CN1036541C

CN1036541C - 用于使电容器交替充电和放电的集成电路

Info

Publication number: CN1036541C
Application number: CN95101425A
Authority: CN
Inventors: 田司
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2015-01-20
Also published as: JPH07208308A; JP3376668B2; US5619115A; CN1111720A

Abstract

一种封装在IC插件中的充放电集成电路。来自恒压源的充电电流经过第一外部连接端和置于IC插件外部的充电电阻传输到电容器元件。来自恒压源的驱动电流经过一个经过第一和第二外部连接端的、配置在IC插件外侧的放电电阻传输到限流驱动电路。由充电电流和从电容器元件流出的电容器电流组成的放电电流经过第三外部连接端流至限流电路。驱动和放电电流经过第四外部连接端泄放到地中。

Description

用于使电容器交替充电和放电的集成电路

本发明一般涉及一种充放电集成电路，在其中一个电容器按照信号间隔传输的输入信号交替地充放电，以便以模拟技术对各信号间隔累积(sum up)，更具体地说，涉及这样一种充放电集成电路，在其中各信号间隔高精度地被累积，并且将该集成电路与外部元件连接的外部连接端的数量在该充放电集成电路作为一个集成电路元件制造的情况下会降低。

在用于内燃机的点火超前控制的常规的充放电集成电路中(公开的62-17671号日本专利申请)，根据与活塞的移动次数或内燃机中一个转动体的转数相同步传输的各个输入信号，电路中的一个电容器交替地充放电。图1中示有常规的充放电集成电路的一个实例。

如图1中所示，常规的充放电集成电路11有：置于集成电路(IC)封装插件13中的一个恒压源12；恒流充电电路14，其置于IC插件13中用于流有一个恒定充电电流；一个电容器元件15，其置于IC插件13的外侧，用于积累从恒压源12经过恒流充电电路14提供的电荷以及将该电荷泄放；充电开关16，其置于IC插件13中，用于将电路14和电容器元件15相连；一个恒流放电电路17，其置于IC插件13中，用于流有一个恒定放电电流，以泄放在电容器元件15中充有的电荷；放电开关18，其置于IC插件13中，用于将电容器元件15和电路17相连；一个外部充电电阻19，其置于IC插件13的外侧，用于调节流经电路14的恒定充电电流；以及一个外部放电电阻20，其配置在IC插件13的外侧，用于调节流经电路17的恒定放电电流。外部充电电阻19的一端与IC插件13的外部连接端T₁相连，另一端接地，外部放电电阻20与IC插件13的外部连接端T₂相连。因为电阻19、20的阻值R′c、R′d要精确调节，故必须将电阻19、20放在IC插件13的外侧。一个外部元件(未表示)与IC插件13的外部连接端T₃相连，以接收来自恒压源12的电荷，电容器元件15的一端接地，另一端和IC插件13的外部连接端T₄相连，以及电路17与IC插件13的外部连接端T₅相连接并且接地，以便泄放电荷。

图2是图1中所示的常规的充放电集成电路11的详细电路图。

如图2中所示，恒压源12设有一个连接到电源(未表示)和齐纳二极管22上的电阻21。由恒压源12提供一个恒定电压C_CC。恒流充电电路14的特征在于，它是一个电流镜式电路，它由其基极连接端彼此相连的第一PNP晶体管23和第二PNP晶体管24组成。在第一PNP晶体管23的集电极连接端和基极连接端直接相连。第二PNP晶体管24的集电极连接端经过充电线路25与电容器元件15相连，并且外部充电电阻19与第一PNP晶体管23的集电极连接端相连。因为流经充电线路25的恒定充电电流与流经外部充电电阻19的电流基本相同，利用外部充电电阻19调节该恒定充电电流。

充电开关16设有：第一电阻26、第二电阻27和NPN开关晶体管28，它们在恒压源12和地之间依序串联，以及一个短接PNP晶体管29，它的基极连接到第一和第二电阻26、27之间的连线上。在通过向晶体管28的基极端提供一个正电压使NPN开关晶体管28置于导通状态的情况下，短接PNP晶体管29的基极连接端降低，使名得该短接PNP晶体管29被置于导通状态。因此，晶体管24的发射极和基极连接端被短路，流经充电线路25的恒定充电电流被中止。即恒流充电电路14的工作被中止。换句话说，充电开关16被关断。

恒流放电电路17的特征在于，它是一个由其基极连接端彼此相连的第一NPN晶体管30和第二NPN晶体管31组成的电流镜式电路。第二NPN晶体管31的集电极和基极连接端直接相连。第一NPN晶体管30的集电极连接端经过充电线路LC与电容器元件15相连，外部放电阻20连接到第二NPN晶体管31的集电极连接端。由于从电容器元件15流向晶体管30的发射极连接端的恒定充电电流与流经外部放电电阻20的电流基本相同，利用外部放电电阻20调节该恒定放电电流。

放电开关18具体是一NPN开关晶体管32，它的集电极连接端连接到晶体管31的集电极连接端，它的发射极连接端连接到晶体管31的发射极连接端。在NPN开关晶体管32被置于导通的状态下，晶体管30的发射极和基极连接端被短路，流经晶体管30的恒定充电电流被中止。即恒流充电电路17的工作被中止。换句话说，放电开关18被关断。

参阅图3，根据上述常规的充放电集成电路11的结构，介绍该电路11的工作。

在充电期间，NPN开关晶体管28被置于非导通状态，以便接通充电开关16，而NPN开关晶体管32被置于导通状态，以便关断放电开关18。在这种情况下，如图3所示，电容器元件15的充电电压V_C线性上升。相反，在放电期间，NPN开关晶体管28被置于导通状态，使充电开关16关断，而NPN开关晶体管32被置于非导通状态，使放电开关18接通。在这种情况下，电容器元件15上的充电电压V_C线性下降，如图3所示。

