專利名稱:過溫度保護(hù)電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種過溫度保護(hù)電路,特別是指一種應(yīng)用于集成電路中的過溫 度保護(hù)電路及其方法。
背景技術(shù):
在集成電路(IC)中的電源管理設(shè)計(jì)的部分, 一般會(huì)設(shè)計(jì)有過溫度保護(hù)電
路,目的在于檢測集成電路內(nèi)部溫度是否過高。因?yàn)楫?dāng)有不當(dāng)?shù)妮斎腚妷夯蚴?輸出負(fù)載電流產(chǎn)生時(shí),都有可能造成集成電路內(nèi)部溫度過熱而損壞集成電路本 身。此時(shí),若是過溫度保護(hù)電路啟動(dòng),將會(huì)送出一控制信號(hào)去強(qiáng)迫關(guān)掉集成電 路的運(yùn)作,以達(dá)到保護(hù)集成電路本身與應(yīng)用電路的功效。
請(qǐng)參考圖l,為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于集成電路的過溫度保護(hù)電路的示意圖。該
過溫度保護(hù)電路是例如應(yīng)用于一電源管理的集成電路中,其包含 一溫度傳感
器90及一比較器91。其中,通過溫度傳感器90來感測集成電路中的溫度, 以分別產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電壓Vwc及一正溫度系數(shù)電壓Vptc,進(jìn)而利用比較 器91來接收負(fù)溫度系數(shù)電壓與正溫度系數(shù)電壓,并且進(jìn)行比較以輸出一輸出
電壓V(xjt來控制電源管理的集成電路中的功率晶體管,以達(dá)到過溫度的保護(hù)。
其中,在設(shè)計(jì)溫度傳感器90時(shí),往往會(huì)去考慮非理想效應(yīng)所造成的溫度 誤差,其中非理想效應(yīng)包括電路中組件不匹配、工藝參數(shù)的絕對(duì)值變異及運(yùn)算 放大器或是比較器的偏移電壓(Offset Voltage)。而這些非理想效應(yīng)對(duì)溫度傳感 器90的精確度都有顯著的影響,所以也就足以決定過溫度保護(hù)電路的運(yùn)作準(zhǔn) 確與否的情形。而若是要獲得高精確度的溫度傳感器90,則大部分的技術(shù)會(huì) 利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(如Sigma-DeltaADC),以先將誤差模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號(hào),然后再利用數(shù)字信號(hào)處理的方式去做自動(dòng)校正。但是,利用數(shù)字化的處
理確實(shí)可以讓溫度傳感器90達(dá)到約士o.rc的高精確度,不過相對(duì)的也就必須
占用相當(dāng)大的面積并且耗費(fèi)較大的功率。
但是若是在精確度的要求較不嚴(yán)苛的應(yīng)用上(如電源管理的集成電路),其便是只需藉由電路布局或電路設(shè)計(jì)技巧來降低非理想效應(yīng)。也就如圖1中的溫
度傳感器90的設(shè)計(jì)方法,即是利用類似帶隙(band-gap)電路的架構(gòu),以讓正溫 度系數(shù)電壓VpTc可以由電路圖中的IPTAT*R2來求得;而負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC 則是由BJT晶體管(Q3、 Q4)運(yùn)作之后所提供,進(jìn)而進(jìn)行正、負(fù)溫度系數(shù)電壓 的比較而來控制電源管理的集成電路中的功率晶體管。但是,如此一來也就必 須要使用到大量的晶體管,除了增加在電路設(shè)計(jì)上的困擾,同樣也會(huì)占用較大 的集成電路的面積,且耗費(fèi)較大的功率。
因此,要如何設(shè)計(jì)出晶體管數(shù)量少以降低集成電路的面積,并且相對(duì)能減 少功率的耗損的過溫度保護(hù)電路,便是目前值得進(jìn)一步研究的地方。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于,提供一種過溫度保護(hù)電路及 其方法,在過溫度保護(hù)電路中,利用空乏型晶體管(DepletionMOS)及加強(qiáng)型晶 體管(Enhancement MOS)在工藝變異中具有相同的趨勢的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)成為溫度 傳感器,以控制過溫度保護(hù)電路所用來判斷過溫度與否的臨界值能夠較精確而 不產(chǎn)生偏移,并且能減少晶體管的使用數(shù)量而節(jié)省過溫度保護(hù)電路在集成電路 中所占用的面積,以及降低整體功率的耗費(fèi)。此外,本發(fā)明還設(shè)計(jì)有一磁滯機(jī) 制(Hysteresis Mechanism),以避免過溫度保護(hù)電路的輸出信號(hào)在相同溫度下發(fā) 生高低電壓位準(zhǔn)切換的重復(fù)動(dòng)作。
為了達(dá)到上述目的,根據(jù)本發(fā)明所提出的一方案,提供一種過溫度保護(hù)電 路,應(yīng)用于一集成電路,以控制該集成電路的一功率晶體管,該多溫度保護(hù)電 路包括 一溫度傳感器及一比較器。其中,溫度傳感器用以產(chǎn)生一正溫度系數(shù) 電壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓,而比較器連接該溫度傳感器,用來比較該正溫度系 數(shù)電壓及該負(fù)溫度系數(shù)電壓而輸出一輸出電壓,以控制該功率晶體管的啟閉。 此外,該溫度傳感器進(jìn)一步包含 一第一電路及一第二電路。其中,第一電路 包含一第一空乏型晶體管及一第一加強(qiáng)型晶體管,以產(chǎn)生該正溫度系數(shù)電壓,
