CN1165420A - 精确的电流限制电路 - Google Patents

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Abstract

电流限制电路(10)使用具有零温度系数的基准电流(28)。反馈环路(18，26，22)对第一(22)和第二(24)晶体管基本上保持相等的VGS。基准电流设置流经第一晶体管的电流，。因此它限制第二晶体管中的电流。第二晶体管是一个功率器件，它向汽车的气袋应用中的点火器引爆装置(38)提供电流。

Description

精确的电流限制电路
本发明涉及电流限制电路，具体涉及高精确的电流限制电路。
电流限制电路通常在电子装置设计中采用，用于对流经一个电路的电流设置一个预定的界限。大多数而不是所有的新式汽车使用气袋来限制在不幸的碰撞事故中的乘客就是一个例子。该气袋是由引爆装置(通常称为点火器(Squib))来打气，该引爆装置在检测到碰撞时点火。许多车辆有两个、四个或更多个气袋来保护所有乘客。每个气袋通常有一个点火器，当由电流触发时，点火器点火并给该气袋打气。电流源主要地来自汽车的电池。
在碰撞期间在电池不能工作的情况下，大电容器作为备用，维持在充电状态下例如20伏，以提供电流来使点火器点火。因为点火器的电阻可能改变，有可能使一个低电阻的点火器消耗可用电容器电荷的不成比例的电量，剩下的电荷不足以点燃其它更高电阻的点火器。为了保证所有的点火器以可得到的电容器电荷来点火，电流限制电路向每个点火器供给一个预定电流，也就是说，无一点火器得到不成比例数量的可用电容器电荷。
现有技术的电流限制电路典型地含有无源元件(例如金属电阻器)，它们容易在整个温度范围内变化。然而，希望电流限制电路能在整个随温度范围内保持高精度允差。
据此，现在需要一种高精度电流限制电路，该电路能在整个温度范围内工作。
图1示出一个实施例的电流限制电路的原理图；
图2示出另一个实施例电流限制电路的原理图。
参见图1，该图示出使用常规集成电路工艺过程适于制造集成电路(IC)的电流限制电路10。电流限制电路10可是点火器控制IC的一部分。电流源晶体管12和14在它们的基极接收11.3伏的基准电位VREF。晶体管12和14的发射极耦合到电源的导线16，该导线16工作于正的电源电位VCC(例如12伏)。晶体管12的集电极在节点20耦合到晶体管18的集电极。晶体管22和24的栅极也耦合到节点20。晶体管14的集电极耦合到晶体管26的集电极和基极以及晶体管18的基极，以形成一个电流镜配置。晶体管18和26可以是MOS器件。晶体管26的发射极和晶体管22的源极耦合到电流源28，它以工作于地电位电源导线30为基准。
电流源28由ENABLE(启动)控制信号启动并提供具有零温度系数的1.0毫安的基准电流I28。本技术领域对于具有零温度系数的电流源是公知的，例如美国专利4,673,867所描述的，引用在这里作为参考。晶体管22和24的公共漏极耦合到端子34，而晶体管18的发射极和晶体管24的源极耦合到端子36。可替代地，晶体管22的漏极可以耦合到电源导线16。点火器38耦合在端子36和电源导线30之间。电容器电荷源40耦合到端子34。
电流限制电路10按如下方式工作：当电流源28不工作时，无电流流过晶体管26。鉴此，来自电流源晶体管14的电流流入晶体管18的基极，借此，使它完全导通并把节点20拉到节点36的饱和电压内。据此，晶体管22和24的栅—源极电压(VGS)小于它们的导通阈值。当电流限制电路10不工作时，无电流通过功率晶体管24。
为了使点火器38点火，由ENABLE控制信号启动电流源28，来接收来自晶体管22和26的具有零温度系数的基准电流。电流源28确定流过晶体管22的电流。从晶体管26的发射极经过晶体管18的基极—集电极结和晶体管22的栅极—源极结形成反馈环路，以调整晶体管26的发射极上的电压为基本上等于晶体管18的发射极上的电压。晶体管24的固有栅极电容对环路提补偿。因晶体管22和24共享节点20上的公共栅极电压，故晶体管22的VGS基本上等于晶体管24的VCS。电流源晶体管12和14分别通过晶体管18和26传导基本上等于约10微安的电流。晶体管24尺寸为1000倍的晶体管22的尺寸，因而传导1000倍的晶体管22的电流。电流源28工作，以限制通过晶体管22的电流，据此电流限制晶体管24约在990毫安。由ENABLE控制信号启动电流源28时，通过晶体管24的电流使点火器38点火并给气袋(未示出)打气。借助于零温度系数的电流源28，晶体管24的电流限制允差可保持到约±8％。
参见图2，该图示出另一个实施例的电流限制电路42，该电路包括电流源晶体管44，在其基极接收11.3伏的基准电位VREF。晶体管44的发射机耦合到电源导线16，而且其集电极在节点48处耦合到二极管结构的晶体管46的集电极和基极。晶体管50的栅极也耦合到节点48。晶体管46的发射极在节点56处耦合到晶体管52的集电极和耦合到晶体管54的栅极。晶体管54的栅极还经晶体管46的基极—发射极结耦合到节点48。晶体管46和52可是NOS器件。用ENABLE控制信号启动电流源58并从晶体管52的基极和晶体管50的源极接收具有零温度系数的1.0毫安的基准电流I58。电流源58以电源导线30为基准。晶体管52的发射极和晶体管54的源极耦合到电源导线30。晶体管50和54的公共漏极耦合到端子60。可替代的另一方案是，晶体管50的漏极耦合到电源导线16。点火器38耦合在端子60和电容器电荷源40之间。
