專利名稱：電池充電器的恒電流恒電壓及恒溫的電流供應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種充電器的電流供應器，且特別涉及一種可充電電池充 電器的恒電流、恒電壓及恒溫的電流供應器。
背景技術：
近年來，電池被廣泛地使用在可攜式電子裝置上，例如膝上型計算 機(laptop computer)、手機、個人數字助理(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。其最大的不同在于使用壽命結束時的電壓特性及等效串 聯電阻。如堿性(alkaline)電池之類的不可充電式電池，其制造的目的不是 作為可再次充電的電池。可充電式電池包括鎳鎘(nickel-cadmium, Ni-Cd) 電池、鎳氫(nickel-hydrogen, M-H)電池、鋰(lithium-ion)電池、鎳金屬氫 化物(nickel metal-hydride, Ni-MH)電池，其應于不同的充電條件下會有不 同的充電速率。
上述的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。在恒電壓(Constant Voltage, CV) 才莫式下，當電池電壓接近最終電壓時，充電電流幾乎為0。在恒電流(Constant Current, CC)模式下，電池電壓會超過最終電壓很多，并且充電電流會一 直維持在預設電流值。另外，在恒溫(constant temperature)模式下，充電器 會注重于利用充電電流控制其內部充電溫度，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100和200的電路圖。圖2 的控制電路100至少包括電阻110、電壓控制電流源120、 130、放大器140、 150及前置電路160。請參照圖2，前置電路160具有輸入端A及B與輸出 端Out。前置電路160會將輸入端A及B中接收電壓較低的一端耦接輸出 端Out。藉此，流過電壓控制電流源120及130的電流會等于流過電阻110 以形成電壓V1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，也就是誰電流最低就選誰。電壓節點V3最好為連續提供信息，以 調整每一次充電電流的強度。此最高電流為選擇傳送至負載。
圖2中控制電路100的運作條件如下述。當負載為未充電時的電池時， 則"V1/R110"(R110為參照電阻110的電阻值)為其需求電流，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) 會比電壓V2低很多，并且放大器150的輸出端會因為其需求最大電壓而轉 動其正提供路徑。
接著，前置電路160耦接放大器140的輸出至電流源的控制電壓及忽 略放大器150的輸出。接著，電流V1/R110被傳送到負載Z1。
如果電池為充電狀態及電壓V4接近電壓V2,則放大器150的輸出會 開始減少。當電池電壓V4到達電壓V2時，負載的電壓會保持固定，其電 流需求會開始減少至低于電流Vl/R110。放大器140會嘗試以強迫電流 Vl/R110灌進電池里，但是由于電壓V4會大于電壓V2，會造成放大器150 的輸出電壓會快速降低。放大器150輸出會減少是因為前置路電160會選 擇放大器150的輸出作為電流源的控制電壓。此時，放大器140的輸出會 被忽略。當電壓V4維持于電壓V2時，負載的電流需求會低于電壓V1/R110， 所以電阻110的電壓V3會降低至低于電壓VI,以及放大器140的輸出會 改變其正向路徑，并且前置電路160會持續選擇恒電壓回路以提供電流至 負載Z1。總而言之，傳送至負載Zl的電流最好為電流V1/R110,直到負 載Z1的電壓等于電壓V2。接著，傳送到負載Z1的電流會減少以維持負載 Zl的電壓為電壓V2。到此完成恒電流/恒電壓的充電循環。
現在請參照圖3。圖3中控制電路200的PMOS晶體管210及220功 能如電壓控制電流源。二極管230及240及下拉電流源250執行二極管性 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晶體管210及220的柵極耦接 二極管230及240。另外，由通常知識可以得知，當增加PMOS晶體管的 柵極電壓，且保持其來源固定時，PMOS晶體管的漏極電流會減少。這就 表示，鑒于電壓控制電流源120及130會相應于較高的電壓以提供較高的 電流，而PMOS晶體管則會相應于較高的電壓以提供較低的電流。此外， 圖3中的放大器140及150的極性連接方式與圖2中放大器140及150的 極性連接方式相反。
在圖3中電路的恒電流相位中，當負載Z1的電壓低于電壓V2時，放 大器140設定其流至負載的電流為Vl/R110。放大器140的輸出最好其電 壓需求為非反相輸入端所具有的電壓V3會等于電壓VI。在電路的恒電流 相位中，放大器150的輸出為反路徑電壓。放大器150輸出的反路徑電壓 為防止來自二極管240對PMOS晶體管210及220柵極的影響。藉此，在 此相位中放大器140的輸出會控制傳送至負載的電流。
