CN102214992B - 一种稳定输出电流的定电流驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种稳定输出电流的定电流驱动系统。该定电流驱动电路包含触发器、开启以及关闭时间控制电路。该触发器根据开启讯号与关闭讯号，输出开关控制讯号以控制功率开关。功率开关耦接于输入电压源与电感之间。当该开关控制讯号控制该功率开关开启时，输入电压源通过该功率开关耦接于该电感；当开关控制讯号控制功率开关关闭时，输入电压源无法通过该功率开关耦接于该电感。电感提供输出电流与输出电压。开启时间控制电路检测输出电流是否达到预设波峰电流值，以据以产生关闭讯号。关闭时间控制电路根据输出电压与开关控制讯号，输出开启讯号以控制开关控制讯号表示关闭的时间。

Description

一种稳定输出电流的定电流驱动系统

技术领域

本发明涉及一种定电流驱动电路，更明确地说，涉及一种以输入/输出电压来控制定电流驱动系统中的功率开关的开启/关闭时间，以稳定输出电流的定电流驱动电路。

现有技术

请参考图1。图1为说明一现有技术的定电流驱动系统100的示意图。如图1所示，定电流驱动系统100包含定电流驱动电路110、功率开关SW₁、电感L₁、波峰电流(peak current)感测电阻R_SP，以及二极管D₁。定电流驱动系统100用来转换输入电压源V_IN，以据以提供输出电流I_OUT与输出电压V_OUT给负载X。定电流驱动电路110输出开关控制讯号S_SW以控制功率开关SW₁的开启(导通)/关闭(不导通)。定电流驱动电路110利用波峰电流感测电阻R_SP所提供的感测电压V_SP+与V_SP-，来控制功率开关SW₁的开启时间T_ON；定电流驱动电路110控制功率开关SW₁的关闭时间T_OFF为一固定时间长度T_P。更明确地说，当感测电压V_SP+与V_SP-的差值低于一预定值内，则判断输出电流I_OUT未达一预定波峰临界值I_P，则定电流驱动电路110输出代表「开启」的开关控制讯号S_SW至功率开关SW₁以开启功率开关SW₁，来将输入电源V_IN耦接至电感L₁以进行充电，让输出电流I_OUT上升；当感测电压V_SP+与V_SP-的差值等于该预定值时，则判断输出电流I_OUT已达该预定波峰临界值I_P，则定电流驱动电路110输出代表「关闭」的开关控制讯号S_SW至功率开关SW₁以关闭功率开关SW₁，来让电感L₁开始放电，以使输出电流I_OUT下降；而功率开关SW₁的关闭时间T_OFF为定值T_P，意即在经过时间T_P之后，定电流驱动电路110再度开启功率开关SW₁，而电感L₁便可再度充电，以让输出电流I_OUT上升。如此一来，经由定电流驱动电路110控制功率开关SW₁的开启与关闭，便可控制电感L₁的充放电，以使输出电流I_OUT的平均值为目标电流I_TARGET，而达到输出定电流的目的。

请参考图2。图2为说明以现有技术的定电流驱动电路所提供的输出电流I_OUT的时序图。如图2所示，当输出电流I_OUT未达预定波峰临界值I_P时，开关控制讯号S_SW表示「开启」，以开启功率开关SW₁，使输出电流I_OUT上升(如时段T_ON1、T_ON2、T_ON3、T_ON4、T_ON5)；当输出电流I_OUT达波峰临界值I_P时，开关控制讯号S_SW表示「关闭」，且关闭时间长度皆为定值T_P(如时段T_OFF1、T_OFF2、T_OFF3、T_OFF4)。然而，若负载X产生变化(如持续变大)，则电感L₁在功率开关SW₁的关闭时间内的放电速度便会加快，且由于功率开关SW₁的关闭时间为定值T_P，因此使得在功率开关SW₁下一次开启之前所下降的电流增加。如图2所示，若负载X持续变大，则输出电流I_OUT的变化量也容易跟着变大，从ΔI_OUT1、ΔI_OUT2、ΔI_OUT3，增大至ΔI_OUT4。如此一来，输出电流I_OUT上所载的涟波电流(ripple current)便会变大，而使得输出电流I_OUT的稳定度降低，造成使用者的不便。

发明内容

本发明提供一种稳定输出电流的定电流驱动系统。该定电流驱动系统包含一功率开关，包含一第一端，耦接于一输入电压源；一第二端；以及一控制端，用来接收一开关控制讯号；其中该输入电压源提供一输入电压；其中当该开关控制讯号表示开启时，该功率开关的该第一端耦接于该功率开关的该第二端；一电感，包含一第一端；以及一第二端，用来提供一输出电流与一输出电压；一第一二极管，包含一负端，耦接于该电感的该第一端；以及一正端，耦接于一地端；一定电流驱动电路，包含一触发器，包含一输出端，用来输出该开关控制讯号；一设定端，用来接收一开启讯号；以及一重置端，用来接收一关闭讯号；其中该触发器根据该开启讯号与该关闭讯号，输出该开关控制讯号；一开启时间控制电路，用来检测该输出电流是否达到一预设波峰电流值，并据以产生该关闭讯号，该开启时间控制电路包含一波峰电流感测电阻，包含一第一端，耦接于该功率开关的该第二端，用来产生一波峰电流感测电压；以及一第二端，耦接于该电感的该第一端，用来产生一参考电压源；以及一第一比较器，包含一第一输入端，用来接收该波峰电流感测电压；一第二输入端，用来接收一开启临界电压；以及一输出端，耦接于该触发器的该重置端，用来输出该关闭讯号；其中该开启临界电压与该参考电压源所产生的电压的差值为定值；其中当该波峰电流感测电压略高于该开启临界电压时，该第一比较器输出表示需关闭的该关闭讯号；一关闭时间控制电路，用来根据该输出电压与该开关控制讯号，输出该开启讯号以控制该开关控制讯号表示关闭的时间；以及一负载，耦接于该电感的该第二端与该定电流驱动系统的该地端之间。