例如，在置于基准电容器电压V_O的电容器元件15按照数值I_C进行恒流充电，持续充电时间t₁，达到电容器充电电压V_C(t₁)，得到方程(1)。

V_C(t₁)＝V_O+I_C*t₁/C …(1)

其中符号C表示电容器元件15的电容。在此之后，在被充到电容器充电电压V_C(t₁)的电容器元件15按照数值Id进行恒流放电，持续放电时间t₂，以使其复原到基准电容器电压V_O，得到方程(2)。

V_O＝V_C(t₁)-Id*t₂/C …(2)

因此，由方程(1)和(2)得到方程(3)。

I_C*t₁＝Id*t₂和 …(3)

因为恒定电压V_CC是由恒压源12提供的，所以数值I_c、I_d可由方程(4)、(5)来表示。

I_C＝(V_CC-V_F)/R′_C …(4)

I_d＝(V_CC-V_F)/R′_d …(5)

因此，由方程(3)、(4)和(5)可得到方程(6)。

t₁/t₂＝R′_c/R′_d …(6)

因此，充放电时间比t₁/t₂与电阻比R′_c/R′_d成线性关系。

图4从概念上表示另一种常规的充放电集成电路。

如图4中所示，另一种常规的充放电集成电路41设有：置于IC插件42中的恒压源12；串联配置的第一和第二电阻43、44；一个运算放大器45，它的反相输入端连接到在第一和第二电阻43、44之间的连线上，它的非反相输入端连接到第二恒压源46；电容器元件15，它一端连接到运算放大器45的反相输入端，另一端连接到运算放大器45的输出端；以及放电开关47，用于将电容器元件15经过第一电阻43连接到恒压源12。米勒积分电路由置于IC插件42中的运算放大器45和电容器元件15组成。

第一电阻43连接到IC插件42的外部连接端T₆，在第一和第二电阻43、44之间的连线上产生的分压经过IC插件42的外部连接端T₇提供到运算放大器45的反相输入端。此外，第二恒压源46经过IC插件42的外部连接端T₈接地，电容器元件15经过外部连接端T₉连接到运算放大器45的输出端。因此，要使用5个外部连接端T₃、T₆、T₇、T₈和T₉。

在上述常规的充放电集成电路41的结构中，在充电期间内放电开关47被开断的情况下，运算放大器45控制第一和第二电阻43、44之间的连线上的分压到一个由恒压源46提供的电压。因此，利用由于恒压源12的作用而产生的流经运算放大器45的输出端的输出电流使电容器元件15充电，并且电容器元件15的电容器电压V_C线性增加。在此之后，在放电期间内在放电开关47被置于导通的情况下，运算放大器45控制该分压到一个由第二恒压源46提供的电压。因此，电容器元件15经过运算放大器45的输出端而放电，电容器元件的电容器电压V_C线性下降。

然而，如图5所示，例如对于处在某一转速下旋转的转动体的一周(360度)而言，该放电时间对应于30度角，而充电时间则对应于剩余的330度角。因此，要求充放电时间比t₁/t₂大于10。恒定充电电流IC低于恒定放电电流I_d的1/10。此外，作为一个电流镜式电路的恒流充电电路14的功能当恒定充电电流IC降低时亦下降。此外，为低成本制造常规的充放电集成电路11，要求降低电容器元件15的电容，使得充放电电流的绝对值I_c和I_d降低，这是所不希望的。

因此，在充放电时间比t₁/t₂高，电容器元件15电容降低的情况下，恒定充电电流I_c显著地降低，因而作为一个电流镜式电路的恒流充电电路14的功能超常地降低。因此，缺点在于在常规的充放电集成电路11中的充放电操作不可能高精度地进行。

此外，由于在常规的充放电集成电路41中的电容器元件15不接地，在常规的充放电集成电路41中需要对电容器元件15的电荷进行泄放的复原电路，使得常规的充放电集成电路41的结构复杂化。

此外，在常规的充放电集成电路11(或41)中需要五个外部连接端T₁到T₅(或T₃及T₆到T₉)。因此，在采用常规的充放电集成电路11(或41)的情况下，用于点火超前控制的计算电路和用于内燃机中防止转动体超速的限制电路例如封装在IC插件13(或42)中，外部连接端的数量很容易达到十个。在这种情况下，IC插件13(或42)被迫要求双列插件。相反，假设外部连接端的数量为九个，常规的充放电集成电路11(或41)、计算电路和限制电路就可以封装在一个单列的插件中作为IC插件13(或42)，以减少常规的充放电集成电路11(或41)的配置空间。

因此，常规的充放电集成电路11(或41)存在的另一个缺点在于，如果被迫采用两列的插件，常规的充放电集成电路11(或41)就要求大的配置空间。

基于考虑到这种常规的充放电集成电路的缺点，本发明的一个目的是提供一种充放电集成电路，即使提供到电容器元件的充电电流的数值很小，也不会使充放电特性变坏，并且不需要复杂的复原电路。

还有，本发明的第二个目的是提供一种充放电集成电路，其中的外部连接端的数量降低。

通过提供这样一种充放电集成电路来实现第一个目的，它包含：

一个电容器元件；

一个电源用于向电容器元件充电；

一个充电电阻，它配置在电源和电容器元件之间的充电线路中；

一个限流电路，它配置在使电容器元件的电荷泄放的放电线路中，用于根据外部信号调节通过的电流值；

一个开关电路，用于使电容器元件转换为充电状态或放电状态；以及

一个限流控制电路，用于向限流电路提供外部信号，以便使电容器元件按照电压呈曲线状下降的波形进行放电，该下降波形对应于当通过充电电阻向电容器元件充电时的电容器元件的电压上升波形。

