專利名稱：用于實現(xiàn)恒定電流和恒定電壓模式的充電控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及諸如電池充電器的充電器，更具體地，涉及在恒定電壓模式下保持恒定的充電電壓的充電控制器。
背景技術(shù)：
隨著諸如蜂窩電話、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式多媒體播放器(PMP)等便攜式電子設(shè)備的使用增加，各種用于安全和高效地對電池進行充電的技術(shù)得到發(fā)展。在便攜式電子設(shè)備中，使用例如鋰離子電池的輔助電池，其可以在被放電時重新充電。
圖1是用于對可以為電池的被充電裝置Z進行充電的充電控制器的傳統(tǒng)電路圖。參考圖1，傳統(tǒng)的充電控制器包括功率晶體管Mz和Mr、以及可編程電阻器r。功率晶體管Mz連接在高壓電源VDD和被充電裝置Z之間以提供充電電流Iz給被充電裝置Z。功率晶體管Mr連接在高壓電源VDD和電阻器r之間以提供鏡像電流Ir給電阻器r。功率晶體管Mr和Mz的柵極連接到控制節(jié)點Ng。
此外，圖1的傳統(tǒng)充電控制器包括插入到控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間的下拉電流源I_down。圖1的傳統(tǒng)充電控制器還包括第一放大器A1、第二放大器A2、第一控制晶體管Mc、和第二控制晶體管Mv。第一控制晶體管Mc和第二控制晶體管Mv分別連接在高壓電源VDD和控制節(jié)點Ng之間。
第一放大器A1對第一參考電壓V_ref1和電阻器r上的電壓Vr之間的差進行放大。第一放大器A1的輸出被施加到第一控制晶體管Mc的柵極。第二放大器A2對第二參考電壓V_ref2和裝置Z上的電壓Vz之間的差進行放大。第二放大器A2的輸出被施加到第二控制晶體管Mv的柵極。
圖1的傳統(tǒng)充電控制器在工作于分別如圖2A和2B所示的恒定電流模式和恒定電壓模式時對裝置Z進行充電。圖2A是當(dāng)圖1的充電控制器工作在恒定電流模式時、Iz對充電時間的圖。圖2B是當(dāng)圖1的充電控制器工作于恒定電壓模式時、裝置Z的電壓Vz對充電時間的圖。
圖1的充電控制器首先工作在恒定電流模式下，用于對開始時已經(jīng)被放電的裝置Z進行充電。在初始充電期間，在裝置Z上的電壓Vz比第二參考電壓V_ref2低。因此，第二放大器A2輸出高電平電壓以便于第二晶體管Mv在這樣的初始充電時間段期間(例如，在恒定電流模式期間)被截止。
通過設(shè)計功率晶體管Mr和Mz的尺寸規(guī)格，鏡像電流Ir的電平和充電電流Iz的電平可以被調(diào)整為相同的或者成一定比例。當(dāng)電流Ir和Iz的電平被這樣調(diào)整時，電壓Vr對應(yīng)于充電電流Iz的電平。第一放大器A1用于在恒定電流模式期間恒定(在圖2A中的Ic)的充電電流Iz的電平的反饋控制。
當(dāng)裝置Z上的充電電壓Vz達到第二參考電壓V_ref2的電平時，恒定電流模式結(jié)束并且恒定電壓模式開始。如果那樣的話，充電電流Iz如圖2A所示緩慢地降低。在恒定電壓模式下，與充電電流Iz對應(yīng)的電壓Vr低于第一參考電壓V_ref1。因此，第一放大器A1輸出高電平電壓以便于第一控制晶體管Mc截止。
第二放大器A2用于對在恒定電壓模式期間處于恒定(在圖2B中的Vc)的充電電壓Vz進行反饋控制。也就是說，第二放大器A2控制第二晶體管Mv的導(dǎo)通和截止，使得充電電壓Vz保持在第二參考電壓V-ref2的電平上。當(dāng)最后完成充電的時候，充電電流Iz被期望變?yōu)榱?，而充電電壓Vz保持在第二參考電壓V_ref2的電平上。
功率晶體管Mz應(yīng)該在裝置Z的充電完成以后被完全截止。然而，下拉電流源I_down可以將控制節(jié)點Ng放電以便于在控制節(jié)點Ng上的電壓可以降低以低于高壓電源VDD上電平。如果那樣的話，充電電流Iz可以從0開始增加，使得甚至在裝置Z的充電完成以后充電電壓Vz還持續(xù)升高。該升高的充電電壓Vz可能損壞裝置Z，使得充電不能夠被安全地執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明在充電完成后，實質(zhì)上確保零充電電流，以維持充電裝置上的電壓。
按照本發(fā)明一個方面的充電控制器包括控制節(jié)點、上拉電流源、以及第一和第二反饋控制裝置。該控制節(jié)點具有在其上生成的控制電壓，用于控制流向被充電裝置的第一電流和流向參考裝置的第二電流。該上拉電流源提供充電電流給控制節(jié)點。該第一反饋控制裝置通過過控制節(jié)點耦接在上拉電流源的電流路徑中，用以在恒定電流模式期間將第二電流維持在恒定電流電平上。該第二反饋控制裝置通過控制節(jié)點耦接在上拉電流源的電流路徑中，用以在恒定電壓模式期間將被充電裝置的電壓維持在恒定電壓電平上。