在圖3中電路的恒電壓相位中，當負載的電壓高于或等于電壓V2時， 放大器150設定其傳送至負載的電流最好為低于Vl/R110。在電路的恒電 壓相位中，放大器140的輸出為負路徑電壓。放大器140輸出的反路徑電 壓為防止來自二極管230對PMOS晶體管210及220柵^l的影響。藉此， 在此相位中放大器150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 會控制傳送至負載的電流。因此，二極管230及240和PMOS晶體管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晶體管210 及220柵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地設 定4冊極的電壓。
理想狀態下，在恒電流相位中的電壓V1會等于電壓V3。由于放大器 140增益的限制，偏移電壓A1存在于放大器140的電壓VI與電壓V3之 間，以產生其輸出。假如放大器140設計為零系統偏移，偏移電壓A1主要 來自于二極管230與電流源250驅動能力的不匹配。由于二極管230及電 流源250具有不同的控制信號，所以它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管230及電流源250的不匹配，如此會增加偏移電 壓A1。更糟的是，許多的案件中，電阻110為芯片的外接元件，并且電阻 110與寄生電容在節點V3所產生的極性會阻止使用高增益放大器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A1。 藉此，傳送至負載的充電電流不能準確地足夠。
理想狀態下，在恒電壓相位中的電壓V2會等于電壓V4。然而，由于 放大器150增益的限制，偏移電壓A2存在于放大器150的電壓V2與電壓 V4之間，以產生其輸出。假如放大器140設計為零系統偏移，偏移電壓A 2主要來自于二極管240與電流源250驅動能力的不匹配。由于二極管240
及電流源250具有不同的控制信號，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管240及電流源250的不匹配，如此會增加偏移電 壓A2及降低電池最終電壓的準確度。

發明內容
本發明提供一種電池充電器的電流供應器，可以提供及運作于恒電流
模式、恒電壓模式及恒溫模式。
本發明提供一種電池充電器的電流供應器，可以輕易地作頻率補償。 本發明提供一種電池充電器的電流供應器，可以提供準確的電荷電流
輸入到電池。
本發明提供 一 種電池充電器的電流供應器，可以提供減少芯片電路面積。
本發明提出 一種恒電流恒電壓及恒溫的電流供應器，用以提供一 電荷 電流至負載，其包括驅動晶體管、檢測晶體管、下拉晶體管、恒電壓控制 器及恒電流控制器。驅動晶體管具有第一端、第二端及控制端，其第一端 耦接電源供應器，其控制端耦接節點，其第二端耦接負載，用以提供電荷 電流至負載。檢測晶體管具有第一端、第二端及控制端，其第一端耦接電 源供應器，其控制端耦接節點。下拉晶體管具有第一端、第二端及控制端， 其第二端耦接節點，用以下拉節點的電壓。恒電壓控制器耦接在驅動晶體 管、檢測晶體管與下拉晶體管之間，其中當負載的電壓上升并且接近第一 參考電壓時，恒電壓控制器會上拉節點的電壓，以控制驅動晶體管的傳導 狀態，并且相應地維持負載的電壓于第一參考電壓。恒電流控制器耦接在 驅動晶體管、檢測晶體管、下拉晶體管與恒電壓控制器之間。當負載的電 壓降低至低于第一參考電壓時，恒電流控制器會通過第一上拉晶體管及下 拉晶體管控制節點的電流，并且因此限制電荷電流以穩定的提供至負載。
本發明提出 一種恒電流恒電壓及恒溫的電流供應器，用以提供一 電荷 電流至負載，其包括驅動晶體管、檢測晶體管、下拉晶體管、恒電壓控制 器、恒電流控制器及恒定功率控制器。驅動晶體管具有第一端、第二端及 控制端，其第一端耦接電源供應器，其控制端耦接節點，其第二端耦接負 載，用以提供電荷電流至負載。檢測晶體管具有第一端、第二端及控制端， 其第一端耦接電源供應器，其控制端耦接節點。下拉晶體管具有第一端、 第二端及控制端，其第二端耦接節點，用以下拉節點的電壓。恒電壓控制 器耦接在驅動晶體管、檢測晶體管與下拉晶體管之間，當負載的電壓上升 并且接近第一參考電壓時，恒電壓控制器會上拉節點的電壓，以控制驅動 晶體管的傳導狀態，并且相應地維持負載的電壓于第一參考電壓。恒電流 控制器，耦接在驅動晶體管、檢測晶體管、下拉晶體管與恒電壓控制器之 間。其中當負載的電壓降低至低于第一參考電壓時，恒電流控制器會通過 第 一上拉晶體管及下拉晶體管控制節點的電流，并且因此限制電荷電流以 穩定地提供至負載。恒定功率控制器耦接恒電流控制器，用以控制提供至 負載的功率為可調整的，且當電流供應器的核心溫度上升時，減少電荷電流。
