TWI721801B - 具自我校準功能的電流感測電路 - Google Patents

具自我校準功能的電流感測電路 Download PDF

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詹凱筌
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Abstract

一種具自我校準功能的電流感測電路，包括：兩引腳、感測元件及感測與校準電路。感測元件具有感測電阻值。感測與校準電路用以感測與校準感測元件兩端的感測電壓，並用以根據感測電阻值及感測電壓而感測流經感測元件的感測電流，並產生電流感測輸出訊號。感測與校準電路包括：兩銲盤、電壓電流轉換電路、電流鏡電路及電流電壓轉換電路。感測元件具有第一溫度係數（Temperature Coefficient, TC），電壓電流轉換電路中的調整電阻以及電流電壓轉換電路中的調整電阻，其TC及/或電阻值根據第一TC而決定，以補償第一TC，使得電流感測輸出訊號之TC大致上為0。

Description

具自我校準功能的電流感測電路
本發明係有關一種電流感測電路，特別是指一種具有自我校準功能的電流感測電路。
第1圖顯示一種先前技術應用於返馳式電源供應電路二次側之電流感測電路。電流感測電路包括協定控制電路1000及感測電阻Rcs’，感測電阻Rcs’位於協定控制電路1000之外部（積體電路之外部）。協定控制電路1000根據感測電阻Rcs’之電阻值及其兩端之電壓Vcs’，以感測流經返馳式電源供應電路二次側之電流Isr。本先前技術中，協定控制電路1000例如以匯流排接腳D+, D-傳輸包括例如二次側之電流Isr的資訊。
第1圖中所示之先前技術，其缺點在於，感測電阻Rcs’具有溫度係數，為準確感測電流，需使用高精度、低溫度係數之感測電阻，因此感測電阻之成本較高，且由於需使用分立的感測電阻，因此需佔用較大的電路板面積。
本發明相較於第1圖之先前技術，利用接合引線（bonding wire）或引腳（lead）延長部之寄生電阻作為感測電阻，可大幅降低成本且節省電路板面積。本發明之電流感測電路更可用以校準寄生電阻之溫度係數，使得感測之電流值維持準確，而不受溫度係數之影響。此外，本發明之電流感測電路也可用以校準寄生電阻因老化而產生之改變，使得感測之電流值維持準確，而不受寄生電阻因氧化或銲點剝離等原因之影響。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種具自我校準功能的電流感測電路，包含：兩引腳（lead）；一感測元件，具有一感測電阻值，其中該感測元件之兩端分別與該兩引腳耦接；以及一感測與校準電路，用以感測與校準該感測元件兩端的一感測電壓，並用以根據該感測電阻值及該感測電壓而感測流經該感測元件的一感測電流，並產生一電流感測輸出訊號，其中該感測與校準電路包括：兩銲盤（pad），分別耦接於該兩引腳；一電壓電流轉換電路，用以根據該感測電壓而於第一節點產生第一電流，其中該電壓電流轉換電路包括第一調整電阻，該第一電流根據該第一調整電阻的電阻值而決定；一電流鏡電路，耦接於該第一節點，用以根據該第一電流而於第二節點產生第二電流；以及一電流電壓轉換電路，用以根據該第二電流而產生該電流感測輸出訊號，其中該電流電壓轉換電路包括第二調整電阻，該電流感測輸出訊號根據該第二調整電阻的電阻值而決定；其中該感測元件為一接合引線（bonding wire）或一引腳延長部，其中當該感測元件為接合引線時，其兩端分別與該兩引腳藉由壓銲（bonding）耦接；其中該感測元件具有一第一溫度係數（Temperature Coefficient），其中該第一調整電阻與該第二調整電阻之元件參數根據該第一溫度係數而決定，以補償該第一溫度係數，使得該電流感測輸出訊號之一第二溫度係數大致上為0；其中該第一調整電阻與該第二調整電阻之元件參數包括：該第一調整電阻的電阻值、該第一調整電阻的一第三溫度係數、該第二調整電阻的電阻值，以及該第二調整電阻的一第四溫度係數。
在一較佳實施例中，該感測與校準電路更包括一增益級電路，耦接於該兩銲盤，用以放大該感測電壓而產生一增益電壓；其中該電壓電流轉換電路耦接於該增益級電路，用以根據該增益電壓而於該第一節點產生該第一電流。
在一較佳實施例中，該增益級電路配置為一單端輸出差動電路，其中該增益電壓之電壓位準為該感測電壓之一增壓倍數（voltage scale-up factor），其中該增壓倍數大於等於1。
在一較佳實施例中，該電壓電流轉換電路更包括：一誤差放大電路，用以將一回授電壓與該增益電壓之差值放大而產生一誤差放大訊號；以及一第一電晶體，受該誤差放大訊號控制而於該第一節點產生該第一電流，且該第一電流流經該第一電晶體的第一端與第二端；其中該第一調整電阻耦接於該第一電晶體的第二端，藉由該第一電流流經該第一調整電阻，使得該第一電晶體之第二端與該第一調整電阻之間之一第三節點具有該回授電壓。
