JP2006184221A - Current detector - Google Patents

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JP2006184221A JP2004380538A JP2004380538A JP2006184221A JP 2006184221 A JP2006184221 A JP 2006184221A JP 2004380538 A JP2004380538 A JP 2004380538A JP 2004380538 A JP2004380538 A JP 2004380538A JP 2006184221 A JP2006184221 A JP 2006184221A
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Shoji Haneda
正二 羽田
Hidehiro Takakusa
英博 高草
Minoru Okada
實 岡田
Haruki Wada
晴樹 和田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current detector with reduced power loss and reduced cost. <P>SOLUTION: A current to be detected is carried to one NPN (main transistor Q1m) of a transistor Q1 having a five-layer structure of NPNPN, and a resistor 3 is connected between the base B2-emitter E2 of the other NPN (sub-transistor Q1s) to carry a bias current thereto. A detection voltage Vd1 according to a current i3 carried to the collector C2 of the sub-transistor Q1s (according to a current iL) is generated, and a transistor Q2 is driven through a resistor R1 to supply a current i2 between the base B1-collector C1 of the main transistor Q1m. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は電流検出装置に関し、とくに、電力回路や電子機器などの電気的な回路に流れる電流の検出に関する。   The present invention relates to a current detection device, and more particularly to detection of a current flowing in an electric circuit such as a power circuit or an electronic device.

電気的な回路に流れる電流を検出する方法には次のものがある。第一の方法は、特許文献1などの記載されるように、電流路に直列に低抵抗値Rの抵抗器を配置し、抵抗器の両端の電圧Vから電流値I=V/Rを検出するシャント抵抗器を利用する方法である。第二の方法は、電流路に配置したカレントトランス(CT)から電流値Iに比例した電流値α×Iを検出する方法である。また、第三の方法は、電流路の近傍にホール素子を配置して、電流路を流れる電流が発生する磁界をホール素子で検出し、電流値Iに比例した電圧β×Iを検出する所謂ホールセンサを用いる方法である(特許文献1の図9参照)。   There are the following methods for detecting the current flowing in the electrical circuit. In the first method, as described in Patent Document 1, a resistor having a low resistance value R is arranged in series in the current path, and the current value I = V / R is detected from the voltage V across the resistor. This method uses a shunt resistor. The second method is a method of detecting a current value α × I proportional to the current value I from a current transformer (CT) arranged in the current path. In the third method, a Hall element is arranged in the vicinity of the current path, a magnetic field generated by a current flowing through the current path is detected by the Hall element, and a voltage β × I proportional to the current value I is detected. This is a method using a Hall sensor (see FIG. 9 of Patent Document 1).

シャント抵抗器は、比較的低コストであるが、電流路に直列にシャント抵抗器を配置するためI2Rの電力損失が発生する。勿論、シャント抵抗器の抵抗値を下げれば損失を小さくすることができるが、その分、シャント抵抗器の両端に発生する電圧も小さくなるので、検出する電流値に応じた抵抗値のシャント抵抗器が必要である。 Although the shunt resistor is relatively low in cost, an I 2 R power loss occurs because the shunt resistor is arranged in series with the current path. Of course, if the resistance value of the shunt resistor is lowered, the loss can be reduced. However, since the voltage generated at both ends of the shunt resistor is also reduced accordingly, the shunt resistor having a resistance value corresponding to the detected current value. is required.

一方、磁界を介して電流値を検出するCTおよびホールセンサは、シャント抵抗器に比べて発生する電力損失は極めて少ないが、コストはシャント抵抗器よりも高くなる。   On the other hand, CT and Hall sensors that detect a current value via a magnetic field generate very little power loss compared to a shunt resistor, but the cost is higher than that of a shunt resistor.

特開2004-53528号公報JP 2004-53528 A

本発明は、低電力損失、低コストの電流検出装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a current detection device with low power loss and low cost.

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。   The present invention has the following configuration as one means for achieving the above object.

本発明にかかる電流検出装置は、NPNPNの五層構造を有し、第一層(N層)と第三層(N層)間に検出すべき電流が流れるバイポーラ素子と、第四層(P層)と前記第三層(N層)からなる第一のPN接合間に接続された第一の抵抗器と、第五層(N層)に流れる電流に応じた出力電圧を発生する電圧発生手段と、前記第五層(N層)の電圧に応じた電流を、第二層(P層)と前記第三(N層)からなる第二のPN接合に供給する電流供給手段とを有することを特徴とする。   The current detection device according to the present invention has a five-layer structure of NPNPN, a bipolar element through which a current to be detected flows between the first layer (N layer) and the third layer (N layer), and the fourth layer (P Layer) and a first resistor connected between the first PN junction consisting of the third layer (N layer) and a voltage generator for generating an output voltage corresponding to the current flowing in the fifth layer (N layer) And current supply means for supplying a current corresponding to the voltage of the fifth layer (N layer) to the second PN junction consisting of the second layer (P layer) and the third (N layer). It is characterized by that.

請求項1、2の発明によれば、低電力損失、低コストの電流検出装置を提供することができる。   According to the first and second aspects of the invention, a low power loss and low cost current detection device can be provided.

