CN203444383U - 电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种电路，包括旨在与负载在第一直流电压的应用的两个端子之间串联连接的电流源。元件限制跨负载的电压并且电路利用在元件中流动的电流来控制电流源中的电流的值。通过本实用新型，可以优化实现为负载供电的电流源的功耗，同时无需修改待供电的负载。

Description

电路
技术领域
本公开涉及电子电路，并且在具体实施例中涉及用于从能够变化的直流电压为负载供电的电路。
背景技术
当将要在固定直流电压下为负载供电时，往往使用电压设置元件，该电压设置元件典型地为与负载并联连接的齐纳二极管。然后将电流源与这一并联组合串联连接并且用直流电压为该组件供电。齐纳二极管具有限制(设置)跨负载的电压的功能。电流源具有吸收流经负载以及流经齐纳二极管的电流的功能。
对于固定负载(恒定功耗)而言，根据这一电流确定电流源的大小以保证齐纳二极管永久处于雪崩(作为电压限制器活动)。
然而对于具有能够变化的功耗的负载而言，则必须根据负载的最大功耗确定电流源的大小。当负载未牵引(draw)这一最大电流时，这生成不必要的功耗。
实用新型内容
一个实施例克服用于为负载供电的常见电路的所有或者部分问题。
另一实施例优化电源电路的功耗并且更具体而言降低其损耗。
一个实施例提供一种无需修改待供电的负载的解决方案。
为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种电路，包括：
电流源，被配置为与负载在第一直流电压的应用的两个端子之间串联连接；
被耦合以限制跨所述负载的电压的元件；以及
控制电路，被配置为利用在所述元件中流动的电流来控制所述电流源中的电流的值。
优选地，所述元件包括连接至在所述负载与所述电流源之间的接合点的齐纳二极管。
优选地，所述电路包括第一MOS晶体管，所述第一MOS晶体管被装配为二极管和在第二MOS晶体管上的电流镜，所述第二晶体管与第三晶体管在所述第一直流电压的应用的所述端子之间串联，并且所述第三晶体管被装配为二极管和在连接至所述电流源的控制端子的第四晶体管上的电流镜。
优选地，所述元件包括连接至在所述负载与所述电流源之间的接合点的齐纳二极管。
优选地，所述齐纳二极管与所述第一晶体管串联。
优选地，所述元件在所述负载内部并且控制所述第一晶体管。
优选地，所述第四晶体管与电阻元件在第二直流电压的应用的两个端子之间串联。
优选地，所述电流源由MOS晶体管形成。
优选地，所述负载包括电荷泵电路。
本实用新型的实施例还提供另一种电路，包括：
第一参考电压端子；
第二参考电压端子；
负载，被耦合在所述第一参考电压端子与所述第二参考电压端子之间；以及
可变电流源，与所述负载在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联耦合，所述可变电流源被配置为提供具有根据由所述负载消耗的功率的幅度的电流。
优选地，所述第一参考电压端子包括电池端子，并且所述第二参考电压端子包括接地端子。
优选地，还包括被耦合至所述负载以便限制跨所述负载的电压的元件。
优选地，所述元件包括连接至在所述负载与所述电流源之间的接合点的齐纳二极管。
优选地，所述元件在所述负载内部。
优选地，所述可变电流源包括：
晶体管，其电流路径与所述负载在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联耦合；以及
控制电路，其控制输出被耦合至所述晶体管的控制端子。
优选地，所述控制电路包括第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管和第四MOS晶体管，所述第一MOS晶体管被连接为二极管和在所述第二MOS晶体管上的电流镜，所述第二晶体管与所述第三晶体管在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联，并且所述第三晶体管被连接为二极管和在所述第四晶体管上的电流镜，所述第四晶体管被耦合至所述晶体管的所述控制端子。
优选地，还包括被耦合在所述第一MOS晶体管与所述负载和所述电流源之间的接合点之间的电压限制元件。
优选地，所述电压限制元件包括齐纳二极管。
优选地，还包括被耦合在所述第四晶体管与直流电压端子之间的电阻元件。
优选地，所述第一参考电压端子和所述直流电压端子相对于所述第二参考电压端子承载不同电压。
优选地，所述电流源由MOS晶体管形成。
优选地，所述负载包括电荷泵电路。
本实用新型的实施例还提供又一种电路，包括：
第一参考电压端子；
第二参考电压端子；
中间端子；
第一P沟道晶体管，其电流路径被耦合在所述第一参考电压端子和所述中间端子之间，所述第一P沟道晶体管被耦合为二极管；
