TWI502839B - 穩流裝置及均流電路 - Google Patents

Description

穩流裝置及均流電路

本發明係關於一種穩流裝置及均流電路，尤指一種利用空乏式金氧半場效電晶體之穩流裝置及均流電路。

請參見第一圖，為傳統常見之發光二極體驅動電路之電路示意圖。一發光二極體模組LM之一端耦接一交流電源AC，另一端耦接一空乏式金氧半場效電晶體CS之一汲極D。空乏式金氧半場效電晶體CS之一源極S與一閘極G均接地。在理想上，當空乏式金氧半場效電晶體CS操作於飽和區時，不論交流電源AC之高低變化，空乏式金氧半場效電晶體CS的一電流IL穩定不變。

請參見第二圖，為空乏式金氧半場效電晶體CS實際之電流對一汲極源極電壓差Vds之示意圖。空乏式金氧半場效電晶體CS操作於飽和區時，電流IL會隨著汲極源極電壓差Vds而增加。因此，實際使用時，發光二極體模組LM的亮度仍會隨著交流電源AC而變化。

鑑於先前技術中的空乏式金氧半場效電晶體之電流仍會隨著汲極源極電壓差而變化，而無法真正提供一穩定電流。本發明使用串聯之兩空乏式金氧半場效電晶體作為一穩流裝置，使穩流裝置所提供的電流不隨輸入電壓變化而變動，而提供更穩定的電流。

為達上述目的，本發明提供了一種穩流裝置，包含一第一空乏式金氧半場效電晶體以及一第二空乏式金氧半場效電晶體。第一空乏式金氧半場效電晶體具有一第一源/汲極端、一第一控制端及一第二源/汲極端。第二空乏式金氧半場效電晶體具有一第三源/汲極端、一第二控制端及一第四源/汲極端。其中，第一控制端電性連接第二控制端，第二源/汲極端電性連接第三源/汲極端，第四源/汲極端電性連接一共同電位，而第一源/汲極端用以耦接一負載。

本發明之穩流電路可應用至一些需固定電流驅動之負載，例如：發光二極體。因此，本發明也提供了一種均流電路，包含複數個穩流裝置。每一穩流裝置包含一第一空乏式金氧半場效電晶體以及一第二空乏式金氧半場效電晶體。第一空乏式金氧半場效電晶體具有一第一源/汲極端、一第一控制端及一第二源/汲極端，第一源/汲極端用以耦接對應之一負載。第二空乏式金氧半場效電晶體具有一第三源/汲極端、一第二控制端及一第四源/汲極端，第一控制端電性連接第二控制端以作為一穩流控制端，第二源/汲極端電性連接第三源/汲極端。其中，複數個穩流裝置之第二控制端彼此電性連接以接收一穩流控制訊號，複數個穩流裝置之第四源/汲極端電性連接一共同電位。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

請參見第三圖，為根據本發明之一較佳實施例之穩流裝置之電路示意圖，用以驅動一發光二極體模組LM。發光二極體模組LM之一端耦接一交流電源AC，另一端耦接一穩流裝置100。穩流裝置100包含一第一空乏式金氧半場效電晶體CS1以及一第二空乏式金氧半場效電晶體CS2。第一空乏式金氧半場效電晶體CS1具有一第一源/汲極端D1、一第一控制端G1及一第二源/汲極端S1。第二空乏式金氧半場效電晶體CS2具有一第三源/汲極端D2、一第二控制端G2及一第四源/汲極端S2。第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第一控制端G1與第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的第二控制端G2電性連接，並接收一穩流控制訊號Vcon。第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第二源/汲極端S1電性連接第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的第三源/汲極端D2。第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的第四源/汲極端S2電性連接系統的一共同電位，例如：接地。第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第一源/汲極端D1耦接一發光二極體模組LM，發光二極體模組LM包含至少一發光二極體。

由於第一空乏式金氧半場效電晶體CS1與第二空乏式金氧半場效電晶體CS2流過相等的一電流IL’，根據金氧半場效電晶體飽和區的電流公式，可寫出如下等式：IL '=K ₁ (V _{GS 1} -V _{th 1} )² (1+λ ₁ V _{DS 1} )...(1)

