專利名稱：形成控制電路的方法和器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體涉及電子學，尤其是涉及半導體、其結構以及形成半導體器件的方法。
背景技術：
在過去，太陽能庭院燈一般在日光條件期間從太陽能電池單元(solar cell)給電 池(battery)充電，并接著使用充電的電池來在夜間條件期間給LED供電。一般通過經(jīng)由 二極管或二極管連接的晶體管將電池耦合到太陽能電池單元來給電池充電。二極管或二極 管連接的晶體管引入大約0.7伏的電壓降，這減小了電池充電操作的效率。而且，通過二極 管或二極管連接的晶體管的泄漏常常減小了電池充電操作的效率。一般通常響應于比較電池電壓與來自光敏電阻的電壓來做出給LED供電的決定。 該比較不方便地需要比較器，其通常由電池連續(xù)供電，從而不方便地增加了系統(tǒng)的功率要 求并減小了給電池充電的效率。此外，光敏電阻常常是增加成本的另一系統(tǒng)元件.一般通過在時鐘信號的一個階段期間給電感器充電并接著在時鐘信號的另一階 段期間給電感器放電以向LED提供電流，來給LED供電。通過控制時鐘信號的階段的脈沖 寬度來控制流到LED的電流。然而，所需的脈沖寬度調(diào)制電路相當復雜，且導致相當大的功 率消耗。電容器常常一般與LED并聯(lián)連接，使得電容器在電感器放電的時間期間被充電， 以給LED供電。當電感器隨后被再充電時，充電的電容器可接著在此時期期間給LED供 電。然而，在電感器放電階段期間，電感器在其被完全放電之后可能仍保持電連接到LED和 電容器。在這樣的條件下，電荷可能在放電階段結束時不合需要地從電容器流回電感器中 (反向電荷流)。因此，期望有一種比傳統(tǒng)太陽能燈更有效地操作并具有較低成本的改進的太陽能 庭院燈。


圖1簡要示出包括根據(jù)本發(fā)明的控制電路的太陽能照明系統(tǒng)的結構圖的一部分 的實施方式；圖2簡要示出根據(jù)本發(fā)明的圖1的控制電路的電池充電電路的一部分的實施方 式；圖3簡要示出根據(jù)本發(fā)明的控制電路的驅(qū)動器使能電路的一部分的實施方式；圖4簡要示出根據(jù)本發(fā)明的可選實施方式的控制電路的驅(qū)動器使能電路的一部 分的實施方式；以及圖5示出包括根據(jù)本發(fā)明的圖1的控制電路的半導體器件或集成電路的實施方式 的一部分的放大平面圖。為了說明的簡潔和清楚，附圖中的元件不一定按比例繪制，且不同圖中相同的參 考數(shù)字表示相同的元件。此外，為了描述的簡單而省略了對公知的步驟和元件的說明與細節(jié)。這里所使用的載流電極表示器件的一個元件，該元件承載通過該器件的電流，如MOS晶體管的源極或漏極、或雙極晶體管的集電極或發(fā)射極、或二極管的陰極或陽極；而控制電極 表示器件的一個元件，該元件控制通過該器件的電流，如MOS晶體管的柵極或雙極晶體管 的基極。雖然這些器件在這里被解釋為某種N溝道或P溝道器件、或某種N型或P型摻雜 區(qū)，但本領域中的普通技術人員應該認識到，依照本發(fā)明，互補器件也是可能的。本領域中 的技術人員應認識到，這里使用的詞“在...的期間、在...同時、當...的時候”不是表示 一有啟動行為就會馬上發(fā)生行為的準確術語，而是在與被初始行為激起的反應之間可能有 一些微小但合理的延遲，例如傳播延遲。詞“大約”或“實質(zhì)上”的使用意指元件的值具有 被預期非常接近于規(guī)定值或位置的參數(shù)。然而，如在本領域中所公知的，總是存在微小變化 使值或位置并非確切地如規(guī)定的。本領域中完全確認，直到至少10%的變化是偏離確切地 如所述的理想目標的合理變化。