請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、第五層(N層)の電圧と、トランジスタのコレクタ電圧の差分を出力電圧とすることで、出力電圧の温度依存性を除去することができる。   According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the difference between the voltage of the fifth layer (N layer) and the collector voltage of the transistor is used as the output voltage, so that the temperature dependence of the output voltage Sex can be removed.

請求項3の発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、検出すべき電流のピーク値を検出することができる。   According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1, the peak value of the current to be detected can be detected.

請求項4の発明によれば、請求項1、3の発明の効果に加えて、第五層(N層)の電圧と、トランジスタのコレクタ電圧の差分を出力電圧とすることで、出力電圧の温度依存性を除去することができる。   According to the invention of claim 4, in addition to the effects of the inventions of claims 1 and 3, by using the difference between the voltage of the fifth layer (N layer) and the collector voltage of the transistor as the output voltage, Temperature dependence can be removed.

請求項5の発明によれば、請求項1、3、4の発明の効果に加えて、検出すべき電流の値に応じた電流を第二のPN接合に供給するので、検出すべき電流が交流電流で、その値が大きい場合は第一層(N層)と第三層(N層)間における電力損失を低減し、検出すべき電流が小さい場合は電流の検出感度を高めることができる。   According to the invention of claim 5, in addition to the effects of the inventions of claims 1, 3, and 4, a current corresponding to the value of the current to be detected is supplied to the second PN junction, so that the current to be detected is When the AC current is large, the power loss between the first layer (N layer) and the third layer (N layer) can be reduced, and when the current to be detected is small, the current detection sensitivity can be increased. .

請求項6の発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、検出すべき電流の向きに関わらず、同じ検出特性を得ることができる。   According to the invention of claim 6, in addition to the effect of the invention of claim 1, the same detection characteristics can be obtained regardless of the direction of the current to be detected.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は実施例1の電流検出装置の構成例を示す回路図で、直流電源1と負荷2が構成する回路に流れる電流iLを検出する構成例を示している。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of the current detection device according to the first embodiment, and shows a configuration example for detecting a current i L flowing in a circuit constituted by the DC power source 1 and the load 2.

図1に示すNPNPNの五層構造を有するバイポーラ型のトランジスタQ1の、図1において上部のNPN部分をメイントランジスタQ1mと呼ぶが、そのエミッタE1-コレクタC1間は、検出すべき電流iLが流れる回路に接続される。一方、図1において下部のNPN部分をサブトランジスタQ1sと呼ぶが、そのエミッタE2はメイントランジスタQ1mのコレクタC1と共通である。 The upper NPN portion in FIG. 1 of the bipolar transistor Q1 having the NPNPN five-layer structure shown in FIG. 1 is called a main transistor Q1m, and a current i L to be detected flows between the emitter E1 and the collector C1. Connected to the circuit. On the other hand, although the lower NPN portion in FIG. 1 is called a sub-transistor Q1s, its emitter E2 is common to the collector C1 of the main transistor Q1m.

図1において、直流電源3の正極→抵抗器R1→トランジスタQ2のベース→トランジスタQ2のエミッタ→抵抗器R2→メイントランジスタQ1mのベースB1→メイントランジスタQ1mのコレクタC1→直流電源3の負極が構成するループに式(1)に示す値の電流i1が流れる。
i1 = {E3 - Vbe(Q2) - Vbc(Q1m)}/(R1 + R2) …(1)
ここで、E3は直流電源3の電圧
Vbe(Q2)はトランジスタQ2のベース-エミッタ間電圧、約0.6V
Vbc(Q1m)はメイントランジスタQ1mのベース-コレクタ間電圧、0.6V以上
In FIG. 1, the positive electrode of the DC power source 3 → the resistor R1 → the base of the transistor Q2 → the emitter of the transistor Q2 → the resistor R2 → the base B1 of the main transistor Q1m → the collector C1 of the main transistor Q1m → the negative electrode of the DC power source 3 A current i1 having a value represented by the equation (1) flows in the loop.
i1 = {E3-Vbe (Q2)-Vbc (Q1m)} / (R1 + R2)… (1)
Where E3 is the voltage of DC power supply 3
Vbe (Q2) is the base-emitter voltage of transistor Q2, approximately 0.6V
Vbc (Q1m) is the base-collector voltage of the main transistor Q1m, 0.6V or more

ベースへの電流i1の供給によりトランジスタQ2のコレクタに電流が流れ、トランジスタQ2のエミッタからメイントランジスタQ1mのベースB1に、その値を式(2)に示す電流i2が流れる。
i2 = i1 + i1×hFE(Q2) = (1 + hFE)×i1 …(2)
ここで、hFE(Q2)はトランジスタQ2の電流増幅率
By supplying the current i1 to the base, a current flows through the collector of the transistor Q2, and a current i2 expressed by the equation (2) flows from the emitter of the transistor Q2 to the base B1 of the main transistor Q1m.
i2 = i1 + i1 × h FE (Q2) = (1 + h FE ) × i1… (2)
Where h FE (Q2) is the current gain of transistor Q2.

ベースB1への電流i2の供給によりメイントランジスタQ1mのエミッタE1-コレクタC1間は導通状態になり、電流iLを流すことが可能になる。 During emitter E1- collector C1 of the main transistor Q1m by the supply of current i2 to the base B1 is conductive, it is possible to flow a current i L.

