在浮動電勢的負載電源的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種電路，包括旨在與負載在第一直流電壓的應用的兩個端子之間串聯連接的電流源。元件限制跨負載的電壓并且電路利用在元件中流動的電流來控制電流源中的電流的值。
【專利說明】在浮動電勢的負載電源
[0001]本公開要求于2012年8月23日提交并通過引用并入于此的第1257951號法國專利申請的優先權。
【技術領域】
[0002]本公開涉及電子電路，并且在具體實施例中涉及用于從能夠變化的直流電壓為負載供電的電路。
【背景技術】
[0003]當將要在固定直流電壓下為負載供電時，往往使用電壓設置元件，該電壓設置元件典型地為與負載并聯連接的齊納二極管。然后將電流源與這一并聯組合串聯連接并且用直流電壓為該組件供電。齊納二極管具有限制(設置)跨負載的電壓的功能。電流源具有吸收流經負載以及流經齊納二極管的電流的功能。
[0004]對于固定負載(恒定功耗)而言，根據這一電流確定電流源的大小以保證齊納二極管永久處于雪崩(作為電壓限制器活動)。
[0005]然而對于具有能夠變化的功耗的負載而言,則必須根據負載的最大功耗確定電流源的大小。當負載未牽引(draw)這一最大電流時,這生成不必要的功耗。
【發明內容】
[0006]一個實施例克服用于為負載供電的常見電路的所有或者部分問題。
[0007]另一實施例優化電源電路的功耗并且更具體而言降低其損耗。
[0008]一個實施例提供一種無需修改待供電的負載的解決方案。
[0009]因此，一個實施例提供一種電路，該電路包括電流源，該電流源旨在與負載在第一直流電壓的應用的兩個端子之間串聯連接。元件限制跨負載的電壓。電路利用在元件中流動的電流來控制電流源中的電流的值。
[0010]根據一個實施例，控制電路包括第一 MOS晶體管，該第一 MOS晶體管被裝配為二極管和在第二MOS晶體管上的電流鏡。第二晶體管與第三晶體管在電源電壓的應用的端子之間串聯。第三晶體管被裝配為二極管和在連接至電流源的控制端子的第四晶體管上的電流鏡。
[0011]根據一個實施例，元件是連接至負載和電流源的接合點的齊納二極管。
[0012]根據一個實施例，齊納二極管與第一晶體管串聯。
[0013]根據一個實施例，元件在負載內部并且控制第一晶體管。
[0014]根據一個實施例，第四晶體管與電阻元件在第二直流電壓的應用的兩個端子之間串聯。
[0015]根據一個實施例，電流源由MOS晶體管形成。
[0016]根據一個實施例，負載是電荷泵電路。
[0017]在具體實施例的以下非限制性描述中將結合附圖更詳細地討論前述和其它特征和優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更全面理解本發明以及其優勢，現在結合附圖參考以下描述，在附圖中:
[0019]圖1示意性示出用于為負載供電的電路的常見示例；
[0020]圖2是用于為負載供電的電路的實施例的功能框圖；
[0021]圖3示出用于以浮動電勢為負載供電的實施例的電路圖；以及
[0022]圖4示出處于浮動電勢的負載的示例。
【具體實施方式】
[0023]在不同附圖中利用相同參考標號標出相同元件。為清楚起見，僅示出并且將詳述對于理解所描述的實施例有用的那些元件。具體而言，此類實施例與旨在與電流源串聯的任何類型的負載相兼容。
[0024]將要描述的實施例的應用的示例針對由電荷泵或者電荷轉移電路形成的負載。在此類電路中，功耗根據由電荷泵供電的元件的功耗而變化。
[0025]只要將要從能夠變化的電壓為負載供電以及期望借由齊納二極管等設置其電源電壓，就大體上會出現類似的問題。實際上，隨后負載與電流源串聯，該電流源產生處于浮動電勢的節點。例如，這可以是參考除接地之外的電勢的放大或者比較電路。
