CN209878168U - 应用线圈电路及其中的线圈温度感测电路 - Google Patents

Abstract

一种应用线圈电路及其中的线圈温度感测电路。其中，线圈温度感测电路包含电流源电路、第一电阻、第二电阻及转换电路。第一电阻与电流源电路耦接，具有第一电阻温度系数，与线圈电阻温度系数实质上相等，用以接收第一电流而产生第一电压；第二电阻与电流源电路耦接，具有第二电阻温度系数，相对于线圈电阻温度系数实质上为零，用以接收第二电流而产生第二电压。转换电路分别与线圈、第一电阻与第二电阻耦接，用以根据第一电压与第二电压与相关预设参数，产生温度感测信号，以示意线圈温度。

Description

应用线圈电路及其中的线圈温度感测电路

技术领域

本实用新型涉及一种应用线圈电路及其中的线圈温度感测电路，特别是指一种利用与线圈具有相同电阻温度系数的第一电阻与具有足够低的电阻温度系数的第二电阻来感测线圈于操作时的温度的应用线圈电路及其中的线圈温度感测电路。

背景技术

一般而言，应用线圈电路例如马达、扬声器或是切换式电源供应器。应用电路具有线圈，于操作时，感测线圈的温度是非常重要的。感测线圈操作时的温度用以调整电路的操作，也于过热时切断电源或执行保护机制。典型的线圈温度感测方式，以温敏感测电子元件，例如负/正温度系数温敏电阻、热电偶(thermal coupler)等量测。采用这种温敏感测电子元件成本较高，且装设于应用线圈电路，需要另外的组装流程，又进一步提高了制造成本，且只能感测该温敏感测电子元件所在位置也就是局部区域的温度，无法感测线圈全面的温度，或是因为温敏感测电子元件与线圈不同的温敏特性而使温度感测具有不可忽视的误差。

因此，本实用新型就现有技术的不足，提出一种应用线圈电路及其中的线圈温度感测电路，可以较低的制造成本，更高的准确率，感测操作模式下的线圈温度。

实用新型内容

就其中一个观点言，本实用新型提供了一种应用线圈电路，包含：一线圈，具有一线圈电阻温度系数，且于一操作模式中，一线圈电压被施加于该线圈的一端，使得一线圈电流流经该线圈；以及一线圈温度感测电路，用以于该操作模式中，感测一线圈的一线圈温度，该线圈温度感测电路包含：一电流源电路，与该线圈耦接，以于该操作模式中产生一第一电流与一第二电流，其中该第一电流与该第二电流都正相关于该线圈电流；一第一电阻，与该电流源电路耦接，该第一电阻具有一第一电阻温度系数，与该线圈电阻温度系数实质上相等，且于一预设温度下，具有一预设第一电阻值，该第一电阻用以接收该第一电流而产生一第一电压；一第二电阻，与该电流源电路耦接，该第二电阻具有一第二电阻温度系数，且于该预设温度下，具有一预设第二电阻值，该第二电阻用以接收该第二电流而产生一第二电压；以及一转换电路，分别与该线圈、该第一电阻与该第二电阻耦接，用以根据该预设温度、该第一电压、该第二电压、该线圈电阻温度系数、该预设第一电阻值、该预设第二电阻值与该线圈电流分别与该第一电流与该第二电流的相关关系，产生一温度感测信号，以示意该线圈温度；其中，该第二电阻温度系数小于一电阻温度系数阈值，使得该第二电压的温度变化率，正比于该线圈电阻温度系数的负值。

就另一个观点言，本实用新型还提供了一种线圈温度感测电路，用以于一操作模式中，感测一线圈的一线圈温度，其中，该线圈具有一线圈电阻温度系数，且于该操作模式中，施加一线圈电压于该线圈的一端，使得一线圈电流流经该线圈，该线圈温度感测电路包含：一电流源电路，与该线圈耦接，以于该操作模式中产生一第一电流与一第二电流，其中该第一电流与该第二电流都正相关于该线圈电流；一第一电阻，与该电流源电路耦接，该第一电阻具有一第一电阻温度系数，与该线圈电阻温度系数实质上相等，且于一预设温度下，具有一预设第一电阻值，该第一电阻用以接收该第一电流而产生一第一电压；一第二电阻，与该电流源电路耦接，该第二电阻具有一第二电阻温度系数，且于该预设温度下，具有一预设第二电阻值，该第二电阻用以接收该第二电流而产生一第二电压；以及一转换电路，分别与该线圈、该第一电阻与该第二电阻耦接，用以根据该预设温度、该第一电压、该第二电压、该线圈电阻温度系数、该预设第一电阻值、该预设第二电阻值与该线圈电流分别与该第一电流与该第二电流的相关关系，产生一温度感测信号，以示意该线圈温度；其中，该第二电阻温度系数小于一电阻温度系数阈值，使得该第二电压的温度变化率，正比于该线圈电阻温度系数的负值。

