一种用于智能功率芯片的温度迟滞保护电路的制作方法

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种用于智能功率芯片的温度迟滞保护电路。

背景技术：

众所周知，智能功率芯片正以其体积小、功耗低、可靠性高等优点，逐渐应用于电机驱动系统中以实现节能环保和紧凑型电机驱动，然而智能功率芯片集成的功率器件通常工作于高压大电流下，具有较大的开关损耗和导通损耗，易使芯片温度上升，而芯片温度的上升，又会增加功率器件的导通电阻，进而导致损耗增加，形成正反馈，严重情况下会造成热失控，导致芯片失效，并严重影响了变频电机驱动系统的可靠性。

目前过温保护的种类主要分为：保持行过热保护和迟滞型过热保护。由于迟滞型有效的避免了热振荡的问题，保证了芯片的效率与可靠性，成为了人们最常采用的保护策略。不过在传统的BTJ滞回电路中，存在对温度灵敏度不够、以及工艺要求较高等问题。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于智能功率芯片温度的迟滞保护电路。

一种用于智能功率芯片的温度迟滞保护电路，包括带隙基准单元和温度感应与迟滞模块；

所述带隙基准单元包括第一绝缘栅双极P型晶体管MP1、第二绝缘栅双极P型晶体管MP2、第三绝缘栅双极P型晶体管MP3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一运算放大器A1、第一电阻R1和第二电阻R2；

第一绝缘栅双极P型晶体管MP1的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第二绝缘栅双极P型晶体管MP2的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第三绝缘栅双极P型晶体管MP3的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第一运算放大器A1的同相输入端接第一绝缘栅双极P型晶体管MP1的漏极，第一运算放大器A1的反相输入端接第二绝缘栅双极P型晶体管MP2的漏极；

第一三极管Q1的发射极接第一绝缘栅双极P型晶体管MP1漏极和第一运算放大器A1同相输入端的连接点，第一三极管Q1的集电极和基极接地；

第二三极管Q2的发射极通过第一电阻R1后接第二绝缘栅双极P型晶体管MP2漏极和第一运算放大器A1反相输入端的连接点，第二三极管Q2的集电极和基极接地；

第三三极管Q3的发射极通过第二电阻R2后接第三绝缘栅双极P型晶体管MP3的漏极，第三三极管Q3的集电极和基极接地；

所述温度感应与迟滞模块包括第四绝缘栅双极P型晶体管MP4、第五绝缘栅双极P型晶体管MP5、第一绝缘栅双极N型晶体管MN1、第一比较器A2、第二比较器A3、第三电阻R3、输入电阻Ri、反馈电阻Rf、第一反相器INV1和第二反相器INV2；

第四绝缘栅双极P型晶体管MP4的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端，其漏极通过第三电阻R3后接地；

第五绝缘栅双极P型晶体管MP5的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第一绝缘栅双极N型晶体管MN1的漏极接第五绝缘栅双极P型晶体管MP5的漏极，第一绝缘栅双极N型晶体管MN1的栅极接第一反相器INV1的输出端，第一绝缘栅双极N型晶体管MN1的源极通过第三电阻R3后接地；

第一比较器A2的同相输入端接第四绝缘栅双极P型晶体管MP4漏极、第三电阻R3和第一绝缘栅双极N型晶体管MN1源极的连接点，第一比较器A2的反相输入端与其输出端互连；

第二比较器A3的同相输入端接第三绝缘栅双极P型晶体管MP3漏极和第二电阻R2的连接点，第二比较器A3的反相输入端通过输入电阻Ri后接第一比较器A2的输出端，第二比较器A3的反相输入端还通过反馈电阻Rf后与其输出端互连；

第一反相器INV1的输入端接第二比较器A3的输出端，第二反相器INV2的输入端接第一反相器INV1的输出端，第二反相器INV2的输出端为温度迟滞保护电路的输出端。

本发明总的技术方案，在上述方案中，带隙基准单元包括正温度系数电流产生电路、运算放大器、电流镜以及负温度系数电流产生电路，产生了一个与温度无关的基准电压；所述的温度感应与迟滞模块包括温度感应单元、减法器单元、滞回控制单元，温度感应单元包括正温度系数电流产生电路、电流镜、第三电阻，构成一个与温度正相关的模块，减法器单元包括第一比较器、第二比较器、输入电阻、反馈电阻，使信号既能隔离缓冲、增加负载能力又可以提高电路对温度的灵敏度，滞回控制单元包括第五绝缘栅双极性P型晶体管、第一绝缘栅双极性N型晶体管和第三电阻，通过电流正反馈来产生温度滞回，防止热振荡；其中所述的第三电阻R3由N阱电阻和多晶硅电阻串联组成。负温度系数的N阱电阻和正温度系数的多晶硅电阻相互组合成与温度无关的电阻。