本发明还提供一种稳定输出电流的定电流驱动系统。该定电流驱动系统包含一功率开关，包含一第一端，耦接于一输入电压源；一第二端；以及一控制端，用来接收一开关控制讯号；其中该输入电压源提供一输入电压；其中当该开关控制讯号表示开启时，该功率开关的该第一端耦接于该功率开关的该第二端；一电感，包含一第一端，耦接于该功率开关的该第二端；以及一第二端，用来提供一输出电流与一输出电压；一第一二极管，包含一负端，耦接于该电感的该第一端；以及一正端，耦接于一地端；一定电流驱动电路，包含一触发器，包含一输出端，用来输出该开关控制讯号；一设定端，用来接收一开启讯号；以及一重置端，用来接收一关闭讯号；其中该触发器是根据该开启讯号与该关闭讯号，输出该开关控制讯号；一关闭时间控制电路，用来检测该输出电流是否达到一预设波谷电流值，并据以产生该开启讯号，该关闭时间控制电路包含一波谷电流感测电阻，包含一第一端，耦接于该第一二极管的该正端，用来产生一波谷电流感测电压；以及一第二端，耦接于一地端；一第一比较器，包含一第一输入端，用来接收该波谷电流感测电压；一第二输入端，用来接收一关闭临界电压；以及一输出端，用来输出该开启讯号；其中该关闭临界电压与该地端所提供的电压的差值为定值且该关闭临界电压低于该地端所提供的电压；其中当该波谷电流感测电压高于该关闭临界电压时，该第一比较器输出表示需开启的该开启讯号；以及一第一反相开关，包含一第一端，耦接于该触发器的该设定端；一第二端，耦接于该第一比较器的该输出端；以及一控制端，耦接于该触发器的该输出端，用来接收该开关控制讯号；其中当该开关控制讯号表示关闭时，该第一反相开关的该第一端耦接于该反相开关的该第二端；一开启时间控制电路，用来根据该输出电压、该输入电压与该开关控制讯号，输出该关闭讯号以控制该开关控制讯号表示关闭的时间；以及一负载，耦接于该电感的该第二端与该定电流驱动系统的该地端之间。

附图说明

图1为说明一现有技术的定电流驱动系统的示意图。

图2为说明以现有技术的定电流驱动电路所提供的输出电流的时序图。

图3为说明输出电流于开启/关闭时间的电流充/放电的示意图。

图4为根据本发明的一第一实施例的定电流驱动系统的示意图。

图5为说明本发明的第一实施例的定电流驱动系统于充电状态时的示意图。

图6为说明本发明的第一实施例的定电流驱动系统于放电状态时的示意图。

图7为根据本发明的一第二实施例的定电流驱动系统的示意图。

图8为说明本发明的第一实施例的定电流驱动系统700于放电状态时的示意图。

图9为说明本发明的定电流驱动系统700于充电状态时的示意图。

附图符号说明

100、400、700                   定电流驱动系统

110、410、710                   定电流驱动电路

411、711                        触发器

412、713                        关闭时间控制电路

413、712                        开启时间控制电路

D₁、D₂                          二极管

L₁                              电感

I_OUT                            输出电流

T_ON                             开启时间

T_OFF                            关闭时间

S_SW                             开关控制讯号

SW₁、SW₂、SW₃、SW₄、SW₅、SW₆    开关

V_IN、V_OUT、V_SS、V_GND            电压源

X                               负载

V_SP+、V_SP-、V_SP                 波峰电流感测电压

R_SP                             波峰电流感测电阻

I_TARGET                         目标电流

I_P                              峰值电流

I_V                              谷值电流

T_P                              预定时间长度

ΔI_OUT                          涟波电流

CMP₁、CMP₂、CMP₃、CMP₄、CMP₅    比较器

S_ON                             开启讯号

S_OFF                            关闭讯号

V_OFF                            关闭电压

V_ON                             开启电压

V_{T_OFF}                          关闭临界电压

V_{T_ON}                           开启临界电压

R_OFF                            关闭电阻

R_ON                             开启电阻

C_OFF                            关闭电容

C_ON                             开启电容

V_SV                             波谷电流感测电压

OP₁                             放大器

Q₁                              晶体管

具体实施方式

有鉴于此，本发明提供一种定电流驱动电路，以降低输出电流的滤波电流大小，进而提升输出电流的稳定度。

本发明提出两种驱动方法：1.以检测输出电流的波峰临界值来控制功率开关的开启时间(ON time)，并以输出电压来控制功率开关的关闭时间(OFFtime)、2.以检测输出电流的波谷临界值来控制功率开关的关闭时间，并以输入电压与输出电压来控制功率开关的开启时间。以上述两种驱动方法，便能降低输出电流上涟波电流的大小，以增加输出电流的稳定度。

