DCR Temperature Compensation

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Application Note Wayne Chen AN06 Oct 04 摘要 DC 電流檢測技術, 因其具有無損耗之優點, 是一個能獲得正確電感電流訊息的好方法然而, 金屬銅本身具有正溫度係數, 所以電感的 DC 值會隨溫度變化而改變而隨溫度變化的 DC 值, 就會使控制器檢測到不正確的電流信號常用的解決方式是在電流檢測迴路中加上 DC

1 Application Note Wayne Chen AN06 Oct 04 摘要 DC 電流檢測技術, 因其具有無損耗之優點, 是一個能獲得正確電感電流訊息的好方法然而, 金屬銅本身具有正溫度係數, 所以電感的 DC 值會隨溫度變化而改變而隨溫度變化的 DC 值, 就會使控制器檢測到不正確的電流信號常用的解決方式是在電流檢測迴路中加上 DC 溫度網路, 以避免此溫度效應故此, 本應用須知將介紹的基本概念和電路實現的方法目錄. 為何需要網路.... 之架構.... 網路之公式推導網路的設計範例實驗結果結論參考資料... 0 附錄 I. 網路之公式推導... 0 AN06 04 ichte Technology Corporation

2 . 為何需要網路圖一所示為一 DC 電流檢測網路當時間常數相等, 也就是 Cxx = L / DC 時, 如式所示,VCX 電壓可用來取得電感電流信號然而, DC 值會以正比隨溫度增加, 如式所示, 其中參數 TCDC 是銅的溫度係數, 且是一正數當電路在重載條件下工作時, 電感的溫度也會隨之增加這使得穩壓器會因隨溫度改變的 DC 值, 檢測到錯誤的負載電流值, 進而回報不正確的電流訊息此外, 也會使得輸出電壓無法達到其該有的值, 也因此就無法滿足在 VCOE 應用中所需要的適應性電壓定位 AVP 下垂的負載線規格所以, 在此探討的溫度補償網路就是為了解決這個問題 I DCT L V cx DCT DC TCDCT 5 I L L DCT VCOE x C x + V Cx 圖一 DC 電流檢測網路. 之架構網路的目的就是使 DC 值不隨溫度改變, 因此使得 VCX 電壓只和電感電流有關因為 DC 是一具有正溫度係數的電阻, 所以就必須在電流檢測迴路中插入一個有負溫度係數的電阻性網路, 以補償 DC 隨溫度的變化當有 Y 個溫度點需要進行補償, 補償網路就需要 Y 個電阻和一個負溫度係數的熱敏電阻, 如此才能在這 Y 個溫度點時,DC 值的溫度變化均可被抵消然而, 不同的電流檢測架構,網路的設計方式也不同圖二和圖三分別顯示了總和電流檢測架構 current sensing topology 和差分電流檢測架構 differential current sensing topology 的溫度補償網路, 及其電路示意圖總和電流檢測架構示範的是有三個溫度點作補償的補償網路, 而差分電流檢測架構則示範的是有兩個溫度點作補償的補償網路式和式 4 可分別作為這兩個電流檢測架構的設計原則 V ΔV T T I Load DCT IMON x s DCT T I Load IMONT 4 AN06 04 ichte Technology Corporation CS

3 PH PHn x I x I L I Ln L C x L n V cx DC T n phase DC n T I Load Vo Ase L = =L n =L C x = =C xn =C x DC T= =DC n T=DC T x = = xn = x s = = sn = s xn I xn C xn V cxn s I s sn I sn ISUM_N ISUM_P ISUM_P GM_CS IMON I T p IMON DC Temperature Compensation Networ for T s s V T T out ISUM_OUT V EF 圖二總和電流檢測架構之網路 L I L DC T I Load V O I total I total ISENP x I x C x V cx IMON ISENN CS I sense S V IMONT n phase L n I Ln DC nt IMONT xn I xn C xn P T ISENnP V cxn ISENnN CSn DC Temperature Compensation Networ for T V EF I sensen Ase L = =L n =L C x = =C xn =C x DC T= =DC n T= DCT x = = xn = x cs = = csn = cs 圖三差分電流檢測架構之網路 AN06 04 ichte Technology Corporation

