TWI338994B - Dc/dc converter having constant current output - Google Patents

Description

1338994 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】· 本發明係關於一種直流電源轉換電路，尤指一種具定電流輸 出之直流電源轉換電路。 【先前技術】 ^ 近年來，發光二極體（Light Emitting Diode, LED)已普遍應 用使用於資訊、通訊及消費性電子產品的指示燈與顯示裝置上， B 如交通號誌燈等等。不同於一般白熾燈泡，發光二極體係屬冷發 光元件，因此具有耗電量低、元件壽命長、無須暖燈時間以及反 應速度快等優點，再加上其體積小、对震動、適合量產，因此容 易配合應用需求而製成極小或陣列式的元件。在發光二極體的物 理特性中’發光二極體之發光程度係與其通過的電流成正比，而 通過發光二極體之電流隨著發光二極體之一順向偏壓呈指數型的 增加，也就是說，當通過的電流越大’二極體發光的強度也越高。 _ 另外’當週遭環境的溫度改變時，二極體的電流亦呈現指數型的 改變。在許多應用中，如液晶顯示器的背光、交通號誌等等，皆 ,, 需要發光二極體持續以相同程度發光，以免造成視覺上閃爍不定 / 的現象發生。因此，一般來說，發光二極體需要一電壓轉換電路 來控制其電流，以穩定發光亮度。 ^參考第1圖，第1圖為一習知直流對直流電壓轉換器10 之示心圖直流對直流電壓轉換器1〇包含有一直流電源1〇〇、_ 1338994 開關電晶體102、一電阻l〇4、一二極體i〇6、一電感l〇8、一電 容11〇、一負載112、一控制訊號產生器114及一電壓轉換器（high sider) 116。控制訊號產生器114可;f艮據電阻1〇4的輸出電流，產 生一控制訊號Sc’並透過電壓轉換器〗改變控制訊號Sc之電壓 . 準位，以控制開關電晶體102的開啟或關閉，其工作原理如下。 當開關電晶體102導通時，二極體1〇6承受反偏壓而阻斷一迴路 ’· L1，使得電源100對電感1〇8儲能，此時電阻1〇4之電流逐漸上 I 升。當電阻104之電流上升至一預設準位，控制訊號產生器114 透過控制況號Sc關閉開關電晶體1〇2。一旦開關電晶體〖ο〗關閉， 則電感108會產生極性相反的電壓，二極體1〇6承受順向偏壓而 導通迴路L1 ’此時電阻1〇4之電流開始下降。換句話說，習知直 流對直流電壓轉換器10透過開關電晶體102的導通與關閉，使負 載112之電流維持在一微小擺幅内，穩定負載112之電流。 在習知直流對直流電壓轉換器1G中’由於控制訊號產生器 φ 114與電路中的各元件共接同-接地端GND，使得開關電晶體i 〇2 與控制訊號產生器114分處不同電壓準位，開關電晶體脱位於 、電壓高側side)，而控制訊號產生器114位於一電壓低側。 目此’為了使控制訊號產生ϋ 114產生之控觀號&能適當地控 制開關電晶體102，習知直流對直流電壓轉換器1〇需要利用電壓 轉換器116預先改變控舰號^的賴準位，即將控制訊號& .的電壓準位提昇至電壓高側，所以電壓轉換器116通常為變壓器 組合。因此’雜砂直流對錢轉換H 1G纽，電路的複 6 1338994 雜度仍較高且佔用面積較大。 【發明内容】 因此’本發明係提供一種具定電流輸出之直流電源轉換電路。

