CN101109970A

CN101109970A - 电流源装置

Info

Publication number: CN101109970A
Application number: CNA2006101056353A
Authority: CN
Inventors: 谢景志
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: Qisda Corp
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2026-07-17
Also published as: CN100549897C

Abstract

一种电流源装置包括一电流驱动装置、一电压位移装置以及一稳压装置。该电流驱动装置包括一电流产生器以及一第一电阻器。该电流产生器与该第一电阻器串接于一第一节点。该电流产生器具有一控制端并且产生一输出电流以供一负载使用。该电压位移装置耦接于该第一节点与一第二节点之间，用以在该第二节点与该第一节点间产生一额定压降。该稳压装置的一输入端与一输出端分别耦接该第二节点与该控制端。该稳压装置藉由调整该控制端的电压，维持该第二节点的电压为一第一电压电平。

Description

电流源装置

技术领域

本发明涉及一种电流源装置，特别是涉及一种可控制大电流源，用以提供大电流给大功率电子装置，该种可控制大电流源的输出电流可为脉冲型式，并且该输出电流的大小可依使用者需要调整。

背景技术

图1为一种常用电流源装置100，可产生定值电流，其中使用一TLV431稳压芯片102作为稳压装置、一晶体管104作为电流产生器。TLV431稳压芯片102将端点106的电压维持在一第一电压电平V_ref，因此流经第一电阻器R₁的电流I₁为定值，I₁＝V_ref/R₁。晶体管104的集电极电流近似发射极电流，并且TLV431稳压芯片102的参考输入端(耦接端点106)阻抗极大，所以输出电流I_o近似I₁，I_o≈I₁＝V_ref/R₁。若输出电流I_o偏离V_ref/R₁，端点106的电压会偏离第一电压电平V_ref。TLV431稳压芯片102在检测到端点106偏离第一电压电平V_ref时会调整电流产生器的控制端110(即晶体管104的基极)电压。晶体管104所产生的输出电流I_o会随着该控制端110电压改变，进而改变端点106的电压，使端点106的电压维持在第一电压电平V_ref，同时输出电流I_o等于V_ref/R₁。

但是电流源装置100仅能用来产生较小的定值电流。举例说明，TLV431稳压芯片102的第一电压电平大部分为1.24伏特，若希望提供较大的输出电流I_o(例如1安培)给负载108，则第一电阻器R₁必须为1.24欧姆，第一电阻器R₁所消耗的功率会达到1.24瓦特(P＝I*V＝1A*1.24V＝1.24W)。对电流源装置100而言，第一电阻器R₁所消耗的功率过高。因此电流源装置100通常仅用来产生500毫安以下的输出电流I_o，并不适合用来驱动需要大电流的装置，例如直流马达、功率发光二极管、或热产生器...等。

发明内容

本发明提出一种新的电流源装置，用以提供大电流给负载。此外，此种电流源装置不但可以产生不同大小的输出电流，还可以产生脉冲式输出电流给负载使用。

此种电流源装置包括一电流驱动装置、一电压位移装置、以及一稳压装置。该电流驱动装置包括一电流产生器以及一第一电阻器。该电流产生器与该第一电阻器串接于一第一节点。该电流产生器具有一控制端并且产生一输出电流以供一负载使用。该电压位移装置耦接于该第一节点与一第二节点之间，用以在该第二节点与该第一节点间产生一额定压降。该稳压装置的一输入端与一输出端分别耦接该第二节点与该控制端。该稳压装置藉由调整该控制端的电压，维持该第二节点的电压为一第一电压电平。

该电压位移装置可包括一定电流源以及一第二电阻器。该第二电阻器耦接于该第一与第二节点之间。该定电流源的定电流流经该第二电阻器以产生固定压降。该输出电流为定电流。该稳压装置可包括一稳压芯片。该稳压芯片的参考输入端与阴极分别耦接该第二节点与该控制端。该电压位移装置的另一种实施方式还包括一第三电阻器以及一可变电压源。该第二电阻器耦接于该第一与第二节点之间。该定电流源的定电流流经该第二电阻器。该第三电阻器耦接于该可变电压源与该第二节点之间。该额定压降会随着该可变电压源改变。该可变电压源的输出电压愈大，则该输出电流愈小。该电压位移装置的另一种实施方式包括一第二电阻器、一第三电阻器、以及一可变电压源。该第二电阻器耦接于该第二节点与该第一节点之间。该第三电阻器耦接于该可变电压源与该第二节点之间。该额定压降会随着该可变电压源改变。该可变电压源的输出电压愈大，则该输出电流愈小。