在上述结构中，在利用开关电路将电容器元件的状态转换为充电状态的情况下，在充电期间进行充电操作。即由电源提供的电荷经过充电线路积累在电容器元件上。详细讲，利用配置在充电线路上的充电电阻而不是利用任何电路例如电流镜式电路来确定充电电流的可变数值，并且该充电电流传输到电容器元件。在这种情况下，因为电容器元件的电容器电压在充电期间增加，在充电电阻的两端之间的电压差下降，在充电期间，充电电流的可变数值逐渐变化。因此，所形成的电容器元件的电容器电压随充电时间的变化呈电压上升的波形。

相反，在利用开关电路将电容器元件的状态转变为放电状态的情况下，在放电期间进行放电操作。即积累在电容器元件上的电荷经过放电线路泄放，以便降低电容器元件的电容器电压。详细讲，根据由限流控制电路产生的外部信号，利用配置在放电线路中的限流电路对从电容器元件流出的放电电流进行调节。即所形成的电容器元件的电容器电压随放电时间的变化呈电压曲线下降的波形，该下降波形对应于电容器元件的电压上升波形。因此，可以将该充放电集成电路用于内燃机的点火超前控制。

因此，在充电线路中没有配置任何用于充电操作的电流镜式电路，而是在充电线路中仅配置充电电阻。因此，即使充电电流的可变数值降低，以便加长充电时间，也不会使充电电流的可变数值波动。换句话说，即使电容器元件的电容被降低，也可以在充放电集成电路中高精度地进行充放电操作。

最好，电流控制电路包含：

一个放电电阻；

一个限流驱动电路，它与放电电阻串联并使通过的电流数值可调，用于向限流电路提供外部信号；以及

一个比较电路，用于控制限流驱动电路的通过电流数值，以便使由放电电阻和限流驱动电路所形成的分压值等于电容器元件上的电压。

在上述结构中，在根据由比较电路输出的外部信号，通过电流开始流经限流驱动电路的情况下，提供电荷的电源的电源电压降低一个由于放电电阻通过的电流形成的电压降。当在放电电阻上的通过电流产生的电压降下降时，由于流经放电电阻的通过电流的可变数值增加，在放电期间通过电流的可变数值逐渐增加。因此，所形成的电容器元件的电容器电压随放电时间的变化呈指数曲线形，沿提高电压的方向具有上峰值。

相反，由于在充电期间电容器元件的电容器电压上升，在充电电阻两端之间的电压差降低，在充电期间，充电电流的可变数值逐渐降低。因此，所形成的电容器元件的电容器电压随充电时间的变化呈指数曲线形，沿提高电压的方向具有上峰值，其对应于随放电时间变化的指数曲线形。

此外，电流控制电路最好包含：

一个放电电阻；和

一个限流驱动电路，它与放电电阻串联，用于根据流经放电电阻的电流向限流电路提供外部信号。

在上述结构中，从限流驱动电路向限流电路提供外部信号，以使流经限流电路的电流与电容器元件的电压和电源的电压之间的电压差成比例。此外，流经放电电阻的电流的数值对应于在电容器元件的电压和电源的电压之间的电压差。因此，来自电容器元件的放电电流与在电容器元件的电压和电源的电压之间的电压差成比例，并且所形成的电容器元件的电容器电压随时间的变化呈指数曲线形，具有沿提高电压的方向的上峰值。

相反，因为在充电期间电容器元件的电容器电压上升，在充电电阻的两端之间的电压差下降，在充电期间充电电流的可变数值逐渐下降。因此，所形成的电容器元件的电容器电压随充电时间的变化呈指数曲线形，沿提高电压的方向具有上峰值，其对应于随放电时间变化的指数曲线形。

为了实现第二个目的，最好将限流电路、开关电路、限流驱动电路和比较电路封装作为一个电路单元，仅露出若干外部连接端，以及

充放电集成电路进一步包含：

第一外部连接端，电源的正电位侧、充电电阻的一端以及放电电阻的一端连接到其上；

第二外部连接端，电容器元件和充电电阻的另一端连接到其上；

第三外部连接端，放电电阻的另一端连接到其上；以及

第四外部连接端，电源的负电位侧加接到其上。

在上述结构中，在充放电集成电路中所需要的外部连接端的数量仅为四个。因此，由于与常规的充放电集成电路相比，外部连接端的数量降低，故可以利用单列的插件作为该集成电路的插件。因此，用于配置充放电集成电路所需的配置空间可以显著地降低·。

通过提供这样一种充放电集成电路可以实现第一和第二目的，在其中通过将电容器元件转换为充电或放电状态，使信号间隔积分，该电路单元包含：

第一外部连接端，电源的正电位侧和充电电阻的一端连接到其上；

第二外部连接端，放电电阻连接到其上；

第三外部连接端，电容器元件和充电电阻的另一端连接到其上；

第四外部连接端，电源的负电位侧连接到其上；

限流电路，配置在第三外部连接端和第四外部连接端之间，用于根据外部信号调节通过电流的数值；以及

限流控制电路，连接到第三外部连接端，用于向限流电路提供外部信号，以便根据连接到第二外部连接端的放电电阻使电容器元件的电压呈指数函数波形下降。

在上述结构中，包括在电路单元中的充放电集成电路具有电源、充电电阻、放电电阻、电容器元件、限流电路和限流控制电路。

向限流电路提供外部信号，以便根据连接到第二外部连接端的放电电阻，使电容器元件的电压按指数函数波形下降。此外，根据充电的电容器所形成的电容器元件的电容电压呈指数函数波形。因此，包括充放电集成电路的电路单元可用于内燃机的点火超前控制。

此外，在第一和第三外部连接端之间的充电线路上不配置任何用于充电操作的电流镜式电路，而是在充电线路上仅配置充电电阻。因此，即使充电电流的可变数值降低以加长充电时间，也不会使充电电流的可变数值波动。换句话说，即使电容器元件的电容被降低，在充放电集成电路中也能高精度地进行充放电操作。

