技术领域
[0001] 本
发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种过温补偿电路及方法。
背景技术
[0002] 在LED照明驱动应用中，随着市场需求不断变化，驱动芯片的
工作温度范围不断扩展，同时为了保证系统的安全性，因此需要在芯片中加入温度检测及保护机制。
[0003] 传统的方法是检测芯片
结温，当芯片结温达到设定值后强制关断芯片。但是在LED照明应用中，如果强制关断芯片的话，会导致
LED灯出现高温闪烁的现象，这在实际应用中是不能接受的。
[0004] 为了解决强制关断芯片引起的高温闪烁现象，
现有技术中出现了过温降
电流的需求，也就是在芯片温度升高到额定值以后降低额定输出电流，减小LED灯珠
亮度，从而降低LED灯珠的发热量，最终使系统自动平衡在某一个温度点及输出电流上。
[0005] 如图1所示为现有的过温补偿电路，其中，Q为NPN
三极管，NPN三极管Q的发射极接地；VREF为零温度系数基准
电压，其电压值不随温度变化，连接于NPN三极管Q的基极；P1、P2、N1、N2分别为第一CMOS晶体管～第四CMOS晶体管，连接为
电流镜结构，第一CMOS晶体管P1的漏端连接NPN三极管Q的集
电极，第四CMOS晶体管的漏端连接
电阻R；VBUFF为具有一定电流能
力的零温度系数基准电压，连接电阻R的另一端；VCS为该过温补偿电路的输出端，用于设定系统中LED灯珠的电流。在
半导体工艺中，三极管的开启电压VBE为负温度系数，即温度越高，三极管的开启电压VBE越低，且线性下降。
[0006] 上述过温补偿电路的工作原理如下：
[0007] 当工作温度较低时，NPN三极管Q的开启电压VBE高于VREF电压，此时NPN三极管Q无电流，因此电流镜及电阻R均无电流，
输出电压VCS等于另一基准电压VBUFF，此时外围系统中的LED电流不随温度变化，为恒定值。
[0008] 如图2所示，当温度升高到某一设定温度点TSC之后，NPN三极管Q的开启电压VBE线性降低到VREF电压以下，NPN三极管Q开启，并有电流IQ(流经NPN三极管Q的电流)产生，该电流IQ经过电流镜P1、P2和N1、N2的适当比例调整(设比例系数为k)后流过电阻R，并在电阻R上形成压降。因此，输出电压VCS为VBUFF减去电阻R上的压降，即VCS＝VBUFF-IQ*k*R。
[0009] 如图3所示，随着温度逐渐升高，电流IQ呈指数增大，电阻R上的压降也呈指数增大，输出电压VCS随温度呈指数特性下降，此时外围系统中的LED电流也随温度不断变化。
[0010] 由电路原理可知，输出电压VCS＝VBUFF-IQ*k*R，在半导体工艺中，电阻的
精度和温度特性是很难以控制的，由于工艺的偏差和一致性的差异，导致相同电流情况下电阻上的压降差异很大，输出电压VCS的差异也很大，如图4所示。
[0011] 在该电路中则表现为相同温度和三极管电流IQ的情况下VCS电压随工艺变化偏差明显，从而导致系统中LED灯珠在相同温度下电流偏差明显，因此在多颗芯片同时工作的应用中，会出现LED灯珠电流有差异，导致亮度不均匀的情况，这在系统应用中是难以接受的。现有的过温降电流电路结构简单，但电流随温度下降的斜率一致性差，导致多颗芯片并联使用时，相同温度下降电流幅度不同，进而导致LED灯串亮度差别大，影响客户使用感受。
发明内容
[0012] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种过温补偿电路及方法，用于解决现有技术中相同温度和三极管电流IQ的情况下输出电压VCS随工艺变化偏差明显，多颗芯片并联使用时，相同温度下降电流幅度不同，进而导致LED灯串亮度差别大，影响客户使用感受的问题。
[0013] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种过温补偿电路，所述过温补偿电路至少包括：
