TWI358182B - Constant-current, constant-voltage and constant-te - Google Patents
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Description
1358182 EM07002 25501twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種充電器的電流供應器，且特別是 有關於一種可充電電池充電器的定電流、定電壓及定溫的 電流供應器。 【先前技術】 φ 近年來’電池為廣泛的使用在可攜式電子裝置上，例 如··膝上型電腦(laptop computer)、手機、個人數位助理 (personal digital assistant，PDA)、收音機、無線電話、立體 • 聲卡帶播放器等。而電池可分為可充電式及不可充電式兩 種類型。其最大的不同在於使用壽命結束時的電壓特性及 等效串聯電阻。如鹼性(alkaline)電池之類的不可充電式電 池，其製造的目的不是作為可再次充電的電池。可充電式 電池包括鎳録（nickel-cadmium, Ni-Cd)電池、錄氫 鲁 （nickel-hydrogen, Ni-H)電池、裡(lithium-ion)電池、鎳金屬 氫化物(nickel metal-hydride, Ni-MH)電池，其應於不同的 充電條件下會有不同的充電速率。 上述之電子裝置的電力來自可充電式電池，當充電式 電池的電荷狀態過低時，會將可充電式電池裝進電池充電 器中。 圖1用以繪示充電器的運作條件。在定電壓(c〇nstant Voltage，CV)模式下，當電池電壓接近最終電壓時，充電電 流幾乎為0。在定電流(Constant Current，CC)模式下，電池 5 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 電壓會超過最終電壓很多，並且充電電流會一直維持在預 δ又電流值。另外，在定溫(C〇nstanttemperature)模式下，充 電器會注重於利用充電電流控制其内部充電溫度，以固定 其充電溫度。 圖2及圖3分別為傳統充電器的控制電路1〇〇和2〇〇 之電路圖。圖2的控制電路100至少包括電阻11〇、電壓 控制電流源120、130、放大器140、15〇及前置電路16〇。 請參照圖2，前置電路16〇具有輸入端A及B盥輸出端 Out。前置電路160會將輸入端A及B中接收電;1較低的 %搞接輸出h Out。藉此，流過電壓控制電流源12〇及 130的電流會等於流過電阻11〇以形成電壓νι的電流需求 與流過負載Z1以形成電壓V2的電流需求的其中之一，也 就是誰電流最佩娜。電壓節點V3最好為連續提供資 訊’以雜每-次充電電流的強度。此最高電 送至負載。
圖2中控制電路1〇〇的運作條件如下述。♦負載為未 充電時的電池時’貝rv1/R110，，(R110為參照電^ u〇的電 阻值)為其S求電流，以及電壓V2為此電池所需求的最終 浮動電壓。當開始充電時，電壓V4(為電池的電壓)合比電 壓^低很多，並且放大器150的輸出端會因為其^求最 大電壓而轉動其正提供路徑。 接著，前置電路160辆接放大5| 态14()的輪出至電流源 的控制電壓及忽略放大器150的輪出。桩| 达油， 询®接者，電流V1/R110 為傳送到負載Ζ1。 6 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 如果電池為充電狀態及電壓v =的輸出會開始減少。當_; ==會:_定，其電流需求會開二少至Ϊ f 但是*於鍾V4會大於電· V2，會造成致 θ 電壓會快速降低。放大器150輸出會減少 ，會選擇放大器⑼的輪出作為電流源 V4二維姓堃。此蚪，放大器140的輸出會被忽略。當電壓 V4維持於電壓V2眸，s # λα &
Vl/pnn ^ 時負载的電流需求會低於電壓 _以电阻U〇的電壓V3會降低至低於電麈VI， ^大°° 140的輸出會改變其正向路徑，並且前置電路 160 ^持續選擇定電壓迴路以提供電流至負載Z1。總而言 二 ' 运至負載Z1的電流最好為電流vl/RU〇,直别負載 I的電壓等於電麗V2。接著，傳送到負載Z1的電流會減 =持負載zi的電壓為電壓V2。到此完成/定電 壓的充電循環。 現在清參,¾圖3。圖3中控制電路2〇〇的pM〇s電晶 210及220功此如電壓控制電流源。二極體及24〇 及下拉電"|(_源250執行二極體性質的功能以實現如圖2中 的前置電路160執行的前置功能。 圖3的電路其運作方式如下述。PMOS電晶體210及 22〇的閘極柄接二極體MO及MO。另外，由通常知識可以 =知’當增加PMOS電晶體的·電壓，且保持其來源固 定時’ PMOS電晶體的沒極電流會減少。這就表示，鑑於 7 1358182 EM07002 255〇Itwf.doc/n 電壓控制電流源120及i3〇合相雇认 “目應於較一電壓以提供較 阿的電流，而PMOS電晶體則合相庵认h 於㈣f α θ相應於較㈣以提供 ^低的電流。此外，圖3中的放大器⑽及15()的極性連 接方式與圖2中放大器⑽及15G的紐連接方式相反。 $圖3令電路的定電流相位中，當負載 於電壓V2時，放大哭】40执佘甘a ” & — Λ/1/ϋ11Λ町穴〇。140 5又疋其流至負載的電流為