此外，在充放电集成电路中所需的外部连接端的数量仅为四个。因此，由于与常规的充放电集成电路相比，外部连接端降低一个，可以采用单列式插件作该集成电路插件。因此为了配置充放电集成电路所需的配置空间可以显著地降低。

结合附图，通过如下说明，使本发明的目的、特征和优点将显而易见。其中：

图1从概念上表示常规的充放电集成电路；

图2为图1所示的常规的充放电集成电路的详细电路图；

图3表示在充电和放电期间电容器电压的变化；

图4从概念上表示另一种常规的充放电集成电路；

图5表示根据输入信号决定的充放电时间；

图6是用于内燃机的点火装置的方块图，在该装置中采用了本发明的充放电集成电路；

图7表示利用图6中所示的电磁传感器对转动体的每次旋转检测得到的第一和第二信号P₁、P₂；

图8在图6中所示的充放电集成电路的电容器元件上的电容电压的充放电波形；

图9从概念上表示根据本发明的第一实施例的、如图6中所示的充放电集成电路；

图10是图9中所示的充放电集成电路的详细电路图；

图11表示在图10中所示的电容器元件上的电容器电压的时间变化，该电容电压呈指数曲线变化具有上峰值；

图12从概念上表示根据本发明的第二实施例的，如图6所示的充放电集成电路；以及

图13是图12所示的充放电集成电路的详细电路图。

参阅附图，介绍本发明的充放电集成电路的优选实施例。

图6是用于内燃机的点火装置的方块图，在该装置中采用了本发明的充放电集成电路。

如图6所示，用于内燃机的点火装置51包含：一个旋转角度传感器52，用于利用电磁传感器54检测由于内燃机使之旋转的转动体53的旋转角度；一个点火控制电路55，用于根据利用电磁传感器54检测的转动体53的旋转周期，控制用于转动体53的点火时间；一个点火线圈56，用于根据由点火控制电路55控制的点火时间产生高电压；以及一个点火塞57，用于在由点火控制电路55控制的点火时间，利用由点火线圈56产生的高电压产生电火花，以便转动该转动体53。

在旋转角度传感器52的电磁传感器54中，对转动体53的旋转角度进行检测，以便对转动体的每次旋转产生第一和第二脉冲信号P₁和P₂。第一脉冲信号P₁对应于点火时间的最大点火超前位置，而第二脉冲信号P₂对应于点火时间的最大点火延迟位置。

点火控制电路55包含：用于对脉冲信号P₁、P₂进行整形的波形整形电路58、用于响应于由波形整形电路58整形后的脉冲信号P₁、P₂分别使电容元件充电和放电的充放电集成电路59或63、用于设定阈值电压Vth的阈值电压设定电路60、点火信号发生电路61，用于在一段放电时间内，当在充放电集成电路59或63中进行放电的电容器元件的电容器电压V_C达到由阈值电压设定电路60所设定的阈值电压Vth时，产生点火信号Pi；以及一个SCR62a，用于当电路61产生信号Pi时使点火电容器62b放电。

在上述结构中，如图7所示，由电磁传感器54检测的第一和第二信号P₁、P₂利用波形整形电路58进行整形，充放电集成电路59或63的电容器元件响应于第二脉冲信号P₂进行充电，响应于第一脉冲信号P₁进行放电。因此，如图8所示，电容器元件的电容器电压V_C变化，形成对应于转动体53的旋转周期的充电和放电波形。在此之后，当放电期间电容器元件的电容器电压V_C下降达到阈值电压Vth时，由点火信号发生电路61产生点火信号Pi，以指示点火时间。在此之后，与点火信号Pi同步，由点火线圈56产生高电压，并且通过将该高电压提供到点火塞57而产生电火花。因此，响应于该电火花在内燃机中产生内燃，该内燃机使转动体53旋转。

在这种情况下，随着转动体53的旋转周期增大，由点火信号Pi指示的点火时间众所周知形成超前。通常，重要的是，在用于内燃机的点火装置中，对于转动体53的旋转周期的变化，得到点火超前的程度。因此，重要的是取得电容器电压V_C对转动体53的旋转周期的线性关系。在本发明中，提供的充放电集成电路59或63，其工作状态能实现电容器电压V_C与转动体53的旋转周期成线性关系。

下面，根据本发明的第一实施例介绍充放电集成电路59。

图9从概念上表示根据本发明的第一实施例的充放电集成电路59。该充放电集成电路59是由两个集成电路具体构成的。

如图9所示，充放电集成电路59包含：

恒压源12，

一端接地的电容器元件15，

充电电阻72，其置于充电线路LC中，用于限定充电电流的可变数值，该充电电流是由恒压源12经过电源线路LS向电容器元件15提供的，以增加电容器元件15的电容器电压V_C，

放电电阻73，用于通过由恒压源12经过电源线路LS提供的驱动电流，并且用于由于驱动电流作用使恒定电压V_CC下降到一个经降低的电压Vd，以便设定该驱动电流。

比较电路74，其功能是作为一个运算放大器，用于在它的非反相输入端(+)接收由放电电阻73设定的经降低的电压Vd，在它的反相输入端(-)经放电开关75接收电容器元件15上的电容器电压V_C，对该驱动电流下的经降低的电压Vd和电容器元件15上的电容器电压V_C进行比较，并且在放电期间在放电开关75接通的情况下从它的输出端输出一个输出电压作为表示该经降低的电压Vd和电容器电压V_C之间差值的比较信号，

限流驱动电路76，其与放电电阻73相串联，用于根据由比较电路74的输出端提供的输出电流，调节流经放电电阻73的驱动电流的可变数值，使该驱动电流下的经降低的电压Vd和电容器元件上的电容器电压V_C几乎相等，以及用于产生一个外部信号，以及