在本發(fā)明的示范實施例中，上拉電流源和第一和第二反饋控制裝置串聯(lián)耦接在高壓電源和低壓電源之間。例如，上拉電流源耦接在高壓電源和控制節(jié)點之間，并且第一和第二反饋控制裝置被串聯(lián)連接在控制節(jié)點和低壓電源之間。
在本發(fā)明的又一實施例中，充電控制器還包括第一和第二功率晶體管。該第一功率晶體管耦接在高壓電源和被充電裝置之間，并且其柵極耦接到控制節(jié)點，以提供第一電流給被充電裝置。該第二功率晶體管耦接在高壓電源和參考裝置之間，并且其柵極具有耦接到控制節(jié)點，以提供第二電流給參考裝置。
在本發(fā)明的又一實施例中，第一和第二反饋控制裝置是串聯(lián)耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間的第一和第二控制晶體管。在該情況中，第一放大器用于放大第一參考電壓和參考裝置上的電壓之間的差異，該第一放大器的輸出被施加到第一控制晶體管的柵極上。第二放大器用于放大第二參考電壓和被充電裝置上的電壓之間的差異，該第二放大器的輸出被施加到第二控制晶體管的柵極上。
在本發(fā)明的又一實施例中，第一和第二控制晶體管的每一個是相應(yīng)的PMOSFET(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)?？商鎿Q地，第一和第二控制晶體管的每一個是相應(yīng)的NMOSFET(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
在本發(fā)明的又一實施例中，所述充電控制器還包括兩個附加的控制晶體管，其串聯(lián)耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間，并對稱地耦接到第一和第二控制晶體管的柵極。
在本發(fā)明的又一實施例中，所述充電控制器還包括第三反饋控制裝置，其通過控制節(jié)點耦接在上拉電流源的電流路徑中，用以限制被充電裝置上的溫度。例如，第一、第二、和第三反饋控制裝置是串連耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間的第一、第二、和第三控制晶體管，并且上拉電流源耦接在高壓電源和控制節(jié)點之間。在該情況中，所述充電控制器還包括第三放大器，用于放大第三參考電壓與來自溫度傳感器的、用于指示被充電裝置上的溫度的電壓之間的差異，該第三放大器的輸出被施加到第三控制晶體管的柵極上。
在本發(fā)明的又一實施例中，所述充電控制器還包括由三個附加的控制晶體管構(gòu)成的第一串聯(lián)，其耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間；并包括由三個附加控制晶體管構(gòu)成的第二串聯(lián)，其耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間。由附加控制晶體管構(gòu)成的第一和第二串聯(lián)對稱地耦接到第一、第二、和第三控制晶體管的柵極。
在本發(fā)明的又一實施例中，被充電裝置是電池，而參考裝置是電阻器。
根據(jù)本發(fā)明又一方面的充電控制器包括控制節(jié)點、第一和第二放大器、以及第一和第二傳輸晶體管。該控制節(jié)點具有在其上生成的控制電壓，用于控制流向被充電裝置的第一電流和流向參考裝置的第二電流。該第一放大器用于放大第一參考電壓和參考裝置上的電壓之間的差異。該第二放大器用于放大第二參考電壓和被充電裝置上的電壓之間的差異。該第一傳輸晶體管響應(yīng)于第二放大器的輸出而將第一放大器的輸出傳輸?shù)娇刂乒?jié)點。該第二傳輸晶體管響應(yīng)于第一放大器的輸出而將第二放大器的輸出傳輸?shù)娇刂乒?jié)點。
例如，第一傳輸晶體管是其柵極耦接到第二放大器的輸出的場效應(yīng)晶體管，其中第二放大器導(dǎo)通第一傳輸晶體管從而在恒定電流模式期間將第二電流維持在恒定電流電平上。此外，第二傳輸晶體管也是其柵極耦接到第一放大器的輸出的場效應(yīng)晶體管，其中第一放大器導(dǎo)通第二傳輸晶體管從而在恒定電壓模式期間將被充電裝置的電壓維持在恒定電壓電平上。
在本發(fā)明的又一實施例中，所述充電控制器包括第一二極管連接(diode-connected)場效應(yīng)晶體管，耦接在第一放大器的輸出和控制節(jié)點之間；并且包括第二二極管連接場效應(yīng)晶體管，耦接在第二放大器的輸出和控制節(jié)點之間。