。放大器14G的輸出最好其電壓需求為非反相輸 入端所具有的電壓V3會等於電壓ν卜在電路的定電流相 位卜放大器150的輸出為反路徑電壓。放大器15〇輸出 的反路徑電壓為防止來自二極體24〇對pM〇s電晶體21〇 及220閘極的景，響。藉此，在此相位中放大器⑽的輸出 會控制傳送至負載的電流。 在圖3中電路的定電壓相位中，當負載的電壓高於或 等於電壓V2 放大n⑽紋其傳送至負載的電流最
好為低於V1/R11〇。在電路的定電壓相位中，放大器“ο 的輸出為負路徑電壓。放大器14〇輸出的反路徑電壓為防 止來自二極體230對PMOS電晶體210及220閘極的影 響。稭此，在此相位中放大器15〇的輸出會控制傳送至負 載的電流。 ' 如前所述’無論放大器140或放大器150的輸出電壓 壓誰比較高’都會控制傳送至負载的電流。因此，二極體 230及240和PMOS電晶體210及220的功能之一為選擇 放大器140及放大器150輸出數值較高者以提供較低的有 效值或需求電流至負載。下拉電流源250設定PMOS電晶 8 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 體210及220閘極的電壓基準線為零故放大器的較高的 輸出可以用來精確的設定閘極的電壓。 、
理想狀態下’在定•相財的電壓VI會等於電壓 V3。由於放大器140增益的限制，偏移電壓Δ1存在於放 大器。1。40的電壓V1與電壓％之間，以產生其輸出。假如 放大器140設計為零系統零偏，偏移電壓Δι主要來自於 二極體230與電流源25〇驅動能力的不匹配。由於二極體 230及電流源250具有不同的控制訊號’所以他們的驅動 能力無法產生良好的匹配。而處理差異會惡化二極體23〇 及電流源250的不匹配，如此會增加偏移電壓^丨。更糟的 是，許多的案件中，電阻110為晶片的外接元件，並且電 阻110與寄生電容於節點V3所產生的極性會阻止使用高 增盈放大态140，以防止其所產生不穩定的恐懼。而低增 益的放大器140會產生高偏移電壓△丨。藉此，傳 的充電電流不能準確的足夠。 負載
理想狀態下，在定電壓相位中的電壓V2會等於電壓 V4。然而，由於放大器15〇增益的限制，偏移電壓么2存 在於放大器150的電壓V2與電壓V4之間，以產生其輸 出。假如放大器140設計為零系統零偏，偏移電壓Δ2主 要來自於一極體240與電流源250驅動能力的不匹配。由 於一極體240及電流源250具有不同的控制訊號，所以其 驅動能力無法產生良好的匹配。而處理差異會惡化二極體 240及電流源250的不匹配，如此會增加偏移電壓△ 2及降 低電池最終電壓的準確度。 9 1358182 EM07002 2550ltwf.d〇c/ri 【發明内容】 及運提供—種電池充電11之電流供應器，可以提供 乍；疋電流模式、定電壓模式及定溫模式。 的作供—種1池充電器之電流供應器，可以輕易 準確的=輪=電器之電流供應器，提供 減少電1之電紐絲，可以提供 器，=一出電;種/=定電壓及定㈣電流供應 測電曰電流至負載，其包括鶴電晶體、檢 驅動ΐ晶體且^晶體、定電壓控制11及定電流控制器。 電源供應器端，其第，接 以提供電荷電流; 節點，用以’τ 端、第二端及控制巧，其第二端輕接 體與下拉電晶體之間，其中當負載的電壓 的電壓，==壓時，定電壓控制器會上拉節點 負載的電壓的傳導狀態，並且相應地維持 晶體、檢測電！體=:定編制器輕接於驅動電 負載的電壓降低域於第—參考電料，定電流控制器會 EM07002 25501twf.doc/n 體及下拉電晶體控制節點的電流，並且 限制简電流以穩定的提供至負載。 哭，用出一種定電流定電壓及定溫的電流供應 i電晶體、；載’其包括驅動電晶體、檢 =負ϊ 供應ϋ 1控制端輕接節點’其第二端 -端、'第二供電4電流至負載。檢測電晶體具有第 制祕應器’其控 盆第二嫂μ/ 有第—端、第二端及控制端， _於驅動電：:壓。定電壓控制器 ::電壓上升並且接近第-:她時電;=制:! 電壓：ΓΪ-體的傳導狀態’並二 接於驅第一參考電M °定電流控制器’耗 器之間。ιΓα、檢測電晶體、下拉電晶體與定電屋控制 i電、負載的電壓降低至低於第—參考電屋時， 點的ΐ: 過第一上拉電晶體及下拉電晶體控制節 ΐϋ 因此限制電荷電流以敎的提供至負載。 二為;流控制器’用以控制提供至負載的 少電荷電流。