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  • CMOS溫度保護電路(熱滯回功能?)設計介紹
    • 發布時間:2022-07-07 20:55:29
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    CMOS溫度保護電路(熱滯回功能)設計介紹
    CMOS溫度保護電路
    電路結構設計:
    整個電路結構可分為啟動電路、PTAT電流產生電路、溫度比較及其輸出電路。下面詳細介紹各部分電路的設計以及實現。文中所設計的CMOS溫度保護電路整體電路圖如圖1所示。
    CMOS溫度保護電路
    啟動電路
    在與電源無關的偏置電路中有一個很重要的問題,那就是“簡并”偏置點的存在,每條支路的電流可能為零,即電路不能進入正常工作狀態,故必須添加啟動電路,以便電源上電時擺脫簡并偏置點。
    上電瞬間,電容C上無電荷,M7柵極呈現低電壓,M7~M9導通,PD(低功耗引腳)為低電平,M3將M6柵壓拉高,由于設計中M2寬長比較小,而此時又不導通,Q1~Q4支路導通,電路脫離“簡并點”;
    隨著M6柵電位的繼續升高,M2導通,M3源電位急劇降低,某時刻M3 被關斷,啟動電路與偏置電路實現隔離,電容C兩端電壓恒定,為M7提供合適的柵壓,偏置電路正常工作。
    然而,當PD為高電平時,M4導通,將M6,M10 的柵電位拉低,使得整個電路處于低功耗狀態。
    溫度比較及輸出電路
    由于晶體管的BE結正向導通電壓具有負溫度系數;PTAT電流進行I-V變換產生電壓具有正溫度特性;
    利用這兩路電壓不同的溫度特性來實現溫度檢測,產生過溫保護信號的輸出,M26~M30,M33,M34構成一個兩級開環比較器,反相器的接入是為了滿足高轉換速率的要求。
    M31,M32是低功耗管,M23~M25的作用是構成一個正反饋回路,以防止在臨界狀態發生不穩定性,同時又為電路產生了滯回區間。
    比較器的兩個輸入端電壓分別記為VQ和VR;M17~M22用來鏡像基準源電路產生的PTAT電流,這里它們與M14有著相同的寬長比。
    因此流經這三條支路的電流都為IPTAT。在常溫下,M25截止,R2完成對PTAT電流的I-V變換,即VR=2IPTATR2,此時VRVQ,比較器輸出為低電平。隨著溫度的升高,IPTAT不斷增大,VR也隨之增大。
    與此同時,晶體管BE結正向導通電壓VQ以2.2 mV/℃的速度下降。當VR=VQ的瞬間,比較器發生翻轉,使得輸出為高電平,從而啟動溫度保護。在溫度保護啟動的同時,M25開始導通。
    此時,流過R2 上的電流變為兩部分,一部分是原來就存在的M19~M22提供的偏置電流,另一部分就是新引入的由M23~M25提供的電流。
    這樣做的好處是在溫度下降時,只有在溫度低于開始的關斷溫度一定值時才能重新工作,相當于在關斷點附近形成熱遲滯,有效地防止了熱振蕩現象的發生。
    為保證芯片在工作時不因溫度過高而被損壞,溫度保護電路是必須的。
    這里所設計的溫度保護電路對溫度靈敏性高,功耗低,其熱滯回功能能有效防止熱振蕩現象的發生,相比一般單獨使用晶體管BE結的溫度保護電路具有更高的靈敏度和精度,可廣泛用于各種功率芯片內部。
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