一种断点补偿和热限制电路专利检索-温度补偿电路传感器与探测器专利检索查询-专利查询网

一种断点补偿和热限制电路

阅读：1020发布：2020-07-19

专利汇可以提供一种断点补偿和热限制电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种断点补偿和热限制电路，包括一个带隙电压基准电路，被提供断点补偿来调节由电路提供的基准电压的温度系数。该电压电路也包括一个热限制晶体管，它由一个具有正温度系数的电压提供偏置。当温度达到预定值时，该热限制晶体管吸收一个迅速增加的电流。，下面是一种断点补偿和热限制电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种断点补偿和热限制电路，其特征是：在一个具有用来在操作温度范围内的工作温度下提供输出电压的输出端的基准电压电路中，第一和第二两电源正极和一个带隙电压基准根据不同的温度系数在第一个节点提供基准电压，在第二节点提供一个与两晶体管的基极-发射极电压之间的差异成正比且具有正温度系数的电压，一个断点补偿电路包括：
连接在输出端和第一节点之间的第一电阻装置；连接到输出端子和第一供应终端的装置用来提供一个电流至输出端；还有连接到第一节点、第二节点和第二电源正极，且响应第二节点电压的补偿装置，当操作温度到达一个断点补偿阈值时，用来产生一个补偿电压通过所述第一电阻装置，即输出电压是基准电压和补偿电压之和，且超过操作温度下等于或高于断点温度阈值的基准电压。所述第一电阻装置包括一个电阻。第二节点电压的正极温度系数等于或大于2mV/℃。
2.根据权利要求1所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：所述补偿装置包括一个第一晶体管和一个第二电阻装置，其中所述第一晶体管的基极连接到第二节点，所述第一晶体管的集电极连接到所述第一电阻装置，所述第二电阻装置连接在所述第一晶体管的发射极和第二电源正极之间；所述第一和第二电阻装置包括好多电阻。
3.根据权利要求1所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：所述补偿装置在第三节点产生一个具有高于第二节点的正极温度系数的电压，该电路还包括：连接到第三极节点且响应第三极节点电压的热关断装置，当工作电压超过热关机温度阈值时，它用来提供一个热关机信号。
4.根据权利要求3所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：所述热关机装置包括一个第二晶体管，它具有一个电压偏置在第三节点的基极-发射极结，且热关机信号出现在所述第二晶体管的集电极。
5.根据权利要求4所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：偏置在所述第二晶体管基极-发射极结的电压有一个有效的等于或大于6mV/℃的正温度系数。
6.根据权利要求1所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：在一个具有输出端的基准电压电路中，该输出端用来提供一个在操作温度范围内的工作温度下的输出电压，第一和第二电源正极和一个带隙电压基准在第一节点提供一个根据温度系数而不同的基准电压，而在第二节点提供一个与两个晶体管基极-发射极电压之间的差异成正比且有一个具有正温度系数的基准电压，一个断点补偿电路包括：一个连接在输出端和第一节点之间的第一晶体管。
7.根据权利要求1所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：连接到第一电源正极的装置和用来提供一个电流至输出端的输出端；一个晶体管；还有一个连接到第二电源正极一端的第二电阻；其中：所述晶体管的基极连接到第二节点，集电极连接到第一节点和发射极连接到所述第二晶体管的另一端来定义一个第三节点，当运行温度到达一个断点温度阈值时，所述晶体管的运作通过产生补偿电压降通过所述第一电阻来提供断点温度补偿，这样，输出电压为参考电压和补偿电压之和，且超过操作温度下等于或高于断点温度阈值的基准电压。
8.根据权利要求6所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：一个用来提供热关断信号的第二晶体管，所述第二晶体管有一个基极-发射极电路，它由一个第三节点电压偏置，该电压具有一个有效正温度系数，等于或大于6mV/℃。
9.根据权利要求1所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：在一个电路中，具有用来提供一个在工作温度范围内的输出电压温度的输出端，一个带隙电压基准在第一节点提供一个具有温度系数的第一电压，而在第二节点提供一个与两晶体管的基极-发射极电压之间差异成正比且有一个正温度系数的第二电压，一个断点补偿电路包括：用来提供一个电流至输出端的装置；还有连接输出端和第一节点，且在第二节点响应第二电压的装置，当操作电压达到一个断点补偿阈值时，它用来产生一个补偿电压，即输出电压由至少第一和补偿电压之和，超过在操作温度(超过断点阈值温度)下的第一电压组成。补偿电压随工作电压上升而上升。
10.根据权利要求8所述的断点补偿和热限制电路，其特征是：所述补偿电压产生装置包括：一个连接在输出端和第一节点之间的电阻装置；和一个连接第一节点且连接第二节点的晶体管，即当工作电压超过断点阈值电压时，所述晶体管导致那个产生的补偿电压通过所述晶体装置。