具體實施例方式圖1簡要示出包括控制電路150(通常由虛線示出)的太陽能照明系統(tǒng)100的一 部分的示例性實施方式。如將在下文中更充分看到的，在一個實施方式中，控制電路150包 括電池充電電路，其耦合成接收來自太陽能電池單元的太陽能電池單元電壓和來自可再 充電電池的電池電壓，其中電池充電電路配置成當太陽能電池單元電壓大于電池電壓時從 太陽能電池單元給可再充電電池充電；驅(qū)動器電路，其耦合成從可再充電電池接收電池電 壓；以及驅(qū)動器使能電路(driver enablecircuit)，其響應于太陽能電池單元電壓變得小 于第一電壓而完全使能(enable)驅(qū)動器電路。在另一實施方式中，形成電路150的方法包括將燈控制電路配置成從太陽能電 池單元接收太陽能電壓；將燈控制電路配置成從電池接收電池電壓；將燈控制電路配置成 監(jiān)控太陽能電壓并監(jiān)控電池電壓；以及將燈控制電路配置成響應于太陽能電壓大于電池電 壓而將太陽能電池單元耦合到電池，以給電池充電。形成電路150的方法的另一示例性實施方式包括將燈控制電路的第一端子配置 成耦合到電感器；將燈控制電路的第二端子配置成耦合到電池以接收電池電壓；將燈控制 電路的第三端子配置成從太陽能電池單元接收太陽能電壓；將燈控制電路的輸出端子配置 成耦合到光源并向光源提供電流；將開關電路耦合在第一端子和輸出端子之間；以及將驅(qū) 動器電路配置成，如果輸出端子上的電壓大于第一端子上的電壓，則控制開關電路并觸發(fā) 控制信號，其中驅(qū)動器電路響應于觸發(fā)控制信號而將輸出端子從第一端子去耦。太陽能照明系統(tǒng)100通常還包括太陽能電池單元101、可再充電電池102、電感器 127、被優(yōu)選地示為發(fā)光二極管(LED) 107的光源、電阻器129以及電容器128，所有這些元件 都在控制電路150的外部。如將在下文中進一步看到的，控制電路150配置成控制從太陽 能電池單元101對電池102進行的充電，且電路150配置成控制開關電感器127，以例如通 過轉(zhuǎn)換電感器127來增加施加到光源的電壓。如所示，電路150包括電池充電電路103、驅(qū) 動器電路104、驅(qū)動器使能電路105和低電壓禁用(disable)電路106?？刂齐娐?50—般 還包括電池端子136、太陽能電池單元端子137、電感器端子141、輸出電壓端子或輸出端子 142以及公共返回端子或返回109。在所描述的實施方式中，可再充電電池102是傳統(tǒng)的低電壓器件。例如，當被充分充電時，可再充電電池102可提供大約1.2伏的標稱輸出電壓(V_)。為了本公開的目的，術語“低電壓”通常指小于大約1. 5伏的電壓。太陽能電池單元101也是傳統(tǒng)器件，其在被暴露給陽光時產(chǎn)生電壓(Vicraffi)。在 所描述的實施方式中，太陽能電池單元101在被暴露給充足的陽光時產(chǎn)生大于大約1. 5伏 的電壓V*_。當太陽能電池單元101不再暴露給陽光時，該電壓降低到零伏?？稍俪潆婋姵?02和太陽能電池單元101都耦合到電池充電電路103。電池充電 電路103包括P溝道充電晶體管110、比較器電路111和源選擇電路112。通常，當太陽能 電池單元101暴露給陽光時，電池充電電路103通過將電池102耦合到太陽能電池單元101 而能夠?qū)稍俪潆婋姵?02充電。如下面更詳細描述的，電池充電電路103最大化施加到 可再充電電池102的充電電壓。圖2簡要示出電池充電電路103的一部分的實施方式，其示出比較器電路111和 源選擇電路112的一些細節(jié)。比較器電路111包括比較器211和倒相器212。比較器211 的正⑴輸入端子耦合成接收太陽能電池單元電壓VA_g，而比較器211的負㈠輸入端子 耦合成接收電池電壓V%ft。作為結果，如果能大于Vift，則比較器211提供具有邏輯 高狀態(tài)的輸出信號Cl。相反，如果Vicraffi小于Vift，則比較器211提供邏輯低輸出信號Cl。 耦合到比較器211的輸出的倒相器212提供具有與輸出信號Cl的邏輯狀態(tài)相反的邏輯狀 態(tài)的輸出信號CW0 源選擇電路112包括串聯(lián)連接在可再充電電池102和太陽能電池單元101之間的 P溝道晶體管201和202。更具體地，P溝道晶體管201和202的源極分別耦合到可再充電 電池102和太陽能電池單元101。P溝道晶體管201和202的漏極和η型主體區(qū)共同耦合 到節(jié)點SN。