在一较佳实施例中，该电阻温度系数阈值等于100ppm/℃。

在一较佳实施例中，该第二电阻温度系数小于该线圈电阻温度系数的1/30。

在一较佳实施例中，该电流源电路包括：一第一电流控制电流源，与该线圈耦接，用以根据该线圈电流产生该第一电流，其中该第一电流正比于该线圈电流，且该第一电流与该线圈电流比值为一第一固定比例参数；以及一第二电流控制电流源，与该线圈耦接，用以根据该线圈电流产生该第二电流，其中该第二电流正比于该线圈电流，且该第二电流与该线圈电流比值为一第二固定比例参数；其中该转换电路根据该第一固定比例参数以及该第二固定比例参数产生该温度感测信号。

在一较佳实施例中，该线圈温度、该预设温度、该第一固定比例参数、该第二固定比例参数、该预设第一电阻值、该预设第二电阻值、该第一电压、该第二电压与该线圈电阻温度系数，具有以下关系式：

其中，Tc为该线圈温度；T0为该预设温度；H1为该第一固定比例参数，示意该第一电流与该线圈电流比值；H2为该第二固定比例参数，示意该第二电流与该线圈电流比值；Rs0为该预设第一电阻值；Rt0为该预设第二电阻值；Vs为该第一电压；Vt为该第二电压；α为该线圈电阻温度系数。

在一较佳实施例中，该线圈应用于一马达、一扬声器或一切换式电源供应器的功率级电路。

在一较佳实施例中，该第一电阻与该线圈由相同材质所组成。

以下通过具体实施例详加说明，应当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。

附图说明

图1显示本实用新型的第一个实施例。

图2显示本实用新型的第二个实施例。

图3显示本实用新型的第三个实施例。

图4显示本实用新型的第四个实施例。

具体实施方式

本实用新型中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，至于电路、元件并未依照比例绘制。

图1显示本实用新型的第一个实施例，图中显示根据本实用新型的应用线圈电路1及其中的线圈温度感测电路10的示意图。应用线圈电路1包含线圈温度感测电路10以及线圈20。线圈20具有线圈电阻温度系数α，且于操作模式中，线圈电压Vc被施加于线圈的一端N1，使得线圈电流Ic流经线圈20。如图所示，线圈20可以等效于串联的线圈电感Lc与线圈电阻Rc的电路所示意，其中线圈电阻Rc是指线圈20的寄生电阻，换言之，线圈电阻Rc的电阻值会随着温度以线圈电阻温度系数α产生电阻值的变化。如图所示，电压源15用以产生线圈电压Vc。

线圈温度感测电路10用以于操作模式中，感测线圈20的线圈温度Tc。线圈温度感测电路10包含：电流源电路11、第一电阻12、第二电阻13以及转换电路14。其中，电流源电路11与线圈20耦接，以于操作模式中产生第一电流Is与第二电流It，其中第一电流Is与第二电流It都正相关于线圈电流Ic。在一种实施例中，第一电流Is例如但不限于为线圈电流Ic的H1倍；第二电流It例如但不限于为线圈电流Ic的H2倍，且H1与H2都为实数。

第一电阻12(于线圈温度Tc下，具有电阻值Rs)与电流源电路11耦接，第一电阻12具有第一电阻温度系数α’，与线圈电阻温度系数α实质上相等(也就是α’＝α)，且于预设温度T0下，具有预设第一电阻值Rs0。于操作模式中，第一电阻12用以接收第一电流Is而产生第一电压Vs。第二电阻13(于线圈温度Tc下，具有电阻值Rt)与电流源电路11耦接，第二电阻13具有第二电阻温度系数β，且于预设温度T0下，具有预设第二电阻值Rt0。于操作模式中，第二电阻13用以接收第二电流It而产生第二电压Vt。

