CN101123394A - 具有定电流输出的直流电源转换电路 - Google Patents
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Abstract
一种具有定电流输出的直流电源转换电路包含有一直流电压源、一驱动电路及一控制信号产生器。该驱动电路包含有一开关、一电阻、一二极管及一电感。该开关一第一端、一第二端以及一第三端，用来根据一控制信号，导通或关闭一连结。该电阻耦接于该开关的该第三端与一第一接地端之间。该二极管具有一第一端及一第二端耦接于一第二接地端。该电感具有一第一端耦接于该第一接地端，及一第二端耦接于一负载。该控制信号产生器耦接于该开关的第二端、第三端，及该第一接地端，用来根据该电阻的电流产生该控制信号至该开关的该第二端。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流电源转换电路，特别涉及一种具有定电流输出的直流电源转换电路。
背景技术
近年来，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)已普遍应用使用于信息、通信及消费性电子产品的指示灯与显示装置上，如交通号志灯等等。不同于一般白炽灯泡，发光二极管属冷发光组件，因此具有耗电量低、组件寿命长、无须暖灯时间以及反应速度快等优点，再加上其体积小、耐震动、适合量产，因此容易配合应用需求而制成极小或阵列式的组件。在发光二极管的物理特性中，发光二极管的发光程度与其通过的电流成正比，而通过发光二极管的电流随着发光二极管的一顺向偏压呈指数型的增加，也就是说，当通过的电流越大，二极管发光的强度也越高。另外，当周遭环境的温度改变时，二极管的电流亦呈现指数型的改变。在许多应用中，如液晶显示器的背光、交通号志等等，皆需要发光二极管持续以相同程度发光，以免造成视觉上闪烁不定的现象发生。因此，一般来说，发光二极管需要一电压转换电路来控制其电流，以稳定发光亮度。
请参考图1，图1为一现有直流对直流电压转换器10的示意图。直流对直流电压转换器10包含有一直流电源100、一开关晶体管102、一电阻104、一二极管106、一电感108、一电容110、一负载112、一控制信号产生器114及一电压转换器(high sider)116。控制信号产生器114可根据电阻104的输出电流，产生一控制信号Sc，并通过电压转换器116改变控制信号Sc的电压电平，以控制开关晶体管102的开启或关闭，其工作原理如下。当开关晶体管102导通时，二极管106承受反偏压而阻断一回路L1，使得电源100对电感108储能，此时电阻104的电流逐渐上升。当电阻104的电流上升至一预设电平，控制信号产生器114通过控制信号Sc关闭开关晶体管102。一旦开关晶体管102关闭，则电感108会产生极性相反的电压，二极管106承受顺向偏压而导通回路L1，此时电阻104的电流开始下降。换句话说，现有直流对直流电压转换器10通过开关晶体管102的导通与关闭，使负载112的电流维持在一微小摆幅内，稳定负载112的电流。
在现有直流对直流电压转换器10中，由于控制信号产生器114与电路中的各组件共接同一接地端GND，使得开关晶体管102与控制信号产生器114分处不同电压电平，开关晶体管102位于电压高侧(high side)，而控制信号产生器114位于一电压低侧。因此，为了使控制信号产生器114产生的控制信号Sc能适当地控制开关晶体管102，现有直流对直流电压转换器10需要利用电压转换器116预先改变控制信号Sc的电压电平，即将控制信号Sc的电压电平提升至电压高侧，所以电压转换器116通常为变压器组合。因此，对于现有直流对直流电压转换器10来说，电路的复杂度仍较高且占用面积较大。
发明内容
因此，本发明是提供一种具有定电流输出的直流电源转换电路。
本发明揭露一种具有定电流输出的直流电源转换电路。该直流电源转换电路包含有一直流电压源、一驱动电路及一控制信号产生器。该直流电压源用来提供一直流电源。该驱动电路包含有一开关、一电阻、一二极管及一电感。该开关具有一第一端耦接于该直流电压源，一第二端用来接收一控制信号，以及一第三端。该开关用来根据该第二端所接收的控制信号，导通或关闭该第一端至该第三端的连结。该电阻具有一第一端耦接于该开关的该第三端，及一第二端偶接于一第一接地端。该二极管具有一第一端耦接于该开关的该第三端与该电阻的该第一端，及一第二端耦接于一第二接地端。该电感具有一第一端耦接于该第一接地端，及一第二端耦接于一负载。该控制信号产生器耦接于该开关的第二端、第三端，及该第一接地端，用来根据该电阻的电流产生该控制信号至该开关的该第二端。
附图说明
图1为一现有降压式直流对直流电压转换器的示意图。
图2为本发明一实施例阵列输出的直流电源转换电路的示意图。
图3为本发明一实施例阵列输出的直流电源转换电路的示意图。
附图符号说明
10 直流对直流电压转换器
102 开关晶体管
20、30 直流电源转换电路
22、32 驱动电路
100、200、300 直流电压源
202、302 开关
104、204、304、314 电阻
106、206、306 二极管