さらに、ベースB1の電位Vb(Q1)にほぼ等しい電位がサブトランジスタQ1sのベースB2に誘起され(トランジスタQ1sのベース電位もVb(Q1)とする)、サブトランジスタQ1sも動通状態になる。従って、直流電源3の正極→抵抗器R1→コレクタC2→エミッタE2→直流電源3の負極が構成するループに式(3)に示す電流i3が流れる。
i3 = hFE(Q1s)×{Vb(Q1s)/hIE(Q1s) - i4}
= hFE(Q1s)×Vb(Q1){1/hIE(Q1s) - 1/R3} …(3)
ここで、hFE(Q1s)はサブトランジスタQ1sの電流増幅率
hIE(Q1s)はサブトランジスタQ1sの入力抵抗
Further, a potential substantially equal to the potential Vb (Q1) of the base B1 is induced in the base B2 of the sub-transistor Q1s (the base potential of the transistor Q1s is also set to Vb (Q1)), and the sub-transistor Q1s is also in a communication state. Therefore, the current i3 shown in the equation (3) flows through the loop formed by the positive electrode of the DC power source 3, the resistor R1, the collector C2, the emitter E2, and the negative electrode of the DC power source 3.
i3 = h FE (Q1s) x {Vb (Q1s) / h IE (Q1s)-i4}
= h FE (Q1s) × Vb (Q1) {1 / h IE (Q1s)-1 / R3}… (3)
Where h FE (Q1s) is the current gain of sub-transistor Q1s
h IE (Q1s) is the input resistance of sub-transistor Q1s

電流i3により、トランジスタQ2のベース電位は低下して電流i1およびi2が低下するが、電流i2の低下は電位Vb(Q1)を低下させ、サブトランジスタQ1sに流れる電流i3を低下させ、トランジスタQ2のベース電位を上昇させる。その結果、電流i1、i2、i3および電位Vb(Q1)はある状態で均衡することになる。従って、メイントランジスタQ1mの動通状態は維持される。なお、ここで電位は、メイントランジスタQ1mのコレクタC1の電位(=サブトランジスタQ1sのエミッタE2の電位)を基準(0V)とする。従って、電位Vb(Q1)はメイントランジスタQ1mのベースB1-コレクタC1間の電圧である。   The current i3 lowers the base potential of the transistor Q2 and decreases the currents i1 and i2, but the decrease in the current i2 lowers the potential Vb (Q1), the current i3 flowing through the subtransistor Q1s, and Increase the base potential. As a result, the currents i1, i2, i3 and the potential Vb (Q1) are balanced in a certain state. Therefore, the operation state of the main transistor Q1m is maintained. Here, the potential is based on the potential of the collector C1 of the main transistor Q1m (= the potential of the emitter E2 of the subtransistor Q1s) as a reference (0V). Therefore, the potential Vb (Q1) is a voltage between the base B1 and the collector C1 of the main transistor Q1m.

上記の均衡状態において、トランジスタQ2のベース(トランジスタQ1sのコレクタ)には式(4)に示す電位Vd1が現れる。電流i1を示す式(1)のVbc(Q1m)はVb(Q1)に等しい。従って、電位Vd1は、電位Vb(Q1)に応じて変化することがわかる。
Vd1 = E3 - (i1 + i3)×R1 …(4)
In the above equilibrium state, the potential Vd1 shown in the equation (4) appears at the base of the transistor Q2 (the collector of the transistor Q1s). Vbc (Q1m) in the equation (1) indicating the current i1 is equal to Vb (Q1). Therefore, it can be seen that the potential Vd1 changes according to the potential Vb (Q1).
Vd1 = E3-(i1 + i3) × R1… (4)

図2はメイントランジスタQ1mのコレクタ電流iL、コレクタ-エミッタ間電圧Vceおよびベース-エミッタ間電圧Vbeを示す波形図である。0Aを中心に変動するiL (10A/div)に対して、Vce (0.2V/div)は-0.1V〜+0.04V程度の範囲で、Vbe (0.2V/div)は+0.6V〜+0.7V程度の範囲で変動する様子を示している。なお、図2に示す波形は、iLに対するVceおよびVbeの変化を明らかにするため、図1に示す回路の電源1を交流電源に置き換えて測定したものである。 FIG. 2 is a waveform diagram showing the collector current i L , the collector-emitter voltage Vce, and the base-emitter voltage Vbe of the main transistor Q1m. For i L (10A / div) that fluctuates around 0A, Vce (0.2V / div) is in the range of -0.1V to + 0.04V, and Vbe (0.2V / div) is + 0.6V to + It shows how it fluctuates in the range of about 0.7V. Note that the waveforms shown in FIG. 2 are measured by replacing the power supply 1 of the circuit shown in FIG. 1 with an AC power supply in order to clarify changes in Vce and Vbe with respect to i L.

図2に示すように、正弦波のiLに対して、VceおよびVbeは正弦波にはならない。これは、iLとVce、Vbeの関係の非線形性、並びに、コレクタ電流が順方向に流れる場合と逆方向に流れる場合とで特性(例えばhFE)が異なることを示している。一方、VceとVbeの変化は一致する。 As shown in FIG. 2, Vce and Vbe are not sine waves with respect to i L of the sine wave. This indicates that the relationship between i L and Vce, Vbe is non-linear, and that the characteristics (for example, h FE ) are different between when the collector current flows in the forward direction and when it flows in the reverse direction. On the other hand, the changes in Vce and Vbe match.

