CN109753104B - 具温度补偿机制的开关电路及使用此开关电路的调节器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具温度补偿机制的开关电路及使用此开关电路的调节器。具温度补偿机制的开关电路包括主开关电路及温度补偿电路。主开关电路用以接收控制信号，且在控制信号的电压达到主开关电路的触发电压时产生并输出开关信号。温度补偿电路耦接至主开关电路。温度补偿电路用以反应于环境温度的变化而调整控制信号的电流，以对触发电压进行温度补偿。如此一来，可有效改善环境温度变化对开关电路及调节器所造成的影响，以使开关电路及调节器的运作更加稳定。

Description

具温度补偿机制的开关电路及使用此开关电路的调节器

技术领域

本发明涉及一种开关电路，尤其涉及一种具温度补偿机制的开关电路及使用此开关电路的调节器。

背景技术

一般来说，环境温度会对电子装置的效能产生极大的影响。举例来说，虽然电子装置于环境温度为室温(或常温)的情况下可正常运作，然而，当环境温度变化时(例如升至高温或降至低温时)，电子装置中的半导体元件(例如晶体管或二极管)的特性也会随之变化。特别是，半导体元件的电流或电压会随环境温度的变化而产生漂移，导致电子装置的运作将随环境温度的变化而改变。严重者甚至会导致电子装置无法运作或失控。

更进一步来说，常见的晶体管(或二极管)的PN接面(PN junction)的介面导通电压为负温度系数。也就是说，当环境温度越高时，上述的介面导通电压越低，反之亦然。因此，当上述的晶体管作为开关时，晶体管开关的PN接面的介面导通电压会随着环境温度变高而降低，导致晶体管开关的有效导通时间区间将会随着环境温度改变而变化。若将此晶体管开关应用在车用调节器以控制车用发电机，将会导致车用发电机的运作会随环境温度而产生变化，严重者更可能会让车用发电机不稳，甚至无法正常运作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具温度补偿机制的开关电路及使用此开关电路的调节器，可有效改善环境温度变化对开关电路及调节器所造成的影响，以使开关电路及调节器的运作更加稳定。

本发明的具温度补偿机制的开关电路包括主开关电路及温度补偿电路。主开关电路用以接收控制信号，且在控制信号的电压达到主开关电路的触发电压时产生并输出开关信号。温度补偿电路耦接至主开关电路。温度补偿电路用以反应于环境温度的变化而调整控制信号的电流，以对触发电压进行温度补偿。

在本发明的一实施例中，补偿前的触发电压为负温度系数电压，而温度补偿电路为正温度系数的电流镜电路。

在本发明的一实施例中，上述的主开关电路包括二极管、电阻、晶体管以及偏压电路。二极管的阳极端用以接收控制信号。二极管的阴极端耦接温度补偿电路。电阻耦接在二极管的阴极端与接地端之间。晶体管的第一端用以产生开关信号。晶体管的第二端耦接接地端。晶体管的控制端耦接二极管的阴极端。偏压电路耦接在电源端与晶体管的第一端之间。触发电压为二极管的顺向电压与晶体管的临界电压之和。

在本发明的一实施例中，当二极管及晶体管反应于控制信号而被导通时，温度补偿电路产生补偿电流，以增加流过二极管的电流，其中补偿电流为正温度系数电流。

在本发明的一实施例中，温度补偿电路反应于环境温度上升而增加补偿电流，以调升二极管的顺向电压。或者是，温度补偿电路反应于环境温度下降而减少补偿电流，以调降二极管的顺向电压。

本发明的调节器用于控制车用交流发电机。调节器包括具温度补偿机制的开关电路。具温度补偿机制的开关电路耦接车用交流发电机的转子线圈。具温度补偿机制的开关电路包括主开关电路及温度补偿电路。主开关电路用以接收控制信号，且在控制信号的电压达到主开关电路的触发电压时产生并输出开关信号，以控制流经转子线圈的电流。温度补偿电路耦接至主开关电路，用以反应于环境温度的变化而调整控制信号的电流，以对触发电压进行温度补偿。