[0026]圖1示出用于用直流電壓(例如，由電池遞送的電壓Vbat)為負載I(Q)供電并且具有可變功耗的電路的常見示例。待供電的電路(即負載I)與恒定電流源2在去往提供直流電壓的源(電池)的連接的兩個端子21和22之間串聯連接。齊納二極管3等與負載I并聯連接。齊納二極管3具有在負載和電流源2的接合點23這一側上的陽極。
[0027]其操作原理如下。通常根據負載的不同功耗來確定電流源的大小以采樣恒定電流Ibias以確保負載的操作。在圖1的示例中，這一消耗取決于電流lout,電流1ut可以由負載I提供。電流Ibias被選擇為大于能夠由負載I牽引的電流Ic的最大值，以確保齊納二極管3的合適偏置。在相反的情況下，齊納二極管3截止并且由齊納二極管的閾值電壓設置的跨負載I的電源電壓下降。
[0028]具體而言，此類電路旨在用于如下應用，在該應用中直流電壓Vbat有變化的風險并且其中必須利用近似恒定的電壓為負載供電。這證明對于齊納二極管3或者用于設置電壓閾值的另一部件的使用是正當的。
[0029]圖1中的類型的電路的問題是總功耗獨立于負載I的功耗。實際上，必須關于負載功耗的最差情況確定恒定電流源2的大小。這導致最大永久功耗，即使當負載不需要它的時候，過剩電流隨后被齊納二極管偏離。
[0030]圖2是用于為負載I供電的電路的實施例的功能圖。如之前那樣，負載I與電流源4在直流電壓Vbat的應用的兩個端子21和22之間串聯連接。然而，電流源4在此是可調電流源。電流源4中的電流14的值取決于由電路5提供的控制信號CTRL，電路5將在節點21處的電壓與在節點23處的電壓加上齊納二極管3的閾值電壓進行比較。換而言之，比較器5關于由二極管3設置的電壓檢測跨負載I的電壓的變化。
[0031]其目的是根據負載功耗來調節由電流源4牽引的電流的值。[0032]可以已經設想使用對由負載提供的電流1ut的測量或者對負載I中的電流的直接測量來評估其功耗或者調節電流源的值。然而，這將需要修改實際的負載電路。此外，在負載水平從由負載消耗的電流的采樣數據可能影響其特性。
[0033]因此，如圖2中所示，提供利用流經齊納二極管3的電流來控制電流源4中的電流。實際上，如果負載功耗降低，則齊納二極管的支路中的電流趨于增加，如果負載功耗增力口，則齊納二極管的支路中的電流趨于降低。
[0034]圖3示出諸如圖2中所示的功率電路的實施例的電路圖。
[0035]被裝配為二極管的MOS晶體管Pl (在此具有P溝道)被插入在齊納二極管3的陰極與端子21之間。晶體管Pl被裝配為在P溝道MOS晶體管P2上的電流鏡，P溝道MOS晶體管P2與N溝道MOS晶體管N2在端子21和22之間串聯連接。晶體管N2被裝配為二極管和在N溝道MOS晶體管NI上的電流鏡。晶體管NI與電流至電壓轉換電阻元件R在直流電壓(Vcc)的應用的端子21’與接地22之間串聯。施加至端子21’的電壓Vcc并非必需與施加至端子21的電壓相同。實際上，施加至端子21’的電壓Vcc通常為更低的電壓。電阻R和晶體管NI的接合點51連接至形成電流源4的N溝道MOS晶體管N4的柵極。
[0036]假設負載功耗增加，晶體管Pl中的電流并且因此齊納二極管3中的電流趨于降低。在晶體管P2中并且隨后在晶體管Nl(電流鏡N1、N2)中再現的電流降低在功能上相當于修改由元件R和晶體管NI的導通狀態電阻形成的電阻橋的值。這導致在節點51處的電壓的增加，由此由晶體管N4牽引的電流增加。
[0037]相反，如果負載功耗增加，晶體管Pl中的電流增加反映在晶體管NI中的電流上，其引起晶體管N4的柵極電壓CTRL的降低，由此由晶體管N4牽引的電流降低。
