CN101394700A - 具有电流感测回路的定电流调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种具有电流感测回路的定电流调节电路，在定电流调节电路中包括有一电流感测回路，连接于该定电流调节电路的开关单元，用以检测通过开关单元的电流状况，并产生一与通过该开关单元的电流大小呈比例关的感测电流，该感测电流经一感测电阻后产生一感测电压。一差动放大电路依据一设定电压与接收到的感测电压，而产生一误差电压至一脉宽调变控制器，再由该脉宽调变控制器经一栅极驱动电路控制该开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于该输出电压端的负载。

Description

具有电流感测回路的定电流调节电路

技术领域

本发明关于一种具有电流感测回路的定电流调节电路，特别是关于一种具有电流感测回路的定电流调节电路，用以供应一恒定电流至一负载。

背景技术

LED(发光二极管)元件经常被用来作为照明、背光源的提供。依据不同的应用，有各种不同色彩或功率值的LED元件。无论何种型态的LED元件，一般都在定电流(Constant Current)驱动下才会产生最佳的电性能。业者在设计LED元件的电源供应电路时，莫不以能够提供恒定的电流输出的目标而设计。故一般是以定电流调节电路(Constant Current Regulator)来提供负载所需的工作电源。而在负载中的各个LED元件的连接型态，只有将所有的LED元件串联连接才可以确保流过每个LED元件的电流完全相同。

在各种类型的定电流调节电路设计中，可概分为降压型定电流调节电路(Buck Type Constant Current Regulator)及升压型定电流调节电路(Boost TypeConstant Current Regulator)。

图1显示一传统降压型定电流调节电路的控制电路图。在现有的降压型定电流调节电路1a中包括一第一开关单元SW1、一第二开关单元SW2，其中第一开关单元SW1的漏极连接于一输入电压Vin，源极是经由一串联的电感元件L连接至一输出电压端Vo。第二开关单元SW2的漏极是连接至电感元件L与第一开关单元SW1的源极间的节点，而其源极连接至接地电位。输入电压Vin并联连接有一输入电容Cin。

第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的栅极是连接于一栅极驱动电路11。一脉宽调变控制器12(PWM Controller)可经由该栅极驱动电路11而控制第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的开关动作。

一负载2由数个串联连接的LED元件所组成，连接于输出电压端Vo。负载2的正极端是连接于输出电压端Vo，负端则串联一感测电阻Rs之后接地。当负载2流过一负载电流IL时，会在负载2的负极端与感测电阻Rs的连接节点产生一反馈电压Vfb。

反馈电压Vfb会被送至一差动放大电路13的反馈电压输入端，而一基准电压Vref则会送至差动放大电路13的基准电压输入端。差动放大电路13的误差信号输出端连接至一由电阻Rc及一电容Cc所组成的RC电路，也连接至脉宽调变控制器12。差动放大电路13依据该基准电压Vref与反馈电压Vfb的差异值而由误差信号输出端产生一误差电压Ve至该RC电路及脉宽调变控制器12。

在前述的电路设计中，感测电阻Rs是串联连接于负载电流IL通过的大电流回路中。故当负载电流IL大时，感测电阻Rs会消耗大功率。

图2显示另一种传统降压型定电流调节电路的控制电路图。在此一现有的降压型定电流调节电路1b中包括一第一开关单元SW1、一第二开关单元SW2、一电感元件L、一栅极驱动电路11、一脉宽调变控制器12、一比较器14、一感测电阻Rs、一基准电压单元15。感测电阻Rs是串联于输入电压Vin与第一开关单元SW1的漏极之间。基准电压单元15可供应一基准电压Vref予比较器14的其中一基准电压输入端。负载2由数个串联连接的LED元件所组成，其一端连接于输出电压端Vo，另一端接地。此一电路中，感测电阻Rs亦是串联连接于负载电流IL通过的大电流回路中。

图3显示传统升压型定电流调节电路的控制电路图。在升压型定电流调节电路1c中包括一第一开关单元SW1、一第二开关单元SW2，其中第一开关单元SW1的漏极经由一电感元件L连接于输入电压Vin，源极是接地。第二开关单元SW2的漏极是连接至电感元件L与第一开关单元SW1的漏极间的节点，而其源极连接至输出电压端Vo。输出电压端Vo并联连接有一输出电容Co。

第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的栅极是连接于一栅极驱动电路11。一脉宽调变控制器12可经由该栅极驱动电路11而控制第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的开关动作。

一负载2由数个串联连接的LED元件所组成，连接于输出电压端Vo。负载2的正极端是连接于输出电压端Vo，负极端则串联一感测电阻Rs之后接地。当负载2流过一负载电流IL时，会在负载2的负极端与感测电阻Rs的连接节点产生一反馈电压Vfb。

