集成功率轉換器的過溫保護電路

王曉婧 曾艷妮 劉楠

（陜西亞成微股份有限公司 陜西省西安市 710075）

1 過溫保護電路架構

1.1 傳統過溫電路系統架構

為了實現過熱保護，需要對溫度變化進行電壓測量。一個典型的OTP 電路如圖1所示。一個用作比較器的兩級開環共源放大器被用來驅動兩組傳輸門。通過將VA≥VB 設置為非保護狀態，OTP為低，并且VB 等于Votp1。Vbe 隨著溫度升高而逐漸降低。當VA≤VB 時，OTP 點翻轉以打開傳輸門，以使VB 等于Votp2。當溫度從高到低下降，因此VA 電壓低于Votp2 時，溫度保護就會解除。I1 可以從帶隙參考中生成，并且可以認為是一個相對恒定的值。根據上述的原理，圖1過溫保護電路中的PNP 電流Ic 可以如下得出：

圖1：傳統利用Vbe 隨溫度的變化設計過溫保護電路

其中Is 是雙極晶體管的飽和電流，Vbe 是基極-發射極結電壓，K0是玻爾茲曼常數，q 是電子的電荷，并且（1）可以重新排序為（2）：

因此，設計OTP 觸發和復位點Ttrigger 和Treset 相應地推導為：

圖2顯示了在300 個不同角點上模擬OTP 觸發點的仿真數據，圖3則顯示復位點的仿真數據。由于Vopt2和Vopt1的值隨角而波動，因此獲得了60 攝氏度以上的雜散數據。此外，觸發點和復位點之間的重疊點可能會導致電路中的OPT 不起作用。

圖2：過溫保護觸發點進行300 次工藝角仿真

1.2 本文提出的過溫保護電路

考慮圖4所示的改進的OTP 電路。I1 和I2 是帶隙基準提供的偏置電流。當溫度升高時，PNP 晶體管的Vbe 逐漸降低。當VA≤VB 時，比較器反轉，OTP 為高電平，Pmos1 關閉。當溫度從高到低下降時，VA 逐漸升高，而當VA≥VB 時，OTP 釋放。這兩個與溫度有關的轉折點可以分別由（5）和（6）得出，由公式中可發現觸發點以及恢復點將不再如（3）和（4）所示受電壓波動而影響性能。

圖5模擬了圖4中過溫保護電路中的比較器電路，磁滯值設置為20 攝氏度。圖6顯示了所設計過溫保護電路的觸發點仿真，和復位點仿真(圖7)。在大于300 種工藝角仿真結果分析上，可發現本文提出的雜散范圍僅限制于10 攝氏度以內，這表明與以前的架構仿真結果相比有明顯的改進。

圖3：過溫保護恢復點進行300 次工藝角仿真

圖4：本文提出的改善工藝角影響的過溫保護電路架構

圖5：滯回比較電路設計，滯回值設計為20 度

圖6：圖3電路原理圖架構的過溫保護觸發點進行大于300 次工藝角仿真

圖7：圖3電路原理圖架構的過溫保護恢復點進行大于300 次工藝角仿真

2 結論

本文分析了過溫保護電路的設計原理。并針對電路制造過程中工藝角的變化，設計了一種基于比較電流差而不是兩組分散電壓水平比較的改進架構，此架構有助于降低電路因工藝角的變化而產生的誤差，并通過全角仿真進行了驗證。仿真結果表明，在大于300個不同的工藝角仿真處理上，過溫保護點以及恢復點最大變化在10%以內。