為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配 合附圖，作詳細說明如下。


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的電路圖。 圖4為依據本發明第一實施例充電器的恒電流及恒電壓的電流供應器 的電路圖。
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恒電流恒電壓及恒溫的電流供 應器的電路圖。
圖7及圖8為本發明兩不同實施例中恒定功率控制器的電路圖。 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3各
100、200:控制電路
210、220:晶體管
230、240: 二極管
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:晶體管
460、 470、 710、 720、 810、 820:放大器
110、 480、 750、 760、 851、 850、 860:電阻
510、 520、 530:恒電流源
550:電流4竟
690:恒定功率控制器
REF1、 REF2、 REF3、 REF4:參考電壓
A、 B:輸入端
Out:車俞出端
Ichg、 Is、 1880:電流
VI、 V2、 V3、 V4、 VBAT、 PROG、 VPTAT:電壓 Zl、 BAT:負載 VC:電源供應器 Nl:節點 Tp:預設溫度
具體實施例方式
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的實施例 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 相似的部分。
第一實施例
圖4為依據本發明第一實施例充電器的恒電流及恒電壓的電流供應器 的電路圖。依據本發明第一實施例恒電流及恒電壓的電流供應器400提供 充電電流IcHG至負載。此負載例如為可充電電池BAT。依據第一實施例恒 電流及恒電壓的電流供應器400包括驅動晶體管410、檢測晶體管420、下 拉晶體管450、恒電壓控制器、恒電流控制器及外接電阻480。此恒電壓控 制器至少包括運算放大器460及PMOS晶體管430。此恒電流控制器至少 包括運算放大器470及PMOS晶體管440。運算放大器460可以為一電壓 放大器(Voltage Amplifier,VA)。運算放大器470可以為一電流放大器
(Current Amplifier, C A)。
驅動晶體管410的源極端耦接電源供應器VC,其柵極端耦節點Nl， 以及其漏極端耦接負載BAT。驅動晶體管410被用于提供充電電流IcHG至 負載BAT。驅動晶體管410在此以PMOS晶體管為例用以說明。
;險測晶體管420的源極端耦接電源供應器VC,其^f極端耦節點Nl， 以及其漏極端耦接電流放大器470及電阻480。
下拉晶體管450的源極端耦接接地電壓，其柵極端耦接電流放大器470 的輸出端，以及其漏極端耦接節點Nl。下拉晶體管450用以拉低節點Nl 的電壓至接地電壓。下拉晶體管410在此以NMOS晶體管為例用以說明。
恒電壓控制器耦接驅動晶體管410、檢測晶體管420及下拉晶體管450。 恒電流控制器耦接驅動晶體管410、下拉晶體管450及恒電流控制器。
PMOS晶體管430為上拉晶體管。PMOS晶體管430的源極端耦接電 源供應器VC,其柵極端耦接電壓放大器460的輸出端，以及其漏極端耦接 節點N1。上拉晶體管450用以拉高節點N1的電壓。
電壓放大器460的第一輸入端耦接參考電壓REF1,其第二輸入端耦接 負載BAT，以及其輸出端耦接上拉晶體管430的柵極端。換句話說，電壓 放大器460比較參考電壓REF1與負載BAT的輸出電壓VBAT，以控制晶 體管430的驅動能力。
PMOS晶體管440亦為上拉晶體管。PMOS晶體管440的源極端耦接 電源供應器VC，其柵極端耦接電流放大器470的另一個輸出端，以及其漏 極端耦接節點Nl。上拉晶體管440也被用來拉高節點Nl的電壓。
電壓放大器470的第一輸入端耦接另 一參考電壓REF2,其第二輸入端 耦接電阻480,其第一輸出端耦接PMOS晶體管440的柵極端，以及其第 二輸出端耦接下拉晶體管450的柵極端。電壓PROG為電阻480的電壓。 換句話說，電流放大器470比較參考電壓REF2與電壓PROG，以控制控制 晶體管440及450的驅動能力。
一般而言，節點N1的電壓會被晶體管430及440拉高。當負載BAT 的電壓升高并且接近參考電壓REF1時(亦即充電器運作于恒電壓模式)，晶 體管430會由于放大器460而稍微地導通，并且相應地節點Nl的電壓會稍 微提升。同時，驅動晶體管410為微弱導通以對負載BAT充電，直到負載 BAT的電壓VBAT與參考電壓REF1大致相等。換句話說，恒電壓控制器