电压限制元件，与所述第一P沟道晶体管的所述电流路径在所述第一参考电压端子和所述中间端子之间串联耦合；
第二P沟道晶体管，其电流路径被耦合在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间，所述第二P沟道晶体管具有被耦合至所述第一P沟道晶体管的控制端子的控制端子；
第一N沟道晶体管，其电流路径与所述第二P沟道晶体管的所述电流路径在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联耦合，所述第一N沟道晶体管被耦合为二极管；
第二N沟道晶体管，其控制端子被耦合至所述第一N沟道晶体管的控制端子，所述第二N沟道晶体管具有与电阻元件在所述第二参考电压端子和第三参考电压端子之间串联耦合的电流路径；以及
电流源晶体管，其电流路径被耦合在所述中间端子和所述第二参考电压端子之间，所述电流源晶体管具有被耦合至所述第二N沟道晶体管的控制端子。
优选地，所述电压限制元件包括齐纳二极管。
优选地，还包括被耦合在所述第一参考电压端子和所述中间端子之间的负载。
所讨论的实施例的一个优势在于其优化实现为负载供电的电流源的功耗。
另一优势是该调整不需要直接测量负载功耗或者这一负载的输出电流。所描述的实施例的实施方式因此不需要修改待供电的负载。
在具体实施例的以下非限制性描述中将结合附图更详细地讨论前述和其它特征和优势。
附图说明
为了更全面理解本实用新型以及其优势，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1示意性示出用于为负载供电的电路的常见示例；
图2是用于为负载供电的电路的实施例的功能框图；
图3示出用于以浮动电势为负载供电的实施例的电路图；以及
图4示出处于浮动电势的负载的示例。
具体实施方式
在不同附图中利用相同参考标号标出相同元件。为清楚起见，仅示出并且将详述对于理解所描述的实施例有用的那些元件。具体而言，此类实施例与旨在与电流源串联的任何类型的负载相兼容。
将要描述的实施例的应用的示例针对由电荷泵或者电荷转移电路形成的负载。在此类电路中，功耗根据由电荷泵供电的元件的功耗而变化。
只要将要从能够变化的电压为负载供电以及期望借由齐纳二极管等设置其电源电压，就大体上会出现类似的问题。实际上，随后负载与电流源串联，该电流源产生处于浮动电势的节点。例如，这可以是参考除接地之外的电势的放大或者比较电路。
图1示出用于用直流电压(例如，由电池递送的电压Vbat)为负载1(Q)供电并且具有可变功耗的电路的常见示例。待供电的电路(即负载1)与恒定电流源2在去往提供直流电压的源(电池)的连接的两个端子21和22之间串联连接。齐纳二极管3等与负载1并联连接。齐纳二极管3具有在负载和电流源2的接合点23这一侧上的阳极。
其操作原理如下。通常根据负载的不同功耗来确定电流源的大小以采样恒定电流Ibias以确保负载的操作。在图1的示例中，这一消耗取决于电流Iout，电流Iout可以由负载1提供。电流Ibias被选择为大于能够由负载1牵引的电流Ic的最大值，以确保齐纳二极管3的合适偏置。在相反的情况下，齐纳二极管3截止并且由齐纳二极管的阈值电压设置的跨负载1的电源电压下降。
具体而言，此类电路旨在用于如下应用，在该应用中直流电压Vbat有变化的风险并且其中必须利用近似恒定的电压为负载供电。这证明对于齐纳二极管3或者用于设置电压阈值的另一部件的使用是正当的。
图1中的类型的电路的问题是总功耗独立于负载1的功耗。实际上，必须关于负载功耗的最差情况确定恒定电流源2的大小。这导致最大永久功耗，即使当负载不需要它的时候，过剩电流随后被齐纳二极管偏离。
图2是用于为负载1供电的电路的实施例的功能图。如之前那样，负载1与电流源4在直流电压Vbat的应用的两个端子21和22之间串联连接。然而，电流源4在此是可调电流源。电流源4中的电流I4的值取决于由电路5提供的控制信号CTRL，电路5将在节点21处的电压与在节点23处的电压加上齐纳二极管3的阈值电压进行比较。换而言之，比较器5关于由二极管3设置的电压检测跨负载1的电压的变化。
其目的是根据负载功耗来调节由电流源4牵引的电流的值。
可以已经设想使用对由负载提供的电流Iout的测量或者对负载1中的电流的直接测量来评估其功耗或者调节电流源的值。然而，这将需要修改实际的负载电路。此外，在负载水平从由负载消耗的电流的采样数据可能影响其特性。
因此，如图2中所示，提供利用流经齐纳二极管3的电流来控制电流源4中的电流。实际上，如果负载功耗降低，则齐纳二极管的支路中的电流趋于增加，如果负载功耗增加，则齐纳二极管的支路中的电流趋于降低。
图3示出诸如图2中所示的功率电路的实施例的电路图。