请参考图3。图3为说明输出电流I_OUT于开启/关闭时间的电流充/放电的示意图。于功率开关开启时，电感开始充电，而输出电流I_OUT的增幅可由下式表示：

ΔI_{OUT_ON}＝[(V_IN-V_OUT)/L]×T_ON....................................(1)；

于功率开关关闭时，电感开始放电，而输出电流I_OUT的降幅可由下式表示：

ΔI_{OUT_OFF}＝[V_OUT/L]×T_OFF..........................................(2)；

其中ΔI_{OUT_ON}表示输出电流I_OUT的增幅、ΔI_{OUT_OFF}表示输出电流I_OUT的降幅、V_IN表示输入电压值、V_OUT表示输出电压值、L表示电感值、T_ON表示功率开关的开启时间、T_OFF表示功率开关的关闭时间。而由于输出电流I_OUT的平均值需为定值I_TARGET，因此：

ΔI_{OUT_ON}＝ΔI_{OUT_OFF}＝ΔI_OUT..........................................(3)；

并根据上式(1)、(2)，可得出下式：

ΔI_OUT＝[(V_IN-V_OUT)/L]×T_ON＝[V_OUT/L]×T_OFF.....................(4)；

由式(4)可知，输出电流I_OUT的变化量ΔI_OUT，在电感值L为定值且关闭时间T_OFF为定值(T_P)时，会与输出电压V_OUT成正比，因此若以输出电压V_OUT来控制关闭时间T_OFF，便可有效控制输出电流I_OUT的变化量ΔI_OUT。如下式所示：

T_OFF＝K×R_OFF/V_OUT...................................................(5)；

其中K表示一常数、R_OFF表示一电阻值(定值)，将式(5)带入式(4)便可得出：

ΔI_OUT＝[(V_IN-V_OUT)/L]×T_ON＝[V_OUT/L]×T_OFF＝[V_OUT/L]×[K×R_OFF/V_OUT

      ＝K×R_OFF/L.........................................................(6)；

由式(6)便可得知，若将关闭时间T_OFF设成与输出电压V_OUT成反比，则输出电流I_OUT的降幅ΔI_{OUT_OFF}便可为定值(K、R_OFF、L皆为定值)，且由于输出电流I_OUT的增幅ΔI_{OUT_ON}需与输出电流I_OUT的降幅ΔI_{OUT_OFF}相同，因此输出电流I_OUT上所载的涟波电流可被控制在一预定范围内，以提供输出电流的稳定度。

请参考图4。图4为根据本发明的一第一实施例的定电流驱动系统400的示意图。定电流驱动系统400包含定电流驱动电路410、功率开关SW₁、电感L₁，以及二极管D₁。定电流驱动系统400用来转换输入电压源V_IN，以据以提供输出电流I_OUT与输出电压V_OUT给负载X。二极管D₁耦接于电感L₁的第一端，以及参考电压源V_GND之间；负载X耦接于输出电压源V_OUT、电感L₁的第二端，以及参考电压源V_GND之间，其中参考电压源V_GND可为定电流驱动系统400的地端。定电流驱动电路410输出开关控制讯号S_SW以控制功率开关SW₁的开启(导通)/关闭(不导通)。定电流驱动电路410检测输出电流I_OUT的波峰值，来控制功率开关SW₁的开启时间T_ON；定电流驱动电路410根据输出电压V_OUT，来控制功率开关SW₁的关闭时间T_OFF。详细工作原理说明如后。

定电流驱动电路410包含触发器411、关闭时间控制电路412，以及开启时间控制电路413。

触发器411包含设定端S、重置端R，以及输出端Q。触发器411根据其设定端S与重置端R所接收的讯号，于其输出端Q，输出开关控制讯号S_SW至功率开关SW₁的控制端C，以控制功率开关SW₁的开启(功率开关SW₁的第一端1耦接于功率开关SW₁的第二端2)与功率开关SW₁的关闭(功率开关SW₁的第一端1不耦接于功率开关SW₁的第二端2)。当触发器411输出表示「开启」的开关控制讯号S_SW(如逻辑1)时，功率开关SW₁开启，因此电感L₁处于充电状态，输出电流I_OUT持续上升；当触发器411输出表示「关闭」的开关控制讯号S_SW(如逻辑0)时，功率开关SW₁关闭，因此电感L₁处于放电状态，输出电流I_OUT持续下降。

开启时间控制电路413包含波峰电流感测电阻R_SP，以及比较器CMP₁。波峰电流感测电阻R_SP的第一端耦接于功率开关SW₁的第二端2与比较器CMP₁的正输入端之间，用来提供波峰电流感测电压V_SP；波峰电流感测电阻R_SP的第二端耦接于电感L₁的第一端，用来提供参考电压源V_SS，其中参考电压源V_SS可作为定电流驱动电路410的地端。比较器CMP₁的负输入端用来接收开启临界电压V_{T_ON}(定值)。比较器CMP₁比较波峰电流感测电压V_SP与开启临界电压V_{T_ON}，以据以输出对应的关闭讯号S_OFF。当波峰电流感测电压V_SP低于开启临界电压V_{T_ON}时，表示输出电流I_OUT未达预定波峰临界值I_P，因此比较器CMP₁输出表示「不需关闭」的关闭讯号S_OFF(如逻辑0)；当波峰电流感测电压V_SP略高于开启临界电压V_{T_ON}时，表示输出电流I_OUT达预定波峰临界值I_P，因此比较器CMP₁输出表示「需关闭」的关闭讯号S_OFF(如逻辑1)。