基于上述，在本发明所提出的具温度补偿机制的开关电路及使用此开关电路的调节器中，温度补偿电路可反应于环境温度的变化而调整控制信号的电流，以对主开关电路的触发电压进行温度补偿，从而降低环境温度变化对此触发电压的影响。如此一来，可避免主开关电路所产生的开关信号的时序因环境温度变化而改变，故可有效改善环境温度变化对开关电路及调节器所造成的影响，以使开关电路及调节器的运作更加稳定。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

下面的附图是本发明的说明书的一部分，显示了本发明的示例实施例，附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。

图1是依照本发明一实施例所显示的具温度补偿机制的开关电路的方块示意图；

图2是依照本发明一实施例所显示的主开关电路及温度补偿电路的电路架构示意图；

图3显示图2的主开关电路于不同的情况下所产生的开关信号的时序示意图；

图4是依照本发明一实施例所显示的调节器的方块示意图。

附图标号说明：

100、400：具温度补偿机制的开关电路

120、220、420：主开关电路

140、240、440：温度补偿电路

221：二极管

222：电阻

223、241、242：晶体管

224：偏压电路

243：参考电流源

40：调节器

900：车用交流发电机

CS：控制信号

GND：接地端

Ic：补偿电流

Ir：参考电流

W0、W1、W2：波形

WS：开关信号

V b、Vd_th0、Vd_th1、Vd_th2：电压

VDD：电源端

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件，是代表相同或类似部件。

以下请参照图1，图1是依照本发明一实施例所显示的具温度补偿机制的开关电路的方块示意图。具温度补偿机制的开关电路100可包括主开关电路120以及温度补偿电路140，但本发明不限于此。主开关电路120可接收控制信号CS。主开关电路120可在控制信号CS的电压达到主开关电路120的触发电压时产生并输出开关信号WS，以对其他电路或电子(或电机)装置进行控制。

温度补偿电路140耦接至主开关电路120。温度补偿电路140可反应于环境温度的变化而调整控制信号CS的电流，以对主开关电路120的触发电压进行温度补偿，从而降低温度变化对此触发电压的影响，其中上述的环境温度即为开关电路100所处的环境的温度。如此一来，可避免开关信号WS的时序因环境温度变化而改变，故可达到精确控制开关信号WS的时序的目的。

在本发明的一实施例中，主开关电路120的补偿前的触发电压为负温度系数电压，而温度补偿电路140为正温度系数的电流镜电路。详细来说，当环境温度上升时，主开关电路120的补偿前的触发电压会下降，而温度补偿电路140所产生的电流则会上升以对上述触发电压进行补偿，以使上述触发电压为近似零温度系数的电压。

以下请参照图2，图2是依照本发明一实施例所显示的主开关电路及温度补偿电路的电路架构示意图，可应用于图1的具温度补偿机制的开关电路100。主开关电路220包括二极管221、电阻222、晶体管223以及偏压电路224，但不限于此。二极管221的阳极端用以接收控制信号CS。二极管221的阴极端耦接温度补偿电路240。电阻222耦接在二极管221的阴极端与接地端GND之间。晶体管223的第一端用以产生开关信号WS。晶体管223的第二端耦接接地端GND。晶体管223的控制端耦接二极管221的阴极端。偏压电路224耦接在电源端VDD与晶体管223的第一端之间，以对晶体管223进行偏压。由于二极管221与晶体管223形成双PN接面，因此主开关电路220的触发电压即为二极管221的顺向电压(Forward Voltage)与晶体管223的临界电压(Threshold Voltage)之和。

如图2所示，温度补偿电路240可为电流镜电路，但本发明不限于此。温度补偿电路240可包括晶体管241、晶体管242以及参考电流源243，但不限于此。参考电流源243耦接在电源端VDD与晶体管241的第一端之间，用以提供参考电流Ir。晶体管241的第一端与控制端相耦接并耦接至晶体管242的控制端。晶体管241的第二端以及晶体管242的第二端耦接至接地端GND。晶体管242的第一端耦接二极管221的阴极端。在本发明的一实施例中，温度补偿电路240也可采用其他类型的电流镜电路来实现，本发明并不对电流镜电路的类型加以限制。

在本发明的一实施例中，偏压电路224可为偏压电流源，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，晶体管223、晶体管241、晶体管242可采用NPN型双载子接面晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)来实现，但本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，晶体管223、晶体管241、晶体管242也可采用N型金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)来实现。以下将针对图2的主开关电路220及温度补偿电路240的运作进行说明。

