專利名稱：一種用于功率器件的過溫保護電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于功率器件的過溫保護電路，尤其適用于功率集成領域。
背景技術：
功率器件是目前應用最廣，使用效率最高的電力電子器件之一。而功率器件在工作時可能會產(chǎn)生大量熱量，如果散熱不力、過溫保護電路不可靠，很容易造成器件的熱擊穿，導致器件永久損壞。目前常采用的過溫保護方案，通常是利用雙極型晶體管BE結(jié)比如申請?zhí)?009102367211公開的“一種過溫保護電路”、熱敏二極管比如申請?zhí)?00720036138. 2公開的“M0S型過溫保護電路”或者熱敏電阻來做熱感應源，這些熱敏源的輸出信號與溫度呈非線性關系，不便于精確計算過溫保護點?，F(xiàn)有的功率器件的過溫保護電路輸出控制級通常是由晶體管和一小電阻構成，小電阻的一端接輸入驅(qū)動信號，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，晶體管的點電位極接地電位，圖I給出了一種示例。當未過溫保護時時，晶體管截止，輸入驅(qū)動通過串聯(lián)在功率器件柵極的小電阻控制功率器件的開關。過溫保護時，晶體管導通，其導通電阻與小電阻分壓，要想關斷被保護功率器件，就要求晶體管的導通電阻很小，使功率器件柵極電壓值低于其導通閾值，這樣會導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用。而且，由于在過溫保護后形成了從輸入依次經(jīng)過柵極串聯(lián)電阻、導通晶體管的回路，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，導致其非可靠關斷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)過溫保護方案在過溫保護后功率器件不能可靠關斷的缺陷，本發(fā)明提出了一種用于功率器件的過溫保護電路。本發(fā)明的技術方案為一種用于功率器件的過溫保護電路，包括溫度檢測模塊、關斷控制模塊、遲滯溫度設置模塊和取電模塊，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)動信號相連，所述的第二輸入端與功率器件的高電位導通極相連，所述溫度檢測模塊的輸出端與關斷控制模塊的第一輸入端相連，所述溫度檢測模塊用于檢測功率器件的溫度并產(chǎn)生一個與所述溫度相關的電流，并將所述電流輸入到關斷控制模塊的第一輸入端；所述關斷控制模塊的第二輸入端與外部的驅(qū)動信號相連，所述關斷控制模塊的第一輸出端作為所述過溫保護電路的輸出端，所述關斷控制模塊的第二輸出端與遲滯溫度設置模塊的輸入端相連，所述遲滯溫度設置模塊的輸出端與溫度檢測模塊的輸入端相連。所述取電模塊的輸出端為溫度檢測模塊、關斷控制模塊和遲滯溫度設置模塊提供電源；所述關斷控制模塊將接收到的溫度檢測模塊輸入的電流和預設值的閾值進行判斷，若大于該閾值，則關斷控制模塊的第一輸出端輸出一個低電平關斷所述功率器件并啟動遲滯溫度設置模塊；否則，輸出外部的驅(qū)動信號。進一步的，所述溫度檢測模塊包括第一 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端子相連，并作為所述溫度檢測模塊的輸入端和輸出端；第一電阻單元的另一個端子連接至地電位。進一步的，所述關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斷控制模塊的第一輸入端，第二晶體管的高電位導通極與第二電阻單元的一個端子相連，同時還與第一非門的輸入端相 連，第二晶體管的低電位導通極連接至地電位，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通極和第三晶體管的高電位導通極相連，并作為關斷控制模塊的第一輸出端，第一晶體管的高電位導通極作為關斷控制模塊的第二輸入端，第一晶體管的控制極作為關斷控制模塊的第二輸出端，第三晶體管的低電位導通極接至地電位。進一步的，所述遲滯溫度設置模塊用來設置所述過溫保護電路的動作解除的溫度點，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通極相連，第四晶體管的控制極與關斷控制模塊的第二輸出端相連，第四晶體管的低電位導通極作為遲滯溫度設置模塊的輸出端，當未過溫保護時，關斷控制模塊第二輸出端輸出一控制信號到所述遲滯溫度設置模塊的輸入端，關斷第二 PTAT電流源；當過溫保護時，關斷控制模塊第二輸出端輸出另一控制信號到所述遲滯溫度設置模塊的輸入端，開啟第二 PTAT電流源，該電流輸出到溫度檢測模塊，并與第一 PTAT電流源疊加。