反馈电压Vfb会被送至一差动放大电路13的反馈电压输入端，而一基准电压Vref则会送至差动放大电路13的基准电压输入端。差动放大电路13的一误差信号输出端连接至一由电阻Rc及一电容Cc所组成的RC电路，也连接至脉宽调变控制器12。差动放大电路13依据该基准电压Vref与反馈电压Vfb的差异值而由误差信号输出端产生一误差电压Ve至该RC电路及脉宽调变控制器12的误差信号输入端。

在前述的电路设计中，感测电阻Rs是串联连接于负载电流IL通过的大电流回路中。故当负载电流IL大时，即使感测电阻Rs很小，感测电阻Rs的功率消耗仍大。

图4显示另一种传统升压型定电流调节电路的控制电路图。在降压型定电流调节电路1d中包括一第一开关单元SW1、一第二开关单元SW2、一电感元件L、一栅极驱动电路11、一脉宽调变控制器12、一比较器14、一基准电压单元15、一感测电阻Rs。感测电阻Rs是串联连接于第一开关单元SW1的源极与接地之间。负载2由数个串联连接的LED元件所组成，其一端连接于输出电压端Vo，另一端接地。基准电压单元15可供应一基准电压Vref予比较器14的其中一基准电压输入端。感测电阻Rs仍是串联连接在第一开关单元SW1的大电流回路中。故当通过第一开关单元SW1的电流大时，即使感测电阻Rs很小，感测电阻Rs的功率消耗仍很大。

前述的四种现有定电流调节电路中，其电路的设计都是将感测电阻串联连接于控制电路中的大电流回路中。故即使感测电阻Rs很小，感测电阻两端的压降仍很大，亦即感测电阻消耗大功率。

除了上述不同的定电流调节电路的设计之外，在先前专利中亦有其它诉求功能的电路设计。例如美国专利号第7135825号专利案中，其揭露一种LED元件驱动电路，其亦是在LED元件负载回路中串联连接一感测电阻，以产生反馈电压。电源供应电路中，由于感测电阻是串联连接于负载中，故当流过负载的电流大时，即使感测电阻的阻值很小，但在该感测电阻所产生的功率消耗仍很大。又如美国专利号第6980181号专利案中，其揭露一种LED元件的驱动电路，其是在开关电路的回路中串联连接一感测电阻，以产生反馈电压至误差放大器。开关电路的回路同样是属于大电流的回路，故在感测电阻所产生的功率消耗仍很大。

发明内容

因此，鉴于现有技术所存在的问题，本发明的主要目的即是提供一种不需在大电流回路中连接感测电阻的电流反馈式定电流调节电路，通过感测通过负载的电流状况产生反馈信号，据以调节供应一恒定电流至负载。

本发明提供一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：一开关单元，其第一端连接于一输入电压，而第二端经由一电感元件连接至一输出电压端；一栅极驱动电路，连接于所述的开关单元的栅极；一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；一电流感测回路，连接于所述的开关单元，用以检测通过所述的开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的感测电阻，用以接收所述的感测电压；其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经一栅极驱动电路产生一开关控制信号控制所述的开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

本发明还提供一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：一开关单元，其第一端经由一电感元件连接于一输入电压，且经由一二极管连接于一输出电压端，而第二端接地；一栅极驱动电路，连接于所述的开关单元的栅极；一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；一电流感测回路，连接于所述的开关单元，用以检测通过开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的感测电阻，用以接收所述的感测电压；其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经一栅极驱动电路产生一开关控制信号控制所述的开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

本发明还提供一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：一第一开关单元，其第一端经由一电感元件连接于一输入电压，而其第二端接地；一第二开关单元，其第一端连接至所述的第一开关单元的第一端，而第二端连接至输出电压端；一栅极驱动电路，连接于所述的第一开关单元与第二开关单元的栅极，分别经由一第一开关控制信号与第二开关控制信号控制所述的第一开关单元与第二开关单元；一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；一电流感测回路，连接于所述的第一开关单元及第二开关单元，用以检测通过所述的第二开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的第二开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；一半周补偿电路，连接于所述的电流感测回路的感测电阻，用以接收所述的感测电阻产生的感测电压并产生一经半波补偿的感测电压；一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的半周补偿电路，用以接收所述的经半波补偿的感测电压；其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的经半波补偿的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经所述的栅极驱动电路产生一第一开关控制信号及一第二开关控制信号分别控制所述的第一开关单元与第二开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

