专利名称：一种温度检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟检测电路，特别的涉及一种基于温度的模拟检测电路。
背景技术：
目前，便携式电子产品主要靠锂电池经过稳压器供电，这些稳压器中均采用功率管。稳压器的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则，在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动、过压、过温、过流等保护电路。例如，随着SoC芯片集成功能和规模的不断增加以及便携式应用的迅猛发展，芯片的功能越来越多，功耗越来越大，导致芯片工作的温度也越来越高。但是当芯片温度过高时其可靠性会大大降低，甚至直接导致芯片产生热故障。所以，过温保护电路对于电源管理芯片显得尤其重要。过温保护电路就是持续地检测芯片温度，如果温度超过设置的上限(Toff)，将产生关断信号，如果温度下降至允许值(τ。η)，将产生开启信号。为防止热振荡，T。ff*T。n应设置一定的迟滞窗口，而目前都是采用迟滞比较器来产生温度迟滞窗口的。如图1 (a)所示为一种常用迟滞比较器的具体电路图，其输入阈值如下式(1)所示 [。_ ⑴其中α = [(W/L)3/(W/L)2] = [ (W/L) 4/(W/L) 5]，当输入经过阈值时输出会改变， 同时，输入阈值也随之改变，所以在比较器的输出有一次改变状态之前必须回到上一阈值， 如图1(b)是该比较器的输入输出曲线，正向转折点Vteig+和负向转折点Vteig_以及两个输出电压V。h和Vtjl构成迟滞比较器。由式(1)可知，通过改变PMOS管M3和PMOS管M4相对于 PMOS管M2和PMOS管M5的尺寸比例，就可以调节迟滞窗口的大小，但是需要保证α > 1， 否则没有迟滞作用。由此可知，现有的传统的过温保护电路均是通过迟滞比较器产生迟滞窗口的，而迟滞比较器产生的迟滞窗口完全依赖于迟滞比较器的结构，即迟滞比较器负载管尺寸的比例。而负载管尺寸很容易受工艺偏差和失调的影响，从而导致迟滞窗口的不稳定，影响过温保护电路的性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种温度检测电路，该电路用于高温检测，包括一通用比较器comp、一开关管mQ、两个参考电流源Irefl和IMf2、一双极PNP管、一参考电压和一电源Vdd和接地端；其中，开关管Hitl与基准电流源串联后再与基准电流源 Irefl并联于电源Vdd和双极PNP管的发射极之间；该双极PNP管Qtl的基极和集电极相连至地端，其发射极还与通用比较器comp的负输入端相连，该通用比较器comp的正端接参考电压，且输出Vout为控制信号，且该控制信号还连接开关管m。的栅极，参考电压的值通过设置的温度上限值确定。
所述参考电压的确定方法为当基准电流源IMf2接入电路，且温度为设置的温度上限值时双极PNP管％的发射极电压等于参考电压V&。所述温度检测电路通过调节参考电流源Iref2的大小调节输出V。ut输出曲线中迟滞窗口的大小。本发明还提出了一种温度检测电路，用于低温检测，该电路与高温检测的电路相同，只是用参考电压U代替了参考电压vMf，且参考电压U的值通过设置的温度下限值确定。所述参考电压U的确定方法为当基准电流源IMf2未接入电路，且温度为设置的温度下限值时双极PNP管( 的发射极电压。所述温度检测电路通过调节参考电流源Iref2的大小调节输出V。ut曲线中迟滞窗口的大小。一种温度检测电路，该电路包括一高温检测电路和一低温检测电路，以及一或门， 所述高温检测电路的输出控制信号和低温检测电路的输出控制信号作为或门的输入，或门的输出作为该温度检测电路的输出控制信号；该高温检测电路为权利要求1所示电路；所述高温检测电路的输出控制信号曲线中的迟滞窗口大小可通过调节所述高温检测电路中的第二参考电流源的大小而调节。该低温检测电路为权利要求4所示电路。所述低温检测电路的输出控制信号曲线中的迟滞窗口大小可通过调节所述低温检测电路中第二参考电流源的大小而调节。本发明的有益效果表现在本发明电路结构简单，在不增加任何电路复杂度的情况下，利用了一个开关管和一参考电流实现了温度迟滞窗口，且该迟滞窗口的大小可通过调节第二参考电流源Iref2的大小来调节，调节方便。另外，本发明的迟滞窗口的窗口阈值随温度、电源电压、工艺的影响较小，因此形成的迟滞窗口更稳定，电路可靠性高。另一方面，本发明可应用于高温检测，也可应用于低温检测，且温度的上限值和下限值均可任意设定，只需根据设定的温度值确定阈值电压就可实现。另外也可将高温检测电路和低温检测电路组合实现高低温度范围的检测。
图1 (a)是一种通用的迟滞比较器电路结构图；图1 (b)是图1 (a)所示通用迟滞比较器的输入输出曲线图；图2是本发明具体实施方式
所述温度检测电路的一具体电路图；图3是本发明具体实施方式
一所述温度检测电路检测温度上升达到阈值时的温度迟滞窗口曲线图；图4是本发明具体实施方式