進一步的，所述取電模塊具體通過單刀雙擲開關實現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果I)過溫保護時，關斷控制模塊會使第一晶體管截止，第三晶體管導通。第一晶體管截止就阻斷了前級驅(qū)動電路的聯(lián)系，使前級電流不能流到被保護器件的柵極或基極，這樣就使保護后功率器件和保護電路功耗降到最低；同時，第三晶體管導通保證了功率器件的可靠關斷。2)由于遲滯溫度設置模塊的引入，當過溫保護后，功率器件的溫度需降一個設定的遲滯溫度才能解除保護動作，這就可以有效防止在臨界溫度點附近被保護功率器件產(chǎn)生的不穩(wěn)定開啟與關斷振蕩。3)可選擇兩種取電方式，功率器件在常規(guī)應用時，一般從被保護功率器件的驅(qū)動信號取電，當功率器件在低壓應用時，柵極電壓可能不足以維持過溫保護電路正常工作，這時就可以從功率器件的高電位導通極取電，這就使得過溫保護電路有更寬的功率應用范圍。4)可以通過解析表達式精確計算出過溫保護點以及恢復點的溫度值。5)適用于基于BiCMOS或B⑶工藝的功率集成芯片。


圖I是現(xiàn)有的過溫保護電路的結(jié)構示意圖。圖2是本發(fā)明一種用于功率器件的過溫保護電路的原理框圖。圖3是本發(fā)明一種用于功率器件的過溫保護電路的實施電路圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案更加清楚，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖2所示，一種用于功率器件的過溫保護電路10，包括溫度檢測模塊102、關斷 控制模塊105、遲滯溫度設置模塊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)動信號Vin相連，所述的第二輸入端與功率器件的高電位導通極相連，所述溫度檢測模塊102的輸出端與關斷控制模塊105的第一輸入端相連，所述溫度檢測模塊102用于檢測功率器件的溫度并產(chǎn)生一個與所述溫度相關的電流，并將所述電流輸入到關斷控制模塊105的第一輸入端；所述關斷控制模塊105的第二輸入端與外部的驅(qū)動信號Vin相連,所述關斷控制模塊105的第一輸出端作為所述過溫保護電路的輸出端Vout，所述關斷控制模塊105的第二輸出端與遲滯溫度設置模塊104的輸入端相連，所述遲滯溫度設置模塊104的輸出端與溫度檢測模塊102的輸入端相連，所述的取電模塊103的輸出端為溫度檢測模塊102、關斷控制模塊105和遲滯溫度設置模塊104提供電源；所述關斷控制模塊105將接收到的溫度檢測模塊102輸入的電流和預設值的閾值進行判斷，若大于該閾值，則關斷控制模塊105的第一輸出端輸出一個低電平關斷所述功率器件并啟動遲滯溫度設置模塊104 ;否則，輸出外部的驅(qū)動信號Vin。這高電位導通極可以這樣理解，對于N型M0SFET，具體指代其漏極；對于N型BJT的功率器件，具體指代其集電極，對于P型M0SFET，具體指代其源極；對于P型BJT的功率器件，具體指代其發(fā)射極。這低電位導通極可以這樣理解，對于N型M0SFET，具體指代其源極；對于N型BJT，具體指代其發(fā)射極，對于P型M0SFET，具體指代其漏極；對于P型BJT，具體指代其集電極。以下與此類似，不再詳細描述。如圖3 所示，溫度檢測模塊 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的一個端子相連，并作為所述溫度檢測模塊102的輸入端和輸出端；第一電阻單元Rl的另一個端子連接至地電位。如圖3所示，關斷控制模塊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斷控制模塊的第一輸入端，第二晶體管Q2的高電位導通極與第二電阻單元R2的一個端子相連，同時還與第一非門Ul的輸入端相連，第二晶體管Q2的低電位導通極連接至地電位，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通極和第三晶體管Q3的高電位導通極相連，并作為關斷控制模塊的第一輸出端，第一晶體管Ql的高電位導通極作為關斷控制模塊的第二輸入端，第一晶體管Ql的控制極作為關斷控制模塊的第二輸出端，第三晶體管Q3的低電位導通極接至地電位。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是因為MOSFET的電壓控制型器件，降低了對反相器Ul輸出電流能力的要求，可以降低電路的功耗，而且在實際應用中，功率MOSFET的柵極與外接驅(qū)動間都會接一小電阻并上二極管，二極管正端接功率MOSFET柵極，負端接驅(qū)動，在功率MOSFET導通過程中，二極管截止，驅(qū)動電流通過電阻對功率MOSFET柵極寄生電容充電，該電阻在此過程起緩沖作用，對功率MOSFET有保護作用，在功率MOSFET截止的過程中，功率MOSFET柵
