CN219418048U - 一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路,包含驱动输入模块、驱动输出模块与反馈模块，所述驱动输入模块包含第一MOS管M1,所述的驱动输出模块包含第二MOS管M2与第三MOS管M3，所述第二MOS管M2的源极接地，所述第二MOS管M2的栅极与所述第一MOS管M1的栅极电性连接；所述的第三MOS管M3的源极连接所述第二MOS管M2的漏极，所述反馈模块包含第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1同向输入端连接偏置电流端，所述第一运算放大器U1反向输入端连接所述第二MOS管M2的漏极，所述第一运算放大器U1输出端连接所述第一MOS管M1与所述第二MOS管M2的栅极，本实用新型可以扩展输出端工作电压的范围且在达到同样的驱动电流（输出电流）下，可以有效的减小驱动管的面积。

Description

一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种恒流驱动技术领域，特别是涉及一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路。

背景技术

恒流驱动电路广泛应用在模拟电路中，恒流源电路主要有两种作用，一种是作为负载，因为恒流源电路的交流输出电阻大，有利于提高放大器的增益；另一种是提供偏置电流并镜像放大，如图1所示，左边提供一个偏置电流ib，输出电流Iout是偏置电流的镜像,一般情况下，输出电流Iout是偏置电流ib的N倍，因为第六MOS管M6是第五MOS管M5放大倍数的N倍。

该电路结构简单，但缺点比较明显：因其输出阻抗较低，恒流效果不好，尤其是在输出端电压比较低的时候，性能将急剧退化，很难适用于高性能的场合。

实用新型内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型公开了一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路,本技术方案可以在输出端电压比较低的时候保证恒流驱动电路性能不会退化,因此扩展了输出端工作电压的范围,从而使其能够在高性能场合应用。

本实用新型技术方案具体如下：

一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路，包含驱动输入模块、驱动输出模块与反馈模块。

具体地，所述的驱动输入模块包含第一MOS管M1,所述的第一MOS管M1的漏极连接偏置电流端，所述第一MOS管M1的源极接地。

所述的驱动输出模块包含第二MOS管M2与第三MOS管M3，所述的第二MOS管M2的源极接地，所述第二MOS管M2的栅极与所述第一MOS管M1的栅极电性连接；所述的第三MOS管M3的源极连接所述第二MOS管M2的漏极，所述第三MOS管M3的漏极为驱动输出端。

所述的反馈模块包含第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的同向输入端连接偏置电流端，所述第一运算放大器U1的反向输入端连接所述第二MOS管M2的漏极，所述第一运算放大器U1的输出端连接所述第一MOS管M1与所述第二MOS管M2的栅极。

此时在更优的技术方案中，所述的第三MOS管M3的栅极连接偏置电压端。

在可替代的技术方案中,所述的驱动输出模块还包含第二运算放大器U2。

所述第二运算放大器U2的同向输入端连接偏置电压端，反向输入端连接所述第二MOS管M2与第三MOS管M3的公共端，所述第二运算放大器U2的输出端连接所述第三MOS管M3的栅极。

在可替代的技术方案中,所述的驱动输出模块还包含第四MOS管M4。

所述的第四MOS管M4的漏极与所述第三MOS管M3的栅极连接并共同连接偏置电流端，所述的第四MOS管M4的源极接地，所述的第四MOS管M4的栅极连接所述第二MOS管M2与第三MOS管M3的公共端。

进一步地, 所述的第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3与第四MOS管M4为NMOS管，或所述的第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3与第四MOS管M4为PMOS管。

本实用新型一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路，本技术方案一方面可以在输出端电压比较低时保证恒流驱动电路性能不会退化,因此扩展了输出端工作电压的范围。另一方面在达到同样的驱动电流（输出电流）下，可以有效的减小驱动管的面积，达到降低芯片成本的目的。

附图说明

图1现有技术中一种恒流驱动电路的示意图。

图2现有技术中另一种恒流驱动电路的示意图。

图3图2中记载恒流驱动电路的仿真波形示意图。

图4本实用新型一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路的一种实施例示意图。

图5本实用新型一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路的一种实施例示意图。

图6本实用新型一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路的一种实施例示意图。

图7本实用新型一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路的仿真波形示意图。

实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明的省略是可以理解的。相同或相似的标号对应相同或相似的部件。

