集成功率轉(zhuǎn)換器的過(guò)溫保護(hù)電路

王曉婧 曾艷妮 劉楠

（陜西亞成微股份有限公司 陜西省西安市 710075）

1 過(guò)溫保護(hù)電路架構(gòu)

1.1 傳統(tǒng)過(guò)溫電路系統(tǒng)架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)，需要對(duì)溫度變化進(jìn)行電壓測(cè)量。一個(gè)典型的OTP 電路如圖1所示。一個(gè)用作比較器的兩級(jí)開(kāi)環(huán)共源放大器被用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩組傳輸門。通過(guò)將VA≥VB 設(shè)置為非保護(hù)狀態(tài)，OTP為低，并且VB 等于Votp1。Vbe 隨著溫度升高而逐漸降低。當(dāng)VA≤VB 時(shí)，OTP 點(diǎn)翻轉(zhuǎn)以打開(kāi)傳輸門，以使VB 等于Votp2。當(dāng)溫度從高到低下降，因此VA 電壓低于Votp2 時(shí)，溫度保護(hù)就會(huì)解除。I1 可以從帶隙參考中生成，并且可以認(rèn)為是一個(gè)相對(duì)恒定的值。根據(jù)上述的原理，圖1過(guò)溫保護(hù)電路中的PNP 電流Ic 可以如下得出：

圖1：傳統(tǒng)利用Vbe 隨溫度的變化設(shè)計(jì)過(guò)溫保護(hù)電路

其中Is 是雙極晶體管的飽和電流，Vbe 是基極-發(fā)射極結(jié)電壓，K0是玻爾茲曼常數(shù)，q 是電子的電荷，并且（1）可以重新排序?yàn)椋?）：

因此，設(shè)計(jì)OTP 觸發(fā)和復(fù)位點(diǎn)Ttrigger 和Treset 相應(yīng)地推導(dǎo)為：

圖2顯示了在300 個(gè)不同角點(diǎn)上模擬OTP 觸發(fā)點(diǎn)的仿真數(shù)據(jù)，圖3則顯示復(fù)位點(diǎn)的仿真數(shù)據(jù)。由于Vopt2和Vopt1的值隨角而波動(dòng)，因此獲得了60 攝氏度以上的雜散數(shù)據(jù)。此外，觸發(fā)點(diǎn)和復(fù)位點(diǎn)之間的重疊點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致電路中的OPT 不起作用。

圖2：過(guò)溫保護(hù)觸發(fā)點(diǎn)進(jìn)行300 次工藝角仿真

1.2 本文提出的過(guò)溫保護(hù)電路

考慮圖4所示的改進(jìn)的OTP 電路。I1 和I2 是帶隙基準(zhǔn)提供的偏置電流。當(dāng)溫度升高時(shí)，PNP 晶體管的Vbe 逐漸降低。當(dāng)VA≤VB 時(shí)，比較器反轉(zhuǎn)，OTP 為高電平，Pmos1 關(guān)閉。當(dāng)溫度從高到低下降時(shí)，VA 逐漸升高，而當(dāng)VA≥VB 時(shí)，OTP 釋放。這兩個(gè)與溫度有關(guān)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可以分別由（5）和（6）得出，由公式中可發(fā)現(xiàn)觸發(fā)點(diǎn)以及恢復(fù)點(diǎn)將不再如（3）和（4）所示受電壓波動(dòng)而影響性能。

圖5模擬了圖4中過(guò)溫保護(hù)電路中的比較器電路，磁滯值設(shè)置為20 攝氏度。圖6顯示了所設(shè)計(jì)過(guò)溫保護(hù)電路的觸發(fā)點(diǎn)仿真，和復(fù)位點(diǎn)仿真(圖7)。在大于300 種工藝角仿真結(jié)果分析上，可發(fā)現(xiàn)本文提出的雜散范圍僅限制于10 攝氏度以內(nèi)，這表明與以前的架構(gòu)仿真結(jié)果相比有明顯的改進(jìn)。

圖3：過(guò)溫保護(hù)恢復(fù)點(diǎn)進(jìn)行300 次工藝角仿真

圖4：本文提出的改善工藝角影響的過(guò)溫保護(hù)電路架構(gòu)

圖5：滯回比較電路設(shè)計(jì)，滯回值設(shè)計(jì)為20 度

圖6：圖3電路原理圖架構(gòu)的過(guò)溫保護(hù)觸發(fā)點(diǎn)進(jìn)行大于300 次工藝角仿真

圖7：圖3電路原理圖架構(gòu)的過(guò)溫保護(hù)恢復(fù)點(diǎn)進(jìn)行大于300 次工藝角仿真

2 結(jié)論

本文分析了過(guò)溫保護(hù)電路的設(shè)計(jì)原理。并針對(duì)電路制造過(guò)程中工藝角的變化，設(shè)計(jì)了一種基于比較電流差而不是兩組分散電壓水平比較的改進(jìn)架構(gòu)，此架構(gòu)有助于降低電路因工藝角的變化而產(chǎn)生的誤差，并通過(guò)全角仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，在大于300個(gè)不同的工藝角仿真處理上，過(guò)溫保護(hù)點(diǎn)以及恢復(fù)點(diǎn)最大變化在10%以內(nèi)。