被装配为二极管的MOS晶体管P1(在此具有P沟道)被插入在齐纳二极管3的阴极与端子21之间。晶体管P1被装配为在P沟道MOS晶体管P2上的电流镜，P沟道MOS晶体管P2与N沟道MOS晶体管N2在端子21和22之间串联连接。晶体管N2被装配为二极管和在N沟道MOS晶体管N1上的电流镜。晶体管N1与电流至电压转换电阻元件R在直流电压(Vcc)的应用的端子21’与接地22之间串联。施加至端子21’的电压Vcc并非必需与施加至端子21的电压相同。实际上，施加至端子21’的电压Vcc通常为更低的电压。电阻R和晶体管N1的接合点51连接至形成电流源4的N沟道MOS晶体管N4的栅极。
假设负载功耗增加，晶体管P1中的电流并且因此齐纳二极管3中的电流趋于降低。在晶体管P2中并且随后在晶体管N1(电流镜N1、N2)中再现的电流降低在功能上相当于修改由元件R和晶体管N1的导通状态电阻形成的电阻桥的值。这导致在节点51处的电压的增加，由此由晶体管N4牵引的电流增加。
相反，如果负载功耗增加，晶体管P1中的电流增加反映在晶体管N1中的电流上，其引起晶体管N4的栅极电压CTRL的降低，由此由晶体管N4牵引的电流降低。
在确定图3的电路的大小中，将当然考虑如下事实，现在通过齐纳二极管的阈值电压加上二极管装配的晶体管P1的阈值电压来设置负载1的电源电压。
所讨论的实施例的一个优势在于其优化实现为负载1供电的电流源4的功耗。
另一优势是该调整不需要直接测量负载功耗或者这一负载的输出电流Iout。所描述的实施例的实施方式因此不需要修改待供电的负载1。
作为一个具体实施例，电压Vbat是几十伏特的电压。负载1是旨在为应用电路供电的电荷泵电路。电压Vcc为几伏特的量级。
图4图示能够形成图2和图3的电路的负载1的电荷泵电路的示例。这一电路本身是常见的。
时钟发生器11(CK Gen)在端子21和23之间被供电并且提供与第二反相器13串联的第一反相器12的输入信号。反相器12和13的输出各自分别连接至电容元件14和15的第一电极。三个二极管16、17和18在端子21和提供电流Iout的端子19之间串联连接。最终，电容器14和15的第二相应电极分别连接在二极管16和17之间、在二极管17和18之间。这一电路的操作是已知的。
已经描述各种实施例。对于本领域技术人员而言各种变更、修改和改进将发生。具体而言，尽管已经关于在正电压侧上连接的负载1描述实施例，但是所描述的电路容易变换成与电流源串联的负载，电流源在正电压侧上。此外，尽管描述了其中通过跨负载连接的外部限制元件确保负载中的电流限制的实施例，但是也可以使用参考电压(例如在负载内部)来控制晶体管P1的栅极。这一变化具体旨在用于负载具有此类参考电压的情况。最终，基于以上提供的功能指示、负载的最大所需功耗，并且通过使用本身常见的电子电路测量(sizing)工具，确定电路部件的大小在本领域技术人员的能力内。
此类变更、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在在本实用新型的精神和范围内。因此，前述描述仅借由示例而非旨在限制。本实用新型仅由权利要求和其等价物限定。
虽然已经参考示例性实施例描述本实用新型，但是该描述并不旨在解释为限制性情形。通过参考描述，示例性实施例的各种修改和组合以及本实用新型的其它实施例对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，旨在所附权利要求包含任何此类修改和实施例。

Claims (25)

1.一种电路，其特征在于，包括：
电流源，被配置为与负载在第一直流电压的应用的两个端子之间串联连接；
被耦合以限制跨所述负载的电压的元件；以及
控制电路，被配置为利用在所述元件中流动的电流来控制所述电流源中的电流的值。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述元件包括连接至在所述负载与所述电流源之间的接合点的齐纳二极管。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路包括第一MOS晶体管，所述第一MOS晶体管被装配为二极管和在第二MOS晶体管上的电流镜，所述第二晶体管与第三晶体管在所述第一直流电压的应用的所述端子之间串联，并且所述第三晶体管被装配为二极管和在连接至所述电流源的控制端子的第四晶体管上的电流镜。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述元件包括连接至在所述负载与所述电流源之间的接合点的齐纳二极管。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述齐纳二极管与所述第一晶体管串联。
6.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述元件在所述负载内部并且控制所述第一晶体管。
