[发明专利]一种用热电系统集成的功率放大器过热保护电路

说明书

本专利公开了一种用热电系统集成的功率放大器过热保护电路，属于微电子领域。本发明包括以热电器件为基本单元所集成的功率管温度检测电路、局部高温触发电路、自恢复电路、RS触发电路和PA偏置控制电路。当PA长时间以大功率工作致温度过高，功率管关断，PA暂停工作；当PA区域功率管温度降低到正常温度，PA偏置电路正常供电，PA恢复正常工作状态。本发明在功率管过压过流保护之外还利用热电系统独特的塞贝克效应与帕尔贴效应分别起到了过热保护和散热作用，降低了功率管因持续工作在高温状态而热击穿的风险，提高了PA的可靠性和安全性，并且热电器件可以集成到芯片内部或做成柔性薄膜贴附在PA表面，能够实现完整封装，实现芯片级高温保护。

技术领域

本发明属于微电子领域，特别是一种用热电系统集成的功率放大器(PA)过热保护电路。

背景技术

在国防、通信等相关领域中，宽带射频功率放大器(PA)是发射系统的重要组成部分，实 际应用往往需要用到由多个功率管合成输出组成的数瓦等级的功放。但硅基芯片散热较差，如 此大的功率等级在硅基芯片中导致功率集成电路发热量较大，同时芯片功率密度分布不均还会 产生所谓的局部热点导致芯片失效。据统计，超55％的芯片失效是由于温度过高引起的，且 随着温度的升高，元器件的失效率呈指数增加，在不同程度上降低了芯片的可靠性。因此，必 须对芯片进行局部过热保护，以免烧坏整个芯片。目前，主要通过设计过热保护电路即当芯片 温度达到某值，将自动触发该电路，断开大功率输出电路以避免持续高温下工作引起的芯片失 效，并结合一定的封装散热技术，以改善高功率芯片的散热。

传统的局部过热保护电路可以用热电偶、热电阻来做，额外的散热通常需要风扇、散热器 /片等，以上方法很难集成到芯片上。因此，本发明提出一种利用可集成的热电系统的塞贝克 效应，设计一种局部过热保护检测电路且其反作用帕尔贴效应能有效制冷。将冷端朝向芯片面， 从而起到冷却芯片的作用。因此，热电集成系统在本发明中具有双重作用，即利用温差发电效 应设计的过热保护电路实现宽带射频功率放大器在安全温度范围内正常工作，并结合电制冷特 点起到散热作用，使芯片更安全工作，此外热电器件还具有无需机械部件、轻便、无噪音、能 实现温度精确控制、柔性可集成等优点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用热电集成系统的功率放大 器(PA)局部过热保护电路。具有塞贝克效应的热电系统由其柔性可集成特点有利于实现芯片 内高温保护，而独特帕尔贴效应又提供了额外的散热途径，增强芯片散热效果。解决了现有技 术高温保护电路难集成或因芯片逐渐小型化而导致散热难等问题。

本发明的技术解决方案是：一种利用热电集成系统的功率放大器局部过热保护电路，包括 温度检测电路、高温触发电路、自恢复电路、RS触发电路和PA偏置控制电路，温度检测电路 检测芯片的温度，将检测信号传输给高温触发电路和自恢复电路，高温触发电路和自恢复电路 根据接收的信号控制RS触发器，RS触发器输出端拉高或拉低电平至PA偏置控制电路，PA偏 置控制电路输出控制信号给PA偏置电路，实现PA偏置电路的控制；

所述温度检测电路包括热电器件，该热电器件的热端设置在芯片高温区域，冷端设置在远 离高温区域；热电器件利用塞贝克效应将温度转化为电压参数，温度检测电路根据该电压参数 处理后传输给高温触发电路或自恢复电路；

所述高温触发电路将温度检测电路输出的电压与设定的局部过热电压阀值相比较，若温度 检测电路输出电压高于设定的阈值，高温触发电路触发并输出高电平给RS触发器置位端；否 则，输出低电平到RS触发器置位端；所述自恢复电路将温度检测电路输出的电压与设定的局 部过热电压阀值相比较，若温度检测电路输出电压不高于设定的阈值，自恢复电路输出电压给 RS触发器复位端；