本发明还提供一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：一第一开关单元，其第一端经由一电感元件连接于一输入电压，而其第二端接地；一第二开关单元，其第一端连接至所述的第一开关单元的第一端，而第二端连接至输出电压端；一栅极驱动电路，连接于所述的第一开关单元与第二开关单元的栅极，分别经由一第一开关控制信号与第二开关控制信号控制所述的第一开关单元与第二开关单元；一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；一电流感测回路，连接于所述的第一开关单元及第二开关单元，用以检测通过所述的第一开关单元及第二开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的第一开关单元及第二开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的感测电阻；其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经所述的栅极驱动电路产生一第一开关控制信号及一第二开关控制信号分别控制所述的第一开关单元与第二开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

本发明的另一目的是提供一种具有电流感测回路的定电流调节电路，其电流感测回路连接于定电流调节电路的开关单元，用以检测通过开关单元的电流状况，并产生一与通过该开关单元的电流大小呈比例关的感测电流，再据以控制该开关单元的开关动作。

本发明的另一目的是提供一种特别适合用于供应串联LED阵列的定电流电源供应电路。在该串联LED阵列的负载回路中不须连接感测电阻。

相较于现有技术，本发明运用了电流感测回路技术结合于定电流调节电路中，可产生一与通过该开关单元或负载电流大小呈比例关系的感测电流，可据以控制供应至负载的电流大小。由于不须要在负载回路中连接感测电阻，故不会如现有技术在负载回路中产生大感测电阻有大功率消耗的问题。再者，由于本发明中的感测电阻结合于电流感测回路中的电流镜的电路中，故感测电阻不受限于阻值大小，与现有技术中需限采用小电阻值的电阻有更大的设计弹性。

附图说明

图1显示一传统降压型定电流调节电路的控制电路图。

图2显示另一种传统降压型定电流调节电路的控制电路图。

图3显示一传统升压型定电流调节电路的控制电路图。

图4显示另一种传统升压型定电流调节电路的控制电路图。

图5显示本发明的第一实施例控制电路图。

图6显示图5中电流设定电路的进一步控制电路图。

图7显示图5中电流感测电路与半周补偿电路的进一步控制电路图。

图8显示图5中各相关节点的信号波形图。

图9显示本发明的第二实施例控制电路图。

图10显示图9中电流感测电路与半周补偿电路的进一步控制电路图。

图11显示图9中各相关节点的信号波形图。

图12显示本发明的第三实施例控制电路图。

图13显示图12中电流感测电路与半周补偿电路的进一步控制电路图。

图14显示图12中各相关节点的信号波形图。

图15显示本发明的第四实施例控制电路图。

图16显示图15中电流感测电路与半周补偿电路的进一步控制电路图。

图17显示图15中各相关节点的信号波形图。

附图标号：

1a         现有降压型定电流调节电路

1b         现有降压型定电流调节电路

1c         现有升压型定电流调节电路

1d         现有降压型定电流调节电路

11         栅极驱动电路

12         脉宽调变控制器

13         差动放大电路

14         比较器

15         基准电压单元

2  负载

3、3a、3b、3c 定电流调节电路

30、30a、30b、30c 电流感测回路

31         栅极驱动电路

32         脉宽调变控制器

32a        误差信号输入端

33、33a、33b、33c 电流设定电路

331        反馈放大器

34、34a、34b、34c 电流感测电路

35、35a、35b 半周补偿电路

351     耦合器

352     半周补偿开关单元

36      差动放大电路

36a     感测电压输入端

36b     设定电压输入端

36c     差动信号输出端

Cin     输入电容

Cc      电容

Co      输出电容

CH      电容

D二极管

Iset    可调节电流源

Is、Is1、Is2   感测电流

IL      负载电流

L电感元件

Rref    电阻

Rs      感测电阻

Rc      电阻

Rref、Rset     电阻

SW      开关单元

SW1     第一开关单元

SW2     第二开关单元

T21、T22、T23      开关单元

T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17  开关单元

Vin     输入电压

Vo      输出电压端

Vfb     反馈电压

Vref    基准电压

Ve      误差电压

VPWM    脉宽调变信号

VSW     开关控制信号

VSW1    第一开关控制信号

VSW2    第二开关控制信号

Vset    设定电压

Vs      感测电压

Vs’    经半波补偿的感测电压

具体实施方式

本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。

首先参阅图5所示，其显示本发明的第一实施例控制电路图，此实施例是应用在半波感测的降压型定电流调节电路(Buck Type Half-Cycle SensingConstant Current Regulator)。为了简化元件的标示及便于对应，故在以下的实施例说明中，相同或相似于前述现有控制电路的电路元件，乃标示相同的元件编号。

图5所示的本发明定电流调节电路3包括一开关单元SW，其漏极(第一端)连接于输入电压Vin，而其源极(第二端)经由一电感元件L连接于输出电压端Vo。开关单元SW的源极端亦连接有一二极管D的负极端，而二极管D的正极端则接地。二极管D例如可为现有的萧特基二极管。

