CN104184320B - 一种输出电流可控电流源 - Google Patents

Abstract

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种输出电流可控电流源。本发明的输出电流可控电流源，其特征在于，包括基本电流产生单元、基本电流拷贝单元、控制单元和输出单元；所述基本电流产生单元的输出端接基本电流拷贝单元的输入端，基本电流拷贝单元的输出端接输出单元的输入端，控制单元的输出端接基本电流拷贝单元的输入端。本发明的有益效果是，不需要提供复杂的外部电路，就可以提供一个恒定的电流输出，也可以根据实际情况外接一个电阻得到满足需求的一个恒定的输出电流，从而提高了电流源的输出电流调节范围，同时也很方便的应用于多种实际情况，扩展了电流源的应用范围。本发明尤其适用于电流源。

Description

一种输出电流可控电流源

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种输出电流可控电流源。

背景技术

电流源能够向负载提供在某个数值保持恒定的电流或者多个不同的恒定电流，应用范围广泛。

其中LED驱动器就是一个典型的电流源，LED驱动器包括：能够为LED提供固定稳定幅值的直流电流的LED驱动器，以及能够为LED提供不同稳定幅值的直流电流，具有调光功能的LED驱动器。

LED灯的亮度由流过该LED的负载电流的大小决定，因此可以通过改变负载电流的大小而调节负载的功率。

图1为现有技术采用的一种应用于LED调光的电流形成电路，可以通过改变参考电压信号Vref的大小来改变负载电流的大小，从而调节LED的亮度。

但是在实际应用时，这种调节方式不方便，首先参考电压信号Vref必须给一定的电压，才能产生电流，不能直接产生一个保持恒定的电流来驱动LED。另外，出于功耗因素的考虑，参考电压信号Vref的值都设定为较小值，例如只有几十毫伏，较小的Vref取值会限制LED灯亮度的调节范围。

综上，采用图1所示的现有技术：通过调节参考电压信号Vref来调节负载电流，从而调节LED灯的亮度存在极大的限制，而且应用不方便。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述现有技术存在的问题，提出一种输出电流可控电流源。

本发明的技术方案是，一种输出电流可控电流源，其特征在于，包括基本电流产生单元、基本电流拷贝单元、控制单元和输出单元；所述基本电流产生单元的输出端接基本电流拷贝单元的输入端，基本电流拷贝单元的输出端接输出单元的输入端，控制单元的输出端接基本电流拷贝单元的输入端；其中，

所述基本电流产生单元，连接在固定电压端和地之间，用于产生基本电流到基本电流拷贝单元；

所述基本电流拷贝单元，用于将基本电流产生单元产生的电流按照1:1的比例拷贝后输出到输出单元，所述基本电流拷贝单元中设置有开关管用于控制拷贝支路的导通与关断；

所述控制单元用于控制电流拷贝单元中位于拷贝支路上的开关管导通与关闭；

所述输出单元用于将电流拷贝单元生成的电流按照1：N的比例放大并输出。

具体的，所述基本电流产生单元由第一基本电流产生支路和第二基本电流产生支路构成；其中，第一基本电流产生支路为第一PMOS管MP1；第一PMOS管MP1的源极连接固定电压端，其栅极和漏极互连；第二基本电流产生支路由第二PMOS管MP2和第一电阻R1构成；第二PMOS管MP2的源极连接固定电压端，其栅极和漏极互连，其漏极通过第一电阻R1接地端；

所述基本电流拷贝单元包含由第一基本电流拷贝支路和第二电流拷贝支路构成；其中，第一基本电流拷贝支路由第三PMOS管MP3和第五PMOS管MP5构成；其中，第三POMS管MP3和第一PMOS管MP1的尺寸相同；第三PMOS管MP3源极接第五PMOS管MP5的漏极，其栅极接第一PMOS管MP1的漏极；第五PMOS管MP5的源极接固定电压端；第二基本电流拷贝支路由第四PMOS管MP4和第六PMOS管MP6构成；其中，第四PMOS管MP4和第二PMOS管MP2的尺寸相同；第四PMOS管MP4的源极接第六PMOS管MP6的漏极，其栅极接第二PMOS管MP2的漏极，其漏极接第三PMOS管MP3的漏极；第六PMOS管MP6的源极接固定电压端；