一所述的温度检测电路应用于检测温度下降达到阈值时的温度迟滞窗口曲线图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。如图2所示为本发明具体实施方式
一所述的温度检测电路的具体电路结构，该检测电路包括一通用比较器comp、一开关管mQ、两个参考电流源Irefl和IMf2、一双极PNP管Q。、一参考电压Vref，其中，开关管Hitl与基准电流源Iref2串联后再与基准电流源IMfl并联于电源 Vdd和双极PNP管％的发射极之间；该双极PNP管％的基极和集电极相连至地端，其发射极还与通用比较器comp的负输入端相连，该通用比较器comp的正端接参考电压Vref，且输出 Vout为控制信号，且该控制信号还控制开关管Hltl的栅极。其中，开关管mQ为PNP型场效应管，参考电流源Irefl和Lef2都是与电源电压和温度无关的参考电流，参考电压也与电源电压和温度无关，且为通用比较器comp状态改变时的阈值电压。当本具体实施方式
所示温度检测电路应用于高温检测时，高温检测的温度上限值 Toff是可任意设定的，当设定好温度上限值T。ff后，根据设定好的温度上限值T。ff确定通用比较器comp的正输入端参考电压Vref，满足当低于温度上限值时参考电压VMf的值小于通用比较器comp的负输入端电压VE，即通用比较器comp的正输入端电压小于其负输入端电压，则通用比较器comp输出V。ut为低电平，开关管Hi0导通，第二参考电流源Iref2被接入电路中，随着温度的升高，通用比较器comp的负输入端电压Ve开始下降，当温度升高到设定的上限值T。ff时，通用比较器comp的负输入端电压Ve小于其正输入端参考电压Vref，则通用比较器comp的输出V。ut为高电平，开关管mQ截止，第二参考电流源IMf2被关断。其中参考电压VMf的确定方法是由于当温度上升到温度上限值时通用比较器 comp发生翻转，即参考电压V,ef等于双极PNP管％的发射极电压VE，设定该温度上限值用 Toff表示。以下结合理论分析本具体实施方式
如何利用开关管Hitl对第二参考电流的选通来产生迟滞窗口。已知双极晶体管的集电极电流可用式(2)表示Ic = Isexp (Vbe/VT)(2)其中，Vt为等效热电压，且Vt = kT/q, k为波尔兹曼常数，q为电子电量。Is为饱和电流。由式⑴可得到双极晶体管的基极-发射极电压为式(3)所示Vbe = V1 In(Ic/Is)(3)由于Vbe为负温度系数电压，则如图2所示本具体实施方式
电路中通用比较器comp 的负输入端电压即双极PNP管％的发射极电压Ve为负温度系数电压。而当正常工作范围内，由于第二参考电流源Iref2被接入电路中，此时双极PNP管的发射极电压由式(4)所示表达式得到。以下当第二参考电流源Iref2被接入电路时，双极PNP管的发射极电压均用Vei 表示；当第二参考电流源Iref2未接入电路时，双极PNP管％的发射极电压均用Ve2表示。Vei = V1In [(Irefl+Iref2)/IJ(4)随着温度上升，双极PNP管仏的发射极电压Vei开始下降，当温度上升到使电压Vei 小于通用比较器comp的正输入端参考电压VMf时，则通用比较器comp的输出V。ut为高电位，开关管mQ截止，第二参考电流源Iref2被关断，此时双极PNP管％的发射极电压由式(5) 所示表达式得到。VE2 = VTln[Irefl/Is](5)通用比较器comp的输出Nout为控制信号，可输出用于控制系统的关断。当温度达到上限温度T。ff时，系统关闭使整个芯片的温度开始下降，而双极PNP管％的基极-发射极电压Ve2上升，当上升到重新大于参考电压VMf时，通用比较器comp翻转，输出V。ut为低电平，说明系统恢复到一个安全的温度，可以重新启动系统，设定此时的温度用T。n表示。而此时开关管mQ导通，双极PNP管％的发射极电压又恢复至式(4)所示的VE1。具体的电压温度变化曲线如图3所示。因此，所述参考电压Vrrf的值为当温度为T。ff时的发射极电压Vei，则Vrrf可用式 (6)表示Vref = Vei = kToff/qln [ (Irefl+Iref2)/Is](6)因此，当设定了温度上限值T。ff后，且根据式(6)确定参考电压后，本具体实施方式
所述温度检测电路可应用于高温检测。如图3所示的迟滞窗口的大小可通过调节参考电流源IMf2的大小来调节，而通用比较器comp再翻转时的温度乜也可由参考电压Vref和T。ff来确定，即当参考电流源IMf2 未接入电路且温度为T。n时双极PNP管％的发射极电压也等于参考电压VMf。值得注意的是，本实施方式所述温度检测电路除了应用于高温检测，还可应用于低温检测，当应用于低温检测时，可任意设置温度下限值T。ff'，由该温度下限值T。ff'确定参考电压U，满足初始状态当温度逐渐下降至下限值T。ff'时，即双极？呢管仏的发射极电压Ve2上升至参考电压Vref'时，通用比较器comp发生翻转，因此，低温检测时参考电压 Vref'的确定方法为式(7)V' ref = VE2 = kToff/qln[Irefl/Is](7)且低温检测时，正常工作状态下即温度下降至温度下限值T。