權利要求
1.一種用于功率器件的過溫保護電路，其特征在于，包括溫度檢測模塊、關斷控制模塊、遲滯溫度設置模塊和取電模塊，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)動信號相連，所述的第二輸入端與功率器件的高電位導通極相連，所述溫度檢測模塊的輸出端與關斷控制模塊的第一輸入端相連，所述溫度檢測模塊用于檢測功率器件的溫度并產(chǎn)生一個與所述溫度相關的電流，并將所述電流輸入到關斷控制模塊的第一輸入端；所述關斷控制模塊的第二輸入端與外部的驅(qū)動信號相連，所述關斷控制模塊的第一輸出端作為所述過溫保護電路的輸出端，所述關斷控制模塊的第二輸出端與遲滯溫度設置模塊的輸入端相連，所述遲滯溫度設置模塊的輸出端與溫度檢測模塊的輸入端相連； 所述取電模塊的輸出端為溫度檢測模塊、關斷控制模塊和遲滯溫度設置模塊提供電源； 所述關斷控制模塊將接收到的溫度檢測模塊輸入的電流和預設值的閾值進行判斷，若大于該閾值，則關斷控制模塊的第一輸出端輸出一個低電平關斷所述功率器件并啟動遲滯溫度設置模塊；否則，輸出外部的驅(qū)動信號。
2.根據(jù)權利要求I所述的過溫保護電路，其特征在于，所述溫度檢測模塊包括第一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端子相連，并作為所述溫度檢測模塊的輸入端和輸出端；第一電阻單元的另一個端子連接至地電位。
3.根據(jù)權利要求I所述的過溫保護電路，其特征在于，所述關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斷控制模塊的第一輸入端，第二晶體管的高電位導通極與第二電阻單元的一個端子相連，同時還與第一非門的輸入端相連，第二晶體管的低電位導通極連接至地電位，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通極和第三晶體管的高電位導通極相連，并作為關斷控制模塊的第一輸出端，第一晶體管的高電位導通極作為關斷控制模塊的第二輸入端，第一晶體管的控制極作為關斷控制模塊的第二輸出端，第三晶體管的低電位導通極接至地電位。
4.根據(jù)權利要求I所述的過溫保護電路，其特征在于，所述遲滯溫度設置模塊用來設置所述過溫保護電路的動作解除的溫度點，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通極相連，第四晶體管的控制極與關斷控制模塊的第二輸出端相連，第四晶體管的低電位導通極作為遲滯溫度設置模塊的輸出端，當未過溫保護時，關斷控制模塊第二輸出端輸出一控制信號到所述遲滯溫度設置模塊的輸入端，關斷第二 PTAT電流源；當過溫保護時，關斷控制模塊第二輸出端輸出另一控制信號到所述遲滯溫度設置模塊的輸入端，開啟第二 PTAT電流源，該電流輸出到溫度檢測模塊，并與第一 PTAT電流源置加。
5.根據(jù)權利要求I所述的過溫保護電路，其特征在于，所述取電模塊具體通過單刀雙擲開關實現(xiàn)。
6.根據(jù)權利要求3所述的過溫保護電路，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)明公開了一種用于功率器件的過溫保護電路，具體包括溫度檢測模塊、關斷控制模塊、遲滯溫度設置模塊和取電模塊。本發(fā)明無需單獨的參考電壓源，既可以從輸入信號取電，也可以從被保護功率器件取電。檢測溫度的熱感應源是電流值與溫度成正比的電流源，當溫度達到過溫點時，通過關斷控制模塊來阻斷前級驅(qū)動與功率器件的電流通路，可靠關斷功率器件，并使過溫時整體功耗達到最低。本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)兩路電流源的比例來設置遲滯溫度，當溫度比過溫點低一個遲滯溫度后才解除保護狀態(tài)，有效的避免了在過溫點附近產(chǎn)生震蕩，使功率器件不會誤開啟。
文檔編號H02H5/04GK102646962SQ20121011471
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權日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 申請人:電子科技大學