在一較佳實施例中，該電流鏡電路包括：一第二電晶體，其第一端與控制端相互耦接，且其第一端更耦接於該第一節點，其中該第一電流流經該第二電晶體的第一端與第二端；以及一第三電晶體，其控制端與該第二電晶體的控制端相互耦接，以於該第二節點鏡像產生該第二電流，其中該第二電流流經該第三電晶體的第一端與第二端；其中該第二調整電阻耦接於該第二節點，藉由該第二電流流經該第二調整電阻，使得該第二節點具有該電流感測輸出訊號。
就另一個觀點言，本發明也提供了一種具自我校準功能的電流感測電路，包含：兩引腳（lead）；一感測元件，具有一感測電阻值，其中該感測元件之兩端分別與該兩引腳耦接，其中該感測元件具有一第一溫度係數（Temperature Coefficient）；以及一感測與校準電路，用以感測與校準該感測元件兩端的一感測電壓，並用以根據該感測電阻值及該感測電壓而感測流經該感測元件的一感測電流，並產生一電流感測輸出訊號，其中該感測與校準電路包括：兩銲盤（pad），分別耦接於該兩引腳；一電壓電流轉換電路，用以根據該感測電壓而於第一節點產生第一電流，其中該電壓電流轉換電路包括第一調整電阻，該第一電流根據該第一調整電阻的電阻值而決定；一電流鏡電路，耦接於該第一節點，用以根據該第一電流而於第二節點產生第二電流；一電流電壓轉換電路，用以根據該第二電流而產生該電流感測輸出訊號，其中該電流電壓轉換電路包括第二調整電阻，該電流感測輸出訊號根據該第二調整電阻的電阻值而決定；一溫度感測電路，用以於一生產模式下，感測一第一參考溫度及一第二參考溫度，且於一操作模式下，感測一操作溫度；其中該第一溫度係數根據該第一參考溫度、該第二參考溫度、於該第一參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號以及於該第二參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號而決定；以及一調整電路，用以於該操作模式下，根據該第一溫度係數及該操作溫度而調整該第一調整電阻的電阻值及/或該第二調整電阻的電阻值，以補償該第一溫度係數，使得該電流感測輸出訊號之一第二溫度係數大致上為0；其中該感測元件為接合引線（bonding wire）或引腳延長部，其中當該感測元件為接合引線時，其兩端分別與該兩引腳藉由壓銲（bonding）耦接。
就另一個觀點言，本發明也提供了一種具自我校準功能的電流感測電路，包含：兩引腳（lead）；一感測元件，具有一感測電阻值，其中該感測元件之兩端分別與該兩引腳耦接；以及一感測與校準電路，用以感測與校準該感測元件兩端的一感測電壓，並用以根據該感測電阻值及該感測電壓而感測流經該感測元件的一感測電流，並產生一電流感測輸出訊號，其中該感測與校準電路包括：兩銲盤（pad），分別耦接於該兩引腳；一電壓電流轉換電路，用以根據該感測電壓而於第一節點產生第一電流，其中該電壓電流轉換電路包括第一調整電阻，該第一電流根據該第一調整電阻的電阻值而決定；一電流鏡電路，耦接於該第一節點，用以根據該第一電流而於第二節點產生第二電流；一電流電壓轉換電路，用以根據該第二電流而產生該電流感測輸出訊號，其中該電流電壓轉換電路包括第二調整電阻，該電流感測輸出訊號根據該第二調整電阻的電阻值而決定；一電流產生電路，用以產生一測試電流；一類比數位轉換電路，用以轉換該電流感測輸出訊號而產生一數位訊號，其中於一生產模式下，在一第一時段中，該測試電流設定為第一電流位準，此時該數位訊號對應為第一數位訊號，在一第二時段中，該測試電流設定為第二電流位準，此時該數位訊號對應為第二數位訊號，其中於一開機測試模式下，在一第三時段中，該測試電流設定為該第一電流位準，此時該數位訊號對應為第三數位訊號，在一第四時段中，該測試電流設定為該第二電流位準，此時該數位訊號對應為第四數位訊號；其中該感測元件之一初始電阻值根據該第一電流位準、該第一數位訊號、該第二電流位準以及該第二數位訊號而決定，其中該感測元件之一即時電阻值根據該第一電流位準、該第三數位訊號、該第二電流位準以及該第四數位訊號而決定；以及一調整電路，用以於該開機測試模式下，根據該感測元件之初始電阻值與該即時電阻值而控制該第一調整電阻的電阻值及/或該第二調整電阻的電阻值，以補償該感測元件之即時電阻值與初始電阻值之差值，進而使得該即時電流感測輸出訊號不因該感測元件隨時間變化而改變；其中該感測元件為接合引線（bonding wire）或引腳延長部，其中當該感測元件為接合引線時，其兩端分別與該兩引腳藉由壓銲（bonding）耦接。
在一較佳實施例中，該感測元件具有一第一溫度係數（Temperature Coefficient），其中該感測與校準電路更包括一溫度感測電路，用以於一生產模式下，感測一第一參考溫度及一第二參考溫度，且於一操作模式下，感測一操作溫度；其中該第一溫度係數根據該第一參考溫度、該第二參考溫度、於該第一參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號以及於該第二參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號而決定； 其中該調整電路更用以於該操作模式下，根據該第一溫度係數及該操作溫度而調整該第一調整電阻的電阻值及/或該第二調整電阻的電阻值，以補償該第一溫度係數，使得該電流感測輸出訊號之一第二溫度係數大致上為0。
