CN101147424B - 用于电压控制的电流源的偏移校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供新型的电路和方法，用于校正与电压控制的电流源相关的偏移。偏移校正电路连接到电流源，以防止由电流源产生的输出电流偏离希望的水平。电流源可以包括跨导放大器或者断续放大器，并且可以被设置以产生零或非零值的输出电流。

Description

用于电压控制的电流源的偏移校正电路
技术领域
[0001]本发明涉及供电系统，更具体地说，涉及提供电压控制的电流源的偏移校正的电路和方法，所述电压控制的电流源可以作为，例如，用于降压-升压发光二极管(LED)驱动器的降压-升压DC-DC变换器调节回路中的误差信号放大器。
背景技术
[0002]电压控制的电流源，例如跨导放大器，可以将电压之间的差值转换成电流。跨导放大器的理想转移特性是：
Iout＝Gm(Vin+-Vin-)，
其中，Iout是放大器输出端的电流，
Gm是跨导，
Vin+是放大器非反向输入端的电压，和
Vin-是反向输入端的电压。
[0003]因此，跨导放大器产生与其输入端电压之间差成比例的输出电流。最简单的跨导放大器由差动对组成，以将输入电压差值转换成两个电流I+和I-。所述电流然后被反映到输出，以便它们的差值成为放大器的输出电流。因此，当相同的电压施加在其输入时，跨导放大器应该产生零净输出电流。
[0004]不过，与放大器电路自身相关的偏移电压可能影响跨导放大器的输出电流。例如，偏移电压可由动态条件，例如热、光和辐射条件，由输入级晶体管的大小差异，由所述晶体管的掺杂和基极扩散的差异，由电流镜的误差，和其他电路缺陷引起。由于偏移电压，即使当施加在其输入端的电压相同时，跨导放大器可能在其输出产生某些电流。
[0005]因此，需要一个偏移校正或者自动调零电路，它会补偿偏移电压，在跨导放大器的输出产生正确的电流值。
发明内容
[0006]本发明提供新型的电路和方法，用于校正与电压控制的电流源相关的偏移。具体地讲，偏移校正电路连接到电流源，以防止由电流源产生的输出电流偏离希望的水平。
[0007]所述电源流可以包括跨导放大器，或者断续放大器，并且可被设置以产生零或非零值的输出电流。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述偏移校正电路可包括差动对晶体管，与差动对中相应晶体管连接的一对保持电容，用于保持偏移校正信息，和若干切换电路，用于在正常操作模式和偏移校正操作模式之间对电流源进行切换。
[0009]例如，在偏移校正操作中，可以将电流源的输入彼此连接，并切将差动对连接到电流源。
[0010]可将补偿电容连接至电流源的输出，用于在偏移校正操作期间，将输出端的电压保持在要求的水平。
[0011]根据本发明的一个方面，所述偏移校正电路可用于驱动发光二极管(LED)的电路中，所述电路包括电流源，响应表示LED电流的信号，以产生希望水平的输出电流，来调节LED电流。所述偏移校正电路连接到电流源，用于校正施加在电流源的偏移电压，以防止输出电流偏离希望的水平。
[0012]根据本发明的一种方法，执行下述步骤，用于校正与电流源相关的偏移，产生保持希望值调节电流所需水平的输出电流：
-向电流源的第一输入提供表示调节电流的信号，
-向电流源的第二输入提供表示希望值调节电流的参考信号，以产生输出电流，用于在正常操作模式保持希望值的调节电流。
-将参考信号从第二输入断开，并将第二输入连接到第一输入，以切换到偏移校正操作模式，和
-向偏移校正模式的电流源提供由偏移校正电路产生的偏移电流，以补偿电流源的输出，使其等于所需的电压。
[0013]通过以下详细描述，使本领域技术人员会更显而易见地了解本发明的其他优点和方面，其中本发明的实施例仅以实现本发明最佳模式的方式示出和描述。如下所述，本发明能够有其他和不同的实施例，并且其若干细节可以在不同明显的方面进行改进，所有改进不会偏离本发明的精神。相应地，附图和说明被视为是描述性的，而非限制性的。
