TW201426237A - 電流控制電路與電流控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電流控制電路與電流控制方法。電流控制電路係根據一導通控制訊號以控制對外耦接之一受供電元件之一供電流，該電流控制電路包含：一導通控制開關，耦接於該受供電元件並根據該導通控制訊號以決定是否導通該供電流；以及複數個電流控制開關，係串聯設置且與該導通控制開關耦接，以控制該供電流之電流量。

Description

電流控制電路與電流控制方法

本發明有關於一種電流控制電路，特別是利用複數個電流控制開關以降低電容耦合效應之一種電流控制電路，以及相關的電流控制方法。

電流控制電路常用於驅動如發光二極體等需要以電流進行控制的元件。第1A圖顯示一種先前技術之電流控制電路10，其中包含兩開關：導通控制開關M11與電流控制開關M12。導通控制開關M11接受外來導通控制訊號Sc而決定導通或切斷供應給發光二極體的電流，而電流控制開關M12則控制電流之大小。導通控制開關M11為一NMOS電晶體，其源極耦接至差分放大器Opa，藉由閉迴路設計使其源極電壓可準確控制，故其電流控制的準確性高，但其缺點是差分放大器Opa的操作使電路反應時間較長(超過75ns)。

第1B圖中所示為另一種先前技術之電流控制電路20，在此種先前技術中，導通控制訊號Sc直接透過驅動閘21而控制導通控制開關M21。若與第1A圖相較，由於無差分放大器Opa，故其反應時間較短(約30ns)。然而此種先前技術具有以下缺點：因電容耦合效應之關係，當導通控制開關M21剛導通之瞬間，節點A處的電荷會使電流控制開關M22之閘極G22感應產生電荷，導致電流控制開關M22之閘極電壓暫時過衝失準(overshoot)，因此電流也失準，須等待一段時間電荷平衡後才能正常運作，故電流控制電路20之精確度控制較差。

由上可知，無論電流控制電路10或20，皆無法兼具準確性 高與反應時間短之電流控制需求。

就其中一個觀點，本發明提供一種電流控制電路，係根據一導通控制訊號以控制對外耦接之一受供電元件之一供電流，該電流控制電路包含：一導通控制開關，耦接於該受供電元件並根據該導通控制訊號以決定是否導通該供電流；複數個電流控制開關，係串聯設置且與該導通控制開關耦接；以及複數個操作開關，各操作開關的一端分別接收一對應的電流控制訊號，各操作開關的另一端控制該複數個電流控制開關中對應的一個電流控制開關，其中該複數個電流控制訊號藉由控制該複數個電流控制該開關之導通狀況，而控制該供電流之電流量。

在一種較佳實施型態中，該導通控制開關係耦接於該受供電元件與該複數個電流控制開關之間，或該複數個電流控制開關係耦接於該受供電元件與該導通控制開關之間。

在一種較佳實施型態中，各電流控制開關為MOS電晶體。

在一種較佳實施型態中，在各電流控制開關之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，當該導通控制開關開始導通該供電流時，該複數個電流控制開關暫不導通以平衡該些寄生耦合電容之電荷，之後導通該些電流控制開關。

在一種較佳實施型態中，在各電流控制開關之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，當該導通控制開關開始不導通該供電流時，該複數個電流控制開關暫導通以平衡該些寄生耦合電容之電荷，之後該些電流控制開關不導通。

在一種較佳實施型態中，在各電流控制開關之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，且該電流控制電路又包含： 一啟動電路，係分別耦接於該複數個電流控制開關，以於該電流控制電路啟動時、或該導通控制訊號停留於不導通狀態超過一預設時間時，提供電荷給該些寄生耦合電容。

在一種較佳實施型態中，當該導通控制開關開始導通該供電流時，該複數個操作開關暫不導通而使該複數個電流控制開關暫不導通，之後導通該複數個操作開關。

在一種較佳實施型態中，當該導通控制開關開始不導通該供電流時，該複數個操作開關不導通，但該複數個電流控制開關仍暫導通，之後不導通。

在一種較佳實施型態中，該啟動電路包含複數個偏壓電路，分別與各電流控制開關的閘極耦接。

就另一個觀點，本發明也提供一種電流控制方法，適用於一電流控制電路，該電流控制電路包含一導通控制開關，耦接於一受供電元件，該導通控制開關用以接收一導通控制訊號、並根據該導通控制訊號以決定是否使一供電流通過該受供電元件，以及複數個電流控制開關，係串聯設置且與該導通控制開關耦接，以控制該供電流之電流量，其中各電流控制開關為MOS電晶體，且在各MOS電晶體之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，所述電流控制方法包含：根據該導通控制訊號而使該導通控制開關導通；在導通各電流控制開關之前，使該些寄生耦合電容之電荷平衡；以及之後導通各電流控制開關。