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拉高節點N1的電壓，以控制驅動晶體管410的傳導狀態。相應地，在電壓 控制模式下，負載BAT的電壓VBAT會大致維持與參考電壓REF1相等。
反之，當負載BAT的電壓VBAT大幅降低至低于參考電壓REF1時(亦 即充電器運作于恒電流模式)，晶體管430會由于放大器460而關閉，同時 節點Nl的電壓會由于晶體管450被拉低至接地電壓。那么，晶體管410 及420會導通，以及電壓PROG會由于電流Is而提升。如果電壓PROG變 成高于參考電壓REF2,晶體管440及450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的回路調整執行后， 電壓PROG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，晶體管410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 w 1000 x ls 1000 x (REF2/R480)。也就是說，在恒電流才莫式，充電電流Ichg會被限制。
圖5為圖4中的電流方文大器470的電^各圖。請參照圖5，電流》文大器 470包括恒電流源510、 520、 530、電流鏡550、晶體管540、 560、 570及 580。
晶體管570例如為PMOS晶體管，其源極端耦接恒電流源510,其柵 極端作為電流放大器470的第二輸入端，以及其漏極端耦接恒電流源520。
晶體管580例如為PMOS晶體管，其源極端耦接恒電流源510,其柵 極端作為電流放大器470的第一輸入端，以及其漏極端耦接恒電流源530。
晶體管540例如為PMOS晶體管，其源極端耦接電源供應器VC，其 柵極端作為電流放大器470的第一輸出端，以及其漏極端耦接恒電流源 530。晶體管540與晶體管440形成電流鏡。
晶體管560例如為NMOS晶體管，其源極端耦接接地電壓，其柵極端 作為電流放大器470的第二輸出端，以及其漏極端耦接其柵極端。
電流鏡550為耦接電源供應器VC、恒電流源530及晶體管560的漏極 端。第一電流鏡550包括晶體管551及552。晶體管551例如為PMOS晶 體管，其源極端耦接電源供應器VC,其柵極端耦接恒電流源530,以及其 漏極端耦接恒電流源530。晶體管552例如為PMOS晶體管，其源極端耦 接電源供應器VC,其柵極端耦接恒電流源530，以及其漏極端耦接晶體管 560的漏才及。
第二實施例
圖6為依據本發明第二實施例充電器的恒電流恒電壓及恒溫的電流供
應器的電路圖。在第一與第二實施例中，相似的元件會具有相似的參考符
號，以及省略其細節以筒化i兌明。
在第二實施例中，恒定功率控制器690被用來產生及控制參考電壓 REF2，以達到熱控制的功能。在恒電流相《立中，驅動晶體管610會消耗幾 瓦特的功率，以及造成核心溫度的浪涌效應。為了防止熱擴散，當核心溫 度到達預設溫度Tp時，驅動晶體管610的功率消耗必須限制。假如核心溫 度增加至大于預設溫度Tp,則恒定功率控制器690會拉低參考電壓REF2， 以減少驅動晶體管610提供的充電電流IcHG。這樣可以經由驅動晶體管610 減少其功率消耗，以及相應地核心溫度會^f氐于預設溫度Tp。
圖7及圖8為本發明兩不同實施例中恒定功率控制器690的電路圖。 請參照圖7，恒定功率控制器690包括運算^:大器710、 720、晶體管730、 740及分壓器。此分壓器包括電阻750及760。
運算放大器710的第一輸入端耦接參考電壓REF3,其第二輸入端耦接 晶體管730及分壓器，以及其輸出端耦接晶體管730。運算放大器710的輸 出控制晶體管730的驅動能力。
晶體管730例如為PMOS晶體管，其源極端耦接電源供應器VC,其 柵極端作為運算放大器710的輸出端，以及其漏極端耦接運算放大器710 的第二輸入端。
運算放大器720的第一輸入端耦接參考電壓REF4，其第二輸入端耦接 正溫度系數電壓VPTAT,以及其輸出端耦接晶體管740。運算放大器720的 輸出控制晶體管740的驅動能力。舉例來"i兌，當核心溫度低于預設溫度Tp 時，參考電壓REF4會高于正溫度系數電壓VPTAT,以致于晶體管740會關 閉。反之，當核心溫度高于預設溫度Tp時，正溫度系數電壓Vptat會升高 到高于參考電壓REF4，以致于晶體管740會導通。如果核心溫度越高于預
設溫度Tp, 晶 體管具有的驅動能力就越強。
晶體管730例如為NMOS晶體管，其源;f及端耦接接地電壓，其柵極端 作為運算放大器720的輸出端，以及其漏才及端耦接參考電壓REF2。
分壓器具有串聯的電阻750及760。
當核心溫度小于溫度Tp時，晶體管730會導通且晶體管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 。換句
