DE69731501T2

DE69731501T2 - Lastbetätigungsschaltung

Info

Publication number: DE69731501T2
Application number: DE69731501T
Authority: DE
Inventors: Junichi Kariya-shi Nagata; Junji Kariya-shi Hayakawa; Hiroyuki Kariya-shi Ban
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: US5999041A; EP0808025A3; EP0808025A2; EP0808025B1; DE69731501D1

Description

1. Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lastbetätigungsschaltung, die zur Betätigung oder Ansteuerung einer elektrischen Last verwendet wird, und insbesondere eine Lastbetätigungsschaltung, die eine Funktion zur Begrenzung des Laststromes, der der elektrischen Last zugeführt wird, innerhalb eines vorbestimmten Wertes oder eine Funktion zum Schützen der Lastbetätigungsschaltung gegenüber einem übermäßigen Laststrom aufweist.
2. Stand der Technik
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-327442 beschreibt eine herkömmliche Lastbetätigungsschaltung, die eine Funktion zur Begrenzung des Laststromes, wenn der Laststrom einen übermäßigen Wert erreicht, aufweist.
Gemäß der in diesem Stand der Technik beschriebenen Lastbetätigungsschaltung ist ein Ausgangs-MOS-Transistor vorgesehen, um einen Laststrom einer elektrischen Last zuzuführen. Die Drain- und Gate-Anschlüsse dieses Ausgangs-MOS-Transistors sind jeweils mit den Drain- und Gate-Anschlüssen eines Stromerfassungs-MOS-Transistors verbunden. Ein Stromsteuerungs-NPN-Transistor ist mit der Source des Stromerfassungstransistors verbunden. Wenn der Laststrom, der durch den Ausgangs-MOS-Transistor fließt, einen übermäßigen Wert annimmt, wird die Gatespannung, die sowohl an dem Ausgangs-MOS-Transistor als auch dem Stromerfassungs-MOS-Transistor angelegt ist, durch die Steuerung dieses NPN-Transistors unterdrückt. Somit wird der Strom, der durch den Ausgangs-MOS-Transistor fließt, auf innerhalb eines vorbestimmten Wertes begrenzt.
Gemäß der oben beschriebenen herkömmlichen Anordnung wird jedoch nur ein NPN-Transistor verwendet, um einen Strombegrenzungsbetrieb zur Unterdrückung des übermäßigen Laststromes durchzuführen. Dementsprechend besteht das Problem, dass die Temperatureigenschaften des NPN-Transistors die Genauigkeit des Strombegrenzungsbetriebes verschlechtern können.
Die Bereitstellung des NPN-Transistors bewirkt eine Differenz zwischen der Gate-Source-Spannung des Ausgangs-MOS-Transistors und der Gate-Source-Spannung des Stromerfassungs-MOS-Transistors. Eine derartige Differenz verschiebt gewöhnlicherweise den Betriebspunkt des Ausgangs-MOS-Transistors gegenüber dem Betriebspunkt des Stromerfassungs-MOS-Transistors. Dieses führt möglicherweise zu einem instabilen Stromerfassungsbetrieb.
Das Dokument JP 0226808 A beschreibt einen Leistungs-MOSFET mit einer Überstromschutzfunktion, wobei ein Ausgangstransistor und ein Stromerfassungstransistor parallel zueinander geschaltet sind. Ein erster Transistor ist in Serie zu dem Stromerfassungstransistor geschaltet. Eine Signalleitung ist über einen Widerstand mit dem Steueranschluss des Stromerfassungstransistors verbunden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lastbetätigungsschaltung bereitzustellen, die einen neuartigen Aufbau mit einer Stromspiegelschaltung zur Durchführung einer zuverlässigen Stromerfassung enthält.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Laststrom auf der Grundlage der Stromerfassung unter Verwendung der Stromspiegelschaltung genauer zu begrenzen.
Eine weitere andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine intermittierende Steuerung des Laststromes auf der Grundlage der Stromerfassung unter Verwendung der Stromspiegelschaltung durchzuführen.
Außerdem ist es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Genauigkeit der Stromsteuerung zu gewährleisten und eine Lastbetätigungsschaltung bereitzustellen, die robust gegenüber einer Temperaturänderung ist.
Eine noch weitere andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den selben Betriebspunkt sowohl für den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor einzustellen, um den Stromerfassungsbetrieb zu stabilisieren.
Zur Lösung dieser und weiterer Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung eine Lastbetätigungsschaltung bereit, die verschiedene Aspekte aufweist, die im Folgenden mit Bezug auf die in Klammern gesetzten Bezugszeichen beschrieben werden, die den entsprechenden Komponenten der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die später beschrieben werden, entsprechen.
Die Bezugszeichen in Klammern, die in der folgenden Beschreibung hinzugefügt sind, werden nur zum Zwecke der Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung verwendet und nicht zum Begrenzen der Interpretation des Bereiches der Ansprüche der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lastbetätigungsschaltung bereit, die einen Ausgangstransistor (2), der einen Steueranschluss sowie einen und andere Anschlüsse zum Eingeben oder Ausgeben von Strom aufweist, um einen Laststrom einer elektrischen Last (1) zuzuführen, und einen Stromerfassungstransistor (3) mit einem Steueranschluss sowie einem und anderen Anschlüssen zum Eingeben und Ausgeben von Strom aufweist. Der eine Anschluss des Stromerfassungstransistors ist mit dem einen Anschluss des Ausgangstransistors verbunden. Der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor führen jeweils einen Stromzufuhrbetrieb auf eine Steuerspannung hin durch, die zwischen dem Steueranschluss und dessen anderen Anschluss angelegt wird. Eine erste Signalleitung (L1) führt ein Steuersignal dem Steueranschluss des Stromerfassungstransistors über einen Widerstand (7) zu. Eine zweite Signalleitung (L2) führt das Steuersignal dem Steueranschluss des Stromerfassungstransistors von einem Zwischenpunkt zwischen dem Widerstand und dem Steueranschluss des Stromerfassungstransistors zu. Außerdem ist ein erster Transistor (4; 4a–c; 14) in Serie mit dem Stromerfassungstransistor verbunden, so dass der erste Transistor und der Stromerfassungstransistor parallel zum Ausgangstransistor geschaltet sind. Der erste Transistor ermöglicht, dass ein Teil des Laststromes durch den Stromerfassungstransistor als Erfassungsschaltung fließt, wenn der Laststrom einen vorbestimmten Wert überschreitet. Eine Strombegrenzungsschaltung (100; 500) enthält den ersten Transistor und variiert den Spannungspegel des Steuersignals auf einen Betrieb des ersten Transistors hin, um den Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels zu begrenzen. Außerdem ist eine Spannungsabfalleinrichtung (8; 8a–8c; 18) in der zweiten Signalleitung zur Bewirkung eines Spannungsabfalls vorgesehen, der im Wesentlichen identisch mit einer Spannung ist, die zwischen dem anderen Anschluss des Stromerfassungstransistors und dem anderen Anschluss des Ausgangstransistors angelegt ist, wenn der erste Transistor betrieben wird.
Dementsprechend wird es möglich, im Wesentlichen die selbe Steuerspannung, die zwischen dem Steueranschluss und dem oben beschriebenen anderen Anschluss anliegt, sowohl für den Ausgangstransistor als auch für den Stromerfassungstransistor einzustellen. Der Betriebspunkt kann für den Ausgangstransistor und den Stromerfassungstransistor angeglichen oder synchronisiert werden. Der Stromerfassungsbetrieb kann stabilisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Transistor (5; 15) dem ersten Transistor zugeordnet, um eine Stromspiegelschaltung (100; 500) zu bilden. Außerdem reagiert die Stromspiegelschaltung auf einen Teil des Laststromes, der über den Stromerfassungstransistor durch den ersten Transistor fließt, und ermöglicht einen Stromfluss durch den zweiten Transistor mit einem vorbestimmten Verhältnis in Bezug auf den Teil des Laststromes, der durch den ersten Transistor fließt. Bei diesem Aufbau ändert sich der Spannungspegel des Steuersignals, der an den Ausgangstransistor und den Stromerfassungstransistor angelegt wird, auf eine Spannungsänderung hin, die am Widerstand auftritt, entsprechend dem Strom, der durch die Signalleitung fließt, so dass der Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt wird.
Die Stromspiegelschaltung ist dadurch vorteilhaft, dass die ersten und zweiten Transistoren, die die Stromspiegelschaltung bilden, gemeinsam ihre Temperatureigenschaften auslöschen bzw. kompensieren. Somit wird der Strombegrenzungsbetrieb unabhängig von der Temperaturänderung genau durchgeführt.
In diesem Fall kann der Strombegrenzungsbetrieb verwendet werden, um die Lastbetätigungsschaltung gegenüber einem übermäßigen Strom zu schützen, oder in einer Konstantstromsteuerung, um den Laststromes auf einen konstanten Strom zu begrenzen bzw. zu unterdrücken.
Vorzugsweise ist der Ausgangstransistor ein Ausgangs-MOS-Transistor (2) mit einem Drain und einem Gate, die jeweils mit einem Drain und einem Gate eines Stromerfassungs-MOS-Transistors (3) verbunden sind, der als der Stromerfassungstransistor dient. Außerdem ist der erste Transistor mit einer Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors (3) verbunden.
Vorzugsweise sind sowohl der Ausgangs-MOS-Transistor als auch der Stromerfassungs-MOS-Transistor N-Kanal-MOS-Transistoren, die gemeinsam arbeiten, um den Strom von der Signalleitung in den zweiten Transistor zu ziehen.
Alternativ sind sowohl der Ausgangs-MOS-Transistor als auch der Stromerfassungs-MOS-Transistor P-Kanal-MOS-Transistoren, die gemeinsam arbeiten, um den Strom von dem zweiten Transistor zur Signalleitung zu senden.
Dementsprechend tritt in jedem Fall eine Spannungsänderung in Abhängigkeit von dem Stromfluss durch den Widerstand auf. Das Steuersignal variiert seinen Spannungspegel. Somit kann der Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Wertes begrenzt werden.
Vorzugsweise werden die ersten und zweiten Transistoren der Stromspiegelschaltung durch erste und zweite Bipolartransistoren (4, 4a–4c, 5) gebildet, die gemeinsam mit ihren Basisanschlüssen ebenso wie mit ihren Emittern verbunden sind. Der Kollektor des ersten Bipolartransistors (4, 4a–4c) ist mit der Source des Stromerfas sungs-MOS-Transistors und der gemeinsamen Basis verbunden. Der Emitter des ersten Bipolartransistors (4, 4a–4c) ist mit der Source des Ausgangs-MOS-Transistors verbunden, während der Kollektor des zweiten Bipolartransistors (5) mit der Signalleitung verbunden ist.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die erste Signalleitung (L1) das Steuersignal dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors über den Widerstand zuführt und dass die zweite Signalleitung (L2) das Steuersignal dem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors von einem Zwischenpunkt zwischen dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors und dem Widerstand zuführt. Außerdem bewirkt die Spannungsabfalleinrichtung (8, 8a–8c) einen Spannungsabfall, der im Wesentlichen identisch mit einer Basis-Emitter-Spannung des ersten Bipolartransistors ist. Mit diesem Aufbau wird es möglich, dieselbe Gate-Source-Spannung für den Ausgangs-MOS-Transistor und den Stromerfassungs-MOS-Transistor einzustellen. Der Betriebspunkt kann sowohl für den Ausgangs-MOS-Transistor als auch den Stromerfassungs-MOS-Transistor angeglichen oder synchronisiert werden. Der Stromerfassungsbetrieb kann stabilisiert werden.
Vorzugsweise ist die Spannungsabfalleinrichtung ein Halbleiterelement (8, 8a–8c), das eine Durchlassspannung unter Verwendung eines PN-Übergangs erzeugt.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die ersten und zweiten Transistoren der Stromspiegelschaltung durch erste und zweite MOS-Transistoren (14, 15) gebildet werden, die gemeinsam mit ihren Gates ebenso wie mit ihren Sources verbunden sind. Der Drain des ersten MOS-Transistors ist mit der Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors und dem gemeinsamen Gate verbunden. Die Source des ersten MOS-Transistors ist mit der Source des Ausgangstransistors verbunden, während der Drain des zweiten MOS-Transistors mit der Signalleitung verbunden ist.
In diesem Fall führt die erste Signalleitung (L1) das Steuersignal dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors über den Widerstand zu, und die zweite Signalleitung (L2) führt das Steuersignal dem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors von einem Zwischenpunkt zwischen dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors und dem Widerstand zu. Die Spannungsabfalleinrichtung (18) bewirkt einen Spannungsabfall, der im Wesentlichen identisch zu einer Gate-Source-Spannung des ersten MOS-Transistors ist. Mit diesem Aufbau wird es möglich, im Wesentlichen die gleiche Gate-Source-Spannung sowohl für den Ausgangs-MOS-Transistor als auch für den Stromerfassungs-MOS-Transistor einzustellen. Der Betriebspunkt kann für den Ausgangs-MOS-Transistor und den Stromerfassungs-MOS-Transistor angeglichen oder synchronisiert werden. Der Stromerfassungsbetrieb kann stabilisiert werden.
Vorzugsweise ist die Spannungsabfalleinrichtung ein MOS-Transistor (18), der bewirken kann, dass der Spannungsabfall äquivalent zu dessen Gate-Source-Spannung wird, wenn dessen Drain und Gate kurzgeschlossen sind.
Außerdem ist es vorteilhaft, eine Entladungseinrichtung (9, 200b) zum Entladen des Gate des Ausgangs-MOS-Transistors bereitzustellen, wenn der Ausgangs-MOS-Transistor ausgeschaltet ist. Dieser Aufbau ist sogar dann bei der Gewährleistung des Betriebes zum Entladen des Gates des Ausgangs-MOS-Transistors wirksam, wenn die Spannungsabfalleinrichtung durch den Halbleiter oder oben beschriebenen MOS-Transistor gebildet wird.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Lastbetätigungsschaltung der vorliegenden Erfindung außerdem einen drit ten Transistor (21) und eine intermittierende Steuerschaltung (400) aufweist. Der dritte Transistor (21) bildet eine Stromspiegelschaltung (500) zusammen mit den ersten und zweiten Transistoren. Die intermittierende Steuerschaltung (400) reagiert auf den Stromfluss durch den dritten Transistor (21), um den Laststrom zu erfassen, und besitzt eine Funktion zum Ausschalten sowohl des Ausgangstransistors als auch des Stromerfassungstransistors auf eine Erfassung eines übermäßigen Laststromes hin, wobei sie sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor auf eine Auslöschung bzw. Beseitigung des übermäßigen Laststromes hin einschaltet.
Dementsprechend tritt kein Verlust mehr am Ausgangstransistor auf, der von einem übermäßigen Laststrom herrührt, da der Ausgangstransistor auf den übermäßigen Laststrom hin ausgeschaltet wird.
Vorzugsweise weist die intermittierende Steuerschaltung eine Verzögerungsschaltung (24, 25) auf, die sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor auf ein Verstreichen einer vorbestimmten Zeit nach der Erfassung des übermäßigen Laststromes hin ausschaltet. Dieser Aufbau ist wirksam um zu verhindern, dass der Ausgangstransistor in fehlerhafter Weise auf einen Stoßstrom hin ausgeschaltet wird, der durch die elektrische Last zu Beginn der Betätigung dieser elektrischen Last fließt.