关闭时间控制电路412包含比较器CMP₂、关闭电容C_OFF、开关SW₂、反相开关SW₃、关闭电阻R_OFF，以及二极管D₂。

比较器CMP₂的正输入端用来接收关闭电压V_OFF；比较器CMP₂的负输入端用来接收关闭临界电压V_{T_OFF}(定值)；比较器CMP₂比较关闭电压V_OFF与关闭临界电压V_{T_OFF}，以据以输出对应的开启讯号S_ON。当关闭电压V_OFF低于关闭临界电压V_{T_OFF}时，表示功率开关SW₁的关闭时间T_OFF仍未结束，因此比较器CMP₂输出表示「不需开启」的开启讯号S_ON(如逻辑0)；当关闭电压V_OFF略高于关闭临界电压V_{T_OFF}时，表示功率开关SW₁的关闭时间T_OFF已结束，因此比较器CMP₂输出表示「需开启」的开启讯号S_ON(如逻辑1)。

关闭电容C_OFF耦接于比较器CMP₂的正输入端与电压源V_SS之间；开关SW₂耦接于比较器CMP₂的正输入端与电压源V_SS之间；反相开关SW₃耦接于比较器CMP₂的正输入端，并通过关闭电阻R_OFF、二极管D₂，耦接至输出电压源V_OUT。开关SW₂与反相开关SW₃的控制端C皆耦接于触发器411的输出端Q，用来接收开关控制讯号S_SW。此外，二极管D₂用来防止当输出电压V_OUT低于关闭电压V_OFF时，从关闭电容C_OFF上汲取电压。

当开关控制讯号S_SW表示「开启」(如逻辑1)时，开关SW₂开启以将比较器CMP₂的正输入端耦接至电压源V_SS，并对关闭电容C_OFF进行放电，以将关闭电压V_OFF下拉至电压V_SS；反相开关SW₃关闭，以使输出电压源V_OUT无法通过二极管D₂、关闭电阻R_OFF，耦接至比较器CMP₂的正输入端，来对关闭电容C_OFF充电；在此状态下，关闭电压V_OFF持续低于关闭临界电压V_{T_OFF}，因此关闭时间控制电路412将持续输出表示「不需开启」的开启讯号S_ON(如逻辑0)。

当开关控制讯号S_SW表示「关闭」(如逻辑0)时，开关SW₂关闭，如此关闭电容C_OFF便不会被电压源V_SS放电，且关闭电压V_OFF亦不会被拉至电压V_SS；反相开关SW₃开启，以使输出电压源V_OUT通过二极管D₂、关闭电阻R_OFF，耦接至比较器CMP₂的正输入端，来对关闭电容C_OFF充电，而使关闭电压V_OFF持续上升，直到关闭电压V_OFF略高于关闭临界电压V_{T_OFF}时，关闭时间控制电路412输出表示「需开启」的开启讯号S_ON(如逻辑1)；而上述关闭电容C_OFF从开始充电直到关闭电压V_OFF等于关闭临界电压V_{T_OFF}的时间即为功率开关SW₁所需的关闭时间T_OFF，其计算方式如下：

T_OFF＝C_OFF×V_{T_OFF}/(V_OUT/R_OFF)＝K₁×R_OFF/V_OUT...........................(7)；其中K₁为一常数(C_OFF×V_{T_OFF})。所以经由定电流驱动电路410所驱动的输出电流的涟波电流可表示如下：

ΔI_{OUT_OFF}＝[V_OUT/L]×T_OFF＝[V_OUT/L]×[K₁×R_OFF/V_OUT]＝K₁×R_OFF/L...(8)；

由于K₁、R_OFF、L皆为定值，因此输出电流I_OUT上的涟波可因此限定在预定范围内，而使得输出电流I_OUT较为稳定。

当触发器411的设定端S从关闭时间控制电路412接收到表示「需开启」(如逻辑1)的开启讯号S_ON时，触发器411于其输出端Q输出表示「开启」(如逻辑1)的开关控制讯号S_SW；当触发器411的重置端R从开启时间控制电路413接收到表示「需关闭」(如逻辑1)的关闭讯号S_OFF时，触发器411于其输出端Q输出表示「关闭」(如逻辑0)的开关控制讯号S_SW。

请参考图5。图5为说明本发明的定电流驱动系统400于充电状态时的示意图。如图5所示，于充电状态下，功率开关SW₁开启。也就是说，于开启时间T_ON内，功率开关SW₁皆为开启状态，开关控制讯号S_SW表示「开启」(如逻辑1)，而开关SW₂开启、反相开关SW₃关闭。于此状态下(触发器411输出表示「开启」的开关控制讯号S_SW、功率开关SW₁开启)，关闭时间控制电路412不运作，而开启时间控制电路413被启动，以持续比较从输出电流I_OUT所检测的波峰电流感测电压V_SP与开启临界电压V_{T_ON}。于开启时间T_ON内，由于电感L₁经由输入电压源V_IN充电，因此输出电流I_OUT会持续上升，亦即波峰电流感测电压V_SP会持续上升。当波峰电流感测电压V_SP略高于开启临界电压V_{T_ON}时，表示充电完成(输出电流I_OUT已达预定波峰临界值I_P)，则开启时间控制电路413会发出表示「需关闭」(如逻辑1)的关闭讯号S_OFF至触发器411的重置端R，以将开关控制讯号S_SW重置为表示「关闭」(如逻辑0)。开启时间T_ON于此刻结束；关闭时间T_OFF于此刻开始。