说明书全文

一种断点补偿和热限制电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用来减少带隙电压基准电路的输出电压随温度变化而变化的的幅度的电路。

背景技术

[0002] 单片集成电路的操作参数通常表现出温度依赖性。在这样的温度依赖性的来源中的有一个晶体管的基极-发射极电压降(VBE)，具有通常为-2mV/℃的负温度系数，且通过热电压(VT)的两个不匹配的晶体管的基极-发射极电压下降(ΔVBE)的不同展现出一个与温度成正比的正温度系数。

发明内容

[0003] 所以本发明的目的是提供一个电压基准电路，它包括一个带隙基准电路和调整由作为温度函数的带隙基准电路提供的基准电压的温度系数。

[0004] 本发明进一步目的是提供一个基准电压电路，它包括一个也能够提供偏置为一个热关断电路的带隙基准电路。

[0005] 本发明的这些和其他部件由一个电压基准电路完成，在电路中，一个断点补偿电压在温度超过预定温度的情况下产生，由一个偏置为由带隙电压基准产生的正温度系数的断点补偿晶体管提供该预定温度。

[0006] 本发明的技术解决方案

[0007] 在一个模拟集成电路电压调节器等的设计中，有必要在电路内部建立一个电压或电流基准，它实质上是不随温度变化的。带隙电压基准电路往往是用来提供一基准电压或电流。这样一个电路产生一个相对稳定的输出电压通过补偿一个具有正温度系数(电压差为ΔVBE)的基极-发射极电压降VBE的负温度系数的设备。尤其是，双温度系数在电路中产生，且电压差ΔVBE的正温度系数由于热电压缩放比例因子与温度(K)无关，与基极-发射极电压降VBE的负温度系数相结合来获得一个名义上的温度依赖性为零的输出电压。

[0008] 然而，在实践中，带隙电压基准电路的输出电压保留了一定程度的温度依赖性，因为相反极性的温度系数都是非线性的，这样，各自的漂移率随温度而变化。因此，随着温度的变化，这两个系数对不保持在一个固定的比例关系，产生一个非线性网络温度系数。此外，组成该电路的装置通常表现出其他不单独补偿的非线性温度系数。非补偿温度系数的总和产生一个随温度变化而非线性变化的输出电压网络。

[0009] 例如，在带隙电压基准电路的一种称为Brokaw Cell的带隙基准电路的类型中，输出电压表现出温度依赖性使输出电压在较低和较高的温度下逐渐降低，当到了绘制温度时，使输出电压曲线形状近似倒抛物线。这一在较低和较高的温度下输出电压的退化限制了最低温度系数，随着温度范围增加它可以被获得。

[0010] 许多利用带隙基准的电路也需要超温保护。这种保护是必要的，以防止由于高功耗造成过度温度上升而导致高功率电路例如电压调节器等维持永久性损坏。当温度超过预定阈值水平时，热关断电路通过检测电路的温度和自动关机电路提供必要的保护。因为一个调节器可在温度接近所需关机温度时工作，所以热过载保护不得影响电路在温度接近关机温度时正常工作。简单的热关断电路通常具有较低的热增益。因此，调节器使用这些简单的关机电路必须设置关机温度高于可取温度。