Vorzugsweise ist der erste Transistor ein Bipolartransistor (4, 4a–4c), und die Spannungsabfalleinrichtung ist ein Halbleiterelement (8, 8a–8c), das eine Durchlassspannung unter Verwendung eines PN-Übergangs erzeugt. Alternativ ist der erste Transistor ein MOS-Transistor (14), und die Spannungsabfalleinrichtung ist ein MOS-Transistor (18), der eine Gate-Source-Spannung aufweist, die den Spannungsabfall äquivalent zu seiner Gate-Source-Spannung erzeugt, wenn sein Drain und Gate kurzgeschlossen werden.
Ein Beispiel gibt eine Lastbetätigungsschaltung an, die einen Ausgangstransistor (2) aufweist, der einen Laststrom einer elektrischen Last (1) zuführt. Ein Stromerfassungstransistor (3) ist parallel zum Ausgangstransistor geschaltet. Der Steueranschluss des Stromerfassungstransistors ist mit dem Steueranschluss des Ausgangstransistors verbunden. Ein erster Transistor (4, 4a–4c, 14) ist in Serie zum Stromerfassungstransistor geschaltet. Außerdem ist ein zweiter Transistor (15, 21) dem ersten Transistor zugeordnet, um eine Stromspiegelschaltung (100, 300, 500) zu bilden. Mit diesem Aufbau wird ein Steuersignal, das dem Ausgangstransistor zugeführt wird, auf den Stromfluss durch den zweiten Transistor hin geändert, so dass der Ausgangstransistor gegenüber einem übermäßigen Strom geschützt wird.
Die Ausbildung der Stromspiegelschaltung durch eine Kombination der ersten und zweiten Transistoren ist wirksam, um den Schutz der Lastbetätigungsschaltung gegenüber einem übermäßigen Strom unabhängig von Temperaturänderungen zu schützen.
Ein noch anderes Beispiel gibt eine Lastbetätigungsschaltung an, die einen Ausgangstransistor (2), der einen Laststrom einer elektrischen Last (1) zuführt, aufweist. Ein Stromerfassungstransistor (3) ist parallel zu diesem Ausgangstransistor geschaltet. Der Steueranschluss des Stromerfassungstransistors ist mit dem Steueranschluss des Ausgangstransistors verbunden. Ein erster Transistor (4) ist in Serie zum Stromerfassungstransistor geschaltet. Ein zweiter Transistor (21) ist dem ersten Transistor zugeordnet, um eine Stromspiegelschaltung (300, 500) zu bilden. Außerdem ist eine intermittierende Steuer schaltung (400) vorgesehen, die auf den Stromfluss durch den zweiten Transistor reagiert, um den Laststrom zu erfassen, und sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor auf einer Erfassung eines übermäßigen Laststromes hin ausschaltet sowie sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor auf eine Beseitigung des übermäßigen Laststromes hin einschaltet.
Die Ausbildung der Stromspiegelschaltung durch eine Kombination der ersten und zweiten Transistoren ist wirksam zur Gewährleistung des Schutzes der Lastbetätigungsschaltung gegenüber einem übermäßigen Strom unabhängig von der Temperaturänderung. Es tritt kein Verlust am Ausgangstransistor auf, der von einem übermäßigen Laststrom herrührt, da der Ausgangstransistor auf den übermäßigen Laststrom hin ausgeschaltet wird.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn sowohl der Ausgangstransistor als auch der Stromerfassungstransistor auf ein Verstreichen einer vorbestimmten Zeit nach der Erfassung des übermäßigen Laststromes hin ausgeschaltet werden. Dieser Aufbau ist wirksam um zu verhindern, dass der Ausgangstransistor in fehlerhafter Weise auf einen Stoßstrom, der durch die Last zu Beginn der Betätigung dieser Last fließt, ausgeschaltet wird.
Vorzugsweise ist eine Gate-Betätigung (200) zur Zufuhr einer Gate-Spannung zu dem Ausgangs-MOS-Transistor und dem Stromerfassungs-MOS-Transistor vorgesehen, um den Ausgangs-MOS-Transistor und den Stromerfassungs-MOS-Transistor ein- und auszuschalten.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn ein dritter Transistor (5) den ersten und zweiten Transistoren zugeordnet ist, um die Stromspiegelschaltung (500) zu bilden, so dass der Laststrom, der durch den Ausgangstransistor fließt, auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt wird. Gemäß diesem Aufbau wird der Strombegrenzungsbetrieb während des eingeschalteten Ausgangstransistors im Schutzbetrieb gegenüber einem übermäßigen Strom durchgeführt. Somit kann eine Hitzeerzeugung im Ausgangstransistors verringert werden.
Außerdem gibt ein anderes Beispiel eine Strombegrenzungsschaltung an, die einen Ausgangstransistor (2) mit ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen, die in Serie zu einer elektrischen Last (1) zwischen einem ersten Spannungsanschluss (VD) und einem zweiten Spannungsanschluss (GRD) geschaltet sind, aufweist. Der zweite Spannungsanschluss besitzt ein niedrigeres elektrisches Potential als der erste Spannungsanschluss. Die Strombegrenzungsschaltung weist außerdem einen Stromerfassungstransistor (3) auf, der vom Typ und der Polarität her identisch zu dem Ausgangstransistor ist. Ein erster Ausgangsanschluss dieses Stromerfassungstransistors ist mit dem ersten Ausgangsanschluss des Ausgangstransistors verbunden, während ein Steueranschluss des Stromerfassungstransistors mit einem Steueranschluss des Ausgangstransistors verbunden ist. Ein Steuersignal wird von einer Signalleitung (L) über einen Widerstand (R) in die Steueranschlüsse des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors eingegeben. Insbesondere ist gemäß dieser Strombegrenzungsschaltung der zweite Ausgangsanschluss (d. h. Ausgangsanschluss, der nicht mit dem Stromerfassungstransistor verbunden ist) des Ausgangstransistors mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers (OP) verbunden. Der zweite Ausgangsanschluss (d. h. Ausgangsanschluss, der nicht mit dem Ausgangstransistor verbunden ist) des Stromerfassungstransistors ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden. Außerdem sind zwei Ausgangsanschlüsse ei nes ersten Transistors (4), der einen Teil einer Stromspiegelschaltung (CM1) bildet, in Serie zwischen einen Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und den zweiten Ausgangsanschluss des Stromerfassungstransistors geschaltet.
Außerdem weist die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung einen zweiten Transistor (5) auf, der dem ersten Transistor zugeordnet ist, um die Stromspiegelschaltung zu bilden, so dass ein Strom (I3), der durch den zweiten Transistor fließt, ein vorbestimmtes Vielfaches des Stromes (I2) wird, der über den Stromerfassungstransistor durch den ersten Transistor fließt. Durch die Funktion des zweiten Transistors wird eine Spannungsänderung am Widerstand entsprechend dem Stromfluss durch die Signalleitung verursacht, und es wird ein Spannungspegel des Steuersignals entsprechend dieser Spannungsänderung variiert. Somit wird der Laststrom (I1), der durch den Ausgangstransistor gesteuert und der elektrischen Last zugeführt wird, auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt.
Diese Strombegrenzungsschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Operationsverstärker seine Ausgangsspannung variiert (d. h. das elektrische Potential des Ausgangsanschlusses), um dasselbe elektrische Potential für die zweiten Ausgangsanschlüsse des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors einzustellen. Strom fließt durch den ersten Transistor auf den Laststrom in einem Strompfad hin, der den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und den ersten Ausgangsanschluss des Stromerfassungstransistors verbindet.
Mit anderen Worten besitzt der Operationsverstärker in dieser Strombegrenzungsschaltung eine Funktion zum Einstellen derselben elektrischen Potentialdifferenz zwi schen zwei Anschlüssen für sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor. Dementsprechend ist der Strom, der durch den Stromerfassungstransistor fließt, genau proportional zum Laststrom, der durch den Ausgangstransistor fließt. In diesem Fall hängt das Verhältnis des Laststromes zum Strom, der durch den Stromerfassungstransistor fließt, von einem Transistorgrößenverhältnis zwischen dem Stromerfassungstransistor und dem Ausgangstransistor ab. Der Stromfluss durch den Stromerfassungstransistor wird dem ersten Transistor zugeführt.
In dieser Hinsicht ist der Operationsverstärker dieser Strombegrenzungsschaltung mit der Spannungsabfallrichtung der oben beschriebenen Lastbetätigungsschaltung vergleichbar.
Es fließt Strom durch den zweiten Transistor, der dem ersten Transistor zugeordnet ist, um die Stromspiegelschaltung zu bilden, wobei die Größe ein vorbestimmtes Vielfaches desjenigen Stromes ist, der durch den ersten Transistor fließt (d. h. der Stromfluss durch den Stromerfassungstransistor). Der Spannungspegel des Steuersignals wird entsprechend dem Stromfluss durch den zweiten Transistor geändert, und das geänderte Steuersignal wird in die Steueranschlüsse des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors eingegeben. Somit wird der durch den Ausgangstransistor gesteuerte Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt.
Ein Verhältnis (das oben beschriebene vorbestimmte Vielfache) des Stromflusses durch den ersten Transistor zum Stromfluss durch den zweiten Transistor ist identisch zum Stromspiegelverhältnis der Stromspiegelschaltung, das durch die Transistorgrößen der ersten und zweiten Transistoren bestimmt wird. Dieses Verhältnis ist gleich 1 oder weist einen Wert von kleiner als 1 auf und kann adäquat auf einen beliebigen Wert eingestellt werden.
Gemäß der oben beschriebenen Strombegrenzungsschaltung kompensieren sich die Temperatureigenschaften der ersten und der zweiten Transistoren, die die Stromspiegelschaltung bilden, gegenseitig. Außerdem besitzen der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor dieselbe elektrische Potentialdifferenz für beliebige zwei Anschlüsse davon. Daher stellt das Beispiel eine Strombegrenzungsschaltung bereit, die widerstandsfähig gegenüber einer Temperaturänderung ist und in der Lage ist, den Strombegrenzungsbetrieb durch Einstellen desselben Betriebspunktes sowohl für den Ausgangstransistor als auch für den Stromerfassungstransistor genau durchzuführen.
Vorzugsweise sind sowohl der Ausgangstransistor als auch der Stromerfassungstransistor durch N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet, um den Strom, der durch den zweiten Transistor fließt, von der Signalleitung einzuziehen. Alternativ ist es vorteilhaft, wenn sowohl der Ausgangstransistor als auch der Stromerfassungstransistor durch P-Kanal-MOS-Transistoren gebildet sind, um den Strom, der durch den zweiten Transistor fließt, zur Signalleitung zu senden. In jedem Fall wird eine Spannungsänderung am Widerstand, der in der Signalleitung vorgesehen ist, bewirkt. Der Spannungspegel des Steuersignals wird entsprechend dieser Spannungsänderung geändert. Somit kann der Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Wertes begrenzt werden.
Wenn der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor wie oben beschrieben durch MOS-Transistoren gebildet werden, sind der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor derart geschaltet, dass ihre Drains als erste Ausgangsanschlüsse, ihre Sources als zweite Ausgangsanschlüsse und ihre Gates als die Steueranschlüsse dienen. Der zweite Transistor besitzt zwei Ausgangsanschlüsse, die in Serie zwischen die Signalleitung und den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers geschaltet sind.
Genauer gesagt ist der Drain des Ausgangstransistors mit dem Drain des Stromerfassungstransistors verbunden. Das Gate des Ausgangstransistors ist mit dem Gate des Stromerfassungstransistors verbunden. Die Source des Ausgangstransistors ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden, während die Source des Stromerfassungstransistors mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden ist. Zwei Ausgangsanschlüsse des ersten Transistors sind in Serie zwischen die Source des Stromerfassungstransistors und den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers geschaltet. Der zweite Transistor ist dem ersten Transistor zugeordnet, um die Stromspiegelschaltung zu bilden. Zwei Ausgangsanschlüsse dieses zweiten Transistors sind in Serie zwischen die Signalleitung und den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers geschaltet.
In dieser Strombegrenzungsschaltung können der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor durch N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet sein, und der Ausgangstransistor kann mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last verbunden sein. Alternativ können der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor durch P-MOS-Transistoren gebildet sein, und der Ausgangstransistor kann mit der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last verbunden sein. In jedem Fall muss sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers nicht jenseits des Potentialbereiches zwischen dem ersten Spannungsanschluss und dem zweiten Spannungsanschluss ändern. Daher wird keine besondere Energieversorgungsspannung für den Operationsverstärker benötigt.
Im Gegensatz dazu können in der obigen Strombegrenzungsschaltung der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor durch N-Kanal-MOS-Transistoren ausgebildet sein, aber der Ausgangstransistor kann mit der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last verbunden sein. In diesem Fall ist jedoch die Source des Ausgangstransistors mit dem zweiten Spannungsanschluss verbunden. Dieses zwingt den Operationsverstärker dazu, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger als das elektrische Potential des zweiten Spannungsanschlusses ist. Mit anderen Worten besteht die Notwendigkeit, eine besondere Energieversorgungsspannung vorzusehen, die niedriger als der zweite Spannungsanschluss für den Operationsverstärker ist. Auf ähnliche Weise können in der obigen Strombegrenzungsschaltung der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor durch P-Kanal-MOS-Transistoren gebildet sein, aber der Ausgangstransistor kann mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last verbunden sein. In diesem Fall ist jedoch die Source des Ausgangstransistors mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden. Dieses zwingt den Operationsverstärker dazu, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die größer als das elektrische Potential des ersten Spannungsanschlusses ist. Mit anderen Worten besteht die Notwendigkeit, eine besondere Energieversorgungsspannung bereitzustellen, die größer als der erste Spannungsanschluss für den Operationsverstärker ist.
Bevorzugte Aufbauten bzw. Anordnungen benötigen keine Bereitstellung irgendeiner besonderen Energieversorgungsspannung für den Operationsverstärker bei dem Aufbau mit der Verbindung der niedrigeren Seite unter Verwendung von N-Kanal-MOS-Transistoren. Andere bevorzugte Aufbauten bzw. Anordnungen benötigen keine Bereitstellung irgendeiner besonderen Energieversorgungsspannung für den Operationsverstärker bei dem Aufbau der Verbindung mit der hohen Seite unter Verwendung von P-Kanal-MOS-Transistoren.
Genauer gesagt können der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor durch N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet sein. In diesem Fall sind der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor derart geschaltet, dass ihre Sources als erste Ausgangsanschlüsse, ihre Drains als zweite Ausgangsanschlüsse und ihre Gates als Steueranschlüsse dienen. Der Drain des Ausgangstransistors ist mit der elektrischen Last an einem Ende gegenüber dem ersten Spannungsanschluss verbunden, während die Source des ersten Ausgangstransistors mit dem zweiten Spannungsanschluss verbunden ist. Die Source des Ausgangstransistors ist mit der Source des Stromerfassungstransistors verbunden, während das Gate des Ausgangstransistors mit dem Gate des Stromerfassungstransistors verbunden ist. Der Drain des Ausgangstransistors ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden, während der Drain des Stromerfassungstransistors mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden ist. Außerdem wird der sogenannte Aufbau der Verbindung mit niedriger Seite übernommen, so dass der Ausgangstransistor mit der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last verbunden ist.
