提供電源；所述關(guān)斷控制模塊將接收到的溫度檢測(cè)模塊輸入的電流和預(yù)設(shè)值的閾值進(jìn)行判斷，若大于該閾值，則關(guān)斷控制模塊的第一輸出端輸出一個(gè)低電平關(guān)斷所述功率器件并啟動(dòng)遲滯溫度設(shè)置模塊；否則，輸出外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。進(jìn)一步的，所述溫度檢測(cè)模塊包括第一 PTAT電流源和第一電阻單元，所述第一PTAT電流源用于產(chǎn)生一個(gè)與功率器件的溫度成正比的電流，第一 PTAT電流源的輸出端與第一電阻單元的一個(gè)端子相連，并作為所述溫度檢測(cè)模塊的輸入端和輸出端；第一電阻單元的另一個(gè)端子連接至地電位。進(jìn)一步的，所述關(guān)斷控制模塊包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第一非門和第二電阻單元，其中，第二晶體管的控制極作為所述關(guān)斷控制模塊的第一輸入端，第二晶體管的高電位導(dǎo)通極與第二電阻單元的一個(gè)端子相連，同時(shí)還與第一非門的輸入端相 連，第二晶體管的低電位導(dǎo)通極連接至地電位，第二電阻單元的另一端與取電模塊輸出端相連，第一非門輸出分別與第一晶體管和第三晶體管的控制極相連，第一晶體管是P型晶體管，第三晶體管是N型晶體管，第一晶體管的低電位導(dǎo)通極和第三晶體管的高電位導(dǎo)通極相連，并作為關(guān)斷控制模塊的第一輸出端，第一晶體管的高電位導(dǎo)通極作為關(guān)斷控制模塊的第二輸入端，第一晶體管的控制極作為關(guān)斷控制模塊的第二輸出端，第三晶體管的低電位導(dǎo)通極接至地電位。進(jìn)一步的，所述遲滯溫度設(shè)置模塊用來(lái)設(shè)置所述過(guò)溫保護(hù)電路的動(dòng)作解除的溫度點(diǎn)，包括第二 PTAT電流源和與第二 PTAT電流源串聯(lián)的第四晶體管，第二 PTAT電流源用于產(chǎn)生一個(gè)與功率器件的溫度成正比的電流，其輸出端與第四晶體管的高電位導(dǎo)通極相連，第四晶體管的控制極與關(guān)斷控制模塊的第二輸出端相連，第四晶體管的低電位導(dǎo)通極作為遲滯溫度設(shè)置模塊的輸出端，當(dāng)未過(guò)溫保護(hù)時(shí)，關(guān)斷控制模塊第二輸出端輸出一控制信號(hào)到所述遲滯溫度設(shè)置模塊的輸入端，關(guān)斷第二 PTAT電流源；當(dāng)過(guò)溫保護(hù)時(shí)，關(guān)斷控制模塊第二輸出端輸出另一控制信號(hào)到所述遲滯溫度設(shè)置模塊的輸入端，開(kāi)啟第二 PTAT電流源，該電流輸出到溫度檢測(cè)模塊，并與第一 PTAT電流源疊加。進(jìn)一步的，所述取電模塊具體通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果I)過(guò)溫保護(hù)時(shí)，關(guān)斷控制模塊會(huì)使第一晶體管截止，第三晶體管導(dǎo)通。第一晶體管截止就阻斷了前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的聯(lián)系，使前級(jí)電流不能流到被保護(hù)器件的柵極或基極，這樣就使保護(hù)后功率器件和保護(hù)電路功耗降到最低；同時(shí)，第三晶體管導(dǎo)通保證了功率器件的可靠關(guān)斷。2)由于遲滯溫度設(shè)置模塊的引入，當(dāng)過(guò)溫保護(hù)后，功率器件的溫度需降一個(gè)設(shè)定的遲滯溫度才能解除保護(hù)動(dòng)作，這就可以有效防止在臨界溫度點(diǎn)附近被保護(hù)功率器件產(chǎn)生的不穩(wěn)定開(kāi)啟與關(guān)斷振蕩。3)可選擇兩種取電方式，功率器件在常規(guī)應(yīng)用時(shí)，一般從被保護(hù)功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)取電，當(dāng)功率器件在低壓應(yīng)用時(shí)，柵極電壓可能不足以維持過(guò)溫保護(hù)電路正常工作，這時(shí)就可以從功率器件的高電位導(dǎo)通極取電，這就使得過(guò)溫保護(hù)電路有更寬的功率應(yīng)用范圍。4)可以通過(guò)解析表達(dá)式精確計(jì)算出過(guò)溫保護(hù)點(diǎn)以及恢復(fù)點(diǎn)的溫度值。5)適用于基于BiCMOS或B⑶工藝的功率集成芯片。
