TWI387186B - 提供具有適應性溫度係數之參考信號的參考信號產生器及方法 - Google Patents

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    • G05F3/22—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only
    • G05F3/222—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only with compensation for device parameters, e.g. Early effect, gain, manufacturing process, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
    • G05F3/225—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only with compensation for device parameters, e.g. Early effect, gain, manufacturing process, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a current or voltage as a predetermined function of the temperature

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Description

提供具有適應性溫度係數之參考信號的參考信號產生器及方法
本發明係有關一種參考信號產生器，特別是關於一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的參考信號產生器及方法。
圖1係傳統的降壓式電壓調節器，其包括上橋電晶體M1經相節點12連接下橋電晶體M2，控制晶片10提供控制信號UG及LG分別切換上橋電晶體M1及下橋電晶體M2，以控制電感電流IL對電容Co充電而產生輸出電壓Vout。為了避免電壓調節器損毀，因此電壓調節器內會設置一些保護電路。以過電流保護為例，傳統的方法係以通過下橋電晶體M2的電流來判斷是否過電流，一般都是偵測相節點12的相電壓VPH來確認通過下橋電晶體M2的電流。為了判斷是否發生過電流，需要參考信號產生器提供參考信號與相電壓VPH做比較，當相電壓VPH大於該參考信號時，即表示發生過電流。從圖1可知，相電壓
VPH=IL×RDS，　公式1
其中RDS為下橋電晶體M2的導通阻值。下橋電晶體M2本身具有溫度係數，因此導通阻值RDS會隨溫度變化，所以實際上過電流保護發生時的電感電流IL常常受溫度的影響而有所差異。雖然也可以針對參考信號設定溫度係數，但是過電流保護電路是在控制晶片10中，而下橋電晶體M2是在控制晶片10的外部，所以熱梯度(heat gradient)不相等，這使得參考信號的溫度係數難以設定。傳統的方法通常利用偏移來補償下橋電晶體M2的溫度係數，然而複雜的偏移計算將增加額外工作量以及未知的系統設計。
因此，一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的參考信號產生器及方法，乃為所冀。
本發明的目的之一，在於提出一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的參考信號產生器。
本發明的目的之一，在於提出一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的方法。
根據本發明，一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的參考信號產生器，包括電壓源提供一無關溫度變化且可變的第一電壓，以及壓降電路連接該電壓源，提供具有第一溫度係數的第二電壓與該第一電壓相減以產生具有第二溫度係數的該參考信號，該第二溫度係數隨該第一電壓改變。
根據本發明，一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的方法包括提供一無關溫度變化且可變的第一電壓，提供具有第一溫度係數的第二電壓，以及將該第一電壓減去該第二電壓產生具有第二溫度係數的參考信號，該第二溫度係數隨該第一電壓改變。
圖2係本發明的實施例，其中參考信號產生器20包括電壓源22以及壓降電路26。在電壓源22中，運算放大器24接成電壓追隨器將無關溫度變化的電壓Vref施加至可變電阻R1的一端，可變電阻R1與電阻R2分壓電壓Vref產生無關溫度變化的電壓VIOT。當可變電阻R1的阻值變化時，電壓VIOT也將跟著改變。可變電阻R1的阻值可以藉熔絲或外部微調來改變。壓降電路26包括雙極性接面電晶體(BJT)28，其具有集極連接電源電壓端Vcc、基極連接電壓源22以及射極耦接地端GND，提供至BJT 28的基極的電壓VIOT在與BJT 28的基極及射極之間的電壓VBE相減後，於BJT 28的射極上產生參考信號VTC。電壓VBE具有溫度係數TC1，因此參考信號VTC也具有溫度係數TC2。根據參考信號VTC在兩個不同溫度T1及T2的值VTC(T1)及VTC(T2)可以求得溫度係數
TC2=[VTC(T2)-VTC(T1)]/VTC(T1)={VIOT-VBE(T2)-[VIOT-VBE(T1)]}/VIOT-VBE(T1)=[VBE(T2)-VBE(T1)]/VIOT-VBE(T1)，　公式2
其中VBE(T1)及VBE(T2)各代表電壓VBE在溫度T1及T2的值。在公式2中，VBE(T1)及VBE(T2)均為定值，因此溫度係數TC2將隨電壓VIOT變化，換言之，藉由改變可變電阻R1的阻值可以調節電壓VTC的溫度係數TC2。電壓對電壓轉換器30將參考信號VTC放大產生信號VOC。比較器36比較信號VOC及相電壓VPH以產生過電流保護信號OCP。在電壓對電壓轉換器30中，電壓電流轉換器32將參考信號VTC轉換為電流Ia，電流鏡34鏡射電流Ia產生電流Ib=N×Ia給電阻Rb以產生信號VOC。由圖2可知
VOC=Ib×Rb=N×Ia×Rb=N×(VTC/Ra)×Rb=N×VTC×Rb/Ra。　公式3
設定電阻Ra及Rb具有相同的溫度係數TC3，因此信號VOC與參考信號VTC具有相同的溫度係數TC2。
參考信號產生器20藉由調節電壓VIOT可以產生具有任何溫度係數的參考信號VTC，因此可以針對個別下橋電晶體M2的溫度係數來調整用來做過電流保護的信號VOC之溫度係數，進而補償溫度的影響，使得過電流保護發生時的電感電流值不受溫度的影響。參考信號產生器20除了使用在過電流保護之外，也可以使用在其他需要產生任意溫度係數的電壓或電流或是用以補償溫度產生無關溫度變化之信號的應用中。
圖3係參考信號產生器20的另一實施例，其係將壓降電路26中的BJT 28改為MOS 38。在此實施例中，MOS 38具有汲極連接電源電壓端Vcc、閘極連接電壓源22以及源極耦接地端GND，提供至MOS 38的閘極的電壓VIOT在與MOS 38的臨界電壓VT相減後，於MOS 38的源極上產生參考信號VTC，又MOS 38的臨界電壓VT具有溫度係數TC1，因此參考信號VTC也具有溫度係數TC2。根據參考信號VTC在兩個不同溫度T1及T2的值VTC(T1)及VTC(T2)可以求得溫度係數
TC2=[VTC(T2)-VTC(T1)]/VTC(T1)={VIOT-VT(T2)-[VIOT-VT(T1)]}/VIOT-VT(T1)=[VT(T2)-VT(T1)]/VIOT-VT(T1)，　公式4
其中VT(T1)及VT(T2)各代表臨界電壓VT在溫度T1及T2的值。在公式4中，VT(T1)及VT(T2)均為定值，因此溫度係數TC2將隨電壓VIOT變化，換言之，藉由改變可變電阻R1的阻值可以調節電壓VTC的溫度係數TC2。
圖4顯示參考信號產生器20的第三實施例，其係將壓降電路26中的BJT 28改為二極體40。在此實施例中，二極體40的陽極及陰極分別連接電壓源22及地端GND，在二極體40的兩端之間具有順向電壓VD，提供至二極體40的陽極的電壓VIOT在與二極體40的順向電壓VD相減後，於二極體的陰極上產生參考信號VTC，由於二極體40的順向電壓VD具有溫度係數TC1，因此參考信號VTC也具有溫度係數TC2。如同前述，溫度係數TC2隨電壓VIOT變化，藉由改變可變電阻R1的阻值可以調節電壓VTC的溫度係數TC2。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧控制晶片
12‧‧‧相節點
20‧‧‧參考信號產生器
22‧‧‧電壓源
24‧‧‧運算放大器
26‧‧‧壓降電路
28‧‧‧BJT
30‧‧‧電壓對電壓轉換器
32‧‧‧電壓電流轉換器
34‧‧‧電流鏡
36‧‧‧比較器
38‧‧‧MOS
40‧‧‧二極體
圖1係習知的降壓式電壓調節器；圖2係本發明的實施例；圖3係參考信號產生器的第二實施例；以及圖4係參考信號產生器的第三實施例。
20．．．參考信號產生器
22．．．電壓源
24．．．運算放大器
26．．．壓降電路
28．．．BJT
30．．．電壓對電壓轉換器
32．．．電壓電流轉換器
34．．．電流鏡
36．．．比較器