备電流供應器的核心溫度上升時，減 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 牛貝&歹’，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 【實施方式】 以下的敘述將伴隨著實施例的圖示，來詳細對本發明 所提出之實施例進行說明。在各圖示中所使用相同或相似 的參考標號’是用來敘述相同或相似的部份。 笫一竇施例 圖4為依據本發明第一實施例充電器的定電流及定電 壓的電流供應為之電路圖。依據本發明第一實施例定電流 • 及定電壓的電流供應器400提供充電電流IcHG至負載。此 負載例如為可充電電池BAT。依據第—實施例定電流及定 電壓的電流供應器400包括驅動電晶體41〇、檢測電晶體 420、下拉電晶體450、定電壓控制器、定電流控制器及外 接電阻480。此定電壓控制器至少包括運算放大器46〇及 PMOS電a曰體430。此定電流控制器至少包括運算放大器 470及PMOS電晶體440。運算放大器46〇可以為一電壓 放大态(Voltage Amplifier，VA)。運算放大器470可以為一電 流放大器（Current Amplifier, CA)。 ® 驅動電晶體410的源極端耦接電源供應器vc，其閘 極端耦節點N卜以及其汲極端耦接負載bAt。驅動電晶 體410為用以提供充電電流Ichg至負載BAT。驅動電晶體 410在此以PMOS電晶體為例用以說明。 檢測電晶體420的源極端耦接電源供應器vc，其閘 極端耦節點N1’以及其汲極端耦接電流放大器47〇及電阻 480。 下拉電晶體450的源極端耦接接地電壓，其閘極端耦 12 1358182 EM07002 25501 twfdoc/n 接電流放大H谓的輸出端，以及 下拉電晶體拉低節點。 拉電;;;10在此一電晶體為例用^ 定電壓控制器為_驅動電晶體41 月 及下拉電晶體450。定電流控制 =電曰曰體420 下拉電晶體及定電流控制器"為輪驅動電晶體_、 PMOS電晶體430為上拉電晶體。pM〇 的源極端祕電雜應H %，其_端 460的輸出端，以及其没極端_ 纟 放大态 用以拉高節點N1的電壓。即』Nl。上拉電晶體彻 1楚電^放46G的第—輪人端轉接參考電壓卿卜 ，、第一輸入端耦接負载Bat，以 體™端。換言之，電壓放大=== REF1與負載BAT的輪出電壓VBA ，考包昼 的驅動能力。 AT以控制電晶體430 PM0S電晶體440亦為上拉電晶體。pM〇 的源極端姉電源供應ϋ VC，其閘極端她電^日放 470的另-個輸出端，以及其及極端耗接節點上拉雷 晶體440也是用來拉高節點N1的電壓。 電壓放大窃470的第一輸入端耦接另一參 REF2，其第二輸人端㈣電阻，其第' m〇S電晶體440的閘極端，以及其第二輸㈣ 電晶體450的閘極端。電壓PR0G為電阻48〇的電壓。換 言之，電流放大器470比較參考電壓Rjgj^與電壓pR〇G i 13 EM07002 25501twf.doc/n 以控制控制電晶體440及45〇的驅動能力 一般而言，節點N1的電壓會被 古木各鄱以丁认A 日做电晶體430及440拉 .间。备負載BAT的電壓升高並且接近參 即充電器運作於定·f B _ ' ' ' ㈣道、S 4 430會由於放大器 460而祕地導通，並且相應地節點m的電壓合稍微 升。同時，驅動電晶體410為微弱導通以對負載BA%充電， ，負載，#電壓VBAT與參考電壓他打大致相等。 換言之，定㈣控制器拉高節點N1的電壓，以控制驅動 電晶體410的傳導狀態。相應地，在電麗控制模式下，負 載BAT的電壓VBAT會大致維持與參考電壓refi相等 反之，當㈣BAT的f壓VBAT大幅降低至低於參 考電壓REF1時(亦即充電器運作於定電流模式），電晶體 430會由於放大器460而關閉，同時節點N1的電壓會由於 電晶體450被拉低至接地電壓。那麼，電晶體41〇及42〇 會導通，以及電壓PROG會由於電流is而提升。如果電壓 PROG變成高於參考電壓REF2,電晶體440及45〇的驅動 能力會各別地及同步地被增加及減少，以提升節點N1的 電壓。經由放大器470的迴路調整執行後，電壓pR〇G為 幾乎與參考電壓REF2相等’亦即is。REF2/R480 (R480 參照電阻480的電阻值）。在本實施例中’電晶體41〇與 420的尺寸比(通道長與寬的比例w/L)為1000 : 1。因此， 充電電流 ICHG= l〇〇〇xIs = l〇〇〇x(REF2/R480)。也就是說， 在定電流模式，充電電流 IcHG會被限制。 圖5為圖4中的電流放大器470的電路圖。請參照圖 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 電晶體570例如為pM〇s電晶體，其源極端輕接定電 机源510 ’其閘極端作為電流放大器楊的第二輸入端， 以及其汲極端耦接定電流源52〇。