在本發(fā)明的又一實施例中，所述充電控制器還包括第三放大器，用于放大在第三參考電壓與來自溫度傳感器的、用于指示被充電裝置上的溫度的電壓之間的差異。此外，第三和第四傳輸晶體管串聯(lián)耦接在第三放大器的輸出和控制節(jié)點之間。該第三和第四傳輸晶體管響應(yīng)于第一和第二放大器的輸出，而傳輸?shù)谌糯笃鞯妮敵鼋o控制節(jié)點。
此外，第五傳輸晶體管在第一放大器的輸出和控制節(jié)點之間、與第一傳輸晶體管串聯(lián)耦接。第一和第五傳輸晶體管響應(yīng)于第二和第三放大器的輸出，而傳輸?shù)谝环糯笃鞯妮敵鼋o控制節(jié)點。此外，第六傳輸晶體管在第二放大器的輸出和控制節(jié)點之間、與第二傳輸晶體管串聯(lián)耦接。第二和第六傳輸晶體管響應(yīng)于第一和第三放大器的輸出，而傳輸?shù)诙糯笃鞯妮敵鼋o控制節(jié)點。
通過這種方式，由于下拉電流源沒有被耦接到控制節(jié)點，在恒定電壓模式期間，基本上將流向被充電設(shè)備的充電電流維持為0。因此，在充電設(shè)備完全充電之后，被充電設(shè)備上的電壓沒有增加，從而阻止了對被充電設(shè)備的損害。


根據(jù)結(jié)合附圖對本發(fā)明示范性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明前面的和其它的特征和優(yōu)勢將變得更加明確，其中圖1是傳統(tǒng)充電控制器的電路圖；圖2A是充電電流對充電時間的圖，并且圖2B是充電電壓對充電時間的圖，用于圖示在圖1的充電控制器中的恒定電流模式和恒定電壓模式；圖3A、3B和3C是按照本發(fā)明實施例、采用上拉電流源的充電控制器的電路圖；圖4A、4B和4C是按照本發(fā)明的其他實施例、具有對稱連接的控制晶體管的充電控制器的電路圖；圖5A、5B和6是按照本發(fā)明的其他實施例、不采用通向控制節(jié)點的上拉和下拉電流源的充電控制器的電路圖。
這里所引用的圖是為了解釋清晰而繪制的，并不一定是按比例繪制。在圖1、2A、2B、3A、3B、3C、4A、4B、4C、5A、5B和6中相同的附圖標(biāo)記指示具有類似結(jié)構(gòu)和/或者功能的元件。
具體實施例方式
圖3A、3B和3C示出了分別圖示按照本發(fā)明實施例的各個充電控制器的電路圖。圖3A、3B和3C的充電控制器的每一個包括第一和第二功率晶體管Mz和Mr、將要被充電的裝置Z(例如電池)、作為示范性參考裝置的可編程電阻器r、上拉電流源I_up、第一放大器A1、第二放大器A2、第一控制晶體管Mc、和第二控制晶體管Mv。所述第一和第二控制晶體管Mc和Mv是示范性的反饋控制裝置。
在本發(fā)明的一個實施例中，功率晶體管Mr和Mz由PMOSFET(P溝道金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)所實現(xiàn)。然而，本發(fā)明也可以由采用NMOSFET(N溝道金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)所實現(xiàn)的功率晶體管Mr和Mz來實施。
第一和第二功率晶體管Mz和Mr的源極耦接到高壓電源VDD。第一功率晶體管Mz的漏極耦接到被充電裝置Z，以及第二功率晶體管Mr的漏極被耦接到電阻器r。第一和第二功率晶體管Mz和Mr的柵極耦接到控制節(jié)點Ng。第一功率晶體管Mz提供充電電流Iz給裝置Z，而第二功率晶體管Mr提供參考電流(例如，鏡像電流)Ir給電阻器r。在控制節(jié)點Ng上所產(chǎn)生的控制電壓決定電流Iz和Ir的每一個的各個電平。
上拉電流源I_up耦接在高壓電源VDD和控制節(jié)點Ng之間從而提供充電電流給控制節(jié)點Ng。因此，來自上拉電流源I_up的電流從高壓電源VDD流到控制節(jié)點Ng。
在圖3A的實施例中第一和第二控制晶體管Mc和Mv由PMOSFET(P溝道金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)所實現(xiàn)。第一控制晶體管Mc的漏極耦接到低壓電源VSS，它可以是接地節(jié)點。第一控制晶體管Mc的源極耦接到第二控制晶體管Mv的漏極，其中晶體管Mv的源極耦接到控制節(jié)點Ng。
因此，第一和第二控制晶體管Mv和Mc被串連耦接在控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間的上拉電流源I_up的電流路徑上。因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂凭w管Mv和Mc中的任一個截止時，控制節(jié)點Ng被充電至高壓電源VDD的電壓，使得功率晶體管Mz和Mr被完全截止以便于阻止裝置Z上的電壓Vz在裝置Z被充分充電以后增加。
