CN102624230A - 适应性温度补偿电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应性温度补偿电路及方法，该电路包括：具温度感测电路，感测元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值；电流感测器，感测元件的电流产生电流感测信号；以及温度补偿修正器，连接电流感测器，根据电流感测信号预测元件因功率损失所产生的温度变化以送出温度修正值用以调整外部环境温度感测值产生适应性温度感测值。除了感测元件的外部环境温度变化外，还可以预测该元件因功率损失所造成的温度变化，因此可以更精确的感测该元件的操作温度。

Description

适应性温度补偿电路及方法
技术领域
本发明系有关一种温度补偿电路及方法，特别是关于一种更精确地感测功率元件的操作温度的温度补偿电路及方法。
背景技术
如图1所示，电源转换器10藉控制器12切换晶体管M1及M2以提供电压Vo及电流Io给负载14。为了调节输出电压Vo，需要感测电感电流IL，通常系藉内部无损失电流感测方法来达成，此法系利用电感L的线圈等效电阻或晶体管M1或M2的导通电阻来实现。然而，线圈等效电阻及导通电阻皆会随操作温度的变化而改变，如果没有温度补偿机制，感测到的信号将无法与电感电流IL具有线性的比例关系，因而导致适应电压位置(Adaptive Voltage Positioning；AVP)控制及过电流保护(Over Current Protection；OCP)等功能的效能变差。
参照图2，以电感的线圈等效电阻来感测电感电流为例，传统的温度补偿方法系使用负温度系数(Negative Temperature Coefficient；NTC)热敏电阻(thermistor)16感测电感L的操作温度，NTC热敏电阻16必须尽可能的靠近电感L才能达到较准确的温度补偿效果。美国专利号6,833,690及6,998,827各揭露使用热敏电阻感测元件的环境温度和部分的操作温度来实现温度补偿的方法。图3系图2的电感L及NTC热敏电阻16的温度量测结果，其中曲线18为电感L的温度，曲线20为NTC热敏电阻16的温度。从图3可知，NTC热敏电阻16不能精确地感测到电感L的操作温度，这是因为造成电感L的操作温度变化的原因有二个，一个是电感L的外部环境温度的变化，另一个是电感L内部功率损失所造成的温度变化。电感L的功率损失会造成电感L的内部温度上升，进而导致电感L的内部温度高于外部环境温度，而NTC热敏电阻16只能感测到电感L的外部环境温度和部分的内部操作温度，不能精确的感测及补偿因功率损失而造成的温度变化。
电感L、晶体管M1及M2皆是功率元件，其因为功率损失造成的温度变化不能忽略，因此一种可以预测元件因功率损失所造成的温度变化的温度补偿电路及方法，乃为所冀。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种更精确感测元件温度变化的适应性温度补偿电路，该适应性温度补偿电路包括：具温度感测电路，感测元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值；电流感测器，感测元件的电流产生电流感测信号；以及温度补偿修正器，连接电流感测器，根据电流感测信号预测元件因功率损失所产生的温度变化以送出温度修正值用以调整外部环境温度感测值产生适应性温度感测值。
本发明的目的之一，在于提出一种适应性温度补偿方法，用以提供适应性温度感测值，该方法包括下列步骤：(A)感测元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值；(B)检测元件的电流产生电流感测信号；(C)根据电流感测信号预测元件因功率损失所产生的温度变化以产生温度修正值；以及(D)根据温度修正值调整外部环境温度感测值产生适应性温度感测值。
本发明的目的之一，在于提出一种可以预测元件的功率损失所造成的温度变化的适应性温度补偿电路，该电路包括：具温度感测电路，感测元件的电流产生第一及第二电流感测信号，并感测元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值调整第一及第二电流感测信号；以及温度补偿修正器，连接具温度感测电路，根据调整后的第二电流感测信号决定温度修正值供补偿调整后的第一电流感测信号产生具适应性温度补偿的信号。