電晶體580例如為pM〇s電晶體，其源極端耗接定電 机源510 ’其閘極端作為電流放大器梢的第一輸入端， 以及其汲極端耦接定電流源53〇。 電日日體540例如為pM〇s電晶體，其源極端電源 〜裔vc’其閘極端作為電流放大器47〇的第一輸出端， 以及其汲極端搞接定電流源530。電晶體540與電晶體440 形成電流鏡。 p電晶體560例如為NM〇s電晶體，其源極端耦接接地 電壓’其閘極端作為電流放大器470的第二輸出端，以及 其汲極端耦接其閘極端。
5電机放大器470包括定電流源510、520、530、 550、電晶體 540、56〇、570 及 580 電流鏡550為耦接電源供應器vc、定電流源53〇及 電晶體560的淡極端。第一電流鏡55〇包括電晶體551及 说。電晶體551例如為PM〇s電晶體，其源極端搞接電 源供應器VC，其閘極端祕定電流源53G，以及其没極端 輕接定電流源530。電晶體552例如為pM〇s電晶體，其 源極端輕接f源供應器vc，其閘極端_定電流源53〇、， 以及其没極端耗接電晶體560的沒極。 第資施例 圖6為依據本發明第二實施例充電器的定電流定電壓 15 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 及定溫的電>1供應n之電路圖。在第—與第二實施例中， 相似的元件會具有相_參考減，以及省略其細 化說明。
在第二實施例中，定功率控制器690為用以產生及枰 制參考電壓腳2，以達_控制的魏。在定電流相ς 中’驅動電晶體61G會消耗幾瓦特的功率，以及造成核心 溫度的浪應。為了防止熱散逸，當核心溫度到達預設 溫度Τρ時，驅動電晶體㈣的功率消耗必須限制。假如 核心溫度增加至大於預設溫ΑΤρ，則定功率控制器_會 拉低參考電壓REF2，以減少驅動f晶體⑽提供的充電 電流ICHG。這樣可以經由驅動電晶體61〇減少苴功率消 耗，以及相應地核心溫度會低於預設溫度Tp。八 4 π今、货π呵小冋貫施例申定功率控制器 _的電路圖。請參照目7’定功率控制器_包括運曾放 大器710、720、電晶體73〇、及分壓器。 :
括電阻750及760。 °° 運异放大器710的第-輸入端輕接參考電壓咖3， 其第二輸人端_接電晶體謂及分壓器，以及其輸 =晶體730。運算放大器710的輸出控制電晶體730的 驅動能力。 彳電曰^，^如為_電晶體，其源極端_電源 供應VC ’其閘極端作為運算放大器71〇的輸 及其汲極端耦接運算放大器710的第二輸入端。 運算放大器720的第-輪入端轉接參考電壓咖4，· 丄观182 BM07002 25501twf.doc/n 輸人_接正溫度係數電壓Vptat，以及其輸出端 =接電晶體740。運算放大器72〇的輸出控制電晶體74〇 在驅動能力。_來說’當核^溫度低於職溫度A時， 二考電壓REF4會⑧於正溫度係數電壓VpTAT，以致於電晶 田740會關閉。反之，當核心溫度高於預設溫度Τρ時正 度係數電壓VpTAT會升高到高於參考電壓REF4,以致於 電晶體740會導通。如果核心溫度越高於預設溫度TP，電 鲁 晶體具有的驅動能力就越強。 费電晶體’例如為NMQS電晶體，其源極輪接接地 電壓，其閘極端作為運算放大器72〇的輸出端，以及其汲 極端耗接參考電壓REF2。 分壓器具有串聯的電阻750及760。 當核心溫度小於溫度Tp時，電晶體73〇會導通且電 晶體740會關閉。分壓器會產生分壓至運算放大器的第二 輸入端以提供參考電壓REF2。換言之，在本案例中， φ REF2=REF3xR76〇/(R760+R750) ’ 其中 R75〇 及 R760 分別 參照電阻750及760的電阻值。 在另一方面，當核心溫度升高至大於溫度Tp時，參 考電壓REF2會被電晶體740拉低(亦即參考電壓ΜΙ72會 等於電晶體740的電壓VDS)。電晶體730會導通且電晶體 740會關閉。分壓器會產生分壓至運算放大器的第二輸入 端以提供參考電壓REF2。換言之，在本案例中， REF2-REF3xR760/(R760+R750) ’ 其中 R750 及 R760 分別 參月?、電阻750及760的電阻值。幕所周知，在迴路由於電 17 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 流放大器670而變得穩定之後(請參照圖6) ’ pr〇g=r£f2 以及IS=PROG/R680(R680參照電阻68〇的電阻值卜所以 =果參考電壓REF2降低時，接著電流匕也會降低，而電 荷電流ICHG也會相應地降低。換言之，當核心溫度升高至 大於預設溫度Tp時’電荷電流Ighg會很低，並且相應地 驅動電晶體610的功率消耗也會減少，所以核心溫度就能 保持固定於預設溫度Tp。 • 請參照圖8，定功率控制器690包括運算放大器81〇、 820、電晶體830、840、84卜880及分壓器。在圖7與圖 8中，相似的元件具有相似的參考符號，以及其細節^敘 在此略過。 