所述控制单元由比较器和反相器构成；其中，比较器的正输入端接第一PMOS管的漏极，其负输入端接基准电压信号Vref，其输出接反相器的输入端和第五PMOS管的栅极；反相器的输出接第六PMOS管的栅极；

所述输出单元由第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2构成；其中，第一NMOS管MN1的栅极和漏极互连，其漏极接第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的漏极，其源极接地端；第二NMOS管MN2的栅极接第一NMOS管MN1的栅极，其源极接地端，其漏极为输出单元的输出端。

本发明的有益效果为，本发明的可控电流源电路不需要提供复杂的外部电路，就可以提供一个恒定的电流输出，也可以根据实际情况外接一个电阻得到满足需求的一个恒定的输出电流，从而提高了电流源的输出电流调节范围，同时也很方便的应用于多种实际情况，扩展了电流源的应用范围。

附图说明

图1为现有技术提供的一种应用于LED调光的电流形成电路；

图2为本发明的可控电流源的逻辑结构示意图；

图3为本发明实施例1的电路图；

图4为本发明实施例2的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述

如图2所示，本发明的可控电流源包括四个单元：基本电流产生单元、基本电流拷贝单元、控制单元和输出单元。基本电流拷贝单元中的两条电流拷贝支路分别流过与基本电流产生单元中对应电流产生支路中相同的电流。控制单元通过控制两条基本电流拷贝支路上的开关管来控制两条基本电流拷贝支路的导通与关断，同一时间两条支路仅有一条导通。导通的基本电流拷贝支路上的电流在输出单元中按照1：N的比例放大，电流源最后输出N倍的导通的那条基本电流拷贝支路上的电流。

在第一基本电流产生支路没有接外围电路时，控制单元控制第一基本电流拷贝支路上的开关管关断，第二基本电流拷贝支路上的开关管导通，只有第二基本电流拷贝支路会流过电流，电流大小与第二基本电流产生支路产生的电流相同，所以输出单元会输出N倍的第二基本电流产生支路产生的电流。

在第一基本电流产生支路外接一电阻时，控制单元控制第一基本电流拷贝支路上的开关管导通，第二基本电流拷贝支路上的开关管关断，只有第一基本电流拷贝支路会流过电流，电流大小与第一基本电流产生支路产生的电流相同，所以输出单元会输出N倍的第一基本电流产生支路产生的电流。第一基本电流产生支路产生的电流通过调节外接电阻的大小来改变，可以根据实际需要通过控制外接电阻的大小，来得到满足实际需要的电流。

其中，所述基本电流产生单元包含两个基本电流产生支路，第一基本电流产生支路和第二基本电流产生支路；所述第一基本电流产生支路包括第一PMOS管，其源极连接固定电压端，栅极和漏极互连；所述第二基本电流产生支路包括第二PMOS管和第一电阻，第二PMOS管的源极连接固定电压端，栅极和漏极互连，漏极通过第一电阻接地端。

所述基本电流拷贝单元包含两个基本电流拷贝支路，第一基本电流拷贝支路和第二电流拷贝支路；所述第一基本电流拷贝支路包括第三PMOS管和第五PMOS管，第三POMS管和第一PMOS管尺寸相同，第三PMOS管源极与第五PMOS管漏极相连接，栅极与第一PMOS管漏极相连接，第五PMOS管源极接固定电压端；所述第二基本电流拷贝支路包括第四PMOS管和第六PMOS管，第四POMS管和第二PMOS管尺寸相同，第四PMOS管源极与第六PMOS管漏极相连接，栅极与第二PMOS管漏极相连接，漏极与第三PMOS管的漏极相连接，第六PMOS管源极接固定电压端。