在一較佳實施例中，該電流產生電路包括：一第一誤差放大電路，用以根據一致能訊號，將一測試電壓與一測試參考電壓之差值放大而產生一測試訊號；一測試電晶體，受該測試訊號控制而產生一測試電流，其第一端耦接於該兩引腳之一第一引腳，其中該測試電流流經該感測元件；以及一測試電阻，耦接於該兩引腳之一第二引腳，藉由該測試電流流經該測試電阻，使得該第二引腳與該測試電阻之間之一回授節點具有該測試電壓；其中該測試電流之電流位準根據該測試電壓與該測試電阻而決定。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
請參閱第2圖，第2圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種實施例方塊圖（電流感測電路2000）。在一實施例中，電流感測電路2000包含：兩引腳（lead，如第2圖所示之引腳L1及L2）、感測元件Sc及感測與校準電路200。具體而言，感測與校準電路200與引腳L1及L2封裝於一積體電路封裝之內，而引腳L1及L2為積體電路封裝之引腳，其中感測與校準電路200形成於一晶粒中。
在一實施例中，如第2圖所示，感測元件Sc為接合引線bw0（bonding wire），其兩端分別與兩引腳（即引腳L1及L2）藉由壓銲（bonding）耦接，其中感測元件Sc具有一感測電阻值（即感測元件Sc之寄生電阻值）。在一實施例中，感測與校準電路200用以感測與校準感測元件Sc兩端的感測電壓Vcs，並用以根據感測元件Sc之感測電阻值及感測電壓Vcs而感測流經感測元件Sc的感測電流Ics，並產生電流感測輸出訊號Vcs_s。
在一實施例中，感測與校準電路200包括：兩銲盤（pad，如第2圖所示之銲盤P1及P2）、電壓電流轉換電路10、電流鏡電路20及電流電壓轉換電路30。在一實施例中，銲盤P1及P2分別耦接於引腳L1及L2，具體而言，銲盤P1及P2分別以接合引線bw1與bw2壓銲於引腳L1及L2。在一實施例中，電壓電流轉換電路10耦接於銲盤P1及P2，用以根據感測電壓Vcs而於第一節點N1產生第一電流I1，其中電壓電流轉換電路10包括第一調整電阻R1，第一電流I1根據第一調整電阻R1的電阻值而決定。在一實施例中，電流鏡電路20耦接於第一節點N1，用以根據第一電流I1而於第二節點N2產生第二電流I2。在一實施例中，電流電壓轉換電路30用以根據第二電流I2而產生電流感測輸出訊號Vcs_s，其中電流電壓轉換電路包括第二調整電阻R2，電流感測輸出訊號Vcs_s根據第二調整電阻R2的電阻值而決定。
請繼續參閱第2圖，在一實施例中，感測元件Sc具有第一溫度係數（Temperature Coefficient）。在一實施例中，第一調整電阻R1與第二調整電阻R2具有元件參數，該元件參數包括：第一調整電阻R1的電阻值、第一調整電阻R1的第三溫度係數、第二調整電阻R2的電阻值，以及第二調整電阻R2的第四溫度係數。在一實施例中，第一調整電阻R1與第二調整電阻R2之元件參數根據第一溫度係數而決定，以補償第一溫度係數，使得電流感測輸出訊號Vcs_s之第二溫度係數大致上為0。具體而言，由於感測元件Sc具有第一溫度係數，其感測電阻值隨溫度變化而改變，而電流感測輸出訊號Vcs_s具有第二溫度係數，在未經本發明之電流感測電路校準前，該第二溫度係數相關於第一溫度係數，故電流感測輸出訊號Vcs_s之值隨溫度變化而改變；在經本發明之電流感測電路校準後，藉由決定第一調整電阻R1與第二調整電阻R2之元件參數而補償第一溫度係數，使得第二溫度係數大致上為0，亦即電流感測輸出訊號Vcs_s之值不受溫度影響。
請參閱第3圖，第3圖顯示本發明之具自我校準功能的電流感測電路中，感測元件之另一種實施例示意圖（感測元件Sc’）。如第3圖所示，在一實施例中，感測元件Sc’為引腳延長部LE，本實施例中，以引腳延長部LE的寄生電阻具有前述的感測電阻值。所述的引腳延長部LE，在一實施例中，係指與引腳L1、L2以相同材料在例如同一個引腳架（leadframe）上所形成的延長部，適當設計延長部LE的長度與寬度可使延長部LE具有所需的感測電阻值。
請參閱第4圖，第4圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種實施例示意圖（電流感測電路4000）。在一實施例中，電流感測電路4000中的感測與校準電路400更包括增益級電路40。在一實施例中，增益級電路40配置為單端輸出差動電路4。在一實施例中，增益級電路40耦接於銲盤P1及P2，用以放大感測電壓Vcs而產生增益電壓Vg，其中增益電壓Vg之電壓位準為感測電壓Vcs之一增壓倍數（voltage scale-up factor），其中增壓倍數大於等於1，在一實施例中，增壓倍數例如可為20，用以放大感測電壓Vcs而產生具有較高電壓位準的增益電壓Vg。在一實施例中，電壓電流轉換電路10耦接於增益級電路40，用以根據增益電壓Vg而於第一節點N1產生第一電流I1。
