TW583523B - Constant current circuit - Google Patents

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583523 A7 B7 五、發明説明（彳） 技術領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於以基極電流控制輸出恒（電）流，且能切 換該恒流輸出之定電流電路。 習知技術 以往，此種定電流電路乃被使用爲例如驅動發光二極 管（LED)之驅動器，而適用於使LED明滅之裝置、如使用 LED之顯示器等。 圖5爲習知定電流電路之構成例電路顯示圖。定電流 電路1卻由被輸入基準低（電）壓源3所發生基準電壓(例 如1.24 V)之緩衝放大器11，與將自該緩衝放大器11輸入 之基準電壓所得基準恒流所定倍（例如16倍）之恒流輸出 至負載6的恒流輸出電路1 2所構成，且由電源用電壓源 供應電源電壓。 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 在此，緩衝放大器11係由雙極電晶體（以後簡稱電晶 體）Q7, Q8, Q9, Q10, Q11所成差動電路111，與插入於 該差動電路111之電晶體Q7 , Q8的共射極及接地間之恒 流源11 2所構成。 恒流源112由電晶體Q1〜Q6與電阻R1〜R6所成， 在電晶體Q7 , Q8的共射極與接地間流通恒流。電阻119 爲緩衝放大器11之輸入電阻，電阻R10爲緩衝放大器11 之輸出電阻，電容器C1爲振盪阻止電容器。 恒流輸出電路12則具有成爲基準之電晶體Q44，與 向該電晶體Q44流通基極電流而共陰共柵連接之MOS電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 583523 A7 B7 五、發明説明（2) 晶體Ml , M34，與將緩衝放大器1 1所輸入基準低壓轉換 爲基準恒流之外部電阻REXT，與與MOS電晶體Ml, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ34形成1對1之電流鏡電路之MOS電晶體M2, M35， 與與相同之MOS電晶體Ml，Μ34形成1對1之電流鏡電 路之MOS電晶體M3 , M36，與爲向輸出用電晶體Q01供 應基極電流而形成電流鏡電路之電晶體Q 1 2 , Q 1 3，與可 輸出所定恒流之電晶體Q0 1，與形成可切換自電晶體Q〇 1 所輸出所定恒流之開關電路的MOS電晶體Ml 15 , M131。 又，MOS電晶體Ml 15, Ml 31之共柵極連接有可控制 恒流輸出之導通·斷開的控制脈衝信號線5，且，Μ 0 S電 晶體Μ34之柵門與MOS電晶體Μ35, Μ36之柵門間插入 有柵偏壓（場效應電晶體）調整用電阻R12及電容器C2。 其次，就圖5所示電路之動作加以說明。基準低壓源 3發生之基準電壓（例如1.24V)係藉輸入電阻R9被輸入於 緩衝放大器11，並在此賺取電流增益後，以相同電壓 (1.24V)被輸入於成爲恒流輸出電路12基準的電晶體Q44 之射極。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 且由於電晶體Q44之射極與接地間插入有外部電阻 REXT，致施加於電晶體Q44之射極的基準電壓在電阻 REXT轉換爲基準電流而流入電晶體Q44之射極。此時， 電晶體Q44之基極透過MOS電晶體Ml , Μ34即流通向電 晶體Q44之射極予以流入上述基準電流所需之所定基準 基極電流。 該基準基極電流乃藉1對1之電流鏡電路流入於 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 583523 A7 B7 五、發明説明（3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) M〇S電晶體M2, M35同時，亦流入MOS電晶體M3 , M36 。因此，MOS電晶體M3 5, M36之共漏極流通基準基極電 流兩倍之電流，該電流亦流入於網路B 1。 在此，由於將電晶體Q 1 3設成電晶體Q 1 2之7倍尺 寸，致電晶體Q12與Q13形成1對7之電流鏡電路，向 電晶體Q Π流入電晶體Q12之7倍電流。藉此’電晶體 Q 1 2流通兩倍基準基極電流，電晶體Q 1 3流通14倍基準 基極電流.。因此，電晶體Q1 2，Q 1 3之共射極流動1 6倍 基準基極電流。 