限流电路77，其配置在放电线路Ld上，用于调节放电电流的可变数值，该电流是由电容器元件15流出的电容器电流以及流经充电线路LC的充电电流构成的，这种调节是根据在放电期间内由限流驱动电路76所产生的外部信号进行的，以便将该放电电流的可变数值设定为与驱动电流的可变数值成比例的一个数值，以及使积累在电容器元件15上的电荷经过放电线路Ld对地放电。

由放电电阻73，比较电路74和限流驱动电路76组成的综合单元其功能是作为一个电流控制电路，用于控制通过限流电路77的放电电流。

恒压源12、比较电路74、限流驱动电路76和限流电路77置于一个集成电路(IC)封装插件71中，充电电阻72、放电电阻73和电容器元件15置于该IC插件71的外部。电阻72和73经过IC插件71的外部连接端Tel连接到恒压源12，放电电阻73经IC插件71的外部连接端Te2连接到比较电路74的非反相输入端(+)，电容器元件15经过IC插件71的外部连接端Te3连接到比较电路74的反相输入端(-)，流经电路76和77的电流经过IC插件71的外部连接端Te4泄入地中。流经充电线路LC的充电电流的可变数值与恒压源12的恒定电压和电容器元件15的电容器电压之间的差值成比例。

图10是图9中所示的充放电集成电路的详细电路图。

如图10中所示，比较电路74包含：第一晶体管电路81(晶体管81a和81b)，其基极端对应于非反相输入端(+)；第二晶体管电路82(晶体管82a和82b)，其基极端对应于反相输入端(-)；电阻83，其位于恒压源12和晶体管81、82的发射极连接端之间的线路上；第一NPN晶体管84，它的集电极连接端连接到第一晶体管81的集电极连接端，它的发射极经过外部连接端Te4接地；以及第二NPN晶体管85，它的集电极连接端连接到第二晶体管82的集电极连接端，它的发射极连接端经过外部连接端Te4接地。第一NPN晶体管84的集电极和基极连接端被短接，其基极彼此连接的第一和第二NPN晶体管84、85构成的组合单元，其功能是作为一个电流镜式电路。比较电路74的输出连接端Q置于第二NPN晶体管85的集电极连接端。

放电开关75具体是一个第三NPN晶体管75，它的集电极连接端连接到比较电路74的非反相输入端(+)和放电电阻73，而它的发射极经过外部连接端Te4接地。

限流驱动电路76具体是其基极连接端彼此相连的第四和第五NPN晶体管86、87。比较电路74的输出端Q连接到第四NPN晶体管86的集电极连接端和晶体管86、87的基极连接端。NPN晶体管86、87的综合单元的功能是作为一个电流镜式电路，在其中流经第五NPN晶体管87的电流值的大小为流经第四NPN晶体管86的电流值的预定倍数。在由比较电路74的输出端Q传输的外部信号在限流驱动电路76中被接受的情况下，NPN晶体管86、87置于导通状态，一个驱动电流流经放电电阻73和第五NPN晶体管87。驱动电流的可变数值与作为外部信号的、由输出连接端Q流出的输出电流的可变数值成比例。

限流电路77具体是第六NPN晶体管77，它的基极连接端连接到NPN晶体管86、87的基极连接端。在NPN晶体管86、87被置于导通状态的情况下，第六NPN晶体管77也被置于导通状态，与第五NPN晶体管87的导通状态具有相同的程度，并且从电容器元件15流出的放电电流经过第六NPN晶体管77泄放到地。放电电流的可变数值与流经第五NPN晶体管87的驱动电流的可变数值成比例。

在上述充放电集成电路53的结构中，在响应于第二脉冲信号P₂而开始充电的情况下，第三NPN晶体管75被置于非导通状态，即放电开关75被断开。在这种情况下，从恒压源12流出的电流经过放电电阻73和第三NPN晶体管75流入地中，在比较电路74的非反相输入端(+)处提供的电压降低，并且不再由比较电路74的输出端Q向限流驱动电路76提供输出电流。因此，第四、第五和第六NPN晶体管86、87和77被置于非导通状态，从恒压源12流出的充电电流经过充电电阻72向电容器元件15充电，不会使放电电流经过第六NPN晶体管77导入地中。在这种情况下，因为电容器元件15上的电容器电压由于充电电流而逐渐增加，如图11所示，在充电期间，电容器电压V_C的增加程度逐渐降低，使电容器电压V_C随充电时间的变化呈具有上峰值的指数曲线形。

方程(7)表示该电容器电压V_C的随充电时间的变化。

(V_CC-V_C)/R_C＝C*dV_C/dt …(7)

其中，量值V_CC是恒压源12的恒定电压，符号R_C表示充电电阻72的阻值，符号V_C表示电容器元件15的充电电压，以及符号C表示的电容器元件15的电容。因此，在具有初始充电电压V_O＝V_C(0)的电容器元件15被充电持续一个预定的充电时间t₁的情况下，电容器元件15的充电电压将按照方程(8)达到V_C(t₁)。

V_C(t₁)＝V_CC·〔1-{1-V_O/V_CC}·exp(-t₁/RC*C)〕 …(8)

与之相反，在响应于第一脉冲信号P₁而开始放电的情况下，第三NPN晶体管75被置于导通状态。即放电开关75被接通。在这种情况下，起始被置于恒压源12的恒定电压V_CC的第一可变电压被提供到比较电路74的非反相输入端(+)。因此，该提供到比较电路74的非反相输入端(+)的恒定电压V_CC高于提供到比较电路74的反相输入端(-)的电容器元件15的电容器电压V_C，该比较电路74动作。详细讲，流经电阻83的电流成为流经第二PNP晶体管82的第二集电极电流。由于施加到非反相输入端(+)的电压高于反相输入端(-)上施加的电压，第二集电极电流高于第一集电极电流。此外，由于第一和第二NPN晶体管84、85构成的缩合单元的功能是作为一个电流镜式电路，流经第一NPN晶体管84的电流的数值与流经第二NPN晶体管85的电流相同。因此，从比较电路74的输出端Q向限流驱动电路76流动的输出电流具有一个与第一和第二集电极电流的差值相适合的可变数值，并且各NPN晶体管86、87和77被置于导通状态。在此之后，该输出电流经过第四NPN晶体管86流入地中，其可变数值高于输出电流的可变数值一预定倍数的驱动电流流经放电电阻73和第五NPN晶体管87到地中，并且其可变数值与驱动电流的可变数值成比例的放电电流流经第六NPN晶体管77到地。放电电流由流经充电电阻72和流经电容器元件15的电容电流组成。因此，电容器元件15的电容器电压V_C逐渐地下降，并且因为放电电阻73流有驱动电流，恒压源12的恒定电压V_CC下降，施加到比较电路74的非反相输入端(+)的第一可变电压下降。