Außerdem können die ersten und zweiten Transistoren durch PNP-Bipolartransistoren oder P-Kanal-MOS-Transistoren gebildet sein, und ein Ausgangsanschluss des zweiten Transistors kann mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden sein. Es wird ein Strompfad zwischen dem anderen Ausgangsanschluss des zweiten Transistors und dem zweiten Spannungsanschluss ausgebildet. Außerdem ist eine Stromzieheinrichtung zum. Ziehen von Strom von der Signalleitung in den zweiten Spannungsanschluss um einen Betrag, der dem Stromfluss durch den zweiten Transistor entspricht, vorgesehen.
Gemäß der obigen Strombegrenzungsschaltung fließt Strom über den Ausgangstransistor von dem Ende der elektrischen Last gegenüber dem ersten Spannungsanschluss zum zweiten Spannungsanschluss (von Drain nach Source). Somit fließt der Laststrom durch die elektrische Last. Der Operationsverstärker verändert seinen Ausgang, um dasselbe elektrische Potential für die Drains des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors einzustellen. Es fließt Strom auf den Laststrom hin von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers zum zweiten Spannungsanschluss über den ersten Transistor und den Stromerfassungstransistor.
Danach fließt der Strom, der eine Größe von einem vorbestimmten Vielfachen des Stromflusses durch den ersten Transistor aufweist, durch den elektrischen Pfad, der sich von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers zum zweiten Spannungsanschluss über den zweiten Transistor und der Stromzieheinrichtung erstreckt. Die Stromzieheinrichtung zieht den Strom von der Signalleitung zum zweiten Spannungsanschluss mit einem Betrag bzw. einer Größe, der bzw. die diesem Strom entspricht.
Kurz gesagt ist gemäß der obigen Strombegrenzungsschaltung bei dem Aufbau der Verbindung niedriger Seite unter Verwendung von N-Kanal-MOS-Transistoren die Source des Ausgangstransistors mit der Source des Stromerfassungstransistors verbunden, während das Gate des Ausgangstransistors mit dem Gate des Stromerfassungstransistors verbunden ist. Die Drains beider Transistoren sind mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden. Außerdem ist die Stromzieheinrichtung vorgesehen, um die Richtung des Stromflusses des zweiten Transistors umzukehren und den Strom von der Signalleitung einzuziehen. Die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung benötigt keine Bereitstellung irgendeiner besonderen Energieversorgungsspannung für den Operationsverstärker, da sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers nicht jenseits des Potentialbereiches zwischen den ersten und zweiten Spannungsanschlüssen ändern muss, wie es in der oben beschriebenen Strombegrenzungsschaltung, die den Aufbau der Verbindung niedriger Seite unter Verwendung von P-Kanal-MOS-Transistoren übernimmt, der Fall ist.
In diesem Fall kann die Stromzieheinrichtung einen dritten Transistor und einen vierten Transistor aufweisen. Der dritte Transistor wird durch einen NPN-Bipolartransistor oder einen N-Kanal-MOS-Transistor gebildet. Zwei Ausgangsanschlüsse dieses dritten Transistors sind in Serie zwischen den anderen Ausgangsanschluss (d. h. dem Ausgangsanschluss gegenüber dem Operationsverstärker) des zweiten Transistors und den Sources (d. h. den zweiten Spannungsanschlüssen) des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors geschaltet. Der vierte Transistor ist vom Typ und der Polarität her identisch zu dem dritten Transistor und ist diesem dritten Transistor zugeordnet, um eine Sekundärstromspiegelschaltung zu bilden. Zwei Ausgangsanschlüsse des vierten Transistors sind in Serie zwischen die Signalleitung und die Sources des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors geschaltet, so dass Strom, der von der Signalleitung zum zweiten Spannungsanschluss fließt, zu einem vorbestimmten Vielfachen desjenigen Stromes wird, der über den zweiten Transistor durch den dritten Transistor fließt.
Kurz gesagt wird die Stromzieheinrichtung durch die Sekundärstromspiegelschaltung ausgebildet, die aus dem dritten und vierten Transistor besteht. Der dritte Tran sistor bildet einen Teil des oben beschriebenen Strompfades. Der vierte Transistor zieht den Strom von der Signalleitung in den zweiten Spannungsanschluss mit einem Betrag, der dem Stromfluss durch den zweiten Transistor entspricht.
Die Ausbildung der Stromzieheinrichtung durch die Sekundärstromspiegelschaltung, die aus dem dritten und vierten Transistor besteht, ist dadurch vorteilhaft, dass die Strombegrenzungsschaltung wirksam ohne Verschlechterung der Genauigkeit des Strombegrenzungsbetriebes durch den Laststrom betrieben wird.
Andererseits können der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor durch P-Kanal-MOS-Transistoren gebildet sein. In diesem Fall sind der Ausgangstransistor und der Stromerfassungstransistor derart geschaltet, dass ihre Sources als erste Ausgangsanschlüsse, ihre Drains als zweite Ausgangsanschlüsse und ihre Gates als Steueranschlüsse dienen. Die Source des Ausgangstransistors ist mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden. Der Drain des Ausgangstransistors ist mit der elektrischen Last an einem Ende gegenüber dem zweiten Spannungsanschluss verbunden. Genauer gesagt ist die Source des Ausgangstransistors mit der Source des Stromerfassungstransistors verbunden, während das Gate des Ausgangstransistors mit dem Gate des Stromerfassungstransistors verbunden ist. Der Drain des Ausgangstransistors ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden, während der Drain des Stromerfassungstransistors mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden ist. Außerdem wird der sogenannte Aufbau der Verbindung hoher Seite übernommen, so dass der Ausgangstransistor mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last verbunden ist.
Außerdem können die ersten und zweiten Transistoren durch NPN-Bipolartransistoren oder N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet sein, und ein Ausgangsanschluss des zweiten Transistors kann mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden sein. Es wird ein Strompfad zwischen dem anderen Ausgangsanschluss des zweiten Transistors und dem ersten Spannungsanschluss ausgebildet. Außerdem ist eine Stromzufuhreinrichtung bzw. Stromsendeeinrichtung zum Senden bzw. Zuführen von Strom von dem ersten Spannungsanschluss in die Signalleitung um einen Betrag, der dem Stromfluss durch den zweiten Transistor entspricht, vorgesehen.
Gemäß dieser Strombegrenzungsschaltung fließt der Laststrom von dem ersten Spannungsanschluss über den Ausgangstransistor zur elektrischen Last (von Source nach Drain). Der Operationsverstärker verändert seinen Ausgang, um dasselbe elektrische Potential für die Drains des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors bereitzustellen. Der Strom fließt auf den Laststrom hin von dem ersten Spannungsanschluss zum Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers über den Stromerfassungstransistor und den ersten Transistor.
Danach fließt der Strom, der eine Größe entsprechend einem vorbestimmten Vielfachen des Stromflusses durch den ersten Transistor aufweist, von dem ersten Spannungsanschluss zum Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers über den elektrischen Pfad, der durch die Stromzieheinrichtung und den zweiten Transistor gebildet wird. Die Stromzufuhreinrichtung sendet den Strom von dem ersten Spannungsanschluss zur Signalleitung mit einem Betrag, der diesem Strom entspricht.
Kurz gesagt ist gemäß der obigen Strombegrenzungsschaltung bei dem Aufbau der Verbindung hoher Seite unter Ver wendung von P-Kanal-MOS-Transistoren die Source des Ausgangstransistors mit der Source des Stromerfassungstransistorsverbunden, während das Gate des Ausgangstransistors mit dem Gate des Stromerfassungstransistors verbunden ist. Die Drains beider Transistoren sind mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden. Außerdem ist die Stromzufuhreinrichtung vorgesehen, um die Richtung des Stromflusses durch den zweiten Transistor umzukehren und den Strom zur Signalleitung auszusenden.
Die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung benötigt keine Bereitstellung irgendeiner besonderen Energieversorgungsspannung für den Operationsverstärker, da sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers nicht jenseits des Potentialbereiches zwischen den ersten und zweiten Spannungsanschlüssen ändern muss, ebenso wie es bei der Strombegrenzungsschaltung der Fall ist, die den Aufbau der Verbindung hoher Seite unter Verwendung von N-Kanal-MOS-Transistoren übernimmt.
In diesem Fall kann die Stromzufuhreinrichtung einen dritten Transistor und einen vierten Transistor aufweisen. Der dritte Transistor wird durch einen PNP-Bipolartransistor oder einen P-Kanal-MOS-Transistor gebildet. Zwei Ausgangsanschlüsse dieses dritten Transistors sind in Serie zwischen den anderen Ausgangsanschluss (d. h. dem Ausgangsanschluss gegenüber dem Operationsverstärker) des zweiten Transistors und die Sources (d. h. den ersten Spannungsanschlüssen) des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors geschaltet. Der vierte Transistor ist von Typ und Polarität her identisch zum dritten Transistor und ist diesem dritten Transistor zugeordnet, um eine Sekundärstromspiegelschaltung zu bilden. Zwei Ausgangsanschlüsse des vierten Transistors sind in Serie zwischen die Signalleitung und die Sources des Ausgangstransistors und des Stromerfassungstransistors geschaltet, so dass Strom, der von dem ersten Spannungsanschluss zur Signalleitung fließt, zu einem vorbestimmten Vielfachen desjenigen Stroms, der durch den dritten Transistor über den zweiten Transistor fließt, wird.
Kurz gesagt wird gemäß der obigen Strombegrenzungsschaltung die Stromzufuhreinrichtung durch die Sekundärstromspiegelschaltung gebildet, die aus dem dritten und vierten Transistor besteht. Der dritte Transistor bildet einen Teil des oben beschriebenen Strompfades. Der vierte Transistor zieht den Strom von dem ersten Spannungsanschluss in die Signalleitung mit einem Betrag ein, der dem Stromfluss durch den zweiten Transistor entspricht.
Das Ausbilden der Stromzufuhreinrichtung durch die Sekundärstromspiegelschaltung, die aus dem dritten und vierten Transistor besteht, ist dadurch vorteilhaft, dass die Strombegrenzungsschaltung wirksam ohne Verschlechterung der Genauigkeit des Strombegrenzungsbetriebes für den Laststrom betrieben wird.
Vorzugsweise wird eine Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung zur Strombegrenzungsschaltung hinzugefügt. Genauer gesagt erzeugt die Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung eine elektrische Potentialdifferenz, die äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung oder zur Gate-Source-Spannung des dritten Transistors ist. Die Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung ist zwischen der Basis oder dem Gate des ersten und zweiten Transistors, die gemeinsam verbunden sind, um die Stromspiegelschaltung zu bilden, und dem Drain des Stromerfassungstransistors angeordnet. Dieser Aufbau ermöglicht es, den Strombegrenzungsbetrieb sogar dann durchzuführen, wenn die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Ausgangsanschlüssen (Drain- Source-Anschlüsse) des Ausgangstransistors im Wesentlichen 0 V beträgt.
Die Gründe dafür werden im Folgenden für den Fall erläutert, in dem die ersten bis vierten Transistoren durch Bipolartransistoren ausgebildet sind.
Im Allgemeinen können zwei Bipolartransistoren eine Stromspiegelschaltung bilden. In diesem Fall sind die Basisanschlüsse dieser Bipolartransistoren miteinander und die Emitter dieser Bipolartransistoren miteinander verbunden. Es fließt ein Bezugsstrom durch einen bestimmten Transistor (d. h. den ersten oder dritten Transistor, der im Folgenden als Bezugstransistor bezeichnet wird). Bei diesem Bezugstransistor ist der Kollektor mit der Basis verbunden. Die Stromspiegelschaltung wird aktiviert, wenn ein elektrisches Potential von etwa 0,6 V äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung zwischen die Ausgangsanschlüsse, Kollektor und Emitter, des Bezugstransistors angelegt wird.
Es kann zum Beispiel in der obigen Strombegrenzungsschaltung der erste Transistor (genauer gesagt dessen Kollektor und Emitter) in Serie zwischen den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und den Drain (d. h. den zweiten Ausgangsanschluss) des Stromerfassungstransistors geschaltet sein. Das elektrische Potential von etwa 0,6 V äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors wird zwischen den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und den Drain des Stromerfassungstransistors angelegt. Wenn die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Ausgangsanschlüssen des Ausgangstransistors 0 V beträgt, wird die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Ausgangsanschlüssen des Stromerfassungstransistors 0 V. Somit wird die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsver stärkers und der Source (d. h. dem ersten Ausgangsanschluss) des Stromerfassungstransistors 0,6 V.
Gemäß einer Strombegrenzungsschaltung sind jedoch der zweite Transistor und der dritte Transistor in Serie zwischen den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und die Source des Stromerfassungstransistors geschaltet. Der zweite Transistor ist dem ersten Transistor zugeordnet, um die Stromspiegelschaltung zu bilden. Der dritte Transistor dient als ein Bezugstransistor der Sekundärstromspiegelschaltung. Wenn die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und der Source des Stromerfassungstransistors etwa 0,6 V beträgt, können der zweite Transistor und der dritte Transistor nicht betrieben werden. Somit kann der Strombegrenzungsbetrieb nicht durchgeführt werden.
Deshalb ist in einem Beispiel die Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung vorgesehen. Gemäß diesem Beispiel wird eine elektrische Potentialdifferenz von etwa 1,2 V zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und der Source des Stromerfassungstransistors sogar dann erzeugt, wenn zwei Ausgangsanschlüsse des Ausgangstransistors 0 V betragen. Die elektrische Potentialdifferenz von etwa 1,2 V ist äquivalent zu einer Summe der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors und der elektrischen Potentialdifferenz, die durch die Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung erzeugt wird (d. h. elektrische Potentialdifferenz, die äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung des dritten Transistors ist). Dementsprechend wird es möglich, den Betrieb des zweiten Transistors und des dritten Transistors zu gewährleisten. Der Strombegrenzungsbetrieb kann sicher durchgeführt werden.
Wenn die Stromspiegelschaltung durch zwei MOS-Transistoren gebildet wird, ist es üblich, dass die Gates dieser Transistoren miteinander verbunden und die Sources dieser Transistoren miteinander verbunden sind. Der Drain und das Gate des Bezugstransistors sind miteinander verbunden. Wenn die ersten bis vierten Transistoren durch MOS-Transistoren gebildet werden, muss die Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung eine elektrische Potentialdifferenz, die äquivalent zur Gate-Source-Spannung des dritten Transistors ist, zwischen den Gates des ersten und zweiten Transistors und dem Drain des Stromerfassungstransistors erzeugen. Entsprechend diesem Aufbau wird die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers und der Source des Stromerfassungstransistors um einen Betrag erhöht, der äquivalent zur Gate-Source-Spannung des dritten Transistors ist. Dieses ist bei der genauen Durchführung des Strombegrenzungsbetriebes wirksam, wenn die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Ausgangsanschlüssen des Ausgangstransistors im Wesentlichen 0 V beträgt.