本发明的目的之一，在于提出一种适应性温度补偿方法，用以提供具适应性温度补偿的信号，该方法包括下列步骤：(A)感测元件的电流产生第一及第二电流感测信号；(B)感测元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值调整第一及第二电流感测信号；(C)根据调整后的第二电流感测信号决定温度修正值；以及(D)根据温度修正值补偿调整后的第一电流感测信号产生具适应性温度补偿的信号。
本发明的目的之一，在于提出一种适应性温度补偿电路，用以提供具适应性温度补偿的信号，包括：具温度感测电路，感测一系统的输出电压产生电压误差信号，并感测系统的元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值调整电压误差信号；电流感测器，感测元件的电流产生电流感测信号；以及温度补偿修正器，连接电流感测器，根据电流感测信号决定温度修正值用以补偿调整后的电压误差信号产生具适应性温度补偿的信号
根据本发明，一种适应性温度补偿电路及方法，除了感测元件的外部环境温度变化外，还可以根据该元件的电流预测该元件因功率损失所造成的温度变化，因而能较准确的感测该元件的操作温度，达成较佳的温度补偿。
附图说明
图1为电源转换器；
图2为使用NTC热敏电阻来达成温度补偿的示意图；
图3为电感L及NTC热敏电阻的温度-电流特性曲线；
图4为根据本发明的适应性温度补偿电路的功能方块图；
图5为使用适应性温度补偿电路在电流回路的电源转换器；
图6为使用适应性温度补偿电路在电压回路的电源转换器；以及
图7为使用适应性温度补偿电路在元件温度感测回路的电源转换器。
主要元件符号说明：
10电源转换器
12控制器
14负载
16NTC热敏电阻
18电感L的温度-电流特性曲线
20NTC热敏电阻的温度-电流特性曲线
22适应性温度补偿电路
24具温度感测电路
26电流感测器
28温度补偿修正器
30运算电路
32驱动器
34脉宽调变器
36电压补偿器
40电流感测器
42电流转换器
44检测电路
46误差放大器
具体实施方式
如图4所示，根据本发明的适应性温度补偿电路22感测电源转换器10中元件的温度并产生精确的适应性温度感测值VT(Ics)供温度补偿或供判断温度大小。适应性温度补偿电路22包括具温度感测电路24感测该元件的外部环境温度产生一外部环境温度感测值VT、电流感测器26感测流过该元件的电流产生电流感测信号Ics、温度补偿修正器28根据电流感测信号Ics决定温度修正值K(Ics)、运算电路30根据外部环境温度感测值VT及温度修正值K(Ics)产生精确的适应性温度感测值VT(Ics)。在适应性温度补偿电路22中，温度补偿修正器28根据电流感测信号Ics预测该元件因功率损失所造成的内部温度变化，进而提供温度修正值K(Ics)。目前，已经有许多可以实现温度补偿修正器28的方案，例如根据如图3所示的量测结果设计对应表(lookup table)，供温度补偿修正器28根据电流感测信号Ics检索对应表而决定相对应的温度修正值K(Ics)，或者根据如图3所示的量测结果设计公式，供温度补偿修正器28根据电流感测信号Ics计算产生相对应的温度修正值K(Ics)。
因为适应性温度补偿电路22能预测元件因功率损失所造成的内部温度变化，所以能较精确的感测元件的温度变化以及增加内部电流感测方法的准确度，进而改善AVP的精确度以及增加OCP的准确度。
图5为使用适应性温度补偿电路22在电流回路的电源转换器，其中脉宽调变器34根据电压误差信号Vcomp及电流感测信号Vcs3产生脉宽调变信号PWM。驱动器32根据脉宽调变信号PWM切换晶体管M1及M2以控制电感电流IL对电容Co充电，进而产生输出电压Vo。电阻RDC表示电感L的线圈等效电阻。电压补偿器36检测输出电压Vo产生电压误差信号Vcomp给脉宽调变器34。由具温度感测电路24、温度补偿修正器28及运算电路30组成的适应性温度补偿电路22感测电感L的外部环境温度并预测电感L因功率损失所造成的温度变化，产生具适应性温度补偿的电流感测信号Vcs3，以使该电源转换器提供准确的输出电压Vo及输出电流Io。在适应性温度补偿电路22中，具温度感测电路24感测电感L的电感电流IL产生电流感测信号Vcs2并根据电感L的外部环境温度对电流感测信号Vcs2进行调整，在此实施例中，具温度感测电路24系感测电感L的电感电流IL，故可以代替图4中的电流感测器26提供电流感测信号Ics给温度补偿修正器28，其中电流感测信号Ics可以等于电流感测信号Vcs2。温度补偿修正器28根据电流感测信号Ics预测电感L因功率损失所造成的温度变化，进而决定温度修正值Kcs。运算电路30根据温度修正值Kcs补偿调整后的电流感测信号Vcs2产生具适应性温度补偿之电流感测信号Vcs3。在具温度感测电路24中，由NTC热敏电阻RNTC、电阻Rcs及电容Ccs组成的电流感测器40感测电感电流IL产生电流感测信号Vcs1，当电感L的外部环境温度变化时，NTC热敏电阻RNTC的阻值也跟着变化，因而提供外部环境温度感测值VT调整电流感测信号Vcs1，电流转换器42根据调整后的电流感测信号Vcs1产生电流感测信号Vcs2及Ics。
