线性充电器的制作方法

线性充电器
【技术领域】
1.本发明是有关于线性充电器，且尤指有着热调控电路(thermal regulation circuit)的线性充电器。


背景技术：

2.线性充电器可包含有一恒定电流充电电路以及一恒定电压充电电路，并且可通过恒定电流充电电路来在恒定电流模式中对电池充电，以及通过恒定电压充电电路来在恒定电压模式中对电池充电。当为电池充电的充电电流变得较大时，线性充电器之芯片的环境温度会增加，其可能会对线性充电器之芯片造成损害，因此，热调控电路可耦接于恒定电流充电电路以控制芯片的温度。
3.典型的热调控电路通常仅通过线性充电器的零温度系数参考电压(zero-temperature coefficient reference voltage)以及温度感测电压(temperature sensing voltage)来调制在放大器之正端的电压或放大器之负端的电压的其中一个，其中用以设置充电电流的一设置电阻是耦接于放大器的正端。然而，一些问题可能会发生。如果仅利用温度来调制放大器之正端的电压的话，线性充电器的关机温度(shutdown temperature)可能会随着设置电阻的不同数值而有所变化；如果仅利用温度来调制放大器之负端的电压的话，由于在恒定电流模式中的偏移电压(offset voltage)，线性充电器的电源供给级(power stage)可能会在高温时无法被关闭。此外，利用温度之放大器之负端的电压调制是非线性的，其使得在不同温度时估测充电电流大小变得相当困难，因此，极需一种新颖的有着热调控机制之线性充电器，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的之一在于提供一种有着一热调控电路的线性充电器，以解决上述问题。
5.根据本发明之一实施例，提供了一种线性充电器。该线性充电器可包含有一恒定电流充电电路以及一热调控电路，恒定电流充电电路可用以产生一充电电流，并且可包含有一第一跨导放大器，其中第一跨导放大器具有一正端、一负端以及一输出端。热调控电路可耦接于第一跨导放大器的输出端以及负端，并且可用以利用温度来产生以及调制一热调控电流与一放大器参考电压，以及分别将热调控电流以及放大器参考电压传送至第一跨导放大器的输出端以及负端。
6.本发明的好处之一是，对于用以设置充电电流的设置电阻之不同数值来说，本发明的线性充电器之关机温度是不变的，其中设置电阻是耦接于在线性充电器之恒定电流充电电路中的跨导放大器之正端。通过利用温度来调制热调控电流，利用温度的在线性充电器之恒定电流充电电路中的跨导放大器之正端的设置电压调制可以变得线性，其使得在不同温度估测充电电流大小变得更容易，并且利用温度的充电电流调制是线性的，此外，对于对应于不同电流值的充电电流来说，线性充电器之关机温度是不变的，以及线性充电器之
电源供给级在高温时可保证被关闭。
【附图说明】
7.图1为依据本发明一实施例之线性充电器的示意图。
8.图2为依据本发明一实施例之热调控电路的示意图。
9.图3为依据本发明一实施例之有着图2所示之热调控电路的线性充电器的示意图。
10.图4为依据本发明一实施例之偏移电压与利用温度的图3所示之线性充电器的设置电压以及放大器参考电压的调制之间的关系示意图。
11.图5为依据本发明一实施例之利用温度的图3所示之线性充电器的相关电流与电压之调制的示意图。
12.10,30:线性充电器
13.100,300:恒定电流充电电路
14.101,301:电池
15.102,200,302:热调控电路
16.104,202,208,304,308,314:跨导放大器
17.106,306:运算放大器
[0018]vsen_t
:温度感测电压
[0019]vtemp_ref
:温度参考电压
[0020]vref
:放大器参考电压
[0021]vin
:输入电压
[0022]vg
:栅极电压
[0023]
gnd:接地电压
[0024]
i1:充电电流
[0025]
i2:热调控电流
[0026]riset
:设置电阻
[0027]
p1,p2,p3:p型电晶体
[0028]
204,310:放大器参考电压产生电路