電晶體840例如為NMOS電晶體，其源極端耦接接地 電壓’其閘極端作為運算放大器820的輸出端，以及其没 極端耦接電晶體870及880的閘極。 電晶體870及880形成電流鏡，其搞接於電源供應器 鲁 VC、運算放大器810的第二輸入端與電晶體841的源極端 之間。 此分壓器包括電阻851、850及860。電阻851耗接於 電晶體830的源極端及運算放大器81〇的第二輸入端之間。 當核心溫度低於預設溫度Tp時，電晶體830會導通， 同時電晶體840、840、870及880會關閉。分壓器用以提 供分壓至運算放大器810的第二輸入端作為參考電壓 REF2。換言之，在本案例中，REF2=REF3 X R860/(R860+R850+R851)，其中 R860、R85〇 及 R851 分別 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 參照電阻860、850、851的電阻值。 如果核心溫度升高至大於預設溫度Tp，電晶體84〇 及841皆會導通。電晶體840的導通用以拉低參考電壓 REF2’並且相應地減少提供至驅動電晶體61〇的電荷電流 Ichg。電晶體841的導通會產生電流通過電晶體87〇。此電 流會被電晶體880鏡射進拉高電流1880，其中電流188〇 為通過電晶體880通道的電流。電流1880通過電阻851會 φ 產生電壓降，以拉高節點N2的電壓到超過參考電壓 REF3。在反應輸入偏移電壓的改變下，放大器81〇會增加 其輸出電壓，並且減少電晶體830的驅動能力，直到節點 N2的電壓等於參考電壓REF3。此處理會連續提升溫度到 電晶體830完全關閉。 進一步來看，在高溫的案例中，通過電晶體84〇的電 流1880會小於通過電晶體740的電流（此電流為 REF3/R750)。換言之，在高溫的案例中，圖8中的參考電 壓REF2會低於圖7中的參考電壓REF2。 # 請參照圖4及圖6,電阻480及680為外接元件。電 極Ρ1會由於電阻480及680與節點pR〇G的寄生電容而 產生。由於電阻480及680用來規劃電荷電流，其電阻值 可以具有數百次的變化。所以，電極P1的頻率也會且有 數百次的變化。藉此’電極不適於作為定電流調整迴 路的區域電極’以及必須増加額外的電極p2以傳送區域 電極。由於電極P1不是區域電極，其必須位於高於增益 頻率之上以擔祕穩定。-種實_方法是拉低區域電極 1358182 EM07002 2550 ltwf.doc/n P2至非常低的頻率。然而此方法需要大容量的電容以產 生電極P2。一種方法是使用低增益放大器的小尺寸晶片作 為放大器470及670。然而，低增益放大器為容易受到偏 移電壓的影響。藉此’在本實施例中，電流放大器47〇及 會δ又计為輸出以同步控制上拉電晶體440及640與下 拉電晶體450及650。因此會於低增益放大器形成ΑΒ級 區段及最小的偏移◎在另一方面，電壓放大器44〇及46〇 φ 的輸出控制上拉電晶體460及660，此形成Α級區段。然 而，電壓放大器460及660可使用高增益放大器以減少其 A區段輸出的偏移。隨著電流放大器47〇及46〇具有AB 級輸出區段與電壓放大器46〇及66〇具有高增益電壓，本 發明的實施例可以達到電流/電壓準確、小電路尺寸及共用 電極的父流補償具有最佳的效能。本實施例還具有其他優 點，例如減少疋電流模式及定電壓模式的偏移及可輕易達 到交流補償。 馨圖9用以繪示電荷電流Ichg的特性曲線圖。此電流通 過電晶體740及780為絕對溫度比例(pr〇p〇rti〇nal t〇 absolute temperature，PTAT)，當電荷的核心溫度為大於預 设溫度值(例如為118。〇時’在此參考電壓會為線性 減少至接近接地電壓。由於ichg=1000xref2/r480，電荷 電流ICHG會線性減少至〇。 凊參照圖5、圖7及圖8，當熱控制運作時，參考電 壓REF2會經由電晶H 740及840下拉接近接地電壓。如 圖5所示的放大1，當參考電壓卿2接近〇時，此放大 20 1358182 EM07002 25501twf.doc/i 器會具有輸端態變化下降至接細及運作良好。 6 ’定功率控制器_為非直接减至節點 。此間化的交流補償由於節點N1控制於電晶體63〇、 _及650,與定功率控制器的運作與否沒有關聯。 當參考電壓REF2減少至一數值(此數值為刪〇 b:體74〇及78〇進入線性區），參考電壓肪叫亦即電荷電 流iCHG)的減少速率會減緩，以及參考電壓μι?2(亦即電荷 電流W)不會為〇。,然而，此情況只發生於非常高的環境 溫度下’在此情況下典型充電電池將紐再使^藉此， 在典型應用中不會介意電荷電流不為〇的環境。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明’任何所屬技術領域巾具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此 本發明之_範圍當視後附之巾料職圍所界定者為 準。 