一负载2由数个串联连接的LED元件组成一LED阵列，其一端连接于输出电压端Vo，另一端则接地。

开关单元SW的栅极连接于一栅极驱动电路31。一脉宽调变控制器32的误差信号输入端32a连接有一由电阻Rc及一电容Cc所组成的RC电路。脉宽调变控制器32可依据误差信号输入端32a所接收到的误差信号Ve，而产生一脉宽调变信号V_PWM至栅极驱动电路31，再由栅极驱动电路31产生一开关控制信号V_SW而控制开关单元SW的开关动作。

在本发明定电流调节电路3中包括有一电流反馈回路(Current FeedbackCircuit Loop)或称电流感测回路30(Current Feedback Circuit Loop)，用以检测通过开关单元SW的电流状况，再由一差动放大电路36的误差信号输出端产生该误差信号Ve送至脉宽调变控制器32。

电流感测回路30中包括有一电流设定电路33，由输入电压Vin取得工作电压，其由一可调节电流源Iset(Ajustable Current Source)与一串联的电阻Rref所组成。当可调节电流源Iset通过电阻Rref时，会在电阻Rref产生一设定电压Vset。

一电流感测电路34，由输入电压Vin取得工作电压，其由感测电流Is与一串联的感测电阻Rs所组成。当感测电流Is通过感测电阻Rs时，会在感测电阻Rs产生一感测电压Vs。感测电流Is的电流值大小与通过开关单元SW的负载电流IL的大小呈N：1的比例关系(如图式中虚线标示的N：1电流比例)。

由于此一实施例是应用在半波感测的降压型定电流调节电路，故电流感测电路34所产生的感测电压Vs会经由一半周补偿电路35后，产生一经半波补偿的感测电压Vs’送至差动放大电路36的感测电压输入端36a。而电流设定电路33所产生一设定电压Vset则送至差动放大电路36的设定电压输入端36b。差动放大电路36依据接收到的反馈信号Vset与经半波补偿的感测电压Vs’而在差动信号输出端36c送出一误差电压Ve至脉宽调变控制器32的误差信号输入端32a。

图6显示图5中电流设定电路33的进一步控制电路图，其由反馈放大器331、开关单元T21、T22、T23、电阻Rref、Rset组成一电流镜电路，使通过开关单元T21的电流Iset与通过开关单元T22的电流Iset相等(如图式中虚线标示的1：1电流比例)。由于采用了电流镜的电路设计，故电阻Rset不受限于阻值大小，与现有技术中需限采用小电阻值的电阻有所不同。

图7显示图5中电流感测电路34与半周补偿电路35的进一步控制电路图，其由开关单元SW、T12、T13、T14、T15、T16、T17组成一电流镜电路。当开关单元SW导通时，I1、I2、IL、Is间的关系为：

I1>>Ib，I2>>Ib

I1＝N×I2

I1＝IL＝N×I2＝N×Is＝N×(Iset×Rref/Rs)

IL/N＝Is

亦即，感测电流Is与负载电流IL的大小呈N：1的比例关系。

而在半周补偿电路35的电路中，其由一耦合器351、一半周补偿开关单元352、一电容CH所组成。耦合器351接收来自于电流感测电路34所产生的感测电压Vs，而半周补偿开关单元352的栅极是连接于栅极驱动电路31，可由栅极驱动电路31的开关控制信号V_SW控制。半周补偿开关单元352的源极是连接于电容CH。

图8显示图5中各相关节点的信号波形图。图式中，IL(max)是表示负载电流最大值，IL(min)是表示负载电流最小值，IL(avg)是表示负载电流平均值。当负载2通过一负载电流IL时，电流感测电路34会感测出该负载电流IL于正半周区间时(即T1～T1’的ton期间)的一感测电流Is，故会产生一感测电压Vs。此感测电压Vs在通过半周补偿电路35后，送至差动放大电路36，由差动放大电路36的差动信号输出端36c送出一误差信号Ve。脉宽调变控制器32在接收误差信号Ve时，会送出一呈高态准位的栅极驱动电压V_PWM经由栅极驱动电路31所产生的开关控制信号V_SW驱动开关单元SW的动作。

而当负载通过的负载电流IL在负半周区间时(即T1’～T2的toff期间)，电流感测电路34不会感测到负载电流IL，故感测电压Vs为零。此时半周补偿电路35中的电容CH可在负载电流IL的负半周时，将电流感测电路34所产生的感测电压Vs予以保持住。如此可确保脉宽调变控制器32在进行脉波宽度调节时不会有错误动作发生的状况。