話說，在本申請例中，REF2=REF3 x R760/(R760+R750),其中R750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于溫度Tp時，參考電壓REF2會被 晶體管740拉低(亦即參考電壓REF2會等于晶體管740的電壓VDS)。晶體 管730會導通且晶體管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。換句話說，在本申請例中，REF2-REF3 x R760/(R760+R750)，其中R750及R760分別參照電阻750及760的電阻 值。眾所周知，在回路由于電流放大器670而變得穩定之后(請參照圖6)， PR0G=REF2以及IS=PROG/R680(R680參照電阻680的電阻值)。所以如果 參考電壓REF2降低時，接著電流Is也會降低，而電荷電流IcHG也會相應
地降低。換句話說，當核心溫度升高至大于預設溫度Tp時，電荷電流IcHG
會很低，并且相應地驅動晶體管610的功率消耗也會減少，所以核心溫度 就能保持固定于預設溫度Tp。
請參照圖8,恒定功率控制器6卯包括運算放大器810、 820、晶體管 830、 840、 841、 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，以及其細節描敘在此略過。
晶體管840例如為NMOS晶體管，其源極端耦接接地電壓，其柵極端 作為運算放大器820的輸出端，以及其漏極端耦接晶體管870及MO的柵 極。
晶體管870及880形成電流鏡，其耦接在電源供應器VC、運算放大器 810的第二輸入端與晶體管841的源極端之間。
此分壓器包括電阻851、 850及860。電阻851耦接在晶體管830的源 極端及運算放大器810的第二輸入端之間。
當核心溫度低于預設溫度Tp時，晶體管830會導通，同時晶體管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。換句話說，在本申請例中，REF2=REF3 x R860/(R860+R850+R851),其中R860、 R850及R851分別參照電阻860、 850、 851的電阻值。
如果核心溫度升高至大于預設溫度Tp,晶體管840及841皆會導通。 晶體管840的導通用以拉低參考電壓REF2，并且相應地減少提供至驅動晶 體管610的電荷電流IcHG。晶體管841的導通會產生電流通過晶體管870。
此電流會被晶體管880鏡射進拉高電流1880，其中電流I880為通過晶體管 880通道的電流。電流1880通過電阻851會產生電壓降，以4^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，文大器810 會增加其輸出電壓，并且減少晶體管830的驅動能力，直到節點N2的電壓 等于參考電壓REF3。此處理會連續提升溫度到晶體管830完全關閉。
進一步來看，在高溫的案例中，通過晶體管840的電流1880會小于通 過晶體管740的電流(此電流為REF3/R750)。 ^換句話說，在高溫的案例中， 圖8中的參考電壓REF2會低于圖7中的參考電壓REF2。
請參照圖4及圖6，電阻480及680為外4妄元件。電極P1會由于電阻 480及680與節點PROG的寄生電容而產生。由于電阻480及680用來頭見 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 具有數百次的變化。藉此，電極P1不適于作為恒電流調整回路的區域電極， 以及必須增加額外的電極P2以傳送區域電才及。由于電極P1不是區域電極， 其必須位于高于增益頻率之上以確保其穩定。 一種實現的方法是拉低區域 電極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芯片作為放大器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470及670會設計為輸出以同步控制上拉晶體管440及640與下拉晶 體管450及650。因此會于低增益放大器形成AB級區段及最小的偏移。在 另一方面，電壓放大器440及460的輸出控制上拉晶體管460及660,此形 成A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470及460具有AB級輸出區段與電 壓放大器460及660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交流補償具有最佳的效能。本實施例還具 有其他優點，例如減少恒電流模式及恒電壓模式的偏移及可輕易達到交流 補償。
圖9用以繪示電荷電流IcHG的特性曲線圖。此電流通過晶體管740及 780為絕對溫度比例(proportional to absolute temperature, PTAT)，當電荷 的核心溫度為大于預設溫度值(例如為118。C)時，在此參考電壓REF2會為 線性減少至接近接地電壓。由于ICHG-1000 x REF2/R480，電荷電流ICHG 會線性減少至0。