[0038]在確定圖3的電路的大小中，將當然考慮如下事實，現在通過齊納二極管的閾值電壓加上二極管裝配的晶體管Pl的閾值電壓來設置負載I的電源電壓。
[0039]所討論的實施例的一個優勢在于其優化實現為負載I供電的電流源4的功耗。
[0040]另一優勢是該調整不需要直接測量負載功耗或者這一負載的輸出電流lout。所描述的實施例的實施方式因此不需要修改待供電的負載I。
[0041]作為一個具體實施例，電壓Vbat是幾十伏特的電壓。負載I是旨在為應用電路供電的電荷泵電路。電壓Vcc為幾伏特的量級。
[0042]圖4圖示能夠形成圖2和圖3的電路的負載I的電荷泵電路的示例。這一電路本身是常見的。
[0043]時鐘發生器11 (CK Gen)在端子21和23之間被供電并且提供與第二反相器13串聯的第一反相器12的輸入信號。反相器12和13的輸出各自分別連接至電容兀件14和15的第一電極。三個二極管16、17和18在端子21和提供電流1ut的端子19之間串聯連接。最終，電容器14和15的第二相應電極分別連接在二極管16和17之間、在二極管17和18之間。這一電路的操作是已知的。
[0044]已經描述各種實施例。對于本領域技術人員而言各種變更、修改和改進將發生。具體而言，盡管已經關于在正電壓側上連接的負載I描述實施例，但是所描述的電路容易變換成與電流源串聯的負載，電流源在正電壓側上。此外，盡管描述了其中通過跨負載連接的外部限制元件確保負載中的電流限制的實施例，但是也可以使用參考電壓(例如在負載內部)來控制晶體管Pl的柵極。這一變化具體旨在用于負載具有此類參考電壓的情況。最終，基于以上提供的功能指示、負載的最大所需功耗，并且通過使用本身常見的電子電路測量(sizing)工具，確定電路部件的大小在本領域技術人員的能力內。
[0045]此類變更、修改和改進旨在作為本公開的一部分，并且旨在在本發明的精神和范圍內。因此，前述描述僅借由示例而非旨在限制。本發明僅由權利要求和其等價物限定。
[0046]雖然已經參考示例性實施例描述本發明，但是該描述并不旨在解釋為限制性情形。通過參考描述，示例性實施例的各種修改和組合以及本發明的其它實施例對于本領域技術人員來說將是明顯的。因此，旨在所附權利要求包含任何此類修改和實施例。
【權利要求】
1.一種電路,包括: 電流源，被配置為與負載在第一直流電壓的應用的兩個端子之間串聯連接； 被耦合以限制跨所述負載的電壓的元件；以及 控制電路，被配置為利用在所述元件中流動的電流來控制所述電流源中的電流的值。
2.根據權利要求1所述的電路，其中所述元件包括連接至在所述負載與所述電流源之間的接合點的齊納二極管。
3.根據權利要求1所述的電路，其中所述電路包括第一MOS晶體管，所述第一MOS晶體管被裝配為二極管和在第二 MOS晶體管上的電流鏡，所述第二晶體管與第三晶體管在所述第一直流電壓的應用的所述端子之間串聯，并且所述第三晶體管被裝配為二極管和在連接至所述電流源的控制端子的第四晶體管上的電流鏡。
4.根據權利要求3所述的電路，其中所述元件包括連接至在所述負載與所述電流源之間的接合點的齊納二極管。
5.根據權利要求4所述的電路，其中所述齊納二極管與所述第一晶體管串聯。
6.根據權利要求3所述的電路，其中所述元件在所述負載內部并且控制所述第一晶體管。
7.根據權利要求3所述的電路，其中所述第四晶體管與電阻元件在第二直流電壓的應用的兩個端子之間串聯。
8.根據權利要求1所述的電路，其中所述電流源由MOS晶體管形成。
9.根據權利要求1所述的電路，其中所述負載包括電荷泵電路。
