一种压控电流源及控制方法技术

本发明专利技术涉及电学领域，尤其是一种压控电流源及控制方法。包括电压转电流产生电路：将输入电压转换为与输入电压、压流转换电阻、以及V

【技术实现步骤摘要】
一种压控电流源及控制方法


[0001]本专利技术涉及电学领域，尤其是涉及一种宽输入电压范围、低功耗、高精度的压控电流源及控制方法。

技术介绍

[0002]压控电流源即电压控制电流源，其电流大小受电压控制，本质上是一种非独立电流源，被广泛应用于各类电子电力系统中。在采用开环控制方式的电流源电路中，普遍采用场效应管、达林顿管等功率器件实现电压到电流的转换，其精度较低。在采用闭环控制方式的电流源电路中，常用到运算放大器。相较于前者，其电路精度高，但耐压能力受限，输入电压可调范围较小，实现电路更复杂，需要更多的die size和静态电流。
[0003]传统的开环电路结构得到的电流精度较低。闭环结构输入电压范围小、电路功耗较高且电路面积大。

技术实现思路

[0004]区别于传统采用运算放大器闭环结构的压控电流源，本专利技术的电路结构简单，只使用一个100V NLDMOS高压管，就能实现3V
‑
100V宽输入范围的电压到电流转换；电路结构简单，有效减小了芯片面积和静态功耗；同时也避免了闭环结构带来的稳定性问题。
[0005]本专利技术巧妙设计了电流补偿电路，将输出电流精度提高到接近运算放大器闭环结构的水平，远远高于传统的开环结构的水平。
[0006]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0007]一种压控电流源，包括：
[0008]电压转电流产生电路：将输入电压转换为与输入电压、压流转换电阻、以及V
GS_NM1
相关的电流并输出；
[0009]补偿电路：对电流值进行补偿后得到仅受输入电压与压流转换电阻控制的电流；
[0010]输出电路：输出经补偿电路补偿后的电流。
[0011]在上述的一种压控电流源，所述电压转电流产生电路包括电压源、压流转换电阻、镜像电路保护单元以及镜像电路一，所述镜像电路保护单元包括NMOS管NMHV0、齐纳管Z1和二极管D1；镜像电路一包括若干镜像NMOS管。
[0012]在上述的一种压控电流源，补偿电路包括镜像电路二以及补偿单元，所述镜像电路二包括若干镜像PMOS管，所述补偿单元包括若干镜像NMOS管以及补偿电阻。
[0013]在上述的一种压控电流源，输出电路包括若干镜像PMOS管组成的镜像电路三。
[0014]在上述的一种压控电流源，镜像电路一包括NMOS管NM0、NMOS管NM1、NMOS管NM2、NMOS管NM3、NMOS管NM4、NMOS管NM5、NMOS管NM6；电源电压VCC通过电流源I与NM0漏极、齐纳管Z1的N极相接，NM0源极和齐纳管Z1的P极接地；NM0栅极与NM2栅极、NM4栅极相接；输入电压通过压流转换电阻R1与NMHV0漏极相接，NMHV0源极与二极管D1的P极相连，电源电压VCC与NMHV0的栅极、二极管D1的N极相连；二极管D1的P极与NM2漏极、NM1栅极与NM3栅极相接，
NM2源极与NM1漏极相接。
[0015]在上述的一种压控电流源，镜像电路二包括PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4；补偿单元包括补偿电阻R2、NMOS管NM7、NMOS管NM8、NMOS管NM9；PM1栅极与PM1漏极、PM3栅极相接；PM1源极与PM3源极、PM5源极共同接到电源电压VCC，PM3漏极与PM4源极相接，PM4漏极与NM8栅极、漏极相接；PM1漏极与PM2源极相接，PM2漏极与自身栅极、NM4漏极、PM4栅极相接；NM4栅极与NM6栅极相接，NM4源极与NM3漏极相接；NM1栅极与NM3栅极相接，NM5漏极与NM6源极相接，NM6漏极与NM9漏极相接；NM7栅极与自身漏极、NM8源极相接，NM8栅极与NM9栅极相接；NM9源极通过补偿电阻R2与NM7源极、NM5源极、NM3源极、NM1源极、NM0源极共同接到GND。
[0016]在上述的一种压控电流源，镜像电路三包括PMOS管PM5、PMOS管PM6、PMOS管PM7、PMOS管PM8；NM9漏极与PM6漏极、PM6栅极、PM8栅极相接，PM6源极与PM5漏极、PM5栅极、PM7栅极相接；PM5源极与PM7源极相接，PM7漏极与PM8源极相接；输出电流I
OUT
从PM8漏极流出。
[0017]一种压控电流源控制方法，包括
[0018]电压转电流产生电路产生与输入电压V
IN
、压流转换电阻R1、V
GS_NM1
有关的电流；
