專利名稱：用于電壓控制的電流源的偏移校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及供電系統(tǒng)，更具體地說，涉及提供電壓控制的電流源的偏移校正的電路和方法，所述電壓控制的電流源可以作為，例如，用于降壓-升壓發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動器的降壓-升壓DC-DC變換器調(diào)節(jié)回路中的誤差信號放大器。

背景技術(shù)：

電壓控制的電流源，例如跨導(dǎo)放大器，可以將電壓之間的差值轉(zhuǎn)換成電流?？鐚?dǎo)放大器的理想轉(zhuǎn)移特性是 Iout＝Gm(Vin+-Vin-)， 其中，Iout是放大器輸出端的電流， Gm是跨導(dǎo)， Vin+是放大器非反向輸入端的電壓，和 Vin-是反向輸入端的電壓。

因此，跨導(dǎo)放大器產(chǎn)生與其輸入端電壓之間差成比例的輸出電流。最簡單的跨導(dǎo)放大器由差動對組成，以將輸入電壓差值轉(zhuǎn)換成兩個電流I+和I-。所述電流然后被反映到輸出，以便它們的差值成為放大器的輸出電流。因此，當(dāng)相同的電壓施加在其輸入時，跨導(dǎo)放大器應(yīng)該產(chǎn)生零凈輸出電流。

不過，與放大器電路自身相關(guān)的偏移電壓可能影響跨導(dǎo)放大器的輸出電流。例如，偏移電壓可由動態(tài)條件，例如熱、光和輻射條件，由輸入級晶體管的大小差異，由所述晶體管的摻雜和基極擴散的差異，由電流鏡的誤差，和其他電路缺陷引起。由于偏移電壓，即使當(dāng)施加在其輸入端的電壓相同時，跨導(dǎo)放大器可能在其輸出產(chǎn)生某些電流。

因此，需要一個偏移校正或者自動調(diào)零電路，它會補償偏移電壓，在跨導(dǎo)放大器的輸出產(chǎn)生正確的電流值。


發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供新型的電路和方法，用于校正與電壓控制的電流源相關(guān)的偏移。具體地講，偏移校正電路連接到電流源，以防止由電流源產(chǎn)生的輸出電流偏離希望的水平。

所述電源流可以包括跨導(dǎo)放大器，或者斷續(xù)放大器，并且可被設(shè)置以產(chǎn)生零或非零值的輸出電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述偏移校正電路可包括差動對晶體管，與差動對中相應(yīng)晶體管連接的一對保持電容，用于保持偏移校正信息，和若干切換電路，用于在正常操作模式和偏移校正操作模式之間對電流源進(jìn)行切換。

例如，在偏移校正操作中，可以將電流源的輸入彼此連接，并切將差動對連接到電流源。

可將補償電容連接至電流源的輸出，用于在偏移校正操作期間，將輸出端的電壓保持在要求的水平。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述偏移校正電路可用于驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)的電路中，所述電路包括電流源，響應(yīng)表示LED電流的信號，以產(chǎn)生希望水平的輸出電流，來調(diào)節(jié)LED電流。所述偏移校正電路連接到電流源，用于校正施加在電流源的偏移電壓，以防止輸出電流偏離希望的水平。

根據(jù)本發(fā)明的一種方法，執(zhí)行下述步驟，用于校正與電流源相關(guān)的偏移，產(chǎn)生保持希望值調(diào)節(jié)電流所需水平的輸出電流 -向電流源的第一輸入提供表示調(diào)節(jié)電流的信號， -向電流源的第二輸入提供表示希望值調(diào)節(jié)電流的參考信號，以產(chǎn)生輸出電流，用于在正常操作模式保持希望值的調(diào)節(jié)電流。
-將參考信號從第二輸入斷開，并將第二輸入連接到第一輸入，以切換到偏移校正操作模式，和 -向偏移校正模式的電流源提供由偏移校正電路產(chǎn)生的偏移電流，以補償電流源的輸出，使其等于所需的電壓。

