专利名称：用于具有热变电流感应元件的电路的热补偿方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路领域，并尤其涉及DC-DC转换器及相关方法。
背景技术：
通常，DC-DC转换器利用电流信息提供附加功能和特性的值。例如，一般作为安全措施实现在过载时限流。这样的限流特性会利用正比于输出电流限制电平的信号。在输出和负载间插入的电阻可以产生期望的与温度无关的反馈信号。然而，该传感器的电阻受功耗和信号幅度之间平衡的影响。通常，在电流极限处的信号电平约为0.1伏，这大大高于噪声底限。感应电阻器的功耗正比于极限电平处的负载电流。在高电流电平处，功耗就过载了。
消除感应电阻会改进DC-DC转换器的效率。替代附加的电阻元件，使用功率转换器部件中固有的元件来测量电流。例如，Walter等人题为“DC-to-DC converterwith inductor current sensing and related methods”的美国专利第5982160号提到可将电感器中的电流流动信息重构为通过电阻-电容网络的电压。该方法使用电感线圈内部的电阻作为电流感应元件。
消除电流感应电阻的另一方法是测量转换器中其中一个开关MOSFET的近似常数的导通状态电阻上的电压降。该方法对MOSFET内部传导期间的电压降进行采样以重构电流信息。上述两种方法都利用基本功率转换器元件作为电流感应元件，它们避免了在供电路径中使用功率耗散元件。
使用内部固有元件带来的问题是其电导随温度的变化。铜(在电导体和磁性线圈工艺中最常用的材料)具有的电阻率温度系数为0.0039/℃。类似地，MOSFET晶体管的沟道区也具有正的温度系数，它随温度的变化通常接近于直线。斜率随着所使用的技术不同而变化，温度系数的范围在0.0041/℃到0.0065/℃(考虑几种当今的MOSFET制造技术)。
电流流过这些电路元件时会产生正比与其幅度的热量。在大多数系统中，并且特定于电子功率转换器，控制元件不会远离这些功率元件。功率元件(还用于感应用途)中所产生的热量会使周围区域、控制电路以及本机周围的温度升高。
发明概述基于前述的背景，本发明的目的在于减小或消除电子电路中用于感应变化参数的固有电路元件中存在的热效应。
由使用通过电子电路固有电路元件产生的电流感应信息的电子电路的集成控制电路(如DC-DC转换器)提供基于本发明的这些和其他的对象、特点和优点。该集成控制电路包括用于控制电子电路的控制单元，以及用于感应由电子电路固有电路元件引起的温度升高并输出温度误差信号的温度传感器。一可变增益放大器连接于温度传感器，用于产生放大的温度误差信号，并且一加法器连接于可变增益放大器，用于组合放大温度误差信号和来自转换器固有电路元件的反馈信号，并将经温度校正的反馈信号提供到控制单元。
固有电路元件较佳地是输出电感器或DC到DC转换器的功率开关。功率开关通常是功率场效应晶体管(FET)，并且电流感应信息被测量为通过功率FET导通状态电阻的电压降。较佳地，加法器从反馈信号中消除引起的温度误差，由此产生与温度无关的反馈信号。并且，可通过外部调节电路调节可变增益放大器的增益。
另外，温度传感器可以具有正温度系数，并感应电子电路固有电路元件所引起的温度升高。这里，放大器从电子电路固有电路元件接收反馈信号，并从温度传感器接收温度误差信号，以产生输出到控制单元的经温度校正的反馈信号。放大器较佳地从反馈信号中消除引起的温度误差以产生与温度无关的反馈信号。另外，温度传感器可以从外部调节电路接收调节信号。
本发明的另一方面涉及调节上述DC到DC转换器的方法。该方法包括感应转换器固有电路元件(如输出电感器或功率开关)中电流。电流反馈回路和脉宽调制电路联合操作，用于响应于电流传感器而控制至少一个功率开关。该方法进一步包括通过感应由转换器固有电路元件引起的温度升高来产生温度误差信号，以及通过组合温度误差信号和来自电流反馈回路的反馈信号来将经温度校正的反馈信号提供到脉宽调制电路。
另外，可用连接于温度传感器的可变增益放大器放大温度误差信号。提供经温度校正的反馈信号较佳地包括从反馈信号中消除引起的温度误差以提供与温度无关的反馈信号。
另外，该方法可以包括通过利用具有正温度系数的温度传感器感应转换器固有电路元件所引起的温度升高，来产生温度误差信号，以及根据来自电路反馈回路的反馈信号和来自温度传感器的温度误差信号，产生输出到脉宽调制电路的经温度校正的反馈信号。
附图简述
图1是表示用作电流感应元件的基本功率转换器的热系统的示意图。
图2是根据本发明示出集成控制电路的示意图。
图3是根据本发明示出集成控制电路另一实施例的示意图。
较佳实施例详述以下参照附图更全面地描述本发明，其中示出了较佳的实施例。但是，可以用许多不同的形式实现本发明而不应将本发明仅限于所描述的实施例。提供这些实施例是为了使公开充分和完整，并全面地向本领域技术人员表示本发明的范围。全文中相同的标号表示相同的元件。
