TWI470391B - 穩流電路與其電子裝置 - Google Patents

Description

穩流電路與其電子裝置

本發明有關於一種電流源，且特別是一種產生穩定電流之穩流電路及具有此穩流電路的電子裝置。

由於現今的科技產品經常需要電流源來提供穩定電流，例如流控振盪電路便需要穩定電流來產生特定頻率之振盪信號，或者是，待充電池需要穩定電流來大幅節省充電時間。總之，需要提供一個穩定的電流源，以使得這些科技產品能夠正常的動作。

近年來，電池為廣泛地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。電池可分為可充電式及不可充電式兩種類型。可充電式電池包括鎳鎘(nickel-cadmium,Ni-Cd)電池、鎳氫(nickel-hydrogen,Ni-H)電池、鋰(lithium-ion)電池、鎳金屬氫化物(nickel metal-hydride,Ni-MH)電池，且於不同的充電條件下會有不同的充電速率。在定電壓(Constant Voltage,CV)的條件下，當電池電壓接近最終電壓時，充電電流幾乎為0。

請參照圖1，圖1為繪示傳統之電流控制電路之示意圖。傳統電流控制電路100包括電晶體MPP(例如為P型電晶體)與控制電路110，其中電晶體MPP之閘極(C端)耦接至控制電路110。控制電路110用以調整流經電晶體MPP的電流I。如果，將圖1之電流控制電路應用在對電池充電之 積體電路之範疇，亦即將電晶體MPP之源極(A端)耦接至電源配適器120(Adapter)，電晶體MPP之汲極(B端)耦接至待充電池130，則控制電路110可以透過施加於電晶體MPP之閘極的電壓調整流經電晶體MPP之充電電流I大小。

當充電器120開始向待充電池130進行充電時，則會在定電流模式下對待充電池130進行充電，此時待充電池130之電壓(亦即B端的電壓)會快速上升。然而，因為充電器120端的電壓(亦即A端的電壓)為固定電壓(Constant Voltage,CV)的情形下，隨著B端電壓的持續不斷上升，會造成A端與B端之間的電壓差會越來越小。此時，如果控制電路110無法即時迅速地調整控制電晶體MPP之閘極的電壓以調整充電電流I，則這將會導致充電電流I的值越來越小，進而造成整體的充電效率越來越差。

本發明實施例提出一種穩流電路。此穩流電路能夠有效地提供穩定電流給其所電性耦接的負載，能夠能作為充電電路使用。

本發明實施例提供一種穩流電路。此穩流電路用以產生穩定的第一電流，且包括控制單元、電流鏡單元、電流轉電壓單元與補償單元。電流鏡單元電性耦接控制單元，電流轉電壓單元電性耦接至電流鏡單元與控制單元之間，且補償單元電性耦接至電流鏡單元與電流轉電壓電路之間。控制單元用以接收參考電壓與第一迴授電壓，並據此輸出控制電壓。電流鏡單元接收控制電壓，並據此輸出第一電流及第二電流。電流轉電壓單元用以將第二電流轉換為 第一迴授電壓，並且傳送第一迴授電壓至控制單元。補償單元用以接收第二電流，並且將第二電流傳送至電流轉電壓單元，其中補償單元用以補償電流鏡單元的非理想特性，以使第一電流與第二電流維持固定的比例關係。

本發明實施例還提供一種電子裝置，此電子裝置包括上述穩流電路與負載。負載電性耦接穩流電路，並接收穩流電路所產生的第一電流。

綜上所述，本發明實施例所提出之穩流電路利用控制單元來接收參考電壓且輸出控制電壓至電流鏡單元，並且藉著電流鏡單元來接收並根據此控制電壓來輸出穩定的第一電流及第二電流。之後，利用電流轉電壓單元將第二電流轉換為第一迴授電壓且將此第一迴授電壓傳送至控制單元。接著，控制單元會根據參考電壓與第一迴授電壓來調整控制電壓以穩定第一電流及第二電流，藉此能夠有效地提供穩定的第一電流。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整的，且將向熟習此項技術 者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

〔穩流電路的實施例〕

請參照圖2，圖2為根據本發明實施例之穩流電路之架構示意圖。穩流電路200包括控制單元210、電流鏡單元220、補償單元230以及電流轉電壓單元240。控制單元210透過端點C’電性耦接至電流鏡單元220，電流鏡單元220透過端點T1與T2電性耦接至補償單元230，且電流轉電壓單元240電性耦接於控制單元210與補償單元230之間。