メイントランジスタQ1mのコレクタ-エミッタ間に流れる電流iLが増加すると、図2に示すように、コレクタ-エミッタ間の電圧が増加する。図1に示すように、メイントランジスタQ1mはコレクタ接地になっているので、エミッタ電圧の絶対値が負方向に上昇するのに従い、ベース電位Vb(Q1)は低下する。ベース電位Vb(Q1)の低下により、電流i3は低下し、電流i1およびi2は増加する。 When the current i L flowing between the collector and the emitter of the main transistor Q1m increases, the voltage between the collector and the emitter increases as shown in FIG. As shown in FIG. 1, since the main transistor Q1m is grounded at the collector, the base potential Vb (Q1) decreases as the absolute value of the emitter voltage increases in the negative direction. As the base potential Vb (Q1) decreases, the current i3 decreases and the currents i1 and i2 increase.

メイントランジスタQ1mのベース電位Vb(Q1)の変動をΔvとすると、この変動Δvを含む電流i1およびi3は次式で表される。
i1 = {E3 - Vbe(Q2) - Vb(Q1)±Δv}/(R1 + R2) …(5)
i3 = hFE(Q1s)×{Vb(Q1)±Δv}/R3 …(6)
Assuming that the variation of the base potential Vb (Q1) of the main transistor Q1m is Δv, currents i1 and i3 including the variation Δv are expressed by the following equations.
i1 = {E3-Vbe (Q2)-Vb (Q1) ± Δv} / (R1 + R2)… (5)
i3 = h FE (Q1s) × {Vb (Q1) ± Δv} / R3… (6)

従って、式(4)に示す電位Vd1の値は、電流iLの値の変動にほぼ比例して変化することになり、電位Vd1を測定することで、電流iLの値の変動にほぼ比例した変化を示す電圧値を取り出すことができる。 Therefore, the value of the potential Vd1 shown in Equation (4) is made to vary approximately in proportion to the variation of the value of the current i L, to measure the potential Vd1, roughly proportional to the variation of the value of the current i L The voltage value indicating the changed can be extracted.

図3は電流iL、トランジスタQ1mのエミッタ電位Ve(Q1m)および電位Vd1の関係を示す波形図である。図3に示すように、電流iLが増加すると、エミッタ電位Ve(Q1m)の絶対値が負方向に増加し、電流iLの変化に相似形の変化を示す検出電圧Vd1が得られる。勿論、抵抗器R3の両端には電位Vb(Q1)に等しい電圧Vd2が現れるので、電位Vd1の代わりに電位Vd2を利用してもよい。 FIG. 3 is a waveform diagram showing the relationship between current i L , emitter potential Ve (Q1m) of transistor Q1m, and potential Vd1. As shown in FIG. 3, when the current i L increases, the absolute value of the emitter potential Ve (Q1m) increases in the negative direction, and a detection voltage Vd1 showing a change similar to the change in the current i L is obtained. Of course, since the voltage Vd2 equal to the potential Vb (Q1) appears at both ends of the resistor R3, the potential Vd2 may be used instead of the potential Vd1.

[変形例]
抵抗器R1の値は、例えば実験などにより、電流iLの変動に対して、トランジスタQ2のベース電流i1が0Aにならず、かつ、電流iLの変動に対応する電位Vd1の変動が充分な大きさになるように設定すればよい。例えば、電流iLの変動が大きく、トランジスタQ2のベース電流i1が0Aに達してしまう場合は、抵抗器R1の値を下げればよい。言い換えれば、抵抗器R1の抵抗値を検出対象の電流(電流iL)の変動幅に応じて切り替える(レンジ切替と呼ぶ)ことで、検出対象の電流のレンジに応じた電流検出装置にすることができる。
[Modification]
The value of the resistor R1, by, for example, experiments, to variations in current i L, the base current i1 of the transistor Q2 does not become 0A, and the change in the potential Vd1 corresponding to variation of the current i L is sufficient What is necessary is just to set so that it may become a magnitude | size. For example, when the current i L varies greatly and the base current i1 of the transistor Q2 reaches 0 A, the value of the resistor R1 may be lowered. In other words, by switching the resistance value of the resistor R1 according to the fluctuation range of the current to be detected (current i L ) (referred to as range switching), a current detection device corresponding to the current range to be detected is obtained. Can do.

なお、後述する実施例を含めて、レンジ切替には、トランジスタQ1mのベース電流i2を調整する抵抗器R2の調節が最も効果的である。   It should be noted that the adjustment of the resistor R2 for adjusting the base current i2 of the transistor Q1m is most effective for the range switching, including the embodiments described later.

また、電位Vd2を取り出す場合は、電流iLの変動に対応する電位Vd2の変動が充分な大きさになるように抵抗器R3の値を設定すればよい(必要に応じて抵抗器R1の値も設定する)。 In addition, when extracting the potential Vd2, the value of the resistor R3 may be set so that the variation of the potential Vd2 corresponding to the variation of the current i L is sufficiently large (the value of the resistor R1 is necessary if necessary). Also set).