通過以下詳細(xì)描述，使本領(lǐng)域技術(shù)人員會更顯而易見地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點和方面，其中本發(fā)明的實施例僅以實現(xiàn)本發(fā)明最佳模式的方式示出和描述。如下所述，本發(fā)明能夠有其他和不同的實施例，并且其若干細(xì)節(jié)可以在不同明顯的方面進(jìn)行改進(jìn)，所有改進(jìn)不會偏離本發(fā)明的精神。相應(yīng)地，附圖和說明被視為是描述性的，而非限制性的。




通過結(jié)合下述附圖，可以最佳地理解本發(fā)明實施例的下述詳細(xì)描述，其中特征并不一定按比例繪制，而是被繪制為能最佳描述相關(guān)特征，其中，
圖1是本發(fā)明的降壓-升壓LED驅(qū)動器的示例性示意圖。

圖2是示出在正常操作模式的LED電流調(diào)節(jié)回路的示意圖。

圖3是示出在自動調(diào)零操作模式的驅(qū)動器的示意圖。

圖4是為具有非零輸出電流的跨導(dǎo)放大器采用自動調(diào)零電路的降壓-升壓LED驅(qū)動器的示例性示意圖。

圖5是示出在LED電流調(diào)節(jié)回路中使用斷續(xù)放大器的降壓-升壓LED驅(qū)動器的偏移校正的示意圖。

具體實施例方式
本發(fā)明以跨導(dǎo)放大器為例進(jìn)行說明，所述跨導(dǎo)放大器作為用于降壓-升壓LED驅(qū)動器的降壓-升壓DC-DC變換器調(diào)節(jié)回路中的誤差信號放大器。不過，顯而易見，本文的構(gòu)思可適用于任何供電系統(tǒng)中的任何電壓控制的電流源。

圖1示出了簡化的電路圖，示出降壓-升壓LED驅(qū)動器10，包括跨導(dǎo)放大器12，作為降壓-升壓DC-DC變換器調(diào)節(jié)回路中的誤差信號放大器?？鐚?dǎo)放大器12的輸出連接到降壓-升壓DC/DC變換器14，它產(chǎn)生驅(qū)動LED16，例如白色LED所需的輸出電壓。降壓-升壓DC/DC變換器的一個例子是由凌特公司(Linear TechnologyCorporation)制造的LTC3453降壓-升壓變換器。

具體地講，跨導(dǎo)放大器12的輸出連接到電壓補償節(jié)點18?？鐚?dǎo)放大器12的輸出驅(qū)動補償電容Cc在節(jié)點18接地。結(jié)果，在節(jié)點18產(chǎn)生補償電壓Vc。例如，可以選擇1μF電容作為電容Cc。為了響應(yīng)電壓Vc，降壓-升壓變換器14生成輸出電壓Vout施加在LED16的正極。旁路電容Cout連接至降壓-升壓DC/DC變換器14的輸出。

LED16的陰極連接到跨導(dǎo)放大器12的反相輸入端?？鐚?dǎo)放大器12的非反相輸入端被提供與LED電流的希望值成比例的參考電壓Vref。使用參考電流源Iref通過電阻R1接地產(chǎn)生參考電壓Vref?？鐚?dǎo)放大器12的反相輸入通過電阻R2接地。

因此，由跨導(dǎo)放大器12提供的調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)LED電流ILED＝Iref×R1/R2，而不是輸出電壓Vout?？鐚?dǎo)放大器12輸出端的補償電壓Vc確定降壓-升壓變換器14中轉(zhuǎn)換的占空比，所述降壓-升壓變換器14產(chǎn)生的輸出電壓Vout等于LED16在希望LED電流的正向電壓降加上參考電壓Vref。例如，為了響應(yīng)增大的Vc，降壓-升壓變換器14生成增大的輸出電壓Vout。

為了實現(xiàn)最高效率，希望生成盡可能低的輸出電壓Vout，它要求盡可能低的參考電壓Vref。不過，在跨導(dǎo)放大器12的較低輸入電壓，輸入?yún)⒖计齐妷簳?dǎo)致LED電流的較大誤差。因此，需要自動調(diào)零或偏移校正電路，以在低輸入電壓操作跨導(dǎo)放大器12。