【圖式簡單說明】 圖1用以繪示充電器的運作條件。 圖2及圖3分別為傳統充電器的控制電路之電路圖。 圖4為依據本發明第一實施例充電器的定電流及定電 壓的電流供應器之電路圖。 圖5為圖4中的電流放大器470的電路圖。 圖6為依據本發明第二實施例充電器的定電流定電壓 及定溫的電流供應器之電路圖。 21 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 圖7及圖8為本發明兩不同實施例中定功率控 電路圖。 〇〇的 圖9用以繪示電荷電流的特性曲線圖。 【主要元件符號說明】 120、130:電壓控制電流源 140、150 :放大器 160 :前置電路 φ 100、200:控制電路 210、220 :電晶體 230、240 :二極體 250 ··電流源 400:電流供應器 410、420、430、440、450、540、560、570、580、730、 740、830、840、841、880 :電晶體 460、470、710、720、810、820 :放大器 110、480、750、760、851、850、860 :電阻 510、520、530 :定電流源 550 :電流鏡 • 69〇:定功率控制器 REF1、REF2、REF3、REF4 :參考電壓 A、B:輸入端
Out :輸出端
Ichg、Is、1880 :電流 V卜 V2、V3、V4、VBAT、PROG、VPTAT :電壓 Zl、BAT :負載 VC :電源供應器 N1 :節點 Tp :預設溫度 22
Claims (1)
1358182 EM07002 25501twf.doc/n 十、申請專利範園： 一電itTi電^定電壓及定溫的電流供應器，用以提供 H胃载’該電流供應II包括： 一驅動電晶體，具有一第一一 端，該第一踹叙垃 ^ 弟一鳊及一控制 弟^耦接一電源供應器，該控制端耦接一 - 提供該電荷電駐該負載； 杬測電晶體，且右一筮一 # 咏 端，該第-端ft接古亥恭綠庙„ 、—第二端及一控制 -下拉電曰俨电/原應态’該控制端耦接該節點； 端，該第二端耦接嗜筋赴弟一鳊及一控制 祸㈣即點，用以下拉該節點的電壓； 一定電麵φ!ϋ ’触於娜動 體盥該下叔雷曰胂十阳^ a檢/則電晶 ，：下曰曰體之間’其中當該負載的電壓上升並且接 近一弟-參考時，該定電馳㈣會上拉該節^ 壓，以控制該驅動電晶體的傳導狀態，並地= 負載的電祕該第-參考電H及 也准持5亥 一疋電流控制ϋ，耗接於該驅動電晶體、 體、該下拉電晶體與該定控制器之間，其中當=1曰 读H μ M s h㈣，該定1流控制器會 透/拉電阳體及該下拉電晶體控制該節點的雷 流’並且因此_該電荷電流以穩定的提供至負载。 2.如申δ月專利範圍第i項所述之電流供應器， 定電壓控制器包括： 第 .上拉電晶體，具有一第 二 端、一第二端及一批 制端’該第-端祕至該電源供應器，該第二端轉接至^ 23 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 節點，拉電晶體為用以上拉該節點的電壓；以及 及-輸出端，詨第—/、有苐一輸端、一第二輸入端 以 輪入端耦接至該第一參考電壓，兮當 二輸入端耦接該負载，以及該輸 Μ 的控制端。 域接以二上拉晶體 3·如申請專利範圍第！項所述之 定電流控制器包括·· 。。。具中該 • 該第—上拉電晶體，具有一第一端、-第二端及一斤 制端’該第-端搞接至該電源供應器，該第二端輕接至^ 點’該第-上拉電晶體為用以上拉該節點的電壓以及 -定電流放大器，具有一第一輸入端、—第二輸入端 及一輸出端，該第一輸入端耦接至一第二參考電壓，詨第 一輸入端耦接該檢測電晶體的第二端，該第一輪出端^接 該第一上拉電晶體的控制端，以及該第二輸出端 拉晶體的控制端。 ~ 4‘如申請專利範圍第3項所述之電流供應器，| Ρ ^電流放大ϋ包括： ^ 一第一定電流源； 一第一電晶體，具有一第一端、一第二端及—控制 端，該第一端耦接該第一定電流源，該控制端作為兮二 流放大器的第二輸入端； 〜疋冤 一第二電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制 端，該第一端耦接該第一定電流源，該控制端作為該二 流放大器的第一輸入端； Λ ” 24 1358182 EM07002 25501twf.d〇c/n 一第一定電流源，輕接該第一電晶體的第— 一第三定電流源，耦接該第二電晶體的第_=， 一弟二電晶體’具有一第一端、一第一端 端，該第一端耦接該電源供應器，該控制端作及〜捡制 放大器的第一輪出端，以及該第二端耦接該二，定電流 及其控制端； —疋電流源 一第四電晶體，具有一第一端、—第二 端，該第一端耦接一接地電壓，該控制端作 控制 大器的第二輪出端，以及該第二端耗接1制^夂電流放 一第一電流鏡，減於該電源供應 與該第四電晶體的第二端之間。 