温度保护信号生成电路及温度保护点修调方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体地，涉及温度保护信号生成电路及温度保护点修调方法。

背景技术

在电子设备中，如果系统或芯片的温度过高或过低，会影响系统中的元器件或芯片的使用寿命和可靠性，通常需要设置一个温度保护点，当超过或低于这个温度时进行温度保护，实现过温保护(例如高温时断开电源)或欠温调节控制(例如低温时控制加热装置加热)。

在过温保护中，如图1所示，通过比较器U1比较检测信号V2和参考信号V1提供过温保护信号OTP，系统或芯片根据该过温保护信号OTP进行过温保护(例如断开电源等)，其中，检测信号V2和参考信号V1中的至少一个为温敏信号，使检测信号V2和参考信号V1的温度-电压特性曲线具有交叉，其交叉点的温度对应比较器U1的输出端提供的过温保护信号OTP的状态翻转点，对应温度保护点Totp。

在实际的应用中，比较器U1的状态、检测信号V2的状态和参考信号V1的状态往往与理想状态存在偏差，使得实际的温度保护点Totp偏离根据理想值设定的目标温度保护点，降低温度保护的可靠性。

现有技术的温度保护点的测试的需求控制温度进行模拟，控温成本高，使得温度保护点的修调成本高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种温度保护信号生成电路及温度保护点修调方法，从而方便地实现对温度保护信号生成电路实际的温度保护点的修调，降低对温度保护点的修调成本。

根据本发明的一方面，提供了一种温度保护信号生成电路，温度保护信号生成电路包括：比较器、第一开关、第二开关和参考信号调节电路，其中，

所述参考信号调节电路接收基准电压，并输出参考信号，

所述比较器的同相输入端通过所述第一开关接收所述参考信号或检测信号，所述比较器的反相输入端通过所述第二开关接收所述参考信号或所述检测信号或连接至所述比较器的输出端，

所述检测信号和所述参考信号的至少一个为温敏电压信号，所述比较器根据所述检测信号和所述参考信号的比较输出温度保护信号。

可选地，在修调环境下，所述温度保护信号生成电路检测获得检测信号和参考信号，在所述比较器的反相输入端通过第二开关连接至比较器的输出端时，所述温度保护信号生成电路通过第一开关使比较器的同相输入端接收参考信号以在比较器的输出端检测获得第一参考信号；

基于所述检测信号和参考信号，通过计算处理获得所述温度保护信号生成电路在修调环境下的参考电压目标值，根据所述参考电压目标值以及第一参考信号调节参考信号，从而使所述参考信号对应于目标保护温度下的基准信号。

可选地，在修调环境下，所述温度保护信号生成电路检测获得检测信号和参考信号，在所述比较器的反相输入端通过第二开关连接至比较器的输出端时，所述温度保护信号生成电路通过所述第一开关使比较器的同相输入端接收检测信号以在比较器的输出端检测获得第二检测信号；

基于所述检测信号和参考信号，通过计算处理获得所述温度保护信号生成电路在修调环境下的参考电压目标值，根据所述参考电压目标值以及第二检测信号调节参考信号，从而使所述参考信号对应于目标保护温度下的基准信号。

可选地，所述参考信号调节电路包括接收所述基准电压的输入端和输出所述参考信号的输出端，所述参考信号调节电路包括：

依次串联在所述参考信号调节电路的输入端与地之间的第一电阻器和第二电阻器，第一电阻器和所述第二电阻器的中间节点为所述参考信号调节电路的输出端，其中，

所述第一电阻器和所述第二电阻器的至少一个为可变电阻器，通过调节所述可变电阻器调节所述参考信号的电平值。

可选地，温度保护信号生成电路还包括：

三极管，所述三极管的基极与集电极连接，所述三极管的集电极与电流源的输出端连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极提供所述检测信号。

可选地，所述三极管为多个，且依次串联在所述电流源的输出端与地之间，多个所述三极管的至少一个的集电极提供所述检测信号。

可选地，所述参考信号调节电路包括接收所述基准电压的输入端和输出所述参考信号的输出端，所述参考信号调节电路包括：

串联在所述参考信号调节电路的输入端与地之间的多个电阻器；以及

第三开关，包括与所述参考信号调节电路的输出端连接的公共端和与所述多个电阻器中的每个相邻节点连接的多个不动触点端。

根据本发明的另一方面，提供了一种温度保护点修调方法，其包括：

在修调环境下，分别检测检测信号和参考信号，在比较器的反相输入端连接至比较器的输出端时，使比较器的同相输入端接收所述参考信号以在比较器的输出端检测获得第一参考信号，或使比较器的同相输入端接收所述检测信号以在比较器的输出端检测获得第二检测信号；温度保护根据所述检测信号和所述参考信号的比较获得的温度保护信号进行温度保护；