转换电路14分别与线圈20、第一电阻12与第二电阻13耦接，用以根据第一电压Vs、第二电压Vt、预设温度T0、线圈电阻温度系数α、预设第一电阻值Rs0与预设第二电阻值Rt0以及线圈电流Ic分别与第一电流Is与第二电流It的相关关系，产生温度感测信号ST，以示意线圈温度Tc。其中，第二电阻温度系数β小于电阻温度系数阈值，使得第二电压Vt的温度变化率，大致上正比于线圈电阻温度系数α的负值。

请继续参阅图1，就一方面来说，根据第一电阻12具有第一电阻温度系数α’，其与线圈电阻温度系数α实质上相等(也就是α’＝α)；因此，在不同操作温度下，第一电流Is与线圈电流Ic间，例如具有正比关系，如以下关系式：

Is＝H1×Ic

且第二电流It与线圈电流Ic间，例如也具有正比关系，如以下关系式：

It＝H2×Ic

其中，H1与H2为已知(使用者设定)的固定比例参数。

并且，第一电压Vs与线圈电压Vc在不同操作温度下，也具有正比关系，如以下关系式：

由于第一电阻12与线圈20都具有线圈电阻温度系数α(＝α’)，因此，第一电压Vs与线圈电压Vc在线圈温度Tc下，也具有以下关系式：

其中，ΔT＝Tc-T0，且预设线圈电阻值Rc0为预设温度T0时，线圈20中电阻Rc的阻值；需说明的是，在实际的应用上，由于制造上的误差或使用上的弹性，预设温度T0时的预设线圈电阻值Rc0一般是未知的；且在预设温度T0与线圈温度Tc下，对线圈20的一端N1都施以线圈电压Vc的情况下，第一电压Vs的位准不变，即其温度变化率为零。因此，根据上式，在线圈温度Tc下，量测第一电压Vs，并根据已知的线圈电压Vc、预设第一电阻值Rs0与固定比例参数H1，可以推知预设线圈电阻值Rs0；当然，也可以推知线圈电阻Rc，如下关系式：

在此定义线圈电阻Rc与第一电阻Rs之比为电阻比r，其为与温度无关的固定比值，如下：

另一方面，根据第二电阻13具有第二电阻温度系数β，小于一电阻温度系数阈值，使得第二电压Vt的温度变化率，正比于线圈电阻温度系数α的负值。也就是说，第二电阻温度系数β相对于线圈电阻温度系数α较小，且可以忽略，趋近于零；就一种实施方式来说，第二电阻温度系数β例如小于线圈电阻温度系数α的1/10；在其他实施方式来说，第二电阻温度系数β例如小于线圈电阻温度系数α的1/30或1/100；就另一种实施方式来说，第二电阻温度系数β小于电阻温度系数阈值(例如100ppm/℃)，意指第二电阻13的电阻值，无论是于预设温度T0下，或是其他温度，例如线圈温度Tc下，大致上都具有预设第二电阻值Rt0，而不随温度改变而改变，其中电阻温度系数阈值例如可为5ppm/℃、10ppm/℃、50ppm/℃、100ppm/℃或者200ppm/℃。因此，第二电压Vt与线圈电压Vc在线圈温度Tc下，具有以下关系式：

重新整理上式可得：

进而得到：

由于R_C0＝r×R_S0，代入上式，可得：

因为ΔT＝Tc-T0，代入上式，可得：

将代入上式，进而得到：

由此可知，根据本实用新型，由预设温度T0、固定比例参数H1与H2、预设第一电阻值Rs0与预设第二电阻值Rt0、第一电压Vs、第二电压Vt与线圈电阻温度系数α可以得到线圈温度Tc。也就是说，通过本实用新型的设计，可以利用与线圈20具有相同电阻温度系数的第一电阻12、相对于线圈20具有零电阻温度系数的第二电阻13、电流源电路11与转换电路14，架构如图1所示的电路，提供线圈电压Vc后，只要量测第一电压Vs与第二电压Vt，代入上市，即可计算出线圈温度Tc。

在一种较佳的实施例中，第一电阻12与线圈20例如但不限于利用相同材质所组成。举例而言，第一电阻12与线圈20例如都以相同的铜或铜合金组成。在一种较佳的实施例中，线圈20例如应用于马达、扬声器或切换式电源供应器的功率级电路。

