集成功率转换器的过温保护电路

王晓婧 曾艳妮 刘楠

（陕西亚成微股份有限公司 陕西省西安市 710075）

1 过温保护电路架构

1.1 传统过温电路系统架构

为了实现过热保护，需要对温度变化进行电压测量。一个典型的OTP 电路如图1所示。一个用作比较器的两级开环共源放大器被用来驱动两组传输门。通过将VA≥VB 设置为非保护状态，OTP为低，并且VB 等于Votp1。Vbe 随着温度升高而逐渐降低。当VA≤VB 时，OTP 点翻转以打开传输门，以使VB 等于Votp2。当温度从高到低下降，因此VA 电压低于Votp2 时，温度保护就会解除。I1 可以从带隙参考中生成，并且可以认为是一个相对恒定的值。根据上述的原理，图1过温保护电路中的PNP 电流Ic 可以如下得出：

图1：传统利用Vbe 随温度的变化设计过温保护电路

其中Is 是双极晶体管的饱和电流，Vbe 是基极-发射极结电压，K0是玻尔兹曼常数，q 是电子的电荷，并且（1）可以重新排序为（2）：

因此，设计OTP 触发和复位点Ttrigger 和Treset 相应地推导为：

图2显示了在300 个不同角点上模拟OTP 触发点的仿真数据，图3则显示复位点的仿真数据。由于Vopt2和Vopt1的值随角而波动，因此获得了60 摄氏度以上的杂散数据。此外，触发点和复位点之间的重叠点可能会导致电路中的OPT 不起作用。

图2：过温保护触发点进行300 次工艺角仿真

1.2 本文提出的过温保护电路

考虑图4所示的改进的OTP 电路。I1 和I2 是带隙基准提供的偏置电流。当温度升高时，PNP 晶体管的Vbe 逐渐降低。当VA≤VB 时，比较器反转，OTP 为高电平，Pmos1 关闭。当温度从高到低下降时，VA 逐渐升高，而当VA≥VB 时，OTP 释放。这两个与温度有关的转折点可以分别由（5）和（6）得出，由公式中可发现触发点以及恢复点将不再如（3）和（4）所示受电压波动而影响性能。

图5模拟了图4中过温保护电路中的比较器电路，磁滞值设置为20 摄氏度。图6显示了所设计过温保护电路的触发点仿真，和复位点仿真(图7)。在大于300 种工艺角仿真结果分析上，可发现本文提出的杂散范围仅限制于10 摄氏度以内，这表明与以前的架构仿真结果相比有明显的改进。

图3：过温保护恢复点进行300 次工艺角仿真

图4：本文提出的改善工艺角影响的过温保护电路架构

图5：滞回比较电路设计，滞回值设计为20 度

图6：图3电路原理图架构的过温保护触发点进行大于300 次工艺角仿真

图7：图3电路原理图架构的过温保护恢复点进行大于300 次工艺角仿真

2 结论

本文分析了过温保护电路的设计原理。并针对电路制造过程中工艺角的变化，设计了一种基于比较电流差而不是两组分散电压水平比较的改进架构，此架构有助于降低电路因工艺角的变化而产生的误差，并通过全角仿真进行了验证。仿真结果表明，在大于300个不同的工艺角仿真处理上，过温保护点以及恢复点最大变化在10%以内。