当控制信号CS的电压为逻辑低电平时，二极管221为截止状态，晶体管223的控制端(即基极端)的电压Vb通过电阻222而为接地端GND的电位(为逻辑低电平)，故晶体管223为关断状态，致使开关信号WS的电压为电源端VDD的电位(为逻辑高电平)。基于晶体管223的控制端(即基极端)的电压Vb为逻辑低电平，此时温度补偿电路240中的晶体管242将不会产生补偿电流Ic。

当控制信号CS的电压自逻辑低电平上升至大于或等于主开关电路220的触发电压(即二极管221的顺向电压与晶体管223的临界电压之和)时，二极管221及晶体管223可被导通，致使开关信号WS的电压为接地端GND的电位(为逻辑低电平)。此时温度补偿电路240中的晶体管242将根据参考电流Ir而镜射出(mirror)补偿电流Ic，以增加流过二极管的电流(亦即控制信号CS的电流)，其中补偿电流Ic为正温度系数电流。

更进一步来说，温度补偿电路240可反应于环境温度上升而增加补偿电流Ic的电流量，致使二极管221的顺向电压反应于补偿电流Ic的增加而上升，以补偿二极管221的顺向电压及晶体管223的临界电压因环境温度上升所造成的降低量，故可避免主开关电路220的触发电压因环境温度上升而产生变化。另外，温度补偿电路240可反应于环境温度下降而减少补偿电流Ic的电流量，致使二极管221的顺向电压反应于补偿电流Ic的减少而下降，以补偿二极管221的顺向电压及晶体管223的临界电压因环境温度下降所造成的增加量，故可避免主开关电路220的触发电压因环境温度下降而产生变化。可以理解的是，主开关电路220的触发电压在经温度补偿电路240的补偿后可为近似零温度系数的电压。如此一来，可有效降低环境温度因素对开关信号WS的时序的影响。

以下请合并参照图2及图3，图3显示图2的主开关电路220于不同的情况下所产生的开关信号WS的时序示意图。其中，电压Vd_th0及波形W0分别为主开关电路220于室温下的触发电压及所产生的开关信号WS，电压Vd_th1及波形W1分别为主开关电路220于高温下经温度补偿后的触发电压及所产生的开关信号WS，而电压Vd_th2及波形W2分别为主开关电路220于高温下未经温度补偿的触发电压及所产生的开关信号WS。根据图3可知，于高温下未经温度补偿所产生的开关信号WS(即波形W2)的时序相较于室温下所产生的开关信号WS(即波形W0)的时序的差异较大，相对地，于高温下经温度补偿后所产生的开关信号WS(即波形W1)的时序与室温下所产生的开关信号WS(即波形W0)的时序的差异较小，因此图2的温度补偿电路240确实可有效降低环境温度因素对开关信号WS的时序的影响。

以下请参照图4，图4是依照本发明一实施例所显示的调节器的方块示意图。调节器40可用来控制车用交流发电机900。调节器40可包括具温度补偿机制的开关电路400，但不限于此。开关电路400耦接车用交流发电机900的转子线圈。开关电路400可包括主开关电路420以及温度补偿电路440，但本发明不限于此。主开关电路420可接收控制信号CS。主开关电路420可在控制信号CS的电压达到主开关电路420的触发电压时产生并输出开关信号WS，以控制流经上述转子线圈的电流及控制车用交流发电机900的转速。

温度补偿电路440耦接主开关电路420。温度补偿电路440可反应于环境温度的变化而间接调整控制信号CS的电流，以对主开关电路420的触发电压进行温度补偿，从而降低环境温度变化对此触发电压的影响，以及降低环境温度因素对开关信号WS的时序的影响。如此一来，可避免车用发电机的运作(例如转换)因环境温度而产生变化，故可有效提升车用发电机的稳定度。

另外，图4的主开关电路420及温度补偿电路440的其他实施细节及运作分别类似于图1的主开关电路120及温度补偿电路140，故可参酌上述图1至图3的相关说明，在此不再赘述。