節(jié)點Sn進一步耦合到比較器211和倒相器212的電壓供給端子以及P溝道充電 晶體管110的η型主體區(qū)。P溝道晶體管201和202的柵極耦合成分別從比較器電路111 接收輸出信號Cl和Cl#。P溝道充電晶體管110耦合在可再充電電池102和太陽能電池單元101之間。更 具體地，P溝道充電晶體管110的源極耦合成從太陽能電池單元101接收太陽能電池單元 電壓Vicraffi,而P溝道充電晶體管110的漏極耦合成從可再充電電池102接收電池電壓Vi ft。P溝道充電晶體管110的柵極耦合成從比較器電路111接收輸出信號Cl#。在一個實施方式中，電池充電電路103以下列方式操作。當太陽能電池單元101被 暴露給充足的陽光時，太陽能電池單元電壓Vicra^f相對大(例如，大于1.5伏)。此工作 條件在下文中被稱為充電模式。當太陽能電池單元電壓大于池電壓V_時，比較器電 路111所提供的輸出信號Cl和Cl#分別具有邏輯高和邏輯低狀態(tài)。邏輯高輸出信號Cl關 閉P溝道晶體管201。邏輯低輸出信號Cl#開啟P溝道晶體管202和110。開啟P溝道充 電晶體管110使太陽能電池單元101電連接到可再充電電池102。因為太陽能電池單元電 壓V*陽能大于電池電壓V電池，可再充電電池102在這些條件下從太陽能電池單元101充電。 P溝道晶體管110有利地允許全部太陽能電池單元電壓Vicraffi施加可再充電電池(即，Vicra 能=ν Λ)。這表示對使用二極管(或二極管連接的晶體管)來給電池充電的現(xiàn)有技術電池 充電電路的改進，因為這樣的二極管(或二極管連接的晶體管)引入大約0.7伏的電壓降。開啟P溝道晶體管202使太陽能電池單元電壓施加到節(jié)點SN。作為結果，比 較器211和倒相器212由太陽能電池單元電壓Vicraffi供電。比較器211所提供的邏輯高輸出信號Cl因此具有等于太陽能電池單元電壓Vicratg的電壓。此外，P溝道晶體管201-202 和110的主體區(qū)此時被偏壓到太陽能電池單元電壓VA_g。在充電模式期間，用太陽能電池 單元電壓P溝道晶體管201的柵極和主體區(qū)進行偏壓有利地使得通過此關閉的晶 體管的泄漏最小化。當太陽能電池單元101沒有暴露給充足的陽光時，太陽能電池單元電壓Vicraffi將落在電池電壓Vift之下。該操作模式在下文中被稱為非充電模式。當太陽能電池單元電壓V
小于V_時，比較器電路m所提供的輸出信號Cl和C1#分別具有邏輯低和邏輯高狀 態(tài)。邏輯高輸出信號Cl#關閉P溝道晶體管110和202。關閉P溝道充電晶體管110使可 再充電電池102從太陽能電池單元101電子地斷開，從而阻止可再充電電池102通過晶體 管Iio放電。邏輯低輸出信號Cl開啟P溝道晶體管201。開啟P溝道晶體管201使電池電壓V 施加到節(jié)點SN。作為結果，比較器211和倒相器212此時由電池電壓Vw供電。倒相器 212所提供的邏輯高輸出信號(1#因此具有等于電池電壓V—的電壓。此外，P溝道晶體管 201-202和110的主體區(qū)此時被偏壓到電池電壓V%ft。在非充電模式期間，用高電池電壓 Vift對P溝道晶體管202和110的柵極和主體區(qū)進行偏壓有利地使得通過這些關閉的晶體 管的泄漏最小化。注意，節(jié)點Sn上的電壓總是等于太陽能電池單元電壓Vicraffi和池電壓Vift中的較 大者，從而使得通過電池充電電路103中的關閉的P溝道晶體管的泄漏最小化。在一個實 施方式中，系統(tǒng)100中的所有P溝道晶體管的主體區(qū)被節(jié)點Sn上的電壓偏壓，從而進一步 最小化了系統(tǒng)100中的泄漏?，F(xiàn)在返回到圖1，驅(qū)動器電路104包括參考電壓電路121、比較器122-123、時鐘發(fā) 生電路或時鐘發(fā)生器124、開關邏輯125、內(nèi)部電壓選擇邏輯或內(nèi)部電壓選擇電路126以及 開關電路130。開關電路130包括η溝道開關晶體管131和ρ溝道開關晶體管132。