图9显示本发明的第二实施例控制电路图。此实施例是应用在半波感测的升压型定电流调节电路(Boost Type Half-Cycle Sensing Constant CurrentRegulator)。此实施例的定电流调节电路3a包括一开关单元SW，其漏极经由一电感元件L连接于输入电压Vin，且经由一二极管D连接至输出电压端Vo，而其源极接地。

一负载2由数个串联连接的LED元件组成一LED阵列，其一端连接于输出电压端Vo，另一端则接地。

开关单元SW的栅极连接于一栅极驱动电路31。一脉宽调变控制器32的误差信号输入端32a连接有一由电阻Rc及一电容Cc所组成的RC电路。脉宽调变控制器32可依据误差信号输入端32a所接收到的误差信号Ve，而产生一脉宽调变信号V_PWM至栅极驱动电路31，再由栅极驱动电路31产生一开关控制信号V_SW而控制开关单元SW的开关动作。

在本发明定电流调节电路3a中包括有一电流感测回路30a，用以检测通过开关单元SW的电流状况，再由一差动放大电路36的误差信号输出端产生该误差信号Ve送至脉宽调变控制器32。

电流感测回路30a中包括有一电流设定电路33a，由输入电压Vin取得工作电压，其由一可调节电流源Iset(Ajustable Current Source)与一串联的电阻Rref所组成。当可调节电流源Iset通过电阻Rref时，会在电阻Rref产生一设定电压Vset。

一电流感测电路34a，由输入电压Vin取得工作电压，其由感测电流Is与一串联的感测电阻Rs所组成。当感测电流Is通过感测电阻Rs时，会在感测电阻Rs产生一感测电压Vs。感测电流Is的电流值大小与通过开关单元SW的负载电流IL的大小呈N：1的比例关系(如图式中虚线标示的N：1电流比例)。

由于此一实施例是应用在半波感测的升压型定电流调节电路，故电流感测电路34a所产生的感测电压Vs会经由一半周补偿电路35a后，产生一经半波补偿的感测电压Vs’送至差动放大电路36的感测电压输入端36a。而电流设定电路33a所产生一设定电压Vset则送至差动放大电路36的设定电压输入端36b。差动放大电路36依据接收到的反馈信号Vset与经半波补偿的感测电压Vs’而在差动信号输出端36c送出一误差电压Ve至脉宽调变控制器32的误差信号输入端32a。

电流设定电路33a的控制电路一电流镜电路，其与前一实施例的电流设定电路33(如图6)相同。

图10显示图9中电流感测电路34a与半周补偿电路35a的进一步控制电路图，其由开关单元SW与数个开关单元组成一电流镜电路。当开关单元SW导通时，I1、I2、IL、Is间的关系为：

I1>>Ib，I2>>Ib

I1＝N×I2

I1＝IL＝N×I2＝N×Is＝N×(Iset×Rref/Rs)

IL/N＝Is

亦即，感测电流Is与负载电流IL的大小呈N：1的比例关系。

而在半周补偿电路35a的电路中，其由一耦合器351、一半周补偿开关单元352、一电容CH所组成。耦合器351接收来自于电流感测电路34a所产生的感测电压Vs，而半周补偿开关单元352的栅极是连接于栅极驱动电路31，可由栅极驱动电路31的开关控制信号VSW控制。半周补偿开关单元352的源极是连接于电容CH。

图11显示图9中各相关节点的信号波形图。当负载2通过一负载电流IL时，电流感测电路34a会感测出该负载电流IL于正半周区间时(即T1～T1’的ton期间)的一感测电流Is，故会产生一感测电压Vs。此感测电压Vs在通过半周补偿电路35a后，送至差动放大电路36，由差动放大电路36的差动信号输出端36c送出一误差信号Ve。脉宽调变控制器32在接收误差信号Ve时，会送出一呈高态准位的栅极驱动电压V_PWM经由栅极驱动电路31所产生的开关控制信号V_SW驱动开关单元SW的动作。

而当负载通过的负载电流IL在负半周区间时(即T1’～T2的toff期间)，电流感测电路34a不会感测到负载电流IL，故感测电压Vs为零。此时半周补偿电路35a中的电容CH可在负载电流IL的负半周时，将电流感测电路34a所产生的感测电压Vs予以保持住。如此可确保脉宽调变控制器32在进行脉波宽度调节时不会有错误动作发生的状况。

图12显示本发明的第三实施例控制电路图。此实施例是另一个应用在半波感测的升压型定电流调节电路。此实施例的定电流调节电路3b包括有第一开关单元SW1、第二开关单元SW2，其中该第一开关单元SW1的漏极经由一电感元件L连接于输入电压Vin，而其源极接地。第二开关单元SW2的漏极连接至该第一开关单元SW1的漏极，而源极连接至输出电压端Vo。第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的栅极连接于栅极驱动电路31，分别受栅极驱动电路31的第一开关控制信号V_SW1与第二开关控制信号V_SW2所控制。