10.一種電路,包括: 第一參考電壓端子； 第二參考電壓端子； 負載，被耦合在所述第一參考電壓端子與所述第二參考電壓端子之間；以及 可變電流源，與所述負載在所述第一參考電壓端子和所述第二參考電壓端子之間串聯耦合，所述可變電流源被配置為提供具有根據由所述負載消耗的功率的幅度的電流。
11.根據權利要求10所述的電路，其中所述第一參考電壓端子包括電池端子，并且所述第二參考電壓端子包括接地端子。
12.根據權利要求10所述的電路，還包括被耦合至所述負載以便限制跨所述負載的電壓的元件。
13.根據權利要求12所述的電路，其中所述元件包括連接至在所述負載與所述電流源之間的接合點的齊納二極管。
14.根據權利要求12所述的電路，其中所述元件在所述負載內部。
15.根據權利要求10所述的電路，其中所述可變電流源包括: 晶體管，其電流路徑與所述負載在所述第一參考電壓端子和所述第二參考電壓端子之間串聯耦合；以及 控制電路，其控制輸出被耦合至所述晶體管的控制端子。
16.根據權利要求15所述的電路，其中所述控制電路包括第一MOS晶體管、第二MOS晶體管、第三MOS晶體管和第四MOS晶體管，所述第一MOS晶體管被連接為二極管和在所述第二 MOS晶體管上的電流鏡，所述第二晶體管與所述第三晶體管在所述第一參考電壓端子和所述第二參考電壓端子之間串聯，并且所述第三晶體管被連接為二極管和在所述第四晶體管上的電流鏡，所述第四晶體管被耦合至所述晶體管的所述控制端子。
17.根據權利要求16所述的電路，還包括被耦合在所述第一MOS晶體管與所述負載和所述電流源之間的接合點之間的電壓限制元件。
18.根據權利要求17所述的電路，其中所述電壓限制元件包括齊納二極管。
19.根據權利要求16所述的電路，還包括被耦合在所述第四晶體管與直流電壓端子之間的電阻元件。
20.根據權利要求19所述的電路，其中所述第一參考電壓端子和所述直流電壓端子相對于所述第二參考電壓端子承載不同電壓。
21.根據權利要求10所述的電路，其中所述電流源由MOS晶體管形成。
22.根據權利要求10所述的電路，其中所述負載包括電荷泵電路。
23.—種電路,包括: 第一參考電壓端子； 第二參考電壓端子； 中間端子； 第一 P溝道晶體管，其電流路徑被耦合在所述第一參考電壓端子和所述中間端子之間，所述第一 P溝道晶體管被耦合為二極管； 電壓限制元件，與所述第一P溝道晶體管的所述電流路徑在所述第一參考電壓端子和所述中間端子之間串聯耦合； 第二 P溝道晶體管，其電流路徑被耦合在所述第一參考電壓端子和所述第二參考電壓端子之間，所述第二 P溝道晶體管具有被耦合至所述第一 P溝道晶體管的控制端子的控制端子； 第一 N溝道晶體管，其電流路徑與所述第二 P溝道晶體管的所述電流路徑在所述第一參考電壓端子和所述第二參考電壓端子之間串聯耦合，所述第一 N溝道晶體管被耦合為二極管； 第二 N溝道晶體管，其控制端子被耦合至所述第一 N溝道晶體管的控制端子，所述第二N溝道晶體管具有與電阻元件在所述第二參考電壓端子和第三參考電壓端子之間串聯耦合的電流路徑；以及 電流源晶體管，其電流路徑被耦合在所述中間端子和所述第二參考電壓端子之間，所述電流源晶體管具有被耦合至所述第二N溝道晶體管的控制端子。
24.根據權利要求23所述的電路，其中所述電壓限制元件包括齊納二極管。
25.根據權利要求23所述的電路，還包括被耦合在所述第一參考電壓端子和所述中間端子之間的負載。
【文檔編號】G05F1/56GK103631300SQ201310348823
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2012年8月23日
【發明者】P·比安弗尼 申請人:意法半導體(魯塞)公司