恒流驱动电路提供恒定电流（恒流）,输出电压的工作宽度是衡量恒流驱动电路优劣的重要指标之一。输出电压的工作宽度过窄不能够保持稳定的恒流输出，比如在输出电压的突变或震荡出输出电压的工作宽度时恒流值（驱动电流或输出电流）就会改变，从而不能满足电路系统的要求。所以输出电压的工作宽度过窄的恒流驱动电路很难适用于高性能的场合。

另一方面，增加恒流驱动电路的输出阻抗有利于提高放大器的增益，图1中记载的恒流驱动电路的因其输出阻抗较低，恒流效果也不好。图2记载的恒流驱动电路为图1的改进，也是现有技术。与图1相比，图2记载的恒流驱动电路提高输出阻抗，及放大增益，但其输出电压的工作宽度还是太窄。图3为图2中记载恒流驱动电路的仿真波形示意图。

图3结合图2可以看出，给vb端（图2中）一个合适的偏置电压，在图3中可以看出，输出电流Iout（即驱动电流）在输出电压Vout较高的情况下保持恒定，大约为10mA。输出电流Iout保持在10mA恒流输出时，A、B点电压约0.4V，C点电压约1.75V。

由图3可以看出，当输出电压Vout大于1.5V时，输出电流Iout的恒流特性很好。但是随着输出电压Vout降低（小于1.5V）时，输出电流Iout的打破恒流跟随降低。打破恒流的临界输出电压Vout在1.5V左右。

因为当输出电压Vout降低（小于1.5V）时，M5和M6的栅极C点的电压不会变化，M5的漏极A点电压亦不变化，而输出级M6的漏极B点却跟随输出电压Vout下降。这样就导致偏置管M5与驱动管M6的漏极电压不一致，从而使得输出电流与输入偏置电流的镜像功能退化，恒流性能变差。

鉴于以上现有技术的不足，本实用新型公开一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路，本技术方案可以扩展输出端电压的工作范围，也就是说在比较宽幅的电压变动下输出电流Iout也可以很好的保持输出恒流特性，尤其是在低电压输出情况下保持恒流特性。因为电路的改进，在达到同输出电流Iout下，可以有效的减小驱动管的面积，从而节约集成电路布图面积，达到为企业节省成本的目的。

本实用新型的具体实施例如下：

实施例1

本实施例如图4所示，一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路，包含驱动输入模块1、驱动输出模块3与反馈模块2。

本实施例在具体的技术方案中，所述的驱动输入模块1包含第一MOS管M1,所述的第一MOS管M1的漏极连接偏置电流端，所述第一MOS管M1的源极接地。

所述的驱动输出模块3包含第二MOS管M2与第三MOS管M3，所述的第二MOS管M2的源极接地，所述第二MOS管M2的栅极与所述第一MOS管M1的栅极电性连接；所述的第三MOS管M3的源极连接所述第二MOS管M2的漏极，所述第三MOS管M3的漏极为驱动输出端。

本实施例中，所述的驱动输出端为驱动电流输出端，即为输出电流Iout。

本实施例中，所述的反馈模块2包含第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的同向输入端连接偏置电流端，所述第一运算放大器U1的反向输入端电性连接所述第二MOS管M2的漏极，所述第一运算放大器U1的输出端连接所述第一MOS管M1与所述第二MOS管M2的栅极。

此时，所述的第三MOS管M3的栅极连接偏置电压端。

本实施例需要指出的是，第二MOS管M2是第一MOS管M1的N倍，输出电流Iout是偏置电流ib的N倍。

本实施例采用了反馈结构，本反馈结构中，第一运算放大器U1的增益为A（通常运算放大器的增益大于1000倍），则输出阻抗为R*A，其中R为恒流驱动电路的原本输出阻抗，所以本实施例极大的提高的输出阻抗，并提高了恒流特性。

图1与图2中记载的恒流驱动电路，无论输出端电压B点怎样变化，其偏置端的电压A点，和其栅极电压C点，都不会变化。而在本实施例中，通过第一运算放大器U1的作用，将B点电压反馈给偏置端，C点电压将根据B点的电压自动调节，使得第一MOS管M1和第二MOS管M2的栅极处在一个合适的电压值，也使A点电压跟随B点电压的变化。如果第一运算放大器U1的增益够高，那么输出电流Iout仍能保持很好的恒流特性。通过这种方式，有效扩展了输出端的最低电压。