在一種較佳實施型態中，該電流控制方法又包含：於該電流控制電路啟動時、或該導通控制訊號停留於不導通狀態超過一預設時間時，提供電荷給該些寄生耦合電容。

在一種較佳實施型態中，該電流控制方法又包含：根據該導通控制訊號而使該導通控制開關不導通；以及不導通各電流控制開關，以使該些寄生耦合電容之電荷平衡。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10、20、30、40、50‧‧‧電流控制電路

21‧‧‧驅動閘

41‧‧‧啟動電路

411、412‧‧‧偏壓電路

100‧‧‧受供電元件

A、B、C、D‧‧‧節點

G22‧‧‧閘極

I‧‧‧供電流

M11、M21、M31、M51‧‧‧導通控制開關

M12、M22、M320、M321、M520、M521‧‧‧電流控制開關

Opa‧‧‧差分放大器

Sc‧‧‧導通控制訊號

SW1、SW2、SW3、SW4‧‧‧操作開關

Vb1、Vb2‧‧‧電流控制訊號

Vb1_ref、Vb2_ref、Vr1、Vr2‧‧‧參考訊號

Vg1、Vg2‧‧‧閘極

第1A、1B圖顯示兩先前技術之電流控制電路之示意圖。

第2A圖顯示根據本發明一實施例之電流控制電路之示意圖。

第2B-2D圖顯示本發明之操作方式並說明如何降低電容耦合效應影響。

第3圖顯示根據本發明另一實施例之電流控制電路之示意圖。

第4圖顯示根據本發明另一實施例之啟動電路之示意圖。

第5圖顯示根據本發明另一實施例之電流控制電路之示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

參照第2A圖，其中顯示根據一觀點，本發明所提供之一種電流控制電路30，係根據一導通控制訊號Sc以控制對外耦接之一受供電元件100(圖式中以發光二極體為例，但不限於此)之一供電流I，電流控制電路30包含：一導通控制開關M31，耦接於受供電元件100並根據導通控制訊號Sc以切換供電流I之導通狀態；複數個電流控制開關M320、M321，係串聯設置並耦接於受供電元件100，以控制供電流I之電流量，且各電流控制開關M320、M321分別經由操作開關SW1、SW2而受控於電流控制訊號Vb1、Vb2。其中，電流控制開關M320、M321可為MOS電晶體(圖式中以NMOS電晶體為例，但不限於此)。此外，電流控制訊號Vb1、Vb2係 藉由控制電流控制開關M320、M321之導通狀況，以控制供電流I之電流量。

相較於第1B圖中之先前技術，電流控制電路30中設置複數個電流控制開關M320、M321，目的在於降低電流控制開關閘極控制電壓過高(overshoot)造成之不準確，此電壓過高係因電容耦合效應之故。參照第2B-2D圖，說明本發明如何降低電容耦合效應影響而使供電流I準確。首先請參閱第2B圖，當導通控制訊號Sc為低位準且電流控制開關M320、M321皆不導通時，節點B之電壓處於高位準(以電壓VB表示)，電流控制開關M320、M321之汲極電壓為0V，而閘極電壓為前一次關掉時，電荷平衡的電壓，亦即由於操作開關SW1、SW2不導通，因此電流控制開關M320、M321之閘極存留了電荷，為便利說明起見，將此時電流控制開關M320、M321之閘極電壓表示為(Vg1ON-△V)和(Vg2ON-△V)，亦即電流控制開關M320、M321之閘極電荷將電流控制開關M320、M321之閘極電壓預先耦合或耦合放電到和導通電壓(Vg1ON)和(Vg2ON)差距△V的電位。

再參閱第2C圖，當導通控制訊號Sc使導通控制開關M31開始導通時，節點B與節點C之間導通，節點C的電壓上升到VB-I．Ron，其中Ron為導通控制開關M31的導通電阻，I．Ron為導通控制開關M31的壓降。電流控制開關M320、M321在此瞬間尚未導通(操作開關SW1、SW2暫時尚未導通)，節點C之電壓因電容耦合效應而傳遞至電流控制開關M320、M321之閘極Vg1、Vg2，產生閘極感應電壓。但整體平衡時間很短，原因是前一次導通控制開關M31不導通時，經過預先耦合或耦合放電，平衡結果使電流控制開關M320、M321之閘極電壓和導通電壓的差距是-△V，而目前導通控制開關M31導通時，所產生的電荷耦合電壓差是△V，前後耦合效應△V幾乎一樣，因此電流幾乎不需要反應時間。