なお、図1には直流電源1と負荷2が構成する回路の電流iLを検出する例を示したが、メイントランジスタQ1mのベース電流i2を適切に設定することで、交流電流の振幅に対して充分なベース電流i2を流せば交流電源と負荷が構成する回路の交流電流を検出することも可能である。従って、以下の説明では、電源1が直流電源か交流電源かについては言及しない。 Although FIG. 1 shows an example in which the current i L of the circuit constituted by the DC power source 1 and the load 2 is detected, the base current i2 of the main transistor Q1m can be set appropriately so that the amplitude of the AC current is reduced. If a sufficient base current i2 is supplied, it is possible to detect an alternating current of a circuit constituted by the alternating current power source and the load. Therefore, in the following description, it is not mentioned whether the power source 1 is a DC power source or an AC power source.

以下、本発明にかかる実施例2の電流検出装置を説明する。なお、実施例2において、実施例1と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。   Hereinafter, a current detection apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. Note that the same reference numerals in the second embodiment denote the same parts as in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

メイントランジスタQ1mのベース電位Vb(Q1)は、PNジャンクションの温度係数(約-2mV/K)により変動し、サブトランジスタQ1sのベース電位も同様に変動する。従って、実施例1で説明した電流検出装置によって得られる検出電圧Vd1は温度依存性を有する。以下では、温度依存性を補償する構成例を説明する。   The base potential Vb (Q1) of the main transistor Q1m varies depending on the temperature coefficient (about −2 mV / K) of the PN junction, and the base potential of the sub-transistor Q1s also varies. Therefore, the detection voltage Vd1 obtained by the current detection device described in the first embodiment has temperature dependence. Below, the structural example which compensates temperature dependence is demonstrated.

図4は実施例2の電流検出装置の構成例を示す回路図で、電源1と負荷2が構成する回路に流れる電流iLを検出する構成例を示している。 FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the current detection device according to the second embodiment, and illustrates a configuration example for detecting a current i L flowing in a circuit formed by the power source 1 and the load 2.

サブトランジスタQ1sと、例えばhFEがほぼ同じなど、特性が近いトランジスタを選別して、トランジスタQ3に使用する。そして、トランジスタQ3の動作点が、トランジスタQ1sの平均的な動作点になるように、抵抗器R5によりバイアスを設定する。従って、トランジスタQ3のコレクタ電位Vc(Q3)は温度依存分を除いて一定である。 For example, a transistor with similar characteristics such as h FE substantially the same as the sub-transistor Q1s is selected and used for the transistor Q3. The bias is set by the resistor R5 so that the operating point of the transistor Q3 becomes the average operating point of the transistor Q1s. Therefore, the collector potential Vc (Q3) of the transistor Q3 is constant except for the temperature dependence.

サブトランジスタQ1sとトランジスタQ3は特性が近いので、その温度依存性はほぼ同じだと考えられ、両トランジスタQ1s、Q3を近接して配置する、好ましくは熱的に結合するなどして、両トランジスタQ1s、Q3の熱的な条件を一致させれば、コレクタ電位Vc(Q1s)とコレクタ電位Vc(Q3)は温度に対して同じ変化を示すことになる。従って、検出電圧Vd1としてVc(Q1s)とVc(Q3)の差分電圧を取得すれば、検出電圧Vd1の温度依存性を排除することができる。   Since the sub-transistor Q1s and the transistor Q3 have similar characteristics, the temperature dependence is considered to be almost the same, and both transistors Q1s and Q3 are placed close to each other, preferably thermally coupled, so that both transistors Q1s If the thermal conditions of Q3 are matched, the collector potential Vc (Q1s) and the collector potential Vc (Q3) show the same change with respect to the temperature. Therefore, if the differential voltage between Vc (Q1s) and Vc (Q3) is acquired as the detection voltage Vd1, the temperature dependence of the detection voltage Vd1 can be eliminated.

図5(a)はサブトランジスタQ1sとトランジスタQ3を熱的に結合するために、両トランジスタを同一のシリコン基板10上に形成する例を示す図である。また、図5(b)はディスクリートのトランジスタQ3をトランジスタQ1のパッケージに接着して熱的に結合する例を示す図である。   FIG. 5 (a) is a diagram showing an example in which both transistors are formed on the same silicon substrate 10 in order to thermally couple the sub-transistor Q1s and the transistor Q3. FIG. 5 (b) shows an example in which a discrete transistor Q3 is bonded and thermally coupled to the package of the transistor Q1.