[0011] 鉴于上述情况，希望能提供一个基准电压电路包括一个带隙基准电路，产生具有比带隙参考电路小的温度依赖性的输出电压。

[0012] 它还需要能够提供一个基准电压电路，包括一个带隙基准电路，当操作温度超过预定阈值时，它也能够迅速关闭周围的电路。

[0013] 此外，能够提高由一个带隙基准电路提供的基准电压的温度独立性，并在没有大大增加电路复杂度的情况下提供热关断能力，这将是可取的。

[0014] 对比文献，发明专利：电压发生电路，申请号：200520009466.9.附图说明

[0015] 图1是一个常规Brokaw cell带隙基准电路的示意图；

[0016] 图2是一个图形，显示了图1的Brokaw cell能隙基准电路在工作温度范围内的输出电压；

[0017] 图3是一个图形，显示了基准电压电路包括Brokaw cell电路和断点补偿装置的输出电压；

[0018] 图4是体现本发明包括断点温度补偿的电压基准电路的一个原理图；

[0019] 图5是一个图形，显示了断点补偿和图4的热关断装置的操作。

具体实施方式

[0020] 参考图1，它显示了传统的Brokaw cell带隙基准电路100。电路100包括品体管102，它的集电极连接一个负载104，且它的基极连接到晶体管106的基极。晶体管102有多个发射器绑在一起，用来提供一个发射极面积，是晶体管106基极的n倍，使得晶体管102和106工作在不同的电流密度。虽然其他n值也可以使用，但是n的值通常是10。晶体管102的发射极连接电阻110的一端，且电阻110的另一端连接晶体管106的发射极和电阻112的一端。电阻112的另一端接地。晶体管106的集电极连接到负载108。放大器
114连接到一个输出端子Vo，一个非反相输入端连接到晶体管106的集电极，且一个反相输入端连接晶体管102的集电极。

[0021] 负载104和108可以作为一个镜像电流源，分别在晶体管102和106的集电极提供基本相等的电流I1’和I2’。它们也可能是简单的电阻负载。在任何情况下，集电极电流不需要相等。(集电极电流)可以调整比例，以达到发射极面积成某种比例的等同效果。假设提供基极电流I3被提供给晶体管104和106来正向偏置它们各自的基极-发射结，的发射器晶体管102和106的发射极之间的发射极面积的不同导致电阻110上电压ΔVBE的不同。忽视，基极电流的影响，电流I1等于电流I1’，且电流I2等于电流I2’。电流值等于流经电阻112的电流I1和I2总和。

[0022] 晶体管102和106的基极电压Vo等于晶体管106的基极-发射极电压VBE和电阻112两端电压之和。晶体管106的基极-发射极电压VBE具有一个约为-2mV/℃的负温度系数。电压差ΔVBE具有一个正温度系数，因为它是一个热电压VT的功能，依次与绝对温度成正比，根据公式VT＝KT/q，这里的k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷，且T是绝对温度。该电路运行以至于晶体管106的基极-发射极结的负温度系数与电压差ΔVBE的正温度系数相反。到第一个近似，当晶体管102和106的基极电压Vo约为1.2(带隙电压硅)时，该系数相互抵消，这样随着温度变化，电压Vo在那个电压水平上的变化名义上是零。当发射率n和电阻R1还有112的值被选择来提供一个约等于1.2V的电压Vo时，从而该电路产生一个温度稳定电压Vo。

[0023] 这一原则强调了电路100的基本理论运作，它将晶体管106的基极-发射极电压VBE的温度依赖性和电压差ΔVBE作为线性项。然而，每一个项实际上随着温度变化而非线性变化。结果，电路100展示了在只有一度的温度下的一个值为零的净温度系数和随温度变化而变化的电压Vo。

[0024] 从图2可以看出，输出电压Vo的曲线200达到在一个温度VP下的峰值电压VP，且随着温度从值VP的增加或减少降低而降低，曲线200斜率为零，表明该电路在那个点上是温度稳定的，但稳定性以一个增长速度随着温度从温度TP升高或降低而丧失。

[0025] 一个Brokaw Cell电路输出电压的平均气温稳定性的测量，通过绘制一个矩形202围绕曲线200在特定温度T1_T2范围内建立，矩形202足够大用来包括曲线200的整体。
矩形202的面积越小，电路的超过给定温度范围的输出电压越稳定。