Weiterhin können die MOS-Transistoren, die sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor bilden, durch Bipolartransistoren mit Kollektoren, Emittern und Basisanschlüssen, die äquivalent zu den Drains, Sources und Gates der MOS-Transistoren sind, ersetzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm, das eine Lastbetätigungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ein Schaltungsdiagramm, das einen detaillierten Aufbau einer Gatebetätigungsschaltung der 1 zeigt,
3 ein Schaltungsdiagramm, das eine Lastbetätigungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 ein Schaltungsdiagramm, das eine Lastbetätigungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 ein Schaltungsdiagramm, das eine Lastbetätigungsschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
6 ein Schaltungsdiagramm, das eine Lastbetätigungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 ein Schaltungsdiagramm, das einen detaillierten Aufbau einer Gatebetätigungsschaltung der 6 zeigt,
8 ein Schaltungsdiagramm, das eine Lastbetätigungsschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
9 eine Ansicht, die einen Betrieb der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
10 ein Schaltungsdiagramm, das eine Strombegrenzungsschaltung gemäß einer siebten alternativen Ausführungsform zeigt, die nicht beansprucht ist,
11 ein Schaltungsdiagramm, das eine Strombegrenzungsschaltung gemäß einer achten alternativen Ausführungsform zeigt, die nicht beansprucht ist,
12 ein Schaltungsdiagramm, das eine Strombegrenzungsschaltung gemäß einer neunten alternativen Ausführungsform zeigt, die nicht beansprucht ist, und
13 ein Schaltungsdiagramm, das eine Strombegrenzungsschaltung gemäß einer zehnten alternativen Ausführungsform zeigt, die nicht beansprucht ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Ausführungsformen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine Lastbetätigungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Lastbetätigungsschaltung weist einen Ausgangs-MOS-Transistor 2, der den Laststrom einer elektrischen Last 1 zuführt, und einen Stromerfassungs-MOS-Transistor 3, der parallel zum Ausgangs-MOS-Transistor 2 geschaltet ist, auf. Ein Drain und ein Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 sind jeweils mit einem Drain und einem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors 2 verbunden.
Eine erste Signalleitung L1 ist mit dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 verbunden. Eine Gatespannung, die als ein Steuersignal dient, wird über einen Widerstand 7 in die erste Signalleitung L1 zum Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 zugeführt. Ein Zwischenpunkt zwischen dem Widerstand 7 und dem Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 ist mit dem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors 2 durch eine zweite Signalleitung L2 verbunden. Die Gatespannung wird über eine Diode 8 dem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors 2 zugeführt.
Die Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 ist mit einem NPN-Transistor 4 einer Stromspiegelschaltung 100 verbunden. Ein anderer NPN-Transistor 5, der den anderen Teil der Stromspiegelschaltung 100 bildet, ist dem NPN-Transistor 4 zugeordnet. Die NPN-Transistoren 4 und 5 sind gemeinsam an ihren Basen und Emittern verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors 5 ist mit der zweiten Signalleitung L2 verbunden. Der Kollektorstrom fließt von der zweiten Signalleitung L2 in den NPN-Transistor 5.
Die gemeinsame Basis der NPN-Transistoren 4 und 5 ist mit einem Element 6 wie zum Beispiel einer Konstantstromschaltung, einem Widerstand, einer Induktivität oder Ähnlichem verbunden. Dieses Element 6 besitzt eine Funktion zum Durchlassen von Rauschen zur Masse und zur Stabilisierung des Betriebes der Schaltung.
Die zweite Signalleitung L2 ist mit einer anderen Signalleitung verbunden die einen Widerstand 9 aufweist. Diese Signalleitung mit dem Widerstand 9 besitzt eine Funktion zum Entladen der elektrischen Ladung, die in dem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors 2 gespeichert ist. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Ausgangsanschluss, durch den die Lastbetätigungsschaltung mit der elektrischen Last 1 verbunden ist. Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Erdanschluss, durch den die Lastbetätigungsschaltung geerdet ist. Bezugszeichen 30 und 40 bezeichnen Eingangsanschlüsse, durch die die Lastbetätigungsschaltung mit einer Gatebetätigungsschaltung 200 verbunden ist. Die Gatebetätigungsschaltung 200 betätigt das Gate des Ausgangs-MOS-Transistors 2 ebenso wie das Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3.
Die Gatebetätigungsschaltung 200 weist zwei Schaltelemente 200a, 200b und eine Konstantspannungsschaltung 200c auf.
Ein Betrieb des oben beschriebenen Aufbaus wird im Folgenden erläutert.
Zur Deaktivierung der elektrischen Last 1 wird ein Schaltelement 200a geöffnet, und das andere Schaltelement 200b wird geschlossen. Die Gate-Source-Spannung des Ausgangs-MOS-Transistors 2 wird in diesem Fall 0 V. Der Ausgangs-MOS-Transistor 2 wird in einem deaktivierten Zu stand gehalten. Somit wird der elektrischen Last 1 kein Laststrom zugeführt.
Zur Aktivierung der elektrischen Last 1 wird das Schaltelement 200a geschlossen, und das andere Schaltelement 200b wird geöffnet. Die Konstantspannungsschaltung 200c ist mit dem Widerstand 7 über das geschlossene Schaltelement 200a verbunden. Eine Gatespannung hohen Pegels wird dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 zugeführt. Der Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 wird in einen aktivierten Zustand geschaltet. Inzwischen wird die Gatespannung hohen Pegels über die Diode 8 dem Gate des Ausgans-MOS-Transistors 2 zugeführt. Somit wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 eingeschaltet, und der Laststrom wird der elektrischen Last 1 zugeführt.
Während des aktivierten Zustands der elektrischen Last 1 besteht die Möglichkeit, dass die elektrische Last 1 auf Grund eines Kurzschlusses oder einem anderen Grund eine niedrige Impedanz aufweist. Der Laststrom wird in einem derartigen ungewöhnlichen oder außergewöhnlichen Zustand groß im Vergleich zum Laststrom bei einer gewöhnlichen Betriebsbedingung. Somit erhöht sich das elektrische Potential des Ausgangsanschlusses 10. Wenn das elektrische Potential des Ausgangsanschlusses 10 eine Basis-Emitter-Durchlassspannung überschreitet, d. h. eine Spannung, die zur Zufuhr des Basisstromes zum NPN-Transistor 4 benötigt wird, fließt ein Teil des Laststromes in den Stromerfassungs-MOS-Transistor 3.
Dieser Strom wird auf 1/n durch die Stromspiegelschaltung 100, die aus den NPN-Transistoren 4 und 5 besteht, gedämpft. Der NPN-Transistor 5 besitzt eine Funktion zum Ziehen von Strom aus der Signalleitung L2. Somit fließt Strom von der Signalleitung L2 zum NPN-Transistor 5. Es wird ein Spannungsabfall am Widerstand 7 verursacht. Die Gate-Spannungen des Ausgangs-MOS-Transistors 2 und des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 werden verringert. Dieses führt zu einer Verringerung des Drainstromes (d. h. des Laststromes) des Ausgangs-MOS-Transistors 2.
Dementsprechend wird, wenn der Laststrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Laststrom durch die oben beschriebene Funktion der Lastbetätigungsschaltung verringert. Somit wird der Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Wertes begrenzt.
Während eines Betriebes der Stromspiegelschaltung 100 wird das Sourcepotential des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 um einen Betrag erhöht, der äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung des NPN-Transistors 4 ist. Unterdessen erhöht sich das Gatepotential des Ausgangs-MOS-Transistors 2 um einen Betrag, der äquivalent zu dessen Durchlassspannung ist, auf Grund des Vorhandenseins der Diode 8 in der Signalleitung L2.
Dementsprechend kann durch Einstellen derselben Gate-Source-Spannung für den Ausgangs-MOS-Transistor 2 und den Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 der Betriebspunkt für die MOS-Transistoren 2 und 3 angeglichen oder synchronisiert werden. Das Verhältnis des Drainstromes des Ausgangs-MOS-Transistors 2 zum Drainstrom des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 wird konstant. Somit kann ein stabiler Stromerfassungsbetrieb verwirklicht werden.
Die Diode 8 besitzt eine Funktion zum Erzeugen einer Spannung, die äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung des NPN-Transistors 4 ist. Diese Diode 8 kann durch eine geeignete andere elektrische Komponente ersetzt werden, die in der Lage ist, eine Durchlassspannung unter Verwendung eines PN-Übergangs zu erzeugen, beispielsweise einen Transistor mit gemeinsamer Basis und Emitter oder einen Transistor mit gemeinsamer Basis und Kollektor. Alternativ kann eine beliebige andere Komponente verwendet werden, wenn sie einen Spannungsabfall bewirken kann, der im Wesentlichen identisch zur Basis-Emitter-Spannung des NPN-Transistors 4 ist.
In dieser ersten Ausführungsform wird angenommen, dass der Ausgangs-MOS-Transistor 2 und der Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 identische Eigenschaften aufweisen. Somit ist die Basis-Emitter-Durchlassspannung des NPN-Transistors 4 gleich der Durchlassspannung der Diode 8. Wenn eine Spannung V1 an den Eingangsanschluss 30 angelegt wird, kann das elektrische Potential des Ausgangsanschlusses 10 ausreichend größer als die Basis-Emitter-Durchlassspannung Vf des NPN-Transistors 4 werden. In diesem Fall wird die Gate-Source-Spannung V_GS durch die folgende Gleichung ausgedrückt. VGS = V1 – (I1/m·n)·R7 – Vf (1), wobei "m" ein Verhältnis eines Stromes I1, der durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2 fließt, zum Strom I2, der durch den NPN-Transistor 4 fließt, darstellt, "n" ein Verhältnis des Stromes I2, der durch den NPN-Transistor 4 fließt, zum Strom I3, der durch den NPN-Transistor 5 fließt, darstellt, und R7 einen Widerstandswert des Widerstands 7 darstellt.
Im Allgemeinen besitzt ein Drainstrom (d. h. der Strom I1) in einem Sättigungsbereich eines MOS-Transistors eine Beziehung zur Gate-Source-Spannung V_GS, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. I1 = (1/2)·β0·W/L)·(VGs – VT)2 (2), wobei "β₀" eine Konstante darstellt, "W" eine Kanalbreite darstellt, "L" eine Kanallänge darstellt, "V_T" eine Schwellenspannung darstellt.
Anhand der oben beschriebenen Gleichungen (1) und (2) wird der Strom I1, der durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2 fließt, durch die folgende Gleichung ausgedrückt. I1 = (m·n/R7)·[Vl – {I1·(L/W)·(2/β0)}1/2 – VT – Vf] (3).
Wenn der Ausgangs-MOS-Transistor 2 eine ausreichende Festigkeit gegenüber dem Laststrom aufweist, wird die folgende Annäherung erreicht: {I1·(L/W)·(2/β0)}1/2 = 0 (4).
Dementsprechend wird die oben beschriebene Gleichung (3) zur folgenden Gleichung umgeschrieben. I1 = (m·n/R7)·(V1 – VT – Vf) (5).
Dementsprechend ändert sich der Laststrom in Abhängigkeit von dem Stromverhältnis "m" des Ausgangs-MOS-Transistors 2 zum Stromerfassungs-MOS-Transistor 3, dem Stromspiegelverhältnis "n" zwischen den NPN-Transistoren 4 und 5, der Spannung V1, die am Eingangsanschluss 30 anliegt, und der Durchlassspannung Vf der Diode 8. Mit anderen Worten verändert sich der Laststrom nicht in Abhängigkeit von der Spannung des Ausgangsanschlusses 10.
Bei der Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung ist es relativ leicht, die Werte von "m", "n" und "Vf" genau zu steuern. Dieses ist vorteilhaft beim Erhalten eines stabilen Laststromes ohne Schwankungen auf Grund der Eigenschaftsstreuungen in jedem Element.
Außerdem ist ein Trimmen des Widerstandes 7 wirksam bei der Verbesserung der Genauigkeit des Widerstandswertes. Dieses führt zu einer stabilen Charakteristik.
2 zeigt einen detaillierten Aufbau der Gatebetätigungsschaltung 200. Die Gatebetätigungsschaltung 200 weist NPN-Transistoren 201 bis 203, einen Widerstand 204, Dioden 205 bis 209, eine Zenerdiode 210, und eine Konstantstromschaltung 211 auf.
Wenn eine Spannung hohen Pegels an den Anschluss 50 angelegt wird, wird der NPN-Transistor 201 eingeschaltet. Der NPN-Transistor 202 wird ausgeschaltet. Außerdem wird der NPN-Transistor 203 eingeschaltet. Diese Bedingung ist äquivalent zum Schließen des Schaltelementes 200b und dem Öffnen des Schaltelementes 200a der 1. Unter dieser Bedingung wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 ausgeschaltet. Daher fließt kein Laststrom durch die elektrische Last 1.
Wenn eine Spannung niedrigen Pegels an den Anschluss 50 angelegt wird, wird der NPN-Transistor 201 ausgeschaltet. Der NPN-Transistor 202 wird eingeschaltet. Außerdem wird der NPN-Transistor 203 ausgeschaltet. Diese Bedingung ist äquivalent zum Öffnen des Schaltelementes 200b und dem Schließen des Schaltelementes 200a der 1. Unter dieser Bedingung wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 eingeschaltet. Daher wird der Laststrom der elektrischen Last 1 zugeführt.
Unter Verwendung der Spannung, die durch insgesamt N Dioden 206–209 und die Zenerdiode 210 erzeugt wird, der Basis-Emitter-Spannung des NPN-Transistors 202 und der Durchlassspannung der Diode 205 wird die Spannung V1 des Eingangsanschlusses 30 durch die folgende Gleichung ausgedrückt. V1 = Vz + N·Vf – 2Vf = Vz + (N – 2)·Vf (6).
Anhand der oben beschriebenen Gleichungen (5) und (6) kann der Strom I1, der durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2 fließt, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. I1 = (m·n/R7){Vz + (N – 3)·Vf – VT} (7),wobei Vz einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, während Vf einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Dementsprechend ist es möglich, dass der Term {Vz + (N – 3)·Vf} in der obigen Gleichung (7) insgesamt entweder einen positiven Temperaturkoeffizienten oder einen negativen Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Wert von "N" aufweist. Mit anderen Worten ermöglicht es die Einstellung eines optimalen Wertes für den N-Wert unter Berücksichtigung der Temperatureigenschaften von R7, V_T und weiteren, die unerwünschte Temperaturcharakteristik der Lastbetätigungsschaltung zu beseitigen.
Die Kombination von N Dioden 206–209 und der Zenerdiode 210, die als eine Einrichtung zur Erzeugung der Basisspannung für den NPN-Transistor 202 dient, kann durch mehrere seriell geschaltete Dioden oder mehrere seriell geschaltete Zenerdioden oder mehrere N-Kanal- oder P-Kanal-MOS-Transistoren, die in Serie geschaltet sind, oder durch mehrere Widerstände ersetzt werden.
Zweite Ausführungsform
Die oben beschriebene erste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzungsbetrieb durchgeführt wird, wenn das elektrische Potential des Ausgangsanschlusses 10 einen Wert überschreitet, der äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung Vf des NPN-Transistors 4 ist. Es kann jedoch wünschenswert sein, die Spannung zur Initiierung des Strombegrenzungsbetriebes auf einen Wert zu erhöhen, der größer als die eine Stufe der Basis-Emitter-Spannung Vf entsprechend dem Wert der elektrischen Last 1 ist.
