一、功率集成电路与过热保护概述
功率集成电路作为电子技术领域的关键元件，具备一定的负载能力，能够处理较高电压的输入与输出，广泛应用于电气照明设备等众多场景。与常规芯片不同，它将低压数字或模拟电路与高压功率输出电路集成在同一芯片上。由于集成高压功率输出部分，功率集成电路在运行过程中会产生较大热量，若不加以有效控制，容易导致芯片烧毁。因此，过热保护电路对于功率集成电路而言至关重要，能够实时监测芯片温度，防止因过热而引发的损坏，保障设备的稳定运行。
二、过热保护电路设计关键
将温度信号准确地转换为电压信号是设计过热保护电路的核心环节。传统传感器，如热电偶和热电阻，因其难以集成到集成电路中的局限性，无法满足实际应用需求。在集成电路领域，通常采用二极管、三极管的温度特性作为传感器，实现温度监测与信号转换。
三、二极管温度检测电路及其工作原理
二极管的伏安特性对温度变化较为敏感，使其成为理想的温度传感器选择。根据二极管特性曲线，随着温度升高，正向特性曲线向左移动，反向特性曲线向下移动。具体表现为：在室温附近，温度每上升 1℃，正向压降降低 2～2.5mV；温度每升高 10℃，反向电流大约增加 1 倍，呈现出负温度特性。在 20～150℃的温度区间内，二极管能稳定保持这一特性。经过大量试验与统计分析，确定其正向电压随温度变化的速率为 - 2.2mV/℃，即温度每上升 1℃，正向电压下降 2.2mV，反之则上升 2.2mV。
基于二极管的这一特性，设计了二极管温度检测电路，通过测量二极管正向电压的变化来计算温度变化，进而控制过热保护电路。电路中采用 4 个二极管串联作为温度传感器，形成 - 8.8mV/℃的温度系数。M9、M10、M11 组成的镜像电流源为 4 个二极管提供稳定的电流。在芯片工作过程中，温度升高时，V 点电压随之下降，通过检测 V 点电压即可获知当前温度状态，实现温度到电压信号的转换。
仿真结果显示，温度为 50℃时，V 点电压为 2.4V；温度为 120℃时，V 点电压为 1.78V。基于此，设计迟滞比较器，当输入端电压低于 1.78V 时输出高电平信号（定义为保护信号），高于 2.4V 时输出低电平信号（解除保护）。从而实现温度超过 120℃时启动保护，温度回落至 50℃时解除保护，恢复工作。在迟滞比较器的选择上，建议采用模拟式，相较于数字式施密特触发器，其回差电压值仅与参考电压和内部 MOS 管尺寸相关，不受温度影响，更易于调节。过热保护电路的方框图清晰展示了各部分的功能与相互关系。
四、仿真结果与电路优化
仿真结果表明，该过热保护电路性能优异，信号转换精准。然而，在实际应用中，电路可能受到电压波动的影响。经分析发现，当电压源在 4～6V 范围内变化时，120℃和 50℃的温度曲线分别出现 10℃和几十摄氏度的误差，这凸显了电路对电压变化的敏感性，需要进行改进优化。
针对电压波动问题，常用解决方法是在电路中添加稳压管。考虑到硅稳压管在 4～7V 电压范围内的温度系数极小，可近似忽略不计，改进后的电路在该电压区间内能有效抑制电压变化对温度检测的影响。仿真结果验证了改进效果，加入稳压管后，电路性能显著提升，50℃时 V 点电压为 2.16V，120℃时为 1.535V，成功解决了电压波动带来的误差问题，提高了过热保护电路的可靠性和准确性。
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