控制單元210用以接收參考電壓VREF，並且據此透過端點C’輸出控制電壓VC至電流鏡單元220，其中參考電壓VREF可以由設計者依據電路設計需求來適當設定。電流鏡單元220透過端點A’接收電壓V2，且會根據控制電壓VC來輸出電流I1及I2，其中電流I1及I2彼此之間具有一定之比例關係，亦即電流I2為電流I1的映射電流。上述比例關係可以由設計者依據電路設計需求及製程需求來予以適度地調整。

更詳細地說，電流鏡單元220可以透過端點T1輸出電流I1給電性耦接端點B’的各種類型負載(圖2未繪示)，且可以透過端點T2輸出電流I2給補償單元230，其中負載可以例如是待充電池、離散電子元件或電子晶片等。電流鏡單元220的端點T1與T2皆電性耦接至補償單元230，但電流鏡單元220實質上不會透過其端點T1輸出任何電流給補償單元230。附帶一提的是，當穩流電路200作為待充電 池的充電電路時，電流I1可以為充電電流，電流I2可以為映射電流，且電壓V2可以是電源配適器所提供的直流電壓，其中電源配適器具有變壓電路、整流電路與濾波電路，用以將家用交流電源轉換為直流電壓。

補償單元230用以接收電流I2，並且將電流I2傳送至電流轉電壓單元240。補償單元230用以補償電流鏡單元220的非理想特性，使得電流鏡單元220不會因為其端點T1與T2的電壓不同而影響電流I1與I2的比例關係，亦即補償單元230可使電流I1與I2維持固定的比例關係。在本實施例中，補償單元230用以使得端點T1與T2的電壓實質上維持同樣的電壓準位，以使電流I1與I2維持固定的比例關係。需要說明的是，補償單元230用以使電流I1與I2維持固定的比例關係的方式並非用以限制本發明。

電流轉電壓單元240用以將電流I2轉換為迴授電壓VF1，並且傳送此迴授電壓VF1至控制單元210。之後，控制單元210根據所接收到的參考電壓VREF與迴授電壓VF1來調整控制電壓VC以提供穩定的電流I1及I2。

在本實施例中，如果參考電壓VREF小於迴授電壓VF1，則控制單元210會調降控制電壓VC，相反地，如果參考電壓VREF大於迴授電壓VF1，則控制單元210會調升控制電壓VC。在另一實施例中，如果參考電壓VREF大於迴授電壓VF1，則控制單元210會調降控制電壓VC，相反地，如果參考電壓VREF小於迴授電壓VF1，則控制單元210會調升控制電壓VC，並不以本實施例為限。總之，在不脫離控制單元210根據所接收到的參考電壓VREF與第一迴授電壓VF1來調整控制電壓VC以提供穩定電流I1及I2 之精神下，皆屬於本發明之技術思想所要揭露的範圍內。藉此，本發明之穩流電路200能夠有效地提供穩定的電流I1及電流I2，並不會受端點T1及T2的電壓變動所影響。

為了更詳細地說明本發明所述之穩流電路200的運作流程，接下來要以另一圖示來更進一步教示穩流電路200的細部電路之作動，於必要時可同時參照圖2。

請參照圖3，圖3為根據本發明實施例之穩流電路之細部電路示意圖。穩流電路300之控制單元210包括放大器OP1、N型電晶體MN1以及阻抗元件R1(例如為電阻)。放大器OP1的輸出端電性耦接N型電晶體MN1的閘極，且放大器OP1的正、負輸入端分別接收參考電壓VREF與迴授電壓VF1。N型電晶體MN1的源極電性耦接接地電壓GND，且N型電晶體MN1的汲極透過端點C’電性耦接電阻R1的一端。電阻R1的另一端則透過端點A’來接收電壓V2。

阻抗元件R1可以是偏壓在線性區的金屬氧化半導體電晶體或是電阻。放大器OP1作為比較器使用，放大器OP1比較參考電壓VREF與迴授電壓VF1，以在其輸出端輸出電壓V1。N型電晶體MN1的閘極接收電壓V1，透過電壓V1控制N型電晶體MN1的開關，將可以決定流經電阻R1的電流大小，以藉此產生控制電壓VC於端點C’。

附帶一提的是，電壓V2可以是經由電源配適器對家用交流電源進行變壓、整流與濾波後所產生的直流電壓，或者是系統電壓。總之電壓V2的類型並非用以限制本發明。當穩流電路300作為充電電路時，則端點A’將接收經由電源配適器對家用交流電源進行變壓、整流與濾波後所產生 的直流電壓，且端點B’將連接待充電池。