而該第一空乏型晶體管與該第一加強(qiáng)型晶體管為共柵極端的連接,該第一空乏 型晶體管源極端連接該第一加強(qiáng)型晶體管漏極端,并且該第一加強(qiáng)型晶體管源 極端接地。而該第二電路包含一第二空乏型晶體管、 一第二加強(qiáng)型晶體管及一 第三加強(qiáng)型晶體管,以產(chǎn)生該負(fù)溫度系數(shù)電壓,該第二空乏型晶體管與該第二加強(qiáng)型晶體管為共柵極端的連接,該第二空乏型晶體管源極端連接該第二加強(qiáng) 型晶體管漏極端,并且該第二加強(qiáng)型晶體管源極端連接該第三加強(qiáng)型晶體管漏 極端,該第三加強(qiáng)型晶體管源極端接地。
為了達(dá)到上述目的,根據(jù)本發(fā)明所提出的另一方案,提供一種過溫度保護(hù) 方法,應(yīng)用于一集成電路,用以控制該集成電路的一功率晶體管的啟閉,其步 驟包括首先,提供一溫度傳感器,以產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓及一負(fù)溫度系數(shù) 電壓,接著若該溫度傳感器檢測該集成電路的內(nèi)部溫度高于一臨界值時(shí),輸出 一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來關(guān)閉該功率晶體管。進(jìn)而進(jìn)行啟動(dòng)一磁滯電路,以 讓該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生平移下降,并且藉由該集成電路的內(nèi)部溫度的下降, 使該正溫度系數(shù)電壓降低至得以與該平移下降后的負(fù)溫度系數(shù)電壓進(jìn)行比較。 最后,輸出 一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來開啟該功率晶體管。
為了達(dá)到上述目的,根據(jù)本發(fā)明所提出的又一方案,提供一種過溫度保護(hù) 方法,應(yīng)用于一集成電路,用以控制該集成電路的一功率晶體管的啟閉,其歩 驟包括首先,提供一溫度傳感器,以產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓及 -負(fù)溫度系數(shù) 電壓,接著若該溫度傳感器檢測該集成電路的內(nèi)部溫度高于一臨界值時(shí),輸出 一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來關(guān)閉該功率晶體管。進(jìn)而進(jìn)行啟動(dòng)一磁滯電路,以 讓該正溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生平移上升,并且藉由該集成電路的內(nèi)部溫度的下降, 使該負(fù)溫度系數(shù)電壓提升至得以與該平移上升后的正溫度系數(shù)電壓進(jìn)行比較。 最后,輸出一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來開啟該功率晶體管。
藉此,讓所設(shè)計(jì)出的過溫度保護(hù)電路及方法在使用較少的晶體管數(shù)量的情 況下,還能維持一定的精確度,并且得以降低集成電路的面積,以及相對(duì)減少 整體功率的耗損。
以上的概述與接下來的詳細(xì)說明及附圖,皆是為了能進(jìn)一步說明本發(fā)明為 達(dá)成預(yù)定目的所采取的方式、手段及功效。而有關(guān)本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點(diǎn), 將在后續(xù)的說明及圖式中加以闡述。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于集成電路的過溫度保護(hù)電路的示意圖; 圖2為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路的第一實(shí)施例電路示意圖; 圖3為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路對(duì)溫度變異的示意8圖4為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路在磁滯電路啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓仿真示意圖; 圖5為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路的第二實(shí)施例電路示意圖; 圖6為本發(fā)明過溫度保護(hù)方法的第一實(shí)施例流程圖; 圖7為本發(fā)明過溫度保護(hù)方法的第二實(shí)施例流程圖;及 圖8為不同負(fù)溫度系數(shù)電壓的斜率對(duì)溫度變異的示意圖。 其中附圖標(biāo)記為 溫度傳感器90 比較器91 放大器OP 正溫度系數(shù)電壓VPTC 負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC
輸出電壓VouT
BJT晶體管Q3, Q4 溫度傳感器11 第一電路111 第二電路112 比較器12 磁滯電路13 第一空乏型晶體管MDN1 第二空乏型晶體管MDN2 第三空乏型晶體管MDN3 第一加強(qiáng)型晶體管MEN1 第二加強(qiáng)型晶體管MEN2 第三加強(qiáng)型晶體管MEN3 第四加強(qiáng)型晶體管MEN4 第五加強(qiáng)型晶體管MEN5 電壓源VDD 柵極端G 漏極端D 源極端S正溫度系數(shù)電壓VPTC
負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC, VNTC1, VNTC2 平移下降后的負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTCH. 輸出電壓VOUT
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要是利用空乏型晶體管(Depletion MOS)及加強(qiáng)型晶體管 (Enhancement MOS)的特性來設(shè)計(jì)出溫度傳感器,并且應(yīng)用在過溫度保護(hù)電路。 此外,更進(jìn)一步在過溫度保護(hù)電路中設(shè)計(jì)了一個(gè)磁滯機(jī)制(Hysteresis Mechanism),用以避免過溫度保護(hù)電路的輸出信號(hào),在相同溫度下發(fā)生高、低 位準(zhǔn)切換的重復(fù)動(dòng)作。于是,本發(fā)明也就能使用較少的晶體管數(shù)目,以達(dá)到減 小面積與功耗的目的。