在此，自控制脈衝信號源5所輸入控制脈衝信號100 爲低電平，且MOS電晶體Ml 15 , M131斷開時，上述16 倍基準基極電流會流向電晶體Q01之基極，致電晶體Q01 之集極流通流向電阻REXT之基準電流16倍之恒流，而 此即被供給負載ό 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之後，控制脈衝信號100變爲高電平時，M〇S電晶 體M115，M131則呈導通，MOS電晶體M35，M36之共漏 極的16倍基準基極電流透過MOS電晶體Ml 15被拔至接 地，電晶體Q01之基極電流亦透過MOS電晶體M131被 拔至接地，致變爲無電晶體Q01之基極電流，而電晶體 Q01斷開，故停止對於負載6之恒流供應。以後，藉反覆 上述動作，負載6爲LED時，由控制脈衝信號100可明 滅 LED。 發明欲解決之課題 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 6 - 583523 A7 __ B7 五、發明説明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如上述之習知定電流電路，由於電晶體Q〇 1之輸出 電流大時，Μ〇S .電晶體Μ 3 5，Μ 3 6之漏極電流亦大，致網 路Β1之電位上升亦迅速，至到輸出電流穩定爲止不費多 少時間並無問題。惟，電晶體Q〇 1之輸出電流小，且控 制脈衝信號1 〇〇之LED等明滅間隔變短致高速化時，如 下說明變爲自電晶體Q01不輸出恒流，而LED亦不明滅 〇 例如，電晶體Q01之輸出電流爲2mA控制（REXT電 阻llkQ )，如圖6(a)所示，自控制脈衝信號線5所輸入控 制脈衝信號100之週期爲1 // S，佔空率（Duty)爲50%時， 控制脈衝信號100變爲低電平（0V)，MOS電晶體Ml 15， Μ131雖斷開，如圖6(b)所示，網路B1之電壓由於電晶體 Q12，Q13及電晶體 Q01之導通致無法到達所需之 2VBE(1.4V)。因此，如圖6(c)所示，電晶體Q01之基準電 壓不但不振盪於正側更振盪於側，而電晶體Q〇 1不會導 通。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，如圖7所示，電晶體Q〇 1原樣呈斷開狀態， 其輸出依然呈高阻抗狀態，致全然不對負載6輸出電流。 即’定電流電路之恒流輸出小，且該恒流輸出之切換高速 化時’卻無法進行恒流輸出之切換，對負載6無法供應輸 出恒流，而LED等之負載6亦不明滅。 本發明乃爲解決如上述習知之課題所開發者，其目的 在於：提供一種恒流輸出雖小，亦能以高速進行切換恒流 輸出之疋電流電路。 I紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 210X297公釐） 一 583523 Α7 Β7 五、發明説明（5) 課題之解決手段 爲達成上述目的，課題之解決手段，係在具備藉將基 準電晶體基極電流加以所定倍予以流向輸出用電晶體之基 極’對負載輸出自該輸出用電晶體之所定恒流，且使該輸 出用電晶體導通·斷開，而切換上述所定恒流輸出之功能 的定電流電路，以具有：在上述輸出用電晶體斷開期間存 儲電荷之電容元件，與在上述輸出用電晶體自斷開轉換爲 導通時將上述電容元件所存儲電荷施加於輸出用電晶體之 基極電路的電壓施加電路爲特徵。 發明之實施形態 以下’參照圖不進ί了說明本發明之實施形態。圖1爲 本發明定電流電路之一實施形態有關構成之示意電路圖。 惟，在本稿卻將Ν型MOS電晶體簡單稱爲MOS電晶體， 對於Ρ型MOS電晶體則稱爲Ρ型MOS電晶體。 定電流電路10乃由將基準低壓源3所發生基準電壓（ 例如1.24V)輸入之緩衝放大器31，與將自該緩衝放大器 3 1所輸入基準電壓所獲得基準恒流之所定倍（例如ί 6倍） 恆流輸出至負載6之恒流輸出電路32所構成，且由電源 電壓源2供給電源電壓。而，本例之恒流輸出電路32更 具有可促進後述輸出用場效應電晶體Q05之切換的開關 補助電路3 2 1。 在此，緩衝放大器3 1係由場效應電晶體（以後簡稱爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8 - 583523 A7 B7 _ 五、發明説明（6) 電晶體）Q30 , Q31 , Q57 , Q62，Q58所成差動電路311 ’ 與被插入於該差動電路311之電晶體Q30，Q31的共射極 及接地間之恒流源3 1 2所構成。 恒流源 312 由電晶體 Q25, Q32，Q54，Q59，Q28， Q26，電阻 R3 5 , R53 , R42 , R36 , R39 , R40 所成，將恒 流流入於電晶體Q30, Q31之共射極。