關於電路設計的畢業論文
摘要:傳統的過溫保護電路是透過調整電阻阻值來控制熱關斷閾值溫度的高低，其結構複雜、功耗大、受引數變化影響大。提出了一種新型的過溫保護電路，電路中不再使用電阻和遲滯比較器，主要採用電晶體、MOS管、電容和邏輯閘電路組成，並可以利用正反饋使電路具有遲滯特性，因而可避免振盪的發生和對晶片造成危害。最後，透過PSPICE模擬說明，當電源電壓和工藝引數發生變化時，該新型的過溫保護電路可以很好的抑制溫度升高引起的熱關斷閾值點漂移，所以廣泛的應用於各種各樣的電路晶片。
關鍵詞:電路設計畢業論文
像電源、驅動器等積體電路晶片的功耗一般情況下較大，一旦發生電源短接或電路內部短路等現象，其瞬時功耗會急劇增大，從而使晶片溫度不斷升高，晶片將不能正常工作，很可能會將晶片燒壞。所以為了安全起見，常常在積體電路內部裝有過溫保護電路，當溫度升高超過閾值，過溫保護電路立即使電路晶片停止工作，這樣並不產生功耗，溫度也會降低，積體電路也不會被燒壞。傳統的過溫保護電路主要利用溫度敏感元件來檢測電路晶片內部溫度的變化[1-13]，當溫度超限時，啟動過溫保護電路開始工作，控制系統關斷，所以不容易把電路損壞。本文設計了一種新型的過溫保護電路，由電晶體、MOS管、電容和邏輯閘電路等組成，結構簡單、功耗低、工作電壓低、抗干擾能力強，對溫度具有遲滯特性，可減小對晶片的危害。運用PSPICE模擬表明，該新型保護電路對因電源電壓或引數變化引起的溫度漂移具有很強的抑制作用。
1、傳統的過溫保護電路的工作原理
傳統的過溫保護電路的工作原理是將溫度訊號轉換為電壓訊號，並對電壓訊號做進一步處理。由於二極體的導通電壓隨溫度的升高而下降，所以可將4個二極體相串作為溫度感測器，如圖1所示。4個二極體的電流由M1、M2、M3構成的映象電流源組成的恆流源提供。電路工作時，A點電壓會隨溫度的升高而下降。可見，如果溫度發生變化A點的電壓就會發生變化，也就將溫度訊號轉換為電壓訊號了，再運用遲滯比較器對A點電壓做進一步處理，設AT-為下跳變點電壓，AT+為上跳變點電壓，則中間點電壓為AT-+AT+2，調節電路的有關引數使其中間點電壓等於AREF。輸入端電壓低於下跳電壓AT-，輸出為高電平，輸入端電壓高於上跳電壓AT+，輸出為低電平，此時保護立即解除。也就是說，隨著溫度的升高，當溫度大於AT-對應的溫度時進行保護，當溫度等於AT+對應的溫度時不再進行保護。在該電路中，由於遲滯比較器使得電路更加複雜。電路中採用了矽穩壓管，它的兩端電壓在4～7V時溫度係數特別小，可略去不計，在4V以下具有負的溫度係數，在7V以上具有正的溫度係數。所以電源電壓在4～7V時，電路可以工作，如果電源電壓更低，該電路就不適用了。
2、新型的過溫保護電路
針對以上電路的缺點，提出了一種新型的過溫保護電路，它用最簡單的電路實現過溫保護功能，電路中沒有電阻，使得熱關斷閾值溫度達到穩定，電路如圖2所示。常溫下，由於基準電壓VREF比電晶體T的發射結導通電壓小，電晶體T截止，經過場效電晶體M1和M2的電流是零電流，因此電晶體T的集電極電位是高電平，故M5的柵極電壓為高電平，M5可以導通，導通之後M5的漏極為低電平，因而反相器N1的輸入訊號是低電平，經反相器N1和N2作用後，仍然是低電平，此時直流繼電器K不吸合，開關K仍然開啟，電路正常工作。非門N1輸出高電平，故M3柵極電壓也為高電平，M3可以導通。VREF保證較大的溫度範圍內M1、M2的電流均為零，所以電路具有較小的功耗。因為電晶體T的發射結電壓具有負的溫度特性，故T的發射結導通壓降隨溫度升高而減小。當溫度升高時，VREF比T的`發射結導通電壓大，T可以導通，如果溫度繼續升高，三極體T的集電極電位急劇下降，M5的柵極電位降低，M5截止，M5的漏極達到高電平，即反相器N1的輸入端是高電平，經反相器N1和N2之後輸出高電平，繼電器K吸合，開關K合上，經電阻R降壓之後基準電壓VREF也降低，又一次使三極體T截止，T的集電極電壓也就是M5的柵極電壓是高電平，因而M5導通，M5的漏極電壓即反相器N1的輸入電壓為低電平，經N1和N2兩次反相之後，N2的輸出電壓為低電平，直流繼電器K關斷，開關K開啟，VREF不變，從而達到過溫保護的目的[5]。
3、模擬分析
當被測系統工作溫度升到150°時，該過溫保護電路輸出高電平，以示關斷工作電路。當且僅當被測系統工作溫度降為120°時，該過溫保護電路輸出低電平，以示電路正常工作。如果電源電壓是2.5V、3.2V、5.7V時，圖3所示是新型的過溫保護電路關斷和遲滯特性曲線。可見，電壓較低時，電路正常工作，電壓改變對關斷溫度和遲滯影響甚微。在6種不同的邊界條件下，圖4是VDD為3.2V時過溫關斷和遲滯特性曲線，145°～155°是它的溫度變化範圍，115°～125°是遲滯閾值TL的溫度變化範圍。綜上，工藝引數變化時，熱關斷閾值TH、遲滯閾值TL基本不變。所以，電源電壓和工藝引數可以抑制熱關斷閾值溫度點的漂移。
4、結語
針對傳統的過溫保護電路結構比較複雜、功耗較大、受工藝引數變化影響也較大，提出了一種新型的過溫保護電路，其功耗低、對電源電壓、引數變化不敏感，並具有很強的抑制作用。最後透過PSPICE模擬表明，電路的準確性高，可應用於多種積體電路。該電路具有很好的使用價值和廣闊的發展前景，值得我們再做進一步的研究。
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