請(qǐng)參考圖2,為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路的第一實(shí)施例電路示意圖。本實(shí)施 例所提供的一種過溫度保護(hù)電路,應(yīng)用于一集成電路(如電源管理IC)(圖未 示),用以控制集成電路中的一功率晶體管(圖未示),以當(dāng)集成電路的內(nèi)部溫度 過高時(shí),過溫度保護(hù)電路會(huì)進(jìn)行啟動(dòng)而關(guān)閉功率晶體管,以強(qiáng)迫中止集成電路 的運(yùn)作,進(jìn)而達(dá)到保護(hù)集成電路本身與應(yīng)用電路的功效。
本實(shí)施例的過溫度保護(hù)電路包括 一溫度傳感器ll、 一比較器12及一磁 滯電路13。其中,溫度傳感器11用以產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓VpTc及一負(fù)溫度
系數(shù)電壓VwTc,并且進(jìn)一步包含 一第一電路111及一第二電路112。
第一電路111的設(shè)計(jì)包含一第一空乏型晶體管Mbw及一第一加強(qiáng)型晶體 管MEN1,用以產(chǎn)生該正溫度系數(shù)電壓VPTC。其中,第一空乏型晶體管MDN1 與第一加強(qiáng)型晶體管MEN1是為共柵極端(Gate)的連接,而第一空乏型晶體管 MDN1源極端(Source)連接第一加強(qiáng)型晶體管MEN1漏極端(Drain),并且第一加 強(qiáng)型晶體管MEN1源極端接地。
第二電路112的設(shè)計(jì)則包含一第二空乏型晶體管MDN2、 一第二加強(qiáng)型晶
體管MEN2及一第三加強(qiáng)型晶體管M艦,用以產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC。其中, 第二空乏型晶體管Mdm與第二加強(qiáng)型晶體管M,2屬于共柵極端的連接,而第 二空乏型晶體管MD^源極端連接第二加強(qiáng)型晶體管M^2漏極端,并且第二加 強(qiáng)型晶體管MEN2源極端進(jìn)一步連接第三加強(qiáng)型晶體管M,3漏極端,而第三加強(qiáng)型晶體管M,3源極端接地。
此外,在本實(shí)施例中,第一電路111及第二電路112是分別依據(jù)晶體管的
寬長比(W/L)來進(jìn)行搭配設(shè)計(jì),以產(chǎn)生該正溫度系數(shù)電壓VpTc及該負(fù)溫度系數(shù)
電壓Vwc。并且,其中的第一空乏型晶體管M,,、第二空乏型晶體管Mdn2、 第一加強(qiáng)型晶體管MEN1、第二加強(qiáng)型晶體管Men2及第三加強(qiáng)型晶體管Men3 在設(shè)計(jì)上皆是采用N通道金屬氧化半導(dǎo)體場效晶體管(N-Channd MOSFET)。
接著,由以上所述可以了解到第一電路111及第二電路112中是分別由空 乏型晶體管及加強(qiáng)型晶體管來搭配連接設(shè)計(jì),而關(guān)于其中的設(shè)計(jì)原理請(qǐng)?jiān)賲⒖?以下的公式的說明
首先,若以一對(duì)空乏型晶體管與加強(qiáng)型晶體管所構(gòu)成的溫度感測電路來舉
例說明,其所能產(chǎn)生的電壓(VTc)的數(shù)學(xué)表示式為
其中,Vth,及VTH.dn分別表示加強(qiáng)型晶體管及空乏型晶體管的導(dǎo)通臨界 電壓;而(W/L)en及(W/L)dn則是分別表示所使用的加強(qiáng)型晶體管及空乏型晶體 管在規(guī)格上的寬長比。進(jìn)而,要計(jì)算所產(chǎn)生的電壓(VTC)的溫度系數(shù)時(shí),則加 入溫度變異來計(jì)算,可得以下公式
于是,當(dāng)產(chǎn)生的電壓(VTC)的溫度系數(shù)大于零時(shí),表示溫度感測電路所產(chǎn) 生的電壓為正溫度系數(shù)電壓VPTC;而若產(chǎn)生的電壓(VTC)的溫度系數(shù)小于零時(shí), 則表示溫度感測電路所產(chǎn)生的電壓為負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC。而在第二電路112
中,即是增加第三加強(qiáng)型晶體管M跟3的設(shè)計(jì)來使第二電路112所產(chǎn)生的電壓 的溫度系數(shù)小于零,于是第二電路112即是用以產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC。
再者,本實(shí)施例中的比較器12是連接溫度傳感器11,其中第一電路lll 所產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電壓VpTc是連接至比較器12的一正向輸入端(+),而第二
電路112所產(chǎn)生的負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC是連接至比較器12的一反向輸入端
(-)。使得比較器12是用以比較正溫度系數(shù)電壓VpTc及負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC
而輸出一輸出電壓v0UT,以控制功率晶體管的啟閉。
而在設(shè)計(jì)上,比較器12是在比較正溫度系數(shù)電壓VpTc及負(fù)溫度系數(shù)電壓
11Votc之后,進(jìn)一步先決定出一臨界值,進(jìn)而基于該臨界值來控制輸出該輸出
電壓VouT。也就是當(dāng)集成電路的內(nèi)部溫度高于該臨界值時(shí),比較器12是輸出 一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓Vcxjt,以關(guān)閉功率晶體管;而當(dāng)集成電路的內(nèi)部溫 度低于該臨界值時(shí),比較器12是輸出一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓VOUT,以開啟 功率晶體管。