請參閱第5A圖，第5A圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種具體實施例示意圖（電流感測電路5000）。在一實施例中，電流感測電路5000中的感測與校準電路500包括增益級電路40、電壓電流轉換電路11、電流鏡電路21以及電流電壓轉換電路31。
在一實施例中，電壓電流轉換電路11更包括誤差放大電路1及第一電晶體M1。在一實施例中，誤差放大電路1用以將回授電壓Vb與增益電壓Vg之差值放大而產生誤差放大訊號Vc。在一實施例中，增益電壓Vg對應耦接於誤差放大電路1之正輸入端。在一具體實施例中，第一電晶體M1具有控制端（對應於閘極）、第一端（對應於汲極）以及第二端（對應於源極），為便於敘述，以下以本實施例說明之。在一實施例中，第一電晶體M1之閘極受誤差放大訊號Vc控制而於第一節點N1產生第一電流I1，且第一電流I1流經第一電晶體M1的汲-源極。在一實施例中，第一調整電阻R1耦接於第一電晶體M1的源極，藉由第一電流I1流經第一調整電阻R1，使得第一電晶體M1的源極與第一調整電阻R1之間的第三節點N3具有回授電壓Vb。在一實施例中，回授電壓Vb對應耦接於誤差放大電路1之負輸入端，形成負回授路徑，藉此調節回授電壓Vb的位準大致上等於增益電壓Vg的位準。
在一實施例中，電流鏡電路21包括第二電晶體M2以及第三電晶體M3。在一具體實施例中，第二電晶體M2/第三電晶體M3具有控制端（對應於閘極）、第一端（對應於汲極）以及第二端（對應於源極），為便於敘述，以下以本實施例說明之。在一實施例中，第二電晶體M2之汲極與閘極相互耦接，且其汲極更耦接於第一節點N1，其中第一電流I1流經第二電晶體M2的汲-源極。在一實施例中，第三電晶體M3的閘極與第二電晶體M2的閘極相互耦接，以於第二節點N2鏡像產生第二電流I2，其中第二電流I2流經第三電晶體M3的汲-源極。在一實施例中，第二電流I2為第一電流I1與一預設倍率的乘積，預設倍率例如但不限於等於1。在一實施例中，第二調整電阻R2耦接於第二節點N2，藉由第二電流I2流經第二調整電阻R2，使得第二節點N2具有電流感測輸出訊號Vcs_s。
請繼續參閱第5A圖，具體而言，在一實施例中，電流感測輸出訊號Vcs_s係根據第二電流I2及第二調整電阻R2而產生，而第二電流I2根據第一電流I1而產生，且第一電流I1根據回授電壓Vb及第一調整電阻R1而決定，而回授電壓Vb與增益電壓Vg大致上相等，增益電壓Vg則相關於感測電流Ics及感測元件Sc（具有第一溫度係數）。綜上，電流感測輸出訊號Vcs_s由感測電流Ics、感測元件Sc、第一調整電阻R1及第二調整電阻R2決定，因此，本實施例中第一調整電阻R1及第二調整電阻R2之元件參數根據感測元件Sc之第一溫度係數而決定，可使得電流感測輸出訊號Vcs_s不隨溫度變化而改變。
請同時參閱第5A圖及第5B圖，第5B圖顯示本發明中感測電壓Vcs、電流感測輸出訊號Vcs_s與溫度之關係圖。如第5B圖所示，由於感測電壓Vcs相關於感測元件Sc之第一溫度係數，故感測電壓Vcs之值隨溫度變化而改變；而電流感測輸出訊號Vcs_s則經第一調整電阻R1及第二調整電阻R2之元件參數對於第一溫度係數之補償，因此電流感測輸出訊號Vcs_s之值大致上為一定值，不隨溫度變化而改變。
請參閱第6圖，第6圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種具體實施例示意圖（電流感測電路6000）。在本實施例中，感測與校準電路600中的增益電路40、電壓電流轉換電路11、電流鏡電路21以及電流電壓轉換電路31之配置與操作，均與前述第5A圖之實施例相似，在此不贅述。
如第6圖所示，在一實施例中，感測與校準電路600更包括溫度感測電路50及調整電路60。在一實施例中，溫度感測電路50用以於生產模式下，感測第一參考溫度及第二參考溫度，且於操作模式下，感測操作溫度，其中，溫度感測電路50根據感測之溫度而產生其對應的溫度訊號Vtemp。在一實施例中，第一溫度係數可經由外部測試設備或內部電路，根據第一參考溫度、第二參考溫度、於第一參考溫度時所對應的電流感測輸出訊號Vcs_s以及於第二參考溫度時所對應的電流感測輸出訊號Vcs_s計算而決定。
在一實施例中，調整電路60用以於操作模式下，根據第一溫度係數及操作溫度而調整第一調整電阻R1的電阻值及/或第二調整電阻R2的電阻值，以補償第一溫度係數，使得電流感測輸出訊號Vcs_s之第二溫度係數大致上為0，亦即使得電流感測輸出訊號Vcs_s之值不隨溫度變化而改變。