[0026] 一个减少电压基准电路不稳定的途径是为了提供断点补偿。断点补偿通过在某一特定温度(断点温度)下引入一个对电路运作的校正影响来实现，用来改变电路的净温度系数，并从而改变曲线200的形状以减少矩形202的面积。

[0027] 图3显示了断点补偿如何影响一个典型Brokaw Cell电路的输出电压。曲线300代表了一种在温度T1_T2范围内的理论Brokaw Cell电路的输出电压。该温度范围是这样的输出曲线300有一个温度TP下的顶点VP在温度范围的中间。矩型302的面积代表在温度范围T1_T2内不稳定性的程度。假设曲线300是刚性的，并且可以“截断”而不是“弯曲”，且那个曲线300是可旋转大约点T1，如图箭头304所示，矩形302的面积理论上是可以减少的，在于四个因素：旋转曲线300向下至所示曲线306的位置；曲线306在点TP处截断；且曲线306在TP和T2之间的旋转部分向上至所示曲线308的位置。矩形310的面积代表曲线308的平均温度不稳定性。

[0028] 这种操纵的影响是为了给Brokaw Cell电路一个在温度范围T1_TP内的更负温度系数，并使该温度系数在温度范围TP_T2内更正。因此断点补偿是将电路温度系数转变为温度的函数是一种手段。

[0029] 本发明提供了一种简单新颖的电路，通过断点补偿来提高一个带隙电压基准电路的温度稳定性，如Brokaw Cell电路。虽然本发明是在Brokaw Cell电路的背景下讨论，但我们将领会到其他带隙基准电路可被利用且本发明并不限制只使用Brokaw Cell电路。例如，本发明可以使用一个带隙基准在两晶体管的基极而不是Brokaw Cell电路中两晶体管的发射极之间所产生的具有正温度系数的电压差。这样，其他带隙基准电路是众所周知的，并没有除外进一步说明。

[0030] 现参照图4，本发明中参考电压电路的具体化显示用于一个集成电路电压调节器。Brokaw Cell电路100包括晶体管102和106、电阻110和112，它们以与图1所示相同的方式连接。发射率n所选值为10，所以，晶体管102的总体发射极面积比晶体管106的发射极面积大10倍，虽然n也可以取其他值。这是可取的，n应尽可能地大，给定大小限制由使用本发明的集成电路决定，以减少噪声对电路操作的影响。

[0031] 电阻110和112的阻值决定Brokaw Cell电路100在温度低于断点温度下的温度系数，并且最好是选择在晶体管102和106的基极产生一个基准电压Vo，它具有温度特性曲线如图3中温度T1与TP之间的306部分。当该条件满足时，基准电压Vo最好有一个约1.2V的值。为此，电阻110的阻值被选定，这样电流I1产生一个约60mV的电压降通过电阻110，且电阻112的阻值被选定，这样在室温(25℃)下电流I1和I2的总和产生一个600mV的电压降通过电阻112。在图4中，给定的一个值为10的发射率，电阻110和112分别有1.0千欧和5.0千欧的阻值。

[0032] 断点补偿电路400包括电阻402，晶体管404和电阻406。晶体管102和106的基极连接到电阻402的一端和晶体管404的集电极。电阻402的另一端连接到晶体管408的发射极，408的集电极连接到电源电压且基极连接到晶体管106和412的集电极。晶体管404的基极连接在电阻R1和R2之间，且晶体管404的发射极连接到电阻406的一端。电阻
406的另一端接地。

[0033] 在操作过程中，电流比例由Brokaw Cell电路100中的晶体管410和412决定，作为一个常规的镜像电流源连接在的电压源Vs与晶体管102和106的集电极之间。在电流I1’和I2’下工作的晶体管410和412具有基本相等值。忽略基极电流的影响，电流I1’和I2’实质上等于电流I1和I2。晶体管106的基极-发射极电压约为600mV，这样，晶体管102和106的基极电压约为1.2V。由于晶体管102和106之间的电压差ΔVBE的正温度系数，电阻110和112交界处的电压以约1.2mV/℃的速率升高。同时，晶体管106的基极-发射极电压VBE具有约为-1.2mV/℃的负温度系数；然而，这个两个系数随温度的变化而变化，这在样晶体管102和106的基极上的基准电压Vo随温度的变化而变化。例如，在温度范围为-55℃到+150℃的情况下，电压将随温度图3所示曲线306上温度的变化而变化。如图
3所示可以看出，基准电压Vo具有一个温度系数(由曲线306的斜率显示)随温度升高而降低且这是温度范围大部分是负的。