一脉宽调变控制器32的误差信号输入端32a连接有一由电阻Rc及一电容Cc所组成的RC电路。脉宽调变控制器32可依据误差信号输入端32a所接收到的误差信号Ve，而产生一脉宽调变信号V_PWM至栅极驱动电路31，再由栅极驱动电路31产生第一开关控制信号V_SW1与第二开关控制信号V_SW2而分别控制第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的开关动作。

在本发明定电流调节电路3b中包括有一电流感测回路30b，用以检测通过开关单元SW的电流状况，再由一差动放大电路36的误差信号输出端产生该误差信号Ve送至脉宽调变控制器32。

电流感测回路30b中包括有一电流设定电路33b，由输入电压Vin取得工作电压，其由一可调节电流源Iset(Ajustable Current Source)与一串联的电阻Rref所组成。当可调节电流源Iset通过电阻Rref时，会在电阻Rref产生一设定电压Vset。

一电流感测电路34b，由输入电压Vin取得工作电压，其由感测电流Is与一串联的感测电阻Rs所组成。当感测电流Is通过感测电阻Rs时，会在感测电阻Rs产生一感测电压Vs。感测电流Is的电流值大小与通过开关单元SW2的负载电流IL的大小呈N：1的比例关系(如图式中虚线标示的N：1电流比例)。

由于此一实施例是应用在半波感测的升压型定电流调节电路，故电流感测电路34b所产生的感测电压Vs会经由一半周补偿电路35b后，产生一经半波补偿的感测电压Vs’送至差动放大电路36的感测电压输入端36a。而电流设定电路33b所产生一设定电压Vset则送至差动放大电路36的设定电压输入端36b。差动放大电路36依据接收到的反馈信号Vset与经半波补偿的感测电压Vs’而在差动信号输出端36c送出一误差电压Ve至脉宽调变控制器32的误差信号输入端32a。

电流设定电路33b的控制电路一电流镜电路，其与前一实施例的电流设定电路33(如图6)相同。

图13显示图12中电流感测电路34b与半周补偿电路35b的进一步控制电路图，其由第一开关单元SW1、第二开关单元SW2与数个开关单元组成一电流镜电路。当第一开关单元SW1关闭(off)、第二开关单元SW2导通(on)时，I1、I2、IL、Is间的关系为：

I1>>Ib，I2>>Ib

I1＝N×I2

I1＝IL＝N×I2＝N×Is＝N×(Iset×Rref/Rs)

IL/N＝Is

亦即，感测电流Is与负载电流IL的大小呈N：1的比例关系。

而在半周补偿电路35b的电路中，其由一耦合器351、一半周补偿开关单元352、一电容CH所组成。耦合器351接收来自于电流感测电路34b所产生的感测电压Vs，而半周补偿开关单元352的栅极是连接于栅极驱动电路31，可由栅极驱动电路31所产生的第二开关控制信号V_SW2控制。半周补偿开关单元352的源极是连接于电容CH。

图14显示图12中各相关节点的信号波形图。当负载2通过一负载电流IL时，电流感测电路34b会在该负载电流IL于负半周区间时(即T1’～T2的期间)感测一感测电流Is，故会产生一感测电压Vs。此感测电压Vs在通过半周补偿电路35b后，送至差动放大电路36，由差动放大电路36的差动信号输出端36c送出一误差信号Ve。脉宽调变控制器32在接收误差信号Ve时，由栅极驱动电路31产生第二开关控制信号V_SW2驱动第二开关单元SW2动作。

图15显示本发明的第四实施例控制电路图。此实施例一全波感测的升压型定电流调节电路(Boost Type Full-Cycle Sensing Constant CurrentRegulator)。此实施例的定电流调节电路3c包括有第一开关单元SW1、第二开关单元SW2，其中该第一开关单元SW1的漏极经由一电感元件L连接于输入电压Vin，而其源极接地。第二开关单元SW2的漏极连接至该第一开关单元SW1的漏极，而源极连接至输出电压端Vo。第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的栅极连接于栅极驱动电路31，分别受栅极驱动电路31的第一开关控制信号V_SW1与第二开关控制信号V_SW2所控制。

一脉宽调变控制器32的误差信号输入端32a连接有一由电阻Rc及一电容Cc所组成的RC电路。脉宽调变控制器32可依据误差信号输入端32a所接收到的误差信号Ve，而产生一脉宽调变信号VPWM至栅极驱动电路31，再由栅极驱动电路31产生第一开关控制信号VSW₁与第二开关控制信号VSW₂而分别控制第一开关单元SW1与第二开关单元SW2的开关动作。