[0029]
206,312:电压源
[0030]
r1,r2:电阻
[0031]viset
:设置电压
【具体实施方式】
[0032]
图1为依据本发明一实施例之线性充电器10的示意图。如图1所示，线性充电器10可包含有恒定电流充电电路100以及热调控电路102，实际上，线性充电器10可另包含有恒定电压充电电路(未显示)，由于本发明的重点在于用于恒定电流充电电路的热调控设计，因此，为简洁起见，在此不描述关于恒定电压充电电路的内容。
[0033]
恒定电流充电电路100可包含有多个p型电晶体p1、p2以及p3、跨导放大器104、运算放大器106以及设置电阻r
iset
。p型电晶体p1具有耦接于第一参考电压(例如输入电压v
in
)的一源极端，p型电晶体p2具有耦接于第一参考电压(例如输入电压v
in
)的一源极端以及耦
接于p型电晶体p1之栅极端的一栅极端，其中栅极电压vg是在p型电晶体p1之栅极端以及p型电晶体p2之栅极端之间的一节点的电压，以及充电电流i1是由p型电晶体p2的一漏极端所输出。p型电晶体p3具有耦接于p型电晶体p1之漏极端的一源极端。
[0034]
跨导放大器104具有耦接于p型电晶体p3之漏极端的一正端(+)、耦接于放大器参考电压v
ref
的一负端(-)以及耦接于p型电晶体p1之栅极端的一输出端。运算放大器106具有耦接于p型电晶体p3之源极端的一正端(+)、耦接于p型电晶体p2之漏极端以及电池101的一负端(-)以及耦接于p型电晶体p3之栅极端的一输出端。设置电阻r
iset
具有耦接于跨导放大器104之正端的一第一端以及耦接于第二参考电压(例如接地电压gnd)的一第二端，并且可用以设置电池101的充电电流i1。
[0035]
热调控电路102可耦接于跨导放大器104的输出端以及负端，并且可用以利用温度来产生以及调制热调控电流i2与放大器参考电压v
ref
，以及将热调控电流i2与放大器参考电压v
re
分别传送至跨导放大器104的输出端以及负端，此外，热调控电路102可接收温度感测电压v
sen_t
以及温度参考电压v
temp_ref
，并且根据温度感测电压v
sen_t
以及温度参考电压v
temp_ref
来调制热调控电流i2以及放大器参考电压v
ref
，其中温度参考电压v
temp_ref
是接近于零温度系数参考电压(zero-temperature coefficient reference voltage)，以及温度感测电压v
sen_t
是与温度相关的电压。举例来说，温度感测电压v
sen_t
随着温度上升而增加，并且随着温度下降而减少。
[0036]
图2为依据本发明一实施例之热调控电路200的示意图。举例来说，图1所示之热调控电路102可以由图2所示之热调控电路200来实现，但是本发明不限于此。如图2所示，热调控电路200可包含有跨导放大器202以及放大器参考电压产生电路204，跨导放大器202可用以根据温度感测电压v
sen_t
以及温度参考电压v
temp_ref
来利用温度产生以及调制热调控电流i2，此外，跨导放大器202具有耦接于温度感测电压v
sen_t
的一正端(+)以及耦接于温度参考电压v
temp_ref
的一负端(-)，因此，利用温度之热调控电流i2的调制可由以下方程式来表示：
[0037][0038]
其中g2是跨导放大器202的跨导值。
[0039]
放大器参考电压产生电路204可用以根据温度感测电压v
sen_t
以及温度参考电压v
temp_ref
来利用温度产生以及调制放大器参考电压v
ref
，并且可包含有电压源206、跨导放大器208以及多个电阻r1与r2。电压源206具有耦接于第二参考电压(例如接地电压gnd)的一第一端，并且是用以提供电压v
cc
。电阻r1具有耦接于电压源206之一第二端的一第一端，其中放大器参考电压v
ref
是由电阻r1的一第二端所输出。电阻r2具有耦接于电阻r1之第二端的一第一端以及耦接于第二参考电压(例如接地电压gnd)的一第二端。跨导放大器208具有耦接于参考电压v
temp_ref
的一正端(+)、耦接于温度感测电压v
