cmos场效应管温度保护电路设计

工作原理如下图所示：

 

 

Q0作用：检测芯片工作温度； 

芯片正常工作：

三极管反射极电位VE ,比较器

负端电位 > 正端电位

比较器输出低电平;

 

温度升高:

因：三极管EB结电压是负温度系数

三极管发射极到基极电压VEB降低

因：基极电位是基准电压VREFl

三极管的发射极电压即比较器的负端电位降低;

 

温度 > 翻转阈值

比较器负端电位会降到 < 正端电位VREF2，

比较器输出高电平，关断功率开关电子元器件，保护芯片被烧毁；

 

迟滞产生电路作用：

芯片正常工作+过温产生大小不同电流，比较器翻转阈值改变，

防止功率开关器件在翻转点频繁开启和关断。

 

cmos场效应管过温保护实际电路如下图所示：

管芯温度 > 160℃

电路输出控制信号OUTPUT，输出为高电平

温度=140℃

电路输出控制信号OUTPUT，转为低电平

 

如上图电路中各符号功能如下：

温度检验电路：M3+M4+Q0构成

M1+M2=低压工作电流镜，提供I1

三极管VEB有负温度系数，随温度升高线性减小，VEB可检测温度；

比较器两级运放构成，提高放大倍数+输出摆幅；

M5+M6+M11+M12+M16+M17组成有源电流镜负载第一级差动放大器

M5+M6=低压工作电流镜

M16+M17=有源电流镜负载

M0～M2构成第二级共源级放大器

M1～M2=低压共源共栅电流镜提供尾电流

M7+M8=低压共源共栅电流镜提供偏置

M14+M19+M22组成共源共栅电流镜，把基准电流镜像过来作为电流源。

M15+M20为M14栅压提供偏置。

M9+M10，M21+M22分别构成电流镜

M13+M18=迟滞产生电路：

OUTPUT=低电平，M13管关断，反馈回路不抽取电流，三极管IE=I1;

OUTPUT=高电平，M13管打开，反馈回路抽取电流I2

PS:I2大小取决于M18、M22构成电流镜

 

cmos场效应管迟滞功能实现

当温度未达到过温点，OUTPUT=低电平

M13管关断，Q0电流=I1

三极管发射结电压与电流关系

 

 

温度=160℃  休闲裤器输出=高电平

M13管栅极=高电平，M13管打开，Q0管电流减少，

公式：

导致VEB(Q0)再减小，减小量如下公式:

cmos场效应管温度迟滞量公式：

A0=三极管EB结电压温度系数

PS：常温下值约为一2mV/K

因迟滞：温度降至160℃ 低20℃时，让VEB(OT)上升至让比较器翻转

比较器翻转，输出低电平，M13管关闭

此时温度在上升，VEB(Q0)必须上升到VEB(NOMAL)比较器再次翻转，即实现迟滞。

 

实现比较器

如上图所示：

比较器=两级比较器，

第一级：用有源电流镜负载差动放大器；

第二级：用电流源负载共源级放大器；

VEB(Q0) < VREF，

OUT翻转为高电平

反之，输出为低电平

得到较高分辨率，则比较器要有高增益

 

比较器增益分析

第一级增益公式如下

第二级增益公式如下

从输出节点往上看

从输出节点向下看

因此：

 

总增益公式