利用集电极穿透电流监测功率管结温进行过温保护的方法技术

利用集电极穿透电流监测大功率管结温进行过温保护的方法利用三极管的ＩＣＥＯ即漏电流随温度成２的次方形式递增的原理来进行过温保护，正常工作时，充电管（Ｑ２２２）对振荡电容（Ｃ７）充电至电源，平时振荡电容（Ｃ７）上极板为正电荷，下极板为负电荷，充电管（Ｑ２２２）充电时对下极板充正电荷，充至下极板同上极板同电位，放电管（Ｑ２０７）一直有电流，对振荡电容（Ｃ７）充电时，放电电流ｉｃ３忽略不计，放电时对放电管（Ｑ２０７）放电，放电管（Ｑ２０７）电流很小，整个周期主要由放电时间决定；Ｉ↓［ＣＥＯ］（即穿透电流）随温度成２的次方形式递增，能够及时监测到输出管结温，即大部分时间处于关闭状态，非常有效地提高了电路的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种利用集电极穿透电流监测大功率管结温进行过温保护，属于集成电路设计

技术介绍
大功率功放失效的重要原因之一是输出管通过大电流而引起结温超过允许值。在集成功率放大器中，输出管的结温决定芯片的温度。为此，常利用二极管或晶体管的结温升作为测温元件，让它们靠近输出管，从而反应输出管的温升情况，当输出管温升超过允许值时，测温二极管(或晶体管)启动一个电路，，输出管驱动电流减小，使芯片温度下降至安全值。 传统的过热保护电路如图1示，设保护温度为Ts＝150℃。 由于Vz和VBE的温度系数分别为 如果忽略电阻比的温度系数，则 于是QH导通，偏置电流减小，输出管驱动电流减小，亦即输出管发热减小，芯片温度下降。随着芯片温度的下降，VBEH随之升高，VH跟着下降，QH截止，偏置电流恢复，芯片温度又会上升。这样，就会在在过热保护温度附近产生热振荡。这种热振荡一方面会破坏电路正常工作，另一方面由于硅片和封装管壳各部分的温度系数不同，还会在硅片和管壳的连接处产生附加的应力。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种利用集电极穿透电流监测大功率功放输出管结温进行过温保护的方法，ICEO(即穿透电流)随温度成2的次方形式递增，能够及时监测到输出管结温，即大部分时间处于关闭状态，非常有效地提高了电路的可靠性。 技术方案本专利技术的过热保护热采样用的是ICEO(穿透电流)。电路内部可设计测试多种温度来保护电路的过温保护模块，一部分基极开路的三极管均匀分布在输出管里面，另一部分基极开路的三极管在输出管外部用来测试整个芯片温度。两者产生启动脉冲信号的温度不同。当输出对地、对电源及负载短路时，因输出管温度上升最快，所以先启动输出管里的保护电路。如果温度不能及时消散，随后启动另一个保护电路。在开始电路不是非常热时，电路启动过热保护时，会出现2ms左右的闪烁波形，如果温度还不能及时消散，电路就一直保持在高输出阻抗状态，没有输出波形。 再来讨论ICEO，它是基极开路(即IB＝0)时由集电极直通到发射极的电流，如图2所示，基极开路时，加在集电极和发射极间的正值电压VCE被分配到两个结点上，即VCE＝VCB+VBE，其中VCB为正值(或VBC为负值)，集电结上加的是反偏；VBE为正值，发射结上加的是正偏，晶体管仍工作在放大模式，具有正向受控作用。由于IB＝0，IB中的受控成分〔IEP+(IEN-ICNI)〕等于ICBO，其值被放大β倍，再加上集电极本身的ICBO。因而ICEO＝ICBO+βICEO＝(1+β)ICBO，显然ICEO远大于ICBO。不过，在常温下，ICBO很小，因而ICEO仍是一个很小的值，一般可以忽略不计。 