之後，導通電流控制開關M320、M321(操作開關SW1、SW2導通)，因電荷已經耦合平衡，故閘極Vg1、Vg2的電壓不會有很大的過衝失準(overshoot)。此外，因電流控制開關M320、M321的疊置結構(cascade structure)增加了等效小訊號輸出電阻，因此節點B的變化對電流影響較小，對於供電流I的控制可更準確。節點C與閘極Vg1、Vg2的電 壓位準變化，請參閱第2C圖的左上方。

請再參照第2D圖，當導通控制訊號Sc使導通控制開關M31不導通時，電流控制開關M320、M321也隨之不導通，與第2B圖相似地，六個寄生耦合電容上的電荷將會呈平衡狀態。節點C與閘極Vg1、Vg2的電壓位準變化，請參閱第2D圖的左上方。詳言之，操作開關SW1、SW2剛斷開時，由於閘極Vg1、Vg2的電壓暫時仍存在，因此電流控制開關M320、M321在此瞬間還是導通狀態，當導通控制訊號Sc使導通控制開關M31不導通時，電荷將耦合而達到平衡，電流控制開關M320、M321之汲極電壓為0V，電流控制開關M320、M321不導通，且電流控制開關M320、M321之閘極電壓分別維持在(Vg1ON-△V)和(Vg2ON-△V)。

簡言之，由於電流控制開關M320、M321之閘極電壓的變動差距僅有△V，因此電路反應十分迅速。

本發明中電流控制開關之數量不受限於圖式中所顯示，兩個電流控制開關M320、M321僅為說明舉例之目的；電流控制開關之數目可增加。

又，在第2A-2D圖實施例中，導通控制開關M31係耦接於受供電元件100與複數個電流控制開關M320、M321之間，此耦接關係僅為舉例。另一實施例中，可將電流控制開關M320、M321耦接於受供電元件100與導通控制開關M31之間。故其設計端視需要而定。

此外，由前述第2B圖的說明可知，在電路剛啟動時，六個寄生耦合電容中尚未儲存電荷，則當節點B的電壓升高時，寄生耦合電容內的電荷要到達平衡點，需要一段時間。如欲縮短此時間，以使電路在啟動時反應可更迅速，則根據本發明，可提供一個啟動電路。

請參照第3圖，顯示根據本發明另一較佳實施例之電流控制電路40，其中電流控制電路40又包含：一啟動電路41，係分別耦接於複數個電流控制開關M320、M321之閘極。當電路剛啟動而寄生耦合電容上尚未儲存電荷、或導通控制訊號Sc長時間(超過某一預設時間)停留於低位準(以低位準表示不導通為例)以致寄生耦合電容上的電荷流失時，啟動電路41可提供電荷給電流控制開關M320、M321的閘極或將電流控制 開關M320、M321的閘極先拉高至預定的位準，以使寄生耦合電容上的電荷可平衡在比零為高的位準。當電路啟動完畢、或導通控制訊號Sc轉為高位準時，因寄生耦合電容的電荷已提前平衡，故可使電路反應時間縮短。此啟動電路41的設置並非必須，如不在意電路啟動時的反應速度，則可省略。

參照第4圖，其中顯示根據本發明一較佳實施例之啟動電路41。啟動電路41包含兩組偏壓電路411、412以及對應的操作開關SW3、SW4，當需要提供偏壓給電流控制開關M320、M321的閘極時操作開關SW3、SW4通，否則操作開關SW3、SW4為斷路。偏壓電路411、412有各種方式可以實施，例如可為參考電壓產生器，或是可為如圖所示的單增益電路(unit gain circuit)，將電流控制開關M320、M321之閘極Vg1、Vg2分別與參考訊號Vb1_ref、Vb2_ref比較後，產生比較訊號以傳送至電流控制開關M320、M321之閘極Vg1、Vg2，其中參考訊號Vb1_ref、Vb2_ref例如但不限於可對應於電流控制訊號Vb1、Vb2。圖中也可不將單增益電路的負輸入端連接於閘極Vg1、Vg2，而是連接於一訊號輸入點，如此則成為開迴路的設計，同樣可在電路啟動時提供電荷給寄生耦合電容。