在这种情况下，由于第一可变电压下降，在放电电阻73上产生电压降逐渐增加，由于该电压降的增加，驱动电流增加。即与驱动电流成比例的放电电流增加，直到施加到比较电路74的非反相输入端(+)的第一可变电压等于施加到比较电路74的反相输入端(-)的电容器电压。在放电期间，放电电流的增加下文将按数学方式予以介绍，为了方便起见，根据的条件是放电电流的可变数值等于驱动电流的可变数值。

因为提供到限流驱动电路76的输出电压的数值与在施加到非反相输入端(+)的第一可变电压V_C+ΔV和施加到反相输入端(-)的电容器电压V_C之间的电压差ΔV(ΔV＞0)成比例，放电电流Id的可变数值与电压差ΔV成比例。

Id＝ΔV*K …(9)

其中符号K表示一个常数。

由于该可变数值Id等于流经放电电阻73的驱动电流的可变数值，可变数值Id可以按照方程(10)表示。

Id＝(V_CC-V_C-ΔV)/Rd …(10)

其中，数值V_CC-V_C-ΔV表示在放电电阻73上的电压降，符号Rd表示放电电阻73的电阻值。

因此，通过由方程(9)和(10)消去可变数值Id，电压差ΔV可以由方程(11)来表示。

ΔV＝(V_CC-V_C)/(K*Rd+1) …(11)

因此，通过将方程(11)代入方程(10)，用方程(12)来表示放电电流的可变数值Id。

Id＝{(V_CC-V_C)-(V_CC-V_c)/(K*Rd+1)}/Rd …(12)

在数值Rd例如设定满足值K*Rd＝100的情况下，电压差ΔV对于放电电流的影响被忽略。因此得到方程(13)。

Id≌(V_CC-V_C)/Rd …(13)

放电电流的可变数值Id的增加与在恒压源12和电容器元件15之间的电压差V_CC-V_C成比例，按照比例常数Rd确定可变数值Id。

因此，当电容器元件15上的电容器电压V_C下降时，放电电流增加。换句话说，在放电期间，放电电流的增加会加速，并且，在放电期间，电容器电压V_C的下降会加速。因此，如图11所示，所形成的电容器电压V_C随放电时间的变化呈另一种指数曲线形，具有上峰值。

为了方便起见，根据放电电流的可变数值Id等于驱动电流的可变数值的条件，按照方程(13)到(15)表示电容器电压V_C随放电时间的变化。

I_C＝(V_CC-V_C)/R_C …(14)

I_C-I_d＝(V_CC-V_C)/R_C-(V_CC-V_C)/Rd

＝C*dV_C/dt …(15)

其中，符号I_C表示充电电流。

在具有充电电压V_C(t₁)的电空器元件15放电持续一个规定的放电时间t₂以后，在充电电压返回到起始电压V_O的情况下，按照方程(16)表示充电时间t₁和放电时间t₂之间的相互关系。

V_O＝V_CC·〔1-{1-V_C(t₁)/V_CC}·exp{(Rc-Rd)*t₂/(Rc*Rd*/C)}〕 …(16)

在此之后，通过重新整理方程(8)和(16)，得到方程(17)。

t₁/t₂＝R_C/Rd-1 (17)

因此，此与在常规的充放电集成电路11中相同的方式，使得充放电时间比t₁/t₂与电阻比R_C/Rd维持线性关系。由于在按照充电电流I_C使电容器元件15进行充电的条件下进行放电操作，故在方程(17)中添加项-1。

于是，在充电线路I_C中并没有配置任何用于充电操作的电流镜式电路，而是在充电线路LC中仅配置充电电阻72。因此，即使充电电流的可变数值I_C降低以便延长充电时间t₁，也不会使充电电流的可变数值I_C波动。换句话说，在充放电集成电路59中充放电操作可以高精度进行，即使在充放电时间比t₁/t₂很高，电容器元件15的电容C降低的情况下。

此外，由于电容器元件15的一端接地，利用一个用于提供短路的简单的复原电路(未示出)，使电容器元件15复原。

另外，由于在充放电集成电路59中的外部连续端的数量仅为四，即使不希望按照常规的充放电集成电路11或41所要求的二列排列封装件，也可以按照IC插件71采用单列排列的插件。因此，为了配置充放电集成电路59所需的配置空间可以显著地降低。

在第一实施例中，电阻83用于流过恒定的电流。然而，代替电阻83可以采用恒流源。此外，可以将一个恒流源附加配置在晶体管81的发射极侧和晶体管82的发射极侧。另外，在当比较电路74的操作速度被提高时，在外部连接端Te2上产生电压波动的情况下，最好在外部连接端Te2和Te3之间或者在外部连接端Te2和Te4之间另外配置一个低电容值的电容器，以防止出现电压波动。