[0019]补偿电路对电流值进行补偿，得到大小仅受输入电压V
IN
与压流转换电阻R1控制的电流，并通过输出电路输出。
[0020]在上述的一种压控电流源控制方法，
[0021]电压转电流产生电路产生的电流I0为
[0022][0023]并将I0镜像为两个输出电流I1、输出电流I2，即
[0024]I0＝I1＝I
2 (2)
[0025]补偿电路将输出电流I1镜像为输出I3，并将其作为补偿单元的输入并计算补偿值为：
[0026][0027]其中，V
GS_NM1
、V
GS_NM7
、V
GS_NM8
、V
GS_NM9
为标号为1、7、8、9的NMOS管的栅源电压。
[0028]在上述的一种压控电流源控制方法，最终经过补偿后的输出电流值为：
[0029][0030]因此，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术通过简单结构实现了3V
‑
100V宽输入范围的电压到电流转换。2、本专利技术采用开环结构，电路结构简单，有效降低系统功耗，减小了芯片面积，避免了闭环结构带来的稳定性问题。3、本专利技术巧妙设计了补偿电路，使输出电流精度远高于传统开环结构的精度。
附图说明
[0031]附图1是本专利技术的电路拓扑图。
具体实施方式
[0032]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。
[0033]实施例：
[0034]本专利技术由三部分组成，分别为：电压转电流产生电路、补偿电路、输出电路。电压转电流产生电路产生与V
IN
、R1、V
GS_NM1
有关的电流，补偿电路对电流值进行补偿，得到大小仅受V
IN
与R1控制的电流，并通过输出电路输出。
[0035]系统最终产生的电流仅与输入电压V
IN
与压流转换电阻R1有关，进而达到电压控制电流的目的。
[0036]下面具体描述本专利技术的三部分电路结构。
[0037]一、电压转电流产生电路(电路Ⅰ)：由输入电压V
IN
、压流转换电阻R1、100V NLDMOS NMHV0、电流源I、齐纳管Z1、二极管D1、5V NMOS(NM0、NM1、NM2、NM3、NM4、NM5、NM6)组成。其中，NMHV0、Z1和D1用于保护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压控电流源，其特征在于，包括：电压转电流产生电路：将输入电压转换为与输入电压、压流转换电阻、以及V
GS_NM1
相关的电流并输出；补偿电路：对电流值进行补偿后得到仅受输入电压与压流转换电阻控制的电流；输出电路：输出经补偿电路补偿后的电流。2.根据权利要求1所述的一种压控电流源，其特征在于，所述电压转电流产生电路包括电压源、压流转换电阻、镜像电路保护单元以及镜像电路一，所述镜像电路保护单元包括NMOS管NMHV0、齐纳管Z1和二极管D1；镜像电路一包括若干镜像NMOS管。3.根据权利要求1所述的一种压控电流源，其特征在于，补偿电路包括镜像电路二以及补偿单元，所述镜像电路二包括若干镜像PMOS管，所述补偿单元包括若干镜像NMOS管以及补偿电阻。4.根据权利要求1所述的一种压控电流源，其特征在于，输出电路包括若干镜像PMOS管组成的镜像电路三。5.根据权利要求1所述的一种压控电流源，其特征在于，镜像电路一包括NMOS管NM0、NMOS管NM1、NMOS管NM2、NMOS管NM3、NMOS管NM4、NMOS管NM5、NMOS管NM6；电源电压VCC通过电流源I与NM0漏极、齐纳管Z1的N极相接，NM0源极和齐纳管Z1的P极接地；NM0栅极与NM2栅极、NM4栅极相接；输入电压通过压流转换电阻R1与NMHV0漏极相接，NMHV0源极与二极管D1的P极相连，电源电压VCC与NMHV0的栅极、二极管D1的N极相连；二极管D1的P极与NM2漏极、NM1栅极与NM3栅极相接，NM2源极与NM1漏极相接。6.根据权利要求1所述的一种压控电流源，其特征在于，镜像电路二包括PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4；补偿单元包括补偿电阻R2、NMOS管NM7、NMOS管NM8、NMOS管NM9；PM1栅极与PM1漏极、PM3栅极相接；PM1源极与PM3源极、PM5源极共同接到电源电压VCC，PM3漏极与PM4源极相接，PM4...

【专利技术属性】
技术研发人员：何军，霍建龙，叶旻，
申请(专利权)人：江西天漪半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：