舉例而言，在一實施例中，於生產模式下，在第一時段中，設定一第一參考溫度（例如：室溫25 oC）及一電流，且固定第一調整電阻R1及第二調整電阻R2之電阻值，並量測此時所對應的電流感測輸出訊號Vcs_s以及溫度訊號Vtemp；在第二時段中，重複上述步驟，設定一第二參考溫度（例如：高於室溫之125 oC）及與第一時段相同之電流，固定第一調整電阻R1及第二調整電阻R2之電阻值，並量測此時所對應的電流感測輸出訊號Vcs_s以及溫度訊號Vtemp，藉此計算欲使感測電壓Vcs不隨度變化而改變時，第一調整電阻R1及/或第二調整電阻R2所需隨著溫度訊號Vtemp調整的關係。接著，於操作模式下，設定與前述生產模式下相同的電流，並量測溫度訊號Vtemp，藉此使得往後每一操作模式下，第一調整電阻R1及/或第二調整電阻R2能藉由上述關係，隨溫度而調整，以補償第一溫度係數，進而使得電流感測輸出訊號Vcs_s之值不隨溫度變化而改變。在一實施例中，前述的調整可以在操作模式中的例如於剛開機電源重啟階段或開機測試階段中執行。
請參閱第7圖，第7圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種具體實施例示意圖（電流感測電路7000）。在本實施例中，感測與校準電路700中的增益電路40、電壓電流轉換電路11、電流鏡電路21以及電流電壓轉換電路31之配置與操作，均與前述第5A圖之實施例相似，在此不贅述。
如第7圖所示，在一實施例中，感測與校準電路700更包括電流產生電路70、類比數位轉換電路80及調整電路90。在一實施例中，電流產生電路70包括誤差放大電路7、測試電晶體M7及測試電阻R7。在一實施例中，電流產生電路70用以於首次測試時，產生第一位準與第二位準的測試電流It，並於首次測試後，於電流感測電路每次開機測試時，均產生第一位準與第二位準的測試電流It。
在一具體實施例中，測試電流It之電流位準根據測試電壓Vt與測試電阻R7而決定，詳言之，誤差放大電路7用以根據致能訊號En，將測試電壓Vt與測試參考電壓Vf之差值放大而產生測試訊號Vs，測試電晶體M7並根據測試訊號Vs而產生測試電流It，而由於測試電晶體M7之第一端（例如對應於其源極）耦接於引腳L1，且測試電阻R7耦接於引腳L2，因此測試電流It流經感測元件Sc及測試電阻R7，藉由測試電流It流經該測試電阻R7，使得引腳L2與測試電阻R7之間之一回授節點Nb具有該測試電壓Vt。在一實施例中，測試參考電壓Vf對應於誤差放大電路7的正輸入端，測試電壓Vt對應於誤差放大電路7的負輸入端，形成一負回授路徑，在本實施例中，測試電流It可由測試參考電壓Vf及測試電阻R7決定。
在一實施例中，類比數位轉換電路80用以轉換電流感測輸出訊號Vcs_s而產生數位訊號，並於生產模式下，根據兩不同電流位準的測試電流It及其各自對應的數位訊號而決定感測元件Sc之初始電阻值；且於開機測試模式下，根據兩不同電流位準（與生產模式下相同的兩種電流位準）的測試電流It及其各自對應的數位訊號而決定感測元件Sc之即時電阻值。
具體而言，在一實施例中，於生產模式下，在第一時段中，測試電流It設定為第一電流位準（例如為0.2A），此時數位訊號對應為第一數位訊號，在第二時段中，測試電流It設定為第二電流位準（例如為0A），此時數位訊號對應為第二數位訊號；於開機測試模式下，在第三時段中，測試電流It設定為第一電流位準（例如為0.2A），此時數位訊號對應為第三數位訊號，在第四時段中，測試電流It設定為第二電流位準（例如為0A），此時數位訊號對應為第四數位訊號。在一實施例中，感測元件Sc之初始電阻值根據第一電流位準、第一數位訊號、第二電流位準以及第二數位訊號而決定；感測元件Sc之即時電阻值則根據第一電流位準、第三數位訊號、第二電流位準以及第四數位訊號而決定。
需說明的是，感測元件Sc可能肇因於氧化或銲點剝離等原因而隨時間老化，因此其即時電阻值可能隨時間而改變。
在一實施例中，調整電路90用以於開機測試模式下，根據感測元件Sc之初始電阻值與即時電阻值而控制第一調整電阻R1的電阻值及/或第二調整電阻R2的電阻值，以補償感測元件Sc之即時電阻值與初始電阻值之差值，進而使得即時電流感測輸出訊號Vcs_s不因感測元件Sc之電阻值隨時間變化而改變，亦即不因感測元件Sc老化而影響即時電流感測輸出訊號Vcs_s之值。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