基于所述参考信号、检测信号及其温度特性以及目标保护温度计算获得参考电压目标值；

根据所述参考电压目标值以及第一参考信号调节参考信号，或根据所述参考电压目标值以及第二检测信号调节参考信号，从而使所述参考信号对应于目标保护温度下的基准信号。

可选地，所述参考信号为零温度系数或正温度系数的电压信号，所述检测信号为负温度系数、零温度系数或正温度系数的电压信号。

可选地，所述参考信号为串联在基准电压输出路径与地之间的第一电阻器和第二电阻器的中间节点提供，所述第一电阻器和所述第二电阻器中至少一个为可变电阻器，通过调节所述可变电阻器的阻值调节所述参考信号。

可选地，所述检测信号为三极管的基极与发射极之间的电压信号，所述三极管连接在电流源的输出端与地之间，所述三极管的基极与集电极连接。

可选地，所述温度保护信号通过比较器获得，

所述比较器的同相输入端通过第一开关接收所述参考信号或所述检测信号，

所述比较器的反相输入端通过第二开关接收所述参考信号或所述检测信号，或连接至所述比较器的输出端，

通过选择所述第一开关和所述第二开关的导通路径，在所述比较器的输出端选择性地获得所述第二检测信号、第一参考信号和温度保护信号中的至少之一。

可选地，根据所述参考电压目标值以及第一参考信号调节参考信号的步骤具体包括：

在比较器的反相输入端连接至比较器的输出端，以及比较器的同相输入端接收所述参考信号，以在比较器的输出端检测获得第一参考信号，通过调节参考信号使调节参考信号后所检测获得的第一参考信号与参考电压目标值相匹配。

可选地，根据所述参考电压目标值以及第二检测信号调节参考信号的步骤具体包括：

调节所述参考信号使参考信号与Vref-(V2’-V2)相匹配，其中，Vref为所述参考电压目标值，V2’为第二检测信号，V2为检测信号，第二检测信号为检测信号通过比较器处理所获得的信号。

本发明提供的温度保护信号生成电路中的比较器的同相输入端通过第一开关选择接入检测信号或参考信号，反相输入端通过第二开关接入检测信号或参考信号或连接比较器的输出端，以通过该比较器比较检测信号和参考信号获得温度保护信号。通过检测获得检测信号和参考信号，并基于参考信号和检测信号计算获得参考电压目标值。根据参考电压目标值以及第一参考信号调节参考信号，或根据参考电压目标值以及第二检测信号调节参考信号，从而使参考信号对应于目标保护温度下的基准信号。本发明提出的温度保护信号生成电路及温度保护点修调方法，电路结构简单，修调过程简便易行，并且修调精度较高。本发明便于在常温下进行温度保护点的检测和修调，为温度保护的准确性提供了有力的保障，降低了温度保护点修调成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据现有技术的温度保护信号生成电路的原理图；

图2A、图2B和图2C示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的部分信号的温度-电压特性曲线；

图3示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的温度保护信号生成原理示意图；

图4示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的部分信号的检测原理示意图；

图5示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的参考信号调节原理示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图2A、图2B和图2C示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的部分信号的温度-电压特性曲线。

如图2A、图2B和图2C所示，图2A对应参考信号V1为零温度系数电压信号，检测信号V2为负温度系数电压信号；图2B对应参考信号V1为正温度系数电压信号，检测信号V2为零温度系数电压信号；图2C对应参考信号V1为正温度系数电压信号，检测信号V2为负温度系数电压信号；使参考信号V1和检测信号V2的温度-电压特性曲线相互交叉，交叉点对应温度保护点Totp。