图1描述了表示用作电流感应元件的基本功率转换器的热系统10。热量发生器T1可表示MOSFET开关，热量发生器T2可表示输出电感器。当发出由这两个源产生的能量(热量)时，它沿着最低热阻路径通过周围系统10流向低温区域。图1中由元件E34表示控制电路。由于T1和T2是幅度相关的(这两个源都带有待监测电流的部分和完全的幅度)并给出了系统10的线性，可以推定在电路节点N3处由元件E43感应的温度升高是两个源的组合所产生热量的线性部分。这个结论是基于一种假设，即控制电路本身不耗散功率，或者由控制电路耗散的功率的幅度相当小，对系统的影响微乎其微。因此控制电路可以感应由感应元件引起的一部分热量增加。
本发明试图减小或消除电子电路中用于感应各种参数的固有电路元件中存在的热效应。这样，参照图2和3，本发明针对由使用通过电子电路固有电路元件产生的电流感应信息的电子电路的集成控制电路20、20’(如DC-DC转换器)。例如，如本领域技术人员熟知的，DC到DC转换器通常包括一个或多个功率开关、用于产生功率开关控制脉冲的脉宽调制电路(描述为控制电路32)以及连接在功率开关和输出端之间的输出电感器。电流传感器感应输出电感器中的电流。并且电流反馈回路(描述为反馈电路28)与脉宽调制电路联合操作以响应于电流传感器而控制功率开关。
转换器的固有电路元件较佳地是输出电感器或其中一个功率开关。这样的功率开关通常是功率场效应晶体管(FET)，并且电流感应信息被测量为功率FET导通状态电阻两端间的电压降。
参照图2，现描述本发明集成控制电路20的第一实施例。温度传感器22位于控制电路芯片上，用于测量温度的升高，其输出是A乘以一正比于所感应温度增量(例如，图1中节点N3周围所感应的温度和固定基准之间温度差，在该情况下固定基准为25℃)的因子。在该实施例中，在可变增益框24中放大温度传感器22输出的信号，可变增益框24可由阻抗电路34外部设置。需要外部设置的可变增益来提供应用的灵活性，因为控制电路32经历零点几度的温度上升就可以导致不同的物理实现。
随后通过加法电路26将放大的温度信息加到来自温度影响感应元件30通过反馈电路28的反馈信息中。由于温度升高的影响，反馈信号可分为两个部分基准温度Y(25℃)处的信号值以及所引起的温度误差Y(T-25℃)。如果等式A(T-25℃)×G/k＝Y(T-25℃)成立，就可以实现温度引起的感应信号误差的总体消除。较佳地，加法器消除从反馈信号所引起的温度误差，从而产生提供到控制电路32的与温度无关的反馈信号。
值得注意的是，没有信号被确定为任何种类的电压、电流或阻抗，因为各个框都可以用本领域技术人员所熟知的不同方法实现。
另外，温度传感器23可以具有正温度系数，并感应电子电路固有电路元件所引起的温度升高。这里，放大器25通过反馈电路28从电子电路固有电路元件接收反馈信号，并从温度传感器23接收温度误差信号，以产生输出到控制单元32的经温度校正的反馈信号。放大器25较佳地从反馈信号中消除引起的温度误差以产生与温度无关的反馈信号。另外，温度传感器可以从外部调节电路34接收调节信号。
在第二实施例(图3)中，感应元件30的热敏电阻RSNS(T)表示为正比于其标称值RSNS(25)。方便起见，RSNS(T)的标称值设为25℃时的值，那么RSNS(T)＝RSNS(25)×[1+k×(T-25℃)]。在该情况下，控制变量Y(T)的输出也是正比于其25℃时的值Y(25)，即Y(T)＝Y(25)×[1+k×(T-25℃)]。集成温度传感器23具有正温度系数并产生直接正比于温度的输出。由连接于温度传感器23的外部阻抗网络34选择比例常数k。对于第一实施例，只要选择合适的增益，感应元件30的温度效应就会完全消除。
本发明的另一方面涉及调节上述DC到DC转换器的方法。该方法包括感应转换器固有电路元件(如输出电感器或功率开关)中电流。电流反馈回路28和脉宽调制电路或控制电路32联合操作，用于响应于电流传感器30而控制功率开关。该方法进一步包括通过感应由转换器固有电路元件引起的温度升高来产生温度误差信号，以及通过组合温度误差信号和来自电流反馈回路的反馈信号来将经温度校正的反馈信号提供到脉宽调制电路或控制电路32。
另外，可用连接于温度传感器22的可变增益放大器24放大温度误差信号。提供经温度校正的反馈信号较佳地包括从反馈信号中消除引起的温度误差以提供与温度无关的反馈信号。
另外，该方法可以包括通过利用具有正温度系数的温度传感器23(图3)感应转换器固有电路元件所引起的温度升高，来产生温度误差信号，以及根据来自电路反馈回路28的反馈信号和来自温度传感器23的温度误差信号，产生输出到脉宽调制电路或控制电路32的经温度校正的反馈信号。
这样，以上所述的本发明实施例减小或消除电子电路(如DC到DC转换器)中用于感应各种参数(如电流)的固有电路元件(如输出电感器或功率FET)中存在的热效应。