本发明的有益效果为，与传统的结构比较，本发明增加了减法器结构，起到了隔离缓冲的作用，使信号抗干扰能力增强，同时增加了电路灵敏性；外部正反馈实现的迟滞比较器，使阈值电压更加精确，且容易实现；本发明尤其适用于功率集成电路中的对温度要求较高的保护。

附图说明

图1为本发明电路结构示意图；

图2为本发明的减法器结构示意图；

图3为本发明的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的用于智能功率芯片的温度迟滞保护电路，包括带隙基准单元和温度感应与迟滞模块；

所述带隙基准单元包括第一绝缘栅双极P型晶体管MP1、第二绝缘栅双极P型晶体管MP2、第三绝缘栅双极P型晶体管MP3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一运算放大器A1、第一电阻R1和第二电阻R2；

第一绝缘栅双极P型晶体管MP1的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第二绝缘栅双极P型晶体管MP2的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第三绝缘栅双极P型晶体管MP3的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第一运算放大器A1的同相输入端接第一绝缘栅双极P型晶体管MP1的漏极，第一运算放大器A1的反相输入端接第二绝缘栅双极P型晶体管MP2的漏极；

第一三极管Q1的发射极接第一绝缘栅双极P型晶体管MP1漏极和第一运算放大器A1同相输入端的连接点，第一三极管Q1的集电极和基极接地；

第二三极管Q2的发射极通过第一电阻R1后接第二绝缘栅双极P型晶体管MP2漏极和第一运算放大器A1反相输入端的连接点，第二三极管Q2的集电极和基极接地；

第三三极管Q3的发射极通过第二电阻R2后接第三绝缘栅双极P型晶体管MP3的漏极，第三三极管Q3的集电极和基极接地；

所述温度感应与迟滞模块包括第四绝缘栅双极P型晶体管MP4、第五绝缘栅双极P型晶体管MP5、第一绝缘栅双极N型晶体管MN1、第一比较器A2、第二比较器A3、第三电阻R3、输入电阻Ri、反馈电阻Rf、第一反相器INV1和第二反相器INV2；

第四绝缘栅双极P型晶体管MP4的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端，其漏极通过第三电阻R3后接地；

第五绝缘栅双极P型晶体管MP5的源极接电源，其栅极接第一运算放大器A1的输出端；

第一绝缘栅双极N型晶体管MN1的漏极接第五绝缘栅双极P型晶体管MP5的漏极，第一绝缘栅双极N型晶体管MN1的栅极接第一反相器INV1的输出端，第一绝缘栅双极N型晶体管MN1的源极通过第三电阻R3后接地；

第一比较器A2的同相输入端接第四绝缘栅双极P型晶体管MP4漏极、第三电阻R3和第一绝缘栅双极N型晶体管MN1源极的连接点，第一比较器A2的反相输入端与其输出端互连；

第二比较器A3的同相输入端接第三绝缘栅双极P型晶体管MP3漏极和第二电阻R2的连接点，第二比较器A3的反相输入端通过输入电阻Ri后接第一比较器A2的输出端，第二比较器A3的反相输入端还通过反馈电阻Rf后与其输出端互连；

第一反相器INV1的输入端接第二比较器A3的输出端，第二反相器INV2的输入端接第一反相器INV1的输出端，第二反相器INV2的输出端为温度迟滞保护电路的输出端。

本发明的工作原理为：

带隙基准模块中，所述运算放大器A1是A和B两点的电压相等，并产生正温度系数电流：

再由于电流镜作用，使流过R1、R2、R3的电流成比例，

其中：

因为V_BE具有负温度系数，而具有正温度系数。可以通过调节R1和R2的比值。使V_S作为一个与温度无关的基准电压。

而流过R3的电压则：

因为具有正温度系数，所以V_R3也是一个具有正温度系数的参数。

同时考虑到原始结构的温度敏感度不高，故通过减法器结构来增加其敏高度，提高速度，如图2所示：合理设置Ri和Rf的值，大大提高其灵敏度，并且单位增益缓冲器起到了隔离缓冲的作用，使信号抗干扰能力增强。

温度判断以及迟滞模块工作原理如下：电路在正常工作温度范围内，Vs大于Vr，减法器输出高电平，并通过反馈，使所述第一绝缘栅双极N型晶体管MN1处于截止状态，则V_r＝I₄*R3；当温度高于阈值温度时，由于正温度系数使Vr升高，Vs小于Vr，减法器输出低电平，并通过正反馈，使所述第一绝缘栅双极N型晶体管MN1处于导通状态V_r＝(I₃+I₄)*R3，故只有当温度降得更低时，输出信号才会恢复正常，从而实现迟滞的功能。在此电路中，可以通过调节第四绝缘栅双极P型晶体管MP4和第五绝缘栅双极P型晶体管MP5的宽长比来调剂温度阈值，大大优化了其可靠性。