IL '=K ₂ (V _{GS 2} -V _{th 2} )² (1+λ ₂ V _{DS 2} )=K ₂ (V _{GS 1} +V _{DS 2} -V _{th 2} )² (1+λ ₂ V _{DS 2} )...(2)

其中，V_DS1 及V_DS2 分別為第一空乏式金氧半場效電晶體CS1及第二空乏式金氧半場效電晶體CS2之汲極源極之電壓差；V_th1 及V_th2 分別為第一空乏式金氧半場效電晶體CS1及第二空乏式金氧半場效電晶體CS2之臨界電壓；K₁ 及及K₂ 分別為第一空乏式金氧半場效電晶體CS1及第二空乏式金氧半場效電晶體CS2之電流係數；λ₁ 及λ₂ 分別為第一空乏式金氧半場效電晶體CS1及第二空乏式金氧半場效電晶體CS2之通道長度調變係數。

由於穩流控制訊號Vcon之準位不變，因此，第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第二源/汲極端S1的電位將會被箝制在幾乎不變的準位上。也就是說，第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的汲極源極電壓差V_DS2 將幾乎為一定值。根據第(2)式，電流IL’幾乎為一定值。請參見第四圖，為第三圖所示之穩流裝置100之電流對第二空乏式金氧半場效電晶體之汲極源極電壓差之示意圖。

電流係數K₁ 、K₂ 與第一空乏式金氧半場效電晶體CS1及 第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的通道寬度長度成正比。在相同的通道尺寸下，第二空乏式金氧半場效電晶體CS2之臨界電壓V_th2 必須大於第一空乏式金氧半場效電晶體CS1之臨界電壓V_th1 。舉例來說，在K1=K2，V_th1 =-3V，V_th2 =-1V時，第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第二源/汲極端S1的電位約略為2V。如此，第(1)式及第(2)式的電流才能相等，以確保為確保第一空乏式金氧半場效電晶體CS1及第二空乏式金氧半場效電晶體CS2確實同時操作於飽和區。或者，在相同的閘極材料種類以及基板摻雜濃度下，臨界電壓V_th1 及V_th2 為相同，此時第二空乏式金氧半場效電晶體CS2之通道寬度長度比必須小於第一空乏式金氧半場效電晶體CS1之通道寬度長度比，以維持第(1)式及第(2)式的電流相等。

實際應用時，第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第一控制端G1與第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的第二控制端G2可電性連接至第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的第四源/汲極端S2。如此，第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第一控制端G1與第二空乏式金氧半場效電晶體CS2可封裝於具有兩隻腳位之封裝體內，而減少所需之封裝腳位數。如此，不僅可以減少穩流裝置的製造成本，也可以簡化穩流裝置的應用方式，使其應用方式與二極體相同。

本發明之穩流裝置可應用至一些需固定電流驅動之負載，例如：發光二極體。請參見第五圖，為根據本發明之一較佳實施例之均流電路之示意圖。均流電路包含複數個本發明之穩流裝置100。請同時參見第三圖，每一穩流裝置100的第一空乏式金氧半場效電晶體CS1之第一源/汲極端D1用以耦接發光二極體模組LM1~LM3中對應之負載。每一穩流裝置100的第一空乏式金氧半場效電晶體CS1的第一控制端G1及第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的第二控制端G2共同耦接至一穩流控制訊號Vg。每一穩流裝置100的第二空乏式金氧半場效電晶體CS2的第四源/汲極端S2共同耦接至一共同電位(接 地)。如此，這些穩流裝置100構成一電流鏡，使發光二極體模組LM1~LM3流經大體上一致的電流，而且電流大小幾乎不隨發光二極體模組LM1~LM3的一驅動電壓Vin而改變。當然穩流控制訊號Vg也可以為共同電位，以減少穩流裝置100的腳位。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