〜1：肌源 5. 如申請專利範圍第4項所述之電流供庳器， 第一電流鏡包括： 異中该 第五電晶體，具有-第一端、—第二端及 端，該第一端耦接該電源供應器，該控制端耦接譎:定 電流源，以及該第二端耦接該第三定電流源；以及一 -第六電晶體’具有-第-端、—第二端及—栌制 端，該第一端耦接該電源供應，該控制端耦接該第三^電 流源，以及該第二端耦接該第四電晶體的第二端。疋’ 6. 如申請專利範圍第3項所述之電流供應器，更包括： 一第一電阻，耦接於該定電流放大器的第二輪 該接地電壓之間。 7. 如申請專利範圍第1項所述之電流供應器’其中該 下拉電晶體另輕接該接地電壓。 25 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 8·如申請專利範圍第1項所述之電流供應器，更包 括： 一溫度控制器’用以當該電流供應器的一核心溫度上 升時，控制及下拉該第二參考電壓，以減少該驅動電晶體 所提供的該電荷電流。 9.如申請專利範圍第8項所述之電流供應器，其中該 溫度控制器包括： Λ Φ 一第一運算放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入 端及一輪出端，該第一輸入端耦接一第三參考電壓； 山一第七電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制 端，該第一端耦接該電源供應，該控制端耦接該第一運算 放大态的輪出端，以及該第二端耦接該第一運算放大器的 第二輸入端； ° 山 弟—運算放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入 端及輸出端，該第一輸入端耦接一第四參考電壓，該第 籲一輸入缟輕接一正溫度係數電壓； 端，該電晶體’具有一第-端、-第二端及-控制 放大β器的輪^接該接地電壓，該控制端耗接該第二運算 一八厫）以及该第二端耦接第二參考電壓·，以及 該第七ΐ曰:’輕接於該第一運算放大器的第二輸入端及 涊弟：電晶體的第二端之間； 分壓n =該電流供應器的核心溫度低於一預設值時，該 端，以提供玄第一運算放大器的第二輸入 26 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 當該電流供應器的核心溫度升高至大於該預設值 時’該第八電晶體會下拉該第二參考電壓。 H).如申請專利範圍第9項所述之電流供應器， 該溫度控制器更包括： …-第二電阻’_於該第七電晶體的第二端與 一 運异放大器的第二輸入端之間；以及. 第九電晶體，具有一第 端
第二端及一控制 山 -----”人—-ίΐ rp'J 鳊，該第一端耦接該接地電壓，該控制端耦接該第二運算 放大器的輸出端；
一第一電流鏡，耗接於該電源供應器、該第一運算放 大器的第二輸入端與該第九電晶體的第二端之間。 11.如申请專利範圍第1〇項所述之電流供應器，其中 如果該電流供應器的核心溫度升高至大於該預設值，該第 八電晶體的驅動能力、該第九電晶體及該第二電流鏡的電 會由於該核心溫度的增加而增加，同時該第七電晶體的 電流會由於該核心溫度的增加而減少，因此該第二參考電 壓會被該第八電晶體下拉，並且該驅動電晶體提供的電荷 電流會相應地減少。 12. —種定電流定電壓及定溫的電流供應器，用以提 供一電荷電流至一負載，包括： 一驅動電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制 端，該第一端耦接一電源供應器，該控制端耦接一節點， 該第二端耦接該負載，用以提供該電荷電流至該負載； 一檢測電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制 27 EM07002 255〇ltwf.doc/n 端，該接該電源供應器，該控制 -下拉電晶體，具有—第一：：即點， 端，該第二端雛該節點，_下拉該節控制 體錢ΐ拉 門，驅動電晶體、該檢測電晶 f 1㈣ 較電壓控制器會上拉該節點的電
電晶體的傳導狀態，並且相應地維持該 負載的電堡於該第一參考電壓； 一定電流控制H，_贿驅動電晶體、該檢測電晶 體、該下拉電晶體與該定電壓控制器之間，其中當 的電壓降低至低於該第—參考電壓時，較電流=器會 透過一第一上拉電晶體及該下拉電晶體控制該節點的電 流，並且因此限制該電荷電流以穩定的提供至負載；以及 疋功率控制益，輕接該定電流控制器，用以控制提 供至該負載的功率為可調整的，並且當該電流供應器的一 核心溫度上升時，減少該電荷電流。