此种电流源装置还可包括一电流源开关装置。该电流源开关装置耦接该控制端，并且藉由将该控制端耦接至一第二电压电平关闭该电流源装置。该电流源开关装置可间歇地耦接该控制端至该第二电压电平，使该输出电流为脉冲式电流。该电流源开关装置可包括一脉冲电压源以及一开关。若该脉冲电压源为一第一电平，该开关会将该控制端耦接至该第二电压电平，以关闭该电流源装置。若该脉冲电压源为一第二电平，该开关不再耦接该控制端至该第二电压电平，该电流源装置可正常提供该输出电流。该开关可包括一第四电阻器、一第五电阻器、以及一晶体管。该第四电阻器耦接于该脉冲电压源与该晶体管的基极之间。该第五电阻器并接于该晶体管的基极与发射极之间。该晶体管的集电极与发射极分别耦接该控制端与该第二电压电平。

此种电流源装置还可包括至少一个二极管以及一第六电阻器。该二极管的阳极与阴极分别耦接该稳压装置的输出端与该控制端。该第六电阻器耦接该二极管的阴极并且接地。该二极管所提供的压降用以确保该稳压装置处于正常的稳压功能。该电流产生器可为一晶体管，亦可为一达灵顿电路。

附图说明

图1为一种常用电流源装置100；

图2为本发明所提出的电流源装置200；

图3为本发明所提出的电流源装置300；

图4为本发明所提出的电流源装置400；

图5为本发明所提出的电流源装置500；

图6为本发明所提出的电流源装置600；

图7为本发明所提出的电流源装置700。

附图符号说明

100～常用电流源装置；

102、IC1～TLV431稳压芯片；

104～作为电流产生器的晶体管；

106～端点；

108～负载；

110～控制端；

I_o～输出电流；

200、300、400、500、600、700～本发明的电流源装置；

202～电流驱动装置；

204、304、404～电压位移装置；

206～稳压装置；

208、708～电流产生器；

210、310、410～第一节点；

212、512、612～控制端；

214～负载；

216～第二节点；

518～电流源开关装置；

520～开关；

622～TLV431稳压芯片的阴极；

R₁-R₆～电阻；

Q₁～晶体管；

I_G～定电流源；

S_v～可变电压源；

S_p～脉冲电压源。

具体实施方式

图2为本发明所提出的电流源装置200，其中包括一第一节点210、一第二节点216、一电流驱动装置202、一电压位移装置204以及一稳压装置206。电流驱动装置202包括一电流产生器208(此例以一晶体管Q₁实现该电流产生器)以及一第一电阻器R₁。电流产生器208与第一电阻器R₁串接于一第一节点210。晶体管Q₁根据一控制端(即晶体管Q₁的基极)212与第一节点210(即晶体管Q₁的发射极)的电压差产生一输出电流I_o以供一负载214使用。电压位移装置204耦接于第一节点210与一第二节点216之间，用以在第二节点216与第一节点210间产生一额定压降，使第一节点210的电压小于该第二节点的电压。此例以一TLV431稳压芯片IC 1实现稳压装置206。TLV431稳压芯片IC1亦可被其它具有同样功能的芯片(如：TS431(ST)，LMV431(NS)，RC431A(Fairchild)，APL431L(ANPEC)，AT431(Aimtron)，CAT431L(Catalyst)...等)或装置代替。TLV431稳压芯片IC1的参考输入端与阴极分别耦接第二节点216与控制端212。若第二节点216的电压偏离一第一电压电平V_ref，TLV431稳压芯片IC1会调整控制端212的电压以改变输出电流I_o，进而改变第一节点210的电压，以维持第二节点216的电压于第一电压电平V_ref。电压位移装置204包括一定电流源I_G以及一第二电阻器R₂。第二电阻器R₂耦接于第一与第二节点(210与216)之间。使用者可根据需要，设计定电流源I_G与第二电阻器R₂的大小。定电流源I_G会在第二电阻器R₂上产生固定压降V_R2(I_C)，故第一节点210的电压会被维持在固定值V_ref-V_R2(I_G)，输出电流I_o为定电流。若TLV431稳压芯片IC1的第一电压电平V_ref为1.24伏特，输出电流I_o为1安培，I_G为0.94mA，R₂为1K欧姆，该额定压降为0.94V，则第一节点210的电压为0.3V，第一电阻器R₁仅须为0.3欧姆，第一电阻器R₁所消耗的功率仅为0.3瓦特(P＝I*V＝1A*0.3V＝0.3W)。与电流源装置100相比较，电流源装置200的第一电阻器R₁的电阻值与所消耗的功率均降低许多，所以本发明的电流源装置相当适合用来提供大电流源。任何可使第一节点210的电压小于第一电压电平V_ref，并且可降低第一电阻器R₁所消耗的功率的装置，皆可用来实现电压位移装置204。