參照第5圖，其中顯示根據本發明另一較佳實施例之電流控制電路50。與第2A圖相較，本實施例意在顯示本發明可具有以下變化：第一、在導通控制訊號Sc與導通控制開關M51之間可設置一驅動電路，以產生較高位準的驅動訊號來提供更佳的驅動能力，以驅動導通控制開關M51。第二、電流控制訊號Vb1、Vb2可藉由開迴路或閉迴路的方式產生，例如圖中所示，可藉由差分放大器根據參考訊號Vr1、Vr2來產生電流控制訊號Vb1、Vb2。差分放大器的另一輸入端可為開迴路的連接(例如連接於一電壓節點，則該電壓節點可接收訊號以決定電流控制訊號Vb1、Vb2)，或為閉迴路的連接(例如連接於電流控制開關M520、M521的閘極，則參考訊號Vr1、Vr2會決定電流控制訊號Vb1、Vb2)。以上種種，可視需要來設計。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權 利範圍。對於熟悉本技術者，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化。故凡依本發明之概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。例如，實施例圖示直接連接的各電路或元件，其間可插置不影響主要功能的其他電路或元件。差分放大器的輸入端正負可以互換，僅需對應更改後續電路處理訊號的方式。所示的NMOS可以改換為PMOS，等等。本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

30‧‧‧電流控制電路

I‧‧‧供電流

100‧‧‧受供電元件

M31‧‧‧導通控制開關

M320、M321‧‧‧電流控制開關

Sc‧‧‧導通控制訊號

Vb1、Vb2‧‧‧電流控制訊號

Claims (12)

1. 一種電流控制電路，係根據一導通控制訊號以控制對外耦接之一受供電元件之一供電流，該電流控制電路包含：一導通控制開關，耦接於該受供電元件並根據該導通控制訊號以決定是否導通該供電流；複數個電流控制開關，係串聯設置且與該導通控制開關耦接；以及複數個操作開關，各操作開關的一端分別接收一對應的電流控制訊號，各操作開關的另一端控制該複數個電流控制開關中對應的一個電流控制開關，其中該複數個電流控制訊號藉由控制該複數個電流控制該開關之導通狀況，而控制該供電流之電流量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電流控制電路，其中該導通控制開關係耦接於該受供電元件與該複數個電流控制開關之間，或該複數個電流控制開關係耦接於該受供電元件與該導通控制開關之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電流控制電路，其中各電流控制開關為MOS電晶體。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電流控制電路，其中在各電流控制開關之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，當該導通控制開關開始導通該供電流時，該複數個電流控制開關暫不導通以平衡該些寄生耦合電容之電荷，之後導通該些電流控制開關。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電流控制電路，其中在各電流控制開關之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，當該導通控制開關開始不導通該供電流時，該複數個電流控制開關暫導通以平衡該些寄生耦合電容之電荷，之後該複數個電流控制開關不導通。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電流控制電路，其中在各電流控制開關之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，且該電流控制電路又包含：一啟動電路，係分別耦接於該複數個電流控制開關， 以於該電流控制電路啟動時、或該導通控制訊號停留於不導通狀態超過一預設時間時，提供電荷給該些寄生耦合電容。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電流控制電路，其中該啟動電路包含複數個偏壓電路，分別與各電流控制開關的閘極耦接。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電流控制電路，其中當該導通控制開關開始導通該供電流時，該複數個操作開關暫不導通而使該複數個電流控制開關暫不導通，之後導通該複數個操作開關。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電流控制電路，其中當該導通控制開關開始不導通該供電流時，該複數個操作開關不導通，但該複數個電流控制開關仍暫導通，之後不導通。
10. 一種電流控制方法，適用於一電流控制電路，該電流控制電路包含一導通控制開關，耦接於一受供電元件，該導通控制開關用以接收一導通控制訊號、並根據該導通控制訊號以決定是否使一供電流通過該受供電元件，以及複數個電流控制開關，係串聯設置且與該導通控制開關耦接，以控制該供電流之電流量，其中各電流控制開關為MOS電晶體，且在各MOS電晶體之汲極與閘極間、以及在閘極與源極間具有寄生耦合電容，所述電流控制方法包含：根據該導通控制訊號而使該導通控制開關導通；在導通各電流控制開關之前，使該些寄生耦合電容之電荷平衡；以及之後導通各電流控制開關。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電流控制方法，又包含：於該電流控制電路啟動時、或該導通控制訊號停留於不導通狀態超過一預設時間時，提供電荷給該些寄生耦合電容。
12. 如申請專利範圍第10項所述之電流控制方法，又包含：根據該導通控制訊號而使該導通控制開關不導通； 暫導通各電流控制開關，以使該些寄生耦合電容之電荷平衡；以及之後使該些電流控制開關不導通。