接着，介绍本发明的第二实施例。

图12从概念上表示作为本发明第二实施例的充放电集成电路63。充放电集成电路63由两个集成电路具体构成。

如图12中所示，充放电集成电路63包含：恒压源12；一端接地的电容器元件15；充电电阻72，其置于充电线路LC中，用于通过从恒压源12经过电源线路LS向电容器元件15提供的充电电流；放电开关92，其在放电期间接通并在充电期间关断；电流检测电路93，用于在放电期间检测流经放电电阻94的电流；放电电阻94，用于在放电期间通过具有可变数值(V_CC-V_F-V_C)/Rd的受控电流；以及限流电路95，用于通过由通过放电电阻94的受控电流、通过由充电电阻72的充电电流和根据从电流检测电路93提供的外部信号由电容器元件15泄放的电容器电流所组成的放电电流。

由电流检测电路93和放电电阻94所组成的综合单元的功能是作为一个电流控制电路，用于控制通过电流限制电路95的放电电流。

恒压源12、放电电阻92、电流检测电路93和限流电路95置于一个集成电路(IC)封装件91之中。充电电阻72的一端经过IC插件91的外部连接端Te5连接到恒压源12上，放电电阻94的一端经过IC插件91的外部连接端Te6连接到电流检测电路93，充电电阻72和放电电阻94的另一端以及电容器元件15的另一端经IC插件91的外部连接端Te7连接到限流电路95上，放电电流经过IC插件91的外部连接端Te8泄放到地中。因此外部连接端的数量为四。

图13是在图12中所示的充放电集成电路的详细电路图。

如图13中所示，放电开关92包含配置在恒压源12和地之间依序串联的第一电阻96、第二电阻97和NPN开关晶体管98；以及第一PNP晶体管99，它的基极连接端连接到在第一和第二电阻96、97之间的连线上。在通过向晶体管98的基极端提供正电压使NPN开关晶体管98被置于导通的情况下，提供到第一PNP晶体管99的基极端的电压V_CC被降低，使得第一PNP晶体管99被置于导通状态。因此，流经第一PNP晶体管99的电流被传输到电流检测电路93。换句话说，放电开关92导通。

电流检测电路93包含第二PNP晶体管100和第二PNP晶体管101，它们的基极连接端彼此相连。第三PNP晶体管101的基极和集电极连接端被短接并且连接到放电电阻94，PNP晶体管100、101的发射极连接端连接到第一PNP晶体管99的集电极连接端。因此，由PNP晶体管100、101构成的综合单元的功能是作为一个电流镜式电路，流经第二PNP晶体管100的电流的数值与流经第三PNP晶体管101的电流数值相同。

限流电路95包含第一NPN晶体管102、其尺寸比第一NPN晶体管102大两倍的第二NPN晶体管103和一个电阻104。NPN晶体管102、103的基极连接端和电阻104的一端彼此相连，第一NPN晶体管102的集电极和基极连接端被短接。因此，NPN晶体管102、103的综合单元的功能是作为一个电流镜式电路、流经第二NPN晶体管103的放电电流的可变数值的大小为流经第一NPN晶体管102的信号电流的两倍。流经第二PNP晶体管100的信号电流流过第一NPN晶体管102，并且其具有的可变数值比信号电流大两倍的放电电流流经第二NPN晶体管103。

在上述的充放电集成电路63的结构中，在响应于第二脉冲信号P₂而开始充电的情况下，NPN开关晶体管98被置于非导通状态。即放电开关92被关断。在这种情况下，第一PNP晶体管99被置于非导通状态，没有电流流经电流检测电路93。因此，没有电流流经限流电路95，在通过充电电阻72的同时，充电电流流经电源线路LS和充电线路LC。因此，以与第一实施例相同的方式使电容器元件15被充电。

与之相反，在响应于第一脉冲信号P₁而开始放电的情况下，NPN开关晶体管98被置于导通状态。即放电开关92被关断。在这种情况下，第一PNP晶体管99被置于导通状态，并且具有可变数值(V_CC-V_C)/Rd的受控电流流经第三PNP晶体管101和放电电阻94。即阻值为Rd的放电电阻94上的电压降等于V_CC-V_C。此外，由于由PNP晶体管100、101构成的综合单元的功能是作为一个电流镜式电路，具有相同数值(V_CC-V_V)/Rd的信号电流流经第二PNP晶体管100和第一NPN晶体管102。由于第二NPN晶体管103的尺寸比第一NPN晶体管102的尺寸大两倍，具有可变数值Id＝2*(V_CC-V_C)/Rd的放电电流流经第二NPN晶体管103。此外，流经充电电阻72的充电电流的可变数值I_C等于(V_CC-Vc)/Rc。因此，从电容器元件15泄放的电流与电源电压V_CC-V_F和电容器电压V_C之间的差成比例，并且在电容器元件15上的电容器电压V_C的随放电时间的变化以与按方程(15)所示的相同方式按方程(18)来表示。

(V_CC-V_C)/Rc-(V_CC-V_C)/Rd＝C*dVc/dt …(18)

电容器电压V_C的随放电时间的变化呈指数曲线形，具有上峰值，如图11所示，并且如在充放电集成电路59中的相同的方式，充放电时间比t₁/t₂与电阻Rc/Rd维持线性关系。

因此，像在第一实施例中以同样的方式，在充电线路LC上设有配置任何用于充电操作的电流镜式电路，即使是充电电流的可变数值I_C降低，以加长充电时间t₁，也不会使充电电流的可变数值I_C波动。因此，在充放电集成电路63中的充放电操作可以高精度进行，即使在充放电时间比t₁/t₂很高、使电容器元件15的电容C被降低的情况下。

此外，如在第一实施例中同样的方式，因为电容器元件15的一端接地，由电容器元件15经过放电线路Ld持续放电，使电容器元件15可以复原不再有电荷。

此外，由于在充放电集成电路63中的外部连接端的数量仅为4个，即使像在常规的充放电集成电路11或41中的IC插件一样不希望采用双列排列的插件，也可以像在IC插件91一样可以采用单列的插件。因此，配置充放电集成电路63所需要的配置空间可以显著地降低。