Claims (6)

  1. 一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的參考信號產生器，包括：電壓源，提供一無關溫度變化且可變的第一電壓；以及壓降電路連接該電壓源，提供具有第一溫度係數的第二電壓與該第一電壓相減以產生具有第二溫度係數的參考信號，該第二溫度係數隨該第一電壓改變。
  2. 如請求項1之參考信號產生器，其中該電壓源包括：可變的第一電阻；以及第二電阻，與該第一電阻串聯以分壓無關溫度變化的第三電壓以產生該第一電壓。
  3. 如請求項1之參考信號產生器，其中該壓降電路包括BJT，其具有基極連接該電壓源以及射極提供該參考信號，在該BJT的基極及射極之間具有該第二電壓。
  4. 如請求項1之參考信號產生器，其中該壓降電路包括MOS，其具有閘極連接該電壓源以及源極提供該參考信號，該MOS的臨界電壓為該第二電壓。
  5. 如請求項1之參考信號產生器，其中該壓降電路包括二極體，其具有陽極連接該電壓源以及陰極提供該參考信號，在該二極體的陽極及陰極之間具有該第二電壓。
  6. 一種提供具有適應性溫度係數之參考信號的方法，包括下列步驟：提供一無關溫度變化且可變的第一電壓；提供具有第一溫度係數的第二電壓；以及將該第一電壓減去該第二電壓產生具有第二溫度係數的參考信號，該第二溫度係數隨該第一電壓改變。
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