また、図4に示す、トランジスタQ2のベースと直流電源3の負極の間に配置する抵抗器R6は、トランジスタQ2のブリーダ抵抗器として機能し、トランジスタQ2の電流増幅率を調整するためのものである。その値は、例えば実験などにより、トランジスタQ2のエミッタ電流i2およびベース電圧が好ましい値になるように設定すればよい。例えば、電流iLの振幅が大きく、トランジスタQ2のベース電圧が零または直流電源3の電源電圧に達してしまう場合、抵抗器R6の抵抗値を下げてトランジスタQ2の電流増幅率hFEを等価的に低下させれば、トランジスタQ2のエミッタ電流i2が低下して、ベース電圧が零または電源電圧に達することはなくなる。言い換えれば、抵抗器R6の抵抗値を検出対象の電流(電流iL)の振幅に応じて切り替える(レンジ切替)ことで、検出対象の電流のレンジに応じた電流検出装置にすることができる。なお、抵抗器R6を用いずに、抵抗器R1およびR4を連動して、実施例1で説明したように切り替えてもレンジ切替が実現される。 Also, the resistor R6 disposed between the base of the transistor Q2 and the negative electrode of the DC power supply 3 shown in FIG. 4 functions as a bleeder resistor for the transistor Q2, and is used to adjust the current gain of the transistor Q2. is there. The values may be set so that the emitter current i2 and the base voltage of the transistor Q2 become preferable values by, for example, experiments. For example, large amplitude of the current i L, when the base voltage of the transistor Q2 will reach the supply voltage of zero or the DC power supply 3, equivalent to the current amplification factor h FE of transistor Q2 lowers the resistance value of the resistor R6 Is reduced, the emitter current i2 of the transistor Q2 decreases, and the base voltage does not reach zero or the power supply voltage. In other words, by switching the resistance value of the resistor R6 according to the amplitude of the current to be detected (current i L ) (range switching), it is possible to provide a current detection device according to the range of the current to be detected. It should be noted that range switching is realized even when switching is performed as described in the first embodiment in conjunction with resistors R1 and R4 without using resistor R6.

このように、実施例2の電流検出装置によれば、実施例1の電流検出装置と同様の効果が得られるほか、サブトランジスタQ1sの温度依存性に起因する検出電圧Vd1の温度依存性を排除することができる。   Thus, according to the current detection device of the second embodiment, the same effect as the current detection device of the first embodiment can be obtained, and the temperature dependency of the detection voltage Vd1 due to the temperature dependency of the sub-transistor Q1s is eliminated. can do.

電流iLのピーク値に応じた検出電圧Vd1を得ることができる。なお、図6に示す構成は、ダイオードD1およびキャパシタC1によるピーク充電型の整流回路を有するので、検出電圧Vd1は電流iLのピーク値に応じた値になるが、例えば、ダイオードD1に直列に充電用の抵抗器を接続し、キャパシタC1に並列に放電用の抵抗器を接続すれば、平均値充電型の整流回路になり、検出電圧Vd1は電流iLの平均値に応じた値になる。 It is possible to obtain a detection voltage Vd1 corresponding to the peak value of the current i L. Note that the configuration shown in FIG. 6 has a peak charge type rectifier circuit including a diode D1 and a capacitor C1, so that the detection voltage Vd1 has a value corresponding to the peak value of the current i L. For example, the detection voltage Vd1 is in series with the diode D1. If a charging resistor is connected and a discharging resistor is connected in parallel with the capacitor C1, it becomes an average charge type rectifier circuit, and the detection voltage Vd1 becomes a value corresponding to the average value of the current i L .

以下、本発明にかかる実施例3の電流検出装置を説明する。なお、実施例3において、実施例1、2と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。   The current detection device according to Example 3 of the present invention will be described below. Note that the same reference numerals in the third embodiment denote the same parts as in the first and second embodiments, and a detailed description thereof will be omitted.

図6は実施例3の電流検出装置の構成例を示す回路図で、電源1と負荷2が構成する回路に流れる電流iLを検出する構成例を示している。 FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the current detection device according to the third embodiment, and illustrates a configuration example in which a current i L flowing in a circuit including the power source 1 and the load 2 is detected.

キャパシタC1には、ダイオードD1を介してサブトランジスタQ1sのコレクタ電位Vc(Q1s)のピーク値が充電され、ピーク値の増加または減少にともないトランジスタQ2のエミッタ電流i2が増加または減少する。キャパシタC1のチャージはトランジスタQ2のベース電流として、および、抵抗器R6を介して放電する。そして、検出電圧Vd1は、キャパシタC1の電位VcとトランジスタQ3のコレクタ電位の差分を取り出す。   The capacitor C1 is charged with the peak value of the collector potential Vc (Q1s) of the sub-transistor Q1s via the diode D1, and the emitter current i2 of the transistor Q2 increases or decreases as the peak value increases or decreases. The charge of the capacitor C1 is discharged as the base current of the transistor Q2 and through the resistor R6. The detection voltage Vd1 extracts the difference between the potential Vc of the capacitor C1 and the collector potential of the transistor Q3.

このような構成によれば、実施例1、2の電流検出装置と同様の効果が得られるほか、電源1が直流電源であれば電流iLのボトム側(図3に示す電流Lの下側)のピーク値に応じた検出電圧Vd1を得ることができる。また、電源1が交流電源で、電流iLの正負のピーク値(トップおよびボトム側のピーク値)が同じであれば、交流電流のピーク値を検出することができる。 According to such a configuration, the same effects as those of the current detection devices of Embodiments 1 and 2 can be obtained. If the power source 1 is a DC power source, the bottom side of the current i L (the lower side of the current L shown in FIG. 3) ), The detection voltage Vd1 corresponding to the peak value can be obtained. If the power source 1 is an AC power source and the positive and negative peak values (the peak values on the top and bottom sides) of the current i L are the same, the peak value of the AC current can be detected.

