DCR溫度補(bǔ)償?shù)幕靖拍詈蛯?shí)現(xiàn)方法

DCR 電流檢測技術(shù)由于其無損特性，為獲取電感電流信息提供了一個(gè)很好的解決方案。但是，由于銅是正溫度系數(shù)，電感的 DCR 值可能會(huì)隨溫度而變化。因此，DCR 值的溫度變化可能會(huì)導(dǎo)致控制器感應(yīng)到錯(cuò)誤的電流信號(hào)。為了消除溫度效應(yīng)，通常在電流檢測環(huán)路中添加一個(gè) DCR 溫度網(wǎng)絡(luò)。本應(yīng)用筆記將介紹 DCR 溫度補(bǔ)償?shù)幕靖拍詈蛯?shí)現(xiàn)方法。

1. 為什么我們需要 DCR 溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

圖 1 顯示了 DCR 電流檢測網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)時(shí)間常數(shù)相等時(shí)，即C x R x = L / DCR，可以利用V CX電壓得到電感電流信號(hào)，如式（1）所示。但是，DCR 值會(huì)隨溫度成比例地增加，這在 （2） 中進(jìn)行了描述，其中參數(shù) TC DCR是銅的溫度系數(shù)，為正值。當(dāng)電路在重負(fù)載條件下工作時(shí)，電感器的溫度也會(huì)升高。這將使穩(wěn)壓器錯(cuò)誤地檢測負(fù)載電流水平并提供不準(zhǔn)確的電流報(bào)告信息，因?yàn)?DCR 值在不同的溫度條件下會(huì)發(fā)生變化。此外，輸出電壓無法達(dá)到其所需值，然后違反負(fù)載線規(guī)范，同時(shí)需要針對 Vcore 應(yīng)用的自適應(yīng)電壓位置下降。因此，采用溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來解決這個(gè)問題。

圖 1. DCR 電流檢測網(wǎng)絡(luò)

2. DCR溫度補(bǔ)償拓?fù)?/p>

DCR 溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)旨在使 DCR 值不隨溫度變化，因此 V CX電壓只能取決于電感電流。由于 DCR 是具有正溫度系數(shù)的電阻器，因此應(yīng)在電流檢測回路中插入具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器網(wǎng)絡(luò)，以補(bǔ)償由于溫度引起的 DCR 變化。當(dāng)有 Y 個(gè)溫度點(diǎn)需要補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要 Y 個(gè)電阻和一個(gè)負(fù)溫度系數(shù) （NTC） 熱敏電阻來抵消這些 Y 個(gè)溫度點(diǎn)下的 DCR 變化。但是，根據(jù)電流感應(yīng)拓?fù)?，DCR 溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢脤?shí)施。圖 2 和圖 3 分別顯示了溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在總電流和差分傳感拓?fù)渲械膶?shí)現(xiàn)。所以，和電流傳感拓?fù)溲菔玖擞糜谘a(bǔ)償三個(gè)溫度點(diǎn)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，差分傳感拓?fù)溲菔玖擞糜趦蓚€(gè)溫度點(diǎn)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。等式 （3） 和 （4） 用于描述這兩種電流感應(yīng)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖 2. 和電流感應(yīng)拓?fù)渲械?DCR 溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

圖 3. 差分電流傳感拓?fù)渲械?DCR 溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

3. DCR溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)

在本節(jié)中，總和電流感應(yīng)拓?fù)鋵⒂米魍茖?dǎo)溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的示例。如式（3）所示，通過適當(dāng)增益的V sum電壓可以正確獲取負(fù)載電流信息。該增益可以表示為R sum和（R x +R s ） 之間的比值，如（5） 所示。例如，RT8893 中的這個(gè)比率必須設(shè)置為 4 才能正常運(yùn)行。

然而，為了消除溫度對 DCR 的影響，在 R sum網(wǎng)絡(luò)中插入了一個(gè) NTC 熱敏電阻，使 V sum電壓隨溫度變化。NTC與溫度的關(guān)系如式（6）所示，其中β為NTC熱敏電阻的溫度系數(shù)，隨NTC熱敏電阻的不同而變化。