请参考图6。图6为说明本发明的定电流驱动系统400于放电状态时的示意图。如图6所示，于放电状态下，功率开关SW₁关闭。也就是说，于关闭时间T_OFF内，功率开关SW₁皆为关闭状态，开关控制讯号S_SW表示「关闭」(如逻辑0)，而开关SW₂关闭、反相开关SW₃开启。于此状态下(触发器411输出表示「关闭」的开关控制讯号S_SW、功率开关SW₁关闭)，开启时间控制电路413等同于不运作，而关闭时间控制电路412开始运作，以持续比较关闭电压V_OFF与关闭临界电压V_{T_OFF}。于关闭时间T_OFF内，由于关闭电容C_OFF经由输出电压源V_OUT充电，因此关闭电压V_OFF持续上升。当关闭电压V_OFF等于关闭临界电压V_{T_OFF}时，表示放电完成，则关闭时间控制电路412会发出表示「需开启」(如逻辑1)的开启讯号S_ON至触发器411的设定端S，以将开关控制讯号S_SW设定为表示「开启」(如逻辑1)。关闭时间T_OFF于此刻结束；开启时间T_ON于此刻开始。换句话说，当触发器411输出表示「关闭」的开关控制讯号S_SW或功率开关SW₁关闭时，关闭时间控制电路412被启动以开始计时，并以输出电压源V_OUT经过关闭电阻R_OFF对关闭电容C_OFF充电的充电速度，来计算关闭时间T_OFF的长度。

此外，由于电压源V_SS是经由功率开关SW₁与波峰电流感测电阻R_SP所提供，因此电压源V_SS的大小会随着功率开关SW₁的开启或关闭而变动。更明确地说，当功率开关SW₁开启时，电压源V_SS较高；当功率开关SW₁关闭时，电压源V_SS较低。

请参考图7。图7为根据本发明的一第二实施例的定电流驱动系统700的示意图。定电流驱动系统700包含定电流驱动电路710、功率开关SW₁、电感L₁，以及二极管D₁。定电流驱动系统700用来转换输入电压源V_IN，以据以提供输出电流I_OUT与输出电压V_OUT给负载X。二极管D₁耦接于电感L₁的第一端，以及电压源V_GND之间；负载X耦接于输出电压源V_OUT、电感L₁的第二端，以及参考电压源V_GND之间，其中电压源V_GND可为定电流驱动系统700的地端。定电流驱动电路710输出开关控制讯号S_SW以控制功率开关SW₁的开启(导通)/关闭(不导通)。定电流驱动电路710检测输出电流I_OUT的波谷电流值(valley current)，来控制功率开关SW₁的关闭时间T_OFF；定电流驱动电路710根据输入电压V_IN与输出电压V_OUT，来控制功率开关SW₁的开启时间T_ON。详细工作原理说明如后。

定电流驱动电路710包含触发器711、开启时间控制电路712，以及关闭时间控制电路713。

触发器711的工作原理于前述触发器411类似，于此不再赘述。

关闭时间控制电路713包含波谷电流感测电阻R_SV、比较器CMP₅以及一反相开关SW₆。波谷电流感测电阻R_SP的第一端耦接于二极管D₁的负端与比较器CMP₅的正输入端之间，用来提供一波谷电流感测电压V_SV；波谷电流感测电阻R_SV的第二端耦接于电压源V_GND与比较器CMP₅的负输入端，用来提供参考电压源V_SS，亦即电压源V_GND等于电压源V_SS，其中电压源V_SS可作为定电流驱动电路710的地端。比较器CMP₅的负输入端用来接收关闭临界电压V_{T_OFF}(定值)。比较器CMP₅比较波谷电流感测电压V_SV与关闭临界电压V_{T_OFF}，以据以输出对应的开启讯号S_ON。值得注意的是，关闭临界电压V_{T_OFF}为一负值。当波谷电流感测电压V_SV低于关闭临界电压V_{T_OFF}时，表示输出电流I_OUT未达预定波谷临界值I_V，因此比较器CMP₅输出表示「不需开启」的开启讯号S_ON(如逻辑0)；当波谷电流感测电压V_SV略高于关闭临界电压V_{T_OFF}时，表示输出电流I_OUT达预定波谷临界值I_V，因此比较器CMP₅输出表示「需开启」的开启讯号S_ON(如逻辑1)。反相开关SW₆包含一第一端1、一第二端2，以及一控制端C。反相开关SW₆的第一端1耦接于触发器711的设定端S；反相开关SW₆的第二端2耦接于比较器CMP₅的输出端；反相开关SW₆的控制端C耦接于触发器711的输出端Q，用来接收开关控制讯号S_SW。当开关控制讯号S_SW表示「开启」(如逻辑1)时，反相开关SW₆关闭，如此触发器711便无法接收开启讯号S_ON；当开关控制讯号S_SW表示「关闭」(如逻辑0)时，反相开关SW₆开启，如此以让触发器711通过反相开关SW₆来接收比较器CMP₅所产生的开启讯号S_ON。

开启时间控制电路712包含比较器CMP₄、开启电容C_ON、反相开关SW₄、开关SW₅、开启电阻R_ON、晶体管Q₁，以及放大器OP₁。

比较器CMP₄的正输入端用来接收开启电压V_ON；比较器CMP₄的负输入端用来接收开启临界电压V_{T_ON}(定值)；比较器CMP₄比较开启电压V_ON与开启临界电压V_{T_ON}，以据以输出对应的关闭讯号S_OFF。当开启电压V_ON低于开启临界电压V_{T_ON}时，表示功率开关SW₁的开启时间T_ON仍未结束，因此比较器CMP₄输出表示「不需关闭」的关闭讯号S_OFF(如逻辑0)；当开启电压V_ON略高于开启临界电压V_{T_ON}时，表示功率开关SW₁的开启时间T_ON已结束，因此比较器CMP₄输出表示「需关闭」的关闭讯号S_OFF(如逻辑1)。