在本发明定电流调节电路3c中包括有一电流感测回路30c，用以检测通过开关单元SW的电流状况，再由一差动放大电路36的误差信号输出端产生该误差信号Ve送至脉宽调变控制器32。

电流感测回路30c中包括有一电流设定电路33c，由输入电压Vin取得工作电压，其由一可调节电流源Iset(Ajustable Current Source)与一串联的电阻Rref所组成。当可调节电流源Iset通过电阻Rref时，会在电阻Rref产生一设定电压Vset。

一电流感测电路34c，由输入电压Vin取得工作电压，其由感测电流Is与一串联的感测电阻Rs所组成。当感测电流Is通过感测电阻Rs时，会在感测电阻Rs产生一感测电压Vs。感测电流Is的电流值大小与通过开关单元SW1、SW2的负载电流IL的大小呈N：1的比例关系(如图式中虚线标示的N：1电流比例)。

由于此一实施例是应用在全波感测的升压型定电流调节电路，故不须要如前列实施例的半周补偿电路。

电流设定电路33c的控制电路一电流镜电路，其与前一实施例的电流设定电路33(如图6)相同。

图16显示图15中电流感测电路34c的进一步控制电路图，其由第一开关单元SW1、第二开关单元SW2与数个开关单元组成一电流镜电路。

当第一开关单元SW1导通(on)、第二开关单元SW2关闭(off)时，I1、I2、I3、I4、IL、Is1、Is2间的关系为：

I1>>Ib，I2>>Ib

I1＝N×I2

I1＝IL＝N×I2＝N×Is1

IL/N＝Is1

当第一开关单元SW1关闭(off)、第二开关单元SW2导通(on)时，I1、I2、I3、I4、IL、Is1、Is2间的关系为：

I3>>Ib，I4>>Ib

I3＝N×I4

I3＝IL＝N×I4＝N×Is2

IL/N＝Is2

图17显示图15中各相关节点的信号波形图。当负载2通过一负载电流IL时，电流感测电路34c会感测出该负载电流IL于正半周区间时(即T1～T1’的期间)的一感测电流Is1，故会产生一感测电压Vs至差动放大电路36产生误差信号Ve。而当负载通过的负载电流IL在负半周区间时(即T1’～T2的期间)，电流感测电路34c感测出该负载电流IL于负半周区间时(即T1’～T2的期间)的一感测电流Is2，故会产生一感测电压Vs至差动放大电路36产生误差信号Ve。脉宽调变控制器32在接收误差信号Ve时，由栅极驱动电路31据以产生第一开关控制信号V_SW1及第二开关控制信号V_SW2，进而控制第一开关单元SW1及第二开关单元SW2的动作。

通过上述的本发明实施例可知，本发明确具产业上的利用价值。惟以上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，凡熟悉此项技术者当可依据本发明的上述实施例说明而作其它种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，当仍属于本发明的发明精神及界定的权利要求范围内。

Claims (17)

1.一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：

一开关单元，其第一端连接于一输入电压，而第二端经由一电感元件连接至一输出电压端；

一栅极驱动电路，连接于所述的开关单元的栅极；

一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；

一电流感测回路，连接于所述的开关单元，用以检测通过所述的开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；

一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的感测电阻，用以接收所述的感测电压；

其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经一栅极驱动电路产生一开关控制信号控制所述的开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

2.如权利要求1所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的负载是由数个串联连接的LED元件所组成的LED阵列。

3.如权利要求1所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的电流感测回路包括有：

一电流设定电路，由输入电压取得工作电压，其由一可调节电流源与一串联的电阻所组成，当所述的可调节电流源通过所述的电阻时，会在所述的电阻产生一设定电压；

一电流感测电路，由输入电压取得工作电压，其由所述的感测电流通过所述的感测电阻所组成。

4.如权利要求3所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的电流感测电路所产生的感测电压还经由一半周补偿电路后，产生一经半波补偿的感测电压送至所述的差动放大电路的感测电压输入端。

5.如权利要求4所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的半周补偿电路由一耦合器、一半周补偿开关单元、一电容所组成，其中所述的耦合器接收来自于所述的电流感测电路所产生的感测电压，而半周补偿开关单元的栅极是连接于所述的栅极驱动电路，由所述的栅极驱动电路所产生的所述的开关控制信号控制，所述的开关单元的源极是连接于所述的电容。

6.一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：

一开关单元，其第一端经由一电感元件连接于一输入电压，且经由一二极管连接于一输出电压端，而第二端接地；

一栅极驱动电路，连接于所述的开关单元的栅极；

一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；

一电流感测回路，连接于所述的开关单元，用以检测通过开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；

一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的感测电阻，用以接收所述的感测电压；

其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经一栅极驱动电路产生一开关控制信号控制所述的开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

7.如权利要求6所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的负载是由数个串联连接的LED元件所组成的LED阵列。