本领域的技术人员得益于以上描述和附图中的指导会想到本发明的许多修改和其他实施例。因此，可以理解本发明不仅限于所揭示的特定实施例，并且各种修改和实施例也应包括在所附权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于电子电路的集成控制电路，所述电子电路使用通过所述电子电路固有电路元件产生的电流感应信息，所述集成控制电路包括控制单元，用于控制所述电子电路；温度传感器，用于感应由所述电子电路固有电路元件引起的温度升高并输出温度误差信号的；连接于所述温度传感器的可变增益放大器，用于产生放大的温度误差信号；以及连接于可变增益放大器的加法器，用于组合放大的温度误差信号和来自转换器固有电路元件的反馈信号，并将经温度校正的反馈信号提供到所述控制单元。
2.如权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于所述电子电路包括DC到DC转换器，并且所述转换器的固有电路元件包括输出电感器。
3.如权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于所述电子电路包括DC到DC转换器，并且所述转换器的固有电路元件包括功率开关。
4.如权利要求3所述的集成控制电路，其特征在于功率开关包括功率场效应晶体管(FET)，并且所述电流感应信息被测量为通过功率FET导通状态电阻的电压降。
5.如权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于所述加法器从反馈信号中消除所引起的温度误差，并且所述经温度校正的反馈信号包括与温度无关的反馈信号。
6.如权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于通过外部调节电路调节所述可变增益放大器的增益。
7.一种用于电子电路的集成控制电路，所述电子电路使用通过所述电子电路固有电路元件产生的电流感应信息，所述集成控制电路包括控制单元，用于控制所述电子电路；温度传感器，用于感应由所述电子电路固有电路元件引起的温度升高并输出温度误差信号，所述温度传感器具有正温度系数；以及放大器，用于从所述电子电路固有电路元件接收反馈信号，并从所述温度传感器接收温度误差信号，以产生输出到所述控制单元的经温度校正的反馈信号。
8.如权利要求7所述的集成控制电路，其特征在于所述电子电路包括DC到DC转换器，并且所述转换器的固有电路元件包括输出电感器。
9.如权利要求7所述的集成控制电路，其特征在于所述电子电路包括DC到DC转换器，并且所述转换器的固有电路元件包括功率开关。
10.如权利要求9所述的集成控制电路，其特征在于功率开关包括功率场效应晶体管，并且所述电流感应信息被测量为通过功率FET导通状态电阻的电压降。
11.如权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于所述放大器器从反馈信号中消除所引起的温度误差，并且所述经温度校正的反馈信号包括与温度无关的反馈信号。
12.如权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于所述温度传感器从外部调节电路接收调节信号。
13.一种DC到DC转换器，包括至少一个功率开关；脉宽调制电路，用于产生所述至少一个功率开关的控制脉冲；连接于所述至少一个功率开关的输出电感器；电流传感器，用于感应所述转换器固有电路元件中的电流，所述固有电路元件包括输出电感器和所述至少一个功率开关中的一个；电流反馈回路，与所述脉宽调制电路协作，用于响应于所述电流传感器控制所述至少一个功率开关；温度传感器，用于感应由所述电子电路固有电路元件引起的温度升高并输出温度误差信号的；连接于所述温度传感器的可变增益放大器，用于产生放大的温度误差信号；以及连接于可变增益放大器的加法器，用于组合放大的温度误差信号和来自所述电流反馈回路的反馈信号，并将经温度校正的反馈信号提供到所述脉宽调制电路。
14.如权利要求13所述的DC到DC转换器，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括输出电感器。
15.如权利要求13所述的DC到DC转换器，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括所述至少一个功率开关。
16.如权利要求15所述的DC到DC转换器，其特征在于所述至少一个功率开关包括功率场效应晶体管(FET)，并且所述电流感应信息被测量为通过功率FET导通状态电阻的电压降。
17.如权利要求13所述的DC到DC转换器，其特征在于所述加法器从反馈信号中消除所引起的温度误差，并且所述经温度校正的反馈信号包括与温度无关的反馈信号。
18.如权利要求13所述的DC到DC转换器，其特征在于进一步包括阻抗电路，用于调节所述可变增益放大器的增益。
19.一种DC到DC转换器，包括至少一个功率开关；脉宽调制电路，用于产生所述至少一个功率开关的控制脉冲；连接于所述至少一个功率开关的输出电感器；电流传感器，用于感应所述转换器固有电路元件中的电流，所述固有电路元件包括输出电感器和所述至少一个功率开关中的一个；电流反馈回路，与所述脉宽调制电路协作，用于响应于所述电流传感器控制所述至少一个功率开关；温度传感器，用于感应由所述转换器固有电路元件引起的温度升高并输出温度误差信号，所述温度传感器具有正温度系数；以及放大器，用于从电流反馈回路接收反馈信号，并从所述温度传感器接收温度误差信号，以产生输出到所述脉宽调制电路的经温度校正的反馈信号。