如上所述，跨導(dǎo)放大器在其輸出產(chǎn)生一電流，響應(yīng)其輸入端電壓之間的差值。因此，自動調(diào)零跨導(dǎo)放大器的程序不同于自動調(diào)零電壓放大器的程序，因為在自動調(diào)零期間必須實現(xiàn)零凈值輸出電流而不是零輸出電壓。

根據(jù)本發(fā)明，跨導(dǎo)放大器自動調(diào)零電路包括差動對的MOS晶體管20和22。例如，可以使用NMOS晶體管。保持電容Chold連接到每個晶體管20和22的柵極。例如，可以使用2pF保持電容。電流源24連接到晶體管20和22的源極之間的共同節(jié)點。晶體管20的柵極通過開關(guān)電路26連接到跨導(dǎo)放大器12的輸出端，而晶體管22的柵極通過開關(guān)電路28連接到電壓補償節(jié)點18。晶體管20和22的漏極連接到跨導(dǎo)放大器12的偏移校正輸入端。

另外，跨導(dǎo)放大器自動調(diào)零電路包括在跨導(dǎo)放大器12的非反相輸入端和參考電壓Vref之間的開關(guān)電路30。開關(guān)電路32設(shè)置在跨導(dǎo)放大器12的反相和非反相輸入端之間。另外，開關(guān)電路34設(shè)置在跨導(dǎo)放大器12的輸出端和電壓補償節(jié)點18之間。

如圖2所示，在正常操作模式，斷開開關(guān)26和28，以便使跨導(dǎo)放大器12的輸出和電壓補償節(jié)點18從相應(yīng)的晶體管20和22的柵極斷開。另外，閉合開關(guān)30，使跨導(dǎo)放大器12的非反相輸入端連接到參考電壓Vref，并且斷開開關(guān)32，使非反相輸入端與反相輸入端斷開。另外，閉合開關(guān)34，以便將跨導(dǎo)放大器12的輸出連接到電壓補償節(jié)點18。因此，在正常操作模式中，跨導(dǎo)放大器12在調(diào)節(jié)回路中工作，產(chǎn)生輸出電流，來響應(yīng)與LED電流的希望值成比例的參考電壓Vref和與LED電流的實際值成比例的非反相輸入端電壓之間的差值。

如圖3所示，在自動調(diào)零或者偏移校正操作模式中，閉合開關(guān)26和28，分別將晶體管20和22的柵極連接到跨導(dǎo)放大器12的輸出端和電壓補償節(jié)點18。斷開開關(guān)34，將跨導(dǎo)放大器12的輸出端從電壓補償節(jié)點18斷開。閉合開關(guān)32，將跨導(dǎo)放大器12的非反相輸入端連接到其反相輸入端，并且斷開開關(guān)30，將非反相輸入端從參考電壓Vref斷開。

從而，在自動調(diào)零模式，差動對晶體管20和22的一個輸入被提供電壓Vc，它作為參考。差動對的另一輸入連接到跨導(dǎo)放大器12的輸出，它工作僅響應(yīng)其輸入偏移電壓。差動對將差動偏移電流注入跨導(dǎo)放大器12的偏移校正輸入，以補償跨導(dǎo)放大器12的輸出Vout\Gm，使其等于Vc電壓。跨導(dǎo)放大器12產(chǎn)生零輸出電流Iout\Gm，因為其輸出只連接到晶體管20的高阻抗柵極。補償電容Cc儲存在正常模式期間在電壓補償節(jié)點18產(chǎn)生的電壓Vc的值，并且使降壓-升壓變換器14能夠生成在自動調(diào)零模式期間繼續(xù)驅(qū)動LED16所需的輸出電壓。