[0034] 为了补偿曲线306的负温度系数，当晶体管404的基极电压随着温度升高而增加时，其中电阻402和406用来增加温度系数，达到一个水平来响应预定断点温度TP，最好为25℃。因为温度低于断点温度，通过电阻402的电流I3接近于零，且输出电压VOUT基本上等于晶体管102和106基极的基准电压Vo。当温度上升到断点温度时，晶体管404的基极电压足够高来打开晶体管，且有一个电压降出现通过电阻402，这样输出电压VOUT变得大于晶体管102和106基极的基准电压Vo。电流I3随温度的变化在图5中显示。输出电压VOUT相比于晶体管102和106的基极电压随温度增加而增加的速率由晶体管404的发射极电压的温度系数和电阻402与406的比值决定。

[0035] 由于温度低于断点温度，晶体管404的基极电压不足以打开晶体管，这样没有电流流过电阻406且晶体管404的发射极电压为零。因为温度达到或超过断点温度，晶体管404的发射极电压的温度系数约4mV/℃。这个系数由作用于晶体管404的基极值为2mV/℃的电压温度系数和晶体管404的基极-发射极电压值为-2mV/℃的温度系数导致。电阻的一个可取值约为0.025。举个例子，要建立一个25℃的断点，且要提供具有约为0.1mV/℃的正温度系数的断点补偿，电阻402值约为200欧姆且电阻406值约为7.9千欧，这是可取的。

[0036] 我们可以理解为所选阻值是具有代表性的，且可以设置处25℃以外不同的断点和除0.1/℃以外的补偿系数。断点温度值和补偿系数已被选择用来产生电压/温度曲线在温度范围-55℃到+150℃内有优化的温度稳定性。本发明还包括，几乎没有增加复杂性，一个采用断点补偿电路的温度系数的热关断电路用来提供一个准确热负荷响应。参考图4，热关断电路450包括晶体管452，它的基极连接到晶体管404的发射极，它的发射极接地且它的集电极连接到驱动电路454的电压调节器。如上所述，晶体管404的发射极电压在温度低于断点温度时约为零，且在断点温度时有一个约为4mV/℃的正温度系数。晶体管404的发射极电压使晶体管452的基极-发射极结偏置。因此，作用于晶体管452基极的电压在25℃的温度下从零开始以4mV/℃的速率增加。晶体管452的基极-发射极电压有一个值为-2mV/℃的温度系数，这样该基极-发射极电压需要使晶体管452以-2mV/℃的速率降低。由于这些系数，一个6mV/℃的有效热驱动信号作用于晶体管452的基极。热驱动信号导致晶体管452在一个温度下打开，它最好被选作略微超过电压调节器的最高温度值。在图4的电路中，晶体管452最好在一个约为150℃的温度下打开，将电流I4从驱动电路454中拉出。对此，驱动电路454中的常规电流检测电路作为电流I4大小的一个功能限制电压调节器的功率输出。从图5可以看出，曲线504代表的电流I4，当温度上升至150℃以上时迅速增加。这快速的增加允许热关断电路用来响应仅略高于预期的最大工作温度的温度条件，从而迅速关闭驱动电路454，以防止在温度超过调节器的额定值时持续操作导致的任何可能损害。当温度升高至150℃以上时晶体管452的快速打开，是由作用于晶体管452基极的电压的值为4mV/℃的温度系数和晶体管452的基极-发射极电压的值为-2mV/℃的温度系数导致的，它们一起产生一个6mV/℃的有效热驱动信号至晶体管452。