108、208、308 电感
110、210、310 电容
112、212、312 负载
114、214、314 控制信号产生器
116 电压转换器
Sc 控制信号
L1、L2、L3 回路
GND、GND1、GND2 接地端
2022、2024、2026、3022、3024、3026 端点
具体实施方式
请参考图2，图2为本发明一实施例阵列输出的直流电源转换电路20的示意图。直流电源转换电路20包含有一直流电压源200、一驱动电路22、一控制信号产生器214及一负载212。直流电压源200用来提供一直流电源给直流电源转换电路20。驱动电路22的构成组件类似于图1的直流对直流电压转换器10，其包含有一开关202、一电阻204、一二极管206、一电感208及一滤波电容210。开关202具有一第一端2022耦接于直流电压源200，一第二端2024用来接收控制信号产生器214所产生的一控制信号Sc，以及一第三端2026。开关202是用来根据第二端2024所接收的控制信号Sc，导通或关闭第一端2022至第三端2026的连结。因此，开关202可为一金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor，MOSFET)，则第一端2022是漏极，第二端2024是栅极，第三端2026是源极。或者，开关202亦可为一双极性接面晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)，则第一端2022是集极，第二端2024是基极，第三端2026是射极。不同于图1的电阻104偶接于电容110及负载112之间，电阻204偶接于开关202与电感208之间，其中，电阻204与电感208之间设有一第一接地端GND1。二极管206耦接于开关202的第三端2026与一第二接地端GND2之间。二极管206通常为一pn接面半导体组件，图标中的上端为n极而下端为p极。另外，第一接地端GND1用来提供控制信号产生器214的电源接地，而第二接地端GND2用来提供直流电压源200的电源接地，也就是说，控制信号产生器26与图2中其它组件不共地。电感208偶接于第一接地端GND1及负载212之间，用来储存或释放直流电压源200提供的能量，可控制电流的最大或最小值。滤波电容210耦接于电感208与第二接地端GND2之间，用来滤除输出至负载212的电流的噪声。控制信号产生器214通常为脉宽调制器(Pulse width modulator)，耦接于电阻204的两端(其中一端即为第一接地端GND1)。控制信号产生器214通过第一接地端GND1可感测电阻204的电流，并根据电流变化产生适合的控制信号Sc至开关202的第二端2024。
负载212是需要工作在稳定电流下的组件，以发光二极管(Lightemitting diode，LED)为例，其发光强度与通过的电流成比例，因此发光二极管需要稳定的电流来维持固定的亮度，以免造成闪烁不定的情况发生。为了提供稳定的电流给负载212，控制信号产生器214可感测电阻204的电流，产生控制信号Sc，以控制开关202的开启或关闭，从而将输出至负载212的电流维持在一定的范围内，其工作原理如下。当开关202导通时，二极管206承受反偏压而阻断一回路L2，使得直流电压源200对电感208储能，此时电阻204的电流随着电感208的电流逐步往上升而上升。当电阻204的电流上升至一预定最大值时，控制信号产生器214通过控制信号Sc关闭开关202。一旦开关202关闭，直流电压源200无法提供能量，电感208会产生极性相反的电压，则二极管206运作于顺向偏压下导通回路L2，此时，电阻204的电流随着电感208的电流下降而下降。当电阻204的电流下降至一预定最小值时，控制信号产生器214再通过控制信号Sc开启开关202，如此一来使负载212的电流得以维持在一定的范围内。因此，在直流电源转换电路20中，控制信号产生器214不与其它组件共于第二接地端GND2，而改接于第一接地端GND1，并且电阻204改接于开关202与电感208之间，使控制信号产生器214产生的控制信号Sc的电压电平以处于电压高侧，可直接将控制信号Sc送至开关202。
请参考图3，图3为本发明一实施例阵列输出的直流电源转换电路30的示意图。直流电源转换电路30包含有一直流电压源300、一驱动电路32、一控制信号产生器314及一负载312。直流电压源300用来提供一直流电源给直流电源转换电路30。驱动电路32包含有一开关302、一第一电阻304、一第二电阻314、一二极管306、一电感308及一滤波电容310。第一电阻304及一第二电阻314的一端皆耦接于第一接地端GND1，另一端耦接于控制信号产生器314。由图3可知，相较于图2的驱动电路22，驱动电路32是增加第二电阻314耦接于一第一接地端GND1及二极管308之间。因此，在开关302导通时，控制信号产生器314可根据第一电阻304上电流的变化，产生一控制信号Sc，而在开关302关闭时，控制信号产生器314则根据第二电阻314上电流的变化，产生控制信号Sc。
