JP2008181451A - Constant current circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワースイッチ回路及びパワースイッチ回路を内蔵するICの過電流に対する保護回路をなす電流制限回路を備えた定電流回路に関し、特に該電流制限回路の応答性の改良に関する。 The present invention relates to a constant current circuit including a power switch circuit and a current limiting circuit that forms a protection circuit against an overcurrent of an IC incorporating the power switch circuit, and more particularly to an improvement in response of the current limiting circuit.
パワースイッチ回路の一般的な使用例の1つに、パソコンのマザーボードに搭載され、パソコン内部の電源回路からパワースイッチ回路、コネクタを経由して外付けのPCカードやメモリーカードに電圧供給するという用途があった。パワースイッチ回路は、外付け媒体に電圧を供給するか否かの制御を行っており、電圧供給した場合の保護回路としても機能していた。パワースイッチ回路が電圧を与えた状態で外部に何らかの障害が発生した場合を考える。出力端子がグランドに短絡するような障害が起こると、出力電流は瞬時に最大値に達する。該最大値はマザーボードの電源回路の能力で決まる。このような障害が発生したときは、パワースイッチ回路の電流制限回路が作動し、出力電流をあらかじめ決められた一定値に保つ。システムとしては、最大電流を流す時間を極力短くすることが望ましく、すなわちパワースイッチ回路の電流制限回路が高速で応答することが求められていた。 One of the common use cases of power switch circuit is that it is mounted on the motherboard of a personal computer and supplies voltage to an external PC card or memory card via the power switch circuit and connector from the power circuit inside the personal computer. was there. The power switch circuit controls whether or not voltage is supplied to the external medium, and functions as a protection circuit when voltage is supplied. Consider a case where some kind of failure occurs outside while the power switch circuit applies voltage. When a fault occurs that shorts the output terminal to ground, the output current instantaneously reaches its maximum value. The maximum value is determined by the power supply circuit capability of the motherboard. When such a failure occurs, the current limiting circuit of the power switch circuit operates to keep the output current at a predetermined constant value. As a system, it is desirable to shorten the time for supplying the maximum current as much as possible, that is, the current limit circuit of the power switch circuit is required to respond at high speed.
このようなことから、従来は、保護動作を開始するしきい値が異なる回路を2系統持たせていたが(例えば、特許文献1参照。)、該2つの回路のしきい値の間に入るような負荷電流が発生した場合に、小さいしきい値の方の回路のみで応答速度が決まり、大きいしきい値の回路が高速動作に寄与していなかった。
一方、図11は、従来の定電流回路の回路例を示した図であり(例えば、特許文献2参照。)、図12は、出力短絡時における図11の各部の波形例を示した図である。
図11の定電流回路100において、負荷回路(図示せず)へ供給する出力電流IOUTの大部分はPMOSトランジスタであるドライバトランジスタQ101から供給され、該ドライバトランジスタQ101と並列に電流検出回路が接続されている。電流検出回路は、ドライバトランジスタQ101と並列に接続された出力電流検出用抵抗R101とPMOSトランジスタである出力電流検出用トランジスタQ103との直列回路、所定の基準電圧VR1を生成して出力する基準電圧発生回路103、及び演算増幅回路104で構成されている。
For this reason, in the past, two circuits having different thresholds for starting the protective operation were provided (for example, refer to Patent Document 1), but entered between the threshold values of the two circuits. When such a load current occurs, the response speed is determined only by the circuit having the smaller threshold value, and the circuit having the larger threshold value does not contribute to high-speed operation.
On the other hand, FIG. 11 is a diagram showing a circuit example of a conventional constant current circuit (see, for example, Patent Document 2), and FIG. 12 is a diagram showing a waveform example of each part of FIG. 11 when the output is short-circuited. is there.