當(dāng)然,本實(shí)施例中的功率晶體管是例如以P通道晶體管來設(shè)計(jì),于是比較 器12所輸出的高低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓VouT是可以順利進(jìn)行控制功率晶體管 的啟閉。而熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人應(yīng)可了解功率晶體管亦可為N通道晶體管或其 它形式的電路的設(shè)計(jì),于是比較器12便會(huì)依據(jù)該功率晶體管的不同,而隨之 設(shè)計(jì)不同的輸出電壓VoUT的電壓位準(zhǔn)來因應(yīng)控制需求,在此并無加以限制。
而在設(shè)計(jì)過溫度保護(hù)電路時(shí),都必須考慮非理想效應(yīng)所造成的溫度誤差, 因?yàn)檫@些溫度誤差將會(huì)決定過溫度保護(hù)電路的精確度。于是請(qǐng)同時(shí)參考圖3, 為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路對(duì)溫度變異的示意圖。如圖中所示,當(dāng)正溫度系數(shù)電
壓VpTC及負(fù)溫度系數(shù)電壓VwTC受到非理想效應(yīng)影響時(shí),臨界值TsHDN將會(huì)產(chǎn)
生At的溫度誤差。
然而,由于本發(fā)明所搭配設(shè)計(jì)的空乏型晶體管及加強(qiáng)型晶體管的工藝參數(shù)
變異趨勢是相同的,因此在正溫度系數(shù)電壓VpTC及負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC的變 異將會(huì)有同方向的改變。換句話說,正溫度系數(shù)電壓VpTc及負(fù)溫度系數(shù)電壓 VNTC會(huì)同時(shí)向上或向下平移AVp與AVn(如圖中所示的Vptc,及VNTC,),所以
在設(shè)計(jì)時(shí)只要藉由選擇晶體管的寬長比,來調(diào)整所需要的正、負(fù)溫度系數(shù)電壓 的溫度系數(shù),臨界值的溫度誤差將會(huì)因此而縮小。
接下來,關(guān)于本實(shí)施例的磁滯電路13的部分,其主要的目的在于避免過
溫度保護(hù)電路的輸出信號(hào),在相同溫度下發(fā)生高低位準(zhǔn)切換的重復(fù)動(dòng)作。在設(shè)
計(jì)上是為一開關(guān)的設(shè)計(jì),連接于比較器12的一輸出端及第二電路112之間, 并且,磁滯電路13本身是依據(jù)該輸出電壓VouT來執(zhí)行啟閉開關(guān),以進(jìn)一歩控 制第二電路112所產(chǎn)生的負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC。
磁滯電路13進(jìn)一步包含 一第四加強(qiáng)型晶體管Men4及一第五加強(qiáng)型晶體 管MEN5。其中第四加強(qiáng)型晶體管M,4是共接于第二加強(qiáng)型晶體管Men2與第 三加強(qiáng)型晶體管Mew的接點(diǎn),并且第四加強(qiáng)型晶體管MEN4源極端是接地。而
第五加強(qiáng)型晶體管M,5柵極端是連接比較器12的輸出端,并且第五加強(qiáng)型晶體管MEN5源極端是連接第四加強(qiáng)型晶體管Mew漏板端,藉此以形成磁滯電路 13。此外,由于第五加強(qiáng)型晶體管Men5是操作在三汲區(qū),因此可以視為所謂 的開關(guān)設(shè)計(jì)。
于是,在集成電路的內(nèi)部溫度高于臨界值時(shí),過溫度保護(hù)電路會(huì)啟動(dòng),也 就是比較器12是會(huì)輸出高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓V0UT,此時(shí)第五加強(qiáng)型晶體管 M^5會(huì)導(dǎo)通,使得磁滯電路13啟動(dòng);反之若集成電路的內(nèi)部溫度在臨界值內(nèi)
時(shí),則過溫度保護(hù)電路不會(huì)啟動(dòng),比較器12則是輸出低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓
VOUT,此時(shí)第五加強(qiáng)型晶體管MEN5不會(huì)導(dǎo)通,使磁滯電路13是處于關(guān)閉狀態(tài)。
對(duì)此,請(qǐng)?jiān)偻瑫r(shí)參考圖4,為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路在磁滯電路啟動(dòng)時(shí)的
輸出電壓仿真示意圖。如圖所示,當(dāng)集成電路的內(nèi)部溫度逐漸升高至超過臨界
值TsH,時(shí),過溫度保護(hù)電路會(huì)啟動(dòng),也就如圖中曲線1的路徑所示,比較器 12是立即輸出高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓VcxjT,使得磁滯電路13亦啟動(dòng)時(shí),會(huì)控 制第二電路112讓負(fù)溫度系數(shù)電壓Vwc產(chǎn)生平移下降,也就是圖中所示的平
移下降后之負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTc.HYs。于是,當(dāng)集成電路的內(nèi)部溫度因?yàn)檫^溫 度保護(hù)電路的啟動(dòng)而開始下降時(shí),正溫度系數(shù)電壓Vptc也會(huì)隨溫度下降而降 低,直到與平移下降后的負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC.HYS得以由比較器12進(jìn)行比較
時(shí),即會(huì)如圖中曲線2的路徑所示,比較器12恢復(fù)成為輸出低電壓位準(zhǔn)的輸 出電壓V0UT。
而圖4中由曲線1以及曲線2所圍成的區(qū)域(IHYS)可稱為溫度磁滯窗口