开启电容C_ON耦接于比较器CMP₄的正输入端与电压源V_SS之间。反相开关SW₄耦接于比较器CMP₄的正输入端与电压源V_SS之间。晶体管Q₁的第一端耦接于比较器CMP₄的正输入端；晶体管Q₁的第二端耦接于开关SW₅的第一端1；晶体管Q₁的控制端耦接于放大器OP₁的输出端。开关SW₅的第一端1耦接于晶体管Q₁的第二端；开关SW₅的第二端2耦接于放大器OP₁的负输入端，并通过开启电阻R_ON，耦接于输入电压源V_IN，以接收输入电压V_IN。反相开关SW₄与开关SW₅的控制端C皆耦接于触发器711的输出端Q，用来接收开关控制讯号S_SW。此外，放大器OP₁的正输入端耦接于输出电压源V_OUT，用来接收输出电压V_OUT。此外，晶体管Q₁可为一P通道金属氧化物半导体(P channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)晶体管。

当开关控制讯号S_SW表示「关闭」(如逻辑0)时，反相开关SW₄开启以将比较器CMP₄的正输入端耦接至电压源V_SS，并对开启电容C_ON进行放电，以将开启电压V_ON下拉至电压V_SS；开关SW₅关闭，如此便没有电流从输出电压源V_IN流经开启电阻R_ON而晶体管Q₁也呈现关闭状态；在此状态下，开启电压V_ON持续低于开启临界电压V_{T_ON}，因此开启时间控制电路712将持续输出表示「不需关闭」的关闭讯号S_OFF(如逻辑0)。

当开关控制讯号S_SW表示「开启」(如逻辑1)时，反相开关SW₄关闭，如此开启电容C_ON便不会被电压源V_SS放电，且开启电压V_ON亦不会被拉至电压V_SS；开关SW₅开启，如此晶体管Q₁开启且流经的电流大小为(V_IN-V_OUT)/R_ON，并以此电流对开启电容C_ON进行充电，而使开启电压V_ON持续上升，直到开启电压V_ON等于开启临界电压V_{T_ON}时，开启时间控制电路712输出表示「需关闭」的关闭讯号S_OFF(如逻辑1)；而上述开启电容C_ON从开始充电直到开启电压V_ON等于开启临界电压V_{T_ON}的时间即为功率开关SW₁所需的开启时间T_ON，其计算方式如下：

T_ON＝C_ON×V_{T_ON}/[(V_IN-V_OUT)/R_ON]＝V_{T_ON}×R_ON/(V_IN-V_OUT)...(9)；

将式(9)带入式(6)得出：

ΔI_OUT＝[(V_IN-V_OUT)/L]×T_ON＝[(V_IN-V_OUT)/L]×[V_{T_ON}×R_ON/(V_IN-V_OUT)]

＝K₂×R_ON/L.............................................................(10)；

由于K₂(C_ON×V_{T_ON})、R_ON、L皆为定值，因此输出电流I_OUT上的涟波可因此限定在预定范围内，而使得输出电流I_OUT较为稳定。

当触发器711的设定端S接收到表示「需开启」(如逻辑1)的开启讯号S_ON时，触发器711于其输出端Q输出表示「开启」(如逻辑1)的开关控制讯号S_SW；当触发器711的重置端R接收到表示「需关闭」(如逻辑1)的关闭讯号S_OFF时，触发器711于其输出端Q输出表示「关闭」(如逻辑0)的开关控制讯号S_SW。

请参考图8。图8为说明本发明的定电流驱动系统700于放电状态时的示意图。如图7所示，于放电状态下，功率开关SW₁关闭。也就是说，于开启时间T_OFF内，功率开关SW₁皆为关闭状态，开关控制讯号S_SW表示「关闭」(如逻辑0)，而反相开关SW₄、SW₆开启、开关SW₅关闭。于此状态下，开启时间控制电路712等同于不运作，而开启时间控制电路713则持续比较从输出电流I_OUT所检测的波谷电流感测电压V_SV与关闭临界电压V_{T_OFF}。于关闭时间T_OFF内，由于电感L₁无法经由输入电压源V_IN充电，因此输出电流I_OUT会持续下降，亦即波谷电流感测电压V_SV会持续上升。当波谷电流感测电压V_SV略高于关闭临界电压V_{T_OFF}时，表示放电完成，则关闭时间控制电路713会发出表示「需开启」(如逻辑1)的开启讯号S_ON至触发器711的设定端S，以将开关控制讯号S_SW设定为表示「开启」(如逻辑1)。关闭时间T_OFF于此刻结束；开启时间T_ON于此刻开始。

请参考图9。图9为说明本发明的定电流驱动系统700于充电状态时的示意图。如图9所示，于充电状态下，功率开关SW₁开启。也就是说，于开启时间T_ON内，功率开关SW₁皆为开启状态，开关控制讯号S_SW表示「开启」(如逻辑1)，而反相开关SW₄、SW₆关闭、开关SW₅开启。于此状态下，关闭时间控制电路713等同于不运作(开启讯号S_ON无法传送至触发器711)，而开启时间控制电路712则持续开启电压V_ON与开启临界电压V_{T_ON}。于开启时间T_ON内，由于开启电容C_ON经由输入电流源V_IN与输出电压源V_OUT充电，因此开启电压V_ON持续上升。当开启电压V_ON略高于开启临界电压V_{T_ON}时，表示充电完成，则开启时间控制电路712会发出表示「需关闭」(如逻辑1)的关闭讯号S_OFF至触发器711的重置端R，以将开关控制讯号S_SW设定为表示「关闭」(如逻辑0)。开启时间T_ON于此刻结束；关闭时间T_OFF于此刻开始。换句话说，当触发器711输出表示「开启」的开关控制讯号S_SW或功率开关SW₁开启时，开启时间控制电路712被启动以开始计时，并以输入电流源V_IN与输出电压源V_OUT经过开启电阻R_ON对开启电容C_ON充电的充电速度，来计算开启时间T_ON的长度。