In the constant
演算増幅回路104は、出力電流検出用抵抗R101と出力電流検出用トランジスタQ103との接続部の電圧VSENSが基準電圧VR1になるようにドライバトランジスタQ101及び出力電流検出用トランジスタQ103の動作制御を行い、出力端子OUTから所定の電流値をなす出力電流IOUTが出力されるようにする。このとき、ドライバトランジスタQ101及び出力電流検出用トランジスタQ103の各ゲートには、それぞれ同じ信号が入力されている。このように、定電流回路100では、出力電流検出用抵抗R101の電圧降下分で出力電流IOUTの電流値の検出を行う。定電流回路100は、出力電流検出用抵抗R101と出力電流検出用トランジスタQ103との接続部から得られる電圧VSENSと基準電圧VR1とを比較した結果である演算増幅回路104の出力信号をドライバトランジスタQ101のゲートにフィードバックする構成をなしている。
The
図12において、時間t1になるまではドライバトランジスタQ101がオンすると共に出力端子OUTがオープンになっており、出力電流IOUTは0Aに、演算増幅回路104の出力電圧VN2は0Vに、電圧VN1は電源電圧VDDの5Vにそれぞれなっている。時間t1で、出力端子OUTは接地電圧に短絡され、このとき、出力電流IOUTが最大になるのと同時に、電圧VN1は最小値になる。電圧VN1が最小値になることにより、PMOSトランジスタQ113から出力される電流は最大になる。電圧VN2が上昇して出力電流IOUTがある値まで減少する時間t2時に、電圧VSENSは基準電圧VR1と同じ電圧になり、出力電流IOUTは2Aで安定する。時間t3で出力端子OUTの短絡が取り除かれ、出力電流IOUTは減少し、電圧VN2がNMOSトランジスタQ117に流れる電流で決まる傾きで低下する。
しかし、電圧VN2を早く安定させるためにはPMOSトランジスタQ113の電流駆動能力を上げる必要があるが、図11の回路構成でPMOSトランジスタQ113のトランジスタ幅を増加させると、演算増幅回路104のバランスがくずれて悪影響を及ぼす、例えば、出力電流IOUTの制限値(図12では2A)の精度を悪化させるという問題があった。 However, in order to stabilize the voltage VN2 quickly, it is necessary to increase the current driving capability of the PMOS transistor Q113. However, if the transistor width of the PMOS transistor Q113 is increased in the circuit configuration of FIG. For example, the accuracy of the limit value (2A in FIG. 12) of the output current IOUT is deteriorated.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、演算増幅回路の精度面の性能を損ねることなく、応答速度を速くすることができる定電流回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to obtain a constant current circuit capable of increasing the response speed without impairing the accuracy performance of the operational amplifier circuit. .
この発明に係る定電流回路は、所定の定電流を生成して出力端子から出力する定電流回路において、
ゲートに入力された制御信号に応じた電流を前記出力端子に出力する、PMOSトランジスタからなるドライバトランジスタと、
該ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧が所定の基準電圧になるように前記ドライバトランジスタの動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、
前記出力電流に応じた電圧と前記基準電圧が対応する入力端に入力された差動増幅段、並びに該差動増幅段の出力信号を増幅して前記ドライバトランジスタのゲートに出力する、PMOSトランジスタからなる出力トランジスタ及び該出力トランジスタに定電流を供給する定電流源からなるソース接地増幅段で構成された増幅回路と、
ドレイン及びゲートが前記出力トランジスタのドレイン及びゲートに対応して接続されたPMOSトランジスタからなる第1トランジスタと、
前記出力トランジスタのソース電圧を所定の電圧だけ低下させて該第1トランジスタのソースに入力する電圧生成回路と、
を備えるものである。
A constant current circuit according to the present invention is a constant current circuit that generates a predetermined constant current and outputs it from an output terminal.
A driver transistor composed of a PMOS transistor for outputting a current corresponding to a control signal input to the gate to the output terminal;
A control circuit unit that detects an output current output from the driver transistor and controls the operation of the driver transistor so that a voltage corresponding to the detected output current becomes a predetermined reference voltage;
With
The control circuit unit is
A differential amplification stage in which a voltage corresponding to the output current and the reference voltage are input to corresponding input terminals, and a PMOS transistor that amplifies an output signal of the differential amplification stage and outputs the amplified signal to the gate of the driver transistor An amplifier circuit composed of an output transistor and a common-source amplifier stage composed of a constant current source for supplying a constant current to the output transistor;
A first transistor comprising a PMOS transistor having a drain and a gate connected to correspond to the drain and gate of the output transistor;
A voltage generation circuit for reducing the source voltage of the output transistor by a predetermined voltage and inputting the same to the source of the first transistor;
Is provided.