(Temperature Hysteresis Windows)。而本實(shí)施例的磁滯機(jī)制的作法會(huì)使得磁滯 窗口較為固定,因?yàn)榇艤翱诘拇笮∈怯傻谌訌?qiáng)型晶體管M函3及第四加強(qiáng) 型晶體管MEN4的尺寸比例規(guī)格所決定。所以當(dāng)?shù)诙辗π途w管VbN2的電流 受非理想效應(yīng)改變時(shí),彼此匹配的第三加強(qiáng)型晶體管M,3及第四加強(qiáng)型晶體 管MEN4會(huì)讓磁滯窗口不受影響。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D5,為本發(fā)明過溫度保護(hù)電路的第二實(shí)施例電路示意圖。本實(shí) 施例在溫度傳感器11與比較器12的設(shè)計(jì)上是與第一實(shí)施例電路圖相同,而與 第一實(shí)施例電路圖最大的不同是在于磁滯電路13的設(shè)計(jì)。本實(shí)施例的磁滯電 路13是連接于比較器12的輸出端與第一電路111之間,用來控制提升第一電 路111所產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電壓Vptc。而藉由正溫度系數(shù)電壓Vptc的提升也 能夠達(dá)成與第一實(shí)施例電路圖相同的磁滯效果。如圖5所示,本實(shí)施例的磁滯電路13包含 一第三空乏型晶體管MDN3 及一第四空乏型晶體管Men4。其中,第三空乏型晶體管MDN3柵極端是直接連 接第三空乏型晶體管Mdn3源板端,并且第三空乏型晶體管M,3漏極端連接電 壓源VDD。而第四加強(qiáng)型晶體管MEW4柵極端是連接比較器12的輸出端,并且
第四加強(qiáng)型晶體管M,4源極端連接于第一加強(qiáng)型晶體管MENI柵極端,而第四
加強(qiáng)型晶體管M麗4漏極端連接第三空乏型晶體管M,3源極端。
于是,藉由此一磁滯電路13的設(shè)計(jì)而能提供一個(gè)類似充電路徑來提升第
一電路111所產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電壓VPTC。而就整體過溫度保護(hù)電路來看也 就是說,當(dāng)過溫度保護(hù)未啟動(dòng)時(shí),第四加強(qiáng)型晶體管M^4并不會(huì)導(dǎo)通,所以 磁滯電路13也就不會(huì)啟動(dòng);而當(dāng)過溫度保護(hù)啟動(dòng)時(shí),比較器12輸出高電壓位 準(zhǔn)的輸出電壓VouT,此時(shí)第四加強(qiáng)型晶體管M,4也就會(huì)導(dǎo)通,并且藉由第三
空乏型晶體管Mdw及第四加強(qiáng)型晶體管Mp,來形成充電路徑,使得第一電路
111所產(chǎn)生正溫度系數(shù)電壓Vptc提升,而完成磁滯的效果。
接著以下兩個(gè)流程實(shí)施例的說明,是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)際運(yùn)作流
程。圖6為本發(fā)明過溫度保護(hù)方法的第一實(shí)施例流程圖。如圖所示,本實(shí)施例
提供一種過溫度保護(hù)方法,其同樣是應(yīng)用于一集成電路,用以控制集成電路的
功率晶體管的啟閉。過溫度保護(hù)方法的步驟包括首先,提供一溫度傳感器 11(S601),并且用以設(shè)計(jì)產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓VpTC及一負(fù)溫度系數(shù)電壓 VNTC,接著,進(jìn)行檢測集成電路的內(nèi)部溫度是否高于一臨界值(S603)。
若步驟(S603)的檢測結(jié)果為否,則表示集成電路的內(nèi)部溫度在正常范圍
內(nèi),而過溫度保護(hù)電路不需啟動(dòng),而持續(xù)輸出一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓VouT,
以開啟功率晶體管持續(xù)運(yùn)作,并且繼續(xù)進(jìn)行檢測集成電路的內(nèi)部溫度。反之, 若步驟(S603)的檢測結(jié)果為是,則表示溫度過高而必須啟動(dòng)過溫度保護(hù)電路, 于是進(jìn)行輸出一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓V(xjT來關(guān)閉功率晶體管(S605),以避 免集成電路繼續(xù)運(yùn)作而造成損毀。
進(jìn)而,進(jìn)行啟動(dòng)一磁滯電路13,以讓負(fù)溫度系數(shù)電壓Vwc產(chǎn)生平移下降 (S607),并且由于過溫度保護(hù)電路的啟動(dòng)已關(guān)閉功率晶體管,于是便可降低集 成電路的內(nèi)部溫度(S609)。而緊接著,便進(jìn)行判斷正溫度系數(shù)電壓VpTc是否因
集成電路的內(nèi)部溫度下降而降低至得以與該平移下降后的負(fù)溫度系數(shù)電壓 VNTCHYS進(jìn)行比較(S611)。若判斷結(jié)果為是,則可恢復(fù)輸出低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓VouT,以開啟功率晶體管(S613)。相反的,若步驟(S611)的判斷結(jié)果為否,
則表示正溫度系數(shù)電壓VPTC尚未降低到特定的溫度點(diǎn)的電壓,因而未能與該 平移下降后的負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC.HYS進(jìn)行比較,于是重復(fù)至步驟(S609),以
繼續(xù)降低集成電路的內(nèi)部溫度。
藉此,藉由重復(fù)上述步驟,即可達(dá)到本實(shí)施例過溫度保護(hù)方法的運(yùn)作,而 讓集成電路在過溫度狀況產(chǎn)生時(shí),具有過溫度保護(hù)而進(jìn)行關(guān)閉的作用,而在過 溫度狀況解除后自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)作。
圖7為本發(fā)明過溫度保護(hù)方法的第二實(shí)施例流程圖。如圖所示,本實(shí)施例 大致與第一實(shí)施例流程圖相同,而最大的不同點(diǎn)在于磁滯電路13的運(yùn)作設(shè)計(jì)