所述控制单元包括：比较器和反相器；所述比较器正输入端接第一PMOS管的漏极，负输入端接基准电压信号Vref，输出接反相器的输入和第五PMOS管的栅极，所述反相器的输出接第六PMOS管的栅极。

所述输出单元包括：第一NMOS管和第二NMOS管；所述第一NMOS管栅极和漏极短接，漏极接第三PMOS管和第四PMOS管的漏极，源极接地端；所述第二NMOS管栅极与第一NMOS管栅极连接，源极接地端，漏极为电流输出端。

所述第二NMOS管的尺寸为所述第一NMOS管的N倍，或者所述第二NMOS管由N个与所述第一NMOS管同尺寸的NMOS管并联构成。

本发明的可控电流源电路不外接任何电路时，控制电路输出端输出高电压信号，可以控制第一基本电流拷贝支路上所述的第五PMOS管关断，同时反相器输出的低电压信号控制第二基本电流拷贝支路上所述的第六PMOS管导通，第二基本电流产生电路产生的电流按着1：1的比例流过所述第二基本电流拷贝支路，所述输出单元中第一NMOS管流过和第二基本电流拷贝支路相等的电流，输出单元的输出电流为所述第一NMOS管的N倍，所以本发明的可控电流源电路在不外接任何电路时，输出电流为所述第二基本电流产生支路产生的电流的N倍。

另一方面，当本发明的可控电流源的基本电流产生单元中所述的第一PMOS管的漏极通过外接第二电阻时，所述第一基本电流产生支路会流过一个恒定的由第二电阻控制的电流。所述第一PMOS管的漏极电压降低，引起所述控制电路中比较器的输出电压降低，反相器的输出电压信号升高，从而控制基本电流拷贝单元中所述第五PMOS管导通和所述第六PMOS管关断，第一基本电流产生电路产生的电流按着1：1的比例流过所述第一基本电流拷贝支路，所述输出单元中第一NMOS管流过和第一基本电流拷贝支路相等的电流，输出单元的输出电流为所述第一NMOS管的N倍，所以本发明的可控电流源电路在外接一电阻时，输出电流为所述第一基本电流产生支路产生的由外接电阻所控制的电流的N倍。

所述第一基本电流产生支路上流过的电流可以通过控制外接的所述第二电阻来改变，从而控制输出电流。

实施例1

如图3所示为实施例1的电路图。

基本电流产生单元包括PMOS管Mp1、Mp2以及电阻R1。PMOS管Mp2和电阻R1可以确定这条基本电流产生支路流过的电流Ix。

控制单元包括比较器和反相器，比较器的正输入端接PMOS管Mp1的漏极。PMOS管Mp1的漏极电位很高，使得控制单元中比较器输出高电压信号，反相器输出低电压信号。

基本电流拷贝单元包括PMOS管Mp3、Mp4、Mp5以及Mp6。其中Mp3和Mp5构成第一基本电流拷贝支路，Mp4和Mp6构成第二基本电流拷贝支路，Mp3和Mp1尺寸相同，Mp4和Mp2尺寸相同，Mp5和Mp6分别作为两条电流拷贝支路的开关管，控制支路的导通与关端。控制单元的输出电压信号使开关管Mp5关断，Mp6导通，第一基本电流拷贝支路关断，第二基本电流拷贝支路导通，流过电流Ix。

输出单元包括NMOS管Mn1和Mn2，其中Mn2的尺寸为Mn1的N倍。在具体电路实现中，可以采用NMOS管Mn2由N个与NMOS管Mn1同尺寸的NMOS管并联构成，上述N为正整数。NMOS管Mn1源流和漏极互连，漏极接PMOS管Mp3和Mp4的漏极，源极接地，栅极与NMOS管Mn2栅极相连，Mn2源极接地，NMOS管Mn2的漏极为电流输出端。NMOS管Mn1流过第二基本电流拷贝支路的电流Ix，输出电流Iout为Ix的N倍。