20.如权利要求19所述的DC到DC转换器，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括输出电感器。
21.如权利要求19所述的DC到DC转换器，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括所述至少一个功率开关。
22.如权利要求21所述的DC到DC转换器，其特征在于所述至少一个功率开关包括功率场效应晶体管(FET)，并且所述电流感应信息被测量为通过功率FET导通状态电阻的电压降。
23.如权利要求19所述的DC到DC转换器，其特征在于所述加法器从反馈信号中消除所引起的温度误差，并且所述经温度校正的反馈信号包括与温度无关的反馈信号。
24.如权利要求13所述的DC到DC转换器，其特征在于进一步包括阻抗电路，用于将调节信号提供到所述温度传感器。
25.一种调节DC到DC转换器的方法，所述DC到DC转换器包括输出端；至少一个功率开关；脉宽调制电路，用于产生所述至少一个功率开关的控制脉冲；连接在所述至少一个功率开关和输出端之间的输出电感器；以及电流反馈回路，与所述脉宽调制电路协作，用于控制所述至少一个功率开关，所述方法包括感应所述转换器固有电路元件中的电流，所述固有电路元件包括输出电感器和所述至少一个功率开关中的一个；使所述电流反馈回路和所述脉宽调制电路联合操作以响应于电流传感器而控制至少一个功率开关；通过感应由所述转换器固有电路元件引起的温度升高来产生温度误差信号；以及通过组合所述温度误差信号和来自所述电流反馈回路的反馈信号来将经温度校正的反馈信号提供到所述脉宽调制电路。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述方法进一步包括用连接于温度传感器的可变增益放大器产生放大的温度误差信号。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括输出电感器。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括所述至少一个功率开关。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述至少一个功率开关包括功率场效应晶体管(FET)，并且所述电流感应信息被测量为通过功率FET导通状态电阻的电压降。
30.如权利要求25所述的方法，其特征在于提供经温度校正的反馈信号包括从所述反馈信号中消除引起的温度误差以提供与温度无关的反馈信号。
31.一种调节DC到DC转换器的方法，所述DC到DC转换器包括至少一个功率开关；脉宽调制电路，用于产生所述至少一个功率开关的控制脉冲；连接于所述至少一个功率开关的输出电感器；以及电流反馈回路，与所述脉宽调制电路协作，用于控制所述至少一个功率开关，所述方法包括感应所述转换器固有电路元件中的电流，所述固有电路元件包括输出电感器和所述至少一个功率开关中的一个；使所述电流反馈回路和所述脉宽调制电路联合操作以响应于电流传感器而控制至少一个功率开关；通过利用具有正温度系数的温度传感器感应由所述转换器固有电路元件引起的温度升高来产生温度误差信号；以及根据来自所述电路反馈回路的反馈信号和来自所述温度传感器的温度误差信号，产生输出到所述脉宽调制电路的经温度校正的反馈信号。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括输出电感器。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述转换器的固有电路元件包括所述至少一个功率开关。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于所述至少一个功率开关包括功率场效应晶体管(FET)，并且所述电流感应信息被测量为通过功率FET导通状态电阻的电压降。
35.如权利要求31所述的方法，其特征在于提供经温度校正的反馈信号包括从所述反馈信号中消除引起的温度误差以提供与温度无关的反馈信号。
全文摘要
集成控制电路用于控制电子电路，如DC到DC转换器，它使用通过电子电路固有电路元件产生的电流感应信息。集成控制电路包括用于感应由电子电路固有电路元件引起的温度升高的温度传感器。组合温度误差信号和来自转换器固有电路元件的反馈信号，以将经温度校正的反馈信号提供到控制单元。
文档编号H03G3/04GK1545757SQ02816405
公开日2004年11月10日 申请日期2002年8月20日 优先权日2001年8月21日
发明者B·M·杜杜曼, M·B·哈里斯, R·H·伊沙姆, B M 杜杜曼, 伊沙姆, 哈里斯 申请人:英特赛尔美国股份有限公司