单片集成智能功率驱动芯片高精度温度检测电路研究及设计

发布时间：2020-08-31 12:55

　　单片集成智能功率驱动芯片属于高低压兼容功率集成电路,其内部集成了逻辑控制、故障检测、驱动电路及高压功率开关器件等,高集成度造成芯片内部功率密度持续增大,芯片温度升高导致芯片功能退化,甚至直接失效,由此可见,片上温度检测电路是单片集成智能功率驱动芯片必不可少的组成部分。因此,高精度片上温度检测电路的研究对于单片集成智能功率驱动芯片的可靠性具有至关重要的意义。本论文首先详细分析了单片集成智能功率驱动芯片的应用背景和工作原理,并对传统片上温度检测技术及其性能进行了深入研究与分析,指出了基于三极管的温度检测电路线性度难以提高的原因是三极管饱和电流I_S的高阶分量带来不可忽视的非线性误差,而基于MOS管的温度检测电路灵敏度和线性度无法提高的原因是MOS管的亚阈值状态不稳且工艺变化较大,很难直接应用于温度检测要求较高的单片集成智能功率驱动芯片。在此背景下,结合单片集成智能功率驱动芯片的实际应用特点,本文提出了一种新型高精度温度检测方法,该方法的基本原理是:让三极管分别工作在正温度系数电流偏置和零温度系数电流偏置条件下,然后分别提取两种偏置工作条件下三极管基极-发射极电压V_(BE)温度特性表达式中的非线性项,通过倍乘相减的方法,抵消非线性项而实现提升线性度的效果。最后,设计了单片集成智能功率驱动芯片用高线性度、高灵敏度温度检测模块。本论文所设计的温度检测电路基于CSMC 0.5μm 600V绝缘体上硅(Silicon On Insulator,SOI)工艺进行仿真验证、版图设计及流片。测试结果表明,本文所设计的温度检测电路,在-45℃至125℃温度范围内,灵敏度为10.11mV/℃,非线性误差为0.187%,整体静态电流小于100μA,达到了设计指标要求。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN402
【部分图文】：

变化曲线,温度检测,输出电压

三个样品(S1、S2 和 S3)，对其中温度检测电路进行测源电压设置为 15V，在不同温度下监测输出电压值，温段时间之后观测输出结果，测试结果如表 4.3 所示。表 4.3 温度检测输出电压 VTS随温度变化测试结果S2 (V) S3 (V) 温度(℃) S1 (V) 0.8023 0.7921 45 1.6921 0.8905 0.8952 55 1.7966 0.9846 0.9848 65 1.9214 1.0904 1.0924 75 1.9952 1.1851 1.1892 85 2.1067 1.2973 1.2966 95 2.2233 1.3991 1.4009 105 2.3056 1.5003 1.4972 115 2.4116 1.6121 1.6084 125 2.5081 试数据，能够得到温度检测电路输出电压 VTS随温度，可以拟合出输出电压 VTS随温度的变化曲线，如图

静态电流,温度范围,静态工作,线性误差

也保证了温度检测电路在单片集成智能功率驱动结果，可以计算出温度范围为-45℃~125℃内温度 ΔETS的计算公式为： 1TS1max100%YEY 际输出的量程， Y1(max)表示实际输出与拟合直)可以得到，在温度范围为-45℃~125℃内，不同样 10.09mV/℃和 10.15mV/℃，非线性误差最小值线性误差分别为 10.11 mV/℃和 0.187%，和仿真结单独供电，可以测试其静态工作电流。现将电源度范围为-45℃~125℃，每增加 10℃并且稳定一段 4.4 中所示。

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