1:誤差放大電路 10, 11:電壓電流轉換電路 1000:協定控制電路 20, 21:電流鏡電路 200, 400, 500, 600, 700:感測與校準電路 2000, 4000, 5000, 6000, 7000:電流感測電路 30, 31:電流電壓轉換電路 4:單端輸出差動電路 40:增益級電路 50:溫度感測電路 60:調整電路 7:誤差放大電路 70:電流產生電路 80:類比數位轉換電路 90:調整電路 bw0, bw1, bw2:接合引線 D+, D-:匯流排接腳 En:致能訊號 I1,I2:電流 Ics:感測電流 Isr:電流 It:測試電流 L1, L2:引腳 LE:引腳延長部 M1, M2, M3:電晶體 M7:測試電晶體 N1, N2, N3:節點 P1, P2:銲盤 R1, R2:調整電阻 R7:測試電阻 Rcs’:感測電阻 Sc, Sc’:感測元件 Vb:回授電壓 Vc:誤差放大訊號 Vcs:感測電壓 Vcs’:電壓 Vcs_s:電流感測輸出訊號 Vf:測試參考電壓 Vg:增益電壓 Vs:測試訊號 Vt:測試電壓 Vtemp:溫度訊號
第1圖顯示一種先前技術應用於返馳式電源供應電路二次側之電流感測電路。
第2圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種實施例方塊圖。
第3圖顯示本發明之具自我校準功能的電流感測電路中，感測元件之一種實施例示意圖。
第4圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種實施例示意圖。
第5A圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種具體實施例示意圖。
第5B圖顯示本發明中感測電壓、電流感測輸出訊號與溫度之關係圖。
第6圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種具體實施例示意圖。
第7圖顯示本發明具自我校準功能的電流感測電路之一種具體實施例示意圖。
無
1:誤差放大電路
11:電壓電流轉換電路
21:電流鏡電路
31:電流電壓轉換電路
4:單端輸出差動電路
40:增益級電路
50:溫度感測電路
60:調整電路
600:感測與校準電路
6000:電流感測電路
I1,I2:電流
Ics:感測電流
L1,L2:引腳
M1,M2,M3:電晶體
N1,N2,N3:節點
P1,P2:銲盤
R1,R2:調整電阻
Sc:感測元件
Vb:回授電壓
Vc:誤差放大訊號
Vcs:感測電壓
Vcs_s:電流感測輸出訊號
Vg:增益電壓
Vtemp:溫度訊號

Claims (16)

  1. 一種具自我校準功能的電流感測電路，包含：兩引腳(lead)；一感測元件，具有一感測電阻值，其中該感測元件之兩端分別與該兩引腳耦接；以及一感測與校準電路，用以感測與校準該感測元件兩端的一感測電壓，並用以根據該感測電阻值及該感測電壓而感測流經該感測元件的一感測電流，並產生一電流感測輸出訊號，其中該感測與校準電路包括：兩銲盤(pad)，分別耦接於該兩引腳；一電壓電流轉換電路，用以根據該感測電壓而於第一節點產生第一電流，其中該電壓電流轉換電路包括第一調整電阻，該第一電流根據該第一調整電阻的電阻值而決定；一電流鏡電路，耦接於該第一節點，用以根據該第一電流而於第二節點產生第二電流；以及一電流電壓轉換電路，用以根據該第二電流而產生該電流感測輸出訊號，其中該電流電壓轉換電路包括第二調整電阻，該電流感測輸出訊號根據該第二調整電阻的電阻值而決定；其中該感測元件為一接合引線(bonding wire)或一引腳延長部，其中當該感測元件為接合引線時，其兩端分別與該兩引腳藉由壓銲(bonding)耦接；其中該感測元件具有一第一溫度係數(Temperature Coefficient)，其中該第一調整電阻與該第二調整電阻之元件參數根據該第一溫度係數而決 定，以補償該第一溫度係數，使得該電流感測輸出訊號之一第二溫度係數大致上為0；其中該第一調整電阻與該第二調整電阻之元件參數包括：該第一調整電阻的電阻值、該第一調整電阻的一第三溫度係數、該第二調整電阻的電阻值，以及該第二調整電阻的一第四溫度係數；其中該感測與校準電路更包括一增益級電路，耦接於該兩銲盤，用以放大該感測電壓而產生增益電壓；其中該電壓電流轉換電路耦接於該增益級電路，用以根據該增益電壓而於該第一節點產生該第一電流。
  2. 如請求項1所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該增益級電路配置為一單端輸出差動電路，其中該增益電壓之電壓位準為該感測電壓之一增壓倍數(voltage scale-up factor)，其中該增壓倍數大於等於1。
  3. 如請求項1所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該電壓電流轉換電路更包括：一誤差放大電路，用以將一回授電壓與該增益電壓之差值放大而產生一誤差放大訊號；以及一第一電晶體，受該誤差放大訊號控制而於該第一節點產生該第一電流，且該第一電流流經該第一電晶體的第一端與第二端；其中該第一調整電阻耦接於該第一電晶體的第二端，藉由該第一電流流經該第一調整電阻，使得該第一電晶體之第二端與該第一調整電阻之間之一第三節點具有該回授電壓。