可替換地，當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂凭w管Mv和Mc二者都被導(dǎo)通時，低壓電源VSS的電壓被施加到控制節(jié)點Ng上。通常，可以在控制節(jié)點Ng上產(chǎn)生從低壓電源VSS的電壓到高壓電源VDD的電壓的電壓范圍。
第一放大器A1放大在第一參考電壓V_ref1和電阻器r上的電壓Vr之間的差異，并且其輸出被施加到第一控制晶體管Mc的柵極上。第二放大器A2對在第二參考電壓V_ref2和被充電裝置Z上的電壓Vz之間的差異進行放大，并且其輸出被施加到第二控制晶體管Mv的柵極。
類似于圖2A和2B所示，圖3A、3B和3C的充電控制器根據(jù)初始恒定電流模式、隨后的恒定電壓模式而工作。最初在恒定電流模式中，在裝置Z上的充電電壓Vz比第二參考電壓V_ref2低，使得第二控制晶體管Mv被導(dǎo)通。在那種情況下，第一放大器A1提供第一控制晶體管Mc的反饋控制，使得流經(jīng)電阻器r的參考電流Ir被保持在恒定電流電平上，并且使得恒定電平的充電電流Iz流經(jīng)裝置Z。在恒定電流模式期間的恒定電流電平Ir由參考電壓V-ref1所決定。
也就是說，在恒定電流模式中，在電阻器r上的、指示充電電流Iz的電平的電壓Vr被反饋控制，使得電壓Vr被保持在第一參考電壓V-ref1上。當(dāng)電壓Vr降低至第一參考電壓V_ref1之下時，控制節(jié)點Ng上的電壓被降低以便于升高參考電流Ir和充電電流Iz?？商鎿Q地，當(dāng)電壓Vr增加超過第一參考電壓V-ref1時，控制節(jié)點Ng的電壓被升高以便于降低參考電流Ir和充電電流Iz。隨著這樣的反饋控制，用于對裝置Z充電的充電電流Iz在恒定電流模式期間被保持在基本上恒定的電平上。
一旦裝置Z上的電壓Vz到達第二參考電壓V_ref2，則進入恒定電壓模式。在恒定電壓模式下，充電電流Iz和參考電流Ir緩慢降低，并且電阻器r上的電壓Vr變得比第一參考電壓V_ref1低。在那種情況下，第一控制晶體管Mc被導(dǎo)通。
當(dāng)充電電壓Vz到達第二參考電壓V-ref2的電平時，第二放大器A2提供第二控制晶體管Mv的反饋控制以便于將充電電壓Vz維持在第二參考電壓V_ref2上。當(dāng)充電電壓Vz降低到低于第二參考電壓V_ref2時，在控制節(jié)點Ng上的電壓被降低，以升高參考電流Ir和充電電流Iz。可替換地，當(dāng)充電電壓Vz被升高到高于第二參考電壓V_ref2時，在控制節(jié)點Ng上的電壓被升高，以降低參考電流Ir和充電電流Iz。利用這樣的反饋控制，充電電壓Vz在恒定電壓模式期間基本上被保持在第二參考電壓V_ref2上。
在圖3A中，由于第一和第二控制晶體管Mc和Mv是PMOSFET，在電阻器r上的電壓Vr被輸入到第一放大器A1上的正極端子+上，而第一參考電壓V_ref1被輸入到第一放大器上的負(fù)極端子-上。類似于圖3A中，充電電壓Vz被輸入到第二放大器A2的正極端子+中，而第二參考電壓V_ref2被輸入到第二放大器A2的負(fù)極端子-中。
圖3B的充電控制器與圖3A的充電控制器類似地工作。然而在圖3B中，第一和第二控制晶體管Mc和Mv是NMOSFET(N溝道金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)。在該情況下，控制晶體管Mc和Mv在控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間串連耦接，第一控制晶體管Mc的源極耦接到低壓電源VSS并且第二控制晶體管Mv的漏極耦接到控制節(jié)點Ng。
此外在圖3B中，第一參考電壓V_ref1被輸入到第一放大器A1的正極端子+，并且在電阻器r上的電壓Vr被輸入到第一放大器A1的負(fù)極端子-上。類似地，第二參考電壓V_ref2被輸入到第二放大器A2的正極端子+上，并且裝置Z上的充電電壓Vz被輸入到第二放大器A2的負(fù)極端子-中。
圖3C的充電控制器也和圖3A的充電控制器類似地工作。然而，圖3C的充電控制器還包括溫度傳感器SENSOR、第三放大器A3、和第三控制晶體管Ms。溫度傳感器SENSOR輸出指示裝置Z的內(nèi)部溫度的裝置溫度電壓Vt。第三放大器A3放大在第三參考電壓V_ref3和裝置溫度電壓Vt之間的差異。第三放大器A3的輸出被施加到第三控制晶體管Ms的柵極上。
第一、第二和第三控制晶體管Mc、Mv和Ms在控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間串連耦接。如果裝置溫度電壓Vt變得高于第三參考電壓V_ref3，則第三控制晶體管Ms被截止，使得控制節(jié)點Ng被充電至高壓電源VDD的電壓，以截止功率晶體管Mr和Mz。
一般地，第三放大器A3控制第三控制晶體管Ms，使得裝置Z的內(nèi)部溫度不會增加超過對應(yīng)于第三參考電壓V_ref3的參考溫度。換言之，當(dāng)裝置溫度電壓Vt增加超過第三參考電壓V_ref3，第三放大器A3使第三控制晶體管Ms截止以降低充電電流Iz，使得圖3C的充電控制器工作在過熱保護模式下。