請參照圖5、圖7及圖8，當熱控制運作時，參考電壓REF2會經由晶 體管740及840下拉接近接地電壓。如圖5所示的放大器，當參考電壓REF2 接近0時，此放大器會具有輸入動態變化下降至接地以及運作良好。
請參照圖6，恒定功率控制器690為非直^f妄耦接至節點Nl。此簡化的 交流補償由于節點Nl控制于晶體管630、 640及650,與恒定功率控制器 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NMOS晶體管740及780進 入線性區)，參考電壓REF2(亦即電荷電流IcHG)的減少速率會減緩，以及參 考電壓REF2(亦即電荷電流IcHG)不會為0。然而，此情況只發生于非常高 的環境溫度下，在此情況下典型充電電池將無法再使用。藉此，在典型應 用中不會介意電荷電流不為0的環境。
雖然本發明已以實施例公開如上，然其并非用以限定本發明，本領域 技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾， 因此本發明的保護范圍當視所附權利要求書所界定者為準。
權利要求
1. 一種恒電流恒電壓及恒溫的電流供應器，用以提供電荷電流至負載，其特征在于其電流供應器包括:驅動晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接電源供應器，該控制端耦接節點，而該第二端耦接該負載，用以提供該電荷電流至該負載；檢測晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該電源供應器，該控制端耦接該節點；下拉晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第二端耦接該節點，用以下拉該節點的電壓；恒電壓控制器，耦接在該驅動晶體管、該檢測晶體管與該下拉晶體管之間，其中當該負載的電壓上升并且接近第一參考電壓時，該恒電壓控制器會上拉該節點的電壓，以控制該驅動晶體管的傳導狀態，并且相應地維持該負載的電壓于該第一參考電壓；以及恒電流控制器，耦接在該驅動晶體管、該檢測晶體管、該下拉晶體管與該恒電壓控制器之間，其中當該負載的電壓降低至低于該第一參考電壓時，該恒電流控制器會通過第一上拉晶體管及該下拉晶體管控制該節點的電流，并且因此限制該電荷電流以穩定的提供至負載。
2. 如權利要求1所述的電流供應器，其特征在于其恒電壓控制器包括 第二上拉晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接至該電源供應器，該第二端耦接至該節點，該第二上拉晶體管被用來上拉該節 點的電壓；以及恒電壓放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸入 端耦接至該第一參考電壓，該第二輸入端耦接該負載，以及該輸出端耦接 該第二上拉晶體的控制端。
3. 如權利要求1所述的電流供應器，其特征在于其恒電流控制器包括 該第一上拉晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接至該電源供應器，該第二端耦接至該節點，該第一上拉晶體管被用來上拉該 節點的電壓；以及恒電流放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸入 端耦接至第二參考電壓，該第二輸入端耦接該檢測晶體管的第二端，該第 一輸出端耦接該第 一上拉晶體管的控制端，以及該第二輸出端耦接該下拉 晶體的控制端。
4. 如權利要求3所述的電流供應器，其特征在于其恒電流放大器包括 第一恒電流源；第一晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該第一恒 電流源，該控制端作為該恒電流放大器的第二輸入端；第二晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該第一恒電流源，該控制端作為該恒電流放大器的第 一輸入端； 第二恒電流源，耦接該第一晶體管的第二端； 第三恒電流源，耦接該第二晶體管的第二端；第三晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該電源供 應器，該控制端作為該恒電流放大器的第一輸出端，以及該第二端耦接該 第二恒電流源及其控制端；第四晶體管，具有第一端、第二端及一控制端，該第一端耦接接地電壓，該控制端作為該恒電流放大器的第二輸出端，以及該第二端耦接其控 制端；以及第一電流鏡，耦接在該電源供應器、該第三電流源與該第四晶體管的 第二端之間。
5. 如權利要求4所述的電流供應器，其特征在于其第一電流鏡包括 第五晶體管，具有第一端、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恒電流源，以及該第二端耦接該第三恒電流源； 以及第六晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該電源供 應，該控制端耦接該第三恒電流源，以及該第二端耦接該第四晶體管的第 二端。