[0037] 因此一个新的基准电压电路包括一个带隙电压基准电路，一个断点补偿电路和一个提供的热关断电路。一个在艺术方面熟练的人将领会到本发明除了所描述的具体体现也可实行，该具体体现是为了说明起见而不是限制，且本发明仅受以上的权利要求限制参考图1，它显示了传统的Brokaw cell带隙基准电路100。电路100包括晶体管102，它的集电极连接一个负载104，且它的基极连接到晶体管106的基极。晶体管102有多个发射器绑在一起，用来提供一个发射极面积，是晶体管106基极的n倍，使得晶体管102和106工作在不同的电流密度。虽然其他n值也可以使用，但是n的值通常是10。晶体管102的发射极连接电阻110的一端，且电阻110的另一端连接晶体管106的发射极和电阻112的一端。电阻112的另一端接地。晶体管106的集电极连接到负载108。放大器114连接到一个输出端子Vo，一个非反相输入端连接到晶体管106的集电极，且一个反相输入端连接晶体管102的集电极。

[0038] 负载104和108可以作为一个镜像电流源，分别在晶体管102和106的集电极提供基本相等的电流I1’和I2’。它们也可能是简单的电阻负载。在任何情况下，集电极电流不需要相等。(集电极电流)可以调整比例，以达到发射极面积成某种比例的等同效果。假设提供基极电流I3被提供给晶体管104和106来正向偏置它们各自的基极-发射结，的发射器晶体管102和106的发射极之间的发射极面积的不同导致电阻110上电压ΔVBE的不同。忽视，基极电流的影响，电流I1等于电流I1’，且电流I2等于电流I2’。电流值等于流经电阻112的电流I1和I2总和。

[0039] 晶体管102和106的基极电压Vo等于晶体管106的基极-发射极电压VBE和电阻112两端电压之和。晶体管106的基极-发射极电压VBE具有一个约为-2mV/℃的负温度系数。电压差ΔVBE具有一个正温度系数，因为它是一个热电压VT的功能，依次与绝对温度成正比，根据公式VT＝KT/q，这里的k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷，且T是绝对温度。该电路运行以至于晶体管106的基极-发射极结的负温度系数与电压差ΔVBE的正温度系数相反。到第一个近似，当晶体管102和106的基极电压Vo约为1.2(带隙电压硅)时，该系数相互抵消，这样随着温度变化，电压Vo在那个电压水平上的变化名义上是零。当发射率n和电阻R1还有112的值被选择来提供一个约等于1.2V的电压Vo时，从而该电路产生一个温度稳定电压Vo。

[0040] 这一原则强调了电路100的基本理论运作，它将晶体管106的基极-发射极电压VBE的温度依赖性和电压差ΔVBE作为线性项。然而，每一个项实际上随着温度变化而非线性变化。结果，电路100展示了在只有一度的温度下的一个值为零的净温度系数和随温度变化而变化的电压Vo。

[0041] 从图2可以看出，输出电压Vo的曲线200达到在一个温度VP下的峰值电压VP，且随着温度从值VP的增加或减少降低而降低，曲线200斜率为零，表明该电路在那个点上是温度稳定的，但稳定性以一个增长速度随着温度从温度TP升高或降低而丧失。

[0042] 一个Brokaw Cell电路输出电压的平均气温稳定性的测量，通过绘制一个矩形202围绕曲线200在特定温度T1-T2范围内建立，矩形202足够大用来包括曲线200的整体。
矩形202的面积越小，电路的超过给定温度范围的输出电压越稳定。

[0043] 一个减少电压基准电路不稳定的途径是为了提供断点补偿。断点补偿通过在某一特定温度(断点温度)下引入一个对电路运作的校正影响来实现，用来改变电路的净温度系数，并从而改变曲线200的形状以减少矩形202的面积。

[0044] 图3显示了断点补偿如何影响一个典型Brokaw Cell电路的输出电压。曲线300代表了一种在温度T1-T2范围内的理论Brokaw Cell电路的输出电压。该温度范围是这样的输出曲线300有一个温度TP下的顶点VP在温度范围的中间。矩型302的面积代表在温度范围T1-T2内不稳定性的程度。假设曲线300是刚性的，并且可以“截断”而不是“弯曲”，且那个曲线300是可旋转大约点T1，如图箭头304所示，矩形302的面积理论上是可以减少的，在于四个因素：旋转曲线300向下至所示曲线306的位置；曲线306在点TP处截断；且曲线306在TP和T2之间的旋转部分向上至所示曲线308的位置。矩形310的面积代表曲线308的平均温度不稳定性。