  4. 如請求項1所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該電流鏡電路包括： 一第二電晶體，其第一端與控制端相互耦接，且其第一端更耦接於該第一節點，其中該第一電流流經該第二電晶體的第一端與第二端；以及一第三電晶體，其控制端與該第二電晶體的控制端相互耦接，以於該第二節點鏡像產生該第二電流，其中該第二電流流經該第三電晶體的第一端與第二端；其中該第二調整電阻耦接於該第二節點，藉由該第二電流流經該第二調整電阻，使得該第二節點具有該電流感測輸出訊號。
  5. 一種具自我校準功能的電流感測電路，包含：兩引腳(lead)；一感測元件，具有一感測電阻值，其中該感測元件之兩端分別與該兩引腳耦接，其中該感測元件具有一第一溫度係數(Temperature Coefficient)；以及一感測與校準電路，用以感測與校準該感測元件兩端的一感測電壓，並用以根據該感測電阻值及該感測電壓而感測流經該感測元件的一感測電流，並產生一電流感測輸出訊號，其中該感測與校準電路包括：兩銲盤(pad)，分別耦接於該兩引腳；一電壓電流轉換電路，用以根據該感測電壓而於第一節點產生第一電流，其中該電壓電流轉換電路包括第一調整電阻，該第一電流根據該第一調整電阻的電阻值而決定；一電流鏡電路，耦接於該第一節點，用以根據該第一電流而於第二節點產生第二電流； 一電流電壓轉換電路，用以根據該第二電流而產生該電流感測輸出訊號，其中該電流電壓轉換電路包括第二調整電阻，該電流感測輸出訊號根據該第二調整電阻的電阻值而決定；一溫度感測電路，用以於一生產模式下，感測一第一參考溫度及一第二參考溫度，且於一操作模式下，感測一操作溫度；其中該第一溫度係數根據該第一參考溫度、該第二參考溫度、於該第一參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號以及於該第二參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號而決定；以及一調整電路，用以於該操作模式下，根據該第一溫度係數及該操作溫度而調整該第一調整電阻的電阻值及/或該第二調整電阻的電阻值，以補償該第一溫度係數，使得該電流感測輸出訊號之一第二溫度係數大致上為0；其中該感測元件為接合引線(bonding wire)或引腳延長部，其中當該感測元件為接合引線時，其兩端分別與該兩引腳藉由壓銲(bonding)耦接。
  6. 如請求項5所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該感測與校準電路更包括一增益級電路，耦接於該兩銲盤，用以放大該感測電壓而產生增益電壓；其中該電壓電流轉換電路耦接於該增益級電路，用以根據該增益電壓而於該第一節點產生該第一電流。
  7. 如請求項6所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該增益級電路配置為一單端輸出差動電路，其中該增益電壓之電壓位準為該感測電壓之一增壓倍數(voltage scale-up factor)，其中該增壓倍數大於等於1。
  8. 如請求項6所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該電壓電流轉換電路更包括：一誤差放大電路，用以將一回授電壓與該增益電壓之差值放大而產生一誤差放大訊號，其中該增益電壓對應於該誤差放大電路之一正輸入端；以及一第一電晶體，受該誤差放大訊號控制而於該第一節點產生該第一電流，且該第一電流流經該第一電晶體的第一端與第二端；其中該第一調整電阻耦接於該第一電晶體的第二端，藉由該第一電流流經該第一調整電阻，使得該第一電晶體之第二端與該第一調整電阻之間之一第三節點具有該回授電壓。
  9. 如請求項6所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該電流鏡電路包括：一第二電晶體，其第一端與控制端相互耦接，且其第一端更耦接於該第一節點，其中該第一電流流經該第二電晶體的第一端與第二端；以及一第三電晶體，其控制端與該第二電晶體的控制端相互耦接，以於該第二節點鏡像產生該第二電流，其中該第二電流流經該第三電晶體的第一端與第二端；其中該第二調整電阻耦接於該第二節點，藉由該第二電流流經該第二調整電阻，使得該第二節點具有該電流感測輸出訊號。