在一种较佳的实施例中，第一电阻12的置放位置靠近线圈20，以使得第一电阻12与线圈20的温度大致上相同。在一种较佳的实施例中，例如第一电阻12与线圈20都为铜线的情况下，第一电阻12与线圈20可为共同缠绕的线圈，而分别具有各自的抽头，如此一来，除了确保第一电阻12与线圈20的温度大致上相同，还可整合制程，降低制造成本。在一种较佳的实施例中，第一电阻12可以与线圈20相同材质与相同线径的铜线构成。

需说明的是，第二电压Vt的温度变化率，可由第二电压Vt对温度的微分所得到，如下所示：

根据微分的基本定义，可知：

考虑α²×ΔT²＝0，可知：

也就是说，第二电压Vt的温度变化率，正比于线圈电阻温度系数α的负值。

在一实施例中，前述的电流源电路11例如包括第一电流控制电流源111以及第二电流控制电流源112。图2显示本实用新型的第二个实施例。本实施例显示电流源电路11中，第一电流控制电流源111的示意图。第一电流控制电流源111与线圈20耦接，用以根据线圈电流Ic产生第一电流Is，其中第一电流Is正比于线圈电流Ic，且第一电流Is与线圈电流Ic比值为第一固定比例参数H1。

图3显示本实用新型的第三个实施例。本实施例显示电流源电路11中，第二电流控制电流源112的示意图。第二电流控制电流源112与线圈20耦接，用以根据线圈电流Ic产生第二电流It，其中第二电流It正比于线圈电流Ic，且第二电流It与线圈电流Ic比值为第二固定比例参数H2。

图4显示本实用新型的第二个实施例。本实施例显示根据本实用新型的应用线圈电路1及其中的线圈温度感测电路10的较具体的实施例。如图所示，应用线圈电路1包含线圈温度感测电路10以及线圈20。线圈温度感测电路10包含：电流源电路11、第一电阻12、第二电阻13以及转换电路14。电流源电路11包括第一电流控制电流源111以及第二电流控制电流源112。第一电流控制电流源111与第二电流控制电流源112例如为如图所示的电流镜电路。其中，电流源电路11与线圈20耦接，以于操作模式中产生第一电流Is与第二电流It，其中第一电流Is与第二电流It都正相关于线圈电流Ic。在一种实施例中，第一电流Is例如但不限于为线圈电流Ic的H1倍；第二电流It例如但不限于为线圈电流Ic的H2倍，且H1与H2都为实数。

以上已针对较佳实施例来说明本实用新型，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本实用新型的内容，并非用来限定本实用新型的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本实用新型的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本实用新型所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本实用新型的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本实用新型的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (14)

1.一种应用线圈电路，包含：

一线圈，具有一线圈电阻温度系数，且于一操作模式中，一线圈电压被施加于该线圈的一端，使得一线圈电流流经该线圈；以及

一线圈温度感测电路，用以于该操作模式中，感测一线圈的一线圈温度，该线圈温度感测电路包含：

一电流源电路，与该线圈耦接，以于该操作模式中产生一第一电流与一第二电流，其中该第一电流与该第二电流都正相关于该线圈电流；

一第一电阻，与该电流源电路耦接，该第一电阻具有一第一电阻温度系数，与该线圈电阻温度系数实质上相等，且于一预设温度下，具有一预设第一电阻值，该第一电阻用以接收该第一电流而产生一第一电压；

一第二电阻，与该电流源电路耦接，该第二电阻具有一第二电阻温度系数，且于该预设温度下，具有一预设第二电阻值，该第二电阻用以接收该第二电流而产生一第二电压；以及

一转换电路，分别与该线圈、该第一电阻与该第二电阻耦接，用以根据该预设温度、该第一电压、该第二电压、该线圈电阻温度系数、该预设第一电阻值、该预设第二电阻值与该线圈电流分别与该第一电流与该第二电流的相关关系，产生一温度感测信号，以示意该线圈温度；

其中，该第二电阻温度系数小于一电阻温度系数阈值，使得该第二电压的温度变化率，正比于该线圈电阻温度系数的负值。

2.如权利要求1所述的应用线圈电路，其中该电阻温度系数阈值等于100ppm/℃。

3.如权利要求1所述的应用线圈电路，其中该第二电阻温度系数小于该线圈电阻温度系数的1/30。

4.如权利要求1所述的应用线圈电路，其中该电流源电路包括：

一第一电流控制电流源，与该线圈耦接，用以根据该线圈电流产生该第一电流，其中该第一电流正比于该线圈电流，且该第一电流与该线圈电流比值为一第一固定比例参数；以及

一第二电流控制电流源，与该线圈耦接，用以根据该线圈电流产生该第二电流，其中该第二电流正比于该线圈电流，且该第二电流与该线圈电流比值为一第二固定比例参数；

其中该转换电路根据该第一固定比例参数以及该第二固定比例参数产生该温度感测信号。

5.如权利要求4所述的应用线圈电路，其中该线圈温度、该预设温度、该第一固定比例参数、该第二固定比例参数、该预设第一电阻值、该预设第二电阻值、该第一电压、该第二电压与该线圈电阻温度系数，具有以下关系式：