在木发明的优选实施例中，已经对本发明的原理作了说明介绍，显而易见，对本技术领域的熟练技术人员来说，在不脱离这些原理的情况下，可在整体配置和细节方面改进本发明。我们对在附加的权利要求的构思和保护范围内的所有改进提出权利要求。

Claims

1.一种充放电集成电路，包含：

一个电容器元件；

一个电源，用于使电容器元件充电；

一个充电电阻，配置在电源和电容器元件之间的充电线路上；

一个限流电路，配置在电容器元件的电荷经其放电的放电线路上，用于根据外部信号调节流过电流的数值；以及

一个开关电路，用于将电容器元件在放电状态和充电状态之间转换；

其特征在于，所述充放电集成电路还包括：

一个限流控制电路，用于向限流电路提供外部信号，以便当施加到电容器元件的电压沿电压下降曲线降低时，使电容器元件放电，对应于当由所述电源经过充电电阻对电容器元件充电时施加于电容器元件的升高的电压的时间变化。

2.根据权利要求1所述的充放电集成电路，其中限流控制电路向限流电路提供外部信号，以便使电容器元件的电压下降按照指数曲线形状，沿提高电压方向具有上峰值。

3.根据权利要求2所述的充放电集成电路，其中限流控制电路为限流电路提供外部信号，以便使流经限流电路的电流与电容器元件的电压和电源的电压之间的电压差成比例。

4.根据权利要求3所述的充放电集成电路，其中的限流控制电路包含：

一个放电电阻；

一个限流驱动电路，与放电电阻串联并使流过的电流数值可调。用于向限流电路提供外部信号；以及

一个比较电路，用于控制限流驱动电路的流过电流数值，以便使由放电电阻和限流驱动电路所形成的分压值与电容器元件的电压相等。

5.根据权利要求4所述的充放电集成电路，其中的限流电路、开关电路、限流驱动电路和比较电路被封装作为一个电路单元，仅露出若干外部连接端，以及

该充放电集成电路进一步包含：

第一外部连接端，电源的正电位侧、充电电阻的一端和放电电阻的一端连接到其上；

第三外部连接端，放电电阻的另一端连接到其上；以及

第四外部连接端，电源的负电位侧连接到其上。

6.根据权利要求5所述的充放电集成电路，其中的开关电路具有一个开关仅用于切换电容器元件的放电线路。

7.根据权利要求3所述的充放电集成电路，其中的限流控制电路包含：

一个放电电阻；和

一个限流驱动电路，与放电电阻串联，用于根据流经放电电阻的电流向限流电路提供外部信号。

8.根据权利要求7所述的充放电集成电路，其中的限流电路、开关电路和限流驱动电路被封装作为一个电路单元，仅露出若干外部连接端，该充放电集成电路进一步包含：

第二外部连接端，放电电阻的一端连接到其上；

第三外部连接端，电容器元件、充电电阻的另一端和放电电阻的另一端连接到其上；和

第四外部连接端，电源的负电位侧连接到其上。

9.根据权利要求8所述的充放电集成电路，其中的开关电路具有的一个开关仅用于切换电源到放电电阻的电流通过线。

10.根据权利要求1所述的充放电集成电路，进一步包括一个放电电阻，其连接到限流控制电路，用于调节来自电容器元件的放电电流。

11.根据权利要求10所述的充放电集成电路，其中的限流电路、开关电路和限流控制电路被封装作为一个电路单元，仅露出若干外部连接端、电容器元件和充电电阻直接串联在被封装的电路单元的外部，并且该封装的电路单元包含：

第一外部连接端，电源的正电位侧连接到其上；

第二外部连接端，放电电阻连接到其上；

第三外部连接端，电容器元件连接到其上；

第四外部连接端，电源的负电位侧连接到其上。

12.根据权利要求1所述的充放电集成电路，其中的限流电路、开关电路和限流控制电路被封装作为一个电路单元，仅露出若干外部连接端，电容器元件和充电电阻直接串联在被封装的电路单元的外部，并且被封装的电路单元包含：

第一外部连接端，电源的正电位侧连接到其上；

第二外部连接端，电容器元件连接到其上；

第三外部连接端，电源的负电位侧连接到其上。

13.根据权利要求1所述的充放电集成电路，其中响应于由内燃机的旋转角度检测器输出的旋转位置信号，使充放电集成电路转变到充电或放电状态。

14.根据权利要求1所述的充放电集成电路，其中还包括：

第一外部连接端，电源的正电位侧和充电电阻的第一端连接到其上；

第二外部连接端，放电电阻连接到其上；

第三外部连接端，电容器元件和充电电阻的第二端连接到其上；以及

第四外部连接端，电源的负电位侧连接到其上；所述限流电路配置在第三外部连接端和第四外部连接端之间，以及所述限流控制电路连接到第二外部连接端，用于向限流电路提供外部信号，以便根据连接到第二外部连接端的放电电阻使电容器元件的电压按照指数函数波形降低。

15.根据权利要求14所述的充放电集成电路，其中限流控制电路包含：

一个限流驱动电路，它连接到第二外部连接端并使通过的电流数值可调，用于向限流电路提供外部信号；以及

一个比较电路，用于控制限流控制电路的通过电流的数值，以便使由放电电阻和限流驱动电路所形成的分压值等于电容器元件的电压。

16.根据权利要求15所述的放放电集成电路，其中响应于从内燃机的旋转角度检测器输出的旋转位置信号，该电路在充电和放电状态之间转换。

17.根据权利要求14所述的充放电集成电路，其中的电流限制控制电路包含：

一个限流驱动电路，它连接到第二外部连接端，用于根据流经放电电阻的电流向限流电路提供外部信号。

18.根据权利要求17所述的充放电集成电路，其中响应于由内燃机的旋转角度检测器输出的旋转位置信号，使该电路在充电和放电状态之间转换。