さらに、電源1が交流電源の場合は、電流iLのピーク値にほぼ比例した電流i2をメイントランジスタQ1mのベースB1に加えることになるので、電流iLが大きい領域では電流i2を増し、メイントランジスタQ1mのエミッタE1-コレクタC1間の電圧Vec(Q1m)を低下させてメイントランジスタQ1mで発生する電力損失を低減する。一方、電流iLが小さい領域では電流i2を減し、メイントランジスタQ1mのエミッタE1-コレクタC1間の電圧Vec(Q1m)を増加させる。その結果、図2に示す波形図から理解されるように、ベースB1-コレクタC1間の電圧Vb(Q1)も増加し、電流iLが小さい領域の電流検出感度を高めることができる。言い換えれば、検出対象電流が大きい領域では低損失、小さい領域では高感度の電流検出装置にすることができる。 Furthermore, if the power supply 1 is AC power supply, since the addition of current i2 which is substantially proportional to the peak value of the current i L to the base B1 of the main transistor Q1m, increased current i2 in the region current i L is large, the main The voltage Vec (Q1m) between the emitter E1 and the collector C1 of the transistor Q1m is lowered to reduce the power loss generated in the main transistor Q1m. On the other hand, in the region where the current i L is small, the current i2 is decreased, and the voltage Vec (Q1m) between the emitter E1 and the collector C1 of the main transistor Q1m is increased. As a result, as understood from the waveform diagram shown in FIG. 2, the voltage Vb (Q1) between the base B1 and the collector C1 also increases, and the current detection sensitivity in the region where the current iL is small can be increased. In other words, it is possible to provide a current detection device with low loss in a region where the detection target current is large and high sensitivity in a small region.

なお、ここで問題にする電力損失とは、検出すべき電流iLが流れる回路の電力損失で、メイントランジスタQ1mのエミッタE1-コレクタC1の間で発生する損失iL×Vec(Q1m)のことである。メイントランジスタQ1mのベースB1-コレクタC1の間で発生する損失i2×Vb(Q1)やサブトランジスタQ1sで発生する損失を含まないことは言うまでもない。 The power loss considered here is the power loss of the circuit through which the current i L to be detected flows, and is the loss i L × Vec (Q1m) generated between the emitter E1 and the collector C1 of the main transistor Q1m. It is. Needless to say, the loss i2 × Vb (Q1) generated between the base B1 and the collector C1 of the main transistor Q1m and the loss generated in the sub-transistor Q1s are not included.

[他の実施例]
図7は、図1に示す電流検出装置のトランジスタQ1mに同じ特性のトランジスタQ4を逆向きに並列接続(逆並列接続と呼ぶ)、つまりQ1mのコレクタとQ4のエミッタを接続し、Q1mのエミッタとQ4のコレクタを接続し、両ベースを接続した構成を示している。このような構成によれば、図2に示したコレクタ電流が順方向に流れる場合と逆方向に流れる場合で異なる特性(例えばhFEの違い)を吸収して、双方向に一様な特性を得ることができる。このようなトランジスタQ1m、Q4の逆並列接続は、図1の回路だけでなく、図4、図6に示した回路にも有効である
[Other embodiments]
7 shows that the transistor Q4 having the same characteristics as the transistor Q1m of the current detection device shown in FIG. 1 is connected in parallel in the opposite direction (referred to as anti-parallel connection), that is, the Q1m collector and the Q4 emitter are connected, and the Q1m emitter Shown is a configuration with Q4 collector connected and both bases connected. According to such a configuration, different characteristics (for example, differences in hFE) are absorbed between the case where the collector current shown in FIG. 2 flows in the forward direction and the case where the collector current flows in the reverse direction, and uniform characteristics are obtained in both directions. be able to. Such antiparallel connection of the transistors Q1m and Q4 is effective not only for the circuit shown in FIG. 1 but also for the circuits shown in FIGS. 4 and 6.

上記の実施例においては、トランジスタQ2としてNPN型のバイポーラトランジスタを用いる例を示したが、これを例えばNチャネルのMOS FETや接合型FETに置き換えてもよい。MOS FETの場合は、ベース電位Vb(Q1)を抵抗器R2およびR3によって分圧して適切な電圧をQ2のゲート(制御電極)に加わえ、接合型FETの場合はさらにソースに抵抗器を接続するなどしてゲートに負バイアスを供給するようにする。   In the above embodiment, an example is shown in which an NPN bipolar transistor is used as the transistor Q2, but this may be replaced by, for example, an N-channel MOS FET or a junction FET. In the case of MOS FET, the base potential Vb (Q1) is divided by resistors R2 and R3, and an appropriate voltage is applied to the gate (control electrode) of Q2. In the case of junction FET, a resistor is connected to the source. For example, a negative bias is supplied to the gate.

また、トランジスタQ2としてNPN型のトランジスタを利用する例を示したが、当業者であれば、NPN型トランジスタをPNP型トランジスタ、NチャネルのFETをPチャネルのFETに置き換えることは極めて容易である。つまり、電流路に配置したバイポーラトランジスタのベース電位Vbが逆方向伝達率により変化する電圧成分Δvを利用して、当該電流路の電流値を検出する構成であれば、本発明の範囲に含まれる。   In addition, although an example in which an NPN transistor is used as the transistor Q2 is shown, it is extremely easy for those skilled in the art to replace an NPN transistor with a PNP transistor and an N-channel FET with a P-channel FET. In other words, any configuration that detects the current value of the current path using the voltage component Δv in which the base potential Vb of the bipolar transistor arranged in the current path changes according to the reverse transmission rate is included in the scope of the present invention. .