附图说明
[0014]通过结合下述附图，可以最佳地理解本发明实施例的下述详细描述，其中特征并不一定按比例绘制，而是被绘制为能最佳描述相关特征，其中，
[0015]图1是本发明的降压-升压LED驱动器的示例性示意图。
[0016]图2是示出在正常操作模式的LED电流调节回路的示意图。
[0017]图3是示出在自动调零操作模式的驱动器的示意图。
[0018]图4是为具有非零输出电流的跨导放大器采用自动调零电路的降压-升压LED驱动器的示例性示意图。
[0019]图5是示出在LED电流调节回路中使用断续放大器的降压-升压LED驱动器的偏移校正的示意图。
具体实施方式
[0020]本发明以跨导放大器为例进行说明，所述跨导放大器作为用于降压-升压LED驱动器的降压-升压DC-DC变换器调节回路中的误差信号放大器。不过，显而易见，本文的构思可适用于任何供电系统中的任何电压控制的电流源。
[0021]图1示出了简化的电路图，示出降压-升压LED驱动器10，包括跨导放大器12，作为降压-升压DC-DC变换器调节回路中的误差信号放大器。跨导放大器12的输出连接到降压-升压DC/DC变换器14，它产生驱动LED16，例如白色LED所需的输出电压。降压-升压DC/DC变换器的一个例子是由凌特公司(Linear TechnologyCorporation)制造的
Figure S05849273420070928D000031
降压-升压变换器。
[0022]具体地讲，跨导放大器12的输出连接到电压补偿节点18。跨导放大器12的输出驱动补偿电容Cc在节点18接地。结果，在节点18产生补偿电压Vc。例如，可以选择1μF电容作为电容Cc。为了响应电压Vc，降压-升压变换器14生成输出电压Vout施加在LED16的正极。旁路电容Cout连接至降压-升压DC/DC变换器14的输出。
[0023]LED16的阴极连接到跨导放大器12的反相输入端。跨导放大器12的非反相输入端被提供与LED电流的希望值成比例的参考电压Vref。使用参考电流源Iref通过电阻R1接地产生参考电压Vref。跨导放大器12的反相输入通过电阻R2接地。
[0024]因此，由跨导放大器12提供的调节回路调节LED电流ILED＝Iref×R1/R2，而不是输出电压Vout。跨导放大器12输出端的补偿电压Vc确定降压-升压变换器14中转换的占空比，所述降压-升压变换器14产生的输出电压Vout等于LED16在希望LED电流的正向电压降加上参考电压Vref。例如，为了响应增大的Vc，降压-升压变换器14生成增大的输出电压Vout。
[0025]为了实现最高效率，希望生成尽可能低的输出电压Vout，它要求尽可能低的参考电压Vref。不过，在跨导放大器12的较低输入电压，输入参考偏移电压会导致LED电流的较大误差。因此，需要自动调零或偏移校正电路，以在低输入电压操作跨导放大器12。
[0026]如上所述，跨导放大器在其输出产生一电流，响应其输入端电压之间的差值。因此，自动调零跨导放大器的程序不同于自动调零电压放大器的程序，因为在自动调零期间必须实现零净值输出电流而不是零输出电压。
[0027]根据本发明，跨导放大器自动调零电路包括差动对的MOS晶体管20和22。例如，可以使用NMOS晶体管。保持电容Chold连接到每个晶体管20和22的栅极。例如，可以使用2pF保持电容。电流源24连接到晶体管20和22的源极之间的共同节点。晶体管20的栅极通过开关电路26连接到跨导放大器12的输出端，而晶体管22的栅极通过开关电路28连接到电压补偿节点18。晶体管20和22的漏极连接到跨导放大器12的偏移校正输入端。
[0028]另外，跨导放大器自动调零电路包括在跨导放大器12的非反相输入端和参考电压Vref之间的开关电路30。开关电路32设置在跨导放大器12的反相和非反相输入端之间。另外，开关电路34设置在跨导放大器12的输出端和电压补偿节点18之间。