上的不同,本實(shí)施例是針對(duì)正溫度系數(shù)電壓VpTc來作平移上升的調(diào)整,而第 一實(shí)施例是針對(duì)負(fù)溫度系數(shù)電壓VwTc來做平移下降的調(diào)整。
而詳細(xì)流程說明如下首先,提供一溫度傳感器11(S701),并且用以設(shè)計(jì)
產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓VpTC及一負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC,接著,進(jìn)行檢測集成
電路的內(nèi)部溫度是否高于一臨界值(S703)。
若步驟(S703)的檢測結(jié)果為否,則表示集成電路的內(nèi)部溫度在正常范圍
內(nèi),而過溫度保護(hù)電路不需啟動(dòng),而持續(xù)輸出一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓VcxjT,
以開啟功率晶體管持續(xù)運(yùn)作,并且繼續(xù)進(jìn)行檢測集成電路的內(nèi)部溫度。反之, 若步驟(S703)的檢測結(jié)果為是,則表示溫度過高而必須啟動(dòng)過溫度保護(hù)電路, 于是進(jìn)行輸出一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓Vow來關(guān)閉功率晶體管(S705),以避 免集成電路繼續(xù)運(yùn)作而造成損毀。
進(jìn)而,進(jìn)行啟動(dòng)磁滯電路13,以讓正溫度系數(shù)電壓VpTc產(chǎn)生平移上升 (S707),并且由于過溫度保護(hù)電路的啟動(dòng)已關(guān)閉功率晶體管,于是便可降低集 成電路的內(nèi)部溫度(S709)。而緊接著,便進(jìn)行判斷負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC是否 因集成電路的內(nèi)部溫度下降而提升至得以與該平移上升后的正溫度系數(shù)電壓 進(jìn)行比較(S711)。若判斷結(jié)果為是,則可恢復(fù)輸出低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓VoUT, 以開啟功率晶體管(S713),恢復(fù)集成電路的運(yùn)作。相反的,若步驟(S711)的判 斷結(jié)果為否,則表示負(fù)溫度系數(shù)電壓Vwc尚未提升到特定的溫度點(diǎn)的電壓, 因而未能與該平移上升后的正溫度系數(shù)電壓進(jìn)行比較,于是重復(fù)至步驟 (S709),以繼續(xù)降低集成電路的內(nèi)部溫度。最后,藉由重復(fù)上述步驟,即可達(dá) 到本實(shí)施例過溫度保護(hù)方法的運(yùn)作。
15附帶一提的是,在前述降低非理想效應(yīng)所造成的溫度誤差的解決方案中, 更可進(jìn)一步藉由增加正溫度系數(shù)電壓VPTC或負(fù)溫度系數(shù)電壓VNTC的斜率來達(dá) 成縮小非理想效應(yīng)對(duì)溫度造成的誤差。如圖8所示,即為不同負(fù)溫度系數(shù)電壓 的斜率對(duì)溫度變異的示意圖。從圖中可以看到,當(dāng)正溫度系數(shù)電壓Vptc受非 理想效應(yīng)的影響,使得正溫度系數(shù)電壓VpTc向上平移AVp而變成VpTc,。而不
同的負(fù)溫度系數(shù)電壓Vntc,及VNTC2(VNTC1斜率大于Vntc2斜率)將會(huì)有不同的 溫度誤差結(jié)果,其中,負(fù)溫度系數(shù)電壓Vwra產(chǎn)生的溫度誤差A(yù)tl將會(huì)小于負(fù) 溫度系數(shù)電壓VNTC2所產(chǎn)生的溫度誤差A(yù) t2。
綜上所述,本發(fā)明的過溫度保護(hù)電路,是利用空乏型晶體管及加強(qiáng)型晶體 管在工藝變異中具有相同的趨勢的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)成為溫度傳感器,以控制過溫度 保護(hù)電路所用來判斷過溫度與否的臨界值能夠較精確而不產(chǎn)生偏移,并且進(jìn)而 能減少晶體管的使用數(shù)量而節(jié)省過溫度保護(hù)電路在集成電路中所占用的面積, 以及降低整體功率的耗費(fèi)。此外,更設(shè)計(jì)有磁滯電路的機(jī)制,以避免過溫度保 護(hù)電路的輸出信號(hào)在相同溫度下發(fā)生高低電壓位準(zhǔn)切換的重復(fù)動(dòng)作。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,在不 背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下,熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作 出各種相應(yīng)的改變和變形,但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán) 利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種過溫度保護(hù)電路,其特征在于,應(yīng)用于一集成電路,用以控制該集成電路的一功率晶體管,該過溫度保護(hù)電路包括一溫度傳感器,用以產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓,并且該溫度傳感器進(jìn)一步包含一第一電路,包含一第一空乏型晶體管及一第一加強(qiáng)型晶體管,用以產(chǎn)生該正溫度系數(shù)電壓,其中該第一空乏型晶體管與該第一加強(qiáng)型晶體管為共柵極端的連接,而該第一空乏型晶體管源極端連接該第一加強(qiáng)型晶體管的漏極端,并且該第一加強(qiáng)型晶體管源極端接地;及一第二電路,包含一第二空乏型晶體管、一第二加強(qiáng)型晶體管及一第三加強(qiáng)型晶體管,用以產(chǎn)生該負(fù)溫度系數(shù)電壓,其中該第二空乏型晶體管與該第二加強(qiáng)型晶體管為共柵極端的連接,而該第二空乏型晶體管源極端連接該第二加強(qiáng)型晶體管漏極端,并且該第二加強(qiáng)型晶體管源極端連接該第三加強(qiáng)型晶體管漏極端,而該第三加強(qiáng)型晶體管源極端接地;以及一比較器,連接該溫度傳感器,用來比較該正溫度系數(shù)電壓及該負(fù)溫度系數(shù)電壓而輸出一輸出電壓,以控制該功率晶體管的啟閉。