実施例1の電流検出装置の構成例を示す回路図、A circuit diagram showing a configuration example of a current detection device of Example 1, メイントランジスタQ1mのコレクタ電流iL、コレクタ-エミッタ間電圧Vceおよびベース-エミッタ間電圧Vbeを示す波形図、Waveform diagram showing collector current i L , collector-emitter voltage Vce and base-emitter voltage Vbe of main transistor Q1m, 電流iL、メイントランジスタQ1mのエミッタ電位Ve(Q1m)および電位Vd1を示す波形図、Waveform diagram showing current i L , emitter potential Ve (Q1m) of main transistor Q1m, and potential Vd1, 実施例2の電流検出装置の構成例を示す回路図、Circuit diagram showing a configuration example of a current detection device of Example 2, サブトランジスタQ1sとトランジスタQ3の熱的な結合例を示す図、The figure which shows the example of thermal coupling of subtransistor Q1s and transistor Q3, 実施例3の電流検出装置の構成例を示す回路図、A circuit diagram showing a configuration example of a current detection device of Example 3, 図1に示す電流検出装置のトランジスタQ1mに同じ特性のトランジスタQ4を逆並列接続した構成例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example in which a transistor Q4 having the same characteristic is connected in reverse parallel to the transistor Q1m of the current detection device shown in FIG.

Claims (6)

NPNPNの五層構造を有し、第一層(N層)と第三層(N層)間に検出すべき電流が流れるバイポーラ素子と、
第四層(P層)と前記第三層(N層)からなる第一のPN接合間に接続された第一の抵抗器と、
第五層(N層)に流れる電流に応じた出力電圧を発生する電圧発生手段と、
前記第五層(N層)の電圧に応じた電流を、第二層(P層)と前記第三(N層)からなる第二のPN接合に供給する電流供給手段とを有することを特徴とする電流検出装置。
A bipolar element having a five-layer structure of NPNPN, in which a current to be detected flows between the first layer (N layer) and the third layer (N layer);
A first resistor connected between a first PN junction comprising a fourth layer (P layer) and the third layer (N layer);
Voltage generating means for generating an output voltage corresponding to the current flowing in the fifth layer (N layer);
Current supply means for supplying a current corresponding to the voltage of the fifth layer (N layer) to the second PN junction comprising the second layer (P layer) and the third (N layer) A current detection device.
前記電圧発生手段は、前記第五層(N層)から始まるNPNとほぼ同特性を有するトランジスタ、前記トランジスタにバイアス電流を供給する第二の抵抗器、および、前記トランジスタのコレクタに流れる電流に応じた電圧を発生する第三の抵抗器を有し、前記第五層(N層)の電圧と、前記トランジスタのコレクタ電圧の差分を前記出力電圧として出力することを特徴とする請求項1に記載された電流検出装置。   The voltage generating means corresponds to a transistor having substantially the same characteristics as NPN starting from the fifth layer (N layer), a second resistor for supplying a bias current to the transistor, and a current flowing through the collector of the transistor 2. A third resistor for generating a voltage, wherein a difference between a voltage of the fifth layer (N layer) and a collector voltage of the transistor is output as the output voltage. Current sensing device. 前記電圧発生手段は、前記第五層(N層)の電圧のピーク値を検出する検出手段を有し、前記ピーク値を前記出力電圧として出力することを特徴とする請求項1に記載された電流検出装置。   2. The voltage generation means includes detection means for detecting a peak value of the voltage of the fifth layer (N layer), and outputs the peak value as the output voltage. Current detection device. 前記電圧発生手段は、さらに、前記第五層(N層)から始まるNPNとほぼ同特性を有するトランジスタ、前記トランジスタにバイアス電流を供給する第二の抵抗器、および、前記トランジスタのコレクタに流れる電流に応じた電圧を発生する第三の抵抗器を有し、前記ピーク電圧と、前記トランジスタのコレクタ電圧の差分を前記出力電圧として出力することを特徴とする請求項3に記載された電流検出装置。   The voltage generating means further includes a transistor having substantially the same characteristics as the NPN starting from the fifth layer (N layer), a second resistor for supplying a bias current to the transistor, and a current flowing through the collector of the transistor 4. The current detection device according to claim 3, further comprising a third resistor that generates a voltage corresponding to the output voltage, and outputting a difference between the peak voltage and a collector voltage of the transistor as the output voltage. . 前記電流供給手段は、前記ピーク値に応じた電流を前記第二のPN接合に供給することを特徴とする請求項3または請求項4に記載された電流検出装置。   5. The current detection device according to claim 3, wherein the current supply unit supplies a current corresponding to the peak value to the second PN junction. 前記バイポーラ素子は、前記第一層から前記第三層によって構成されるトランジスタのコレクタ、ベース、エミッタそれぞれに、同じ特性のトランジスタのエミッタ、ベース、コレクタそれぞれを接続したものであることを特徴とする請求項1に記載された電流検出装置。   The bipolar element is characterized in that the emitter, base, and collector of a transistor having the same characteristics are connected to the collector, base, and emitter of the transistor constituted by the first layer to the third layer, respectively. The current detection device according to claim 1.
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