[0014] PNP三极管、第一电阻、过温检测模
块、电流镜模块及第二电阻；
[0015] 所述PNP三极管的集电极和基极接地，发射极连接所述第一电阻的第一端，用于根据工作温度产生补偿量；
[0016] 所述过温检测模块连接于所述第一电阻的第二端和所述电流镜的输入端之间，用于检测工作温度是否超出设定温度；当所述工作温度小于所述设定温度时，没有补偿电流产生；当所述工作温度大于所述设定温度时，产生补偿电流，所述补偿电流与所述PNP三极管的结电压有关；
[0017] 所述电流镜模块的输出端连接所述第二电阻的第一端，并作为所述过温补偿电路的输出端，用于传输所述补偿电流，并输出过温补偿电压；
[0018] 所述第二电阻的第二端连接基准电压，所述基准电压用于驱动所述第二电阻。
[0019] 优选地，所述电流镜模块包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管及第二NMOS管；所述第一PMOS管的漏端连接所述过温检测模块，并与所述第一PMOS管的栅端连接，所述第一PMOS管的源端连接
电源电压；所述第二PMOS管的栅端连接所述第一PMOS管的栅端、源端连接所述电源电压、漏端连接所述第一NMOS管的漏端；所述第一NMOS管的栅端连接所述第一NMOS管的漏端、源端接地；所述第二NMOS管的源端接地、栅端连接所述第一NMOS管的栅端、漏端连接所述第二电阻。
[0020] 优选地，所述过温检测模块包括第三NMOS管及
运算放大器；所述第三NMOS管的源端连接所述第一电阻、漏端连接所述电流镜模块、栅端连接所述
运算放大器的输出端；所述运算放大器的正相输入端连接参考电压、
反相输入端连接所述第一电阻。
[0021] 优选地，所述过温检测模块包括第三PMOS管及运算放大器；所述第三PMOS管的漏端连接所述第一电阻、源端连接所述电流镜模块、栅端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的反相输入端连接参考电压、正相输入端连接所述第一电阻。
[0022] 更优选地，所述参考电压为零温度系数的电压，用于设定过温降电流起始点。
[0023] 优选地，所述基准电压为零温度系数的电压。
[0024] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种过温补偿方法，所述过温补偿方法至少包括：
[0025] 当工作温度小于设定温度时，PNP三极管的结电压大于参考电压，没有补偿电流产生，输出电压为基准电压；
[0026] 当所述工作温度大于所述设定温度时，所述PNP三极管的结电压小于所述参考电压，产生一与所述PNP三极管的结电压相关的补偿电流，所述补偿电流流经所述PNP三极管、第一电阻及所述电流镜模块输出到第二电阻的第一端，并与所述基准电压进行抵消，得到与所述PNP三极管的结电压相关的补偿电压，所述补偿电压与工作温度及工艺偏差无关。
[0027] 优选地，所述PNP三极管的结电压为负温度系数，随着所述工作温度的升高，所述PNP三极管的结电压线性降低。
[0028] 优选地，当所述工作温度大于所述设定温度时，所述第一电阻与所述电流镜模块之间的电压被稳定在所述参考电压上。
[0029] 更优选地，所述补偿电流满足如下关系式：
[0030] IR1＝(VREF-VBE)/R1
[0031] 其中，IR1为所述补偿电流，VREF为所述参考电压，VBE为所述PNP三极管的结电压，R1为所述第一电阻的阻值。
[0032] 优选地，所述补偿电压满足如下关系式：
[0033] VCS＝VBUFF–[(VREF-VBE)/R1]*k*R2
[0034] 其中，VCS为所述补偿电压，VBUFF为所述基准电压，VREF为所述参考电压，VBE为所述PNP三极管的结电压，R1为所述第一电阻的阻值，k为所述电流镜模块的电流调整比例，R2为所述第二电阻的阻值。
[0035] 如上所述，本发明的过温补偿电路及方法，具有以下有益效果：