本發明係揭露-種具定電流輸出之直流電賴換電路。該直 流電源轉換電路包含有-直流電壓源、—驅動電路及—控制訊號 產生器。該直流龍源制來提供—直流電源。該驅動電路包含 有一開關、-電阻、-二極體及—電感。該開關具有—第一端搞 接於該直流電麟，-第二端用來接收—控制訊號，以及一第三 端。糊咖來根據該第二端所接收之控制訊號，導通或關閉該 第-端至該第三端之連結i電阻具有—第—端_於該開關之 該=三端，及一第二端偶接於一第-接地端。該二極體具有一第 端耗接於该開關之該第三端與該電阻之該第一端，及—第二端 搞接於一第二接地端。該電感具有—第—端減於該第一接Z 知第及:第端缺於—負載。該控制訊號產生器输於該開關 之-端、第三端，及該第一接地端，用來根據該 生該控制訊號至該開關之該第二端。 电心生 【實施方式】 流電之-實施賴電流輸出之直 勒電路22、一控制訊號產生器214及一負載 7 1338994 212。直流電壓源200係用來提供一直流電源給直流電源轉換電路 J 20。驅動電路22之構成元件類彳以於第1圖之直流對直流電壓轉換 器10，其包含有一開關202、一電阻204、一二極體206、一電感 ,208及一濾波電容210。開關202具有一第一端2022耦接於直流 電壓源200，一第二端2024用來接收控制訊號產生器214所產生 ·， . 之一控制訊號sc,以及一第三端2026。開關202是用來根據第二 - 端2024所接收之控制訊號Sc，導通或關閉第一端2022至第三端 2026之連結。因此，開關202可為一金屬氧化半導體場效電晶體 鲁 （metal_oxicJe-semiconductor field-effect transistor ’ MOSFET )，則 第一端2〇22係沒極，第二端2024係閘極，第三端2026係源極。 或者’開關202亦可為一雙極性接面電晶體（Bip〇larJuncti〇n

Transistor ’ BJT) ’則第一端2022係集極，第二端2024係基極， 第三端2026係射極。不同於第1圖之電阻1〇4偶接於電容11〇及 負載112之間，電阻2〇4偶接於開關202與電感208之間，其中 電阻204與電感208之間設有一第一接地端(3]^)1。二極體2〇6 鲁耦接於開關202之第三端2026與一第二接地端GND2之間。二極 體206通常為-pn接面半導體元件，圖示中的上端為〇極而下端 . 為P極。另外’第一接地端GND1係用來提供控制訊號產生器214 之電源接地，而第二接地端GND2係用來提供直流電壓源2〇〇之 電源接地，也就是說，控制訊號產生器26與第2圖中其他元件不 、地。電感208偶接於第一接地端GND1及負載212之間，用來 儲存或槪直錢壓源提供之能量，可㈣錢的最大或最 】值。濾波電容210耦接於電感208與第二接地端GND2之間， 8 1338994 —用來渡除輸出至負載212之電流的雜訊。控制訊號產生器2M通 常為脈寬調變器（Pulsewidthm〇dulat〇r)，耗接於電阻綱之兩端 (其中-端即為第-接地端GND1)。控制訊號產生器214透過第 -接地端GND1可感到電限2G4之電流’益根據電流變化產生適 合的控制訊號Sc至開關202之第二端2024。 - 負載212是需要工作在穩定電流下的元件，以發光二極體 (Light emitting diode ’ LED)為例，其發光強度與通過的電流成 • 比例，因此發光二極體需要穩定的電流來維持固定的亮度，以免 造成閃爍不定的情況發生。為了提供穩定的電流給負載212，控制 sfl號產生器214可感測電阻204之電流，產生控制訊號&，以控 制開關202的開啟或關閉，從而將輸出至負載212之電流維持在 一定的範圍内，其工作原理如下。當開關202導通時，二極體206 承受反偏壓而阻斷一迴路L2，使得直流電壓源2〇〇對電感2〇8儲 能，此時電阻204的電流隨著電感208的電流逐步往上升而上升。 φ 當電阻204的電流上升至一預定最大值時，控制訊號產生器214 透過控制訊號Sc關閉開關202。一旦開關202關閉，直流電壓源 200無法提供能量’電感208會產生極性相反的電壓，則二極體 ^ 206運作於順向偏壓下導通迴路L2，此時，電阻204的電流隨著 電感208的電流下降而下降。當電阻204的電流下降至一預定最 小值時，控制訊號產生器214再透過控制訊號Sc開啟開關202， 如此'一來使負載212的電λ»ιι_仔以維持在一定的範圍内。因此’在 • 直流電源轉換電路20中’控制訊號產生器214不與其他元件共於 9 1338994