8.如权利要求6所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的电流感测回路包括有：

一电流设定电路，由输入电压取得工作电压，其由一可调节电流源与一串联的电阻所组成，当所述的可调节电流源通过所述的电阻时，会在所述的电阻产生一设定电压；

一电流感测电路，由输入电压取得工作电压，其由所述的感测电流通过所述的感测电阻所组成。

9.如权利要求8所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的电流感测电路所产生的感测电压还经由一半周补偿电路后，产生一经半波补偿的感测电压送至所述的差动放大电路的感测电压输入端。

10.如权利要求9所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的半周补偿电路由一耦合器、一半周补偿开关单元、一电容所组成，其中所述的耦合器接收来自于所述的电流感测电路所产生的感测电压，而半周补偿开关单元的栅极是连接于所述的栅极驱动电路，由所述的栅极驱动电路所产生的所述的开关控制信号控制，所述的开关单元的源极是连接于所述的电容。

11.一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：

一第一开关单元，其第一端经由一电感元件连接于一输入电压，而其第二端接地；

一第二开关单元，其第一端连接至所述的第一开关单元的第一端，而第二端连接至输出电压端；

一栅极驱动电路，连接于所述的第一开关单元与第二开关单元的栅极，分别经由一第一开关控制信号与第二开关控制信号控制所述的第一开关单元与第二开关单元；

一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；

一电流感测回路，连接于所述的第一开关单元及第二开关单元，用以检测通过所述的第二开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的第二开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；一半周补偿电路，连接于所述的电流感测回路的感测电阻，用以接收所述的感测电阻产生的感测电压并产生一经半波补偿的感测电压；

一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的半周补偿电路，用以接收所述的经半波补偿的感测电压；

其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的经半波补偿的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经所述的栅极驱动电路产生一第一开关控制信号及一第二开关控制信号分别控制所述的第一开关单元与第二开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

12.如权利要求11所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的负载是由数个串联连接的LED元件所组成的LED阵列。

13.如权利要求11所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的电流感测回路包括有：

一电流设定电路，由输入电压取得工作电压，其由一可调节电流源与一串联的电阻所组成，当所述的可调节电流源通过所述的电阻时，会在所述的电阻产生一设定电压；

一电流感测电路，由输入电压取得工作电压，其由所述的感测电流通过所述的感测电阻所组成。

14.如权利要求11所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的半周补偿电路由一耦合器、一半周补偿开关单元、一电容所组成，其中所述的耦合器接收来自于所述的电流感测电路所产生的感测电压，而半周补偿开关单元的栅极是连接于所述的栅极驱动电路，由所述的栅极驱动电路所产生的第二开关控制信号控制，所述的开关单元的源极是连接于所述的电容。

15.一种具有电流感测回路的定电流调节电路，包括：

一第一开关单元，其第一端经由一电感元件连接于一输入电压，而其第二端接地；

一第二开关单元，其第一端连接至所述的第一开关单元的第一端，而第二端连接至输出电压端；

一栅极驱动电路，连接于所述的第一开关单元与第二开关单元的栅极，分别经由一第一开关控制信号与第二开关控制信号控制所述的第一开关单元与第二开关单元；

一脉宽调变控制器，连接于所述的栅极驱动电路，具有一误差信号输入端；

一电流感测回路，连接于所述的第一开关单元及第二开关单元，用以检测通过所述的第一开关单元及第二开关单元的电流状况，并产生一与通过所述的第一开关单元及第二开关单元的电流大小呈比例关系的感测电流，所述的感测电流经一感测电阻后产生一感测电压；

一差动放大电路，具有一设定电压输入端、一感测电压输入端及一差动信号输出端，其中所述的设定电压输入端连接一设定电压，所述的感测电压输入端连接于所述的感测电阻；

其中所述的差动放大电路依据所述的设定电压与接收到的感测电压，而在所述的差动信号输出端送出一误差电压至所述的脉宽调变控制器，再由所述的脉宽调变控制器经所述的栅极驱动电路产生一第一开关控制信号及一第二开关控制信号分别控制所述的第一开关单元与第二开关单元的开关动作，据以供应一恒定电流至一连接于所述的输出电压端的负载。

16.如权利要求15所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的负载是由数个串联连接的LED元件所组成的LED阵列。

17.如权利要求15所述的具有电流感测回路的定电流调节电路，其特征在于，所述的电流感测回路包括有：

一电流设定电路，由输入电压取得工作电压，其由一可调节电流源与一串联的电阻所组成，当所述的可调节电流源通过所述的电阻时，会在所述的电阻产生一设定电压；

一电流感测电路，由输入电压取得工作电压，其由所述的感测电流通过所述的感测电阻所组成。

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