本实施例具体如图7所示，图7为图4所记载恒流驱动电路的仿真波形示意图。由图7中可以看出,A点电压跟随B点电压变化，A点电压与B点电压曲线几乎重合，只有在靠近0时才出现小的偏差，这是由于第一运算放大器U1的输出端，即C点电压输出太高，超出了运放输出范围，使得运放增益下降所致。

C点电压随B点电压的降低而升高，系统自动产生一个合适的偏置电压，直至超出第一运算放大器U1的输出范围。由于A点电压的跟随，电流在输出端B点降低至很低（小于200mV）的时候输出电流Iout仍能保持恒流。

具体由图7可以看出,输出端电压Vout降低到0.1V时, 输出电流Iout仍能很好的保持在10mA恒流输出, 所以与现有技术相比，本实施例极大的扩展了输出端电压Vout的工作宽度。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上,所述的驱动输出模块3增加了第二运算放大器U2，具体如图5所示。

本实施例中，所述第二运算放大器U2的同向输入端连接偏置电压端，反向输入端连接所述第二MOS管M2与第三MOS管M3的公共端，所述第二运算放大器U2的输出端连接所述第三MOS管M3的栅极。

本实施例进一步扩展了输出端电压Vout的工作宽度。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上 ,所述的驱动输出模块3增加了第四MOS管M4，具体如图6所示。

所述的第四MOS管M4的漏极与所述第三MOS管M3的栅极连接并共同连接偏置电流端，所述的第四MOS管M4的源极接地，所述的第四MOS管M4的栅极连接所述第二MOS管M2与第三MOS管M3的公共端。

本实施例亦进一步扩展了输出端电压Vout的工作宽度。

在本实用新型的实施例1、实施例2与实施例3中, 所述的第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3与第四MOS管M4均以NMOS管为例进行说明。

由于NMOS管与PMOS管的对偶性，所述的第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3与第四MOS管M4也可以用PMOS管替代。

需要特别说明的是，本实用新型的实施例1、实施例2与实施例3中记载的适用于宽电压输出的恒流驱动电路在满足扩展输出端电压Vout的工作宽度基础上，在同样的恒流输出电流Iout下，可以减小驱动管的面积，节约芯片成本。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于宽电压输出的恒流驱动电路,其特征在于，包含：

驱动输入模块，所述的驱动输入模块包含第一MOS管M1,所述的第一MOS管M1的漏极连接偏置电流端，所述第一MOS管M1的源极接地；

驱动输出模块，所述的驱动输出模块包含第二MOS管M2与第三MOS管M3，所述的第二MOS管M2的源极接地，所述第二MOS管M2的栅极与所述第一MOS管M1的栅极电性连接；所述的第三MOS管M3的源极连接所述第二MOS管M2的漏极，所述第三MOS管M3的漏极为驱动输出端；

反馈模块，所述的反馈模块包含第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的同向输入端连接偏置电流端，所述第一运算放大器U1的反向输入端连接所述第二MOS管M2的漏极，所述第一运算放大器U1的输出端连接所述第一MOS管M1与所述第二MOS管M2的栅极。

2.如权利要求1所述的适用于宽电压输出的恒流驱动电路,其特征在于,所述的第三MOS管M3的栅极连接偏置电压端。

3.如权利要求1所述的适用于宽电压输出的恒流驱动电路,其特征在于,所述的驱动输出模块还包含第二运算放大器U2；

所述第二运算放大器U2的同向输入端连接偏置电压端，反向输入端连接所述第二MOS管M2与第三MOS管M3的公共端，所述第二运算放大器U2的输出端连接所述第三MOS管M3的栅极。

4.如权利要求1所述的适用于宽电压输出的恒流驱动电路,其特征在于,所述的驱动输出模块还包含第四MOS管M4；

所述的第四MOS管M4的漏极与所述第三MOS管M3的栅极连接并共同连接偏置电流端，所述的第四MOS管M4的源极接地，所述的第四MOS管M4的栅极连接所述第二MOS管M2与第三MOS管M3的公共端。

5.如权利要求1所述的适用于宽电压输出的恒流驱动电路,其特征在于,所述的第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3与第四MOS管M4为NMOS管，或所述的第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3与第四MOS管M4为PMOS管。