[发明专利]一种低失调、快速响应的电压控制电流源、控制方法以及应用其的电源电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压控制电流源，尤其涉及一种低失调、快速响应的电压控制电流源及其控制方法，以及应用其的电源电路。 

背景技术

电压控制电流源因设计简单，调试方便而得到广泛应用。电压控制电流源有多种实现方法，其中采用运算放大器的实现方法在实际应用中，特别是小输入参考电压的应用中，运算放大器输入端的很小的输入失调即可能导致很大的输出误差，影响了所需电流源的精度。 

为解决这一问题，常规的方法是采用大功率场效应晶体管MOSFET或双极型晶体管BJT组成运算放大器中的输入差分对，再通过版图匹配来尽量减少输入的随机失调。但是如果采用大功率场效应晶体管MOSFET，经过了仔细的版图匹配之后，仍存在数毫伏的输入失调。对于如LED驱动电路一类的应用，其输入参考电压仅为数十毫伏，因此数毫伏的输入失调所导致的输出误差仍然是不能接受的结果，此外，输入失调还与温度，光照和辐射等诸多因素有关，这给电压控制电流源的应用带来不便；而双极性晶体管BJT时一方面受现有的CMOS工艺的限制，另一方面，双极性晶体管BJT还有体积较大，受温度等外界影响较大等不足。 

另外，在一些电压控制电流源应用于驱动装置的场合，如上述LED驱动电路中，由于其中运算放大器的压摆率有限，限制了其响应速度，继而也限制了LED的开关速度。 

图1A示出了现有的一种利用运算放大器实现电压控制电流源的原理图。其中，运算放大器A采用大功率的场效应晶体管MOSFET组成的输入差分对构成，其反馈电路中加入一个N型晶体管Q₁和一个P型晶体管Q₂，使其输入端的共模电压几乎为零。电阻R₁，R₂分别决定了通过N型晶体管Q₁的电流I_o1 和P型晶体管Q2的电流I_o2，并将正比于电流差(I_o1-I_o2)的电压反馈到运算放大器A的反相输入端，根据输入电压的大小，相应地输出一定的电流。为降低输出端的失调电流，采用匹配的晶体管(具有相同的β值)并且将运算放大器的残余电压调至零。但这种方案并没有降低对版图匹配的要求，同时，其输出端的失调电流由于场效应晶体管MOSFET本身的特性而随着温度，光照和辐射的变化而变化。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低失调、快速响应的电压控制电流源，其利用自动校零方法解决了运算放大器存在的输入失调问题，并加入采样保持电路提高运算放大器的压摆率，实现了电路的快速响应。 

依据本发明一实施例的一种低失调、快速响应的电压控制电流源，用以接收一输入电压，并驱动一输出负载，包括： 

时钟信号发生电路，用以接收一为方波信号的控制信号； 

在所述控制信号的有效期间内，所述时钟信号发生电路产生一时钟信号，所述时钟信号为一方波信号； 

在所述控制信号的无效期间内，所述时钟信号维持为无效状态； 

第一运算放大器，其第一端接收所述输入电压，第二端接收所述输出负载的反馈电压； 

输入失调消除电路，接收所述时钟信号，当所述时钟信号为有效状态时，在第一时间区间内，其接收所述输入电压和所述输出负载的反馈电压，以消除所述第一运算放大器的输入失调，并存储所述输入失调信息； 

所述第一运算放大器根据所述输入电压和所述输出负载的反馈电压之间的误差产生一输出电压； 

当所述时钟信号为无效状态时，在第二时间区间内，所述第一运算放大器根据所述输入电压和所述输出负载的反馈电压之间的误差以及存储的所述输入失调信息产生所述输出电压； 

采样保持电路，与所述第一运算放大器连接，以接收所述第一运算放大器的输出电压和所述控制信号； 

在所述控制信号的有效期间内，所述采样保持电路接收所述第一运算放大器的输出电压；同时，利用所述第一运算放大器的输出电压进行储能； 

在所述控制信号的无效期间内，所述采样保持电路对在所述控制信号的有效期间内的储能信息进行保持； 

输出电路，与所述采样保持电路连接，用以在所述控制信号的有效期间内，驱动所述输出负载。 

优选的，所述控制信号的占空比是变化的；所述时钟信号的占空比是固定的。 

进一步地，所述输入失调消除电路包括自动校零电路和第一失调信息存储电路。