Zur Erfüllung einer derartigen Anforderung ersetzt die zweite Ausführungsform den NPN-Transistor 4, der mit der Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 verbunden ist, durch insgesamt N in Serie geschaltete NPN-Transistoren 4a–4b, ..., 4c, die jeweils eine gemeinsam verbundene Basis und Kollektor aufweisen, wie es in 3 gezeigt ist. Gemäß dem Aufbau der zweiten Ausführungsform wird der Strombegrenzungsbetrieb nicht durchgeführt, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses 10 nicht einen Wert überschreitet, der gleich N mal der Basis-Emitter-Spannung Vf ist. Somit kann die Spannung zur Initiierung des Strombegrenzungsbetriebes auf einen Wert erhöht werden, der äquivalent zu N Stufen der Basis-Emitter-Spannung Vf ist.
In dieser zweiten Ausführungsform sind insgesamt N seriell geschaltete Dioden 8a, 8b, ..., 8c an Stelle der Diode 8 der 1 vorgesehen. Dieser Aufbau ist notwendig, um die Gate-Source-Spannung des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 der Gate-Source-Spannung des Ausgangs-MOS-Transistors 2 anzugleichen. Die insgesamt N NPN-Transistoren 4a, 4b, ..., 4c weisen insgesamt eine Funktion eines ersten Bipolartransistors der vorliegenden Erfindung auf.
Dritte Ausführungsform
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last 1 durch den Aus gangs-MOS-Transistor 2 vom N-Kanaltyp betätigt wird, der an der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last 1 angeordnet ist. Es ist alternativ möglich, einen Ausgangs-MOS-Transistor 2 vom P-Kanaltyp zu verwenden, der an der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 angeordnet ist, um die elektrische Last 1 zu betätigen.
Die dritte Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, offenbart einen Aufbau zur Realisierung einer derartigen Lastbetätigungsschaltung mit einem Aufbau der Verbindung hoher Seite. Genauer gesagt weist diese Lastbetätigungsschaltung einen P-Kanal-Ausgangs-MOS-Transistor 2 und einen P-Kanal-Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 auf. Die Bipolartransistoren 4 und 5, die in der Stromspiegelschaltung verwendet werden, sind PNP-Transistoren. Diese Komponenten sind an der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 angeordnet.
Der Betrieb dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen der Gleiche wie derjenige der ersten Ausführungsform. Im Strombegrenzungsbetrieb wird Strom, der durch den PNP-Transistor 5 fließt, über eine Diode 8 zum Widerstand 7 geleitet. Auf Grund dieses Stromes wird die Anschlussspannung des Widerstandes 7 erhöht, und daher wird die Gate-Spannung des Ausgangs-MOS-Transistors 2 erhöht. Somit wird der Drainstrom des Ausgangs-MOS-Transistors 2 verringert.
Vierte Ausführungsform
Die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspiegelschaltung 100 durch Bipolartransistoren gebildet ist. Es ist jedoch möglich, die Stromspiegelschaltung 100 durch MOS-Transistoren zu bilden.
Die vierte Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, offenbart einen derartigen Aufbau. Die Stromspiegelschaltung 100 wird durch erste und zweite MOS-Transistoren 14 und 15 gebildet. Eine Spannungsabfalleinrichtung zum Einstellen desselben Betriebspunktes für die MOS-Transistoren 2 und 3 wird durch einen MOS-Transistor 18 mit direkt verbundenen Gate und Drain gebildet.
Der Betrieb der vierten Ausführungsform ist im Wesentlichen der Gleiche wie derjenige der ersten Ausführungsform. Gemäß dem Aufbau der vierten Ausführungsform wird der Strombegrenzungsbetrieb durchgeführt, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses 10 die Schwellenspannung des ersten MOS-Transistors 14 überschreitet.
Wie es bei der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, ist es möglich, die Spannung zur Initiierung des Strombegrenzungsbetriebes durch Erhöhung der Anzahl der ersten MOS-Transistoren 14 zu erhöhen. Außerdem ist es möglich, wie es bei der dritten Ausführungsform beschrieben ist, die Lastbetätigungsschaltung an der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 anzuordnen.
Fünfte Ausführungsform
Die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass der Strom, der durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2 fließt, auf innerhalb eines konstanten Wertes begrenzt wird, wenn der Laststrom einen vorbestimmten Wert überschreitet. Gemäß diesem Strombegrenzungsaufbau wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 immer einer signifikanten Strommenge ausgesetzt. Dieses erhöht möglicherweise den Verlust im Ausgangs-MOS-Transistor 2.
Zur Verringerung dieser Art von Verlust steuert die fünfte Ausführungsform intermittierend den Drainstrom des Ausgangs-MOS-Transistors 2, um einen effektiven Schutz gegenüber einem übermäßigen Strom zu realisieren und den Verlust im Ausgangs-MOS-Transistor 2 zu verringern. 6 zeigt einen detaillierten Aufbau der Lastbetätigungsschaltung gemäß der fünften Ausführungsform.
Der Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 besitzt eine Source, die mit einem NPN-Transistor 4 verbunden ist. Dieser NPN-Transistor 4 ist einem anderen NPN-Transistor 21 zugeordnet, um eine Stromspiegelschaltung 300 zu bilden. Die Basis und der Emitter des NPN-Transistors 4 sind jeweils mit der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors 21 verbunden. Der NPN-Transistor 21 ist mit einer Konstantstromquelle 22 verbunden.
Gemäß dem Aufbau dieser Ausführungsform wird der Strom, der durch den NPN-Transistor 21 fließt, durch I1/m·n' ausgedrückt, wobei m ein Verhältnis des Drainstromes I1 des Ausgangs-MOS-Transistors 2 zum Strom, der durch den ersten Transistor 4 fließt, darstellt, und n' ein Verhältnis des Stromes, der durch den ersten NPN-Transistor 4 fließt, und dem Strom, der durch den NPN-Transistor 21 fließt, darstellt.
Wenn der Drainstrom, der durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2 fließt, in einem normalen Bereich liegt, kann der Strom, der durch den NPN-Transistor 21 fließt, gleich oder kleiner als der Einstellstrom I11 der Konstantstromquelle 22 sein. In einem derartigen Fall, das heißt wenn I1/m·n' ≤ I11, ist der PNP-Transistor 23 ausgeschaltet.
Wenn sich jedoch der Drainstrom des Ausgangs-MOS-Transistors 2 extrem erhöht, wird der Strom, der durch den NPN-Transistor 21 fließt, möglicherweise größer als der Einstellstrom I11 der Konstantstromquelle 22. Das heißt, wenn I1/m·n' > I11, wird der PNP-Transistor 23 auf Grund einer Durchlassvorspannung, die zwischen dessen Basis und Emitter angelegt wird, eingeschaltet.
Demzufolge wird ein Kondensator 24 durch den Kollektorstrom des PNP-Transistors 23 aufgeladen. Wenn die Anschlussspannung des Kondensators 24 eine Bezugsspannung V_O eines Hysteresekomparators 26 überschreitet, erzeugt der Komparator 26 einen Ausgang hohen Pegels. Auf diesen Ausgang hohen Pegels hin wird das Schaltelement 200a der Gatebetätigungsschaltung 200 geöffnet, während das andere Schaltelement 200b der Gatebetätigungsschaltung 200 geschlossen wird. Außerdem wird bei der Erzeugung dieses Ausgangs hohen Pegels die Bezugsspannung des Hysteresekomparators 26 von V_O auf einen niedrigeren Wert V_O' (d. h. V_O > V_O') geändert.
Dementsprechend werden sowohl der Ausgangs-MOS-Transistor 2 als auch der Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 ausgeschaltet. Es fließt kein Laststrom. Außerdem fließt kein Kollektorstrom durch den PNP-Transistor 23. Somit wird der Kondensator 24 durch die Konstantstromquelle 25 entladen. Die Anschlussspannung des Kondensators 24 wird verringert. Wenn die Anschlussspannung kleiner als die untere Bezugsspannung V_O' des Hysteresekomparators 26 wird, erzeugt der Hysteresekomparator 26 einen Ausgang niedrigen Pegels. Dieser Ausgang niedrigen Pegels schließt das Schaltelement 200a der Gatebetätigungsschaltung 200 und öffnet gleichzeitig das Schaltelement 200b der Gatebetätigungsschaltung 200. Dementsprechend fließt der Drainstrom wieder durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2.
Aus dem oben beschriebenen Betrieb wird deutlich, dass, wenn der Drainstrom des Ausgangs-MOS-Transistors 2 übermäßig groß wird, ein erhöhter Strom durch den NPN- Transistor 21 in der Stromspiegelschaltung 300 fließt. Eine intermittierende Steuerschaltung 400 weist die Konstantstromquelle 22, den PNP-Transistor 23, den Kondensator 24, die Konstantstromquelle 25 und den Hysteresekomparator 26 auf. Nach dem Verstreichen einer Zeit, die einer Ladezeit für den Kondensator 24 entspricht, steuert bzw. schaltet die intermittierende Steuerschaltung 400 die Gatebetätigungsschaltung 200 aus, um den Ausgangs-MOS-Transistor 2 zu deaktivieren. Anschließend steuert bzw. schaltet nach dem Verstreichen einer Zeit, die einer Entladezeit für den Kondensator 24 entspricht, die intermittierende Steuerschaltung 400 die Gatebetätigungsschaltung 200 ein, um den Ausgangs-MOS-Transistor 2 wieder zu aktivieren. Durch Wiederholen dieser intermittierenden Betriebsabläufe wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 intermittierend ein- und ausgeschaltet. Dementsprechend wird der Verlust im Ausgangs-MOS-Transistor 2 signifikant verringert.
In der intermittierenden Steuerschaltung 400 bilden der Kondensator 24 und die Konstantstromquelle 25 gemeinsam eine Verzögerungsschaltung. Diese ist wirksam bei der Verhinderung jeglicher Fehlfunktionen der Schaltung auf Grund eines Stoßstromes, der durch die elektrische Last 1 zu Beginn einer Betätigung der elektrischen Last 1 fließt. Somit ist die Lastbetätigungsschaltung der fünften Ausführungsform dadurch zuverlässig, dass sie auf den übermäßigen Strom genau reagiert, aber nicht auf den Stoßstrom. Mit anderen Worten wird das Vorhandensein eines übermäßigen Stromes nur dann erkannt, wenn der Ausgangs-MOS-Transistor 2 kontinuierlich einem großen Strom für die Dauer, die eine vorbestimmte Zeit überschreitet, ausgesetzt ist. Auf den wahren übermäßigen Strom hin wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 intermittierend ein- und ausgeschaltet.
Wenn der Ausgangs-MOS-Transistor 2 und der Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 beide aktiviert sind, besteht die Möglichkeit, dass kein Strom durch die Diode 8 fließen kann. In einem derartigen Fall ist es schwierig, die Gate-Source-Spannung für den Ausgangs-MOS-Transistor 2 der Gate-Source-Spannung für den Stromerfassungs-MOS-Transistor 3 anzugleichen. Derselbe Betriebspunkt kann nicht für beide MOS-Transistoren 2 und 3 eingestellt werden. Um ein derartiges Problem zu vermeiden, stellt diese Ausführungsform ein Impedanzelement 27 wie zum Beispiel einen Widerstand oder eine Konstantstromquelle bereit, um stets den Stromfluss durch die Diode 8 zu gewährleisten.
Im Folgenden wird der Aufbau der Gatebetätigungsschaltung 200 der fünften Ausführungsform mit Bezug auf 7 beschrieben.
Die in 7 gezeigte Gatebetätigungsschaltung 200 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Gatebetätigungsschaltung 200 darin, dass zwei NPN-Transistoren 212 und 213 und eine Konstantstromquelle 214 zwischen dem Anschluss 50 und den NPN-Transistor 201 hinzugefügt sind. Gemäß dem in 7 gezeigten Aufbau wird, wenn eine Spannung hohen Pegels an den Anschluss 50 angelegt wird, der NPN-Transistor 213 eingeschaltet und der NPN-Transistor 201 ausgeschaltet. Demzufolge wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 eingeschaltet. Mit anderen Worten ist der Aufbau der 4 entgegengesetzt zu dem Aufbau der 2 hinsichtlich der Spannungspegeleinstellung für den Anschluss 50 zum Ein- und Ausschalten des Ausgangs-MOS-Transistors 2.
Unter der Lastbetätigungsbedingung wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 auf die Aktivierung des NPN-Transistors 213 hin aktiviert. Wenn sich der Laststrom übermäßig erhöht, erzeugt der Hysteresekomparator 26 der intermittierenden Steuerschaltung 400 einen Ausgang hohen Pegels. Auf diesen Ausgang hohen Pegels hin wird der NPN-Transistor 212 eingeschaltet und der NPN-Transistor 213 ausgeschaltet. Somit wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 ausgeschaltet.
Sechste Ausführungsform
Gemäß der oben beschriebenen fünften Ausführungsform wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 auf den übermäßigen Stromfluss durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2 hin intermittierend ein- und ausgeschaltet. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass der übermäßige Strom kontinuierlich durch den Ausgangs-MOS-Transistor 2 während einer Einschaltdauer des Ausgangs-MOS-Transistors 2 fließt. Dementsprechend unterliegt der Ausgangs-MOS-Transistor 2 einer signifikanten Wärmeerzeugung.
Im Hinblick darauf führt die sechste Ausführungsform einen Strombegrenzungsbetrieb während der Einschaltdauer des Ausgangs-MOS-Transistors 2 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform durch. 8 zeigt einen detaillierten Schaltungsaufbau der sechsten Ausführungsform.
Der NPN-Transistor 4 ist mit der Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors 3 verbunden. Die Basis und der Emitter des NPN-Transistors 4 sind mit der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors 5 verbunden. Diese NPN-Transistoren 4 und 5 bilden gemeinsam eine Stromspiegelschaltung 500. Außerdem ist ein NPN-Transistor 21 mit dem NPN-Transistor 4 verbunden.
Die intermittierende Steuerschaltung 400 führt eine intermittierende Steuerung für den Ausgangs-MOS-Transistor 2 nur dann durch, wenn der Drainstrom des Ausgangs-MOS-Transistors 2 gleich einem vorbestimmten Wert wird oder diesen überschreitet, zum Beispiel 3A. Unterdessen wird der Strombegrenzungsbetrieb durch den NPN-Transistor 5 nur dann initiiert, wenn der Drainstrom des Ausgangs-MOS-Transistors 2 gleich einem anderen vorbestimmten Wert (zum Beispiel 5A) wird, der größer als der Einstellstrom für die oben beschriebene intermittierende Steuerung ist, oder diesen überschreitet.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau überschreitet der Drainstrom I1 des Ausgangs-MOS-Transistors 2 möglicherweise 3A entsprechend einer übermäßigen Erhöhung des Laststromes, wie es in 9 gezeigt ist. Der Drainstrom I1 wird auf innerhalb 5A für ein vorbestimmtes Intervall t1 vom Zeitpunkt an begrenzt, in dem der Drainstrom I1 3A überschreitet. Dieses Intervall t1 ist äquivalent zu einer Verzögerungszeit durch den Kondensator 24. Nach dem Verstreichen der Zeit t1 wird der Ausgangs-MOS-Transistor 2 ausgeschaltet. Dieser Zyklus wird kontinuierlich wiederholt.