IEP是基区中多子空穴通过发射结源源不断地注入到发射区而形成的空穴电流。 (IEN-ICNI)是基区中非平衡少子在向集电结扩散过程中被复合而形成的复合电流。 β为共发射极(简称为共发或共射)电流放大系数(Common Emitter CurrentCain)其值大于1。 ICEO是基极开路时(IB＝0)的集电结电流，称为穿透电流。 β，ICBO均是温度敏感的参数，工程分析时，可近似为 每升高1℃，Δβ/β增大(0.5~1)％，即Δβ/(βT)＝(0.005~0.01)/℃ 每升高10℃，ICBO增大一倍，即ICBO(T2)＝ICBO(T1)*2*(T2-T1)/10 如在室温下，β＝100，ICBO＝10-12A，温度由室温升高到40℃时， 则Δβ/β＝(0.5~1)％*40＝(20~40)％，即β＝120~140 ICBO增大24倍，即ICBO＝1.6*10-11A，ICEO＝(1+β)ICBO＝2.24*10-9A，所以说ICEO(即穿透电流)能够及时监测到输出管结温。 利用三极管的ICEO即漏电流随温度成2的次方形式递增的原理来进行过温保护，正常工作时，充电管对振荡电容充电至电源，平时振荡电容上极板为正电荷，下极板为负电荷，充电管充电时对下极板充正电荷，充至下极板同上极板同电位，放电管一直有电流，对振荡电容充电时，放电电流ic3忽略不计，放电时对放电管放电，放电管电流很小，整个周期主要由放电时间决定； 利用集电极穿透电流监测大功率管结温进行过温保护的方法利用三极管的ICEO即漏电流随温度成2的次方形式递增的原理来进行过温保护，正常工作时，充电管对振荡电容充电至电源，平时振荡电容上极板为正电荷，下极板为负电荷，充电管充电时对下极板充正电荷，充至下极板同上极板同电位，放电管一直有电流，对振荡电容充电时，放电电流ic3忽略不计，放电时对放电管放电，放电管电流很小，整个周期主要由放电时间决定； 在电容对放电管放电过程中，第一电平比较器、第二电平比较器导通，第三电平比较器截止，第一恒流源中的第一恒流管、第二恒流管、第三恒流管截止，第二恒流源中的第四恒流管、第五恒流管截止；当过温保护点被置低时，第三恒流源中的第六恒流管、第七恒流管导通，有70uA电流，第九恒流管恒流，第八恒流管的集电极约拉掉20uA电流，第七恒流管剩余电流流至第十恒流管的基极，第十恒流管饱和；当电容放电放至第三电平比较器的基极电位为高时，第三电平比较器导通，第一恒流源中的第一恒流管、第二恒流管、第三恒流管导通，第二恒流源中的第四恒流管、第五恒流管导通，恒流源2饱和；第四电平比较器的基极置低时，过温保护点被置高；当过温保护点一被置高时第五电平比较器被关断，第五电平比较器关断后，它的基极立即被置低，2ms后，过温保护点的电位仍与第五电平比较器的基极电位比较；一旦进入过温保护状态后，第六电平比较器的基极拉低，第五电平比较器导通，其基极电位被迅速置高，在2ms期间，若温度下降一点点，过温保护上升一点点，如果仍和1.35V比较的话，则电路可能一直处于保护和不保护状态之间；电平比较器第五电平比较器的基极电平变高，即比较基极电平置高，即保护住的时间加长，电路的可靠性变好；一部分基极开路的三极管即输出管的第一温度检测管、第二温度检测管、第三温度检测管、第四温度检测管均匀分布在输出管里面，另一个基极开路的三极管即前置部分温度检测管分布在输出管外部用来测试整个芯片温度，两个不同位置的基极开路的三极管产生启动脉冲信号的温度不同，当温度检测管、第一温度检测管、第二温度检测管、第三温度检测管、第四温度检测管高温时的集电极穿透电流增大至足以使第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管导通，电路进入过温保护状态； 大功率功放电路正常工作时，当输出端对地、对电源及负载短路时，输出管温度上升得非常快，所以先启动输出管里的保护电路；如果温度不能及时消散，随后启动另一个保护电路； 当大功率功放电路的温度非常高时(一般电路表面温度超过130摄氏度)，电路启动过热保护时，会出现2ms左右的闪烁波形，如果温度还不能及时消散，电路就一直保持在高输出阻抗状态，没有输出波形。