图3为本发明所提出的电流源装置300的实施例。图3与图2的不同处在于电压位移装置304。电压位移装置304包括一第二电阻器R₂、一定电流源I_G、一第三电阻器R₃、以及一可变电压源S_v。定电流源I_G在第二电阻器R₂上会产生固定压降V_R2(I_G)。流经第三电阻器R₃的电流I_v为(S_v-V_ref)/R₃。I_v在第二电阻器R₂上所产生的压降为V_R2(I_v)，V_R2(I_v)的大小会随着可变电压源S_v改变，所以该额定压降(V_R2(I_G)+V_R2(I_v))会随着可变电压源S_v改变，第一节点310的电压亦会随着可变电压源S_v改变。当该可变电压源S_v的输出电压大于该第一电压电平V_ref时，V_R2(I_v)为正，该额定压降(V_R2(I_G)+V_R2(I_v))大于该固定压降V_R2(I_G)。当该可变电压源S_v的输出电压小于该第一电压电平V_ref时，V_R2(I_v)为负，该额定压降(V_R2(I_G)+V_R2(I_v))小于该固定压降V_R2(I_G)。可藉由改变可变电压源S_v的输出电压改变输出电流I_o。可变电压源S_v的输出电压愈大，则输出电流I_o愈小。第一节点310的电压为V_ref-(V_R2(I_G)+V_R2(I_v))。在可变电压源S_v的输出电压小于该第一电压电平V_ref时，电流I_v若过大，第一节点310的电压V_ref-(V_R2(I_G)+V_R2(I_v))有可能会大于第二节点的电压V_ref。在本发明一实施例中，第三电阻器R₃远大于第二电阻器R₂(通常为10倍)，以防止第一节点310的电压大于V_ref。

图4为本发明所提供的电流源装置400的实施例。图4与图3不同之处仅在电压位移装置404。电压位移装置404包括一第二电阻器R₂、一第三电阻器R₃、以及一可变电压源S_v。流经第三电阻器R₃的电流I_v为(S_v-V_ref/R₃。I_v在第二电阻器R₂上所产生的压降为V_R2(I_v)(即该额定压降)，V_R2(I_v)的大小会随着可变电压源S_v改变，所以第一节点410的电压亦会随着可变电压源S_v改变。当该可变电压源S_v大于该第一电压电平V_ref时，该第一节点410的电压小于该第二节点的电压。当该可变电压源S_v小于该第一电压电平V_ref时，该第一节点的电压大于该第二节点的电压。因此，可藉由改变可变电压源S_v的输出电压改变输出电流I_o。可变电压源S_v的输出电压愈大，则输出电流I_o愈小。

图5为本发明所提出的电流源装置500的实施例。与图2相较，电流源装置500还包括一电流源开关装置518。电流源开关装置518耦接控制端512，可将控制端512耦接至一第二电压电平(此例为接地)，以关闭晶体管Q₁，使输出电流I_o为零、电流源装置500关闭。电流源开关装置518可间歇地将控制端512接地，使输出电流I_o为脉冲式电流。电流源开关装置518包括一脉冲电压源S_p以及一开关520。开关520包括一第四电阻器R₄、一第五电阻器R₅、以及一晶体管Q₂。第四电阻器R₄耦接于脉冲电压源S_p与晶体管Q₂的基极之间。第五电阻器R₅并接于晶体管Q₂的基极与发射极之间。晶体管Q₂的集电极与发射极分别耦接控制端512与地端。若脉冲电压源S_p为一第一电平(高电压电平)，晶体管Q₂会导通并且将控制端512接地，以关闭电流源装置500。若脉冲电压源S_p为一第二电平(低电压电平)，晶体管Q₂不导通，电流源装置500可正常提供输出电流I_o。电流源装置300、400亦可加装电流源开关装置518，以提供脉冲式输出电流。电流源开关装置518可被使用在本发明的电流源装置的任何变形中。任何将电流源开关装置518耦接在电流产生器的控制端上，以达到启动/关闭电流源装置、或产生脉冲式输出电流等目的的装置，皆属于本发明所欲保护的范围。

TLV431稳压芯片IC 1的阴极与阳极的压降必须大于等于IC1的一最小工作电压(minimum operate voltage)，方能使TLV431稳压芯片IC1正常运作。图6为本发明所提出的电流源装置600的实施例，用以确保TLV431稳压芯片IC1可正常运作。与电流源装置200相比较，电流源装置600还包括至少一个二极管D₁以及一第六电阻器R₆。二极管D₁的阳极与阴极分别耦接TLV431稳压芯片IC1的阴极622与控制端612。当晶体管Q₁导通时，二极管D₁所提供的压降、Q₁的基极与栅极的压降与R₁的压降之和须大于等于该最小工作电压，以确保TLV431稳压芯片IC1处于正常的稳压功能。在本发明其它电流源装置的实施例中，皆可以利用图6所描述的技术确保其稳压装置正常运作。