Somit wird der Strombegrenzungsbetrieb während der Einschaltzeitdauer der Einschalt-Ausschalt-Steuerung des Ausgangs-MOS-Transistors 2 durch die intermittierende Steuerschaltung 400 sicher durchgeführt. Dieses ist wirksam zur Verringerung der Wärmeerzeugung im Ausgangs-MOS-Transistor 2.
Die Gatebetätigungsschaltung 200 der 7 kann in der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform verwendet werden.
Außerdem können in den oben beschriebenen fünften und sechsten Ausführungsformen eine Strombegrenzungsschaltung und ein anderer Aufbau ähnlich denjenigen der zweiten und vierten Ausführungsformen enthalten sein. Zum Beispiel ist es möglich, die P-Kanal-MOS-Transistoren und die PNP- Transistoren, die in der Ausführungsform der 4 gezeigt sind, zu verwenden. Außerdem ist es möglich, sämtliche NPN-Transistoren 4, 5, 21, 23 und die Diode 8 durch N-Kanal-MOS-Transistoren zu bilden, wie es in 5 gezeigt ist.
Außerdem wird in den ersten bis vierten Ausführungsformen der Strombegrenzungsbetrieb durchgeführt, wenn sich der Laststrom übermäßig erhöht. Der Bereich zum Betrieb der Stromspiegelschaltung kann auf einen gewöhnlichen Betriebsbereich eingestellt werden. Die Lastbetätigungsschaltung, die durch diese Einstellung realisiert wird, kann eine elektrische Last mit konstantem Strom betätigen.
Außerdem sind in den oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen die Ausgangstransistoren und die Stromerfassungstransistoren durch MOS-Transistoren gebildet. Diese MOS-Transistoren können jedoch durch Bipolartransistoren ersetzt werden.
Siebte Ausführungsform
10 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Strombegrenzungsschaltung gemäß der siebten Ausführungsform zeigt.
Wie es in 10 gezeigt ist, weist die Strombegrenzungsschaltung gemäß der siebten Ausführungsform einen Ausgangstransistor 2, der einen Drain und eine Source aufweist, die seriell in einem Strompfad geschaltet sind, der den Laststrom einer elektrischen Last 1 zuführt, einen Stromerfassungstransistor 3, der vom Typ und Polarität her identisch zum Ausgangstransistor 2 ist und jeweils einen Drain und ein Gate aufweist, die mit dem Drain und dem Gate des Ausgangstransistors 2 verbunden sind, und eine Signalleitung L auf, die eine Gatespannung als ein Steuersignal über einen Widerstand R den Gates des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 zuführt.
Außerdem weist die Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform einen Operationsverstärker OP, der einen nicht invertierenden Eingangsanschluss (d. h. den positiven Anschluss), der mit der Source des Ausgangstransistors 2 verbunden ist und einen invertierenden Eingangsanschluss (d. h. dem negativen Anschluss), der mit der Source des Stromerfassungstransistors 3 verbunden ist, aufweist, einen ersten Transistor 4, der einen Kollektor und einen Emitter, die seriell zwischen die Source des Stromerfassungstransistors 3 und den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP geschaltet sind, und eine Basis aufweist, die direkt mit dem Kollektor verbunden ist, und einen zweiten Transistor 5 auf, der eine Basis und einen Emitter, die jeweils mit der Basis und dem Emitter des ersten Transistors 4 verbunden sind, so dass eine Stromspiegelschaltung CM1 durch den ersten Transistor 4 und den zweiten Transistor 5 gebildet wird, aufweist, und der zweite Transistor 5 besitzt einen Kollektor, der mit der Signalleitung L verbunden ist.
Gemäß der Strombegrenzungsschaltung dieser Ausführungsform sind sämtliche oben beschriebenen Komponenten auf dem selben Halbleiterchip ausgebildet. Der Ausgangstransistor 2 und der Stromerfassungstransistor 3 sind beide N-Kanal-MOS-Transistoren. Der erste Transistor 4 und der zweite Transistor 5 sind beide NPN-Bipolartransistoren.
Außerdem ist gemäß dieser Ausführungsform ein Ende der elektrischen Last 1 mit einem Masseanschluss (GND = 0) verbunden, der ein zweites Spannungspotential aufweist. Der Drain des Ausgangstransistors 2 ist über einen Anschluss 10 mit einem Energieversorgungsspannungsanschluss VD (zum Beispiel 5 V) verbunden, der ein erstes Spannungspotential aufweist, das größer als der Masseanschluss ist. Die Source des Ausgangstransistors 2 ist über einen Anschluss 20 mit dem anderen Anschluss der elektrischen Last 1 gegenüber dem Masseanschluss verbunden. Kurz gesagt besitzt die Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform einen Aufbau der Verbindung hoher Seite, die durch die N-Kanal-MOS-Transistoren, die mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 verbunden sind, gekennzeichnet ist.
Außerdem ist die Strombegrenzungsschaltung dieser Ausführungsform über einen Anschluss 30 mit einer Konstantspannungsschaltung 40 verbunden. Ein Widerstand R ist in der Signalleitung L vorgesehen und mit dem Anschluss 30 verbunden. Die Konstantspannungsschaltung 40 erzeugt eine vorbestimmte konstante Spannung VG, die über den Widerstand R und die Signalleitung L den Gates des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 zugeführt wird.
Der Betrieb der oben beschriebenen Strombegrenzungsschaltung wird im Folgenden erläutert.
Wenn die elektrische Last 1 nicht betätigt wird, führt die Konstantspannungsschaltung 40 die Konstantspannung VG dem Anschluss 30 nicht zu. Der Ausgangstransistor 2 besitzt in diesem Fall eine Gate-Source-Spannung von 0 V, und daher ist der Ausgangstransistor 2 ausgeschaltet. Es fließt kein Strom durch die elektrische Last 1.
Wenn andererseits die elektrische Last 1 betätigt wird, führt die Konstantspannungsschaltung 40 eine Gatespannung hohen Pegels über den Widerstand R und die Signalleitung L den Gates des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 zu. Der Laststrom I1, der von dem E nergieversorgungsspannungsanschluss VD über den Ausgangstransistor 2 (von Drain nach Source) zugeführt wird, fließt durch die elektrische Last 1.
In diesem Fall verändert der Operationsverstärker OP seine Ausgangsspannung (d. h. das elektrische Potential des Ausgangsanschlusses), um das gleiche elektrische Potential für die Sources des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 einzustellen. Ein Strom I2 fließt auf den Laststrom I1 hin von dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD zum Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP über den Stromerfassungstransistor 3 (von Drain nach Source) und den ersten Transistor 4 (von Kollektor nach Emitter).
Mit anderen Worten besitzt der Operationsverstärker OP eine Funktion zum Einstellen der gleichen elektrischen Potentialdifferenz zwischen beliebigen zwei Anschlüssen sowohl für den Ausgangstransistor 2 als auch den Stromerfassungstransistor 3. Dementsprechend besitzen der Ausgangstransistor 2 und der Stromerfassungstransistor 3 den gleichen Betriebspunkt in sämtlichen gesättigten und ungesättigten Betriebsbereichen. Ein Verhältnis des Laststromes I1, der durch den Ausgangstransistor 2 fließt, zum Strom I2, der durch den Stromerfassungstransistor 3 fließt, ist genau abhängig von einem Transistorgrößenverhältnis zwischen dem Transistor 2 und dem Transistor 3. Dieser Strom I2 fließt durch den ersten Transistor 4.
Auf den Strom I2 hin zieht der zweite Transistor 5 einen Strom I3 von der Signalleitung L in den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP. Die Größe des Stromes I3 beträgt ein vorbestimmtes Vielfaches des Stromes I2, der durch den ersten Transistor 4 fließt (d. h. der Stromfluss durch den Stromerfassungstransistor 3). Es wird ein Spannungsabfall proportional zu diesem Strom I3 am Wider stand R verursacht. Daher wird die Gatespannung, die an den Ausgangstransistor 2 und den Stromerfassungstransistor 3 anliegt, um den Betrag verringert, der diesem Spannungsabfall entspricht. Somit wird der Laststrom I1, der durch den Ausgangstransistor 2 gesteuert wird, auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt.
Ein Verhältnis (d. h. das oben beschriebene vorbestimmte Vielfache) des Stromes I2, der durch den ersten Transistor 4 fließt, zum Strom I3, der durch den zweiten Transistor 5 fließt, ist identisch zu dem Stromspiegelverhältnis der Stromspiegelschaltung CM1, das von den Transistorgrößen der ersten und zweiten Transistoren 4 und 5 abhängt.
In der oben beschriebenen Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform wird die Beziehung zwischen dem Laststrom I1, der durch den Ausgangstransistor 2 fließt, zum Strom I2, der durch den Stromerfassungstransistor 3 fließt, durch die folgende Gleichung bestimmt. In dieser Gleichung stellt "p" ein Verhältnis der Transistorgröße des Ausgangstransistors 2 zur Transistorgröße des Stromerfassungstransistors 3 dar. I1 = p × I2 (8).
Der Strom I3, der durch den Widerstand R fließt, mit der Funktion des zweiten Transistors 5, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt. In dieser Gleichung stellt "q" das Stromspiegelverhältnis der Stromspiegelschaltung CM1 dar. I3 = q × I2 (9).
Die Gate-Source-Spannung V_GS des Ausgangstransistors 2 wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt. In dieser Gleichung stellt "R0" einen Widerstandswert des Widerstands R dar. VGS = VG – R0 × I3 (10).
Anhand der oben beschriebenen Gleichungen 8 bis 10 wird der Laststrom I1, der unter der Steuerung des Ausgangstransistors 2 durch die elektrische Last 1 fließt, durch die folgende Gleichung ausgedrückt: I1 = (VG – VGS) × p/(q × R0) (11).
Anhand der Gleichung 11 wird deutlich, dass sich der Laststrom I1 in Abhängigkeit von dem Transistorgrößenverhältnis p zwischen dem Ausgangstransistor 2 und dem Stromerfassungstransistor 3, dem Stromspiegelverhältnis q der Stromspiegelschaltung CM1 und dem Widerstandswert R0 des Widerstandes R ändert. Mit anderen Worten hängt der Laststrom I1 nicht von der Versorgungsspannung, die von dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD zugeführt wird, und der Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 2 ab.
In der Stromspiegelschaltung CM1 kompensieren die ersten und zweiten Transistoren 4 und 5 gemeinsam ihre Temperatureigenschaften. Auf dieselbe Weise kompensieren der Ausgangstransistor 2 und der Stromerfassungstransistor 3 gemeinsam ihre Temperatureigenschaften. Dieses bedeutet, dass die oben beschriebenen Gleichungen unabhängig von der Änderung der Temperatur erfüllt werden.
Dementsprechend wird, wenn der Widerstand R hinsichtlich der Widerstandswertgenauigkeit und der Temperatureigenschaften ausgezeichnet ist, der Strombegrenzungsbetrieb für den Laststrom I1 genau durchgeführt.
Wie es detaillierter erläutert wurde, ist die Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass in der Stromspiegelschaltung CM1 die ersten und zweiten Transistoren 4 und 5 gemeinsam ihre Temperatureigenschaften kompensieren, und außerdem dadurch, dass der Operationsverstärker OP die gleiche elektrische Potentialdifferenz zwischen beliebigen zwei Anschlüssen sowohl für den Ausgangstransistor 2 als auch den Stromerfassungstransistor 3 einstellt.
Dementsprechend ist die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung widerstandsfähig gegenüber einer Temperaturänderung, und der Strombegrenzungsbetrieb für den Laststrom I1 kann durch Angleichung des Betriebspunktes zwischen dem Ausgangstransistor 2 und dem Stromerfassungstransistor genau durchgeführt werden.
Außerdem fließt gemäß der Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform durch die Funktion des Operationsverstärkers OP auf den Laststrom I1 hin der Strom I2 sogar dann durch den Stromerfassungstransistor 3 und den ersten Transistor 4, wenn die Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 2 im Wesentlichen Null ist. Außerdem fließt der Strom I3, der eine Größe aufweist, die äquivalent mit einem vorbestimmten Vielfachen des Stromes I2 ist, durch die Signalleitung L. Daher kann der Strombegrenzungsbetrieb in sämtlichen Betriebsbereichen des Ausgangstransistors 2 durchgeführt werden. Der Grenzwert für den Laststrom I1 kann leicht und variierend eingestellt werden.
Achte Ausführungsform
Die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung gemäß der siebten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangstransistor 2 vom Typ eines N-Kanal-MOS- Transistors mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 verbunden ist. Die im Folgenden beschriebene achte Ausführungsform ist durch einen Aufbau der Verbindung niedriger Seite, bei der der Ausgangstransistor 2 mit der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last 1 verbunden ist, gekennzeichnet.
Wie es in 11 gezeigt ist, unterscheidet sich die Strombegrenzungsschaltung der achten Ausführungsform von der Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform in den folgenden drei Punkten (1) bis (3). Andere Anordnungen sind im Wesentlichen die gleichen bei den siebten und achten Ausführungsformen.

(1) Der Ausgangstransistor 2 und der Stromerfassungstransistor 3 sind P-Kanal-MOS-Transistoren.
(2) Die ersten und zweiten Transistoren 4 und 5, die die Stromspiegelschaltung CM1 bilden, sind PNP-Bipolartransistoren.
(3) Ein Ende der elektrischen Last 1 ist mit dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD verbunden. Die Source des Ausgangstransistors 2 ist über einen Anschluss 10 mit dem anderen Anschluss der elektrischen Last 1 gegenüber dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD verbunden. Der Drain des Ausgangstransistors 2 ist über einen Anschluss 20 mit dem Masseanschluss (GND) verbunden.

Die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung der achten Ausführungsform unterscheidet sich von der Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform darin, dass die Richtung des Stromflusses durch jede Komponente entgegengesetzt ist. Der Strombegrenzungsbetrieb wird jedoch in den siebten und achten Ausführungsformen auf dieselbe Weise durchgeführt.
Genauer gesagt erzeugt, wenn die elektrische Last 1 betätigt wird, die Konstantspannungsschaltung 40 eine Gatespannung niedrigen Pegels, die niedriger als die Versorgungsspannung des Energieversorgungsspannungsanschlusses VD ist. Diese Gatespannung wird über einen Widerstand R und eine Signalleitung L den Gates des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 zugeführt. Auf diese Gatespannung hin wird der Ausgangstransistor 2 eingeschaltet, um einen Stromfluss von dem anderen Anschluss der elektrischen Last 1 gegenüber dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD über diesen Ausgangstransistor 2 (von Source nach Drain) zum Masseanschluss zu ermöglichen. Daher fließt der Laststrom I1 durch die elektrische Last 1.
In diesem Fall verändert der Operationsverstärker OP seine Ausgangsspannung, um das gleiche elektrische Potential für die Sources des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 einzustellen. Der Strom I2 fließt auf den Laststrom I1 hin von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP zum Masseanschluss über den ersten Transistor 4 (von Emitter nach Kollektor) und den Stromerfassungstransistor 3 (von Source nach Drain). Außerdem zieht der zweite Transistor 5 den Strom I3 von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP in die Signalleitung L. Die Größe des Stromes I3 beträgt ein vorbestimmtes Vielfaches des Stromes I2. Eine Spannungserhöhung proportional zu diesem Strom I3 wird am Widerstand R verursacht. Daher erhöht sich die Gatespannung, die an dem Ausgangstransistor 2 und dem Stromerfassungstransistor 3 anliegt, um den Betrag, der dieser Spannungserhöhung entspricht. Somit wird der Laststrom I1, der durch den Ausgangstransistor 2 gesteuert wird, auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt.