2、 如權(quán)利要求l所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,所述的第一電路 所產(chǎn)生的該正溫度系數(shù)電壓提供至該比較器的一正向輸入端,而該第二電路所 產(chǎn)生的該負(fù)溫度系數(shù)電壓提供至該比較器的一反向輸入端。
3、 如權(quán)利要求l所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,所述的第一電路 及該第二電路分別依據(jù)晶體管的寬長比來進(jìn)行搭配設(shè)計(jì),以產(chǎn)生該正溫度系數(shù) 電壓及該負(fù)溫度系數(shù)電壓。
4、 如權(quán)利要求l所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,所述的第一空乏型晶體管、該第二空乏型晶體管、該第一加強(qiáng)型晶體管、該第二加強(qiáng)型晶體管及該第三加強(qiáng)型晶體管是采用N通道金屬氧化半導(dǎo)體場效晶體管的設(shè)計(jì)。
5、 如權(quán)利要求l所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,所述的比較器是 比較該正溫度系數(shù)電壓及該負(fù)溫度系數(shù)電壓來決定出一臨界值,進(jìn)而基于該臨 界值來輸出該輸出電壓。
6、 如權(quán)利要求5所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,當(dāng)該集成電路的內(nèi)部溫度高于該臨界值時(shí),該比較器輸出一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓,以關(guān)閉該 功率晶體管,而若該集成電路的內(nèi)部溫度低于該臨界值時(shí),該比較器輸出一低 電壓位準(zhǔn)的輸出電壓,以開啟該功率晶體管。
7、 如權(quán)利要求5所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,當(dāng)該集成電路的內(nèi)部溫度高于該臨界值時(shí),該比較器輸出一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓,以關(guān)閉該 功率晶體管,而若該集成電路的內(nèi)部溫度低于該臨界值時(shí),該比較器輸出一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓,以開啟該功率晶體管。
8、 如權(quán)利要求5所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,進(jìn)一步包含 一磁滯電路,為一開關(guān)的設(shè)計(jì),連接于該比較器的一輸出端及該第二電路,用以依據(jù)該輸出電壓來執(zhí)行啟閉開關(guān),以控制該第二電路所產(chǎn)生的該負(fù)溫度系數(shù)電壓;藉此,當(dāng)該比較器輸出該高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓時(shí),該磁滯電路會(huì)啟動(dòng), 以讓該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生平移下降,并且在該正溫度系數(shù)電壓隨著該集成電 路的內(nèi)部溫度下降,而降低到與該平移下降后的負(fù)溫度系數(shù)電壓得以由該比較 器進(jìn)行比較時(shí),該比較器恢復(fù)成輸出該低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓。
9、 如權(quán)利要求8所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,所述的磁滯電路包含一第四加強(qiáng)型晶體管,該第四加強(qiáng)型晶體管柵極端共接于該第二加強(qiáng)型晶體管與該第三加強(qiáng)型晶體管的接點(diǎn),并且該第四加強(qiáng)型晶體管源極端系接地; 及一第五加強(qiáng)型晶體管,該第五加強(qiáng)型晶體管柵極端連接該比較器的輸出 端,并且該第五加強(qiáng)型晶體管源極端連接該第四加強(qiáng)型晶體管漏極端。
10、 如權(quán)利要求5所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,進(jìn)一步包含一磁滯電路,為一開關(guān)的設(shè)計(jì),連接于該比較器的一輸出端及該第一電路, 用以依據(jù)該輸出電壓來執(zhí)行啟閉開關(guān),以控制該第一電路所產(chǎn)生的該正溫度系數(shù)電壓;藉此,當(dāng)該比較器系輸出該高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓時(shí),該磁滯電路會(huì)啟動(dòng), 以讓該正溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生平移上升,并且在該負(fù)溫度系數(shù)電壓隨著該集成電 路的內(nèi)部溫度下降,而提升到與該平移上升后的正溫度系數(shù)電壓得以由該比較 器進(jìn)行比較時(shí),該比較器恢復(fù)成輸出該低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓。
11、 如權(quán)利要求io所述的過溫度保護(hù)電路,其特征在于,所述的磁滯電路包含一第三空乏型晶體管,該第三空乏型晶體管柵極端與該第三空乏型晶體管 源極端連接,并且該第三空乏型晶體管漏極端連接一電壓源;及一第四加強(qiáng)型晶體管,該第四加強(qiáng)型晶體管柵極端連接該比較器的輸出 端,并且該第四加強(qiáng)型晶體管源極端連接于該第一加強(qiáng)型晶體管柵極端,而該 第四加強(qiáng)型晶體管漏極端連接該第三空乏型晶體管源極端。