在一 個實施方式中，電池充電電路103、驅(qū)動器使能電路105、低電壓禁用電路106、參考電壓電 路121、比較器122-123、時鐘發(fā)生電路124、開關邏輯125、內(nèi)部電壓選擇電路126和開關電 路130都在同一集成電路芯片上制造。在一些實施方式中，電阻器129可由實質(zhì)上恒定的 電流源代替。在另一實施方式中，電阻器129或電流源可與電路150 —起在同一半導體管 芯上形成。驅(qū)動器使能電路105配置成從太陽能電池單元101接收太陽能電池單元電壓N太 mg。在所描述的實施方式中，驅(qū)動器使能電路105是電平探測器，其確定太陽能電池單元 電壓Vicmg是否小于預定的閾值電壓VT1。如果太陽能電池單元電壓大于預定的閾值 電壓Vn，則驅(qū)動器使能電路105使輸出信號ΕΑ#無效到邏輯高狀態(tài)，從而禁用驅(qū)動器電路 104。如果太陽能電池單元電壓低到預定的閾值電壓Vn之下，則驅(qū)動器使能電路105 將輸出信號ΕΑ#觸發(fā)到邏輯低狀態(tài)，從而使能驅(qū)動器電路104。圖3簡要示出驅(qū)動器使能電路105的一部分的實施方式。驅(qū)動器使能電路105包 括P溝道晶體管301、電阻器302和電容器303。當太陽能電池單元電壓Vicraffi大于ρ溝道 晶體管301的閾值電壓Vn時(當太陽能電池單元101被暴露給陽光時此條件成立)，晶體 管301開啟，從而給電容器303充電。在所描述的實施方式中，ρ溝道晶體管301設計成具 有大約0.4伏的閾值電壓VT1。當晶體管301開啟時，使能信號EA#增加到邏輯高電壓。邏輯高使能信號EA#禁用參考電壓電路121、比較器122-123、時鐘發(fā)生電路124和內(nèi)部電壓選擇電路126，從而禁用驅(qū)動器電路104。通過禁用上述電路，在太陽能電池單元101被暴 露給陽光(即，在不驅(qū)動LED 107時的時期期間)時，驅(qū)動器電路104有利地不消耗功率。當太陽能電池單元電壓Vicratg小于ρ溝道體管301的閾值電壓Vn時(當太陽能電 池單元101沒有暴露給陽光時此條件成立)，晶體管301關閉，從而使電容器303通過電阻 器302放電。在這些條件下，使能信號EA#下降到邏輯低電壓(接近于返回109的電壓)。 邏輯低使能信號EA#使能參考電壓電路121、比較器122-123、時鐘發(fā)生電路124和內(nèi)部電 壓選擇電路126，從而使能驅(qū)動器電路104。注意，驅(qū)動器使能電路105只響應于太陽能電 池單元電壓Vicraffi而操作，從而簡化了電路105的設計。低電壓禁用電路106配置成從可再充電電池102接收電池電壓V w。在所描述的 實施方式中，低電壓禁用電路106是電平探測器，類似于驅(qū)動器使能電路105(圖3)，只不 過施加電池電壓V_來代替太陽能電池單元電壓Vicra⑶低電壓禁用電路106確定電池電 壓V 是否小于預定的閾值電壓Vt2。如果電池電壓V小于預定的閾值電壓Vt2，則低電壓 禁用電路106將禁用控制信號DIS#觸發(fā)到邏輯低狀態(tài)。當禁用控制信號DIS#被觸發(fā)到低 時，驅(qū)動器電路104被禁用。以這種方式在電池電壓乂_非常低時禁用驅(qū)動器電路104，防 止了驅(qū)動器電路104從可再充電電池102供電。這防止了可再充電電池102的深度放電， 深度放電可引起對電池的不可逆的損壞(即，電池可能再也不能再充電)。在一個實施方式 中，預定的閾值電壓Vt2被選擇成具有大約0. 7伏的值。注意，如果電池電壓Vift大于預定的閾值電壓Vt2，則低電壓禁用電路106使禁用 控制信號DIS#無效到邏輯高狀態(tài)。當禁用控制信號DIS#被無效到高且使能信號EA#以上 述方式被觸發(fā)到低時，內(nèi)部選擇電壓電路126將提供內(nèi)部供電電壓VDD_INT，其為電池電壓 V 或輸出電壓中的較高者。以上述方式，驅(qū)動器電路104在夜間條件(即，V太_< Vn)期間被使能，只要可再 充電電池102被充電到預定的電壓(即，V電池> VT2)。圖4簡要示出使能/禁用(enable/disable)電路400的一部分的實施方式，其是 可用于代替驅(qū)動器使能電路105和低電壓禁用電路106的可選實施方式。