sen_t
的一负端(-)以及耦接于电阻r1之第二端的一输出端，并且可用以根据温度感测电压v
sen_t
以及温度参考电压v
temp_ref
来利用温度产生以及调制放大器参考电压v
ref
，利用温度之放大器参考电压v
ref
的调制可由以下方程式来表示：
[0040][0041]
其中g3是跨导放大器208的跨导值，r1是电阻r1的电阻值，以及r2是电阻r2的电阻
值。
[0042]
图3为依据本发明一实施例之有着图2所示之热调控电路200的线性充电器30的示意图。如图3所示，线性充电器30可包含有恒定电流充电电路300以及热调控电路302，其中恒定电流充电电路300以及热调控电路302可分别由图1所示之恒定电流充电电路100以及图2所示之热调控电路200来实现。恒定电流充电电路300可包含有多个p型电晶体p1、p2以及p3、跨导放大器304、运算放大器306以及设置电阻r
iset
，为简洁起见，在此不再详细重复对此实施例的类似描述。热调控电路302可包含有跨导放大器308以及放大器参考电压产生电路310，其中跨导放大器308的输出端可耦接于p型电晶体p1的栅极端(亦即耦接于跨导放大器304的输出端)。放大器参考电压产生电路310可包含有电压源312、跨导放大器314以及多个电阻r1与r2，其中在电阻r1以及电阻r2之间的一节点可耦接于跨导放大器314的输出端以及跨导放大器304的负端，为简洁起见，在此不再详细重复对此实施例的类似描述。
[0043]
考量热调控电路302被修改而仅包含有放大器参考电压产生电路310的一案例(亦即热调控电路302仅利用温度来产生以及调制放大器参考电压v
ref
，并且将放大器参考电压v
ref
传送至跨导放大器304之负端的案例)，利用温度在跨导放大器304之正端的设置电压v
iset
的调制是非线性的，其中设置电压v
iset
的调制是被放大器参考电压v
ref
的调制所控制。为了解决此问题，可配置热调控电路302以同时具有跨导放大器308以及放大器参考电压产生电路310，并且可在利用温度之放大器参考电压v
ref
的调制变得非线性之前，通过热调控电流i2来对跨导放大器304施予一偏移电压δv，以使得利用温度之设置电压v
iset
的调制变得线性，其中偏移电压δv的电压值是等于在同一温度下放大器参考电压v
ref
减去设置电压v
iset
所产生的电压值(亦即δv＝v
ref-v
iset
)。
[0044]
图4为依据本发明一实施例之偏移电压δv与利用温度的图3所示之线性充电器的设置电压以及放大器参考电压的调制之间的关系示意图。如图4所示，虚线a是利用温度之放大器参考电压v
ref
的调制，以及实线b是利用温度之设置电压v
iset
的调制，通过利用温度来调制热调控电流i2，在利用温度之放大器参考电压v
ref
的调制变得非线性之前(例如在线性充电器30的温度达到图4所示之温度t0之前)，可以对跨导放大器304施予偏移电压δv，并且在温度t0时，设置电压v
iset
是等于0。偏移电压δv可由以下方程式来计算：
[0045][0046]
其中(v
sen_t-v
temp_ref
)≥0，g1是跨导放大器304的跨导值，以及g2是跨导放大器308的跨导值。
[0047]
图5为依据本发明一实施例之利用温度的图3所示之线性充电器30的相关电流与电压之调制的示意图。假设耦接于p型电晶体p1之源极端以及p型电晶体p2之源极端的输入电压v
in
是等于5v，如图5所示，通过利用温度来调制热调控电流i2，利用温度之设置电压v
iset
的调制可变得线性，其使得在不同温度估测充电电流i1之大小变得更加容易，并且利用温度之充电电流i1的调制是线性的，此外，对于对应于不同电流值之充电电流i1(例如500毫安培(ma)、200毫安培、100毫安培以及50毫安培)来说，线性充电器30之关机温度(shutdown temperature)是不变的，亦即，对于设置电阻r
iset
的不同数值来说，线性充电器30之关机温度是不变的。对于对应于充电电流i1之不同电流值(例如500毫安培、200毫安培、100毫安培以及50毫安培)的栅极电压vg来说，线性充电器30的电源供给级(power stage)在高温时可