圖I是現(xiàn)有的過(guò)溫保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路的原理框圖。圖3是本發(fā)明一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路的實(shí)施電路圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案更加清楚，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路10，包括溫度檢測(cè)模塊102、關(guān)斷 控制模塊105、遲滯溫度設(shè)置模塊104和取電模塊103，其中，所述的取電模塊103包括第一輸入端和第二輸入端,所述的第一輸入端與外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vin相連，所述的第二輸入端與功率器件的高電位導(dǎo)通極相連，所述溫度檢測(cè)模塊102的輸出端與關(guān)斷控制模塊105的第一輸入端相連，所述溫度檢測(cè)模塊102用于檢測(cè)功率器件的溫度并產(chǎn)生一個(gè)與所述溫度相關(guān)的電流，并將所述電流輸入到關(guān)斷控制模塊105的第一輸入端；所述關(guān)斷控制模塊105的第二輸入端與外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vin相連,所述關(guān)斷控制模塊105的第一輸出端作為所述過(guò)溫保護(hù)電路的輸出端Vout，所述關(guān)斷控制模塊105的第二輸出端與遲滯溫度設(shè)置模塊104的輸入端相連，所述遲滯溫度設(shè)置模塊104的輸出端與溫度檢測(cè)模塊102的輸入端相連，所述的取電模塊103的輸出端為溫度檢測(cè)模塊102、關(guān)斷控制模塊105和遲滯溫度設(shè)置模塊104提供電源；所述關(guān)斷控制模塊105將接收到的溫度檢測(cè)模塊102輸入的電流和預(yù)設(shè)值的閾值進(jìn)行判斷，若大于該閾值，則關(guān)斷控制模塊105的第一輸出端輸出一個(gè)低電平關(guān)斷所述功率器件并啟動(dòng)遲滯溫度設(shè)置模塊104 ;否則，輸出外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vin。這高電位導(dǎo)通極可以這樣理解，對(duì)于N型M0SFET，具體指代其漏極；對(duì)于N型BJT的功率器件，具體指代其集電極，對(duì)于P型M0SFET，具體指代其源極；對(duì)于P型BJT的功率器件，具體指代其發(fā)射極。這低電位導(dǎo)通極可以這樣理解，對(duì)于N型M0SFET，具體指代其源極；對(duì)于N型BJT，具體指代其發(fā)射極，對(duì)于P型M0SFET，具體指代其漏極；對(duì)于P型BJT，具體指代其集電極。以下與此類似，不再詳細(xì)描述。如圖3 所示，溫度檢測(cè)模塊 102 包括第一 PTAT(Proporational To AbsoluteTemperature)電流源Il和第一電阻單元Rl，第一PTAT電流源Il用于產(chǎn)生一個(gè)與功率器件的溫度成正比的電流，第一 PTAT電流源Il的輸出端與第一電阻單元Rl的一個(gè)端子相連，并作為所述溫度檢測(cè)模塊102的輸入端和輸出端；第一電阻單元Rl的另一個(gè)端子連接至地電位。