大大提高了大功率功放电路的可靠性。 有益效果大功率功放电路的负载对地、对电源交流短路保护一直是设计的一大难点。因为负载对电源、对地交流短路保护瞬间会产生非常大的电流导致输出管结温迅速上升，而传统的过温保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用集电极穿透电流监测大功率管结温进行过温保护的方法，其特征在于利用三极管的ＩＣＥＯ即漏电流随温度成２的次方形式递增的原理来进行过温保护，正常工作时，充电管（Ｑ２２２）对振荡电容（Ｃ７）充电至电源，平时振荡电容（Ｃ７）上极板为正电荷，下极板为负电荷，充电管（Ｑ２２２）充电时对下极板充正电荷，充至下极板同上极板同电位，放电管（Ｑ２０７）一直有电流，对振荡电容（Ｃ７）充电时，放电电流ｉｃ３忽略不计，放电时对放电管（Ｑ２０７）放电，放电管（Ｑ２０７）电流很小，整个周期主要由放电时间决定；　在电容对放电管（Ｑ２０７）放电过程中，第一电平比较器（Ｑ２１０）、第二电平比较器（Ｑ２０９）导通，第三电平比较器（Ｑ２０８）截止，第一恒流源中的第一恒流管（Ｑ２０４）、第二恒流管（Ｑ２０２）、第三恒流管（Ｑ２０３）截止，第二恒流源中的第四恒流管（Ｑ１８６）、第五恒流管（Ｑ１８９）截止；当过温保护点被置低时，第三恒流源中的第六恒流管（Ｑ２０１）、第七恒流管（Ｑ２００）导通，有７０ｕＡ电流，第九恒流管（Ｑ１９０）恒流，第八恒流管（Ｑ１８７）的集电极约拉掉２０ｕＡ电流，第七恒流管（Ｑ２００）剩余电流流至第十恒流管（Ｑ１８８）的基极，第十恒流管（Ｑ１８８）饱和；当电容放电放至第三电平比较器（Ｑ２０８）的基极电位为高时，第三电平比较器（Ｑ２０８）导通，第一恒流源中的第一恒流管（Ｑ２０４）、第二恒流管（Ｑ２０２）、第三恒流管（Ｑ２０３）导通，第二恒流源中的第四恒流管（Ｑ１８６）、第五恒流管（Ｑ１８９）导通，恒流源２Ｑ１８９饱和；第四电平比较器（Ｑ１８０）的基极置低时，过温保护点被置高；当过温保护点一被置高时第五电平比较器（Ｑ２３７）被关断，第五电平比较器（Ｑ２３７）关断后，它的基极立即被置低，２ｍｓ后，过温保护点的电位仍与第五电平比较器（Ｑ２３７）的基极电位比较；一旦进入过温保护状态后，第六电平比较器（Ｑ２３８）的基极拉低，第五电平比较器（Ｑ２３７）导通，其基极电位被迅速置高，在２ｍｓ期间，若温度下降一点点，过温保护上升一点点，如果仍和１．３５Ｖ比较的话，则电路可能一直处于保护和不保护状态之间；电平比较器第五电平比较器（Ｑ２３７）的基极电平变高，即比较基极电平置高，即保护住的时间加长，电路的可靠性变好；一部分基极开路的三极管即输出管的第一温度检测管（Ｔ１２１）、第二温度检测管（Ｔ１２０）、第三温度检测管（Ｔ１２１ａ）、第四温度检测管（Ｔ１２...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟民，卜惠琴，聂卫东，
申请(专利权)人：无锡友达电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]