當(dāng)跨導(dǎo)放大器12返回到正常模式時，差動對從電壓補償節(jié)點18和跨導(dǎo)放大器12的輸出端斷開，并且保持電容Chold存儲補償跨導(dǎo)放大器12的偏移電壓所需的任何偏移校正電壓值。所述電壓值確定施加在跨導(dǎo)放大器12偏移校正輸入的晶體管20和22的漏電流。

開關(guān)26、28、30、32和34由時序電路控制，以提供在正常和自動調(diào)零模式操作的適當(dāng)時序。例如，跨導(dǎo)放大器12可以在正常模式工作120微秒，而在自動調(diào)零模式為8微秒。

圖4示出類似于圖1-3所示結(jié)構(gòu)的示例性跨導(dǎo)放大器自動調(diào)零電路，只是圖4所示的電路具有偏置電路，用于通過電阻Rout\Gm向跨導(dǎo)放大器12的輸出端提供DC偏置電壓VBIAS。結(jié)果，在自動調(diào)零模式期間，跨導(dǎo)放大器12的輸出電流Iout\Gm可以補償以預(yù)設(shè)非零值。

圖5示出了本發(fā)明的另一個實施例，其中自動調(diào)零電路提供包括斷續(xù)放大器50的電路中的偏移校正，所述放大器50用作驅(qū)動LED16的降壓-升壓DC-DC變換器14的誤差信號放大器。斷續(xù)放大器50包括運算放大器A1和運算放大器A2?？鐚?dǎo)放大器GM可設(shè)置在斷續(xù)放大器50的輸出端，用于提供電壓-電流轉(zhuǎn)換。

自動調(diào)零電路包括兩個保持電容Chold，總是分別連接在放大器A1和放大器A2的偏移校正輸入端與地之間。例如，可以使用100pF電容。另外，自動調(diào)零電路包括開關(guān)52，它將放大器A2的非反相輸入端連接到放大器A1的非反相輸入端或者放大器A1的反相輸入端，和開關(guān)54，它將放大器A2的輸出端連接到放大器A1的偏移校正輸入端或者放大器A2的偏移校正輸入端。

為了響應(yīng)GM輸出端的電壓，降壓-升壓變換器14產(chǎn)生施加到LED16的陽極的輸出電壓Vout。旁路電容Cout可以連接到降壓-升壓變換器14的輸出端。LED16的陰極連接到放大器A1和A2的反相輸入端，它也通過電阻R接地。放大器A1和A2的非反相輸入端提供有與LED電流的希望值成比例的參考電壓Vref。

斷續(xù)放大器50在放大器A1的輸出端產(chǎn)生一電壓，響應(yīng)施加在反相和非反相輸入端的電壓之間的差值。由斷續(xù)放大器50提供的調(diào)節(jié)回路，通過在GM的輸出端產(chǎn)生電壓，來調(diào)節(jié)LED電流ILED，所述GM輸出電壓確定降壓-升壓變換器14中的開關(guān)占空度，產(chǎn)生等于LED16在希望LED電流的正向電壓降加上參考電壓Vref的輸出電壓Vout。

在時鐘周期的一個位相上，開關(guān)52將放大器A2的非反相輸入從放大器A1的非反相輸入斷開，并且連接放大器A2的反相和非反相輸入。同時，開關(guān)54將放大器A2的輸出從放大器A1的偏移校正輸入斷開，并且將放大器A2的輸出連接到放大器A2的偏移校正輸入。結(jié)果，與放大器A2相關(guān)的偏移電壓被消除。所需的校正電壓由一個電容Chold保持。

在時鐘周期的相對相位上，開關(guān)52再次連接放大器A1和A2的非反相輸入端，并且開關(guān)54連接放大器A2的輸出端，以驅(qū)動放大器A1的偏移校正輸入端。結(jié)果，與放大器A1相關(guān)的偏移電壓被消除。所需的校正電壓由另一個電容Chold保持。

因此，放大器A1在時鐘周期的兩個相都運行，提供持續(xù)的LED電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。斷續(xù)放大器50可以由低頻時鐘信號控制，例如，10kHz。