如圖3所示，關(guān)斷控制模塊105包括第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第三晶體管Q3、第一非門Ul和第二電阻單元R2，其中，第二晶體管Q2的控制極作為所述關(guān)斷控制模塊的第一輸入端，第二晶體管Q2的高電位導(dǎo)通極與第二電阻單元R2的一個(gè)端子相連，同時(shí)還與第一非門Ul的輸入端相連，第二晶體管Q2的低電位導(dǎo)通極連接至地電位，第二電阻單元R2的另一端與取電模塊103輸出端相連,第一非門Ul輸出分別與第一晶體管Ql和第三晶體管Q3的控制極相連，第一晶體管Ql是P型晶體管，第三晶體管Q3是N型晶體管，第一晶體管的低電位導(dǎo)通極和第三晶體管Q3的高電位導(dǎo)通極相連，并作為關(guān)斷控制模塊的第一輸出端，第一晶體管Ql的高電位導(dǎo)通極作為關(guān)斷控制模塊的第二輸入端，第一晶體管Ql的控制極作為關(guān)斷控制模塊的第二輸出端，第三晶體管Q3的低電位導(dǎo)通極接至地電位。作為一種優(yōu)選 方案，第一晶體管Ql是P型M0SFET，第三晶體管Q3是N型M0SFET。這里選擇MOSFET是因?yàn)镸OSFET的電壓控制型器件，降低了對(duì)反相器Ul輸出電流能力的要求，可以降低電路的功耗，而且在實(shí)際應(yīng)用中，功率MOSFET的柵極與外接驅(qū)動(dòng)間都會(huì)接一小電阻并上二極管，二極管正端接功率MOSFET柵極，負(fù)端接驅(qū)動(dòng)，在功率MOSFET導(dǎo)通過(guò)程中，二極管截止，驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)電阻對(duì)功率MOSFET柵極寄生電容充電，該電阻在此過(guò)程起緩沖作用，對(duì)功率MOSFET有保護(hù)作用，在功率MOSFET截止的過(guò)程中，功率MOSFET柵
權(quán)利要求
1.一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于，包括溫度檢測(cè)模塊、關(guān)斷控制模塊、遲滯溫度設(shè)置模塊和取電模塊，其中， 所述的取電模塊包括輸出端、第一輸入端和第二輸入端，所述的第一輸入端與外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連，所述的第二輸入端與功率器件的高電位導(dǎo)通極相連，所述溫度檢測(cè)模塊的輸出端與關(guān)斷控制模塊的第一輸入端相連，所述溫度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)功率器件的溫度并產(chǎn)生一個(gè)與所述溫度相關(guān)的電流，并將所述電流輸入到關(guān)斷控制模塊的第一輸入端；所述關(guān)斷控制模塊的第二輸入端與外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連，所述關(guān)斷控制模塊的第一輸出端作為所述過(guò)溫保護(hù)電路的輸出端，所述關(guān)斷控制模塊的第二輸出端與遲滯溫度設(shè)置模塊的輸入端相連，所述遲滯溫度設(shè)置模塊的輸出端與溫度檢測(cè)模塊的輸入端相連； 所述取電模塊的輸出端為溫度檢測(cè)模塊、關(guān)斷控制模塊和遲滯溫度設(shè)置模塊提供電源； 所述關(guān)斷控制模塊將接收到的溫度檢測(cè)模塊輸入的電流和預(yù)設(shè)值的閾值進(jìn)行判斷，若大于該閾值，則關(guān)斷控制模塊的第一輸出端輸出一個(gè)低電平關(guān)斷所述功率器件并啟動(dòng)遲滯溫度設(shè)置模塊；否則，輸出外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于，所述溫度檢測(cè)模塊包括第一PTAT電流源和第一電阻單元，所述第一 PTAT電流源用于產(chǎn)生一個(gè)與功率器件的溫度成正比的電流，第一 