[0029]如图2所示，在正常操作模式，断开开关26和28，以便使跨导放大器12的输出和电压补偿节点18从相应的晶体管20和22的栅极断开。另外，闭合开关30，使跨导放大器12的非反相输入端连接到参考电压Vref，并且断开开关32，使非反相输入端与反相输入端断开。另外，闭合开关34，以便将跨导放大器12的输出连接到电压补偿节点18。因此，在正常操作模式中，跨导放大器12在调节回路中工作，产生输出电流，来响应与LED电流的希望值成比例的参考电压Vref和与LED电流的实际值成比例的非反相输入端电压之间的差值。
[0030]如图3所示，在自动调零或者偏移校正操作模式中，闭合开关26和28，分别将晶体管20和22的栅极连接到跨导放大器12的输出端和电压补偿节点18。断开开关34，将跨导放大器12的输出端从电压补偿节点18断开。闭合开关32，将跨导放大器12的非反相输入端连接到其反相输入端，并且断开开关30，将非反相输入端从参考电压Vref断开。
[0031]从而，在自动调零模式，差动对晶体管20和22的一个输入被提供电压Vc，它作为参考。差动对的另一输入连接到跨导放大器12的输出，它工作仅响应其输入偏移电压。差动对将差动偏移电流注入跨导放大器12的偏移校正输入，以补偿跨导放大器12的输出Vout\Gm，使其等于Vc电压。跨导放大器12产生零输出电流Iout\Gm，因为其输出只连接到晶体管20的高阻抗栅极。补偿电容Cc储存在正常模式期间在电压补偿节点18产生的电压Vc的值，并且使降压-升压变换器14能够生成在自动调零模式期间继续驱动LED16所需的输出电压。
[0032]当跨导放大器12返回到正常模式时，差动对从电压补偿节点18和跨导放大器12的输出端断开，并且保持电容Chold存储补偿跨导放大器12的偏移电压所需的任何偏移校正电压值。所述电压值确定施加在跨导放大器12偏移校正输入的晶体管20和22的漏电流。
[0033]开关26、28、30、32和34由时序电路控制，以提供在正常和自动调零模式操作的适当时序。例如，跨导放大器12可以在正常模式工作120微秒，而在自动调零模式为8微秒。
[0034]图4示出类似于图1-3所示结构的示例性跨导放大器自动调零电路，只是图4所示的电路具有偏置电路，用于通过电阻Rout\Gm向跨导放大器12的输出端提供DC偏置电压VBIAS。结果，在自动调零模式期间，跨导放大器12的输出电流Iout\Gm可以补偿以预设非零值。
[0035]图5示出了本发明的另一个实施例，其中自动调零电路提供包括断续放大器50的电路中的偏移校正，所述放大器50用作驱动LED16的降压-升压DC-DC变换器14的误差信号放大器。断续放大器50包括运算放大器A1和运算放大器A2。跨导放大器GM可设置在断续放大器50的输出端，用于提供电压-电流转换。
[0036]自动调零电路包括两个保持电容Chold，总是分别连接在放大器A1和放大器A2的偏移校正输入端与地之间。例如，可以使用100pF电容。另外，自动调零电路包括开关52，它将放大器A2的非反相输入端连接到放大器A1的非反相输入端或者放大器A1的反相输入端，和开关54，它将放大器A2的输出端连接到放大器A1的偏移校正输入端或者放大器A2的偏移校正输入端。
[0037]为了响应GM输出端的电压，降压-升压变换器14产生施加到LED16的阳极的输出电压Vout。旁路电容Cout可以连接到降压-升压变换器14的输出端。LED16的阴极连接到放大器A1和A2的反相输入端，它也通过电阻R接地。放大器A1和A2的非反相输入端提供有与LED电流的希望值成比例的参考电压Vref。
[0038]断续放大器50在放大器A1的输出端产生一电压，响应施加在反相和非反相输入端的电压之间的差值。由断续放大器50提供的调节回路，通过在GM的输出端产生电压，来调节LED电流ILED，所述GM输出电压确定降压-升压变换器14中的开关占空度，产生等于LED16在希望LED电流的正向电压降加上参考电压Vref的输出电压Vout。