本发明实施例的温度保护点修调方法在修调环境下检测参考信号V1和检测信号V2的电平值，分别获得第一参考信号和第二检测信号，并根据参考信号V1、检测信号V2及其温度特性和目标保护温度计算出温度保护电路修调环境下的参考电压目标值(参考电压目标值还未消除比较器的失调值的影响)，根据参考电压目标值以及第一参考信号调节参考信号，或根据参考电压目标值以及第二检测信号调节参考信号，从而使参考信号对应于目标保护温度下的基准信号，即可消除因修调环境温度与目标保护温度的差异而存在的检测信号变化所引起的修调误差，以及消除比较器的失调值的影响。参照图2A、图2B和图2C，即使参考信号V1的温度特性曲线上下平移，使参考信号V1和检测信号V2的温度-电压特性曲线的交叉偏移，以与目标温度保护信号相吻合。温度特性具体指温度系数，温度系数可以是正温度系数、负温度系数和零温度系数中的一种。

其中，修调环境为任意合适环境，一般可选择常温的25摄氏度，且本发明实施例的温度保护点修调方法利用温度-电压特性曲线进行修调，提供参考信号V1和检测信号V2的硬件的参数不易随温度变化，即参考信号V1和检测信号V2的温度-电压特性曲线的斜率不随温度变化，对检测获得第一参考信号和第二检测信号的检测环境的温度无特别要求，检测便利有效，相应的修调也简易有效。

图3示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的温度保护信号生成原理示意图。

如图3所示，在本发明实施例的温度保护信号生成电路中，带隙基准电压信号生成电路10的带隙基准电压信号输出端与地之间依次串联有第一电阻器R1和第二电阻器R2，在第一电阻器R1和第二电阻器R2的中间节点提供参考信号V1输出。

三极管Q1的基极与集电极连接，集电极与电流源A1的输出端连接，发射极接地，以在三极管Q1的集电极输出其基极与发射极之间的电压Vbe，提供检测信号V2。其中，在可选实施例中，三极管Q1为负温度系数的三极管，三极管Q1的基极与发射极之间的电压Vbe的温度特征一般为1.5至2mV/℃，即温度每升高一摄氏度，Vbe的下降幅度为1.5至2毫伏。在可选实施例中，检测信号V2由连接在电流源与地之间的器件提供，该器件的电压温度系数可以为正温度系数、负温度系数和零温度系数中的一种，即本发明对检测信号V2的提供不做特别限定。在本发明的一实施例中，检测信号V2由连接在电流源与地之间的热敏电阻提供。

比较器U1的同相输入端接收检测信号V2，反相输入端接收参考信号V1，比较器U1比较检测信号V2和参考信号V1并输出过温保护信号OTP。

其中，在本实施例中，第二电阻器R2为可变电阻器，以通过调节第二电阻器R2的阻值调节第一电阻器R1和第二电阻器R2的分压，调节参考信号V1的相对于带隙基准电压Vgb(在本实施例中为带隙基准电压，在可选实施例中还可以是其它基准电压)的电平值，以调节温度保护点。在可选实施例中，将第一电阻器R1设计为可变电阻器，或将第一电阻器R1和第二电阻器R2均选为可变电阻器，且预设多个调节节点，提供参考信号V1的更多的可选预设值，便于数字化调节，提高对温度保护点的修调速度。

图4示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的部分信号的检测原理示意图。

如图4所示，本发明实施例的温度保护信号生成电路通过将比较器U1的反相输入端与输出端连接，将比较器U1构造成电压跟随器，在比较器U1的同相输入端接入参考信号V1，通过该比较器U1直接检测参考信号V1，获得第一参考信号，无需设置其它检测单元，避免成本的增加，且通过比较器U1检测参考信号V1获得的第一参考信号包含了比较器U1的失调值，从而克服了比较器U1的失调值的影响。

同理，在另一实施例中，也可以通过该比较器U1的电压跟随器功能进行检测信号V2的检测获得第二检测信号，第二检测信号包含了比较器U1的失调值，从而克服了比较器U1的失调值的影响，根据包括比较器U1的失调值的第一参考信号或第二检测信号，并结合计算获得的参考电压目标值，可消除比较器U1的失调值的影响，无需对比较器U1的失调影响再进行修调，提高了温度保护点的修调效率，提高了该温度保护信号生成电路提供的过温保护信号的准确性，提高了过温保护的可靠性。