6. 如權利要求3所述的電流供應器，其特征在于還包括第 一電阻，耦接在該恒電流放大器的第二輸入端與該接地電壓之間。
7. 如權利要求1所述的電流供應器，其中該下拉晶體管還耦接該接地電壓。
8. 如權利要求1所述的電流供應器，其特征在于還包括 溫度控制器，用以當該電流供應器的核心溫度上升時，控制及下拉該 第二參考電壓，以減少該驅動晶體管所提供的該電荷電流。
9. 如權利要求8所述的電流供應器，其特征在于其溫度控制器包括 第一運算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸入端耦接第三參考電壓；第七晶體管，具有第一端、第二端及控制端，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；第二運算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸 入端耦接第四參考電壓，該第二輸入端耦接正溫度系數電壓；第八晶體管，具有第一端、第二端及控制端，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的輸出端，以及該第二端耦接第二參 考電壓；以及分壓器，耦接在該第 一運算放大器的第二輸入端及該第七晶體管的第 二端之間；其中當該電流供應器的核心溫度低于預設值時，該分壓器被用來產生 分壓至該第一運算放大器的第二輸入端，以提供該第二參考電壓；當該電流供應器的核心溫度升高至大于該預設值時，該第八晶體管會 下拉該第二參考電壓。
10. 如權利要求9所述的電流供應器，其特征在于其溫度控制器還包括第二電阻，耦接在該第七晶體管的第二端與該第一運算放大器的第二 輸入端之間；以及第九晶體管，具有第一端、第二端及控制端，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的輸出端；第二電流鏡，耦接在該電源供應器、該第一運算放大器的第二輸入端 與該第九晶體管的第二端之間。
11. 如權利要求IO所述的電流供應器，其特征在于如果該電流供應器 的核心溫度升高至大于該預設值，該第八晶體管的驅動能力、該第九晶體 管及該第二電流鏡的電流會由于該核心溫度的增加而增加，同時該第七晶 體管的電流會由于該核心溫度的增加而減少，因此該第二參考電壓會被該 第八晶體管下拉，并且該驅動晶體管提供的電荷電流會相應地減少。
12. —種恒電流恒電壓及恒溫的電流供應器，用以提供電荷電流至負 載，其特征在于包括驅動晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接電源供應 器，該控制端耦接節點，該第二端耦接該負載，用以提供該電荷電流至該負載；檢測晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該電源供應器，該控制端耦接該節點；下拉晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第二端耦接該節點， 用以下;^立該節點的電壓；恒電壓控制器，耦接在該驅動晶體管、該檢測晶體管與該下拉晶體管 之間，其中當該負載的電壓上升并且接近第一參考電壓時，該恒電壓控制器會上拉該節點的電壓，以控制該驅動晶體管的傳導狀態，并且相應地維持該負載的電壓在該第一參考電壓；恒電流控制器，耦接在該驅動晶體管、該檢測晶體管、該下拉晶體管 與該恒電壓控制器之間，其中當該負載的電壓降低至低于該第 一 參考電壓 時，該恒電流控制器會通過第一上拉晶體管及該下拉晶體管控制該節點的 電流，并且因此限制該電荷電流以穩定的提供至負載；以及恒定功率控制器，耦接該恒電流控制器，用以控制提供至該負載的功 率為可調整的，并且當該電流供應器的核心溫度上升時，減少該電荷電流。
13. 如權利要求12所述的電流供應器，其特征在于其恒電壓控制器包括第二上拉晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接至該 電源供應器，該第二端耦接至該節點，該第二上拉晶體管被用來上拉該節 點的電壓；以及恒電壓放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸入 端耦接至該第一參考電壓，該第二輸入端耦接該負載，以及該輸出端耦接 該第二上拉晶體的控制端。
14. 如權利要求12所述的電流供應器，其特征在于其恒電流控制器包括.，該第一上拉晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接至 該電源供應器，該第二端耦接至該節點，該第一上拉晶體管被用來上拉該 節點的電壓；以及恒電流放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸入 端耦接至第二參考電壓，該第二輸入端耦接該檢測晶體管的第二端，該第 一輸出端耦接該第 一上拉晶體管的控制端，以及該第二輸出端耦接該下拉 晶體的控制端。
