CN102469664B - 恒流dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恒流DC-DC转换器。根据一个实施例，一种器件包括：正电源电压节点；以及第一运算放大器，包括第一输入、第二输入和耦合到第二输入的输出。该器件还包括：第一电阻器，耦合于第一运算放大器的第二输入与正电源电压节点之间；第二电阻器，耦合于第一运算放大器的输出与电接地之间，并且配置成接收流过第一电阻器的相同电流；第二运算放大器，包括耦合到第二电阻器的第一输入和耦合到输出节点的输出；以及第三电阻器，耦合于电接地与第二运算放大器的第二输入之间。

Description

恒流DC-DC转换器
技术领域
本申请主要涉及集成电路，并且具体地涉及用于生成低静态和高度精确的电流的恒流DC-DC转换器。
背景技术
在某些应用如与发光器件(LED)有关的应用中需要高度稳定和精确的电流。例如LED需要高度精确的电流从而可以精确地控制LED的亮度。DC-DC转换器在集成电路中常用于提供精确电流。在DC-DC转换器中，生成不随温度变化、电压变化和工艺变化而变化的参考电压、然后参考电压被转换成也将是高度精确和稳定的电流。
发明内容
根据一个实施例，一种器件包括：正电源电压节点；以及第一运算放大器，包括第一输入、第二输入和耦合到第二输入的输出。该器件还包括：第一电阻器，耦合于第一运算放大器的第二输入与正电源电压节点之间；第二电阻器，耦合于第一运算放大器的输出与电接地之间，并且配置成接收流过第一电阻器的相同电流；第二运算放大器，包括耦合到第二电阻器的第一输入和耦合到输出节点的输出；以及第三电阻器，耦合于电接地与第二运算放大器的第二输入之间。
附图说明
为了更完整地理解实施例及其优点，现在参照与以下附图结合的下文描述：
图1图示了用于提供稳定输出电流的DC-DC转换器，其中使用电流镜；以及
图2图示了根据实施例的用于提供稳定输出电流的DC-DC转换器，其中未使用电流镜。
具体实施方式
所讨论的具体实施例仅为举例而不限制公开内容的范围。
图1图示了DC-DC转换器，该转换器包括生成输出电压Vbg的带隙参考生成器RVG’。向运算放大器A1’的正输入提供输出电压Vbg。放大器A1’的负输入耦合到晶体管M3’的源极并且还通过电阻器Rset’耦合到电接地GND。由晶体管M1’和M2’形成的电流镜包括与晶体管M3’的漏极耦合的第一支路(具有晶体管M1’的支路)和与电阻器R1’耦合的第二支路(具有晶体管M2’的支路)。运算放大器A2’包括与电流镜的第二支路耦合的正输入和通过电阻器R2’耦合到电接地GND的负输入。
图1中所示电路可以生成可以表达如下的稳定输出电流I：
I＝n1*n2*Vbg/Rset′    [等式1]
其中n1为晶体管M2’的驱动电流与晶体管M1’的驱动电流之比，n2为电阻器R1’的电阻与电阻器R2’的电阻之比。观察到输出电流I受比值n1影响，该比值n1进一步受晶体管M1’和M2’的工艺和温度变化所影响。另外，存在流过电流镜的电流，这些电流被浪费掉。因而根据一个实施例提供一种如图2中所示改进的恒流DC-DC转换器。
图2图示了用于将参考电压发生器生成的DC(直流)参考电压转换成DC电流的恒流DC-DC转换器的电路图。恒流DC-DC转换器包括用于生成稳定参考电压VA的参考电压生成器RVG。在一个实施例中，参考电压生成器RVG为带隙参考电压生成器。向运算放大器A1的正输入提供参考电压VA。运算放大器A1的负输入耦合到晶体管M1的漏极，该漏极又通过电阻器Rset耦合到正电源电压VCC。正电源电压VCC又由电源(未示出)提供。在一个实施例中，恒流DC-DC转换器形成于芯片C中，并且晶体管M1的漏极耦合到芯片C的外部焊盘或者管脚(下文称为焊盘/管脚)P1。电阻器Rset可以在芯片C外部，尽管它也可以构建于芯片C内部。
晶体管M1的源极通过电阻器R1耦合到电接地GND(或者VSS)。另外，晶体管M1的源极耦合到运算放大器A2的正输入。晶体管M1用来减少运算放大器A1的输出阻抗，并且提高运算放大器A1的驱动能力，以保证在晶体管M1的漏极的电压VB等于电压VA。运算放大器A2的负输入也通过电阻器R2耦合到电接地GND(或者VSS)。也分别使用标号R1和R2来表示电阻器R1和R2的电阻。在一个实施例中，电阻R1等于R2。在替代实施例中，比值n(R1/R2)不等于1并且可以针对恒流DC-DC转换器被用于的应用来相应地选择。运算放大器A2的负输入可以耦合到芯片C的外部焊盘/管脚P3。