此外，负载X可为至少一个串接的发光二极管。而利用本发明所提供具稳定输出电流的定电流驱动系统，可以让所串接的发光二极管稳定且均匀的发出亮度。

综上所述，利用本发明所提供的定电流驱动电路，于检测输出电流的波峰值时，根据输出电压来控制功率开关的关闭时间；于检测输出电流的波谷值时，根据输入电压与输出电压来控制供率开关的开启时间，而能够有效地限制输出电流上所载的涟波电流的大小，以提供给使用者更稳定的输出电流，而能提高更大的便利性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种稳定输出电流的定电流驱动系统，包含一功率开关、一电感、一第一二极管以及一定电流驱动电路，其中： 

该功率开关，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中： 

该第一端，耦接于一输入电压源；以及 

该控制端，用来接收一开关控制讯号； 

其中该输入电压源提供一输入电压； 

其中当该开关控制讯号表示开启时，该功率开关的该第一端耦接于该功率开关的该第二端； 

该电感，包含一第一端以及一第二端，其中： 

该第二端，用来提供一输出电流与一输出电压； 

该第一二极管，包含一负端以及一正端，其中： 

该负端，耦接于该电感的该第一端；以及 

该正端，耦接于一地端； 

该定电流驱动电路，包含一触发器、一开启时间控制电路、一关闭时间控制电路以及一负载，其中： 

该触发器，包含一输出端、一设定端以及一重置端，其中： 

该输出端，用来输出该开关控制讯号； 

该设定端，用来接收一开启讯号；以及 

该重置端，用来接收一关闭讯号； 

其中该触发器是根据该开启讯号与该关闭讯号，输出该开关控制讯号； 

该开启时间控制电路，用来检测该输出电流是否达到一预设波峰电流值，并据以产生该关闭讯号，该开启时间控制电路包含一波峰电流感测电阻以及一第一比较器，其中： 

该波峰电流感测电阻，包含一第一端以及一第二端，其中： 

该第一端，耦接于该功率开关的该第二端，用来产生一波峰电流感测电压；以及 

该第二端，耦接于该电感的该第一端，用来产生一参考电压源；以及 

该第一比较器，包含一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其中： 

该第一输入端，用来接收该波峰电流感测电压； 

该第二输入端，用来接收一开启临界电压；以及 

该输出端，耦接于该触发器的该重置端，用来输出该关闭讯号； 

其中该开启临界电压与该参考电压源所产生的电压的差值为定值； 

其中当该波峰电流感测电压略高于该开启临界电压时，该第一比较器输出表示需关闭的该关闭讯号； 

该关闭时间控制电路，用来根据该输出电压与该开关控制讯号，输出该开启讯号以控制该开关控制讯号表示关闭的时间；以及 

该负载，耦接于该电感的该第二端与该定电流驱动系统的该地端之间； 

其中该关闭时间控制电路包含一第二比较器、一关闭电容、一开关、一反相开关、一关闭电阻以及一第二二极管，其中： 

该第二比较器，包含一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其中： 

该第一输入端，用来接收一关闭电压； 

该第二输入端，用来接收一关闭临界电压；以及 

该输出端，耦接于该触发器的该设定端，用来输出该开启讯号； 

其中当该关闭电压略高于该关闭临界电压时，该第二比较器输出表示需开启的该开启讯号； 

其中该关闭临界电压与该参考电压源所产生的电压的差值为定值； 

该关闭电容，包含一第一端以及一第二端，其中： 

该第一端，耦接于该第二比较器的该第一输入端，用来产生该关闭电压；以及 

该第二端，耦接于该参考电压源； 

该开关，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中： 

该第一端，耦接于该第二比较器的该第一输入端； 

该第二端，耦接于该参考电压源；以及 

该控制端，耦接于该触发器的该输出端，用来接收该开关控制讯号； 

其中当该开关控制讯号表示开启时，该开关开启、当该开关控制讯号表示关闭时，该开关关闭； 

该反相开关，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中： 

该第一端，耦接于该第二比较器的该第一输入端；以及 

该控制端，耦接于该触发器的该输出端，用来接收该开关控制讯号； 

其中当该开关控制讯号表示开启时，该反相开关关闭、当该开关控制讯号表示关闭时，该反相开关开启； 

该关闭电阻，耦接于该反相开关的该第二端；以及 

该第二二极管，耦接于该关闭电阻与该电感的该第二端之间，用来接收该输出电压。 

2.如权利要求1所述的定电流驱动系统，其中当该触发器接收到表示需开启的该开启讯号时，该触发器输出表示开启的该开关控制讯号；当该触发器接收到表示需关闭的该关闭讯号时，该触发器输出表示关闭的该开关控制讯号。 