在該實施方式中， 使能/禁用電路400包括以所示方式連接的ρ溝道晶體管401、電阻器402和電容器403。 太陽能電池單元電壓Vicraffi施加到ρ溝道晶體管401的柵極，而電池電壓Vw施加到ρ溝道 晶體管401的源極。當電池電壓V —比太陽能電池單元電壓Vicraffi大的量大于晶體管401的閾值電壓 Vtp時，P溝道晶體管401將開啟。當晶體管401開啟時，電容器403充電，且使能信號EN 增加到邏輯高電壓。在該實施方式中，邏輯高使能信號EN使能參考電壓電路121、比較器 122-123、時鐘發(fā)生電路124和內(nèi)部電壓選擇電路126，從而使能驅(qū)動器電路104。晶體管401的閾值電壓Vtp被選擇成在電池電壓Vift低于預定的電壓電平時阻止 晶體管401開啟，從而防止電池102的深度放電。例如，如果晶體管401的閾值電壓Vtp被 設計為0. 7伏，則晶體管401將被阻止在電池電壓小于0. 7伏時開啟(因為太陽能電池單 元電壓Vicraffi具有零伏的最小電壓)。以這種方式，電路400提供了低電壓放電保護。如果電池電壓乂_是1.2伏(例如，充電的電池102的正常輸出電壓)，則ρ溝道 晶體管401將開啟，只要太陽能電池單元電壓V太陽能小于0. 5伏(即，V電池-V太陽能〉Vtp)。以這種方式，當太陽能電池單元101沒有暴露給充足的陽光時，電路400使能驅(qū)動器電路104。當太陽能電池單元電壓V太陽能加上晶體管401的閾值電壓Vtp大于電池電壓V_ 時(當太陽能電池單元101被暴露給陽光時此條件將成立)，P溝道晶體管401關閉，從而 使電容器403通過電阻器402放電。在這些條件下，使能信號EN#下降到邏輯低電壓。使 能信號EN的邏輯低禁用參考電壓電路121、比較器122-123、時鐘發(fā)生電路124和內(nèi)部電壓 選擇電路126，從而禁用驅(qū)動器電路104。雖然使能/禁用電路400只響應于太陽能電池單元電壓V和電池電壓Vw而 操作，該電路400可代替兩個電路105-106，從而簡化了系統(tǒng)100的設計。當驅(qū)動器電路104最初被使能時，存在于內(nèi)部電壓選擇電路126中的比較器對電池電壓V 與輸出電壓Vf^進行比較，并確定電池電壓V 大于輸出電壓Vf^ (其最初接 近于零伏)。電路126內(nèi)的比較器可為類似于比較器211的另一電路，不過該電路比較的是 V電池與Vf5出。作為響應，內(nèi)部電壓選擇電路126發(fā)送電池電壓V電池作為內(nèi)部供電電壓VDD_ INT。內(nèi)部供電電壓VDD_INT給參考電壓電路121、比較器122-123、時鐘發(fā)生電路124 和開關邏輯125供電。當被使能時，參考電壓電路121產(chǎn)生恒定的參考電壓VKEF。在一個 實施方式中，參考電壓電路121使用可編程浮柵參考來產(chǎn)生參考電壓VKEF。在美國專利 7，245，536和7，149，123中描述了可編程浮柵參考的例子，這兩個專利由此通過引用被并 入。在其它實施方式中，參考電壓電路121可實現(xiàn)帶隙參考以產(chǎn)生參考電壓VKEF。然而，注 意，可編程浮柵參考能夠響應于較低的供電電壓而操作。在所描述的實施方式中，參考電壓 Vkef選擇成相當于期望的反饋電壓Vfb，其當LED 107被以期望的方式驅(qū)動時在電阻器129 兩端形成。參考電壓Vkef被提供到比較器122的正輸入端子。比較器122的負輸入端子耦合 成接收反饋電壓Vfb。最初，參考電壓Vkef大于反饋電壓Vfb (其接近于零伏)，從而使比較器 122向時鐘發(fā)生器124提供邏輯高信號(其最初等于電池電壓Vto)。時鐘發(fā)生器124響應于從比較器122接收的邏輯高信號而被觸發(fā)。當被觸發(fā)時， 時鐘發(fā)生器124產(chǎn)生以預定頻率改變狀態(tài)的輸出時鐘信號CLK。在一個實施方式中，當時鐘 發(fā)生器124被觸發(fā)時，輸出時鐘信號具有大約2MHz的頻率。時鐘信號CLK的信號擺幅由內(nèi) 部供電電壓VDD_INT確定。