专利名称：限制电子装置损耗功率的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明有关一限制电子装置损耗功率的方法及电路，尤其是有关一适用于功率输出装置的保护电路及限制其损耗功率的方法。
背景技术：
对现今工业界所采用的高功率输出装置而言，其体积皆朝向小型化的趋势发展，并且所需电流与所输出的功率也越做越大。也因此，一个适当的保护机制成为必要以保护集成电路避免其输出的电流过大而产生过热的现象。
图1所示为内含保护电路的现有功率输出装置的电流波形。如电流曲线101所示的瞬间突起的现象，即为当功率输出装置承受过大的电流时所产生的异常现象，也就是说，其电流负载已超过所设定的限制。因此，保护电路会将功率输出装置关闭(如线段102所示)。但当功率输出装置处于关闭状态时，温度又会下降，使功率输出装置进入导通状态，而当电流过大的异常状态仍然存在时，再以所设定的额定电流输出(如线段103所示)。若集成电路受到额定电流的长时间通过，则其温度将再度升高。若达到集成电路内保护电路的临限温度时，将再使功率输出装置关闭。这样将会使得所谓热振荡的效应发生，而造成电流在临限温度附近剧烈振荡的情形。
为了解决电流在临限温度附近剧烈振荡的情形，现今业界所广泛采用的方法为在保护装置当中，加入一迟滞电路，如线段104所示。然而，纵使保护电路内含迟滞机制，依然无法完全消除如线段104所示的电流剧烈振荡现象。在集成电路的设计上，若功率输出装置在过热的情况下长期使用，这样的电流振荡问题将会造成永久性的损害。与此同时，集成电路将因晶片与封装的热膨胀系数不同而产生龟裂。
发明内容
本发明的一目的在于提供一用以控制电子装置的损耗功率的方法和一保护电路，可控制电子装置的输出电流与临限温度进而限制电子装置的损耗功率，以缓和电子装置的输出电流于临限温度附近的剧烈振荡。
根据本发明一方面的一种保护电路，适用于一电子装置，用以控制该电子装置的损耗功率，其特点是它包括一信号放大装置，用以处理一随该电子装置的温度变化的电子信号而产生一经过放大的电子信号；以及一脉冲信号产生装置，电连接于该信号放大装置，用以接受该经过放大的电子信号而产生一脉冲信号，以控制该电子装置的一开关电路的损耗功率。
根据上述构想，该电子装置系为一功率输出装置。
根据上述构想，该信号放大装置系为一运算放大器。
较佳者，该开关电路系与一负载电连接，而该负载可为一被动负载或为一主动负载。
根据上述构想，该脉冲信号产生装置为一比较器。
根据本发明另一方面的一种保护电路，适用于一电子装置，用以控制该电子装置的损耗功率，其特点是包括一信号放大装置，用以接受一第一电压信号与一第二电压信号以产生用以控制该电子装置的一开关电路的导通电阻值的电子信号；其中，该第一电压信号与该第二电压信号是随该电子装置的温度变化而产生交越。
根据本发明又一方面的一种控制电子装置的损耗功率的方法，其特点是包括下列步骤提供一信号放大装置；提供一固定的参考电压信号；将一随该电子装置的温度变化的电子信号与该参考电压信号的差异通过该信号放大装置放大而得到一经过放大的电子信号；提供一脉冲产生装置；提供一调变信号；通过该脉冲产生装置将该经过放大的电子信号以该调变信号调变而产生一脉冲信号；以及以该脉冲信号控制该电子装置的一开关电路的损耗功率。
根据上述构想，该信号放大装置为一运算放大器。
根据上述构想，该脉冲产生装置为一比较器。
根据上述构想，该调变信号为一锯齿波。
根据本发明再一方面的一种控制电子装置的损耗功率的方法，其特点是包括下列步骤提供一第一电压信号；提供一随该电子装置的温度变化而与该第一电压信号产生交越的一第二电压信号；提供一信号放大装置；以及将该第一电压信号与第二电压信号的差异通过该信号放大装置放大而产生用以控制该电子装置的一开关电路的导通电阻值的电子信号。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
图1为现有的具有保护电路的功率输出装置电流波形图；图2为本发明的适用于功率输出装置的保护电路的一较佳实施例电路示意图；图3为本发明的适用于功率输出装置的保护电路的另一较佳实施例电路示意图；以及图4为本发明的具有保护电路的功率输出装置电流波形图。