電阻R9爲緩衝放 大器31之輸入電阻，電阻R41爲緩衝放大器31之輸出電 阻，電容器C33則爲振盪阻止電容器。 恒流輸出電路32卻具有：成爲基準之電晶體Q24 ’ 與向該電晶體Q24流通而被共陰共柵連接之M〇S電晶體 M48，M49，與將緩衝放大器31所輸入基準低壓轉換爲基 準恒流之外部電阻（REXT) R14，與與MOS電晶體M4 8， M49形成1對1之電流鏡電路的MOS電晶體Ml 13，Ml 12 ，與與相同之M〇S電晶體M48, M49形成1對1之電流 鏡電路的MOS電晶體M136, M134，與可形成1對7之電 流鏡電路，且向電晶體Q05供應基極電流之電晶體Q108 ，Q108，與可輸出所定恒流之電晶體Q05，與可形成爲將 電晶體Q05所輸出所定恒流加以切換之開關電路的MOS 電晶體M3 1，M20，與設置於上述開關電路，以促進電晶 體Q05之導通動作的開關補助電路321。 又，開關補助電路321之後述延遲電路3211輸入側 乃連接有可切換電晶體Q05之恒流輸出的控制脈衝信號 源5，又，％03電晶體“49之柵門與“03電晶體“112, Μ134之柵門間插設有柵偏壓（場效應電晶體）調整用電阻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 583523 A7 B7 五、發明説明（7) R52及電容器C34。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 開關補助電路3 2 1則具有將控制脈衝信號源5所輸入 控制脈衝信號100依序予以延遲之延遲電路3211，與存 儲電荷之容量元件的電晶體Q2，與對該電晶體Q2之電荷 存儲進行導通·斷開的P型MOS電晶體M32，與對於電 晶體Q2之電荷存儲網路B5的放電進行導通·斷開之 M〇S電晶體M106(電壓施加電路）所構成。 延遲電路3211由P型MOS電晶體M14、MOS電晶體 M21，與P型MOS電晶體M110、MOS電晶體M22，與P 型MOS電晶體M15、MOS電晶體M23，與P型MOS電晶 體M16、MOS電晶體M24，與P型MOS電晶體M13、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 M〇S電晶體Μ 102所成5段反相器之串聯電路所構成。且 第2段反相器之輸出（與控制脈衝信號100同相）連接於 MOS電晶體Μ31, Μ20之柵門，第3段反相器之輸出（與 控制脈衝信號100反相）連接於Ρ型MOS電晶體M32之柵 門，第5段反相器之輸出（與控制脈衝信號100反相）連接 於MOS電晶體Ml06之柵門，以構成依序促使MOS電晶 體M31 , M20與P型MOS電晶體M32以及MOS電晶體 Μ 106導通或斷開之控制電路。 •其次，就本實施形態之動作加以說明。基準低壓源3 發生之基準電壓（1.24V)係介輸入電阻R38被輸入於緩衝 放大器31，並在此賺取電流增益以相同電位（1.24V)被輸 入於成爲恒流輸出電路32之基準的電晶體Q44之射極。 由於電晶體Q44之射極與接地間插入有外部電阻R14，致 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） — " -10- 583523 A7 B7 五、發明説明（8) 施加於電晶體Q44之射極的基準電壓在電阻R 1 4被轉換 爲基準電流再流入於電晶體Q44之射極。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此時，電晶體Q44之基極乃流動透過MOS電晶體 M48, M134向電晶體Q44之射極流通上述基準電流的所 定基準基極電流。該基準基極電流藉1對電流鏡流向 M〇S電晶體Ml 13 , Ml 12同時，亦流入MOS電晶體Ml 36 ,Ml 34。因此，MOS電晶體Ml 12, M134之共漏極即流 通基準基極電流兩倍之電流，且該兩倍基準基極電流流動 於上述共漏極所連接之網路B5。 由於電晶體Q108設成電晶體Q109之7倍尺寸，致 電晶體Q108流入電晶體Q109之7倍電流。藉此，電晶 體Q1 09流通兩倍基準基極電流，電晶體Q108流通14倍 基準基極電流。因此，電晶體Q109 , Q108之共射極流通 1 6倍基準基極電流。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此，自控制脈衝信號源5所輸入控制脈衝信號100 爲低電平，且M0S電晶體M31，M20斷開時，上述16倍 基準基極電流會流向電晶體Q05之基極，致電晶體Q05 之集極流通流入於電阻R14之基準電流16倍的恒流，而 此即被供給LED等負載6。 