7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第四晶体管与电阻元件在第二直流电压的应用的两个端子之间串联。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流源由MOS晶体管形成。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述负载包括电荷泵电路。
10.一种电路，其特征在于，包括：
第一参考电压端子；
第二参考电压端子；
负载，被耦合在所述第一参考电压端子与所述第二参考电压端子之间；以及
可变电流源，与所述负载在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联耦合，所述可变电流源被配置为提供具有根据由所述负载消耗的功率的幅度的电流。
11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述第一参考电压端子包括电池端子，并且所述第二参考电压端子包括接地端子。
12.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，还包括被耦合至所述负载以便限制跨所述负载的电压的元件。
13.根据权利要求12所述的电路，其特征在于，所述元件包括连接至在所述负载与所述电流源之间的接合点的齐纳二极管。
14.根据权利要求12所述的电路，其特征在于，所述元件在所述负载内部。
15.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述可变电流源包括：
晶体管，其电流路径与所述负载在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联耦合；以及
控制电路，其控制输出被耦合至所述晶体管的控制端子。
16.根据权利要求15所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管和第四MOS晶体管，所述第一MOS晶体管被连接为二极管和在所述第二MOS晶体管上的电流镜，所述第二晶体管与所述第三晶体管在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联，并且所述第三晶体管被连接为二极管和在所述第四晶体管上的电流镜，所述第四晶体管被耦合至所述晶体管的所述控制端子。
17.根据权利要求16所述的电路，其特征在于，还包括被耦合在所述第一MOS晶体管与所述负载和所述电流源之间的接合点之间的电压限制元件。
18.根据权利要求17所述的电路，其特征在于，所述电压限制元件包括齐纳二极管。
19.根据权利要求16所述的电路，其特征在于，还包括被耦合在所述第四晶体管与直流电压端子之间的电阻元件。
20.根据权利要求19所述的电路，其特征在于，所述第一参考电压端子和所述直流电压端子相对于所述第二参考电压端子承载不同电压。
21.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述电流源由MOS晶体管形成。
22.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述负载包括电荷泵电路。
23.一种电路，其特征在于，包括：
第一参考电压端子；
第二参考电压端子；
中间端子；
第一P沟道晶体管，其电流路径被耦合在所述第一参考电压端子和所述中间端子之间，所述第一P沟道晶体管被耦合为二极管；
电压限制元件，与所述第一P沟道晶体管的所述电流路径在所述第一参考电压端子和所述中间端子之间串联耦合；
第二P沟道晶体管，其电流路径被耦合在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间，所述第二P沟道晶体管具有被耦合至所述第一P沟道晶体管的控制端子的控制端子；
第一N沟道晶体管，其电流路径与所述第二P沟道晶体管的所述电流路径在所述第一参考电压端子和所述第二参考电压端子之间串联耦合，所述第一N沟道晶体管被耦合为二极管；
第二N沟道晶体管，其控制端子被耦合至所述第一N沟道晶体管的控制端子，所述第二N沟道晶体管具有与电阻元件在所述第二参考电压端子和第三参考电压端子之间串联耦合的电流路径；以及
电流源晶体管，其电流路径被耦合在所述中间端子和所述第二参考电压端子之间，所述电流源晶体管具有被耦合至所述第二N沟道晶体管的控制端子。
24.根据权利要求23所述的电路，其特征在于，所述电压限制元件包括齐纳二极管。
25.根据权利要求23所述的电路，其特征在于，还包括被耦合在所述第一参考电压端子和所述中间端子之间的负载。
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