具体实施例方式
如图2所示为本发明的限制电子装置损耗功率的电路的一较佳实施例。在本实施例中采用脉宽调制(PWM)(pulse width modulation)的方法，以限制输出的平均电流，使得电流平均值下降。其中电子装置(在本实施例中为一功率输出装置)内的开关电路207，其可为一NMOS、PMOS、BJT或其它相似电路所组成，而其负载RL208可为一被动负载或主动负载。运算放大器(OPAMP)200的一输入为一不随温度变化的参考电压，而另一输入为一电压强度随集成电路的温度变化的电压函数V(T)。而运算放大器即将参考电压与电压函数的电压值间的差异放大而产生一输出电压205。该输出电压205输入一比较器203后与一锯齿波204做比较，而产生一脉冲信号输出以脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，PWM)的方法便于控制电子装置的开关电路207。
图3为本发明的限制电子装置损耗功率的另一较佳实施例。在本实施例中采用按电阻调制(ORM)(on resistance modulation)的方法，以调变电子装置中开关电路的导通电阻值以控制其损耗功率。其中开关电路、负载、以及运算放大器皆与图2相同，而以具有负温度系数的温度感测组件304(在本实施例中为一BJT)的基极-射极(VBE)电压(即为电压源303)为运算放大器300的一输入。当电子装置(在本实施例中为一功率输出装置)的开关电路流过大电流时，会产生等效功率(PSW)于电子装置上，且其以热量的形式表现出。开关电路的功率损耗可以以下式表示的P＝IOUT×VSW＝IOUT×(VS-IOUT×RL)(1)其中IOUT为电子装置所输出的电流，VS为输入电压。
一般而言，将功率转换成温度的等效电路，可用一相依电流源309与一热阻307表示。相依电流源309代表消耗于集成电路上的功率PSW，而由集成电路到封装外的等效热阻RθJA会依封装的不同而有差异。若使用表面黏着的小封装(small out-line)而言，热阻会在150℃/W左右。此等效电路所得到的温度差ΔT704，为集成电路的温度变化量。而具有正温度系数的电压产生组件所产生的电压VPTAT0305与集成电路的温度变化量ΔT704相结合，而以306表示。则最大临限功率PSW_max为`Prw_max=TJmax-TARθJA---(2)]]>其中TJmax为所设计的临限温度，TJ为集成电路封装内的温度，TA为集成电路封装外的环境温度。
运算放大器300的输入为VPTAT(其值为VPTAT0+TC×ΔT，TC为温度系数)与VBE，其中VPTAT为一随温度上升而电压值上升的电压信号，VBE为一随温度上升而电压值下降的电压信号。实际上，该运算放大器300的两输入电压信号并不限制于一随温度上升而电压值上升的电压信号与一随温度上升而电压值下降的电压信号，只要两输入电压信号会随着电子装置的温度变化而产生交越即可。可通过热反馈回路去调整电子装置的开关电路311的导通电阻值。当温度升高，VPTAT与VBE将趋近于相等而使得运算放大器300在线性区操作，而借助控制开关电路311的导通导通电阻值。由式子(1)与(2)可知此热反馈回路具有限制供率输出装置输出功率的功能，且依据所设计的临限温度与所使用封装<p>表I
本文所述的方法特别适用于煅烧薄壁多通道陶瓷体和具有厚截面的陶瓷制品。文中使用的煅烧指一种将陶瓷制品加热到某一温度使给定的陶瓷密致桦(烧结)和/或转变成所需结晶相的方法。
应理解，虽然本发明结合某些阐述性和特定的实施方式进行了描述，但本发明并不受到它们的限制。例如，虽然本发明从微波方面描述控制方法，但应考虑这种控制方法适合使用其它高频率的波长，如毫米波。应理解在不偏离所附权利要求所限定的本发明的主要精神和范围内可进行各种修改。
权利要求
1.一种保护电路，适用于一电子装置，用以控制该电子装置的损耗功率，其特征在于它包括一信号放大装置，用以处理一随该电子装置的温度变化的电子信号而产生一经过放大的电子信号；以及一脉冲信号产生装置，电连接于该信号放大装置，用以接受该经过放大的电子信号而产生一脉冲信号，以控制该电子装置的一开关电路的损耗功率。