電流鏡單元220包括P型電晶體MP1及MP2。P型電晶體MP1與MP2的閘極電性耦接端點C’，P型電晶體MP1與MP2的源極電性耦接端點A’。P型電晶體MP1與MP2的汲極分別電性連接端點T1與T2，且端點T1還電性連接端點B’。P型電晶體MP1與MP2的閘極透過端點C’接收控制電壓VC，以分別產生電流I1與I2於其汲極。P型電晶體MP1與MP2所分別產生的電流I1與I2將具有比例關係是根據透過P型電晶體MP1與MP2之間的通道長寬比而決定。

補償單元230包括放大器OP2以及P型電晶體MP3。放大器OP2的正、負輸入端分別電性耦接端點T1與T2，以透過端點T1與T2耦接P型電晶體MP1與MP2的汲極。放大器OP2的輸出端電性耦接耦接P型電晶體MP3的閘極。P型電晶體MP3的源極與汲極分別電性耦接端點T2與電流轉電壓單元240。透過放大器OP2與P型電晶體MP3連接成負迴授的方式，端點T1與T2的電壓將實質上相同，故電流I1與I2的比例關係將維持固定。

電流轉電壓單元240包括N型電晶體MN2。N型電晶體MN2之閘極與汲極皆電性耦接P型電晶體MP3之汲極，且N型電晶體MN2的源極電性耦接接地電壓GND，以將電流I2轉換為迴授電壓VF1。N型電晶體MN2之閘極還電性耦接控制單元210，以將迴授電壓VF1反饋給控制單元210。

附帶一提的是，如同圖3所示，電流轉電壓單元240亦可以有其他種實現方式。電流轉電壓單元240亦可以是 一個阻抗元件R2(例如為電阻)，其中阻抗元件R2的一端電性耦接P型電晶體MP3的汲極與控制單元210，且阻抗元件R2的另一端電性耦接接地電壓GND。

接下來要說明的是穩流電路300之相關作動，在進行以下說明前，須說明的是下述說明中穩流電路的端點B’是電性耦接至負載，且端點A’係接收電壓V2。

當參考電壓VREF大於迴授電壓VF1時，則放大器OP1所輸出的電壓V1升高。此時，N型電晶體MN1產生電流IC升高，並流經阻抗元件R1。此電流IC會使得阻抗元件R1產生一個電流電阻電壓降(IR drop)，並使得端點C’上的控制電壓VC下降。因此，P型電晶體MP1與MP2分別產生電流I1與I2升高，並流入負載與P型電晶體MP3。

為了避免通道長度調變效應(Channel length modulation effect)而造成電流I1及I2的大小偏離所預定的電流值，因此穩流電路300利用放大器OP2及P型電晶體MP3來鎖定端點T1及T2的電壓，並且進一步使兩端點T1及T2的電壓實質上相同以避免通道長度調變效應的影響。進一步來說，當端點T2的電壓大於端點T1的電壓時，放大器OP2會輸出低準位電壓，也就是說，這會產生P型電晶體MP3的閘極電壓會往低準位電壓的方向移動的暫態現象，此時由於電壓電流關係，在電流I2為固定常數的情況下，這會迫使端點T2的電壓下降，直到端點T2的電壓等於端點T1的電壓。

另一方面，當端點T2的電壓小於端點T1的電壓時，放大器OP2會輸出高準位電壓，也就是說，這會產生P型電晶體MP3的閘極電壓會往高準位電壓的方向移動的暫態 現象，在電流I2的固定常數的情況下，這會迫使端點T2的電壓上升，直到端點T2的電壓等於端點T1的電壓。

舉例來說，當端點A’電性耦接至充電器，端點B’電性耦接至待充電池，則會產生端點T1的電壓會往端點A’的電壓移動而不斷上升的現象，此時由於放大器OP2及P型電晶體MP3的作用，而會使端點T2的電壓亦會持續地上升直到端點T2的電壓等於端點T1的電壓。

附帶一提的是，由以上說明可以知道端點T1的電壓會不斷地上升，所以本發明在補償單元230此處所選用的電晶體為P型電晶體MP3，其能夠比一般的N型電晶體更能承受較大的跨壓，因此有助於保護N型電晶體MN2，避免N型電晶體MN2的兩端(源極與汲極)遭受到過大之電壓而損壞。

接下來，電流轉電壓單元240會接收P型電晶體MP3所輸出的電流I2，並且將此電流I2轉換為迴授電壓VF1後，傳送此迴授電壓VF1至放大器OP1。當電流I2越大時，電流轉電壓單元240所輸出的迴授電壓VF1則越大。當參考電壓VREF小於迴授電壓VF1，則會放大器OP1輸出一個低電壓準位之電壓V1至N型電晶體MN1的閘極。此時，N型電晶體MN1產生電流IC變小，而導致控制電壓VC上升，並進一步地使P型電晶體MP1與MP2分別產生電流I1與I2短暫地降低。接著電流I2的降低，迴授電壓VF1也跟著降低。因此，透過上述的負迴授機制，穩流電路300能提供穩定的電流I1。