[0036] 本发明提供了一种高精度的新型过温降电流补偿电路，电流随温度下降的斜率具有很高的一致性，在多通路并联使用时相同温度时电流下降的幅度一致性强，LED灯珠亮度一致，客户使用感受明显改善。
附图说明
[0037] 图1显示为现有技术中的过温补偿电路的结构示意图。
[0038] 图2显示为三极管的开启电压的
波形示意图。
[0039] 图3显示为现有技术中的过温补偿电路中流经NPN三极管的电流的波形示意图。
[0040] 图4显示为现有技术中的过温补偿电路中输出电压的波形示意图。
[0041] 图5显示为本发明的过温补偿电路的结构示意图。
[0042] 图6显示为本发明的过温补偿电路中补偿电流的波形示意图。
[0043] 图7显示为本发明的过温补偿电路中补偿电压的波形示意图。
[0044] 元件标号说明
[0045] Q NPN三极管
[0046] P1、P2、N1、N2 第一～第四CMOS晶体管
[0047] R 电阻
[0048] 1 过温补偿电路
[0049] 11 过温检测模块
[0050] 111 运算放大器
[0051] 12 电流镜模块
[0052] Q1 PNP三极管
[0053] R1 第一电阻
[0054] PM1、PM2 第一～第二PMOS管
[0055] NM1、NM2、NM3 第一～第三NMOS管
[0056] R2 第二电阻
具体实施方式
[0057] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本
说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0058] 请参阅图5～图7。需要说明的是，本
实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0059] 如图5所示，本发明提供一种过温补偿电路1，所述过温补偿电路1至少包括：
[0060] PNP三极管Q1、第一电阻R1、过温检测模块11、电流镜模块12及第二电阻R2。
[0061] 如图5所示，所述PNP三极管Q1的集电极和基极接地，发射极连接所述第一电阻R1的第一端，用于根据工作温度Twork产生补偿量。
[0062] 具体地，所述PNP三极管Q1的结电压VBE表现为负温度系数，工作温度Twork越高，所述PNP三极管Q1的结电压VBE越低，且随温度的升高线性下降，如图2所示。
[0063] 如图5所示，所述过温检测模块11连接于所述第一电阻R1的第二端和所述电流镜的输入端之间，用于检测工作温度Twork是否超出设定温度TSC。
[0064] 具体地，如图5所示，在本实施例中，所述过温检测模块11包括第三NMOS管NM3及运算放大器111。所述第三NMOS管NM3的源端连接所述第一电阻R1、漏端连接所述电流镜模块12、栅端连接所述运算放大器111的输出端；所述运算放大器111的正相输入端连接参考电压VREF、反相输入端连接所述第一电阻R1。所述参考电压VREF为零温度系数的电压，由芯片内部带隙基准电压修调产生，用于设定过温降电流起始点，在本实施例中，所述设定温度为TSC。当所述工作温度Twork小于所述设定温度TSC时，所述PNP三极管Q1的结电压VBE大于所述参考电压VREF，所述第三NMOS管NM3的源端电压等于所述PNP三极管Q1的结电压VBE，因此，所述运算放大器111的反相输入端的
信号大于其正相输入端的电压，所述运算放大器111输出低电平，所述第三NMOS管NM3截止，没有电流流经所述第一电阻R1。当所述工作温度Twork大于所述设定温度TSC时，所述PNP三极管Q1的结电压VBE小于所述参考电压VREF，所述第三NMOS管NM3的源端电压等于所述PNP三极管Q1的结电压VBE，因此，所述运算放大器111的反相输入端的信号小于其正相输入端的电压，所述运算放大器111输出电压升高，所述第三NMOS管NM3导通，并通过调制产生补偿电流IR1，所述补偿电流IR1与所述PNP三极管的结电压VBE有关。
