温度检测模块、温度监控电路以及功率芯片制造技术

技术编号:21138239 阅读:39 留言:0更新日期:2019-05-18 04:21
本申请公开了温度检测模块、温度监控电路以及功率芯片。该温度检测模块,包括:级联的至少两个电流镜,所述至少两个电流镜中的第一级电流镜接收参考电流,最后级电流镜提供与所述参考电流成放大倍数的驱动电流;以及串联连接的至少一个双极晶体管,与所述至少两个电流镜中的最后级电流镜的输出端相连接,并且各自的基极集电极短接以连接成二极管形式,其中,在所述最后级电流镜的输出端提供检测信号,所述检测信号采用所述至少一个双极晶体管的基极发射极电压表征温度信息。该温度检测模块采用双极型晶体管作为敏感元件,因此可以集成于芯片中。

Temperature detection module, temperature monitoring circuit and power chip

The application discloses a temperature detection module, a temperature monitoring circuit and a power chip. The temperature detection module includes at least two cascaded current mirrors, the first stage current mirror in at least two current mirrors receives the reference current, the last stage current mirror provides the driving current magnified by the reference current, and at least one bipolar transistor connected in series, which is connected with the output terminal of the last stage current mirror in at least two current mirrors, and Each base collector is short connected in the form of a diode, in which a detection signal is provided at the output end of the last stage current mirror, and the detection signal is characterized by the base emitter voltage of the at least one bipolar transistor. The temperature detection module uses bipolar transistors as sensing elements, so it can be integrated into the chip.