先前技術：

LM‧‧‧發光二極體模組

AC‧‧‧交流電源

CS‧‧‧空乏式金氧半場效電晶體

D‧‧‧汲極

S‧‧‧源極

G‧‧‧閘極

IL‧‧‧電流

Vds‧‧‧汲極源極電壓差

本發明：

LM、LM1~LM3‧‧‧發光二極體模組

100‧‧‧穩流裝置

CS1‧‧‧第一空乏式金氧半場效電晶體

CS2‧‧‧第二空乏式金氧半場效電晶體

D1‧‧‧第一源/汲極端

G1‧‧‧第一控制端

S1‧‧‧第二源/汲極端

D2‧‧‧第三源/汲極端

G2‧‧‧第二控制端

S2‧‧‧第四源/汲極端

Vcon、Vg‧‧‧穩流控制訊號

IL’‧‧‧電流

V_DS2 ‧‧‧汲極源極電壓差

AC‧‧‧交流電源

Vin‧‧‧驅動電壓

第一圖為傳統常見之發光二極體驅動電路之電路示意圖

第二圖為空乏式金氧半場效電晶體實際之電流對汲極源極電壓差之示意圖。

第三圖為根據本發明之一較佳實施例之穩流裝置之電路示意圖。

第四圖為第三圖所示之穩流裝置之電流對第二空乏式金氧半場效電晶體之汲極源極電壓差之示意圖。

第五圖為根據本發明之一較佳實施例之均流電路之示意圖。

LM．．．發光二極體模組

100．．．穩流裝置

CS1．．．第一空乏式金氧半場效電晶體

CS2．．．第二空乏式金氧半場效電晶體

D1．．．第一源/汲極端

G1．．．第一控制端

S1．．．第二源/汲極端

D2．．．第三源/汲極端

G2．．．第二控制端

S2．．．第四源/汲極端

Vcon．．．穩流控制訊號

IL’．．．電流

AC．．．交流電源

Claims (7)

1. 一種穩流裝置，包含：一第一空乏式金氧半場效電晶體，具有一第一源/汲極端、一第一控制端及一第二源/汲極端；以及一第二空乏式金氧半場效電晶體，具有一第三源/汲極端、一第二控制端及一第四源/汲極端；其中，該第一控制端電性連接該第二控制端，該第二源/汲極端電性連接該第三源/汲極端，該第四源/汲極端電性連接一共同電位，而該第一源/汲極端用以耦接一負載，該第一空乏式金氧半場效電晶體箝制該第二源/汲極端的電位，該第二空乏式金氧半場效電晶體設定流經該負載的電流為一固定電流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之穩流裝置，其中該第一控制端及該第二控制端電性連接該共同電位。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之穩流裝置，其中該第二空乏式金氧半場效電晶體之一臨界電壓大於該第一空乏式金氧半場效電晶體之一臨界電壓。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之穩流裝置，其中該第二空乏式金氧半場效電晶體之一通道寬度長度比小於該第一空乏式金氧半場效電晶體之一通道寬度長度比。
5. 一種均流電路，包含：複數個穩流裝置，每一穩流裝置包含：一第一空乏式金氧半場效電晶體，具有一第一源/汲極端、一第一控制端及一第二源/汲極端，該第一源/汲極端用以耦接對應之一負載；以及一第二空乏式金氧半場效電晶體，具有一第三源/汲極端、一第二控制端及一第四源/汲極端，該第一控制端電性連接該第 二控制端以作為一穩流控制端，該第二源/汲極端電性連接該第三源/汲極端；其中，該複數個穩流裝置之該些控制端彼此電性連接以接收一穩流控制訊號，該複數個穩流裝置之該些第四源/汲極端電性連接一共同電位，該第一空乏式金氧半場效電晶體箝制該第二源/汲極端的電位，該第二空乏式金氧半場效電晶體設定流經該負載的電流為一固定電流。
6. 如申請專利範圍第5項所述之均流電路，其中該複數個穩流裝置之該些控制端電性連接該共同電位。
7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之均流電路，其中該些負載為發光二極體。