之後，控制脈衝信號100變爲高電平時，該信號透過 延遲電路3211被施加於M0S電晶體M31，M20，而該等 呈導通。藉此，自M0S電晶體M112，M134之共漏極所 供應電流即透過M0S電晶體M31流入接地，同時電晶體 Q05之基極電流亦透過M0S電晶體M20流至接地，致電 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -11 - 583523 A7 B7 五、發明説明（9) 晶體Q05斷開，而停止對於負載6之恒流供應。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其次，就本實施形態之電晶體Q05切換動作更加詳 細說明之。首先，自控制脈衝信號源5輸入之控制脈衝信 號100如圖2(a)所示由低電平變爲高電平時，如圖2(b)所 示，藉延遲電路3211予以延遲t 0時間，MOS電晶體 M31，M20之柵門呈高電平，而該等MOS電晶體M31 , M20即導通。且藉此，MOS電晶體1^[112,“134之共漏極 所供應電流被拔至接地同時，電晶體Q05之基極電流亦 被拔至接地，以促使電晶體Q05斷開。 然後，如圖2(c)所示被延遲t 1時間，P型MOS電晶 體M32之柵門變爲低電平，使該電晶體導通。之後，如 圖2(d)所示被延遲t 2時間，MOS電晶體M106之柵門變 爲低電平，使MOS電晶體M106導通。藉此，充電電流 透過P型MOS電晶體M32流入於容量元件之電晶體Q2， 進行存儲電荷。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次，控制脈衝信號100如圖2(a)所示由高電平變爲 低電平時，如圖2(b)所示藉延遲電路3211予以延遲t 0時 間，MOS電晶體M31, M20之柵門呈低電平，而該等 MOS電晶體M31，M20即斷開。然後，如圖2(c)所示被延 遲t 1時間，P型MOS電晶體M32之柵門變爲高電平，使 該電晶體導通。之後，如圖2(d)所示被延遲t 2時間， MOS電晶體M106之柵門變爲高電平，使MOS電晶體 M106導通。 藉此，容量元件之電晶體Q2的存儲電荷透過MOS電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12- 583523 A7 _B7 _ 五、發明説明（七 晶體M106被放電至網路B5，使網路B5之電位瞬間的上 升至2 VBE(1.4V)以上，俾使電晶體Ql〇8，Q109導通， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 以及促使電晶體Q05呈導通，因此電晶體Q5之恒流輸出 小且高速加以切換時，亦能確實導通電晶體Q05。 藉上述動作，電晶體Q108 , Q109呈導通同時，電晶 體Q05亦導通，自MOS電晶體M112 , M134之共漏極的 電流流動於電晶體Q109同時，其7倍電流流動於電晶體 Q1 08，而基準基極電流之16倍電流成爲電晶體Q05之基 極電流流動，該電晶體Q05即向負載6輸出基極電流16 倍之恒流。以後，藉反覆上述動作，致電晶體Q05轉換 ，以切換恒流輸出。又，容量元件之電晶體Q2的存儲電 荷量僅能使電晶體Q108，Q 109導通而已，故對於電晶體 Q05導通後之基極電流多寡不予影響。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此，例如電晶體Q05之輸出電流爲2mA控制（REXT 電阻ΙΑΩ )，如圖3(a)所示，自控制脈衝信號線5所輸入 控制脈衝信號100之週期爲1 // S，佔空率（Duty)爲50%時 ，控制脈衝信號100變爲低電平（0V)，MOS電晶體M31， M20呈斷開時，如圖3(b)所示，網路B5之電位呈爲1.4V 以上同時，如圖3(c)所示亦能使電晶體Q05之基極電位 A5呈0.7V以上，而該等電晶體呈導通。因此，如圖4所 示，電晶體Q05之恒流輸出雖以小電流加以高速切換， 亦能將基準電流1 6倍之恒流穩定地輸出至負載6。 依據本實施形態，開關電路之MOS電晶體M31，M20 自導通轉爲斷開，使電晶體Q05導通時，藉向網路B5瞬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） -13- 583523 A7 B7 五、發明説明（d (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 間施加容量元件之電晶體Q2的存儲電荷，瞬間使網路B5 之電位上升至2 VBE(1.4V)以上，俾使電晶體Q108, Q109 及電晶體Q05導通，故能於電晶體Q05之輸出電流爲 2mA控制（REXT電阻llkQ )，如圖3(a)所示，控制脈衝信 號100之週期爲1 // S，佔空率（Duty)爲50%時，如圖3(b) 所示，網路B5之電位呈2 VBE以上同時，如圖3(c)所示 電晶體Q05之基極電位A5亦呈VBE以上，以促使電晶 體Q05導通。