【技术实现步骤摘要】
温度检测模块、温度监控电路以及功率芯片
本专利技术涉及半导体技术,更具体地,涉及温度检测模块、温度监控电路以及功率芯片。
技术介绍
图1示出根据现有技术的功率芯片的示意性框图。功率芯片110的封装体内合封驱动芯片111至113、组成第一桥臂的高侧开关管M11和低侧开关和M12、组成第二桥臂的高侧开关管M21和低侧开关和M22、组成第三桥臂的高侧开关管M31和低侧开关和M32、以及热敏电阻RT。热敏电阻RT(按照温度系数极性不同分成NTC和PTC电阻)来检测芯片温度,以实现温度监控的功能。例如,PTC热敏电阻经由功率芯片的一个管脚连接至外部的上拉电阻。电源电压VCC提供至上拉电阻,从而产生偏置电流。偏置电流流过热敏电阻PTC,从而将温度信息转换成检测信号。检测信号的精度越高,对功率芯片的温度监控越准确。为了保证检测信号值在允许波动范围内,对于封装有NTC热敏电阻的功率芯片,需要明确应用时电源电压VCC的波动水平以及上拉电阻的精度要求(当电源电压VCC波动为±1%,上拉电阻精度选择1%时,检测信号的波动范围约±0.4V)。在采用热敏电阻作为温度传感器时,检测信号会受电源电压VCC以及上拉电阻的影响,波动范围很大。检测信号值与温度呈非线性关系。对于NTC热敏电阻而言,当温度逐步降低,热敏电阻阻值增大,此时,检测信号将越来越接近电源电压VCC,逐步趋于饱和,非线性度快速增大。由于热敏电阻阻值与温度成非线性关系,批量离散度高,且可检测温度范围小,无法实现功率芯片的可靠温度监控。此外,热敏电阻封装在功率芯片内部,功率芯片本身需要耗费额外的晶片面积、键合线、以及用于连接上拉电阻的额外管脚,因而导致功率芯片的尺寸和应用成本的增加。在功率芯片内部,由于安规距离等限制,热敏电阻与功率芯片的功率器件的距离较远,无法提供精准的芯片温度。因此,期待采用新型的温度检测模块替代热敏电阻,以扩大检测信号的线性范围和提高温度检测的准确度。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种温度检测模块、温度监控电路以及功率芯片,其中,该温度检测模块利用双极型晶体管的基极发射极电压VBE表征温度信息,并且采用补偿电阻补偿双极型晶体管的二阶温度特性,从而可以扩大检测信号的线性范围。根据本专利技术的第一方面,提供一种温度检测模块,包括:级联的至少两个电流镜,所述至少两个电流镜中的第一级电流镜接收参考电流,最后级电流镜提供与所述参考电流成放大倍数的驱动电流;以及串联连接的至少一个双极晶体管,与所述至少两个电流镜中的最后级电流镜的输出端相连接,并且各自的基极集电极短接以连接成二极管形式,其中,在所述最后级电流镜的输出端提供检测信号,所述检测信号采用所述至少一个双极晶体管的基极发射极电压表征温度信息。优选地,根据所述检测信号的二阶温度特性设置所述至少两个电流镜的放大倍数,从而补偿所述检测信号的二阶温度特性。优选地,还包括:第一电阻和第二电阻,在供电端和所述第一级电流镜的输入端之间串联连接,从而产生所述参考电流,其中,所述第一电阻和所述第二电阻的温度系数相反,以获得温度系数恒定的参考电流。优选地,还包括:第三电阻,与所述至少一个双极晶体管串联连接在所述最后级电流镜的输出端和接地端之间。优选地,根据以下公式设置所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,Vt表示所述温度检测模块的检测信号,VBE表示所述至少一个双极型晶体管的基极发射极电压,VREG表示供电电压,VGS表示所述至少两个电流镜中的晶体管的源漏电压,R10、R11和R12分别表示第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值,k表示所述至少一个双极晶体管的个数,m*n表示所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,设置所述至少两个电流镜的放大倍数、第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值以补偿上述等式右边的第二项,从而实现温度补偿。根据本专利技术的第二方面,提供一种温度监控电路,包括:温度检测模块,用于获得检测信号;运算放大器,同相输入端和反相输入端分别接收参考信号和所述检测信号,输出端提供误差信号,其中,所述温度监控电路根据所述误差信号产生监控信号,所述温度检测模块包括:级联的至少两个电流镜,所述至少两个电流镜中的第一级电流镜接收参考电流,最后级电流镜提供与所述参考电流成放大倍数的驱动电流;以及串联连接的至少一个双极晶体管,与所述至少两个电流镜中的最后级电流镜的输出端相连接,并且各自的基极集电极短接以连接成二极管形式,其中,在所述最后级电流镜的输出端提供表征温度信息的检测信号,所述检测信号采用所述至少一个双极晶体管的基极发射极电压表征温度信息。优选地,根据所述检测信号的二阶温度特性设置所述至少两个电流镜的放大倍数,从而补偿所述检测信号的二阶温度特性。优选地,还包括:第一电阻和第二电阻,在供电端和所述第一级电流镜的输入端之间串联连接,从而产生所述参考电流,其中,所述第一电阻和所述第二电阻的温度系数相反,以获得温度系数恒定的参考电流。优选地,还包括:第三电阻,与所述至少一个双极晶体管串联连接在所述最后级电流镜的输出端和接地端之间。优选地,根据以下公式选择所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,Vt表示所述温度检测模块的检测信号,VBE表示所述至少一个双极型晶体管的基极发射极电压,VREG表示供电电压,VGS表示所述至少两个电流镜中的晶体管的源漏电压,R10、R11和R12分别表示第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值,k表示所述至少一个双极晶体管的个数,m*n表示所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,设置所述至少两个电流镜的放大倍数、第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值以补偿上述等式右边的第二项,从而实现温度被补偿。优选地,所述运算放大器接收的参考信号是经过补偿所述运算放大器的输入失调电压而获得的参考信号。优选地,还包括驱动模块,所述驱动模块与所述运算放大器相连接,从而将所述误差信号放大成所述监控信号。优选地,所述驱动模块包括:推挽放大器,所述推挽放大器的输入端接收所述误差信号,输出端提供所述监控信号;以及低阻保持模块,连接在所述输出端和接地端之间,其中,所述低阻保持模块在所述推挽放大器中的晶体管饱和导通时提供对地低阻路径,从而维持线性输出。优选地,所述低阻保持模块包括在所述输出端和接地端之间串联连接的相反温度系数的至少两个电阻,或者下拉恒流源。优选地,所述推挽放大器包括:依次串联连接在供电端和接地端之间的第一放大晶体管、第四电阻第五电阻、第二放大晶体管,其中,所述第一放大晶体管和所述第二放大晶体管分别为双极型晶体管且相反类型,所述推挽放大器的输入端连接至所述第一放大晶体管和所述第二放大晶体管的中间节点,输出端连接至所述第四电阻和所述第五电阻的中间节点。优选地,还包括:第六电阻,连接在所述运算放大器的反相输入端和所述驱动模块的输出端之间;以及第七电阻,连接在所述运算放大器的反相输入端和所述温度检测模块的输出端之间,其中,所述第六电阻和所述第七电阻组成所述运算放大器的反馈回路。根据本专利技术的第三方面,提供一种功率芯片,包括:高侧开关管和低侧开关管,所述高侧开关和和所述低侧开关管串联连接在供电端和接地端之间形成桥臂,二者的中间节点连接至输出端;以及驱动芯片,与所述高侧开关管的控制端和所述低侧开关管的控制端相连接,分别提供第一开关控制信号和第二开关本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种温度检测模块,包括:级联的至少两个电流镜,所述至少两个电流镜中的第一级电流镜接收参考电流,最后级电流镜提供与所述参考电流成放大倍数的驱动电流;以及串联连接的至少一个双极晶体管,与所述至少两个电流镜中的最后级电流镜的输出端相连接,并且各自的基极集电极短接以连接成二极管形式,其中,在所述最后级电流镜的输出端提供检测信号,所述检测信号采用所述至少一个双极晶体管的基极发射极电压表征温度信息。