15. 如權利要求14所述的電流供應器，其特征在于其恒電流放大器包括第一恒電流源；第一晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該第一恒 電流源，該控制端作為該恒電流放大器的第二輸入端；第二晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該第一恒 電流源，該控制端作為該恒電流放大器的第 一輸入端；第二恒電流源，耦接該第一晶體管的第二端；第三恒電流源，耦接該第二晶體管的第二端；第三晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接該電源供 應器，該控制端作為該恒電流放大器的第一輸出端，以及該第二端耦接該 第二恒電流源，該第三晶體管的第二端另耦接其控制端；第四晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一端耦接接地電壓， 該控制端作為該恒電流放大器的第二輸出端，該第二端耦接其控制端；以 及第一電流鏡，耦接在該電源供應器、該第三電流源與該第四晶體管的 第二端之間。
16. 如權利要求15所述的電流供應器，其特征在于其第一電流鏡包括 第五晶體管，具有第一端、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恒電流源，以及該第二端耦接該第三恒電流源； 以及第六晶體管，具有第一端、第二端及一控制端，該第一端耦接該電源 供應器，該控制端耦接該第三恒電流源，以及該第二端耦接該第四晶體管 的第二端。
17. 如權利要求14所述的電流供應器，其特征在于還包括第 一 電阻，耦接在該恒電流放大器的第二輸入端與該接地電壓之間。
18. 如權利要求12所述的電流供應器，其特征在于其下拉晶體管的第一 端耦接該接地電壓。
19. 如權利要求12所述的電流供應器，其特征在于其恒定功率控制器 包括第一運算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸 入端耦接第三參考電壓；第七晶體管，具有第一端、第二端及控制端，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；第二運算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一輸 入端耦接第四參考電壓，該第二輸入端耦接正溫度系數電壓；第八晶體管，具有第一端、第二端及控制端，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的輸出端，以及該第二端耦接第二參 考電壓；以及分壓器，耦接在該第一運算放大器的第二輸入端及該第七晶體管的第 二端之間；其中當該電流供應器的核心溫度低于預設值時，該分壓器被用來產生 分壓至該第 一運算放大器的第二輸入端，以提供該第二參考電壓；當該電流供應器的核心溫度升高至大于該預設值時，該第八晶體管會 下拉該第二參考電壓。
20. 如權利要求19所述的電流供應器，其特征在于其恒定功率控制器 還包括第二電阻，耦接在該第七晶體管的第二端與該第一運算放大器的第二tr入端之間；第九晶體管，具有第一端、第二端及控制端，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的輸出端；以及第二電流鏡，耦接在該電源供應器、該第一運算放大器的第二輸入端 與該第九晶體管的第二端之間。
21. 如權利要求20所述的電流供應器，其特征在于如果該電流供應器 的核心溫度升高至大于該預設值，該第八晶體管的驅動能力、該第九晶體 管及該第二電流鏡的電流會由于該核心溫度的增加而增加，同時該第七晶 體管的電流會由于該核心溫度的增加而減少，因此該第二參考電壓會被該 第八晶體管下拉，并且該驅動晶體管提供的電荷電流會相應地減少。
全文摘要
一種電池充電器的恒電流、恒電壓及恒溫的電流供應器，用以提供電荷電流至負載。此電流供應器包括驅動晶體管、下拉晶體管、恒電壓控制器及恒電流控制器。驅動晶體管用以限制電荷電流的大小。下拉晶體管用以下拉控制節點，以控制驅動晶體管及檢測晶體管。恒電壓控制器用以上拉此控制節點，以控制驅動晶體管的傳導狀態，以及當負載的電壓升高并且接近第一參考電壓時，相應地維持負載的電壓于第一參考電壓。當負載的電壓降低至低于第一參考電壓時，恒電流控制器控制此控制節點以及下拉晶體管，用以限制電荷電流被固定地提供至負載。
文檔編號H02J7/00GK101383522SQ20081013101
公開日2009年3月11日 申請日期2008年8月19日 優先權日2007年9月3日
發明者黃啟嘉 申請人:晶鎂電子股份有限公司