在接下來的多個實施例中，將描述不同於上述實施例之部分，且其餘省略部分與上述實施例之部分相同。此外 ，為說明便利起見，相似之參考數字或標號指示相似之元件。

〔穩流電路的另一實施例〕

請參照圖4，圖4為根據本發明實施例之可調整參考電壓之穩流電路之示意圖。相較於圖2之實施例，圖4之穩流電路400包括可程式化控制參考電壓單元410。可程式化控制參考電壓單元410電性耦接控制單元210。在本實施例中，可程式化控制參考電壓單元410能夠接收並依據電壓V3及多個數位信號DS1~DSX來決定參考電壓VREF的大小，並將此參考電壓VREF傳送至控制單元210。

接下來要說明的是，以另一圖式來描述關於穩流電路400中可程式控制參考電壓電路410的實現方式，以及可程式控制參考電壓電路410如何調整參考電壓VREF的相關作動。

請參照圖5，圖5為根據本發明實施例之可調整參考電壓之穩流電路之細部電路示意圖。在本實施例中，可程式化控制參考電壓單元410包括放大器OP3、P型電晶體MP4、MP[1]~MP[X]、阻抗元件R3(例如電阻)、多個開關SW1~SWX與N型電晶體MN3。放大器OP3之負輸入端接收電壓V3，且放大器OP3的正輸入端電性耦接阻抗元件R3的一端與P型電晶體MP4的汲極。阻抗元件R3的另一端電性耦接接地電壓GND。放大器OP3之輸出端電性耦接P型電晶體MP4的閘極，且透過開關SW1~SWX電性耦接P型電晶體MP[1]~MP[X]的閘極。P型電晶體MP4、MP[1]~MP[X]的源極接收電壓VDD，且P型電晶體MP[1]~MP[X]的汲極電性耦接N型電晶體MN3的閘極與汲極。N 型電晶體MN3的源極電性耦接接地電壓GND，且N型電晶體MN3的閘極與汲極電性耦接控制單元210。

放大器OP3用以比較電壓V3與迴授電壓VF2，以輸出電壓V4。放大器OP3與P型電晶體MP4係形成一個負迴授電路，以透過負迴授的機制使得電壓V3與迴授電壓VF2實質上相等。開關SW1~SWX分別受控於多個數位信號DS1~DSX，而被開啟與關閉。另外，X為大於1的正整數，且其值可由設計者依實際設計需要來予以決定。

以下將進一步地教示穩流電路400中可程式化控制參考電壓單元410中細部動作。當電壓V3大於迴授電壓VF2時，則放大器OP3之輸出端會輸出一個低準位電壓的電壓V4，進而使P型電晶體MP4導通，之後藉由其源汲極間跨壓產生穩定電流以流經阻抗元件R3。接著，透過數位信號DS1~DSX控制開關SW1~SWX的導通與關閉，P型電晶體MP[1]~MP[X]的導通與關閉也會一併地被控制，因此將會決定產生的電流I[1]~I[X]的大小。N型電晶體MN3用以將接收的電流I[1]~I[X]的總和轉換為對應的參考電壓VREF。據此，使用者可以透過產生數位信號DS1~DSX來決定控制單元210所接收的參考電壓VREF。

附帶一提的是，迴授電壓VF2為阻抗元件R3的一端之電壓，因此設計者所選擇設計的電壓V3只要是介於系統電壓VDD與接地電壓GND間，即能驅動此可程式化控制參考電壓單元410。而在另一實施例中，亦可以在P型電晶體MP4的汲極與阻抗提供元件R3的一端之間加入阻抗提供元件(圖5未繪示)。在本領域熟悉此技藝者，應了解到只要能夠產生穩定的電壓V4的電路(例如能帶隙電路或其它 偏壓電路)都可以取代此部分的電路功能。

值得一提的是，多個開關SW1~SWX全部與電壓V4連接，再分別接至MP[1]~MP[X]的閘極，其中，在MP[1]~MP[X]的通道長度L[1]~L[X]相等的情況下(L[1]=L[2]=L[3]=…=L[X])，其通道寬度W[1]~W[X]可以是2倍比例增加(W[X]=2¹ ×W[X-1]=2² ×W[X-2]=…=2^(x-1) ×W[1])，如此一來，MP[1]~MP[X]個別產生的電流I[1]~I[X]將會有I[X]=2¹ ×I[X-1]=2² ×I[X-2]=…=2^(x-1) ×I[1]的比例關係。