圖4A、4B和4C是按照本發(fā)明的其它實施例、具有對稱連接的控制晶體管的充電控制器的電路圖。圖4A、4B和4C的充電控制器分別與圖3A、3B和3C的充電控制器類似地工作。
然而，參照圖3A和4A，除了原有的控制PMOSFET Mc1和Mv1(類似于圖3A中的Mc和Mv)之外，圖4A的充電控制器還包括由兩個附加控制PMOSFET Mc2和Mv2構(gòu)成的串聯(lián)。這些附加的PMOSFET Mc2和Mv2串連耦接在控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間。因此，控制晶體管Mv2的漏極被耦接到低壓電源VSS，而控制晶體管Mv2的源極被耦接到控制晶體管Mc2的漏極，控制晶體管Mc2的源極耦接到控制節(jié)點Ng。
此外，增加的控制晶體管Mv2和Mc2的柵極與原有的控制晶體管Mc1和Mv1的柵極對稱耦接。因此，控制晶體管Mv2的柵極被耦接到控制晶體管Mv1的柵極，并且控制晶體管Mc2的柵極被耦接到控制晶體管Mc1的柵極。
類似地，參照圖3B和4B，除了原有的控制NMOSFET Mc1和Mv1(類似于圖3B中的Mc和Mv)之外，圖4B的充電控制器還包括由兩個附加控制NMOSFET Mc2和Mv2構(gòu)成的串聯(lián)。這些增加的控制NMOSFET Mc2和Mv2在控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間對稱地耦接。
此外，參照圖3C和4C，除了原有的控制NMOSFET Mv1、Mc1和Mv1(類似于圖3B中的Mv、Mc和Mv)之外，圖4C的充電控制器還包括由三個附加的控制PMOSFET Ms2、Mv2和Mc2所構(gòu)成的第一串聯(lián)(series)以及由三個附加的控制PMOSFET Mc3、Ms3和Mv3所構(gòu)成的第二串聯(lián)。
三個附加的控制PMOSFET Ms2、Mv2和Mc2所構(gòu)成的第一串聯(lián)在控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間串聯(lián)耦接。因此，Mc2的漏極被連接到低壓電源VSS，Mc2的源極被耦接到Mv2的漏極，Mv2的源極耦接到Ms2的漏極。Ms2的源極被耦接到控制節(jié)點Ng。
三個附加的控制PMOSFET Mc3、Ms3和Mv3所構(gòu)成的第二串聯(lián)被串聯(lián)耦接在控制節(jié)點Ng和低壓電源VSS之間。因此，Mv3的漏極被連接到低壓電源VSS，而Mv3的源極被耦接到Ms3的漏極，Ms3的源極耦接到Mc3的漏極。Mc3的源極耦接到控制節(jié)點Ng。
附加的控制晶體管Ms2、Mv2、Mc2、Mc3、Ms3和Mv3的柵極與原有控制晶體管Mv1、Mc1、和Ms1的柵極對稱耦接。因此，控制晶體管Mc1、Mc2和Mc3的柵極被一起耦接到第一放大器A1的輸出?？刂凭w管Mv1、Mv2和Mv3的柵極被一起耦接到第二放大器A2的輸出?？刂凭w管Ms1、Ms2和Ms3的柵極被一起耦接到第三放大器A3的輸出。
在圖3A、3B和3C中，控制晶體管Mc、Mv和Ms沒有對稱配置，使得由放大器A1、A2和A3所形成的反饋環(huán)的屬性可能是不同的。相反，在圖4A、4B和4C中，控制晶體管Mc1、Mc2、Mc3、Mv1、Mv2、Mv3、Ms1、Ms2和/或Ms3的各個集合對稱地配備有匹配的負(fù)載，使得由放大器A1、A2和A3形成的反饋環(huán)的屬性更加一致。
圖5A、5B和6是按照本發(fā)明的其它實施例的充電控制器的電路圖，該控制器沒有使用到控制節(jié)點Ng的上拉和下拉電流源。圖5A的充電控制器包括第一和第二功率晶體管Mz和Mr、將要被充電的裝置Z、可編程電阻器r、第一放大器A1、第二放大器A2、第一傳輸晶體管M1、和第二傳輸晶體管M2。
第一和第二功率晶體管Mz和Mr的源極被耦接至高壓電源VDD。第一功率晶體管Mz的漏極耦接到被充電裝置Z，而第二功率晶體管Mr的漏極耦接到電阻器r。第一和第二功率晶體管Mz和Mr的柵極被耦接到控制節(jié)點Ng。
第一功率晶體管Mz提供充電電流Iz給耦接在第一功率晶體管Mz和可以為接地節(jié)點的低壓電源VSS之間的裝置Z。第二功率晶體管Mr提供參考電流，也是鏡像電流Ir，到耦接在第二功率晶體管Mr和低壓電源VSS之間的電阻器r。
第一放大器A1放大第一參考電壓V_ref1和電阻器r上的電壓Vr之間的第一差異。電壓Vr與流向裝置Z的充電電流Iz相對應(yīng)。第一放大器A1的輸出被施加到第二傳輸晶體管M2的柵極，該第二傳輸晶體管M2被耦接在第二放大器A2和控制節(jié)點Ng之間。
