一种基于DC-DC 开关电源的温度检测电路设计必发

2020-05-09 09:40字体:
  

  电途打算。探究了温度对通盘开 闭电源体例的影响,以及正在肯定温度变更局限内,开闭电源能否输出安宁电压。正在此本原上,本文打算了一种 新型的电途,并对其举行效用优化,告终温度的正确检测。同时,为预防温渡过高对体例酿成弗成逆 危害,本文正在电途和上电位,从而抵达爱惜电途的方针。 结尾对此机闭举行仿真,仿真结果证实正在分歧工艺角处境下,该体例均具有正确的温度检测机能,且能安宁启 动

  要害词:DC-DC开闭电源;温度检测;过温爱惜;体例温度阈值带隙基准电压

  开闭型电源、LDO是目前运用正在SoC体例中最常睹 的两种电源约束体例[1-2]。个中,基于经典拓扑机闭的 开闭型电源,具有用率高、功耗低、体积小以及抗扰乱 技能强等诸众利益,平常运用于很众高集成度高机能的 SoC体例芯片中[1]。

  开闭型电源苛重是通过把握功率开闭管的周期性导 通来输出安宁电压,告终升压、降压、电压反转等功 能,从而为通盘电途体例安宁供电[2]。

  如图1所示,开闭型电源中较为常睹的是BUCK型DC-DC开闭电源。相较于其他电源约束体例而言, BUCK型DC-DC开闭电源的电源转换恶果高,可达 80%以上,看待少少特制的开闭电源以至高达90%;其 次,负载技能强,可承担大电流;此外,开闭电源的功 率MOS管阻值较低,故而功率损耗偏低,实用于传导较大电流;通过把握开闭电源内部功率MOS管(高边管和 低边管)的开闭来把握输出电压的增大或减小,告终动 态调整,使得稳压局限较宽[3]。

  开闭电源往往办事正在高电压下,较大功率的开闭电 源同时也办事正在大电流形态下,较大的电流或者电压容 易烧坏电途[4-5]。为了爱惜开闭电源本身和负载,遵照DC-DC直流电源道理,先后打算出了很众爱惜电途, 如:ESD爱惜电途、过压爱惜电途(OVLO)、欠压保 护电途(UVLO)、软启动电途等。本文正在上述几种保 护电途的本原上打算出了基于DC-DC开闭电源的温度 检测体例,当温度逾越办事温度阈值时,闭断电途,从 而起到及时爱惜电途的方针[3,5]。

  本模块苛重告终的效用是对芯片电源供电体例中的带隙基准电压举行温度检测。带隙基准电压是电源体例 中额外紧急的模块。绝大大都的内部供电都是由带隙基 准电压为泉源举行“再加工”执掌。针对带隙基准电压 举行温度检测,温度越高,其电压值也越高,从而正在温 度检测模块中惹起输出电压形态的改观。必发365是以只需检测 温度检测电途的输出电压就能够直观鉴定电源温度是否 过高,从而告终温度检测的效用。

  如图2所示,VREF1与VREF2是由电途的电压基准电途 VREF出现的基准电压,VREF1为带隙基准出现的基准电 压,可视作没有温度系数,而VREF2为PTAT电压,通过 运放虚短影响,使电阻R1两头的电压永诀固定正在VREF1和 VREF2,这里Vx的电压与VREF2的电压值相称。是以流经R1的电流则为(假设电流宗旨于图中向下):

  Vo1为温度检测模块的输出电压,诈骗2个基准电压 的差值去除外达式中的高阶项,提升温度线性拟合度。

  通过式(1)、(2)以及运放的“虚短”、“虚 断”,对输出电压Vo1举行推导,如式(3)、式(4):

  电阻的温度系数被约掉,故Vo1的温度系数只与VREF2相闭。 M1、M2、M3、M4管通过2个Cascode电流镜举行 偏置,其影响为将M1、M4漏极电压永诀钳位到VDDVTP和VTN,预防正在特别输入处境下,2个差分对的输 出悬空,酿成M5或M6的栅极悬空。

  过温爱惜电途的输入端与温度检测电途的输出端相 连,其方针是为了检测温度检测电途的输出电压是否正 常[6]。温度检测电途将温度变更转换为电压信号,而过 温爱惜电途则用于检测温度检测电途的输出电压是否寻常。当输出电压逾越过温爱惜电途所检测的电压阈值范 围,过温爱惜电途的输出会将0变化为1,进而闭断其电 源电途,告终爱惜电途不被烧断。

  此电途苛重告终的效用为:温度检测电途将芯片温 度转换为电压信号。一朝芯片温度逾越某一阈值,温度 传感器(即过温爱惜电途)便会启动热闭断,搁浅通盘 体例的办事输出。当芯片温度降至热滞回带以下时,整 个别例废止热闭断,还原寻常办事。

  如图3所示,R1、R2、Q1、Q2、R3组成带隙基准 行为PTAT电流源,流过R3的电流I0为PTAT电流。采用rppolyu低温飘电阻行为栅漏短接的MOS电阻,即 MP1。个中,Q1和Q3的工艺尺寸沟通,而Q2为8个沟通的MOS管并联而成。

  个中gmp和R2的温度系数均小于I0,随温度变更的幅 度也很小。由公式 (6) 可睹,I0呈正温系数,温度升高 时,I0增大,此时A点的电压随温度的上升而降低。当 温度上升至肯定阈值时,VA闭断Q3,B点电压由低电平 跳转为高电平,经带迟滞的施密特反相器执掌,通过 X288_A端向数字电途一面供给过温闭断信号。当温度 降低幅度逾越迟滞量时,Q3管将从头掀开并拉低B点电压,X288_A信号由高调低,电途重回寻常办事形态。

  MP1为MOS管连绵的小电阻,方针是将电源与基准 分开,提升电源贬抑比。

  最初对带隙基准电压举行DC温度仿线所示,带隙基准电压VREF1约为1.26 V,随温度变更并不彰着;V

  为PTAT电压,随温度呈线性趋向变更,餍足 公式(4)所述。Vo1的温度系数只与VREF2相闭,故而温 度越高,VREF2电压越高,Vo1电压越高,适应电途基础道理。

  MOS的工艺角永诀为tt_5v,ff_5v,ss_5v, fs_5v,sf_5v。正在分歧工艺角下对该模块举行仿线。由图中数据可知,正在各MOS corner下,输出电 压适应打算请求。

  仿真结果证实正在分歧工艺角处境下的温度差错均较 小,解释正在肯定差错局限内该电途能够寻常办事并能保 持较高精度。

  本文提出了一种新型的基于BUCK DC-DC开闭电 源的温度检测电途机闭,并基于此机闭举行改善,插手 了一种新型的过温爱惜机制。通过外面认识和数学推导 举行电途搭修,并用仿真软件举行仿真。因为体例的高精度请求,本文正在日常的温度仿真本原上,举行了工艺 角的仿真。仿真结果证实正在肯定温度局限内,该机闭可 及时检测电流并告终过温爱惜。

  [6] 潘飞蹊,俞铁刚,郭超,等.一种高精度带隙基准 源和过温爱惜电途[J].微电子学,2005(2):192195.

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