因此，当开关302导通时，二极管306承受反偏压而阻断一回路L3，使得第二电阻314上无电流通过，此时直流电压源300对电感308储能，则第一电阻304的电流随着电感308的电流逐步往上升而上升。当电阻304的电流上升至一预定最大值时，控制信号产生器314通过控制信号Sc关闭开关302。一旦开关302关闭，直流电压源300无法提供能量，第一电阻304因此无电流通过，此时电感308会产生极性相反的电压，使二极管306运作于顺向偏压下导通回路L3，则第二电阻314上有电流通过且其电流大小随着电感308的电流下降而下降。当第二电阻314的电流下降至一预定最小值时，控制信号产生器314再通过控制信号Sc开启开关202，如此一来使负载312的电流得以维持在一定的范围内。因此，在直流电源转换电路30中，控制信号产生器214不与其它组件共于第二接地端GND2，而改接于第一接地端GND1，并且于开关302导通及关闭期间，分别根据第一电阻304及第二电阻314上的电流变化，产生控制信号Sc。控制信号产生器314产生的控制信号Sc的电压电平是处于电压高侧，可直接将控制信号Sc送至开关302，不需通过其它变压组件。
综上所述，在现有技术中，电阻接于负载的后端，且控制信号产生器与直流电源共地，使产生的控制信号与开关处于不同电压电平，因此现有直流电源转换电路需要电压转换器来调整控制信号的电压电平。不同于现有技术，在本发明直流电源转换电路中，控制信号产生器不与其它组件共接于同一接地端，并将电阻设置在开关之后，使控制信号产生器与开关同处于电压高侧，使控制信号可直接传送至开关，不需要使用电压转换器。因此，本发明直流电源转换电路将电阻设置在高压侧并使控制信号产生器不与其它组件共地，可减低电路复杂度并节省成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (16)
1.一种具有定电流输出的直流电源转换电路，包含有：
一直流电压源，用来提供一直流电源；
一驱动电路，包含有：
一开关，具有一第一端耦接于该直流电压源，一第二端用来接收一控制信号，以及一第三端，该开关用来根据该第二端所接收的控制信号，导通或关闭该第一端至该第三端的连结；
一电阻，具有一第一端耦接于该开关的该第三端，及一第二端偶接于一第一接地端；
一二极管，具有一第一端耦接于该开关的该第三端与该电阻的该第一端，及一第二端耦接于一第二接地端；以及
一电感，具有一第一端耦接于该第一接地端，及一第二端耦接于一负载；以及
一控制信号产生器，耦接于该开关的第二端、第三端，及该第一接地端，用来根据该电阻的电流，产生该控制信号至该开关的该第二端。
2.如权利要求1所述的直流电源转换电路，其中，该控制信号产生器是一脉宽调制器。
3.如权利要求1所述的直流电源转换电路，其中，另包含一滤波电容，耦接于该第二接地端与该电感的该第二端之间。
4.如权利要求1所述的直流电源转换电路，其中，该开关为一金属氧化物半导体场效晶体管。
5.如权利要求4所述的直流电源转换电路，其中，该开关的该第一端是一漏极，该第二端是一栅极，以及该第三端是一源极。
6.如权利要求1所述的直流电源转换电路，其中，该开关为一双极性接面晶体管。
7.如权利要求6所述的直流电源转换电路路，其中，该开关的该第一端是一集极，该第二端是一基极，以及该第三端是一射极。
8.如权利要求1所述的直流电源转换电路，其中，该二极管的该第一端是一n极，该第二端是一p极。
9.一种具有定电流输出的直流电源转换电路，包含有：
一直流电压源，用来提供一直流电源；
一驱动电路，包含有：
一开关，具有一第一端耦接于该直流电压源，一第二端用来接收一控制信号，以及一第三端，该开关用来根据该第二端所接收的控制信号，导通或关闭该第一端至该第三端的连结；
一第一电阻，具有一第一端耦接于该开关的该第三端，及一第二端偶接于一第一接地端；
一第二电阻，具有一第一端，及一第二端耦接于该第一接地端；
一二极管，具有一第一端耦接于该第二电阻的该第一端，及一第二端耦接于一第二接地端；以及
一电感，具有一第一端耦接于该第一接地端，及一第二端耦接于一负载；以及
一控制信号产生器，耦接于该开关的第二端、第三端，该第二电阻的第一端，以及该第一接地端，用来根据该电阻的电流，产生该控制信号至该开关的该第二端。
10.如权利要求9所述的直流电源转换电路，其中，该控制信号产生器是一脉宽调制器。
11.如权利要求9所述的直流电源转换电路，其中，另包含一滤波电容，耦接于该第二接地端与该电感的该第二端之间。
12.如权利要求9所述的直流电源转换电路，其中，该开关为一金属氧化物半导体场效晶体管。
13.如权利要求12所述的直流电源转换电路，其中，该开关的该第一端是一漏极，该第二端是一栅极，以及该第三端是一源极。
14.如权利要求9所述的直流电源转换电路，其中，该开关是一双极性接面晶体管。
15.如权利要求14所述的直流电源转换电路路，其中，该开关的该第一端是一集极，该第二端是一基极，以及该第三端是一射极。
16.如权利要求9所述的直流电源转换电路，其中，该二极管的该第一端是一n极，该第二端是一p极。
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