图7为本发明所提出的电流源装置700的实施例。与电流源装置200相较，电流源700使用的电流产生器708为一达灵顿电路。本发明所提出的电流源装置的电流产生器皆可以图7所示的达灵顿电路、或任何具有相同功能的装置代替。

本说明书所介绍的实施例是用来帮助了解本发明，而非用来限制本发明的范围。任何基于本说明书的权利要求所发展出来的技术或产品，皆属于本说明书所欲保护的范畴。

Claims

1.一种电流源装置，包括：

一第一节点与一第二节点；

一电流驱动装置，包括一电流产生器以及一第一电阻器，该电流产生器与该第一电阻器串接于该第一节点，该电流产生器具有一控制端并且产生一输出电流以供一负载使用；

一电压位移装置，耦接于该第一节点与该第二节点之间，用以在该第二节点与该第一节点间产生一额定压降；以及

一稳压装置，该稳压装置具有一输入端与一输出端分别耦接该第二节点与该控制端，该稳压装置会调整该控制端的电压以维持该第二节点的电压为一第一电压电平。

2.如权利要求1所述的电流源装置，其中该电压位移装置包括一定电流源以及一第二电阻器，该第二电阻器耦接于该第一与第二节点之间，该定电流源的定电流流经该第二电阻器以产生一固定压降，其中该第一节点的电压小于该第二节点的电压。

3.如权利要求2所述的电流源装置，其中该电压位移装置还包括一第三电阻器以及一可变电压源，该第三电阻器耦接于该可变电压源与该第二节点之间，该额定压降会随着该可变电压源改变，该可变电压源的输出电压愈大，则该输出电流愈小。

4.如权利要求3所述的电流源装置，其中当该可变电压源的输出电压大于该第一电压电平时，该额定压降大于该固定压降。

5.如权利要求3所述的电流源装置，其中当该可变电压源的输出电压小于该第一电压电平时，该额定压降小于该固定压降。

6.如权利要求3所述的电流源装置，其中该第三电阻器的电阻值大于该第二电阻器的电阻值。

7.如权利要求1所述的电流源装置，其中该稳压装置包括一稳压芯片，该稳压芯片的参考输入端与阴极分别耦接该第二节点与该控制端。

8.如权利要求1所述的电流源装置，其中该电压位移装置包括一第二电阻器、一第三电阻器、以及一可变电压源，该第二电阻器耦接于该第二节点与该第一节点之间，该第三电阻器耦接于该可变电压源与该第二节点之间，该额定压降会随着该可变电压源改变，该可变电压源的输出电压愈大，则该输出电流愈小。

9.如权利要求8所述的电流源装置，其中当该可变电压源的电压大于该第一电压电平时，该第一节点的电压小于该第二节点的电压。

10.如权利要求8所述的电流源装置，其中当该可变电压源的电压小于该第一电压电平时，该第一节点的电压大于该第二节点的电压。

11.如权利要求1所述的电流源装置，还包括一电流源开关装置，耦接该控制端，藉由将该控制端耦接至一第二电压电平，该电流源开关装置关闭该电流源装置。

12.如权利要求11所述的电流源装置，其中该电流源开关装置可间歇地耦接该控制端至该第二电压电平，使该输出电流为脉冲式电流。

13.如权利要求12所述的电流源装置，其中该电流源开关装置包括一脉冲电压源以及一开关，其中，若该脉冲电压源为一第一电平，该开关会将该控制端耦接至该第二电压电平，以关闭该电流源装置；若该脉冲电压源为一第二电平，该开关不再耦接该控制端至该第二电压电平，该电流源装置可正常提供该输出电流。

14.如权利要求13所述的电流源装置，其中该开关包括一第四电阻器、一第五电阻器、以及一晶体管，该第四电阻器耦接于该脉冲电压源与该晶体管的基极之间，该第五电阻器并接于该晶体管的基极与发射极之间，该晶体管的集电极与发射极分别耦接该控制端与该第二电压电平。

15.如权利要求1所述的电流源装置，还包括至少一个二极管以及一第六电阻器，该二极管的阳极与阴极分别耦接该稳压装置的输出端与该控制端，该第六电阻器耦接该二极管的阴极并且接地，该二极管所提供的压降用以确保该稳压装置处于正常的稳压功能。

16.如权利要求1所述的电流源装置，其中该电流产生器为一达灵顿电路。