也就是說，時鐘信號CLK具有在零伏和內(nèi)部供電電壓VDD_INT 之間的信號擺幅。因為內(nèi)部供電電壓VDD_INT最初等于電池電壓Vift，時鐘信號CLK最初 具有在零伏和電池電壓Vift之間的信號擺幅。時鐘發(fā)生器124向開關邏輯125提供時鐘信 號 CLK。開關邏輯125響應于比較器123提供的控制電壓Vc而選擇性地發(fā)送接收到的時鐘 信號CLK。如下面更詳細描述的，控制電壓V。最初具有邏輯高狀態(tài)。在這些條件下，開關邏 輯125將時鐘信號CLK分別作為信號Nsw和Psw發(fā)送到η溝道開關晶體管131和ρ溝道開關 晶體管132的柵極。η溝道開關晶體管131連接在端子141，因而在電感器127和返回109 之間。P溝道開關晶體管132耦合在端子141，因而在電感器127和驅(qū)動器電路104的輸出 端子142之間。電感器端子電壓被標為Vu。在CLK信號的每個周期的第一階段期間，CLK信號具有邏輯高狀態(tài)，使得η溝道開 關晶體管131開啟，而ρ溝道開關晶體管132關閉。在這些條件下，電感器127經(jīng)由開啟的η溝道開關晶體管131所提供的到地的傳導路徑被電池102充電。在CLK信號的每個周期的第二階段期間，CLK信號具有邏輯低狀態(tài)，使得η溝道開關晶體管131關閉，而ρ溝道開關晶體管132開啟，從而允許電感器127通過ρ溝道開關晶 體管132放電到LED 107 (以及電容器128)。當這些充電和放電操作在時鐘信號CLK的連 續(xù)周期期間重復時，輸出電壓Vfl^逐漸增加。注意，當輸出電壓Vfl^增加時，反饋電壓Vfb也 增加。最后，輸出電壓V·被提升到大于電池電壓V_的電壓。存在于內(nèi)部電壓選擇電 路126內(nèi)的比較器比較電池電壓V與輸出電壓Vfl^，并確定輸出電壓Vfl^大于電池電壓V 電池。作為響應，內(nèi)部電壓選擇電路126停止發(fā)送電池電壓Vi池作為內(nèi)部供電電壓VDD_INT， 而開始發(fā)送輸出電壓VfM作為內(nèi)部供電電壓VDD_INT。以這種方式，內(nèi)部電壓選擇電路126 發(fā)送電池電壓V_和輸出電壓V ^中的較高者作為內(nèi)部供電電壓VDD_INT(只要使能控制 信號EA#被觸發(fā)到低，而禁用控制信號DIS#不被觸發(fā)到低)。當輸出電壓Vfl^升高時，內(nèi) 部供電電壓VDD_INT升高，從而使比較器122-123、時鐘發(fā)生電路124和開關邏輯125的輸 出信號的邏輯高狀態(tài)類似地升高。在一個實施方式中，內(nèi)部供電電壓VDD_INT用于使存在 于驅(qū)動器電路104中的ρ溝道晶體管的主體區(qū)偏壓，從而最小化這些晶體管中的泄漏。在所描述的實施方式中，驅(qū)動器電路104作為升壓變換器操作，升壓變換器響應于大約1. 2伏的電池電壓Vift而產(chǎn)生約3. 5到3. 6伏的升壓的輸出電壓Vf_。為了實現(xiàn)此 升壓，CLK信號的所需占空比等于(V_-Vw)/V_，或大約60到66%。(即，每個時鐘周 期的60-66%高，而每個時鐘周期的34-40%低)。當通過LED 107的輸出電流增加時，在電阻器129兩端形成的反饋電壓Vfb也增 力口。電阻器129的電阻被選擇成當期望的驅(qū)動電流提供到LED 107時，反饋電壓Vfb大約 等于參考電壓VKEF。當提供到LED 107的驅(qū)動電流變得高于期望電平時，反饋電壓Vfb則變 得大于參考電壓VKEF。如可看到的，反饋電壓Vfb表示通過LED 107的電流的值。當反饋電 壓Vfb超過參考電壓Vkef時，比較器122所提供的輸出信號轉(zhuǎn)變到邏輯低狀態(tài)。時鐘發(fā)生器 124響應于比較器122所提供的邏輯低輸出信號而被無效。當被無效時，時鐘發(fā)生器124提 供大約等于返回109的電壓(零伏)的邏輯低輸出時鐘信號CLK。在這些條件下，η溝道開 關晶體管131關閉，而ρ溝道開關晶體管132開啟。作為結果，電感器127將通過ρ溝道開 關晶體管132放電。