图5示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的结构示意图。

如图5所示，本发明实施例的温度保护信号生成电路包括比较器U1，第一开关S1、第二开关S2、第一电阻器R1、第二电阻器R2和三极管Q1。

第一电阻器R1和第二电阻器R2为基准电压调节电路，依次串联在带隙基准电压信号生成电路10的带隙基准电压信号输出端(带隙基准电压输出路径)与地之间，第一电阻器R1和第二电阻器R2的中间节点为参考信号输出端提供参考信号V1。在本实施例中，电阻器R2为可变电阻器，以便调节参考信号V1的电平值。

三极管Q1为温敏器件，基极与集电极连接，发射极接地，集电极与电流源A1的输出端连接，在电流源A1的驱动下在其集电极输出其PN结电压，即基极与发射极之间的电压Vbe，Vbe即检测信号V2，在本实施例中，三极管Q1为一个，在可选实施例中，该三极管Q1为多个，且依次串联在电流源A1的输出端与地之间，在多个三极管Q1的至少一个的集电极提供该检测信号V2。多个三极管Q1串联，不同的三极管Q1的集电极提供的电压值不同，还可以用于调节检测信号V2的电平值，也可实现对检测信号V2和参考信号V1的交叉点的调节，实现对温度保护点的修调。

第一开关S1的共用端与比较器U1的同相输入端连接，第一开关S1的不动触点S11接收检测信号V2，不动触点S12接收参考信号V1。第二开关S2的共用端与比较器U1的反相输入端连接，第二开关S2的不动触点S21连接至第一电阻器R1和第二电阻器R2的中间节点，不动触点S22连接比较器U1的输出端。结合图3至图5可知，通过选择第一开关S1的导通路径将比较器U1的同相输入端耦接检测信号端以接收检测信号V2，并选择第二开关S2的导通路径将比较器U1的反相输入端耦接参考信号端以接收参考信号V1。在此连接状态下，可检测获取检测信号V2和参考信号V1，也可不基于以上连接关系检测获得检测信号V2和参考信号V1。在修调时，通过选择第二开关S2的导通路径将比较器U1的反相输入端与输出端连接，将比较器U1构造成电压跟随器，通过选择开关S1的导通路径，在比较器U1的同相输入端接入参考信号V1，以在比较器U1的输出端检测获得第一参考信号V1’。根据检测信号V2和参考信号V1的温度特性计算获得参考电压目标值Vref，通过调节第二电阻器R2的阻值，从而调节第一参考信号V1’的值，将第一参考信号V1’修调至参考电压目标值Vref，从而使调节参考信号后所检测获得的第一参考信号与参考电压目标值相匹配，即消除了因修调环境温度与目标保护温度的差异而存在的检测信号变化所引起的修调误差，以及消除了比较器的失调值的影响，实现温度保护点的修调。使调节参考信号后所检测获得的第一参考信号与参考电压目标值相匹配指的是，调节后得到的第一参考信号等于参考电压目标值，或者调节后得到的第一参考信号与参考电压目标值之差在容许范围内。

在本实施例中，参考信号V1为带隙基准电压的分压，因此当调节第二电阻器R2的阻值时，该分压值不随温度变化。在另一实施例中，参考信号V1取自正温度系数或负温度系数的分压电阻组，分压电阻组可包括第一电阻器R1和第二电阻器R2，此时在进行修调时需要计入来自分压电阻组的失调值，从而实现精准修调。

其中，在本实施例中，检测信号V2为负温度系数的电压信号，温度保护比较时，检测信号V2接入比较器U1的同相输入端，参考信号V1(此时的参考信号V1值因第二电阻器R2的阻值变化而被修调)接入比较器U1的反相输入端，当温度超过温度保护点时，比较器U1输出的温度保护信号OTP由高电平翻转为低电平。在可选实施例中，检测信号V2接入比较器U1的反相输入端，参考信号V1接入比较器U1的同相输入端，在温度超过温度保护点时，比较器U1输出的温度保护信号OTP由低电平翻转为高电平。在另一实施例中，相应的开关S2还包括第三不动触点，以接收检测信号V2输入，提供不同的温度保护信号OTP的翻转方式，以便应用于不同的温度保护执行器件对温度保护信号的翻转方式要求，提高本发明的温度保护信号生成电路的适用性。