其中，

T_c为该线圈温度；

T₀为该预设温度；

H1为该第一固定比例参数，示意该第一电流与该线圈电流比值；

H2为该第二固定比例参数，示意该第二电流与该线圈电流比值；

R_s0为该预设第一电阻值；

R_t0为该预设第二电阻值；

V_s为该第一电压；

V_t为该第二电压；

α为该线圈电阻温度系数。

6.如权利要求1所述的应用线圈电路，为一马达电路、一扬声器电路或一切换式电源供应电路。

7.如权利要求1所述的应用线圈电路，其中该第一电阻与该线圈由相同材质所组成。

8.一种线圈温度感测电路，用以于一操作模式中，感测一线圈的一线圈温度，其中，该线圈具有一线圈电阻温度系数，且于该操作模式中，施加一线圈电压于该线圈的一端，使得一线圈电流流经该线圈，该线圈温度感测电路包含：

一电流源电路，与该线圈耦接，以于该操作模式中产生一第一电流与一第二电流，其中该第一电流与该第二电流都正相关于该线圈电流；

一第一电阻，与该电流源电路耦接，该第一电阻具有一第一电阻温度系数，与该线圈电阻温度系数实质上相等，且于一预设温度下，具有一预设第一电阻值，该第一电阻用以接收该第一电流而产生一第一电压；

一第二电阻，与该电流源电路耦接，该第二电阻具有一第二电阻温度系数，且于该预设温度下，具有一预设第二电阻值，该第二电阻用以接收该第二电流而产生一第二电压；以及

一转换电路，分别与该线圈、该第一电阻与该第二电阻耦接，用以根据该预设温度、该第一电压、该第二电压、该线圈电阻温度系数、该预设第一电阻值、该预设第二电阻值与该线圈电流分别与该第一电流与该第二电流的相关关系，产生一温度感测信号，以示意该线圈温度；

其中，该第二电阻温度系数小于一电阻温度系数阈值，使得该第二电压的温度变化率，正比于该线圈电阻温度系数的负值。

9.如权利要求8所述的线圈温度感测电路，其中该电阻温度系数阈值等于100ppm/℃。

10.如权利要求8所述的线圈温度感测电路，其中该第二电阻温度系数小于该线圈电阻温度系数的1/30。

11.如权利要求8所述的线圈温度感测电路，其中该电流源电路包括：

一第一电流控制电流源，与该线圈耦接，用以根据该线圈电流产生该第一电流，其中该第一电流正比于该线圈电流，且该第一电流与该线圈电流比值为一第一固定比例参数；以及

一第二电流控制电流源，与该线圈耦接，用以根据该线圈电流产生该第二电流，其中该第二电流正比于该线圈电流，且该第二电流与该线圈电流比值为一第二固定比例参数；

其中该转换电路根据该第一固定比例参数以及该第二固定比例参数产生该温度感测信号。

12.如权利要求11所述的线圈温度感测电路，其中该线圈温度、该预设温度、该第一固定比例参数、该第二固定比例参数、该预设第一电阻值、该预设第二电阻值、该第一电压、该第二电压与该线圈电阻温度系数，具有以下关系式：

其中，

T_c为该线圈温度；

T₀为该预设温度；

H1为该第一固定比例参数，示意该第一电流与该线圈电流比值；

H2为该第二固定比例参数，示意该第二电流与该线圈电流比值；

R_s0为该预设第一电阻值；

R_t0为该预设第二电阻值；

V_s为该第一电压；

V_t为该第二电压；

α为该线圈电阻温度系数。

13.如权利要求8所述的线圈温度感测电路，其中该线圈应用于一马达、一扬声器或一切换式电源供应器的功率级电路。

14.如权利要求8所述的线圈温度感测电路，其中该第一电阻与该线圈由相同材质所组成。