Die Strombegrenzungsschaltung der achten Ausführungsform ist im Wesentlichen darin identisch zu der Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform, dass in der Stromspiegelschaltung CM1 die ersten und zweiten Transistoren 4 und 5 gemeinsam ihre Temperatureigenschaften kompensieren, und dass der Operationsverstärker OP die gleiche elektrische Potentialdifferenz zwischen beliebigen zwei Anschlüssen sowohl für den Ausgangstransistor 2 als auch den Stromerfassungstransistor 3 einstellt. Somit ist die Strombegrenzungsschaltung der achten Ausführungsform widerstandsfähig gegenüber einer Temperaturänderung, und der Strombegrenzungsbetrieb für den Laststrom I1 kann durch Angleichung des Betriebspunktes zwischen dem Ausgangstransistor 2 und dem Stromerfassungstransistor 3 genau durchgeführt werden.
In der Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform, bei der sowohl der Ausgangstransistor 2 als auch der Stromerfassungstransistor 3 durch N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet werden, ist es jedoch möglich, den Ausgangstransistor 2 mit der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last 1 zu verbinden, wie es in der achten Ausführungsform gezeigt ist. In diesem Fall ist die Source des Ausgangstransistors 2 mit dem Masseanschluss verbunden. Dieses zwingt den Operationsverstärker OP dazu, eine Spannung zu erzeugen, die kleiner als der Masseanschluss (0 V) ist. Daher muss eine Spannung von weniger als 0 V als Versorgungsspannung speziell für den Operationsverstärker OP bereitgestellt werden.
Auf dieselbe Weise ist es in der Strombegrenzungsschaltung der achten Ausführungsform, bei der sowohl der Ausgangstransistor 2 als auch der Stromerfassungstransistor 3 durch P-Kanal-MOS-Transistoren gebildet werden, möglich, den Ausgangstransistor 2 mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 zu verbinden, wie es in der siebten Ausführungsform gezeigt ist. In diesem Fall ist die Source des Ausgangstransistors 2 mit dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD verbunden. Dieses zwingt den Operationsverstärker OP dazu, eine Spannung zu erzeugen, die größer als die Versorgungsspannung des Energieversorgungsspannungsanschlusses VD ist. Daher muss eine Spannung von größer als der Versorgungsspannung als Versorgungsspannung speziell für den Operationsverstärker OP bereitgestellt werden.
Dementsprechend stellt die später beschriebene neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen neuartigen Aufbau bereit, der sogar dann keine spezielle Versorgungsspannung für den Operationsverstärker OP benötigt, wenn sowohl der Ausgangstransistor 2 als auch der Stromerfassungstransistor 3 durch N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet werden und der Ausgangstransistor 2 mit der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last 1 verbunden ist. Außerdem stellt die später beschriebene zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen neuartigen Aufbau bereit, der sogar dann keine spezielle Versorgungsspannung für den Operationsverstärker OP benötigt, wenn sowohl der Ausgangstransistor 2 als auch der Stromerfassungstransistor 3 durch P-Kanal-MOS-Transistoren gebildet werden und der Ausgangstransistor 2 mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 verbunden ist.
Neunte Ausführungsform
Wie es in 12 gezeigt ist, unterscheidet sich die Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform von der Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform in den folgenden drei Punkten (A) bis (C).

(A) Die Source des Ausgangstransistors 2 ist mit der Source des Stromerfassungstransistors 3 verbunden, während das Gate des Ausgangstransistors 2 mit dem Gate des Stromerfassungstransistors 3 verbunden ist. Der Drain des Ausgangstransistors 2 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP verbunden, während der Drain des Stromerfassungstransistors 3 mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Der Drain des Ausgangstransistors 2 ist mit der elektrischen Last 1 an einem Ende gegenüber dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD verbunden. Die Source des Ausgangstransistors 2 ist mit dem Masseanschluss verbunden.
(B) Der erste Transistor 4 und der zweite Transistor 5, die gemeinsam die Stromspiegelschaltung CM1 bilden, sind beide PNP-Bipolartransistoren. Der Kollektor des ersten Transistors 4 ist mit dem Drain des Stromerfassungstransistors 3 verbunden. In der Stromspiegelschaltung CM1 ist der Kollektor des ersten Transistors 4 nicht direkt mit dessen Basis verbunden. Stattdessen ist ein Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6 hinzugefügt. Dieser Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6 ist ein PNP-Bipolartransistor, der einen Emitter aufweist, der mit den Basisanschlüssen des ersten und zweiten Transistors 4 und 5 verbunden ist, wobei eine Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors 4 verbunden ist und ein Kollektor mit den Sources (d. h. dem Masseanschluss in dieser neunten Ausführungsform) des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 verbunden ist.
(C) Außerdem ist gemäß der Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform eine Sekundärstromspiegelschaltung CM2, die aus einem dritten Transistor 7 und einem vierten Transistor 8 besteht, vorgesehen. Der dritte Transistor 7 besitzt einen Kollektor und eine Basis, die mit dem Kollektor des zweiten Transistors 5 verbunden sind, und einen Emitter, der mit den Sources des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 verbunden ist. Der vierte Transistor 8 besitzt eine Basis, die mit der Basis des dritten Transistors 7 verbunden ist, einen Emitter, der mit dem Emitter des dritten Transistors 7 verbunden ist, und einen Kollektor, der mit der Signalleitung L verbunden ist. Diese dritten und vierten Transistoren 7 und 8 werden durch NPN-Bipolartransistoren gebildet.

Gemäß der oben beschriebenen Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform fließt Strom von dem Ende der elektrischen Last 1 gegenüber dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD durch den Ausgangstransistor 2 (von Drain nach Source) zum Masseanschluss. Somit fließt der Laststrom I1 durch die elektrische Last 1.
Danach verändert der Operationsverstärker OP seine Ausgangsspannung, um das gleiche elektrische Potential für die Drains des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 einzustellen. Der Strom I2 fließt auf den Laststrom I1 hin von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP zum Masseanschluss über den ersten Transistor 4 (von Emitter nach Kollektor) und den Stromerfassungstransistor 3 (von Drain nach Source). Unterdessen fließt der Strom I3, dessen Größe äquivalent zu einem vorbestimmten Vielfachen des Stromes I2 ist, von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP zum Masseanschluss über den zweiten Transistor 5 (von Emitter nach Kollektor) und den dritten Transistor 7 (von Kollektor nach Emitter).
Der vierte Transistor 8, der dem dritten Transistor 7 zugeordnet ist, um die Sekundärstromspiegelschaltung CM2 zu bilden, reagiert auf den Strom I3 und zieht einen Strom I3' von der Signalleitung L in den Masseanschluss. Die Größe des Stromes I3' beträgt ein vorbestimmtes Vielfaches des Stromes I3, der durch den zweiten Transistor 5 und den dritten Transistor 7 fließt. Ein Spannungsabfall proportional zu diesem Strom I3' wird am Widerstand R verursacht. Daher wird die Gatespannung, die an den Ausgangstransistor 2 und den Stromerfassungstransistor 3 angelegt wird, um den Betrag verringert, der diesem Spannungsabfall entspricht. Somit wird der Laststrom I1, der durch den Ausgangstransistor 2 gesteuert wird, auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt.
Ein Verhältnis (d. h. das oben beschriebene vorbestimmte Vielfache) des Stromes I3, der durch den dritten Transistor 7 fließt, zum Strom I3', der durch den vierten Transistor 8 fließt, ist identisch zu dem Stromspiegelverhältnis der Sekundärstromspiegelschaltung CM2, das von den Transistorgrößen der dritten und vierten Transistoren 7 und 8 abhängt. Dieses Stromspiegelverhältnis kann auf 1 oder jeden beliebigen Wert eingestellt werden.
Wie es oben beschrieben ist, ist die Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform durch den Aufbau der Verbindung niedriger Seite gekennzeichnet, wobei N-Kanal-MOS-Transistoren mit der Seite niedrigerer Spannung der elektrischen Last 1 verbunden sind. Genauer gesagt ist die Source des Ausgangstransistors 2 mit der Source des Stromerfassungstransistors 3 verbunden, und das Gate des Ausgangstransistors 2 ist mit dem Gate des Stromerfassungstransistors 3 verbunden. Der Drain des Ausgangstransistors 2 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP verbunden, während der Drain des Stromerfassungstransistors 3 mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Außerdem ist die Sekundärstromspiegelschaltung CM2, die als eine Stromzieheinrichtung dient, vorgesehen, um die Richtung des Stromes I3, der durch den zweiten Transistor 5 fließt, umzukehren und den Strom I3' von der Signalleitung L zu ziehen.
Die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform ähnelt der Strombegrenzungsschaltung der achten Ausführungsform der 11 darin, dass keine spezielle Energieversorgungsspannung für den Operationsverstärker OP benötigt wird, da sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP nicht jenseits des Potentialbereiches zwischen dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD und dem Masseanschluss ändern muss.
Außerdem besitzt gemäß der Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform die Sekundärstromspiegelschaltung CM2, die aus den dritten und vierten Transistoren 7 und 8 besteht, eine Funktion zum Ziehen des Stromes von der Signalleitung L. Dieses ist wirksam bei der Aufrechterhaltung der Genauigkeit des Strombegrenzungsbetriebes für den Laststrom I1.
Weiterhin ist gemäß der Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform die Stromspiegelschaltung CM1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor und die Basis des ersten Transistors 4 nicht direkt verbunden sind. Stattdessen ist der Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6 als eine Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung hinzugefügt. Dieses ist dadurch vorteilhaft, dass der Strombegrenzungsbetrieb sogar dann durchgeführt werden kann, wenn die Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 2 im Wesentlichen 0 V beträgt.
Im Folgenden werden die Gründe dafür genauer erläutert.
Zunächst können in 12, wenn der Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6 nicht vorgesehen ist, der Kollek tor und die Basis des ersten Transistors 4 direkt verbunden sein. In einem derartigen Fall wird eine elektrische Potentialdifferenz von etwa 0,6 V zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP und dem Drain des Stromerfassungstransistors 3 verursacht. Diese elektrische Potentialdifferenz ist äquivalent zur Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors 4. Wenn die Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 2 0 V beträgt, wird die Drain-Source-Spannung des Stromerfassungstransistors 3 gemäß dieser Ausführungsform 0 V. Daher wird die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP und der Source des Stromerfassungstransistors 3 etwa 0,6 V.
Gemäß der Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform sind der zweite Transistor 5 und der dritte Transistor 7 jedoch in Serie zwischen den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP und die Source des Stromerfassungstransistors 3 geschaltet. Wie es oben beschrieben ist, ist der zweite Transistor 5 dem ersten Transistor 4 zugeordnet, um die Stromspiegelschaltung CM1 zu bilden, während der dritte Transistor 7 die Sekundärstromspiegelschaltung CM2 bildet. Der Betrieb sowohl des zweiten Transistors 5 als auch des dritten Transistors 7 ist durch die oben beschriebene Potentialdifferenz von etwa 0,6 V, die zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP und der Source des Stromerfassungstransistors 3 angelegt ist, nicht möglich. Somit kann der Strombegrenzungsbetrieb nicht durchgeführt werden.
Deshalb ist der Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6 wie in 12 gezeigt vorgesehen. Gemäß dem Aufbau der 12 wird sogar dann eine elektrische Potentialdifferenz von etwa 1,2 V zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP und der Source des Stromerfassungstransistors 3 erzeugt, wenn die Drain-Source- Spannung des Ausgangstransistors 2 0 V beträgt. Die elektrische Potentialdifferenz von etwa 1,2 V ist äquivalent zu einer Summe aus der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors 4 und der Basis-Emitter-Spannung des Potentialdifferenzerzeugungstransistors 6 (das heißt der Basis-Emitter-Spannung des dritten Transistors 7). Dementsprechend ist es möglich, den Betrieb des zweiten Transistors 5 und des dritten Transistors 7 sogar dann zu gewährleisten, wenn die Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 2 0 V beträgt. Der zuvor beschriebene Strombegrenzungsbetrieb kann sicher durchgeführt werden.
Ein Entfernen des Potentialdifferenzerzeugungstransistors 6 von dem Schaltungsaufbau der 12 wird möglich, wenn der Kollektor und die Basis des ersten Transistors 4 direkt verbunden sind und eine Diode in Durchlassrichtung in einem Strompfad, der sich von dem Verbindungspunkt des Kollektors und der Basis des ersten Transistors 4 zu einem Verbindungspunkt des Drains des Stromerfassungstransistors 3 und des invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers OP erstreckt, angeordnet wird. Die Bereitstellung des Potentialdifferenzerzeugungstransistors 6 der 12 ist dadurch vorteilhaft, dass das Stromspiegelverhältnis der Stromspiegelschaltung CM1 genau eingestellt werden kann.
Zehnte Ausführungsform
Wie es in 13 gezeigt ist, unterscheidet sich die Strombegrenzungsschaltung der zehnten Ausführungsform von der Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform in den folgenden drei Punkten (a) bis (c).

(a) Der Ausgangstransistor 2 und der Stromerfassungstransistor 3 sind beide durch P-Kanal-MOS-Transistoren gebildet.
(b) Erste und zweite Transistoren 4 und 5, die gemeinsam die Stromspiegelschaltung CM1 bilden, sind durch NPN-Bipolartransistoren ausgebildet. Der Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6 wird durch einen NPN-Bipolartransistor gebildet. Außerdem sind dritte und vierte Transistoren 7 und 8, die gemeinsam die Sekundärstromspiegelschaltung CM2 bilden, durch PNP-Bipolartransistoren ausgebildet.
(c) Ein Ende der elektrischen Last 1 ist mit dem Masseanschluss verbunden. Die Source des Ausgangstransistors 2 ist über einen Anschluss 10 mit dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD verbunden. Der Drain des Ausgangstransistors 2 ist über einen Anschluss 20 mit der elektrischen Last 1 an einem Ende gegenüber dem Masseanschluss verbunden.

Die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung der zehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der Strombegrenzungsschaltung der neunten Ausführungsform darin, dass die Richtung des Stromflusses durch jede Komponente entgegengerichtet ist. Der Strombegrenzungsbetrieb wird jedoch in den neunten und zehnten Ausführungsformen auf dieselbe Weise durchgeführt.
Genauer gesagt fließt der Laststrom I1, der von dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD über den Ausgangstransistor 2 (von Source nach Drain) zugeführt wird, durch die elektrische Last 1. In diesem Fall verändert der Operationsverstärker OP seine Ausgangsspannung, um das gleiche elektrische Potential für die Drains des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 einzustellen. Der Strom I2 fließt auf den Laststrom I1 hin von dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD zum Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP über den Stromerfassungstransistor 3 (von Source nach Drain) und den ersten Transistor 4 (von Kollektor nach Emitter). Unterdessen fließt der Strom I3, dessen Größe äquivalent zu einem vorbestimmten Vielfachen des Stromes I2 ist, von dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD zum Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP über den dritten Transistor 7 (von Emitter nach Kollektor) und den zweiten Transistor 5 (von Kollektor nach Emitter).