在此以X等於6為例來作說明。若要提高參考電壓VREF，使用者或設計者可以傳送數位訊號DS6~DS1，例如為000111至開關SW6~SW1。當開關SW6~SW1接收到其對應的數位訊號DS6~DS1(000111)時，則開關SW1~SW3會導通，其餘開關SW4~SW6會關閉，如此一來，電壓V4會同時開啟P型電晶體MP4及M[1]~M[3]以產生電流I1~I3。所以，流經N型電晶體MN3的電流總和為I1+I2+I3=I1+2¹ ×I1+2² ×I1=7×I1，接著，N型電晶體MN3的汲極電壓會上升，如此一來，便可調升參考電壓VREF，可以達到讓使用者或設計者彈性地調整穩流電路500中的參考電壓VREF。

〔穩流電路的再一實施例〕

請參照圖6，圖6為根據本發明實施例之可預充電流之穩流電路之示意圖。相較於圖4之實施例，圖6的穩流電路600更包括預充單元610、預充單元開關SWP以及控制單元開關SWC，且控制單元210’還額外具有一個N型電晶體來提升其耐壓能力。預充單元610電性耦接預充單元開 關SWP與端點T1之間，且控制單元開關SWC電性耦接可程式化控制參考電壓單元410與控制單元210’之間。預充單元開關SWP電性耦接可程式化控制參考電壓單元410與預充單元610之間。

當負載電性耦接至端點B’時，預充單元開關SWP會先被打開(透過控制信號SC1)，控制單元開關SWC會先被關閉(透過控制信號SC2)，且預充單元610會用以提供預充電流IP給負載。接著，當端點B’的電壓V5上升至一定程度時，預充單元開關SWP會被關閉，控制單元開關SWC會被打開，接著便由控制單元210’產生控制電壓VC來使得電流鏡單元220產生穩定的電流I1給負載。

接下來將以另一圖式來更清楚描述此可提供預充電流的穩流電路的作動。

請參照圖7，圖7為根據本發明再一實施例之提供預充電流之穩流電路之細部電路示意圖。相較於前述的控制單元210，穩流電路700中之控制單元210’更包括了一個電性耦接於端點C’與N型電晶體MN1之汲極的N型電晶體MN4。N型電晶體MN4的閘極接收偏壓VB1，此偏壓VB1用以使N型電晶體MN4導通。在本實施例中，N型電晶體MN4的存在有助於避免過大的電壓差損壞N型電晶體MN1。要說明的是，控制單元210與210’的實現方式並非用以限制本發明，換言之，圖6與圖7的控制單元210’可以使用控制單元210取代，而圖2至圖5的控制單元210亦可以使用控制單元210’來取代。

預充單元610包括P型電晶體MP5~MP7以及N型電晶體MN5~MN6。P型電晶體MP5與MP6的源極電性耦 接端點A’，P型電晶體MP6的閘極電性耦接P型電晶體MP5的閘極與汲極。N型電晶體MN5的閘極電性耦接系統電壓VDD，N型電晶體MN5的汲極電性耦接P型電晶體MP5的汲極。P型電晶體MP7的閘極電性耦接N型電晶體MN5的源極，P型電晶體MP7的源極電性耦接P型電晶體MP6之汲極，P型電晶體MP7的汲極電性耦接P型電晶體MP1之汲極。N型電晶體MN6的閘極透過預充單元開關SWP電性耦接可程式化控制參考電壓單元410，N型電晶體MN6的汲極電性耦接N型電晶體MN5之源極，N型電晶體MN6的源極電性耦接接地電壓GND。

在此，請同時參照圖7及圖8，圖8為根據本發明實施例之偵測穩流電路之偵測電路示意圖。在進行下面說明前，在此須要先說明的是，本實施例中之穩流電路700更包括偵測電路810。偵測電路810用以接收電壓V2與V5，並據此輸出控制信號SC1及控制信號SC2，以打開或關閉預充單元開關SWP及控制單元開關SWC。

更詳細地說，偵測電路810能夠偵測電壓V2及V5之間的電壓差是否高於預先所設定之電壓值，以決定所輸出的控制信號SC1及SC2的電壓準位，進而控制預充電開關SWP及控制單元開關SWC之導通(打開)或斷開(關閉)。