4 . 網路之公式推導在本節中, 將以總和電流檢測架構為例, 說明如何推導出溫度補償網路如式, 藉由 V 電壓及一個適當的比例, 即可得到正確負載電流的訊息 ; 此比例為和 x+s 之比, 如式 5 所示以 T889 例, 此值必須設為 4, 才能有正常的操作 x s 5 而為了消除溫度對 DC 的影響, 必須在網路中插入一個熱敏電阻, 使得 V 電壓不會隨溫度改變熱敏電阻和溫度之間的關係如式 6, 其中 β 是的溫度係數 ; 不同的熱敏電阻,β 值也會不同 T e 7 T 如果是有三個溫度點 T 和需要進行補償, 則在此三個溫度點,V 電壓必須相同 ; 也就是如式 7 之右側所示之結果, 與溫度無關 T 為內含熱敏電阻的熱補償網路之等效電阻, 其表示式為式 8 T DC T DC DC x s x s p s T T s 8 T p s 7 因此, 由以上公式, 網路之各參數可分別由公式 9, 0, 和得出詳細之推導, 可參閱附錄 I p T 9 其中 s s p 0 p s T T T T T p s T T AN06 04 ichte Technology Corporation 4

在經過溫度補償電路之後,V 在這三個溫度點的誤差例如 :0 C, 60 C, 和 00 C 應當為零, 如圖四所示圖四後之 V SUM 誤差 4. 網路的設計範例以下設計方法所選用的是總和電流檢測架構, 並以 T889 作為設計範例 ; 所訂的規格是根據英特爾 V.5 的設計需求 VCOE 規格輸入電壓 0.8V to.v 相位數 Vboot.7V VDACMAX.

5 在經過溫度補償電路之後,V 在這三個溫度點的誤差例如 :0 C, 60 C, 和 00 C 應當為零, 如圖四所示圖四後之 V SUM 誤差 4. 網路的設計範例以下設計方法所選用的是總和電流檢測架構, 並以 T889 作為設計範例 ; 所訂的規格是根據英特爾 V.5 的設計需求 VCOE 規格輸入電壓 0.8V to.v 相位數 Vboot.7V VDACMAX.8V ICCMAX 90A ICC-DY 60A ICC-TDC 55A 負載線.5mΩ 快速電壓迴轉率.5mV/µs 最大開關頻率 00Hz 在 Shar Bay VTB 桌上型平台指南中, 輸出濾波器的設計需求如下所示 : 輸出電感 :60nH / 0.7mΩ 輸出大型電容 :560µF /.5V / 5mΩ max,4 至 5 個輸出陶瓷電容 :µf / 0805 在上層最多可放 8 個 AN06 04 ichte Technology Corporation 5

6 步驟 : 決定電感的參數決定電感值輸出電感 :60nH / 0.7mΩ 決定 DC 溫度係數,TCDC TCDC = 90ppm 因此, 受溫度影響的電感 DC 值, 可由式算出下面的計算範例是 60 C 的 DC 值 DC m 步驟 : 決定熱補償的參數選用型號 NCP5WL04J0C 的熱敏電阻 ; 該電阻值為 00Ω, 且 β 值是 4485 利用式 6, 可以計算在不同溫度下的電阻值 ; 熱敏電阻操作於 60 C 時, 其電阻值可計算如下 : e 步驟 : 設計 DC 電流檢測網路及 x s 和之值如何決定 DC 電流檢測網路中之電容 Cx 及電阻 X 和 S, 可參閱應用須知 AN0 不同 DC 電流檢測架構之比較 Cx = μf, s =.4Ω, and x = 590Ω 在 T889, 和 x+s 之比值必須設為 4, 才能有正常的操作 = 4 x+s = 6Ω 步驟 4: 設計之電阻網路選定三個作溫度補償之溫度點選擇,T,=00,60,0 AN06 04 ichte Technology Corporation 6