如果需要補(bǔ)償三個(gè)溫度點(diǎn)（TL、TR、TH），則應(yīng)將這三個(gè)溫度點(diǎn)的V sum電壓設(shè)置為相等，結(jié)果如式（7）所示。R sum （T） 是帶有 NTC 熱敏電阻的熱補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的等效電阻，可由式 （8） 獲得。

因此，根據(jù)上述等式，R sum網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)可以相應(yīng)地找出為 （9）、（10） 和 （11）。詳情請參閱附錄 I。

在哪里

實(shí)施溫度補(bǔ)償后，這三個(gè)溫度點(diǎn)（例如：20°C、60°C 和 100°C）的 V SUM誤差應(yīng)為零，如圖 4 所示。

圖 4. DCR 溫度補(bǔ)償后的V sum誤差

4. DCR熱補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)例

下面的設(shè)計(jì)方法將以 RT8893 的總和電流感應(yīng)拓?fù)錇槔?，?a target="_blank">規(guī)格旨在滿足 Intel VR12.5 要求。

在 Shark Bay VRTB Guideline for desktop platform 中，輸出濾波器的要求如下：

輸出電感：360nH/0.72mΩ

輸出大容量電容：560μF/2.5V/5mΩ（最大值） 4 到 5 個(gè)

輸出陶瓷電容：22μF/0805（頂部最多 18 個(gè)位置）

第一步：確定電感參數(shù)

確定電感值。

輸出電感：360nH/0.72mΩ

確定 DCR 溫度系數(shù) TC DCR。

TC DCR = 3930ppm

因此，具有溫度影響的電感 DCR 值可以使用 （2） 計(jì)算。以下計(jì)算結(jié)果以 60°C 時(shí)的 DCR 值為例。

第 2 步：確定熱補(bǔ)償?shù)?NTC 參數(shù)

使用NCP15WL104J03RC作為NTC熱敏電阻，阻值為100kΩ，β值為4485。利用式（6），可以計(jì)算出不同溫度下的NTC阻值。當(dāng) NTC 熱敏電阻在 60°C 下工作時(shí)，電阻可以計(jì)算如下：

第 3 步：設(shè)計(jì) DCR 電流感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和 R x、 R s和 R sum值

DCR 電流感應(yīng)電容器 C x和 R X和 RS 的電阻可以從 DCR 電流感應(yīng)拓?fù)涞膽?yīng)用說明中確定。

C x = 1μF， R s = 3.41kΩ， R x = 590Ω

在 RT8893 中，R sum和 （R x +R s ） 的比值必須設(shè)置為 4 才能正常工作。

R sum = 4?（R x +R s ） = 16kΩ

第 4 步：設(shè)計(jì) R和電阻網(wǎng)絡(luò)

設(shè)置三個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行熱補(bǔ)償。

選擇 （TH， TR，TL） = （100， 60， 20）

例如，60°C 時(shí)的 R sum值可從 （7） 獲得：

因此，參數(shù) α 1、α 2和 K R可以計(jì)算如下：

使用 （9）、（10） 和 （11），可以相應(yīng)地找到R sump、 R sums2和 R sums1 。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖 5 顯示了帶有 DCR 溫度補(bǔ)償?shù)?DCLL 和 DIMON 報(bào)告。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，DCLL 和 DIMON 報(bào)告都在公差帶內(nèi)。然而，在沒有 DCR 溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，重載條件下高估的 DIMON 報(bào)告結(jié)果將導(dǎo)致 DCLL 違反負(fù)載線規(guī)范，如圖 6 所示。

（一） DCLL

（b）DIMON 報(bào)告

圖 5. DCLL 和 DIMON 報(bào)告結(jié)果與 DCR 溫度補(bǔ)償

（一） DCLL

（b）DIMON 報(bào)告

圖 6. 沒有 DCR 溫度補(bǔ)償?shù)?DCLL 和 DIMON 報(bào)告結(jié)果

六，結(jié)論

本應(yīng)用筆記提供了 DCR 溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)施方法和有用的設(shè)計(jì)方程。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)程序，它可以有效緩解 DCR 值的溫度變化，并為 DCR 電流感應(yīng)應(yīng)用提供正確的電流信息。