Der vierte Transistor 8, der dem dritten Transistor 7 zugeordnet ist, um die Sekundärstromspiegelschaltung CM2 zu bilden, reagiert auf den Strom I3 und sendet einen Strom I3' von dem Energieversorgungsspannungsanschluss zur Signalleitung L. Die Größe des Stromes I3' beträgt ein vorbestimmtes Vielfaches vom Strom I3, der durch den zweiten Transistor 5 und den dritten Transistor 7 fließt. Eine Spannungserhöhung, die proportional zu diesem Strom I3' ist, wird an dem Widerstand R verursacht. Daher wird die Gatespannung, die an den Ausgangstransistor 2 und den Stromerfassungstransistor 3 angelegt ist, um den Betrag erhöht, der dieser Spannungserhöhung entspricht. Somit wird der Laststrom I1, der durch den Ausgangstransistor 2 gesteuert wird, auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels begrenzt.
Wie es oben beschrieben ist, ist die Strombegrenzungsschaltung der zehnten Ausführungsform durch den Aufbau der Verbindung hoher Seite gekennzeichnet, wobei die P-Kanal-MOS-Transistoren mit der Seite höherer Spannung der elektrischen Last 1 verbunden sind. Genauer gesagt ist die Source des Ausgangstransistors 2 mit der Source des Stromerfassungstransistors 3 verbunden, und das Gate des Ausgangstransistors 2 ist mit dem Gate des Stromerfassungstransistors 3 verbunden. Der Drain des Ausgangstransistors 2 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsan schluss des Operationsverstärkers OP verbunden, während der Drain des Stromerfassungstransistors 3 mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Außerdem ist die Sekundärstromspiegelschaltung CM2, die als eine Stromzufuhreinrichtung dient, vorgesehen, um die Richtung des Stromes I3, der durch den Transistor 5 fließt, umzukehren und den Strom I3' der Signalleitung L zuzuführen.
Die oben beschriebene Strombegrenzungsschaltung der zehnten Ausführungsform ähnelt der Strombegrenzungsschaltung der siebten Ausführungsform der 10 darin, dass keine spezielle Energieversorgungsspannung für den Operationsverstärker OP benötigt wird, da sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP nicht jenseits des Potentialbereiches zwischen dem Energieversorgungsspannungsanschluss VD und dem Masseanschluss ändern muss.
Außerdem weist die Strombegrenzungsschaltung der zehnten Ausführungsform die Sekundärstromspiegelschaltung CM2 auf, die aus dritten und vierten Transistoren 7 und 8 auf dieselbe Weise wie in der neunten Ausführungsform besteht. Die Sekundärstromspiegelschaltung CM2 besitzt eine Funktion zum Zuführen des Stromes zur Signalleitung L. Dieses ist wirksam zur Aufrechterhaltung der Genauigkeit des Strombegrenzungsbetriebes für den Laststrom I1.
Außerdem ist gemäß der Strombegrenzungsschaltung der zehnten Ausführungsform die Stromspiegelschaltung CM1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor und die Basis des ersten Transistors 4 nicht direkt verbunden sind. Stattdessen ist der Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6 als eine Potentialdifferenzerzeugungseinrichtung hinzugefügt. Dieses ist darin vorteilhaft, dass der Strombegrenzungsbetrieb sogar dann durchgeführt werden kann, wenn die Drain-Source-Spannung des Ausgangstransistors 2 im Wesentlichen 0 V beträgt.
Weitere Modifikationen
Gemäß den oben beschriebenen siebten bis zehnten Ausführungsformen wird die Stromspiegelschaltung CM1 durch Bipolartransistoren gebildet. Die Stromspiegelschaltung CM1 kann jedoch durch MOS-Transistoren gebildet werden.
Außerdem kann die Stromspiegelschaltung CM2 durch MOS-Transistoren, beispielsweise in der neunten Ausführungsform, ersetzt werden. In diesem Fall, das heißt wenn die dritten und vierten Transistoren 7 und 8 durch MOS-Transistoren gebildet werden, ist es notwendig, eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Basis des ersten und zweiten Transistors 4 und 5, die gemeinsam die Stromspiegelschaltung CM1 bilden, und dem Drain des Stromerfassungstransistors 3 vorzusehen. Diese elektrische Potentialdifferenz ist äquivalent zur Gate-Source-Spannung des dritten Transistors 7, der durch einen MOS-Transistor gebildet wird.
Genauer gesagt wird in 12 der Potentialdifferenzerzeugungstransistor 6, der durch einen PNP-Transistor gebildet wird, durch einen P-Kanal-MOS-Transistor ersetzt, der eine Source, die mit den Basisanschlüssen der ersten und zweiten Transistoren 4 und 5 verbunden ist, ein Gate, das mit dem Kollektor des ersten Transistors 4 verbunden ist, und einen Drain aufweist, der mit den Sources des Ausgangstransistors 2 und des Stromerfassungstransistors 3 verbunden ist. An Stelle der Verwendung dieser Art von P-Kanal-MOS-Transistoren ist es möglich, den Kollektor und die Basis des ersten Transistors 4 direkt zu verbinden und einen MOS-Transistor in Serie in einen Strompfad einzufügen, der sich von dem Verbindungspunkt des Kollek tors und der Basis des ersten Transistors 4 und zu einem Korrekturpunkt bzw. Verbindungspunkt des Drain des Stromerfassungstransistors 3 und des nicht invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers OP erstreckt. In diesem Fall sind das Gate und der Drain dieses MOS-Transistors direkt verbunden. Somit wird eine elektrische Potentialdifferenz, die der Gate-Source-Spannung des dritten Transistors 7 entspricht, in diesem Strompfad verursacht.
Andererseits werden in jeder Strombegrenzungsschaltung der oben beschriebenen Ausführungsformen der Ausgangstransistor 2 und der Stromerfassungstransistor 3 durch MOS-Transistoren gebildet. Es ist natürlich möglich, den Ausgangstransistor 2 und den Stromerfassungstransistor 3 durch Bipolartransistoren zu bilden. In diesem Fall werden jedoch in dem Schaltungsaufbau der Drain durch den Kollektor, die Source durch den Emitter und das Gate durch die Basis ersetzt.
Die vorliegenden Ausführungsformen sind, wie sie beschrieben sind, nur beispielhaft und nicht beschränkend, da der Bereich der Erfindung eher durch die zugehörigen Ansprüche als durch die vorangehende Beschreibung definiert wird, und sämtliche Änderungen, die innerhalb der Grenzen dieser Ansprüche fallen oder Äquivalente innerhalb dieser Grenzen sind daher von diesen Ansprüchen umfasst.

Claims

Lastbetätigungsschaltung, die aufweist: einen Ausgangstransistor (2), der einen Steueranschluss sowie einen und andere Anschlüsse zum Eingeben und Ausgeben von Strom aufweist, um einen Laststrom einer elektrischen Last (1) zuzuführen; einen Stromerfassungstransistor (3), der einen Steueranschluss sowie einen und andere Anschlüsse zum Eingeben und Ausgeben von Strom aufweist, wobei der eine Anschluss mit dem einen Anschluss des Ausgangstransistors (2) verbunden ist; wobei der Ausgangstransistor (2) und der Stromerfassungstransistor (3) jeweils einen Stromzuführbetrieb auf eine Steuerspannung hin durchführen, die zwischen dem Steueranschluss und dessen anderen Anschluss angelegt ist; eine erste Signalleitung (L1), die ein Steuersignal dem Steueranschluss des Stromerfassungstransistors (3) über einen Widerstand (7) zuführt, eine zweite Signalleitung (L2), die das Steuersignal dem Steueranschluss des Stromerfassungstransistors (3) von einem Zwischenpunkt zwischen dem Widerstand und dem Steueranschluss des Stromerfassungstransistors zuführt; einen ersten Transistor (4, 4a–4c, 14), der in Serie zum Stromerfassungstransistor geschaltet ist, so dass der erste Transistor und der Stromerfassungstransistor parallel zum Ausgangstransistor geschaltet sind, wobei der erste Transistor (4, 4a–4c, 14) es ermöglicht, dass ein Teil des Laststromes durch den Stromerfassungstransistor als ein Erfassungsstrom fließt, wenn der Laststrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, eine Strombegrenzungsschaltung (100, 500), die den ersten Transistor (4, 4a–4c, 14) enthält und einen Spannungspegel des Steuersignals auf einen Betrieb des ersten Transistors hin ändert, um den Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels zu begrenzen, und eine Spannungsabfalleinrichtung (8, 8a–8c, 18), die in der zweiten Signalleitung (L2) vorgesehen ist, zur Verursachung eines Spannungsabfalls, der im Wesentlichen identisch zu einer Spannung ist, die zwischen dem anderen Anschluss des Stromerfassungstransistors (3) und dem anderen Anschluss des Ausgangstransistors (2) anliegt, wenn der erste Transistor (4, 4a–4c, 14) betrieben wird.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: einen zweiten Transistor (5, 15), der dem ersten Transistor zugeordnet ist, um eine Stromspiegelschaltung (100, 500) zu bilden, wobei der zweite Transistor mit dem Steueranschluss des Ausgangstransistors (2) verbunden ist, und wobei die Stromspiegelschaltung (100, 500) auf einen Teil des Laststromes reagiert, der durch den ersten Transistor (4, 4a–4c, 14) über den Stromerfassungstransistor (3) fließt, und ermöglicht, dass ein abgeleiteter Strom, der durch den zweiten Transistor (5, 15) mit einem vorbestimmten Verhältnis in Bezug auf den Teil des Laststromes, der durch den ersten Transistor (4, 4a–4c, 14) fließt, fließt, wodurch sich der Spannungspegel des Steuersignals, der dem Ausgangstransistor (2) und dem Stromerfassungstransistor (3) zugeführt wird, auf eine Spannungsänderung hin ändert, die an dem Widerstand (7) entsprechend demjenigen Stromfluss durch die Signalleitung, der identisch zum abgeleiteten Strom ist, der durch den zweiten Transistor (5, 15) fließt, auftritt, so dass der abgeleitete Strom direkt den Laststrom auf innerhalb eines vorbestimmten Pegels steuert.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ausgangstransistor ein Ausgangs-MOS-Transistor (2) ist, der einen Drain und ein Gate aufweist, die jeweils mit einem Drain und einem Gate eines Stromerfassungs-MOS-Transistors (3) verbunden sind, der als der Stromerfassungstransistor dient, und wobei ein Kollektor des ersten Transistors mit einer Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors (3) verbunden ist.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 3, wobei sowohl der Ausgangs-MOS-Transistor als auch der Stromerfassungs-MOS-Transistor N-Kanal-MOS-Transistoren sind, die gemeinsam arbeiten, um den Strom von der Signalleitung in den zweiten Transistor zu ziehen.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 3, wobei sowohl der Ausgangs-MOS-Transistor als auch der Stromerfassungs-MOS-Transistor P-Kanal-MOS-Transistoren sind, die gemeinsam arbeiten, um den Strom von dem zweiten Transistor der Signalleitung zuzuführen.
Lastbetätigungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten und zweiten Transistoren durch erste und zweite Bipolartransistoren (4, 4a–4c, 5) gebildet werden, die gemeinsam mit ihren Basen und Emittern verbunden sind, und wobei ein Kollektor des ersten Bipolartransistors (4, 4a–4c) direkt mit der Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors und der gemeinsamen Basis verbunden ist, und wobei ein Emitter des ersten Bipolartransistors (4, 4a–4c) mit der Source des Ausgangs-MOS-Transistors verbunden ist, während ein Kollektor des zweiten Bipolartransistors (5) direkt mit der Signalleitung verbunden ist.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die erste Signalleitung (L1) das Steuersignal einem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors über den Widerstand zuführt, und wobei die zweite Signalleitung (L2) das Steuersignal einem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors von einem Zwischenpunkt zwischen dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors und dem Widerstand (7) zuführt, und wobei die Spannungsabfalleinrichtung (8, 8a–8c) einen Spannungsabfall bewirkt, der im Wesentlichen identisch zu einer Basis-Emitter-Spannung des ersten Bipolartransistors ist.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 7, wobei die Spannungsabfalleinrichtung ein Halbleiterelement (8, 8a–8c) ist, das eine Durchlassspannung unter Verwendung eines PN-Übergangs erzeugt.
Lastbetätigungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die ersten und zweiten Transistoren durch erste und zweite MOS-Transistoren (14, 15) gebildet werden, die ein gemeinsames Gate und eine gemeinsame Source aufweisen, und wobei ein Drain des ersten MOS-Transistors mit der Source des Stromerfassungs-MOS-Transistors und dem gemeinsamen Gate verbunden ist, und wobei eine Source des ersten MOS-Transistors mit der Source des Ausgangstransistors verbunden ist, während ein Drain des zweiten MOS-Transistors mit der Signalleitung verbunden ist.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 9, wobei die erste Signalleitung (L1) das Steuersignal einem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors über den Widerstand zuführt, und wobei die zweite Signalleitung (L2) das Steuersignal einem Gate des Ausgangs-MOS-Transistors von einem Zwischenpunkt zwischen dem Gate des Stromerfassungs-MOS-Transistors und dem Widerstand zuführt, und wobei die Spannungsabfalleinrichtung (18) einen Spannungsabfall bewirkt, der im Wesentlichen identisch zu einer Gate-Source-Spannung des ersten MOS-Transistors ist.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 10, wobei die Spannungsabfalleinrichtung ein MOS-Transistor (18) mit einer Gate-Source-Spannung ist, die den Spannungsabfall bewirkt.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 8 oder 11, die außerdem eine Entladungseinrichtung (9, 200b) zum Entladen des Gates des Ausgangs-MOS-Transistors aufweist, wenn der Ausgangs-MOS-Transistor ausgeschaltet ist.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem aufweist: einen dritten Transistor (21), der zusammen mit den ersten und zweiten Transistoren eine Stromspiegelschaltung (500) bildet, und eine intermittierende Steuerschaltung (400), die auf einen Strom reagiert, der durch den dritten Transistor (21) fließt, um den Laststrom zu erfassen, wobei die intermittierende Steuerschaltung sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor auf eine Erfassung eines übermäßigen Laststromes hin ausschaltet und wobei die intermittierende Steuerschaltung danach sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor auf eine Beseitigung des übermäßigen Laststromes hin einschaltet.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 13, wobei die intermittierende Steuerschaltung eine Verzögerungsschaltung (24, 25) aufweist, die sowohl den Ausgangstransistor als auch den Stromerfassungstransistor auf ein Verstreichen einer vorbestimmten Zeit nach der Erfassung des übermäßigen Laststromes hin ausschaltet.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor ein Bipolartransistor (4, 4a–4c) ist und wobei die Spannungsabfalleinrichtung ein Halbleiterelement (8, 8a–8c) ist, das eine Durchlassspannung unter Verwendung eines PN-Übergangs erzeugt.
Lastbetätigungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor ein MOS-Transistor (14) ist, und wobei die Spannungsabfalleinrichtung ein MOS-Transistor (18) ist, der eine Gate-Source-Spannung aufweist, die den Spannungsabfall erzeugt.