实施例2

如图4所示为实施例2的电路图。

本例在图3所示的实施例1的基础上，在基本电流产生单元中的PMOS管Mp1的漏极通过一电阻R2接地，Mp1与R2构成的第一基本电流产生支路流过电流Ix，电流Ix可以通过控制电阻R2的大小来改变。由于电阻R2的接入，引起PMOS管Mp1漏极的电压信号降低，控制单元中比较器输出低电压信号，反相器输出高电压信号，基本电流拷贝单元中开关管PMOS管Mp5导通，Mp6关断，第一基本电流拷贝支路导通，第二基本电路拷贝支路关断。第一基本电流导通支路流过电流Ix，输出单元中NMOS管Mn1流过和Ix同大小的电流，NMOS管Mn2漏极输出电流Iout为Ix的N倍。

输出电流Iout的大小有外接电阻R2决定，所以可以根据实际情况调节电阻R2的阻值来得到满足实际需要的输出电流。

Claims (1)

1.一种输出电流可控电流源，其特征在于，包括基本电流产生单元、基本电流拷贝单元、控制单元和输出单元；所述基本电流产生单元的输出端接基本电流拷贝单元的输入端，基本电流拷贝单元的输出端接输出单元的输入端，控制单元的输出端接基本电流拷贝单元的输入端；其中，

所述基本电流产生单元，连接在固定电压端和地之间，用于产生基本电流到基本电流拷贝单元；

所述基本电流拷贝单元，用于将基本电流产生单元产生的电流按照1:1的比例拷贝后输出到输出单元，所述基本电流拷贝单元中设置有开关管用于控制拷贝支路的导通与关断；

所述控制单元用于控制电流拷贝单元中位于拷贝支路上的开关管导通与关闭；

所述输出单元用于将电流拷贝单元生成的电流按照1：N的比例放大并输出；

所述基本电流产生单元由第一基本电流产生支路和第二基本电流产生支路构成；其中，第一基本电流产生支路为第一PMOS管MP1；第一PMOS管MP1的源极连接固定电压端，其栅极和漏极互连；第二基本电流产生支路由第二PMOS管MP2和第一电阻R1构成；第二PMOS管MP2的源极连接固定电压端，其栅极和漏极互连，其漏极通过第一电阻R1接地端；

所述基本电流拷贝单元包含由第一基本电流拷贝支路和第二电流拷贝支路构成；其中，第一基本电流拷贝支路由第三PMOS管MP3和第五PMOS管MP5构成；其中，第三PMOS管MP3和第一PMOS管MP1的尺寸相同；第三PMOS管MP3源极接第五PMOS管MP5的漏极，其栅极接第一PMOS管MP1的漏极；第五PMOS管MP5的源极接固定电压端；第二基本电流拷贝支路由第四PMOS管MP4和第六PMOS管MP6构成；其中，第四PMOS管MP4和第二PMOS管MP2的尺寸相同；第四PMOS管MP4的源极接第六PMOS管MP6的漏极，其栅极接第二PMOS管MP2的漏极，其漏极接第三PMOS管MP3的漏极；第六PMOS管MP6的源极接固定电压端；

所述控制单元由比较器和反相器构成；其中，比较器的正输入端接第一PMOS管的漏极，其负输入端接基准电压信号Vref，其输出接反相器的输入端和第五PMOS管的栅极；反相器的输出接第六PMOS管的栅极；

所述输出单元由第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2构成；其中，第一NMOS管MN1的栅极和漏极互连，其漏极接第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的漏极，其源极接地端；第二NMOS管MN2的栅极接第一NMOS管MN1的栅极，其源极接地端，其漏极为输出单元的输出端。