在可选实施例中，例如目标保护温度为135摄氏度，在常温为25摄氏度的修调环境下测得V2＝600mV，V1＝400mV，即检测信号为600毫伏，参考信号为400毫伏，同时，随温度每升高1摄氏度，三极管Q1的Vbe电压下降2毫伏，由此计算获得当前V1值所对应的温度保护点为(600mV-400mV)/2mV/℃+25℃＝125℃，与需求的目标温度保护点的135℃差了10℃，对应的参考信号和检测信号在25摄氏度下的电压差还相差了10℃*2mV/℃＝20mV，即需要将第一参考信号对应的参考信号V1修调至380mV，即基于检测信号V2和参考信号V1，计算处理获得温度保护信号生成电路在修调环境下的参考电压目标值为380mV。此外，还需要考虑比较器的失调值，通过调节第二电阻器R2的阻值，消除因修调环境温度与目标保护温度的差异而存在的检测信号变化所引起的修调误差，以及消除了比较器的失调值的影响。

在本发明的另一实施例中，结合图5，检测获取检测信号V2和参考信号V1。接着通过选择第一开关S1的导通路径将比较器U1的同相输入端耦接检测信号端以接收检测信号V2，并选择第二开关S2的导通路径将比较器U1的反相输入端耦接比较器U1的输出端，将比较器U1构造成电压跟随器，以在比较器U1的输出端检测获得第二检测信号V2’，第二检测信号V2’等于检测信号V2与比较器的失调值之和。在修调时，根据检测信号V2和参考信号V1的温度特性计算获得参考电压目标值Vref。根据参考电压目标值Vref、检测信号V2和第二检测信号V2’，调节第二电阻器R2的阻值，从而调节参考信号V1的值(即R2阻值调节后的第一电阻器R1和第二电阻器R2的分压值)，使调节后的参考信号V1与Vref-(V2’-V2)相匹配，从而实现温度保护点的修调。其中，Vref为参考电压目标值，V2’为第二检测信号，V2为检测信号。其中，调节后的参考信号V1与Vref-(V2’-V2)相匹配指的是，调节后的参考信号V1等于Vref-(V2’-V2)，或者调节后的参考信号V1与Vref-(V2’-V2)的差值在容许范围之内。在进行温度保护比较时，比较器的同相输入端可耦接检测信号V2，比较器的反相输入端可耦接调节后的参考信号V1。在本实施例中，参考信号V1和检测信号V2的温度特性也可通过比较器U1检测获得，可降低工艺偏差的影响，进一步提高温度保护信号生成电路提供的温度保护信号的准确性。

图6示出了根据本发明实施例的温度保护信号生成电路的参考信号调节原理示意图。

如图6所示，本发明实施例的温度保护信号生成电路的参考信号调节电路即第一电阻器R1和第二电阻器R2，在本实施例中，第二电阻器R2为可变电阻器，且包括3个预设调节节点，对应电阻器R21、R22和R23的远离地的一端，并引出至开关S3的三个不动触点端，开关S3的公共端连接参考信号调节电路的输出端，通过选择开关S3的导通路径选择实际输出参考信号V1的节点，以调节参考信号V1的电平，在本实施例中，以选择输出节点，而不改变第一电阻器R1和第二电阻器R2在基准电压Vgb的输出路径至地之间的总电阻，各预设调节节点对应的电平线性化好，便于对参考信号V1的线性化调节，实施便利。

在可选实施例中，第一电阻器R1和第二电阻器R2中的至少一个为可变电阻器。

本发明提供的温度保护信号生成电路通过比较器比较参考信号和检测信号，以提供温度保护信号，且通过第二开关控制比较器的反相输入端与比较器的输出端连接，将比较器构造成电压跟随器，通过第一开关选择比较器的同相输入端接入参考信号或检测信号，通过该比较器检测获得第一参考信号或第二检测信号，以根据该第一参考信号或第二检测信号以及参考信号和检测信号的温度特性和检测时的环境温度计算出该温度保护信号生成电路实际对应的参考电压目标值，通过调节参考信号，以使参考信号对应于目标保护温度下的基准信号，保障该温度保护信号生成电路提供的温度保护信号的翻转点与目标温度点相吻合，保障采用该温度保护信号进行温度保护的可靠性。

本发明提供的温度保护点修调方法根据检测信号和参考信号检测获得的第二检测信号或第一参考信号，根据第二检测信号或第一参考信号及检测信号和参考信号的温度特性计算出参考电压目标值，修调方便有效，提高了根据检测信号和参考信号比较获得的温度保护信号的准确性。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。