116 電壓轉換器

Sc 控制訊號 U、L2、L3 迴路 GND、GND1、GND2 接地端 2022、2024、2026、3022、3024、3026 端點 13

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： L —種具定電流輸出之直流電_換電路，包含有： 直流電壓源’用來提供-直流電源； 一驅動電路，包含有： -開關，具有—第一端祕於該直流電壓源，一第二端用 來接收-控制訊號’以及-第三碑，該開關用來根據 該第二端所接收之控制訊號，導通或關閉該第—端至 該第三端之連結； —電阻，具有一第一端耦接於該開關之該第三端，及一第 二端偶接於一第一接地端； --極體’具有—N極雛於該關之該第三端與該電阻 之該第一端，及一P極耦接於一第二接地端；以及 —電感，具有一第一端耦接於該第一接地端，及—第二端 轉接於一負載；以及 —控制訊號產生器，搞接於該開關之第二端、第三端，及該第 —接地端，用來根據該電阻之電流，產生該控制訊號至該 開關之該第二端。 2 主 •如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該控制訊號產生 。口 係脈見έ周變器（Pulse width modulator )。 3 至 •如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中另包含—濾波電 容’輕接於該第二接地端與該電感之該第二端之間。 1338994 4. 5. 6. 99年11月9日修正替換頁 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該開關爲二 乳化半導體場效電晶體（metai__〇xjde-semiconductor field-effect transistor，MOSFET transistor)。 如請求項4所述之直流電源轉換電路，其中該開關之該第— 端係一汲極，該第二端係一閘極，以及該第三端係—源極。 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該開關為—雙極 接面電晶體（Bipolar Junction Transistor，BJT )。 如凊求項6所述之直流電源轉換電路，其中該開關之該第一 端係一集極，該第二端係一基極，以及該第三端係—射極。 種具定電流輸出之直流電源轉換電路，包含有： 直流電壓源，用來提供一直流電源； 〜驅動電路，包含有： —開關，具有一第一端耦接於該直流電壓源，〜第二端用 來接收一控制訊號，以及一第三端，該開關用來根據 該第二端所接收之控制訊號，導通或關閉該第一端至 該第三端之連結； 一第一電阻，具有一第一端耦接於該開關之該第三端，及 一第二端偶接於一第一接地端； 〜第二電阻，具有一第一端，及一第二端耦接於該第一接 15 1338994 —*---* ' -. • 99年1]月9曰修正替換頁 地端； ~~ 一二極體’具有一 N.極輕接於該第二電阻之該第一端’及 一 p極耦接於一第二接地端；以及 — 一電感，具有一第一端耦接於該第一接地端，及一第二端 . 耦接於一負載；以及 一控制訊號產生器，耦接於該開關之第二端、第三端’該第二 電阻之第一端，以及該第一接地端，用來根據該電阻之電 χφ 流，產生該控制訊號至該開關之該第二端。 9. 如請求項8所述之直流電源轉換電路，其中該控制訊號產生 器係一脈寬調變器（Pulse width modulator )。 10. 如請求項8所述之直流電源轉換電路，其中另包含一濾波電 容’耦接於該第二接地端與該電感之該第二端之間。 (· n.如請求項8所述之直流電源轉換電路，其中該開關為一金屬 氧化半導體％效電晶體（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSKET transistor)。 u.如請求項11所述之直流電源轉換電路，其中該開關之該第一 . 端係—汲極’該第二端d閘極，以及該第三端係-源極。 3·如請求項8所述之直流電源轉換電路，其中該開關為—雙極 16 1338994 - 99年11月9日修正替換頁 性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor，BJT )。 14.如請求項13所述之直流電源轉換電路，其中該開關之該第一 、 端係一集極，該第二端係一基極，以及該第三端係一射極。 ·· Η"一、圖式：

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