第二放大器A2放大第二參考電壓V_ref2和裝置Z上的充電電壓Vz之間的差異。第二放大器A2的輸出被施加到第一傳輸晶體管M1的柵極(即控制端)，該第一傳輸晶體管M1被耦接在第一放大器A1的輸出和控制節(jié)點Ng之間。因此，響應(yīng)于第二放大器A2的輸出，第一傳輸晶體管M1傳輸?shù)谝环糯笃鰽1的輸出到控制節(jié)點Ng。響應(yīng)于第一放大器A1的輸出，第二傳輸晶體管M2傳輸?shù)诙糯笃鰽2的輸出到控制節(jié)點Ng。
最初在恒定電流模式下，因為充電電壓Vz仍然沒有達到第二參考電壓V-ref2的電平，所以第一傳輸晶體管M1被導(dǎo)通。在該情況中，第一放大器A1的輸出經(jīng)由第一傳輸晶體管M而被傳輸?shù)娇刂乒?jié)點Ng，以在恒定電流模式期間將充電電流Iz反饋維持在由第一參考電壓V_ref1所確定的恒定電流電平上。
在恒定電壓模式下，充電電流Iz緩慢降低，因此對應(yīng)于充電電流Iz的電壓Vr降低到比第一參考電壓V_ref1低。相應(yīng)地，第二傳輸晶體管M2導(dǎo)通。在該情況中，第二放大器A2的輸出通過第二傳輸晶體管M2而傳輸?shù)娇刂乒?jié)點Ng。第二放大器A2提供反饋控制以在恒定模式期間將充電電壓Vz維持在第二參考電壓V_ref2上。
圖5B的充電控制器類似于圖5A的充電控制器而工作。然而，圖5B的充電控制器還包括第一二極管連接晶體管Md1和第二二極管連接晶體管Md2。第一二極管連接晶體管Md1是PMOSFET，它的漏極和柵極被一起連接到第一放大器A1的輸出并且它的源極被耦接到控制節(jié)點Ng。第二二極管連接晶體管Md2是PMOSFET，它的漏極和柵極被一起連接到第二放大器A2的輸出并且它的源極被耦接到控制節(jié)點Ng。
二極管連接晶體管Md1和Md2分別形成跨越傳輸晶體管M1和M2中每一個的各個電阻，從而在第一和第二放大器A1和A2的輸出相同時改善充電控制器的工作。也就是說，當(dāng)?shù)谝缓偷诙糯笃鰽1和A2的輸出相同的時候，第一和第二傳輸晶體管M1和M2的導(dǎo)通和截止可能是難以預(yù)測的。相應(yīng)地，如果那樣的話，在控制節(jié)點Ng上的電壓是難以控制的。利用來自附加的二極管連接晶體管Md1和Md2的、跨越每個傳輸晶體管M1和M2的各個電阻，即使在第一和第二放大器A1和A2的輸出相似時，也可能更加易于預(yù)測和控制控制節(jié)點Ng。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的充電控制器的電路圖，該充電控制器不采用上拉和下拉電流源。圖6的充電控制器類似于圖5A的控制器而工作，在圖5A和6中具有相同附圖標(biāo)記的元件指的是具有相似結(jié)構(gòu)和/或功能的元件。
然而，圖6的充電控制器還包括溫度傳感器SENSOR、第三放大器A3、第一傳輸晶體管M11、第二傳輸晶體管M21、第三傳輸晶體管M31、第四傳輸晶體管M32、第五傳輸晶體管M12、和第六傳輸晶體管M22。所述SENSOR產(chǎn)生指示裝置Z的內(nèi)部溫度的裝置溫度電壓Vt。第三放大器A3放大在第三參考電壓V_ref3和裝置溫度電壓Vt之間的差異。第三和第四傳輸晶體管M31和M32被導(dǎo)通以將第三放大器A3的輸出耦接到控制節(jié)點Ng，從而在過熱保護模式期間限制裝置Z上的電壓Vz。
第一傳輸晶體管M11和第五傳輸晶體管M12串聯(lián)耦接在第一放大器A1的輸出和控制節(jié)點Ng之間。第一傳輸晶體管M11的柵極耦接到第三放大器A3的輸出，第五傳輸晶體管M12的柵極耦接到第二放大器A2的輸出。
因此，第一和第五傳輸晶體管M11和M12響應(yīng)于第二和第三放大器A2和A3的輸出而導(dǎo)通或者截止。在恒定電流模式下，經(jīng)由通過第二和第三放大器A2和A3的輸出導(dǎo)通的第一和第五傳輸晶體管M11和M12，而將第一放大器A1的輸出傳輸?shù)娇刂乒?jié)點Ng。在控制節(jié)點Ng上的電壓經(jīng)由第一放大器A1而被反饋控制，以便于在恒定電流模式期間將充電電流Iz維持在由第一參考電壓V_ref1決定的恒定電流電平上。
第二和第六傳輸晶體管M21和M22串聯(lián)耦接在第二放大器A2的輸出和控制節(jié)點Ng之間。第二傳輸晶體管M21的柵極被耦接到第一放大器A1的輸出，并且第六傳輸晶體管M22的柵極被耦接到第三放大器A3的輸出。
因此，第二和第六傳輸晶體管M21和M22響應(yīng)于第一和第三放大器A1和A3的輸出而被導(dǎo)通或者截止。在恒定電壓模式下，經(jīng)由通過第一和第三放大器A1和A3的輸出導(dǎo)通的第二和第六傳輸晶體管M21和M22，而將第二放大器A2的輸出傳輸?shù)娇刂乒?jié)點Ng。在控制節(jié)點Ng上的電壓經(jīng)由第二放大器A2而被反饋控制，以便于在恒定電壓模式期間將裝置Z上的電壓Vz維持在第二參考電壓V_ref2的電平上。
