一种基于DC-DC 开关电源v8彩票的温度检测电路设计

2020-05-15 15:38字体:
  

  电途安排。研讨了温度对整体开 闭电源体例的影响,以及正在肯定温度蜕变限度内,开闭电源能否输出安谧电压。正在此根蒂上,本文安排了一种 新型的电途,并对其举办成效优化,实行温度的正确检测。同时,为抗御温渡过高对体例变成不行逆 妨害,本文正在电途和上电位,从而到达庇护电途的方针。 结果对此布局举办仿真,仿真结果剖明正在差别工艺角景况下,该体例均具有正确的温度检测职能,v8彩票且能安谧启 动

  环节词:DC-DC开闭电源;温度检测;过温庇护;体例温度阈值带隙基准电压

  开闭型电源、LDO是目前利用正在SoC体例中最常睹 的两种电源办理体例[1-2]。个中,基于经典拓扑布局的 开闭型电源,具有用率高、功耗低、体积小以及抗作梗 才华强等诸众长处,普及利用于很众高集成度高职能的 SoC体例芯片中[1]。

  开闭型电源闭键是通过把持功率开闭管的周期性导 通来输出安谧电压,实行升压、降压、电压反转等功 能,从而为整体电途体例安谧供电[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。相较于其他电源办理体例而言, BUCK型DC-DC开闭电源的电源转换效用高,可达 80%以上,看待少少特制的开闭电源以至高达90%;其 次,负载才华强,可继承大电流;别的,开闭电源的功 率MOS管阻值较低,故而功率损耗偏低,合用于传导较大电流;通过把持开闭电源内部功率MOS管(高边管和 低边管)的开闭来把持输出电压的增大或减小,实行动 态调动,使得稳压限度较宽[3]。

  开闭电源往往任务正在高电压下,较大功率的开闭电 源同时也任务正在大电流状况下,较大的电流或者电压容 易烧坏电途[4-5]。为了庇护开闭电源本身和负载,按照DC-DC直流电源道理,先后安排出了很众庇护电途, 如:ESD庇护电途、过压庇护电途(OVLO)、欠压保 护电途(UVLO)、软启动电途等。本文正在上述几种保 护电途的根蒂上安排出了基于DC-DC开闭电源的温度 检测体例,当温度超出任务温度阈值时,闭断电途,从 而起到及时庇护电途的方针[3,5]。

  本模块闭键实行的成效是对芯片电源供电体例中的带隙基准电压举办温度检测。带隙基准电压是电源体例 中特殊紧急的模块。绝公共半的内部供电都是由带隙基 准电压为泉源举办“再加工”管制。针对带隙基准电压 举办温度检测,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状况的革新。以是只需检测 温度检测电途的输出电压就能够直观占定电源温度是否 过高,从而实行温度检测的成效。

  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R1两头的电压区别固定正在VREF1和 VREF2,这里Vx的电压与VREF2的电压值相当。以是流经R1的电流则为(假设电流倾向于图中向下):

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

  通过式(1)、(2)以及运放的“虚短”、“虚 断”,对输出电压Vo1举办推导,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电流镜举办 偏置,其影响为将M1、M4漏极电压区别钳位到VDDVTP和VTN,抗御正在尽头输入景况下,2个差分对的输 出悬空,变成M5或M6的栅极悬空。

  过温庇护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蜕变转换为电压信号,v8彩票而过 温庇护电途则用于检测温度检测电途的输出电压是否平常。当输出电压逾越过温庇护电途所检测的电压阈值范 围,过温庇护电途的输出会将0转动为1,进而闭断其电 源电途,实行庇护电途不被烧断。

  此电途闭键实行的成效为:温度检测电途将芯片温 度转换为电压信号。一朝芯片温度超出某一阈值,温度 传感器(即过温庇护电途)便会启动热闭断,住手整体 体例的任务输出。当芯片温度降至热滞回带以下时,整 个人例消弭热闭断,复原平常任务。

  如图3所示,R1、R2、Q1、Q2、R3组成带隙基准 动作PTAT电流源,流过R3的电流I0为PTAT电流。采用rppolyu低温飘电阻动作栅漏短接的MOS电阻,即 MP1。个中,Q1和Q3的工艺尺寸一样,而Q2为8个一样的MOS管并联而成。

  个中gmp和R2的温度系数均小于I0,随温度蜕变的幅 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落。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管制,通过 X288_A端向数字电途一面供应过温闭断信号。当温度 降落幅度超出迟滞量时,Q3管将从头翻开并拉低B点电压,X288_A信号由高调低,电途重回平常任务状况。

  MP1为MOS管衔接的小电阻,方针是将电源与基准 分开,普及电源禁止比。

  起初对带隙基准电压举办DC温度仿线所示,带隙基准电压VREF1约为1.26 V,随温度蜕变并不彰彰;V

  为PTAT电压,随温度呈线性趋向蜕变,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,吻合电途根本道理。

  MOS的工艺角区别为tt_5v,ff_5v,ss_5v, fs_5v,sf_5v。正在差别工艺角下对该模块举办仿线。由图中数据可知,正在各MOS corner下,输出电 压吻合安排恳求。

  仿真结果剖明正在差别工艺角景况下的温度偏差均较 小,注脚正在肯定偏差限度内该电途能够平常任务并能保 持较高精度。

  本文提出了一种新型的基于BUCK DC-DC开闭电 源的温度检测电途布局,并基于此布局举办更正,到场 了一种新型的过温庇护机制。通过外面理会和数学推导 举办电途搭筑,并用仿真软件举办仿真。因为体例的高精度恳求,本文正在通常的温度仿真根蒂上,举办了工艺 角的仿真。仿真结果剖明正在肯定温度限度内,该布局可 及时检测电流并实行过温庇护。

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

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