7 例如, 在 60 C 下的值可由式 7 獲得 : DC DC 因此, 參數 α,α, 及 K 可以計算如下 : α α α α α 0. α 再藉由公式 9, 0, 和, 可因此而算出 p,s 和 s p α Ω s s p. 5 Ω p s Ω 60 p s 5. 實驗結果圖五顯示了有之 DCLL 和 DIMON 回報結果從實驗結果來看,DCLL 和 DIMON 回報結果都在容忍範圍內然而, 若無, 則在重載條件下,DIMON 回報結果會是高估的, 因而造成 DCLL 會無法滿足負載線規格, 見圖六 AN06 04 ichte Technology Corporation 7

8 a DCLL bdimon 回報圖五有之 DCLL 和 DIMON 回報結果 AN06 04 ichte Technology Corporation 8

9 a DCLL bdimon 回報圖六無之 DCLL 和 DIMON 報告結果 6. 結論本應用須知提供了電路的設計方法及實用的設計公式 ; 經由適當的設計, 它可以有效地減少因溫度變化而對 DC 值產生的影響, 因此能在 DC 電流檢測應用中, 提供正確的電流訊息 AN06 04 ichte Technology Corporation 9

10 7. 參考資料 [] 立錡科技 T8884B 規格書 [] 立錡科技 T889 規格書 [] Intel, V.5 Pulse Width Modulation PWM 規格 [4] 立錡科技之應用須知 AN0 不同 DC 電流檢測架構之比較附錄 I. 網路之公式推導將三個溫度點,T, 都代入式 8, 即可得式至式 4 而式 5 和式 6 可分別由式 - 式和式 - 式 4 得出 p s s p s p s T T s T p s p s s 4 p s p p p p T s s p p s s T T s s T p p s s T T 5 6 AN06 04 ichte Technology Corporation 0

11 AN06 04 ichte Technology Corporation 定義 = p + s, 則可進一步將式 5 和式 6 表示為式 7 和式 8 T T T T T T T T T T T T T T T T p p p p p p p s p s s p s p s p s p s p s p T T T p 7 T T T T T T T T T T T T T T T T p p p p p p p s p s s p s p s p s p s p s p T T T p 8 式 9 可由式 8/ 式 7 導出 T T p p

12 9 從式 8, 可得 p, 如式 0 p T T p 0 然後, 可得 s, 如式 p s s p s 可因此推導而得, 如式 T T p p s s T T p s T s T T p s 相關資源立錡科技電子報訂閱立錡科技電子報 ichte Technology Corporation 4F, No. 8, Tai Yuen st Street, Chupei City Hsinchu, Taiwan,.O.C. Tel: ichte products are sold by description only. ichte reserves the right to change the circuitry and/or specifications without notice at any time. Customers should obtain the latest relevant information and data sheets before placing orders and should verify that such information is current and complete. ichte cannot ase responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a ichte product. Information furnished by ichte is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is ased by ichte or its subsidiaries for its use; nor for any infringements of patents or other rights of third parties which may result from its use. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of ichte or its subsidiaries. AN06 04 ichte Technology Corporation

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Important Notice SUNPLUS TECHNOLOGY CO. reserves the right to change this documentation without prior notice. Information provided by SUNPLUS TECHNOLO Car DVD New GUI IR Flow User Manual V0.1 Jan 25, 2008 19, Innovation First Road Science Park Hsin-Chu Taiwan 300 R.O.C. Tel: 886-3-578-6005 Fax: 886-3-578-4418 Web: www.sunplus.com Important Notice SUNPLUS