如下面更詳細描述的，當電感器127被完全放電時，ρ溝道開關晶體管 132在比較器123的控制下關閉。此時，輸出電壓V·(因此反饋電壓Vfb)開始衰減。當反饋電壓Vfb變得小于參考電壓Vkef時，比較器122所提供的輸出信號轉(zhuǎn)變回邏 輯高狀態(tài)。作為響應，時鐘發(fā)生器124被重新激活(即，提供在地和內(nèi)部供電電壓VDD_INT 之間周期性地轉(zhuǎn)變的輸出時鐘信號CLK)。在這些條件下，上述電感器127的充電和放電階 段重新開始，從而使輸出電壓Vfl^增加，使得上述周期重復。以這種方式，LED 107以期望 和被控制的方式被驅(qū)動。此外，當反饋電壓Vfb超過參考電壓Vkef時使時鐘發(fā)生器124無效 有利地減小了驅(qū)動器電路104內(nèi)的功率消耗。現(xiàn)在將描述比較器123的操作。比較器123的正⑴輸入端子耦合成接收電感器電壓Vu，而比較器123的負(-)輸入端子耦合成接收輸出電SVf_。作為結果，如果電感 器電壓Vu大于輸出電壓Vf_，比較器123提供具有邏輯高狀態(tài)的輸出信號\。相反，如果 電感器電壓Vu小于輸出電壓Vf_，比較器123提供邏輯低輸出信號\。
如上所述，當時鐘信號CLK具有邏輯低狀態(tài)時，ρ溝道開關晶體管132開啟(而η 溝道開關晶體管131關閉)，從而允許以前充電的電感器127通過ρ溝道開關晶體管132放 電，以驅(qū)動LED 107 (并給電容器128充電)。當電感器127以這種方式放電時，電感器電壓 Vlx將大于輸出電壓Vf_，且比較器123所提供的輸出信號Vc將具有邏輯高狀態(tài)。然而，有可能的是，電感器127可在ρ溝道開關晶體管132保持開啟(即，在時鐘信號CLK轉(zhuǎn)變回邏輯高狀態(tài)之前)時被完全放電。如果電感器127在ρ溝道開關晶體管132 開啟時被完全放電，則電容器128將試圖給電感器127充電，使通過開啟的ρ溝道開關晶體 管132的電荷的流動轉(zhuǎn)向。在這些條件下，輸出電壓Vfl^將變得大于電感器電SVu，且比 較器123所提供的輸出信號V。將具有邏輯低狀態(tài)。開關邏輯125監(jiān)控比較器123的輸出信號\和時鐘信號CLK，以確定當時鐘信號 CLK具有邏輯低狀態(tài)時輸出信號V。是否轉(zhuǎn)變到邏輯低狀態(tài)。如果開關邏輯125確定了當時 鐘信號CLK具有邏輯低狀態(tài)時輸出信號\轉(zhuǎn)變到邏輯低狀態(tài)，則開關邏輯125使開關信號 Psw無效到邏輯高狀態(tài)，從而關閉P溝道開關晶體管132。以這種方式關閉ρ溝道開關晶體 管132阻止電荷通過ρ溝道開關晶體管132從電容器128流回電感器127中。當時鐘信號 CLK轉(zhuǎn)變到邏輯高狀態(tài)時，開關邏輯125再次發(fā)送時鐘信號CLK作為開關信號Psw和Nsw。以 這種方式控制P溝道開關晶體管132有利地增加了驅(qū)動器電路104的效率。圖5示出在半導體管芯156上形成的半導體器件或集成電路155的實施方式的一 部分的放大平面圖。控制電路150在管芯156上形成。管芯156還可包括在圖5中為制圖 簡單而沒有示出的其它電路?？刂齐娐?50和器件或集成電路155通過半導體制造技術在 管芯156上形成，這些技術對本領域的技術人員來講是公知的。在一個實施方式中，電路 150在半導體基底上形成為具有6個外部引線的集成電路。在另一實施方式中，電路150在 半導體基底上形成為具有8個外部引線的集成電路。雖然結合幾個實施方式描述了本發(fā)明，但應理解，本發(fā)明不限于所公開的實施方 式，而是能夠進行各種更改，這對本領域的普通技術人員很明顯。因此，本發(fā)明僅由下列權 利要求限制。
權利要求
一種控制電路，包括電池充電電路，其耦合成接收來自太陽能電池單元的太陽能電池單元電壓和來自可再充電電池的電池電壓，其中所述電池充電電路配置成當所述太陽能電池單元電壓大于所述電池電壓時從所述太陽能電池單元給所述可再充電電池充電；驅(qū)動器電路，其耦合成從所述可再充電電池接收所述電池電壓；以及驅(qū)動器使能電路，其響應于所述太陽能電池單元電壓變得小于第一電壓而完全使能所述驅(qū)動器電路。