第三和第四傳輸晶體管M31和M32串聯(lián)耦接在第三放大器A3的輸出和控制節(jié)點Ng之間。第三傳輸晶體管M31的柵極耦接到第二放大器A2的輸出，并且第四傳輸晶體管M32的柵極耦接到第一放大器A1的輸出。
因此，第三和第四傳輸晶體管M31和M32響應(yīng)于第一和第二放大器A1和A2的輸出而被導(dǎo)通或者截止。在過熱保護模式下，經(jīng)由通過第一和第二放大器A1和A2的輸出導(dǎo)通的第三和第四傳輸晶體管M31和M32，而將第三放大器A3的輸出傳輸?shù)娇刂乒?jié)點Ng。在控制節(jié)點Ng上的電壓經(jīng)由第三放大器A3被反饋控制，以便于在過熱保護模式期間將裝置Z上的溫度維持在由第三參考電壓V_ref3表示的電平之下。
通過這種方式，沒有使用耦接到控制節(jié)點Ng的下拉電流源。因此，控制節(jié)點Ng沒有被放電至低電壓，使得功率晶體管Mz和Mr在裝置Z的充電完成以后沒有被不期望地導(dǎo)通。因此，裝置Z上的電壓Vz沒有被不期望地升高，從而可防止對裝置Z的損害。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的師范實施例而具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離由隨后的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中進行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
例如，這里所描述和解釋的任何類型和數(shù)目的元件僅僅是示例而已。本發(fā)明僅限于在隨后的權(quán)利要求和它的等同物中所限定的。
權(quán)利要求
1.一種充電控制器包括控制節(jié)點，具有在其上生成的控制電壓，用于控制流向被充電裝置的第一電流和流向參考裝置的第二電流；上拉電流源，提供充電電流給控制節(jié)點；第一反饋控制裝置，通過控制節(jié)點耦接在上拉電流源的電流路徑中，用以在恒定電流模式期間將第二電流維持在恒定電流電平上；和第二反饋控制裝置，通過控制節(jié)點耦接在上拉電流源的電流路徑中，用以在恒定電壓模式期間將被充電裝置的電壓維持在恒定電壓電平上。
2.如權(quán)利要求1所述的充電控制器，其中上拉電流源和第一和第二反饋控制裝置串聯(lián)連接在高壓電源和低壓電源之間。
3.如權(quán)利要求2的充電控制器，其中上拉電流源耦接在高壓電源和控制節(jié)點之間，并且其中第一和第二反饋控制裝置被串聯(lián)連接在控制節(jié)點和低壓電源之間。
4.如權(quán)利要求3所述的充電控制器，還包括第一功率晶體管，耦接在高壓電源和被充電裝置之間，并且其柵極耦接到控制節(jié)點，以提供第一電流給被充電裝置；和第二功率晶體管，耦接在高壓電源和參考裝置之間，并且其柵極具有耦接到控制節(jié)點，以提供第二電流給參考裝置。
5.如權(quán)利要求3所述的充電控制器，其中第一和第二反饋控制裝置是串聯(lián)耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間的第一和第二控制晶體管。
6.如權(quán)利要求5所述的充電控制器，還包括第一放大器，用于放大第一參考電壓和參考裝置上的電壓之間的差異，該第一放大器的輸出被施加到第一控制晶體管的柵極上；和第二放大器，用于放大第二參考電壓和被充電裝置上的電壓之間的差異，該第二放大器的輸出被施加到第二控制晶體管的柵極上。
7.如權(quán)利要求6所述的充電控制器，其中第一和第二控制晶體管的每一個是相應(yīng)的PMOSFET(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
8.如權(quán)利要求6所述的充電控制器，其中第一和第二控制晶體管的每一個是相應(yīng)的NMOSFET(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
9.如權(quán)利要求6所述的充電控制器，還包括兩個附加的控制晶體管，串聯(lián)耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間，并對稱地耦接到第一和第二控制晶體管的柵極。
10.如權(quán)利要求1所述的充電控制器，還包括第三反饋控制裝置，通過控制節(jié)點耦接在上拉電流源的電流路徑中，用以限制在被充電裝置上的溫度。
11.如權(quán)利要求10所述的充電控制器，其中第一、第二、和第三反饋控制裝置是串連耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間的第一、第二、和第三控制晶體管，并且其中上拉電流源耦接在高壓電源和控制節(jié)點之間。