12、 一種過溫度保護(hù)方法,其特征在于,應(yīng)用于一集成電路,用以控制該集成電路的一功率晶體管的啟閉,其步驟包括提供一溫度傳感器,以產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓;若該溫度傳感器檢測該集成電路的內(nèi)部溫度高于一臨界值時(shí),輸出一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來關(guān)閉該功率晶體管;啟動(dòng)一磁滯電路,以讓該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生平移下降; 藉由該集成電路的內(nèi)部溫度的下降,降低該正溫度系數(shù)電壓至得以與該平移下降后的負(fù)溫度系數(shù)電壓進(jìn)行比較;及輸出一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來開啟該功率晶體管。
13、 如權(quán)利要求12所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的溫度傳 感器利用一第一空乏型晶體管搭配一第一加強(qiáng)型晶體管的設(shè)計(jì)來產(chǎn)生該正溫 度系數(shù)電壓,而利用一第二空乏型晶體管搭配一第二加強(qiáng)型晶體管及一第三加 強(qiáng)型晶體管的設(shè)計(jì)來產(chǎn)生該負(fù)溫度系數(shù)電壓。
14、 如權(quán)利要求13所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的溫度傳 感器依據(jù)晶體管的寬長比來進(jìn)行搭配設(shè)計(jì),以分別產(chǎn)生該正溫度系數(shù)電壓及該 負(fù)溫度系數(shù)電壓。
15、 如權(quán)利要求13所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的第一空 乏型晶體管、該第二空乏型晶體管、該第一加強(qiáng)型晶體管、該第二加強(qiáng)型晶體 管及該第三加強(qiáng)型晶體管采用N通道金屬氧化半導(dǎo)體場效晶體管的設(shè)計(jì)。
16、 如權(quán)利要求12所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的臨界值 藉由比較該正溫度系數(shù)電壓及該負(fù)溫度系數(shù)電壓所形成。
17、 一種過溫度保護(hù)方法,其特征在于,應(yīng)用于一集成電路,用以控制 該集成電路的一功率晶體管的啟閉,其步驟包括提供一溫度傳感器,以產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓; 若該溫度傳感器檢測該集成電路的內(nèi)部溫度高于一臨界值時(shí),輸出一高電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來關(guān)閉該功率晶體管;啟動(dòng)一磁滯電路,以讓該正溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生平移上升; 藉由該集成電路的內(nèi)部溫度的下降,提升該負(fù)溫度系數(shù)電壓至得以與該平移上升后的正溫度系數(shù)電壓進(jìn)行比較;及輸出一低電壓位準(zhǔn)的輸出電壓來開啟該功率晶體管。
18、 如權(quán)利要求17所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的溫度傳 感器利用一第一空乏型晶體管搭配一第-一加強(qiáng)型晶體管的設(shè)計(jì)來產(chǎn)生該正溫 度系數(shù)電壓,而利用一第二空乏型晶體管搭配一第二加強(qiáng)型晶體管及一第三加 強(qiáng)型晶體管的設(shè)計(jì)來產(chǎn)生該負(fù)溫度系數(shù)電壓。
19、 如權(quán)利要求18所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的溫度傳 感器是依據(jù)晶體管的寬長比來進(jìn)行搭配設(shè)計(jì),以分別產(chǎn)生該正溫度系數(shù)電壓及 該負(fù)溫度系數(shù)電壓。
20、 如權(quán)利要求18所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的第一空 乏型晶體管、該第二空乏型晶體管、該第一加強(qiáng)型晶體管、該第二加強(qiáng)型晶體 管及該第三加強(qiáng)型晶體管采用N通道金屬氧化半導(dǎo)體場效晶體管的設(shè)計(jì)。
21、 如權(quán)利要求17所述的過溫度保護(hù)方法,其特征在于,所述的臨界值 藉由比較該正溫度系數(shù)電壓及該負(fù)溫度系數(shù)電壓所形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種過溫度保護(hù)電路,應(yīng)用于一集成電路,以控制該集成電路的一功率晶體管,其包括一溫度傳感器及一比較器。其中,溫度傳感器是利用空乏型晶體管(Depletion MOS)及加強(qiáng)型晶體管(Enhancement MOS)在工藝變異中具有相同的趨勢的特點(diǎn)來搭配設(shè)計(jì)而成,用以產(chǎn)生一正溫度系數(shù)電壓及一負(fù)溫度系數(shù)電壓。而比較器連接溫度傳感器,用來比較正溫度系數(shù)電壓及負(fù)溫度系數(shù)電壓而輸出一輸出電壓,以控制該功率晶體管的啟閉。藉此,以達(dá)到減少晶體管的使用數(shù)量而節(jié)省過溫度保護(hù)電路在集成電路中所占用的面積,以及降低整體功率的耗費(fèi)。
文檔編號(hào)H02H7/20GK101540497SQ20081008278
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者簡銘宏, 陳家敏 申請(qǐng)人:盛群半導(dǎo)體股份有限公司