综上所述，在本发明实施例所提出的具温度补偿机制的开关电路及使用此开关电路的调节器中，温度补偿电路可反应于环境温度的变化而间接地调整控制信号的电流，以对主开关电路的触发电压进行温度补偿，从而降低环境温度变化对此触发电压的影响。如此一来，可避免主开关电路所产生的开关信号的时序因环境温度变化而改变，故可有效改善环境温度变化对开关电路及调节器所造成的影响，以使开关电路及调节器的运作更加稳定。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种具温度补偿机制的开关电路，其特征在于，包括：

主开关电路，用以接收控制信号，且在所述控制信号的电压达到所述主开关电路的触发电压时产生并输出开关信号；以及

温度补偿电路，耦接所述主开关电路，用以反应于环境温度的变化而调整所述控制信号的电流，以对所述触发电压进行温度补偿，

其中所述主开关电路依据所述控制信号的电压决定是否与所述温度补偿电路共同建构导通路径以产生所述控制信号的电流，所述主开关电路包括：

二极管，所述二极管的阳极端用以接收所述控制信号，且所述二极管的阴极端耦接所述温度补偿电路；

电阻，耦接在所述二极管的所述阴极端与接地端之间；

晶体管，所述晶体管的第一端用以产生所述开关信号，所述晶体管的第二端耦接所述接地端，且所述晶体管的控制端耦接所述二极管的所述阴极端；以及

偏压电路，耦接在电源端与所述晶体管的所述第一端之间，

其中所述触发电压为所述二极管的顺向电压与所述晶体管的临界电压之和。

2.根据权利要求1所述的具温度补偿机制的开关电路，其特征在于，补偿前的所述触发电压为负温度系数电压，以及所述温度补偿电路为正温度系数的电流镜电路。

3.根据权利要求1所述的具温度补偿机制的开关电路，其特征在于：

当所述二极管及所述晶体管反应于所述控制信号而被导通时，所述温度补偿电路产生补偿电流，以增加流过所述二极管的电流，其中所述补偿电流为正温度系数电流。

4.根据权利要求3所述的具温度补偿机制的开关电路，其特征在于：

所述温度补偿电路反应于环境温度上升而增加所述补偿电流，以调升所述二极管的所述顺向电压；或者是

所述温度补偿电路反应于环境温度下降而减少所述补偿电流，以调降所述二极管的所述顺向电压。

5.一种调节器，用于控制车用交流发电机，其特征在于，包括：

具温度补偿机制的开关电路，耦接所述车用交流发电机的转子线圈，其中所述具温度补偿机制的开关电路包括：

主开关电路，用以接收控制信号，且在所述控制信号的电压达到所述主开关电路的触发电压时产生并输出开关信号，以控制流经所述转子线圈的电流；以及

温度补偿电路，耦接所述主开关电路，用以反应于环境温度的变化而调整所述控制信号的电流，以对所述触发电压进行温度补偿，

其中所述主开关电路依据所述控制信号的电压决定是否与所述温度补偿电路共同建构导通路径以产生所述控制信号的电流，所述主开关电路包括：

二极管，所述二极管的阳极端用以接收所述控制信号，且所述二极管的阴极端耦接所述温度补偿电路；

电阻，耦接在所述二极管的所述阴极端与接地端之间；

晶体管，所述晶体管的第一端用以产生所述开关信号，所述晶体管的第二端耦接所述接地端，且所述晶体管的控制端耦接所述二极管的所述阴极端；以及

偏压电路，耦接在电源端与所述晶体管的所述第一端之间，

其中所述触发电压为所述二极管的顺向电压与所述晶体管的临界电压之和。

6.根据权利要求5所述的调节器，其特征在于，补偿前的所述触发电压为负温度系数电压，以及所述温度补偿电路为正温度系数的电流镜电路。

7.根据权利要求5所述的调节器，其特征在于：

当所述二极管及所述晶体管反应于所述控制信号而被导通时，所述温度补偿电路产生补偿电流，以增加流过所述二极管的电流，其中所述补偿电流为正温度系数电流。

8.根据权利要求7所述的调节器，其特征在于：

所述温度补偿电路反应于环境温度上升而增加所述补偿电流，以调升所述二极管的所述顺向电压；或者是

所述温度补偿电路反应于环境温度下降而减少所述补偿电流，以调降所述二极管的所述顺向电压。

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