【技术特征摘要】
1.一种温度检测模块,包括:级联的至少两个电流镜,所述至少两个电流镜中的第一级电流镜接收参考电流,最后级电流镜提供与所述参考电流成放大倍数的驱动电流;以及串联连接的至少一个双极晶体管,与所述至少两个电流镜中的最后级电流镜的输出端相连接,并且各自的基极集电极短接以连接成二极管形式,其中,在所述最后级电流镜的输出端提供检测信号,所述检测信号采用所述至少一个双极晶体管的基极发射极电压表征温度信息。2.根据权利要求1所述的温度检测模块,其中,根据所述检测信号的二阶温度特性设置所述至少两个电流镜的放大倍数,从而补偿所述检测信号的二阶温度特性。3.根据权利要求2所述的温度检测模块,还包括:第一电阻和第二电阻,在供电端和所述第一级电流镜的输入端之间串联连接,从而产生所述参考电流,其中,所述第一电阻和所述第二电阻的温度系数相反,以获得温度系数恒定的参考电流。4.根据权利要求3所述的温度检测模块,还包括:第三电阻,与所述至少一个双极晶体管串联连接在所述最后级电流镜的输出端和接地端之间。5.根据权利要求4所述的温度检测模块,其中,根据以下公式设置所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,Vt表示所述温度检测模块的检测信号,VBE表示所述至少一个双极型晶体管的基极发射极电压,VREG表示供电电压,VGS表示所述至少两个电流镜中的晶体管的源漏电压,R10、R11和R12分别表示第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值,k表示所述至少一个双极晶体管的个数,m*n表示所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,设置所述至少两个电流镜的放大倍数、第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值以补偿上述等式右边的第二项,从而实现温度补偿。6.一种温度监控电路,包括:温度检测模块,用于获得检测信号;运算放大器,同相输入端和反相输入端分别接收参考信号和所述检测信号,输出端提供误差信号,其中,所述温度监控电路根据所述误差信号产生监控信号,所述温度检测模块包括:级联的至少两个电流镜,所述至少两个电流镜中的第一级电流镜接收参考电流,最后级电流镜提供与所述参考电流成放大倍数的驱动电流;以及串联连接的至少一个双极晶体管,与所述至少两个电流镜中的最后级电流镜的输出端相连接,并且各自的基极集电极短接以连接成二极管形式,其中,在所述最后级电流镜的输出端提供表征温度信息的检测信号,所述检测信号采用所述至少一个双极晶体管的基极发射极电压表征温度信息。7.根据权利要求6所述的温度监控电路,其中,根据所述检测信号的二阶温度特性设置所述至少两个电流镜的放大倍数,从而补偿所述检测信号的二阶温度特性。8.根据权利要求7所述的温度监控电路,还包括:第一电阻和第二电阻,在供电端和所述第一级电流镜的输入端之间串联连接,从而产生所述参考电流,其中,所述第一电阻和所述第二电阻的温度系数相反,以获得温度系数恒定的参考电流。9.根据权利要求8所述的温度监控电路,还包括:第三电阻,与所述至少一个双极晶体管串联连接在所述最后级电流镜的输出端和接地端之间。10.根据权利要求9所述的温度监控电路,其中,根据以下公式选择所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,Vt表示所述温度检测模块的检测信号,VBE表示所述至少一个双极型晶体管的基极发射极电压,VREG表示供电电压,VGS表示所述至少两个电流镜中的晶体管的源漏电压,R10、R11和R12分别表示第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值,k表示所述至少一个双极晶体管的个数,m*n表示所述至少两个电流镜的放大倍数,其中,设置所述至少两个电流镜的放大倍数、第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值以补偿上述等式右边的第二项,从而实现温度被补偿。11.根据权利要求6所述的温度监控电路,其中,所述运算放大器接收的参考信号是经过补偿所述运算放大器的输入失调电压而获得的参考信号。12.根据权利要求6至11中任一项所述的温度监控电路,还包括驱动模块,所述驱动模块与所述运算放大器相连接,从而将所述误差信号放大成所述监控信号。13.根据权利要求12所述的温度监控电路,其中,所述驱动模块包括:推挽放大器,所述推挽放大器的输入端接收所述误差信号,输出端提供所述监控信号;以及低阻保持模块,连接在所述输出端和接地端之间,其中,所述低阻保持模块在所述推挽放大器中的晶体管饱和导通时提供对地低阻路径,从而维持线性输出。14.根据权利要求13所述的温度监控电路,其中,所述低阻保持模块包括在所述输出端和接地端之间串联连接的相反温度系数的至少两个电阻,或者下拉恒流源。15.根据权利要求13所述的温度监控电路,其中,所...

【专利技术属性】
技术研发人员:彭宜建程宇刘振国
申请(专利权)人:杭州士兰微电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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