[0065] 具体地，作为本发明的另一实施方式，所述过温检测模块11包括第三PMOS管及运算放大器；所述第三PMOS管的漏端连接所述第一电阻、源端连接所述电流镜模块、栅端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的反相输入端连接参考电压、正相输入端连接所述第一电阻。由此可知，不同的器件，通过不同的连接关系，可实现相同的逻辑关系，任意可实现过温检测功能的电路模块均适用于本发明，不以本实施例中的两种实施方式为限。
[0066] 如图5所示，所述电流镜模块12的输出端连接所述第二电阻R2的第一端，并作为所述过温补偿电路1的输出端，用于传输所述补偿电流IR1，并输出过温补偿电压VCS。
[0067] 具体地，如图5所示，所述电流镜模块12包括第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1及第二NMOS管NM2。所述第一PMOS管PM1的漏端连接所述过温检测模块11，并与所述第一PMOS管PM1的栅端连接，所述第一PMOS管PM1的源端连接电源电压VDD；所述第二PMOS管PM2的栅端连接所述第一PMOS管PM1的栅端、源端连接所述电源电压VDD、漏端连接所述第一NMOS管NM1的漏端；所述第一NMOS管NM1的栅端连接所述第一NMOS管NM1的漏端、源端接地；所述第二NMOS管NM2的源端接地、栅端连接所述第一NMOS管NM1的栅端、漏端连接所述第二电阻R2。在本实施例中，所述电流镜模块12的电流调整比例为k，可通过调整各MOS管的器件尺寸进行设定，在此不一一赘述。
[0068] 如图5所示，所述第二电阻R2的第二端连接基准电压VBUFF，所述基准电压VBUFF用于驱动所述第二电阻R2。
[0069] 具体地，如图5所示，所述基准电压VBUFF为零温度系数的电压，具有一定的驱
动能力，可以满足所述第二电阻R2的电流需求。
[0070] 所述过温补偿电路1的工作原理如下：
[0071] 如图5所示，当工作温度Twork小于设定温度TSC时，PNP三极管Q1的结电压VBE大于参考电压VREF，没有补偿电流产生，输出电压为基准电压VBUFF。
[0072] 具体地，如图5所示，当系统温度较低(工作温度Twork小于设定温度TSC)时，所述PNP三极管Q1的结电压VBE高于所述参考电压VREF，此时所述运算放大器111的反相输入端电压等于所述PNP三极管Q1的结电压VBE，且高于正相输入端电压VREF，所述运算放大器111的输出电压为低电平，所述第三NMOS管NM3关断，此时所述第一PMOS管PM1、所述第二PMOS管PM2、所述第一NMOS管NM1、所述第二NMOS管NM2、所述第一电阻R1及所述第二电阻R2中均没有电流流过，输出电压等于所述基准电压VBUFF，由于所述基准电压VBUFF不随温度变化，因此在工作温度Twork低于过温降电流起始点(设定温度TSC)时，系统中LED灯珠的电流不随温度变化。
[0073] 如图2所示，所述PNP三极管Q1的结电压VBE为负温度系数，随着所述工作温度Twork的升高，所述PNP三极管Q1的结电压VBE线性降低。
[0074] 如图5所示，当所述工作温度Twork大于所述设定温度TSC时，所述PNP三极管Q1的结电压VBE小于所述参考电压VREF，产生一与所述PNP三极管Q1的结电压VBE相关的补偿电流IR1，所述补偿电流IR1流经所述PNP三极管Q1、第一电阻R1及所述电流镜模块12输出到第二电阻R2的第一端，并与所述基准电压VBUFF进行抵消，得到与所述PNP三极管Q1的结电压相关VBE的补偿电压VCS，所述补偿电压VCS与工作温度Twork及工艺偏差无关。