12.如權(quán)利要求11所述的充電控制器，還包括第一放大器，用于放大第一參考電壓和參考裝置上的電壓之間的差異，該第一放大器的輸出被施加到第一控制晶體管的柵極上；第二放大器，用于放大第二參考電壓和被充電裝置上的電壓之間的差異，該第二放大器的輸出被施加到第二控制晶體管的柵極上；以及第三放大器，用于放大第三參考電壓和來自溫度傳感器的、用于指示被充電裝置上的溫度的電壓之間的差異，該第三放大器的輸出被施加到第三控制晶體管的柵極上。
13.如權(quán)利要求12所述的充電控制器，還包括由三個附加控制晶體管構(gòu)成的第一串聯(lián)，耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間；和由三個附加控制晶體管構(gòu)成的第二串聯(lián)，耦接在控制節(jié)點和低壓電源之間；其中，由附加控制晶體管構(gòu)成的第一和第二串聯(lián)對稱地耦接到第一、第二、和第三控制晶體管的柵極。
14.如權(quán)利要求1所述的充電控制器，其中被充電裝置是電池，并且其中參考裝置是電阻器。
15.一種充電控制器，包括控制節(jié)點，具有在其上生成的控制電壓，用于控制流向被充電裝置的第一電流和流向參考裝置的第二電流；第一放大器，用于放大第一參考電壓和參考裝置上的電壓之間的差異；第二放大器，用于放大第二參考電壓和被充電裝置上的電壓之間的差異；第一傳輸晶體管，響應(yīng)于第二放大器的輸出而將第一放大器的輸出傳輸?shù)娇刂乒?jié)點；和第二傳輸晶體管，響應(yīng)于第一放大器的輸出而將第二放大器的輸出傳輸?shù)娇刂乒?jié)點。
16.如權(quán)利要求15的充電控制器，其中第一傳輸晶體管具有耦接到第二放大器的輸出的控制終端，其中第二放大器導(dǎo)通第一傳輸晶體管從而在恒定電流模式期間將第二電流維持在恒定電流電平上，并且，其中第二傳輸晶體管具有耦接到第一放大器的輸出的控制終端，其中第一放大器導(dǎo)通第二傳輸晶體管從而在恒定電壓模式期間將被充電裝置的電壓維持在恒定電壓電平上。
17.如權(quán)利要求15所述的充電控制器，其中第一和第二傳輸晶體管是PMOSFET(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，且其中第一傳輸晶體管的柵極耦接到第二放大器的輸出，并且其中第二傳輸晶體管的柵極耦接到第一放大器的輸出。
18.如權(quán)利要求15所述的充電控制器，還包括第一二極管連接場效應(yīng)晶體管，耦接在第一放大器的輸出和控制節(jié)點之間；和第二二極管連接場效應(yīng)晶體管，耦接在第二放大器的輸出和控制節(jié)點之間。
19.如權(quán)利要求15所述的充電控制器，還包括第三放大器，用于放大在第三參考電壓與來自溫度傳感器的、用于指示被充電裝置上的溫度的電壓之間的差異；第三和第四傳輸晶體管，串聯(lián)耦接在第三放大器的輸出和控制節(jié)點之間，其中第三和第四傳輸晶體管響應(yīng)于第一和第二放大器的輸出，而傳輸?shù)谌糯笃鞯妮敵鼋o控制節(jié)點；第五傳輸晶體管，在第一放大器的輸出和控制節(jié)點之間、與第一傳輸晶體管串聯(lián)耦接，其中第一和第五傳輸晶體管響應(yīng)于第二和第三放大器的輸出，而傳輸?shù)谝环糯笃鞯妮敵鼋o控制節(jié)點；和第六傳輸晶體管，在第二放大器的輸出和控制節(jié)點之間、與第二傳輸晶體管串聯(lián)耦接，其中第二和第六傳輸晶體管響應(yīng)于第一和第三放大器的輸出，而傳輸?shù)诙糯笃鞯妮敵鼋o控制節(jié)點。
20.如權(quán)利要求15所述的充電控制器，還包括第一功率晶體管，耦接在高壓電源和被充電裝置之間，并且其柵極耦接到控制節(jié)點以提供第一電流給被充電裝置；和第二功率晶體管，耦接在高壓電源和參考裝置之間，并且其柵極耦接到控制節(jié)點以提供第二電流給參考裝置。
21.如權(quán)利要求15所述的充電控制器，其中被充電裝置是電池，并且其中參考裝置是電阻器。
全文摘要
一種充電控制器包括控制節(jié)點，具有在其上生成的控制電壓，用于控制流向被充電裝置的第一電流和流向參考裝置的第二電流。反饋環(huán)由放大器和上拉電流源和控制晶體管所形成，或者由放大器和傳輸晶體管所形成，用以在恒定電流模式期間將第二電流維持在恒定電流電平上，并且在恒定電壓模式期間將被充電裝置的電壓維持在恒定電壓電平上。避免在控制節(jié)點上使用下拉電流源，以防止對被充電裝置的損害。
文檔編號G05F3/26GK101047320SQ20071010359
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者崔鐘祥, 李珍國 申請人:三星電子株式會社