图6为使用适应性温度补偿电路22在电压回路的电源转换器，该电源转换器与图5的电路同样包括晶体管M1及M2、电感L、驱动器32以及脉宽调变器34，但适应性温度补偿电路22检测电感电流IL及输出电压Vo产生无温度补偿的电流感测信号Vcs4及具适应性温度补偿的电压误差信号Vcomp2，脉宽调变器34根据电流感测信号Vcs4及电压误差信号Vcomp2产生脉宽调变信号PWM给驱动器32，以使该电源转换器提供准确的输出电压Vo及输出电流Io。在适应性温度补偿电路22中，无温度补偿的电流感测器26感测电感电流IL产生电流感测信号Vcs4，温度补偿修正器28根据电流感测信号Vcs4产生温度修正值Kcs，具温度感测电路24检测输出电压Vo产生电压误差信号Vcomp1并感测电感L的外部环境温度产生外部环境温度感测值来调整电压误差信号Vcomp1，运算电路30根据温度修正值Kcs补偿调整后的电压误差信号Vcomp1产生具适应性温度补偿之电压误差信号Vcomp2。在电流感测器26中，由电阻Rcs及电容Ccs组成的检测电路44检测电感电流IL产生电流感测信号Vcs1给电流转换器42，以产生电流感测信号Vcs4。在具温度感测电路24中，误差放大器46的正输入端接收参考电压Vref，电阻R1连接在误差放大器46的负输入端及电源转换器的输出端Vo之间，电阻R2连接在误差放大器46的负输入端及输出端之间，NTC热敏电阻RNTC与电阻R1并联，用以感测电感L的外部环境温度以提供外部环境温度感测值来调整电压误差信号Vcomp1。
图7为使用适应性温度补偿电路22在元件温度感测回路的电源转换器，此电源转换器与图5的电路同样包括晶体管M1及M2、电感L、驱动器32、脉宽调变器34以及电压补偿器36，但适应性温度补偿电路22提供无温度补偿的电流感测信号Vcs4以及精确的适应性温度感测值T2，适应性温度感测值T2可以用来对电流感测信号Vcs4或电压误差信号Vcomp进行温度补偿，也可以供其他电路来判断温度大小，例如过温度保护电路。在适应性温度补偿电路22中，由检测电路44及电流转换器42组成的电流感测器26检测电感电流IL产生电流感测信号Vcs4，温度补偿修正器28根据电流感测信号Vcs4产生温度修正值Kcs，具温度感测电路24利用NTC热敏电阻RNTC感测电感L的外部环境温度产生外部环境温度感测值T1，运算电路30根据外部环境温度感测值T1及温度修正值Kcs产生适应性温度感测值T2。
参照图5、图6及图7，在适应性温度补偿电路22中，除了温度补偿修正器28以外，具温度感测电路24及电流感测器26都是传统温度补偿方法所使用的电路，因此，本发明的适应性温度补偿电路22在成本上几乎与传统的温度补偿电路相同。
在图5、图6及图7中，适应性温度补偿电路22皆感测电感L的电感电流IL及外部温度，但在其他实施例中，适应性温度补偿电路22也可以感测其他功率元件的电流及外部温度，例如晶体管M1及M2。
以上对于本发明之较佳实施例所作的叙述系为阐明之目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例系为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的保护范围由本发明权利要求范围及其均等来决定。

Claims (17)

1.一种适应性温度补偿电路，用以提供适应性温度感测值，其特征在于，所述的适应性温度补偿电路包括：
具温度感测电路，感测元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值；
电流感测器，感测所述的元件的电流产生电流感测信号；以及
温度补偿修正器，连接所述的电流感测器，根据所述的电流感测信号预测所述的元件因功率损失所产生的温度变化以送出温度修正值用以调整所述的外部环境温度感测值产生所述的适应性温度感测值。
2.如权利要求1所述的适应性温度补偿电路，其特征在于，所述的具温度感测电路包括热敏电阻。