在一个实施例中，运算放大器A2的输出直接连接到输出节点P2，该节点也可以是相应芯片C的外部焊盘/管脚。在替代实施例中，可以在运算放大器A2的输出与输出节点P2之间添加控制器电路以缓和输出电流I2。输出节点P2可以耦合到负载器件LD，该器件可以是发光器件(LED)或者任何其它类型的加载器件。另外，负载器件LD耦合于运算放大器A2的负输入与输出节点P2之间。负载器件LD可以是在芯片C外部的器件。
由于在运算放大器A1的正输入与负输入之间的虚拟连接，所以在晶体管M1的漏极的电压VB等于参考电压生成器RVG生成的参考电压VA。因而，流过晶体管M1的源极-漏极路径的电流I1可以表达如下：
I1＝(VCC-VA)/Rset    [等式1]
由于在运算放大器A2的正输入与负输入之间的虚拟连接，所以在运算放大器A2的正输入和负输入上的电压处于相同电平，因此电流I2可以表达如下：
I2＝n*I1＝n*(VCC-VA)/Rset    [等式2]
通过等式2观察到电流I2是稳定和精确的，因为比值n、电源电压VCC、参考电压VA和电阻Rset是稳定和精确的。另外，可以通过调节电阻Rset来容易地调节输出电流I2，因为比值n、电源电压VCC和参考电压VA是稳定的。芯片C因此可以用作LED控制芯片。
在实施例中，由于未使用电流镜，所以节省了电流镜消耗的电流并且消除了电流镜所引起的变化和失配。
虽然已经详细地描述示例实施例及其优点，但是应当理解这里可以进行各种改变、替换和变更而不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神实质和范围。另外，本申请的范围并不限于说明书中描述的过程、机器、制造品和物质组成、装置、方法和步骤的具体实施例。如本领域普通技术人员根据本发明的公开内容将容易理解的那样，根据本发明，可以利用与这里描述的对应实施例实现基本上相同功能或者实现基本上相同结果的目前已经存在或者以后将开发的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法或者步骤。

Claims (20)

1.一种恒流DC-DC转换器，包括：
正电源电压节点；
第一运算放大器，包括第一输入、第二输入和耦合到所述第二输入的输出，其中所述第一运算放大器的所述第一输入是配置成接收来自参考电压生成器的参考电压的正输入，所述第一运算放大器的所述第二输入是负输入；
第一电阻器，耦合于所述第一运算放大器的所述第二输入与所述正电源电压节点之间；
第二电阻器，耦合于所述第一运算放大器的所述输出与电接地之间，并且配置成接收流过所述第一电阻器的相同电流；
第二运算放大器，包括耦合到所述第二电阻器的第一输入和耦合到输出节点的输出，其中所述第二运算放大器的所述第一输入是正输入，所述第二运算放大器的所述第二输入是负输入；以及
第三电阻器，耦合于所述电接地与所述第二运算放大器的第二输入之间。
2.根据权利要求1所述的恒流DC-DC转换器，其中所述参考电压生成器是带隙参考电压生成器。
3.根据权利要求1所述的恒流DC-DC转换器，其中所述第一运算放大器和第二运算放大器在一个芯片中，并且所述第二运算放大器的所述第二输入和所述输出各自耦合到所述芯片的一个外部焊盘/管脚。
4.根据权利要求3所述的恒流DC-DC转换器，其中所述第一运算放大器的所述第二输入耦合到所述芯片的一个附加外部焊盘/管脚。
5.根据权利要求3所述的恒流DC-DC转换器，还包括：负载器件，其在所述芯片外部并且耦合于所述第二运算放大器的所述输出耦合到的外部焊盘/管脚与所述第二运算放大器的所述第二输入耦合到的外部焊盘/管脚之间。
6.根据权利要求1所述的恒流DC-DC转换器，还包括：发光器件，耦合于所述第二运算放大器的所述第二输入与所述输出之间。
7.根据权利要求1所述的恒流DC-DC转换器，还包括晶体管，所述晶体管包括：栅极，耦合到所述第一运算放大器的所述输出；第一源极/漏极，耦合到所述第一运算放大器的所述第二输入；以及第二源极/漏极，耦合到所述第二电阻器。