13.如申s青專利範圍第12項所述之電流供應器，其中 該定電壓控制器包括： 八 一弟一上拉電晶體，具有一第一端、一第二端及一控 制端’ 5亥第一端箱接至該電源供應器，該第二端轉接至該 節點’該苐一上拉電晶體為用以上拉該節點的電壓；以及 一定電壓放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端 及^輸出端，該第一輸入端搞接至該第一參考電壓，該第 二輸入端耗接該負載，以及該輸出端輕接該第二上拉晶體 28 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 的控制端。 Η.如申請專利範圍第12項所述之電流供應器，i 該定電流控制器包括： 〃 定電流放大器’具有一第一輸入端、 該第一上拉電晶體，具有一第一端、一第二端及一控 制端，該第一端耦接至該電源供應器，該第二端耦接至^ 節點，該第一上拉電晶體為用以上拉該節點的電壓；以^ 第二輪入端 下 及一輸出端，該第一輸入端耦接至一第二參考電壓該 二輸入端耦接該檢測電晶體的第二端，該第一轸 Μ 該第-上拉電晶體陳制端，以及鮮二輸接 拉晶體的控制端。 15·如申請專利範圍第14項所述之電流供應芎 該定電流放大器包括： 恭 一第一定電流源； 一第一電晶體，具有一第一端、一第二端及 端，該第一端耦接該第一定電流源，該控制端 流放大器的第二輸入端； ·'、、 一第二電晶體，具有一第一端、 其中 一控制 該定電 第 端及 端’該第-端輪該第-定電流源，該控制^一控制 流放大器的第—輸入端； 制、作為該定電 卓一疋電流源，搞接該弟一電晶體的苐_ 一第三定電流源，耦接該第二電晶體的第， 一第三電晶體，具有一第一端、一第二〜 端，該第一端耦接該電源供應器，該控制端作1及〜控制 下為該定電流 29 1358182 EM07002 25501twf.doc/n 放大态的第一輪出端，以及該第二端叙 源，該第三電晶體的第二端另輕接其控制端:第二定電流 -第四電晶體，具有一第一端、—第二端 端。:該第-_接-接地電壓’該控制端作為該定電= 大斋的第一輸出端’該第二端輕接其控制端；以及w -第-電流鏡’输於該電源供應器、該第三 與該第四電晶體的第二端之間。 一电机源
!6.如中請專利範圍第15項所述之電流供應器， 該第一電流鏡包括： “τ -第五電晶體’具有一第一端、一第二端及 端’該第-端_該電源供應H，雜綱_該第^ 電流源，以及該第二端耦接該第三定電流源；以及〜疋 山一第六電晶體，具有一第一端、一第二端及—控制 端’該第一端耦接該電源供應器，該控制端耦接該第三 電流源’以及該第二端耦接該第四電晶體的第二端。 17. 如申請專利範圍第14項所述之電流供應器，更包 括： 一第一電阻，耦接於該定電流放大器的第二輸入端盥 該接地電壓之間。 /、 18. 如申請專利範圍第12項所述之電流供應器，其中 該下拉電晶體的第一端耦接該接地電壓。 19. 如申請專利範圍第12項所述之電流供應器，其中 該定功率控制器包括： 、 一第一運算放大器，具有一第一輸入端、一第二輪入 30 1358182 EM07002 25501twf.d〇c/n 端及一輸出端，該第一輸入端耦接一第三參考電壓； 一第七電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制 端，該第一端耦接該電源供應，該控制端耦接該第一運算 放大器的輸出端，以及該第二端耦接該第一運算放大器的 第二輸入端； 弟一運异放大器，具有一第一輸入端、一第二輪入 端及一輸出端，該第一輸入端耦接一第四參考電壓該第 一輸入端輕接一正溫度係數電壓； 第八電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制 端’該第一端耦接該接地電壓，該控制端耦接該第二運算 放大器^輸出端’以及該第二端麵接第二參考電壓；以^ 一分壓裔，耦接於該第一運算放大器的第二輸入端及 該第七電晶體的第二端之間； 、^其中當該電流供應器的核心溫度低於一預設值時，該 分壓器為用以Μ分壓至該第—運算放大器的第二輸二 %，以提供該第二參考電壓； 士 ^ 該電流供應器的核心溫度升高至大於該預設值 岬，該弟八電晶體會下拉該第二參考電壓。 2〇杰如申凊專利範圍® 19項所述之電流供應器，中 該疋功率控制器更包括： " 運管；dr輕接於該第七電晶體的第二端與該第-連放大裔的第二輸入端之間； 二第，晶體，具有一第一端、一第二端及一控制 “弟端輕接該接地電|，該控制端麵接該第二運算 31 1358182 EM07002 2550 丨耐也％ 放大器的輸出端；以及 大哭^ 鏡，祕於料顧縣、該第一運算放 Α°。的弟二輸入端與該第九電晶體的第二端之間。 21.如申。月專利範圍帛％項所述之電流供應器，其中 如果該電流供應器的核心溫度升高至大於該預設值，該第 =電晶體的驅動能力、該第九電晶體及該第二電流鏡的電 流會由於該核心溫度的增加而增加，同時該第七電晶體的 •，流會由於該核心溫度的增加而減少，因此該第二參考電 壓會被該第八電晶體下拉，並且該驅動電晶體提供的電荷 電流會相應地減少。
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