[0045] 这种操纵的影响是为了给Brokaw Cell电路一个在温度范围T1-TP内的更负温度系数，并使该温度系数在温度范围TP-T2内更正。因此断点补偿是将电路温度系数转变为温度的函数是一种手段。

[0046] 本发明提供了一种简单新颖的电路，通过断点补偿来提高一个带隙电压基准电路的温度稳定性，如Brokaw Cell电路。虽然本发明是在Brokaw Cell电路的背景下讨论，但我们将领会到其他带隙基准电路可被利用且本发明并不限制只使用Brokaw Cell电路。例如，本发明可以使用一个带隙基准在两晶体管的基极而不是Brokaw Cell电路中两晶体管的发射极之间所产生的具有正温度系数的电压差。这样，其他带隙基准电路是众所周知的，并没有除外进一步说明。

[0047] 现参照图4，本发明中参考电压电路的具体化显示用于一个集成电路电压调节器。Brokaw Cell电路100包括晶体管102和106、电阻110和112，它们以与图1所示相同的方式连接。发射率n所选值为10，所以，晶体管102的总体发射极面积比晶体管106的发射极面积大10倍，虽然n也可以取其他值。这是可取的，n应尽可能地大，给定大小限制由使用本发明的集成电路决定，以减少噪声对电路操作的影响。

[0048] 电阻110和112的阻值决定Brokaw Cell电路100在温度低于断点温度下的温度系数，并且最好是选择在晶体管102和106的基极产生一个基准电压Vo，它具有温度特性曲线如图3中温度T1与TP之间的306部分。当该条件满足时，基准电压Vo最好有一个约1.2V的值。为此，电阻110的阻值被选定，这样电流I1产生一个约60mV的电压降通过电阻110，且电阻112的阻值被选定，这样在室温(25℃)下电流I1和I2的总和产生一个600mV的电压降通过电阻112。在图4中，给定的一个值为10的发射率，电阻110和112分别有1.0千欧和5.0千欧的阻值。

[0049] 断点补偿电路400包括电阻402，晶体管404和电阻406。晶体管102和106的基极连接到电阻402的一端和晶体管404的集电极。电阻402的另一端连接到晶体管408的发射极，408的集电极连接到电源电压且基极连接到晶体管106和412的集电极。晶体管404的基极连接在电阻R1和R2之间，且晶体管404的发射极连接到电阻406的一端。电阻
406的另一端接地。

[0050] 在操作过程中，电流比例由Brokaw Cell电路100中的晶体管410和412决定，作为一个常规的镜像电流源连接在的电压源Vs与晶体管102和106的集电极之间。在电流I1’和I2’下工作的晶体管410和412具有基本相等值。忽略基极电流的影响，电流I1’和I2’实质上等于电流I1和I2。晶体管106的基极-发射极电压约为600mV，这样，晶体管102和106的基极电压约为1.2V。由于晶体管102和106之间的电压差ΔVBE的正温度系数，电阻110和112交界处的电压以约1.2mV/℃的速率升高。同时，晶体管106的基极-发射极电压VBE具有约为-1.2mV/℃的负温度系数；然而，这个两个系数随温度的变化而变化，这在样晶体管102和106的基极上的基准电压Vo随温度的变化而变化。例如，在温度范围为-55℃到+150℃的情况下，电压将随温度图3所示曲线306上温度的变化而变化。如图
3所示可以看出，基准电压Vo具有一个温度系数(由曲线306的斜率显示)随温度升高而降低且这是温度范围大部分是负的。

[0051] 为了补偿曲线306的负温度系数，当晶体管404的基极电压随着温度升高而增加时，其中电阻402和406用来增加温度系数，达到一个水平来响应预定断点温度TP，最好为25℃。因为温度低于断点温度，通过电阻402的电流I3接近于零，且输出电压VOUT基本上等于晶体管102和106基极的基准电压Vo。当温度上升到断点温度时，晶体管404的基极电压足够高来打开晶体管，且有一个电压降出现通过电阻402，这样输出电压VOUT变得大于晶体管102和106基极的基准电压Vo。电流I3随温度的变化在图5中显示。输出电压VOUT相比于晶体管102和106的基极电压随温度增加而增加的速率由晶体管404的发射极电压的温度系数和电阻402与406的比值决定。