  10. 一種具自我校準功能的電流感測電路，包含：兩引腳(lead)；一感測元件，具有一感測電阻值，其中該感測元件之兩端分別與該兩引腳耦接；以及 一感測與校準電路，用以感測與校準該感測元件兩端的一感測電壓，並用以根據該感測電阻值及該感測電壓而感測流經該感測元件的一感測電流，並產生一電流感測輸出訊號，其中該感測與校準電路包括：兩銲盤(pad)，分別耦接於該兩引腳；一電壓電流轉換電路，用以根據該感測電壓而於第一節點產生第一電流，其中該電壓電流轉換電路包括第一調整電阻，該第一電流根據該第一調整電阻的電阻值而決定；一電流鏡電路，耦接於該第一節點，用以根據該第一電流而於第二節點產生第二電流；一電流電壓轉換電路，用以根據該第二電流而產生該電流感測輸出訊號，其中該電流電壓轉換電路包括第二調整電阻，該電流感測輸出訊號根據該第二調整電阻的電阻值而決定；一電流產生電路，用以產生一測試電流；一類比數位轉換電路，用以轉換該電流感測輸出訊號而產生一數位訊號，其中於一生產模式下，在一第一時段中，該測試電流設定為第一電流位準，此時該數位訊號對應為第一數位訊號，在一第二時段中，該測試電流設定為第二電流位準，此時該數位訊號對應為第二數位訊號，其中於一開機測試模式下，在一第三時段中，該測試電流設定為該第一電流位準，此時該數位訊號對應為第三數位訊號，在一第四時段中，該測試電流設定為該第二電流位準，此時該數位訊號對應為第四數位訊號；其中該感測元件之一初始電阻值根據該第一電流位準、該第一數位訊號、該第二電流位準以及該第二數位訊號而決定，其中該感測元 件之一即時電阻值根據該第一電流位準、該第三數位訊號、該第二電流位準以及該第四數位訊號而決定；以及一調整電路，用以於該開機測試模式下，根據該感測元件之該初始電阻值與該即時電阻值而控制該第一調整電阻的電阻值及/或該第二調整電阻的電阻值，以補償該感測元件之該即時電阻值與該初始電阻值之差值，進而使得該即時電流感測輸出訊號不因該感測元件隨時間變化而改變；其中該感測元件為接合引線(bonding wire)或引腳延長部，其中當該感測元件為接合引線時，其兩端分別與該兩引腳藉由壓銲(bonding)耦接。
  11. 如請求項10所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該感測元件具有一第一溫度係數(Temperature Coefficient)，其中該感測與校準電路更包括一溫度感測電路，用以於一生產模式下，感測一第一參考溫度及一第二參考溫度，且於一操作模式下，感測一操作溫度；其中該第一溫度係數根據該第一參考溫度、該第二參考溫度、於該第一參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號以及於該第二參考溫度時所對應的該電流感測輸出訊號而決定；其中該調整電路更用以於該操作模式下，根據該第一溫度係數及該操作溫度而調整該第一調整電阻的電阻值及/或該第二調整電阻的電阻值，以補償該第一溫度係數，使得該電流感測輸出訊號之一第二溫度係數大致上為0。
  12. 如請求項10所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該電流產生電路包括： 一第一誤差放大電路，用以根據一致能訊號，將一測試電壓與一測試參考電壓之差值放大而產生一測試訊號；一測試電晶體，受該測試訊號控制而產生一測試電流，其第一端耦接於該兩引腳之一第一引腳，其中該測試電流流經該感測元件；以及一測試電阻，耦接於該兩引腳之一第二引腳，藉由該測試電流流經該測試電阻，使得該第二引腳與該測試電阻之間之一回授節點具有該測試電壓；其中該測試電流之電流位準根據該測試電壓與該測試電阻而決定。
  13. 如請求項10所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該感測與校準電路更包括一增益級電路，耦接於該兩銲盤，用以放大該感測電壓而產生一增益電壓；其中該電壓電流轉換電路耦接於該增益級電路，用以根據該增益電壓而於該第一節點產生該第一電流。
  14. 如請求項13所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該增益級電路配置為一單端輸出差動電路，其中該增益電壓之電壓位準為該感測電壓之一增壓倍數(voltage scale-up factor)，其中該增壓倍數大於等於1。
  15. 如請求項13所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該電壓電流轉換電路更包括：一第二誤差放大電路，用以將一回授電壓與該增益電壓之差值放大而產生一誤差放大訊號；以及一第一電晶體，受該誤差放大訊號控制而於該第一節點產生該第一電流，且該第一電流流經該第一電晶體的第一端與第二端； 其中該第一調整電阻耦接於該第一電晶體的第二端，藉由該第一電流流經該第一調整電阻，使得該第一電晶體之第二端與該第一調整電阻之間之一第三節點具有該回授電壓。
  16. 如請求項13所述之具自我校準功能的電流感測電路，其中該電流鏡電路包括：一第二電晶體，其第一端與控制端相互耦接，且其第一端更耦接於該第一節點，其中該第一電流流經該第二電晶體的第一端與第二端；以及一第三電晶體，其控制端與該第二電晶體的控制端相互耦接，以於該第二節點鏡像產生該第二電流，其中該第二電流流經該第三電晶體的第一端與第二端；其中該第二調整電阻耦接於該第二節點，藉由該第二電流流經該第二調整電阻，使得該第二節點具有該電流感測輸出訊號。
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