舉例來說，當電流鏡單元220中的端點B’耦接至負載，偵測電路810便會開始偵測電壓V2及V5，如果電壓V2及V5之間的電壓差大於預先所設定的電壓值，則偵測電路810便會輸出高電壓準位的控制信號SC1及低電壓準位之控制信號SC2至所對應的預充單元開關SWP及控制單元開關SWC，而此時穩流電路700會進入預充階段，藉此可以 避免過大的電壓差損壞電流汲取單元。

接著，預充單元開關SWP會導通且控制單元開關SWC會斷開，則會以可程式化控制參考電壓單元410所產生參考電壓VREF來偏壓N型電晶體MN6。當然，由上述圖4及圖5實施例之說明，設計者可以藉由傳送數位信號DS1~DSX來決定所需要的參考電壓VREF，進而可以決定N型電晶體MN6之閘極電壓。此時，具有本領域通常知識者應了解到，作為預充單元610之串疊式電流鏡單元會在其P型電晶體MP6及MP7產生電流以作為本實施例中之預充電流IP，而此預充電流IP會提供至負載，進而提高端點B’的電壓V5。

當偵測電路810偵測到端點B’的電壓V5升高至預定值(例如電壓VP)時，便會切換控制信號SC1及SC2的電壓準位使得控制信號SC1為低電壓準位，而控制信號SC2為高電壓準位，進而使得預充單元開關SWP斷開且控制單元開關SWC導通。如此一來，穩流電路700便進入上述圖5實施例中之作動機制，能夠不斷地提供穩定電流至電流汲取單元，直到端點B’的電壓V5升高至電壓V2或是升高至所設定的電壓VQ(小於但接近電壓V2)。接著，偵測電路810會自動傳送低電壓準位的控制信號SC1及SC2至其所對應的預充單元開關SWP及控制單元開關SWC，藉此以切斷其電流路徑避免過度地損壞負載(例如，損壞待充電池)。

〔電子裝置的實施例〕

請參照圖9，圖9是本發明實施例之具有穩流電路的電子裝置之示意圖。電子裝置900包括負載910與電性耦接 負載的穩流電路920，其中穩流電路920接收電壓V2。電壓V2可以是電源配適器接收家用交流電源所產生的直流電壓或系統電壓。穩流電路920可以是上述實施例中之穩流電路200、300、400、500與600的其中之一，且用以提供穩定的電流I1給負載。電子裝置900可以是各種類型的電子裝置，例如手持裝置或行動裝置等。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例所提供的穩流電路利用控制單元來接收參考電壓且輸出控制電壓至電流鏡單元，並且藉著電流鏡單元來接收並根據此控制電壓來輸出穩定的第一電流及第二電流。之後，利用電流轉電壓單元將第二電流轉換為第一迴授電壓且將此第一迴授電壓傳送至控制單元。接著，控制單元會根據參考電壓與第一迴授電壓來調整控制電壓以穩定第一電流及第二電流，藉此能夠有效地提供穩定的第一電流。

再者，本發明之另一實施例更利用可程式化控制參考電壓單元來讓設計者或使用者能夠依照電路設計需求或使用需求來彈性地調整或改變參考電壓的大小。

最後，本發明之再一實施例更利用預充單元來提供預充電流至負載，藉此預充電流之機制可以避免過大的電壓差損壞負載。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