3.如权利要求2所述的定电流驱动系统，其中当该输出电流达到该预设波峰电流值时，该开启时间控制电路输出表示需关闭的该关闭讯号。 

4.如权利要求1所述的定电流驱动系统，其中当该开关控制讯号表示关闭时，该关闭时间控制电路被启动，并根据该输出电压，计算该开启讯号表示需开启的时刻。 

5.如权利要求1所述的定电流驱动系统，其中该参考电压源是作为该定电流驱动电路的地端。 

6.如权利要求1所述的定电流驱动系统，其中该负载包含至少一串接的发光二极管。 

7.一种稳定输出电流的定电流驱动系统，包含一功率开关、一电感、一第一二极管以及一定电流驱动电路，其中： 

该功率开关，包含一第一端，一第二端以及一控制端，其中： 

该第一端，耦接于一输入电压源；以及 

该控制端，用来接收一开关控制讯号； 

其中该输入电压源提供一输入电压； 

其中当该开关控制讯号表示开启时，该功率开关的该第一端耦接于该功率开关的该第二端； 

该电感，包含一第一端以及一第二端，其中： 

该第一端，耦接于该功率开关的该第二端；以及 

该第二端，用来提供一输出电流与一输出电压； 

该第一二极管，包含一负端以及一正端，其中： 

该负端，耦接于该电感的该第一端；以及 

该正端，耦接于一地端； 

该定电流驱动电路，包含一触发器、一关闭时间控制电路、一开启时间控制电路以及一负载，其中： 

该触发器，包含一输出端、一设定端以及一重置端，其中： 

该输出端，用来输出该开关控制讯号； 

该设定端，用来接收一开启讯号；以及 

该重置端，用来接收一关闭讯号； 

其中该触发器是根据该开启讯号与该关闭讯号，输出该开关控制讯号； 

该关闭时间控制电路，用来检测该输出电流是否达到一预设波谷电流值，并据以产生该开启讯号，该关闭时间控制电路包含一波峰电流感测电阻、一第一比较器以及一第一反相开关，其中： 

该波谷电流感测电阻，包含一第一端以及一第二端，其中： 

该第一端，耦接于该第一二极管的该正端，用来产生一波谷电流感测电压；以及 

该第二端，耦接于一地端； 

该第一比较器，包含一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其中： 

该第一输入端，用来接收该波谷电流感测电压； 

该第二输入端，用来接收一关闭临界电压；以及 

该输出端，用来输出该开启讯号； 

其中该关闭临界电压与该地端所提供的电压的差值为定值且 该关闭临界电压低于该地端所提供的电压； 

其中当该波谷电流感测电压高于该关闭临界电压时，该第一比较器输出表示需开启的该开启讯号；以及该第一反相开关，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中： 

该第一端，耦接于该触发器的该设定端； 

该第二端，耦接于该第一比较器的该输出端；以及 

该控制端，耦接于该触发器的该输出端，用来接收该开关控制讯号； 

其中当该开关控制讯号表示关闭时，该第一反相开关的该第一端耦接于该反相开关的该第二端； 

该开启时间控制电路，用来根据该输出电压、该输入电压与该开关控制讯号，输出该关闭讯号以控制该开关控制讯号表示关闭的时间；以及 

该负载，耦接于该电感的该第二端与该地端。 

8.如权利要求7所述的定电流驱动系统，其中当该触发器接收到表示需开启的该开启讯号时，该触发器输出表示开启的该开关控制讯号；当该触发器接收到表示需关闭的该关闭讯号时，该触发器输出表示关闭的该开关控制讯号。 

9.如权利要求8所述的定电流驱动系统，其中当该输出电流达到该预设波谷电流值时，该关闭时间控制电路输出表示需开启的该开启讯号。 

10.如权利要求8所述的定电流驱动系统，其中当该开关控制讯号表示开启时，该开启时间控制电路被启动，并根据该输出电压与该输入电压，计算该关闭讯号表示需关闭的时刻。 

11.如权利要求10所述的定电流驱动系统，其中该开启时间控制电路包含一第二比较器、一开启电容、一第二反相开关、一晶体管、一放大器、一开关以及一开启电阻，其中： 

该第二比较器，包含一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其中： 

该第一输入端，用来接收一开启电压； 

该第二输入端，用来接收一开启临界电压；以及 

该输出端，耦接于该触发器的该重置端，用来输出该关闭讯号； 

其中当该开启电压高于该开启临界电压时，该第二比较器输出表示 需关闭的该关闭讯号； 

其中该关闭临界电压与该地端所提供的电压的差值为定值；该开启电容，包含一第一端以及一第二端，其中： 

该第一端，耦接于该第二比较器的该第一输入端，用来产生该开启电压；以及 

该第二端，耦接于该地端； 

该第二反相开关，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中： 

该第一端，耦接于该第二比较器的该第一输入端； 

该第二端，耦接于该地端；以及 

该控制端，耦接于该触发器的该输出端，用来接收该开关控制讯号； 

其中当该开关控制讯号表示开启时，该第二反相开关关闭、当该开关控制讯号表示关闭时，该第二反相开关开启； 

该晶体管，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中： 

一第一端，耦接于该第二比较器的该第一端； 

该放大器，包含一第一输入端、一第二输入端以及一输出端： 

该第二输入端，耦接于该电感的该第二端，用来接收该输出电压；以及 

该输出端，耦接于该晶体管的该控制端； 

该开关，包含一第一端、一第二端以及一控制端： 

该第一端耦接于该晶体管的该第二端； 

该第二端，耦接于该放大器的该第一输入端；以及 

该控制端，耦接于该触发器的该输出端，用来接收该开关控制讯号； 

其中当该开关控制讯号表示开启时，该开关开启、当该开关控制讯号表示关闭时，该开关关闭；以及 

该开启电阻，耦接于该开关的该第二端与该输入电压源之间，用来通过该开关传送该输入电压至该晶体管的该第二端。 

12.如权利要求7所述的定电流驱动系统，其中该负载包含至少一串接的发光二极管。 

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