8.根据权利要求7所述的恒流DC-DC转换器，其中所述第二源极/漏极直接连接到所述第二电阻器和所述第二运算放大器的所述第一输入。
9.一种恒流DC-DC转换器，包括：
正电源电压节点；
带隙参考电压生成器，包括用于输出参考电压的输出；
第一运算放大器，包括：耦合到所述带隙参考电压生成器的所述输出的第一输入、第二输入、以及输出，其中所述第一运算放大器的所述第一输入是正输入，所述第一运算放大器的所述第二输入是负输入；
晶体管，包括与所述第一运算放大器的所述输出耦合的栅极；
第一电阻器，包括：耦合到所述正电源电压节点的第一端子；以及耦合到所述第一运算放大器的所述第二输入和所述晶体管的第一源极/漏极的第二端子；
第二电阻器，将所述晶体管的第二源极/漏极耦合到电接地；
第二运算放大器，包括与所述晶体管的所述第二源极/漏极耦合的第一输入以及耦合到输出节点的输出，其中所述第二运算放大器的所述第一输入是正输入，所述第二运算放大器的所述第二输入是负输入；
第三电阻器，将所述第二运算放大器的第二输入耦合到所述电接地；以及
负载器件，耦合于所述第二运算放大器的所述输出接点与所述第二输入之间，其中所述负载器件被配置成允许流过所述负载器件的电流等于流过所述第三电阻器的电流。
10.根据权利要求9所述的恒流DC-DC转换器，其中所述第一运算放大器和第二运算放大器在一个芯片中，并且其中所述第二运算放大器的所述第二输入和所述输出各自耦合到所述芯片的一个外部焊盘/管脚。
11.根据权利要求10所述的恒流DC-DC转换器，其中所述第一运算放大器的所述第二输入耦合到所述芯片的一个附加外部焊盘/管脚。
12.根据权利要求9所述的恒流DC-DC转换器，其中所述负载器件包括发光器件。
13.根据权利要求9所述的恒流DC-DC转换器，其中所述第一运算放大器和第二运算放大器的所述第一输入为正输入，并且所述第一运算放大器和第二运算放大器的所述第二输入为负输入。
14.根据权利要求9所述的恒流DC-DC转换器，其中所述晶体管的所述第二源极/漏极直接连接到所述第二电阻器和所述第二运算放大器的所述第一输入。
15.一种生成电流的方法，所述方法包括：
使用带隙参考电压生成器来生成参考电压；
在第一运算放大器的第一输入上施加所述参考电压以将所述参考电压映射到所述第一运算放大器的第二输入，其中所述第一运算放大器的所述第一输入是正输入，所述第一运算放大器的所述第二输入是负输入；
使用所述参考电压来生成流过第一电阻器的第一电流，其中所述第一电阻器耦合到所述第一运算放大器的所述第二输入；
在第二电阻器上施加所述第一电流，其中所述第二电阻器耦合于第二运算放大器的第一输入与电接地之间；并且
生成流过第三电阻器的第二电流，其中所述第三电阻器耦合于所述第二运算放大器的第二输入与所述电接地之间，其中所述第二运算放大器的所述第一输入是正输入，所述第二运算放大器的所述第二输入是负输入。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一运算放大器和第二运算放大器以及所述第二电阻器和第三电阻器在一个芯片内部，其中所述方法还包括将负载器件连接到所述芯片而所述负载器件在所述芯片外部，并且其中所述第二电流流过所述负载器件。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述负载器件耦合于所述第二运算放大器的输出与所述第二运算放大器的所述第二输入之间。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一运算放大器和第二运算放大器以及所述第二电阻器和第三电阻器在一个芯片内部，并且其中所述方法还包括将所述第一电阻器连接到所述第一运算放大器的所述第二输入，其中所述第一电阻器在所述芯片外部。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述生成第一电流的步骤包括向所述第一电阻器的相对的端子上施加正电源电压和所述参考电压。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二电阻器直接连接到所述第二运算放大器的所述第一输入。
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