[0039]在时钟周期的一个位相上，开关52将放大器A2的非反相输入从放大器A1的非反相输入断开，并且连接放大器A2的反相和非反相输入。同时，开关54将放大器A2的输出从放大器A1的偏移校正输入断开，并且将放大器A2的输出连接到放大器A2的偏移校正输入。结果，与放大器A2相关的偏移电压被消除。所需的校正电压由一个电容Chold保持。
[0040]在时钟周期的相对相位上，开关52再次连接放大器A1和A2的非反相输入端，并且开关54连接放大器A2的输出端，以驱动放大器A1的偏移校正输入端。结果，与放大器A1相关的偏移电压被消除。所需的校正电压由另一个电容Chold保持。
[0041]因此，放大器A1在时钟周期的两个相都运行，提供持续的LED电流调节系统。断续放大器50可以由低频时钟信号控制，例如，10kHz。
[0042]上述说明示出和描述了本发明的各个方面。另外，本发明仅示出和描述了优选的实施例，但是如上所述，应当理解，本发明可用于各种其他的组合、改进和环境，并且可以在本文表述的发明构思范围内进行改变或改进，与上述教导、和/或技术或相关领域的知识相当。
[0043]本文上述的实施例还用于解释实施本发明的已知最佳实施模式，并且使本领域技术人员能够以所述或其他实施例使用本发明，并根据本发明的特定应用或用途的需要进行各种改进。
[0044]因此，本说明书不倾向于将本发明限定为本文公开的形式。另外，所附权利要求书应当被理解为包括可替换的实施例。

Claims (12)

1.一种产生输出电流的电路，包括：
电流源，响应输入电压，以产生希望水平的输出电流，和
偏移校正电路，连接至所述电流源，用于校正施加在所述电流源的偏移电压，以防止输出电流偏离希望水平，
其中，所述偏移校正电路包括差动对晶体管和一对保持电容，所述一对保持电容连接差动对中的相应晶体管用于保持偏移校正信息。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源包括跨导放大器。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源包括断续放大器。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源被设置以产生零值的输出电流。
5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述偏移校正电路还包括第一开关电路，用于在偏移校正操作期间将差动对连接到所述电流源。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述偏移校正电路还包括第二开关电路，用于在偏移校正操作期间将所述电流源的输入端彼此连接。
7.根据权利要求5所述的电路，还包括补偿电容，连接到所述电流源的输出端，用于在偏移校正操作期间，将电流源输出端的电压保持在需要的水平。
8.一种用于驱动发光二极管(LED)的电路，包括：
电流源，响应表示发光二极管电流的信号，以产生希望水平的输出电流，以调节所述发光二极管电流，和
偏移校正电路，连接至电流源，用于校正施加在所述电流源的偏移电压，以防止输出电流偏离希望水平，
其中，所述偏移校正电路包括差动对晶体管和一对保持电容，所述一对保持电容连接至差动对中的相应晶体管用于保持偏移校正信息。
9.根据权利要求8所述的电路，其中，所述电流源包括跨导放大器。
10.根据权利要求8所述的电路，其中，所述电流源包括断续放大器。
11.根据权利要求8所述的电路，其中，所述电流源被设置以产生零值的输出电流。
12.根据权利要求1所述的电路，还包括补偿电容，连接至所述电流源的输出端，用于在偏移校正操作期间，将所述电流源输出端的电压保持在需要的水平。
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