2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该电子装置为一功率输出装置。
3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该信号放大装置为一运算放大器。
4.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该开关电路与一负载电连接。
5.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，该负载为一被动负载或主动负载。
6.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该脉冲信号产生装置为一比较器。
7.一种保护电路，适用于一电子装置，用以控制该电子装置的损耗功率，其特征在于包括一信号放大装置，用以接受一第一电压信号与一第二电压信号以产生用以控制该电子装置的一开关电路的导通电阻值的电子信号；其中，该第一电压信号与该第二电压信号是随该电子装置的温度变化而产生交越。
8.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，该第一电压信号是由一具有正温度系数的电压产生组件所产生，而该第二电压信号是由一具有负温度系数的电压产生组件所产生。
9.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，该具有负温度系数的电压产生组件为一双极接面晶体管。
10.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，该信号放大装置为一运算放大器，而该开关电路是与一负载电连接。
11.一种控制电子装置的损耗功率的方法，其特征在于包括下列步骤提供一信号放大装置；提供一固定的参考电压信号；将一随该电子装置的温度变化的电子信号与该参考电压信号的差异通过该信号放大装置放大而得到一经过放大的电子信号；提供一脉冲产生装置；提供一调变信号；通过该脉冲产生装置将该经过放大的电子信号以该调变信号调变而产生一脉冲信号；以及以该脉冲信号控制该电子装置的一开关电路的损耗功率。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该信号放大装置为一运算放大器，而该脉冲产生装置为一比较器。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该调变信号为一锯齿波。
14.一种控制电子装置的损耗功率的方法，其特征在于包括下列步骤提供一第一电压信号；提供一随该电子装置的温度变化而与该第一电压信号产生交越的一第二电压信号；提供一信号放大装置；以及将该第一电压信号与第二电压信号的差异通过该信号放大装置放大而产生用以控制该电子装置的一开关电路的导通电阻值的电子信号。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该第一电压信号是由一具有正温度系数的电压产生组件所产生，而该第二电压信号是由一具有负温度系数的电压产生组件所产生。
全文摘要
一限制电子装置损耗功率的方法及电路，采用脉宽调制控制该电子装置的输出平均电流而使得电流平均值下降，它包括一运算放大器，用以处理一随该电子装置的温度变化的电子信号而产生一经过放大的电子信号；以及一比较器，电连接于该运算放大器，用以接受该经过放大的电子信号而产生一脉冲信号以控制该电子装置的一开关电路。而另一种限制电子装置损耗功率的方法及电路，是以按电阻调制控制该电子装置的开关电路的导通电阻值，它包括一运算放大器，用以接受一第一电压信号与一第二电压信号以产生用以控制该电子装置的一开关电路的导通电阻值的电子信号，其中该第一电压信号与该第二电压信号是随该电子装置的温度变化而产生交越。
文档编号H03K17/08GK1414703SQ0113580
公开日2003年4月30日 申请日期2001年10月22日 优先权日2001年10月22日
发明者魏大钧, 庄明男 申请人:沛亨半导体股份有限公司