[0052] 由于温度低于断点温度，晶体管404的基极电压不足以打开晶体管，这样没有电流流过电阻406且晶体管404的发射极电压为零。因为温度达到或超过断点温度，晶体管404的发射极电压的温度系数约4mV/℃。这个系数由作用于晶体管404的基极值为2mV/℃的电压温度系数和晶体管404的基极-发射极电压值为-2mV/℃的温度系数导致。电阻的一个可取值约为0.025。举个例子，要建立一个25℃的断点，且要提供具有约为0.1mV/℃的正温度系数的断点补偿，电阻402值约为200欧姆且电阻406值约为7.9千欧，这是可取的。

[0053] 我们可以理解为所选阻值是具有代表性的，且可以设置处25℃以外不同的断点和除0.1/℃以外的补偿系数。断点温度值和补偿系数已被选择用来产生电压/温度曲线在温度范围-55℃到+150℃内有优化的温度稳定性。本发明还包括，几乎没有增加复杂性，一个采用断点补偿电路的温度系数的热关断电路用来提供一个准确热负荷响应。参考图4，热关断电路450包括晶体管452，它的基极连接到晶体管404的发射极，它的发射极接地且它的集电极连接到驱动电路454的电压调节器。如上所述，晶体管404的发射极电压在温度低于断点温度时约为零，且在断点温度时有一个约为4mV/℃的正温度系数。晶体管404的发射极电压使晶体管452的基极-发射极结偏置。因此，作用于晶体管452基极的电压在25℃的温度下从零开始以4mV/℃的速率增加。晶体管452的基极-发射极电压有一个值为-2mV/℃的温度系数，这样该基极-发射极电压需要使晶体管452以-2mV/℃的速率降低。由于这些系数，一个6mV/℃的有效热驱动信号作用于晶体管452的基极。热驱动信号导致晶体管452在一个温度下打开，它最好被选作略微超过电压调节器的最高温度值。在图4的电路中，晶体管452最好在一个约为150℃的温度下打开，将电流I4从驱动电路454中拉出。对此，驱动电路454中的常规电流检测电路作为电流I4大小的一个功能限制电压调节器的功率输出。从图5可以看出，曲线504代表的电流I4，当温度上升至150℃以上时迅速增加。这快速的增加允许热关断电路用来响应仅略高于预期的最大工作温度的温度条件，从而迅速关闭驱动电路454，以防止在温度超过调节器的额定值时持续操作导致的任何可能损害。当温度升高至150℃以上时晶体管452的快速打开，是由作用于晶体管452基极的电压的值为4mV/℃的温度系数和晶体管452的基极-发射极电压的值为-2mV/℃的温度系数导致的，它们一起产生一个6mV/℃的有效热驱动信号至晶体管452。

[0054] 因此，一个新的基准电压电路包括一个带隙电压基准电路，一个断点补偿电路和一个提供的热关断电路。

[0055] 尽管本发明通过一个具体的例子被描述，但这个例子只是为了说明本发明，而不应限制本发明。只要没有脱离本发明的本质并且符合权利要求中的定义，在上述例子上做适当修改仍属本发明范畴。

标题	发布/更新时间	阅读量
AMR磁开关电路的温度补偿电路及补偿方法	2020-05-13	92
AMR磁开关电路的温度补偿电路及补偿方法	2020-05-13	551
一种数字温度补偿电路及其补偿方法	2020-05-12	89
分段线性温度补偿电路及温度补偿电压基准源	2020-05-13	117
温度补偿电路和方法	2020-05-11	807
温度补偿电路及通讯电路	2020-05-13	226
谐振电路温度补偿	2020-05-12	326
温度补偿电路、显示面板和温度补偿方法	2020-05-12	809
温度补偿带隙基准电路	2020-05-11	944
温度补偿电路	2020-05-12	813

一种断点补偿和热限制电路

一种断点补偿和热限制电路

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：