3.如权利要求1所述的适应性温度补偿电路，其特征在于，所述的温度补偿修正器根据所述的电流感测信号检索对应表以决定所述的温度修正值。
4.一种适应性温度补偿方法，用以提供适应性温度感测值，其特征在于，所述的适应性温度补偿方法包括下列步骤：
(A)感测元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值；
(B)检测所述的元件的电流产生电流感测信号；
(C)根据所述的电流感测信号预测所述的元件因功率损失所产生的温度变化以产生温度修正值；以及
(D)根据所述的温度修正值调整所述的外部环境温度感测值产生所述的适应性温度感测值。
5.如权利要求4所述的适应性温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤C包括根据所述的电流感测信号检索对应表以决定所述的温度修正值。
6.一种适应性温度补偿电路，用以提供具适应性温度补偿的信号，其特征在于，所述的适应性温度补偿电路包括：
具温度感测电路，感测元件的电流产生第一及第二电流感测信号，并感测所述的元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值调整所述的第一及第二电流感测信号；以及
温度补偿修正器，连接所述的具温度感测电路，根据调整后的第二电流感测信号决定温度修正值供补偿调整后的第一电流感测信号产生所述的具适应性温度补偿的信号。
7.如权利要求6所述的适应性温度补偿电路，其特征在于，所述的具温度感测电路包括热敏电阻。
8.如权利要求6所述的适应性温度补偿电路，其特征在于，所述的温度补偿修正器根据所述的调整后的第二电流感测信号检索对应表以决定所述的温度修正值。
9.如权利要求6所述的适应性温度补偿电路，其特征在于，所述的第一电流感测信号等于所述的第二电流感测信号。
10.一种适应性温度补偿方法，用以提供具适应性温度补偿的信号，其特征在于，所述的适应性温度补偿方法包括下列步骤：
(A)感测元件的电流产生第一及第二电流感测信号；
(B)感测所述的元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值调整所述的第一及第二电流感测信号；
(C)根据调整后的第二电流感测信号决定温度修正值；以及
(D)根据所述的温度修正值补偿调整后的第一电流感测信号产生所述的具适应性温度补偿的信号。
11.如权利要求10所述的适应性温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤C包括根据所述的调整后的第二电流感测信号检索对应表以决定所述的温度修正值。
12.如权利要求10所述的适应性温度补偿方法，其特征在于，所述的第一电流感测信号等于所述的第二电流感信号。
13.一种适应性温度补偿电路，用以提供具适应性温度补偿的信号，其特征在于，所述的适应性温度补偿电路包括：
具温度感测电路，感测一系统的输出电压产生电压误差信号，并感测所述的系统的元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值调整所述的电压误差信号；
电流感测器，感测所述的元件的电流产生电流感测信号；以及
温度补偿修正器，连接所述的电流感测器，根据所述的电流感测信号决定温度修正值用以补偿调整后的电压误差信号产生所述的具适应性温度补偿的信号。
14.如权利要求13所述的适应性温度补偿电路，其特征在于，所述的具温度感测电路包括热敏电阻。
15.如权利要求13所述的适应性温度补偿电路，其特征在于，所述的温度补偿修正器根据所述的调整后的电流感测信号检索对应表以决定所述的温度修正值。
16.一种适应性温度补偿方法，用以提供具适应性温度补偿的信号，其特征在于，所述的适应性温度补偿方法包括下列步骤：
(A)感测一系统的输出电压产生电压误差信号；
(B)感测所述的系统的元件的外部环境温度产生外部环境温度感测值调整所述的电压误差信号；
(C)感测所述的元件的电流产生电流感测信号；
(D)根据所述的电流感测信号决定温度修正值；以及
(E)根据所述的温度修正值补偿调整后的电压误差信号产生所述的具适应性温度补偿的信号。
17.如权利要求16所述的适应性温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤D包括根据所述的电流感测信号检索对应表以决定所述的温度修正值。
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