[0075] 具体地，随着所述工作温度Twork的逐渐升高，当所述工作温度Twork超过过温降电流起始点后，所述PNP三极管Q1的结电压VBE下降到低于所述基准电压VREF，此时所述运算放大器111的正相输入电压VREF高于所述PNP三极管Q1的结电压VBE，因此其输出端电压升高，并调制所述第三NMOS管NM3使其开启产生电流，并在所述第一电阻R1上产生压降。系统稳定后，根据运算放大器的虚短原理，其两输入端电压相等，即所述第一电阻R1与所述第三NMOS管NM3源极相连的一端其电压稳定在VREF。而此时所述第一电阻R1与所述PNP三极管Q1相连的一端其电压等于VBE。因此，流过所述第一电阻R1的电流(补偿电流)满足如下关系式：IR1＝(VREF-VBE)/R1，其中，IR1为所述补偿电流，VREF为所述参考电压，VBE为所述PNP三极管的结电压，R1为所述第一电阻的阻值。所述补偿电流IR1经过所述第一PMOS管PM1、所述第二PMOS管PM2、所述第一NMOS管NM1、及所述第二NMOS管NM2构成的电流镜的适当比例调整后流过所述第二电阻R2并形成压降VR2，设电流镜的电流调整系数为k，则所述第二电阻R2上的压降为：VR2＝[(VREF-VBE)/R1]*k*R2。所述基准电压VBUFF为零温度系数的电压，并具有一定的驱动能力，可以满足所述第二电阻R2的电流需求，因此，输出电压为所述基准电压VBUFF减去所述第二电阻R2上的压降。即补偿电压VCS＝VBUFF-[(VREF-VBE)/R1]*k*R2，其中，VCS为所述补偿电压，VBUFF为所述基准电压，VREF为所述参考电压，VBE为所述PNP三极管的结电压，R1为所述第一电阻的阻值，k为所述电流镜模块的电流调整比例，R2为所述第二电阻的阻值。
[0076] 具体地，如图6所示，由于所述第一电阻R1和所述第二电阻R2存在温度系数以及工艺偏差，且在芯片生产过程中难以避免，因此在开始过温降电流以后，流过所述第一电阻R1及所述PNP三极管Q1的补偿电流IR1并不是随温度线性变化，且其电流值与设计值会有较大偏差。但是在所述补偿电流IR1经过镜像并在所述第二电阻R2上产生压降后，由补偿电压VCS的公式可知，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的温度系数以及工艺偏差等因素对阻值造成的影响已经被消除了，只与两电阻的比例相关，而两电阻的比例是不随温度及工艺偏差而改变的，如图7所示，当所述工作温度Twork大于所述设定温度TSC后，所述补偿电压VCS的随工作温度Twork的变化线性变化。
[0077] 因此，本发明的过温补偿电路及方法，其输出电压下降幅度随温度线性变化，且最大程度削弱了工艺偏差对电路特性的影响，具有优异的一致性。本发明的过温补偿电路使用具有创新性的电路结构，从根本上消除了关键器件温度特性及工艺偏差造成的过温降电流一致性差的问题，进而避免多路并联工作时，高温环境下LED灯珠亮度不一致的问题。
[0078] 综上所述，本发明提供一种过温补偿电路及方法，包括用于根据工作温度产生补偿量的PNP三极管；第一电阻；检测工作温度是否超出设定温度的过温检测模块；电流镜模块及第二电阻。当工作温度小于设定温度时，PNP三极管的结电压大于参考电压，没有补偿电流产生，输出电压为基准电压；当工作温度大于设定温度时，PNP三极管的结电压小于参考电压，产生一与PNP三极管的结电压相关的补偿电流，补偿电流流经所述PNP三极管、第一电阻及电流镜模块输出到第二电阻的第一端，并与基准电压进行抵消，得到与PNP三极管的结电压相关的补偿电压，补偿电压与工作温度及工艺偏差无关。本发明的过温补偿电路及方法中电流随温度下降的斜率具有很高的一致性，在多通路并联使用时相同温度时电流下降的幅度一致性强，LED灯珠亮度一致，客户使用感受明显改善。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0079] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的
权利要求所涵盖。