PTAT電流源的輸出端與第一電阻單元的一個(gè)端子相連，并作為所述溫度檢測(cè)模塊的輸入端和輸出端；第一電阻單元的另一個(gè)端子連接至地電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于，所述關(guān)斷控制模塊包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第一非門和第二電阻單元，其中，第二晶體管的控制極作為所述關(guān)斷控制模塊的第一輸入端，第二晶體管的高電位導(dǎo)通極與第二電阻單元的一個(gè)端子相連，同時(shí)還與第一非門的輸入端相連，第二晶體管的低電位導(dǎo)通極連接至地電位，第二電阻單元的另一端與取電模塊輸出端相連，第一非門輸出分別與第一晶體管和第三晶體管的控制極相連，第一晶體管是P型晶體管，第三晶體管是N型晶體管，第一晶體管的低電位導(dǎo)通極和第三晶體管的高電位導(dǎo)通極相連，并作為關(guān)斷控制模塊的第一輸出端，第一晶體管的高電位導(dǎo)通極作為關(guān)斷控制模塊的第二輸入端，第一晶體管的控制極作為關(guān)斷控制模塊的第二輸出端，第三晶體管的低電位導(dǎo)通極接至地電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于，所述遲滯溫度設(shè)置模塊用來(lái)設(shè)置所述過(guò)溫保護(hù)電路的動(dòng)作解除的溫度點(diǎn)，包括第二 PTAT電流源和與第二 PTAT電流源串聯(lián)的第四晶體管，第二 PTAT電流源用于產(chǎn)生一個(gè)與功率器件的溫度成正比的電流，其輸出端與第四晶體管的高電位導(dǎo)通極相連，第四晶體管的控制極與關(guān)斷控制模塊的第二輸出端相連，第四晶體管的低電位導(dǎo)通極作為遲滯溫度設(shè)置模塊的輸出端，當(dāng)未過(guò)溫保護(hù)時(shí)，關(guān)斷控制模塊第二輸出端輸出一控制信號(hào)到所述遲滯溫度設(shè)置模塊的輸入端，關(guān)斷第二 PTAT電流源；當(dāng)過(guò)溫保護(hù)時(shí)，關(guān)斷控制模塊第二輸出端輸出另一控制信號(hào)到所述遲滯溫度設(shè)置模塊的輸入端，開(kāi)啟第二 PTAT電流源，該電流輸出到溫度檢測(cè)模塊，并與第一 PTAT電流源置加。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于，所述取電模塊具體通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于，所述第一晶體管的類型具體為P型MOSFET，第三晶體管的類型具體為N型MOSF ET。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于功率器件的過(guò)溫保護(hù)電路，具體包括溫度檢測(cè)模塊、關(guān)斷控制模塊、遲滯溫度設(shè)置模塊和取電模塊。本發(fā)明無(wú)需單獨(dú)的參考電壓源，既可以從輸入信號(hào)取電，也可以從被保護(hù)功率器件取電。檢測(cè)溫度的熱感應(yīng)源是電流值與溫度成正比的電流源，當(dāng)溫度達(dá)到過(guò)溫點(diǎn)時(shí)，通過(guò)關(guān)斷控制模塊來(lái)阻斷前級(jí)驅(qū)動(dòng)與功率器件的電流通路，可靠關(guān)斷功率器件，并使過(guò)溫時(shí)整體功耗達(dá)到最低。本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩路電流源的比例來(lái)設(shè)置遲滯溫度，當(dāng)溫度比過(guò)溫點(diǎn)低一個(gè)遲滯溫度后才解除保護(hù)狀態(tài)，有效的避免了在過(guò)溫點(diǎn)附近產(chǎn)生震蕩，使功率器件不會(huì)誤開(kāi)啟。
文檔編號(hào)H02H5/04GK102646962SQ20121011471
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者任敏, 張仁輝, 張波, 張金平, 李澤宏, 蔣匯, 黃斌 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)