100‧‧‧電流控制電路

110‧‧‧控制電路

120‧‧‧電源配適器

130‧‧‧待充電池

200、300、400、500、600、700‧‧‧穩流電路

210、210’‧‧‧控制單元

220‧‧‧電流鏡單元

230‧‧‧補償單元

240‧‧‧電流轉電壓單元

410‧‧‧可程式化控制參考電壓單元

610‧‧‧預充單元

810‧‧‧偵測電路

900‧‧‧電子裝置

910‧‧‧負載

920‧‧‧穩流電路

A、B、C、T1、T2、A’、B’、C’‧‧‧端點

DS1~DSX‧‧‧數位信號

GND‧‧‧接地電壓

I‧‧‧充電電流

I1、I2、IC、I[1]~I[X]‧‧‧電流

IP‧‧‧預充電流

MPP、M[1]~M[X]、MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7‧‧‧P型電晶體

MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6‧‧‧N型電晶體

OP1、OP2、OP3‧‧‧放大器

R1、R2、R3‧‧‧阻抗元件

SC1、SC2‧‧‧控制信號

SW1~SWX‧‧‧開關

SWP‧‧‧預充單元開關

SWC‧‧‧控制單元開關

V1~V5、VP、VQ‧‧‧電壓

VB1‧‧‧偏壓

VC‧‧‧控制電壓

VDD‧‧‧系統電壓

VF1、VF2‧‧‧迴授電壓

VREF‧‧‧參考電壓

圖1為繪示傳統電流控制電路之示意圖。

圖2為根據本發明實施例之穩流電路之架構示意圖。

圖3為根據本發明實施例之穩流電路之細部電路示意圖。

圖4為根據本發明另一實施例之可調整參考電壓之穩流電路之示意圖。

圖5為根據本發明另一實施例之可調整參考電壓之穩流電路之細部電路示意圖。

圖6為根據本發明再一實施例之可預充電流之穩流電路之示意圖。

圖7為根據本發明再一實施例之提供預充電流之穩流電路之細部電路示意圖。

圖8為根據本發明實施例之偵測穩流電路之偵測電路示意圖。

圖9是本發明實施例之具有穩流電路的電子裝置之示意圖。

200‧‧‧穩流電路

210‧‧‧控制單元

220‧‧‧電流鏡單元

230‧‧‧補償單元

240‧‧‧電流轉電壓單元

VREF‧‧‧參考電壓

VC‧‧‧控制電壓

VF1‧‧‧迴授電壓

I1、I2‧‧‧電流

A’、B’、C’、T1、T2‧‧‧端點

Claims (12)