2.如權利要求1所述的電路，還包括低電壓禁用電路，該低電壓禁用電路響應于所述 電池電壓變得小于第二電壓而完全禁用所述驅(qū)動器電路。
3.如權利要求2所述的電路，其中所述低電壓禁用電路包括耦合成接收所述電池電壓 的晶體管，所述晶體管具有對應于所述第二電壓的閾值電壓。
4.如權利要求1所述的電路，還包括所述驅(qū)動器電路的輸出端子，該輸出端子配置成 耦合到光源，其中所述驅(qū)動器電路當被使能時將輸出電流驅(qū)動到所述輸出端子，從而在所 述輸出端子上形成輸出電壓，且其中所述驅(qū)動器電路包括耦合成接收所述電池電壓和所述 輸出電壓的比較器，所述比較器配置成當所述驅(qū)動器電路被使能時將所述驅(qū)動器電路的供 電電壓選擇為所述電池電壓或所述輸出電壓中的較大者。
5.如權利要求1所述的電路，其中所述電池充電電路包括 充電晶體管；比較器電路；第一開關晶體管，其具有配置成耦合到所述太陽能電池單元的源極、耦合到所述充電 晶體管的主體區(qū)的漏極和主體區(qū)、以及耦合到所述比較器電路的輸出端子的柵極；以及第二開關晶體管，其具有配置成耦合到所述可再充電電池的源極、耦合到所述充電晶 體管的主體區(qū)的漏極和主體區(qū)、以及耦合到所述比較器電路的輸出端子的柵極。
6.一種形成燈控制電路的方法，包括以下步驟將所述燈控制電路配置成從太陽能電池單元接收太陽能電壓； 將所述燈控制電路配置成從電池接收電池電壓；將所述燈控制電路配置成監(jiān)控所述太陽能電壓并監(jiān)控所述電池電壓；以及 將所述燈控制電路配置成響應于所述太陽能電壓大于所述電池電壓而將所述太陽能 電池單元耦合到所述電池以給所述電池充電。
7.如權利要求6所述的方法，其中將所述燈控制電路配置成將所述太陽能電池單元耦 合到所述電池的步驟包括將充電晶體管耦合到所述太陽能電池單元和所述電池。
8.如權利要求7所述的方法，其中將所述燈控制電路配置成將所述太陽能電池單元耦 合到所述電池的步驟包括將所述燈控制電路配置成響應于所述太陽能電壓超過所述電池 電壓而開啟所述充電晶體管并以所述太陽能電壓對所述充電晶體管的主體區(qū)進行偏壓，以 及響應于所述太陽能電壓小于所述電池電壓而關閉所述充電晶體管并以所述電池電壓對 所述充電晶體管的主體區(qū)進行偏壓。
9.一種形成燈控制電路的方法，包括以下步驟將所述燈控制電路的第一端子配置成耦合到電感器； 將所述燈控制電路的第二端子配置成耦合到電池以接收電池電壓；將所述燈控制電路的第三端子配置成從太陽能電池單元接收太陽能電壓； 將所述燈控制電路的輸出端子配置成耦合到光源并向所述光源提供電流； 將開關電路耦合在所述第一端子和所述輸出端子之間；以及將驅(qū)動器電路配置成控制所述開關電路并在所述輸出端子上的電壓大于所述第一端 子上的電壓時觸發(fā)控制信號，其中所述驅(qū)動器電路響應于觸發(fā)所述控制信號而將所述輸出 端子從所述第一端子去耦。
10.如權利要求9所述的方法，還包括使能電路，所述使能電路包括具有第一閾值電壓 的晶體管，其中所述使能電路響應于所述電池電壓超過所述太陽能電壓至少所述第一閾值 電壓而使能所述驅(qū)動器電路，以及其中所述使能電路響應于所述電池電壓不超過所述太陽 能電壓至少所述第一閾值電壓而禁用所述驅(qū)動器電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及形成控制電路的方法和器件。在一個實施方式中，控制電路包括比較器電路，比較器電路比較太陽能電池單元電壓與電池電壓，且如果太陽能電池單元電壓大于電池電壓，則響應性地觸發(fā)充電控制信號。如果太陽能電池單元電壓不大于電池電壓，比較器電路使充電控制信號無效。
文檔編號H05B37/02GK101800435SQ20091026562
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權日2009年2月9日
發(fā)明者A-O·彼得羅亞農(nóng), G·C·昂古倫賽 申請人:半導體元件工業(yè)有限責任公司