电流限制电路42按如下方式工作：为了使点火器38点火，由ENABLE控制信号启动电流源58，从晶体管50接收具有零温度系数的基准电流。从晶体管52的在基极—集电极结经过晶体管46的基极—发射极结和晶体管50的栅—源结形成一个反馈环路。晶体管54的固有栅极电容提供环路补偿。从晶体管52的发射极开始的电压环路均衡是提高一个晶体管52基极—发射机结电位(Vbe)和提高一个晶体管50VGS，然后降低晶体管46的Vbe和晶体管54VGS。因此，在晶体管50的栅极上的电压大于晶体管54的栅极电压一个Vbe。同样，晶体管50的源极电压大于晶体管54的源极电压一个Vbe。为此，晶体管50的VGS基本上等于晶体管54的VGS。电流源晶体管44通过晶体管46和52传导约10.0微安的电流。电流源58确定流经晶体管50的电流。晶体管54的尺寸为1000倍晶体管50的尺寸，因而晶体管54传导1000倍的晶体管50的电流。电流源58控制电流限制晶体管50，据此电流限制晶体管54约在1000毫安。当由ENABLE控制信号启动电流源58时，通过晶体管54的电流使火点器38点火并充气气袋。利用具有零温度系数的电流源58，晶体管54的电流限制允差可保持在±8％。
在一个替代的实施例中，电流限制电路10可以放置为高侧驱动点火器，例如图1所示；而电路限制电路42放置为低侧驱动点火器，例如图2所示。
至此，可以理解，本发明用有源元件限制电流。反馈环路对第一和第二晶体管基本上保持相等的VGS。基准电流通过第一晶体管设置电流，为此，它限制第二晶体管中的电流。第二晶体管是一个功率器件，例如它把电流提供到汽车的气袋应用中的点火器引爆装置。为了得到精确的允差，基准电流具有零温度系数。
虽然现已示出和描述了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人士将会想到进一步修改和改进。应当懂得，本发明不限于所示的特定形式，所附的权利要求书预定覆盖所有的修改，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电流限制电路，其特征在于：
一个第一电流源(28)；
一个第一晶体管(22)，具有一个栅极，耦合到第一节点；和一个漏极和源极导通支路，耦合到所述第一电流源输出；
一个第二晶体管(24)，具有一个栅极，耦合到所述第一节点；一个漏极，耦合到第一端子；和一个源极，耦合到第二端子；
一个反馈电路(18，26)，耦合在所述第一和第二晶体管的所述源极与所述第一节点之间，对于所述第一和第二晶体管基本上保持相等的栅—源极电压。
2.根据权利要求1的电流限制电路，其特征在于，所述反馈电路包括：
一个第二电流源(12，14)；
一个第三晶体管(18)，具有一个集电极，在所述第一节点耦合到所述第二电流源的第一输出端，和一个发射极，耦合到所述第二端子；和
一个第四晶体管(26)，具有集电极和基极，一起耦合到所述第二电流源的第二输出端和耦合到所述第三晶体管的基极；和一个发射极，耦合到所述第一电流源的所述输出端。
3.根据权利要求2的电流限制电路，其特征在于，所述第一电流源提供具有基本上为零温度系数的基准电流。
4.根据权利要求3的电流限制电路，其特征在于，所述第一晶体管的所述漏极连接到所述的第一端子。
5.根据权利要求4的电流限制电路，其特征在于，所述第二晶体管的所述源极的尺寸为多倍的所述第一晶体管的所述源极。
6.根据权利要求1的电流限制电路，其特征在于，所述反馈电路包括：
一个第二电流源(44)；
一个第三晶体管(48)，具有集电极和基极，一起在所述第一节点(48)处耦合到所述第二电流源的输出端；和
一个第四晶体管(52)，具有一个集电极，在第二节点(56)处耦合到所述第三晶体管的发射极，一个发射极，耦合到所述第二端子，和一个基极，耦合到所述第一电流源的所述输出端。
7.一种在点火器控制集成电路中的电流控制电路，其特征在于：
第一和第二电流源(12，14)；
一个第一晶体管(18)，具有一个集电极，在第一节点(20)处耦合到所述第一电流源的第一输出端，和一个发射极，耦合到第一端子；
一个第二晶体管(26)，具有一个集电极和基极，一起耦合到所述第一电流源的第二输出端并耦合到所述第一晶体管的基极，和一个发射极，耦合接到所述第二电流源的输出端；
一个第三晶体管(22)，具有一个栅极，耦合到所述第一节点，和一个漏极和源极传导支路，耦合到所述第二电流源的所述输出端；和
一个第四晶体管(24)，具有一个漏极，耦合到第二端子，一个栅极，耦合到所述第一节点，和一个源极，耦合到所述第一端子。
8.根据权利要求7的电流限制电路，其特征在于，所述第二电流源提供基本上具有零温度系数的基准电流。
9.一种电流限制电路，其特征在于：
第一和第二电流源(44，58)；
一个第一晶体管(46)，具有一个集电极和基极，在第一节点(48)处一起耦合到所述第一电流源的输出端；
一个第二晶体管(52)，具有一个集电极，在第二节点处耦合到所述第一晶体管的发射极，一个发射极，耦合到第一端子，和一个基极，耦合到所述第二电极源的输出端；
一个第三晶体管(50)，具有一个栅极，耦合到所述第一节点，和一个漏极和源极传导支路，耦合到所述第二电流源的所述输出端；和
一个第四晶体管(54)，具有一个漏极，耦合到第二端子，一个栅极，耦合到所述第二节点，和一个源极，耦合到所述第一端子。
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