1. 一種穩流電路，用以產生穩定的一第一電流，該穩流電路包括：一控制單元，用以接收一參考電壓與一第一迴授電壓，並據此輸出一控制電壓；一電流鏡單元，電性耦接該控制單元，接收該控制電壓，並據此輸出該第一電流及一第二電流；一電流轉電壓單元，電性耦接至該電流鏡單元與該控制單元之間，用以將該第二電流轉換為該第一迴授電壓，並且傳送該第一迴授電壓至該控制單元；一補償單元，電性耦接至該電流鏡單元與該電流轉電壓電路之間，用以接收該第二電流，並且將該第二電流傳送至該電流轉電壓單元，其中該補償單元用以補償該電流鏡單元的非理想特性，以使該第一電流與該第二電流維持固定的比例關係；一可程式化控制參考電壓電路，電性耦接該控制單元，該可程式化控制參考電壓單元用以接收並依據一第三電壓及多個數位信號決定該參考電壓的大小，並且將該參考電壓傳送至該控制單元；一預充單元，電性耦接該可程式化控制參考電壓單元，用以提供一預充電流至一負載；一預充單元開關，其第一端電性耦接至該可程式化控制參考電壓電路，其第二端電性耦接該預充單元，該預充單元開關用以接收一第一控制信號來決定其導通或斷開狀態；以及一控制單元開關，其第一端電性耦接該可程式化控制參考 電壓單元，其第二端電性耦接該控制單元，該控制單元開關用以接收一第二控制信號來決定其導通或斷開狀態，其中該預充單元開關之導通或斷開狀態與該控制單元開關之導通或斷開狀態相反。
2. 如申請專利範圍第1項所述之穩流電路，其中該補償單元使該電流鏡單元輸出該第一電流與該第二電流之兩端點上的電壓實質上相等。
3. 如申請專利範圍第1項所述之穩流電路，其中該控制單元包括：一第一放大器，其正輸入端接收該參考電壓，其負輸入端接收該第一迴授電壓，其輸出端輸出一第一電壓；一第一N型電晶體，其閘極接收該第一電壓，其源極電性耦接一接地電壓，其汲極輸出該控制電壓；以及一第一阻抗元件，其第一端電性耦接一第二電壓，其第二端電性耦接該第一N型電晶體之汲極。
4. 如申請專利範圍第3項所述之穩流電路，其中該控制單元更包括：一第二N型電晶體，其閘極電性耦接一偏壓，其源極電性耦接該第一N型電晶體的汲極，且其汲極電性耦接該第一阻抗元件的第二端。
5. 如申請專利範圍第1項所述之穩流電路，其中該電流鏡單元包括：一第一P型電晶體，其閘極接收該控制電壓，其源極電性耦接一第二電壓，其汲極輸出該第一電流；以及一第二P型電晶體，其閘極電性耦接該第一P型電晶體之 閘極，其源極電性耦接該第二電壓，其汲極輸出該第二電流，其中該第一電流與該第二電流的比例關係係由該第一P型電晶體與該第二P型電晶體之通道長寬比決定。
6. 如申請專利範圍第5項所述之穩流電路，其中該補償單元包括：一第二放大器，其正輸入端電性耦接該第一P型電晶體之汲極，其負輸入端電性耦接該第二P型電晶體之汲極；以及一第三P型電晶體，其閘極電性耦接該第二放大器之輸出端，其源極電性耦接該第二P型電晶體之汲極以接收該第二電流，其汲極輸出該第二電流至該電流轉電壓單元，其中，該第二放大器之正輸入端及負輸入端的電壓實質上相同。
7. 如申請專利範圍第6項所述之穩流電路，其中該電流轉電壓電路為一第三N型電晶體，其閘極與汲極電性耦接該第三P型電晶體之汲極，其源極電性耦接該接地電壓，其中該第三N型電晶體之汲極輸出該第一迴授電壓至該控制單元。
8. 如申請專利範圍第6項所述之穩流電路，其中該電流轉電壓電路為一第二阻抗元件，其第一端電性耦接該第三P型電晶體之汲極，其第二端電性耦接該接地電壓，其中該第二電流流經該第二阻抗元件，在其第一端產生該第一迴授電壓，並將該第一迴授電壓傳送至該控制單元。
9. 如申請專利範圍第1項所述之穩流電路，其中該可程式化控制參考電壓電路包括： 一第三放大器，其負輸入端接收該第三電壓，其輸出端輸出一第四電壓；一第四P型電晶體，其閘極接收該第四電壓，其源極電性耦接一系統電壓，其汲極電性耦接第三放大器之正輸入端；一第三阻抗元件，其第一端電性耦接該第三放大器之正輸入端以提供一第二迴授電壓至該第三放大器之正輸入端，其第二端電性耦接該接地電壓；多個開關，受控於該些數位信號；多個第五P型電晶體，該些第五P型電晶體之源極電性耦接該系統電壓，該些第五P型電晶體的閘極透過該些開關電性耦接第三放大器的輸出端；以及一第四N型電晶體，其閘極與汲極電性耦接該第一放大器之正輸入端與該些第五P型電晶體的汲極，以提供該參考電壓至該控制單元，且其源極電性耦接該接地電壓。
10. 如申請專利範圍第1項所述之穩流電路，其中該預充單元包括：一第六P型電晶體，其源極電性耦接該第二電壓；一第七P型電晶體，其源極電性耦接該第二電壓，其閘極電性耦接該第六P型電晶體之閘極與汲極；一第五N型電晶體，其閘極電性耦接該系統電壓，其汲極電性耦接該第六P型電晶體之汲極；一第八P型電晶體，其電性閘極耦接該第五N型電晶體之源極，其源極電性耦接該第七P型電晶體之汲極，其汲極電性耦接第一P型電晶體之汲極，用以提供該預 充電流；以及一第六N型電晶體，其閘極電性耦接該預充單元開關之第二端，其汲極電性耦接該第五N型電晶體之源極，其源極電性耦接該接地電壓。
11. 如申請專利範圍第1項所述之穩流電路，更包括：一偵測電路，用以接收該第二電壓及一第五電壓，並據此輸出該第一控制信號及該第二控制信號以決定該預充單元開關及該控制單元開關之導通或斷開狀態，其中該第五電壓為該負載的電壓。
12. 一種電子裝置，包括：一穩流電路，用以產生穩定的一第一電流；以及一負載，電性耦接該穩流電路，用以接收該第一電流，其中該穩流電路包括：一控制單元，用以接收一參考電壓與一第一迴授電壓，並據此輸出一控制電壓；一電流鏡單元，電性耦接該控制單元，該電流鏡單元接收並根據該控制電壓以輸出該第一電流及一第二電流；一電流轉電壓單元，電性耦接至該電流鏡單元與該控制單元之間，用以將該第一電流轉換為該第一迴授電壓，並且傳送該第一迴授電壓至該控制單元；一補償單元，該補償單元電性耦接至該電流鏡單元與該電流轉電壓電路之間，用以接收該第二電流，並且將該第二電流傳送至該電流轉電壓單元，其中該補償單元用以補償該電流鏡單元的非理想特性，以使該第一電流與該第二電流維持固定的比例關係； 一可程式化控制參考電壓電路，電性耦接該控制單元，該可程式化控制參考電壓單元用以接收並依據一第三電壓及多個數位信號決定該參考電壓的大小，並且將該參考電壓傳送至該控制單元；一預充單元，電性耦接該可程式化控制參考電壓單元，用以提供一預充電流至一負載；一預充單元開關，其第一端電性耦接至該可程式化控制參考電壓電路，其第二端電性耦接該預充單元，該預充單元開關用以接收一第一控制信號來決定其導通或斷開狀態；以及一控制單元開關，其第一端電性耦接該可程式化控制參考電壓單元，其第二端電性耦接該控制單元，該控制單元開關用以接收一第二控制信號來決定其導通或斷開狀態，其中該預充單元開關之導通或斷開狀態與該控制單元開關之導通或斷開狀態相反。