因此，在本例，恒流輸出雖小，亦能進行 輸出電流之高速切換。 又，由於以容量元件使用電晶體Q 2之射極·基極容 量（接合容量），故藉將該電晶體Q2與構成定電流電路10 之其他電晶體元件一體加以集體化，而對應批組之參差不 齊等，能經常獲得適合該電路容量之容量元件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 且，藉延遲電路3211使控制脈衝1〇〇延遲，俾使 MOS電晶體M31, M20完全斷開後，將電晶體Q2之存儲 電荷施加於電晶體Q05之基極電路以控制MOS電晶體 Μ 106之導通時序，致雖以小輸出電流進行高速切換時， 亦能確實導通電晶體Q05導通，而促使LED等負載6明 滅。 又，本發明並非限定於上述實施形態，在不脫逸其要 旨之範圍，就具體之構成，功能，作用，效果能以其他各 種形態加以實施。上述實施形態雖將定電流電路1 〇作爲 LED之驅動器的情形進行說明，惟以負載6並不限於此。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 583523 A7 B7 經濟部智慧財產局g(工消费合作社印製 五、發明説明（4 發明之效果 如上詳細說明，依據本發明之定電流電路，藉在輸出 電晶體自導通轉換爲斷開時，瞬間將容量元件所存儲電荷 放電至其基極電路，而雖恒流輸出小，亦能以高速進行恒 流輸出之切換。 圖示之簡單說明 圖1爲本發明定電流電路之一實施形態有關構成示意 電路圖。 圖2爲圖1所示輸出用電晶體導通時之開關電路與開 關補助電路之各開關元件的導通·斷開順序說明用時序圖 〇 圖3爲圖1所示電路之恒流輸出切換動作說明用時序 圖。 圖4爲圖1所示電路之輸出電流變化示意時序圖。 圖5爲習知定電流電路之構成例示意電路圖。 圖6爲圖5所示電路之恒流輸出切換動作說明用時序 圖。 圖7爲圖5所示電路之輸出電流變化示意時序圖。 符號說明 3 :基準低壓源 5 :控制脈衝信號源 10 :定電流電路 (請先閱讀背面之注意事項异填寫本f ) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 583523 A7 B7 五、發明説明（^ 3 1 :緩衝放大器 32 :恒流輸出電路 311 :差動電路 3 1 2 :恒流源 321 :開關補助電路 3211 :延遲電路 M20，M31，M32，M112，M134: MOS 電晶體 M106 : P型MOS電晶體 Q2，Q5，Q20，Q24，Q31，Q108，Q109 :電晶體 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -16-

Claims (1)

1. 583523 8 888 ABCD 六、申請專利範圍 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. 一種定電流電路，係具備藉將基準電晶體基極電 流加以所定倍予以流入輸出用電晶體之基極，對負載輸出 自該輸出用電晶體之所定恒（電）流，且使該輸出用電晶體 導通·斷開，而切換上述所定恒流輸出之功能，其特徵爲 :具有 在上述輸出用電晶體斷開期間進行存儲電荷之電容元 件，與 在上述輸出用電晶體自斷開轉換爲導通時將上述電容 元件所存儲電荷施加於輸出用電晶體之基極電路的電壓施 加電路。 2. 如申請專利範圍第1項之定電流電路，其中，上 述輸出用電晶體之基極電路係含有1對η之電流鏡電路， 且透過該1對η之電流鏡電路將上述所定倍基極電流供給 上述輸出用電晶體。 3. 如申請專利範圍第1或2項之定電流電路，其中 ，上述容量元件係爲電晶體之接合容量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4. 如申請專利範圍第1或2項之定電流電路，其中 ，係設有上述輸出用電晶體之自上述基極電路的電流轉爲 不被拔取之狀態時，將由上述電壓施加電路存儲於上述容 量元件之電荷施加於上述基極電路的控制電路。 5. 如申請專利範圍第1或2項之定電流電路.，其中 ，上述負載係爲發光二極體。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -17-