以保证被关闭(例如在高温时，栅极电压vg是等于输入电压v
in
)。
[0048]
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

技术特征：
1.一种线性充电器，包含有：恒定电流充电电路，用以产生充电电流，其中该恒定电流充电电路包含有：第一跨导放大器，具有正端、负端以及输出端；以及热调控电路，耦接于该第一跨导放大器的该输出端以及该负端，并且用以利用温度来产生以及调制热调控电流与放大器参考电压，以及分别将该热调控电流以及该放大器参考电压传送至该第一跨导放大器的该输出端以及该负端。2.如权利要求1所述的线性充电器，其中该恒定电流充电电路另包含有：第一p型电晶体，具有耦接于第一参考电压的源极端；第二p型电晶体，具有耦接于该第一参考电压的源极端以及耦接于该第一p型电晶体的栅极端的栅极端；第三p型电晶体，具有耦接于该第一p型电晶体的漏极端的源极端；运算放大器，具有耦接于该第三p型电晶体的该源极端的正端、耦接于该第二p型电晶体的漏极端的负端以及耦接于该第三p型电晶体的栅极端的输出端；以及设置电阻，具有耦接于该第一跨导放大器的该正端的第一端以及耦接于第二参考电压的第二端；其中该第一跨导放大器的该正端是耦接于该第三p型电晶体的漏极端，该第一跨导放大器的该负端是耦接于该第二参考电压，以及该第一跨导放大器的该输出端是耦接于该第一p型电晶体的该栅极端。3.如权利要求2所述的线性充电器，其中对于该设置电阻的不同数值来说，该线性充电器的关机温度是不变的。4.如权利要求2所述的线性充电器，其中该充电电流是由该第二p型电晶体的该漏极端所输出，以及对于对应于不同电流值的该充电电流来说，该线性充电器的关机温度是不变的。5.如权利要求4所述的线性充电器，其中利用温度的该充电电流的调制是线性的。6.如权利要求1所述的线性充电器，其中该热调控电路包含有：第二跨导放大器，用以根据感测电压以及温度参考电压来利用温度产生以及调制该热调控电流，并且具有耦接于该感测电压的正端、耦接于该温度参考电压的负端以及耦接于该第一跨导放大器的该输出端的输出端；以及放大器参考电压产生电路，耦接于该第一跨导放大器的该负端，并且用以根据该感测电压以及该温度参考电压来利用温度产生以及调制该放大器参考电压。7.如权利要求6所述的线性充电器，其中该放大器参考电压产生电路包含有：电压源，具有耦接于参考电压的第一端；第一电阻，具有耦接于该电压源的第二端的第一端以及耦接于该第一跨导放大器的该负端的第二端；第二电阻，具有耦接于该第一电阻的该第二端的第一端以及耦接于该参考电压的第二端；以及第三跨导放大器，用以根据该感测电压以及该温度参考电压来利用温度调制该放大器参考电压，并且具有耦接于该温度参考电压的正端、耦接于该感测电压的负端以及耦接于该第一电阻的该第二端的输出端。
8.如权利要求1所述的线性充电器，其中在利用温度的该放大器参考电压的调制变得非线性之前，通过该热调控电流来对该第一跨导放大器施予偏移电压，以使得在该第一跨导放大器的该正端的利用温度的设置电压的调制变得线性。9.如权利要求8所述的线性充电器，其中该偏移电压的电压值是等于该放大器参考电压减去该设置电压所产生的电压值。10.如权利要求8所述的线性充电器，其中该热调控电流的电流值是等于该第一跨导放大器的增益乘以该偏移电压所产生的电流值。

技术总结
一种线性充电器包含有一恒定电流充电电路以及一热调控电路。恒定电流充电电路是用以产生一充电电流，并且包含有一第一跨导放大器，其中第一跨导放大器具有一正端、一负端以及一输出端。热调控电路是耦接于第一跨导放大器的输出端以及负端，并且是用以利用温度来产生以及调制一热调控电流与一放大器参考电压，以及分别将热调控电流以及放大器参考电压传送至第一跨导放大器的输出端以及负端。送至第一跨导放大器的输出端以及负端。送至第一跨导放大器的输出端以及负端。


技术研发人员：杨曜玮
受保护的技术使用者：晶豪科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2023/9/20