上述說明示出和描述了本發(fā)明的各個方面。另外，本發(fā)明僅示出和描述了優(yōu)選的實施例，但是如上所述，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可用于各種其他的組合、改進(jìn)和環(huán)境，并且可以在本文表述的發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)進(jìn)行改變或改進(jìn)，與上述教導(dǎo)、和/或技術(shù)或相關(guān)領(lǐng)域的知識相當(dāng)。

本文上述的實施例還用于解釋實施本發(fā)明的已知最佳實施模式，并且使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠以所述或其他實施例使用本發(fā)明，并根據(jù)本發(fā)明的特定應(yīng)用或用途的需要進(jìn)行各種改進(jìn)。

因此，本說明書不傾向于將本發(fā)明限定為本文公開的形式。另外，所附權(quán)利要求書應(yīng)當(dāng)被理解為包括可替換的實施例。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生輸出電流的電路，包括
電流源，響應(yīng)輸入電壓，以產(chǎn)生希望水平的輸出電流，和
偏移校正電路，連接至所述電流源，用于校正施加在所述電流源的偏移電壓，以防止輸出電流偏離希望水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電流源包括跨導(dǎo)放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電流源包括斷續(xù)放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述電流源被設(shè)置以產(chǎn)生零值的輸出電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述偏移校正電路包括差動對晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中，所述偏移校正電路還包括一對保持電容，連接差動對中的相應(yīng)晶體管，用于保持偏移校正信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中，所述偏移校正電路還包括第一開關(guān)電路，用于在偏移校正操作期間將差動對連接到所述電流源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中，所述偏移校正電路還包括第二開關(guān)電路，用于在偏移校正操作期間將所述電流源的輸入端彼此連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，還包括補償電容，連接到所述電流源的輸出端，用于在偏移校正操作期間，將電流源輸出端的電壓保持在需要的水平。
10.一種用于驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)的電路，包括
電流源，響應(yīng)表示LED電流的信號，以產(chǎn)生希望水平的輸出電流，以調(diào)節(jié)所述LED電流，和
偏移校正電路，連接至電流源，用于校正施加在所述電流源的偏移電壓，以防止輸出電流偏離希望水平。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中，所述電流源包括跨導(dǎo)放大器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中，所述電流源包括斷續(xù)放大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中，所述電流源被設(shè)置以產(chǎn)生零值的輸出電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中，所述偏移校正電路包括差動對晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述偏移校正電路還包括一對保持電容，連接至差動對中的相應(yīng)晶體管，用于保持偏移校正信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，還包括補償電容，連接至所述電流源的輸出端，用于在偏移校正操作期間，將所述電流源輸出端的電壓保持在需要的水平。
17.一種校正電流源偏移的方法，用于產(chǎn)生保持調(diào)節(jié)電流的希望值所需水平的輸出電流，包括以下步驟
向電流源的第一輸入端提供表示調(diào)節(jié)電流的信號，
向電流源的第二輸入端提供表示調(diào)節(jié)電流希望值的參考信號，以產(chǎn)生輸出電流，用于保持在正常操作模式中調(diào)節(jié)電流的希望值，
將所述參考信號從第二輸入端斷開，并將第二輸入端連接到第一輸入端，以切換到偏移校正操作模式，和
向在偏移校正模式的電流源提供偏移電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)電流包括LED電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，產(chǎn)生零值的輸出電流，用于保持在正常操作模式調(diào)節(jié)電流的希望值。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，偏移校正電路連接至偏移校正模式的電流源，以產(chǎn)生偏移電流。
全文摘要
本發(fā)明提供新型的電路和方法，用于校正與電壓控制的電流源相關(guān)的偏移。偏移校正電路連接到電流源，以防止由電流源產(chǎn)生的輸出電流偏離希望的水平。電流源可以包括跨導(dǎo)放大器或者斷續(xù)放大器，并且可以被設(shè)置以產(chǎn)生零或非零值的輸出電流。
文檔編號H05B33/08GK101147424SQ200580049273
公開日2008年3月19日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者M·R·維圖尼克, E·L·亨德森 申請人:凌特公司