ff ‘时，双极PNP管％ 的发射极电压Ve2小于该参考电压U，如图4所示，则正常工作状态下开关管Hitl截止，参考电流源未接入电路中，双极？呢管仏的发射极电压Ve2如式(5)所示；随着温度的下降，该发射极电压Ve2上升，当温度下降至使双极PNP管％的发射极电压Ve2大于参考电压 Vref ‘时，则开关管Hitl导通，双极PNP管仏的发射极电压变为由式(4)所示的Vei，此时若温度继续下降，则双极PNP管％的发射极电压继续上升；但此时随着电压和电流的增加，芯片温度开始上升时，双极PNP管％的发射极电压开始下降，当下降回到参考电压Vref'时，则通用比较器comp发生翻转，参考电流源IMf2从电路中断开。同样，如图4所示的迟滞窗口的大小可通过调节参考电流源Iref2的大小来调节，而通用比较器comp再翻转时的温度T。n'也可由参考电压U和T。ff'来确定，即当参考电流源IMf2接入电路且温度为T。n'时双极PNP管仏的发射极电压也等于参考电压U。另外，本具体实施方式
所示温度检测电路除了单独应用于高温检测或低温检测， 还可组合应用使温度位于某一区域内，只需将高温检测电路和低温检测电路的两个输出控制信号经一或门后再输出作为控制信号。其中高温检测电路和低温检测电路的参数可不相同，即温度上限处的迟滞窗口与温度下限处的迟滞窗口大小可不相同，高温检测电路和低温检测电路分别调节各自的第二参考电流源的大小以调节各自的迟滞窗口大小。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种温度检测电路，其特征在于，该电路用于高温检测，包括一通用比较器comp、一开关管Hltl、两个参考电流源Irefl和Iref2、一双极PNP管仏、一参考电压Vref和一电源Vdd和接地端；其中，开关管Hitl与基准电流源Im2串联后再与基准电流源Irefl并联于电源Vdd和双极PNP管％的发射极之间；该双极PNP管％的基极和集电极相连至地端，其发射极还与通用比较器comp的负输入端相连，该通用比较器comp的正端接参考电压V&，且输出V。ut为控制信号，且该控制信号还连接开关管m。的栅极，参考电压的值通过设置的温度上限值确定。
2.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，所述参考电压Vref的确定方法为当基准电流源Iref2接入电路，且温度为设置的温度上限值时双极PNP管％的发射极电压等于参考电压。
3.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述温度检测电路通过调节参考电流源的大小调节输出V-输出曲线中迟滞窗口的大小。
4.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，该电路用于低温检测，且参考电压U代替参考电压Vref，其中参考电压U的值通过设置的温度下限值确定。
5.根据权利要求4所述的温度检测电路，其特征在于，所述参考电压U的确定方法为当基准电流源Iref2未接入电路，且温度为设置的温度下限值时双极PNP管％的发射极电压。
6.根据权利要求5所述的温度检测电路，其特征在于，所述温度检测电路通过调节参考电流源的大小调节输出V。ut曲线中迟滞窗口的大小。
7.一种温度检测电路，其特征在于，该电路包括一高温检测电路和一低温检测电路，以及一或门，所述高温检测电路的输出控制信号和低温检测电路的输出控制信号作为或门的输入，或门的输出作为该温度检测电路的输出控制信号；该高温检测电路为权利要求1所示电路；该低温检测电路为权利要求4所示电路。
8.根据权利要求7所述的温度检测电路，其特征在于，所述高温检测电路的输出控制信号曲线中的迟滞窗口大小可通过调节所述高温检测电路中的第二参考电流源的大小而调节。
9.根据权利要求7所述的温度检测电路，其特征在于，所述低温检测电路的输出控制信号曲线中的迟滞窗口大小可通过调节所述低温检测电路中第二参考电流源的大小而调节。
全文摘要
本发明公开了一种温度检测电路，该电路包括一通用比较器comp、一开关管m0、两个参考电流源Iref1和Iref2、一双极PNP管Q0、一参考电压Vref和一电源VDD和接地端；且输出Vout为控制信号，该控制信号还连接开关管m0的栅极；该电路用于高温检测时，参考电压Vref的值通过设置的温度上限值确定；该电路还可用于低温检测，此时参考电压Vref用参考电压Vref′代替，且参考电压Vref′的值通过设置的温度下限值确定；本发明所述电路还可将上述高温检测电路和低温检测电路组合得到对闭合温度区域的检测。本发明的温度检测迟滞窗口的窗口阈值随温度、电源电压、工艺的影响较小，因此形成的迟滞窗口更稳定，电路可靠性高。
文档编号G01K7/01GK102207409SQ20101013897
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者刘俊秀, 刘敬波, 吴玉强, 石岭 申请人:深圳艾科创新微电子有限公司