また、前記制御回路部は、
前記ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧を生成して出力する電流検出回路を備え、
前記電流検出回路は、前記ドライバトランジスタに並列に接続された、出力電流検出用抵抗と、ゲートが前記ドライバトランジスタのゲートに接続されたPMOSトランジスタからなる出力電流検出用トランジスタとの直列回路からなり、該出力電流検出用抵抗と出力電流検出用トランジスタとの接続部から前記出力電流に応じた電圧を出力するようにした。
In addition, the control circuit unit is
A current detection circuit that detects an output current output from the driver transistor and generates and outputs a voltage corresponding to the detected output current;
The current detection circuit comprises a series circuit of an output current detection transistor connected in parallel to the driver transistor, and an output current detection transistor comprising a PMOS transistor whose gate is connected to the gate of the driver transistor, A voltage corresponding to the output current is output from a connection portion between the output current detection resistor and the output current detection transistor.
また、この発明に係る定電流回路は、所定の定電流を生成して出力端子から出力する定電流回路において、
ゲートに入力された制御信号に応じた電流を前記出力端子に出力する、NMOSトランジスタからなるドライバトランジスタと、
該ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧が所定の基準電圧になるように前記ドライバトランジスタの動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、
前記出力電流に応じた電圧と前記基準電圧が対応する入力端に入力された差動増幅段、並びに該差動増幅段の出力信号を増幅して前記ドライバトランジスタのゲートに出力する、NMOSトランジスタからなる出力トランジスタ及び該出力トランジスタに定電流を供給する定電流源からなるソース接地増幅段で構成された増幅回路と、
ドレイン及びゲートが前記出力トランジスタのドレイン及びゲートに対応して接続されたNMOSトランジスタからなる第1トランジスタと、
前記出力トランジスタのソース電圧を所定の電圧だけ上昇させて該第1トランジスタのソースに入力する電圧生成回路と、
を備えるものである。
Further, the constant current circuit according to the present invention is a constant current circuit that generates a predetermined constant current and outputs it from an output terminal.
A driver transistor composed of an NMOS transistor that outputs to the output terminal a current corresponding to a control signal input to the gate;
A control circuit unit that detects an output current output from the driver transistor and controls the operation of the driver transistor so that a voltage corresponding to the detected output current becomes a predetermined reference voltage;
With
The control circuit unit is
A differential amplification stage in which a voltage corresponding to the output current and the reference voltage are input to corresponding input terminals, and an NMOS transistor that amplifies an output signal of the differential amplification stage and outputs the amplified signal to the gate of the driver transistor An amplifier circuit composed of an output transistor and a common-source amplifier stage composed of a constant current source for supplying a constant current to the output transistor;
A first transistor comprising an NMOS transistor having a drain and a gate connected to correspond to the drain and gate of the output transistor;
A voltage generation circuit for raising the source voltage of the output transistor by a predetermined voltage and inputting the same to the source of the first transistor;
Is provided.
また、前記制御回路部は、
前記ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧を生成して出力する電流検出回路を備え、
前記電流検出回路は、前記ドライバトランジスタに並列に接続された、出力電流検出用抵抗と、ゲートが前記ドライバトランジスタのゲートに接続されたNMOSトランジスタからなる出力電流検出用トランジスタとの直列回路からなり、該出力電流検出用抵抗と出力電流検出用トランジスタとの接続部から前記出力電流に応じた電圧を出力するようにした。
In addition, the control circuit unit is
A current detection circuit that detects an output current output from the driver transistor and generates and outputs a voltage corresponding to the detected output current;
The current detection circuit comprises a series circuit of an output current detection transistor connected in parallel to the driver transistor, and an output current detection transistor consisting of an NMOS transistor whose gate is connected to the gate of the driver transistor, A voltage corresponding to the output current is output from a connection portion between the output current detection resistor and the output current detection transistor.
また、前記出力トランジスタ及び第1トランジスタは、しきい値電圧及びトランジスタ長がそれぞれ同じであるようにした。 Further, the output transistor and the first transistor have the same threshold voltage and transistor length.
本発明の定電流回路によれば、ドレイン及びゲートが前記増幅回路の出力トランジスタのドレイン及びゲートに対応して接続されたPMOSトランジスタからなる第1トランジスタと、前記増幅回路の出力トランジスタのソース電圧を所定の電圧だけ低下させて該第1トランジスタのソースに入力する電圧生成回路とを備えるようにした。このことから、増幅回路の応答が遅れている期間のみ該増幅回路の出力端の電流駆動能力を増加させることができ、前記増幅回路の精度面の性能を損ねることなく、応答速度を速くすることができる。 According to the constant current circuit of the present invention, the source voltage of the first transistor composed of a PMOS transistor whose drain and gate are connected to correspond to the drain and gate of the output transistor of the amplifier circuit, and the source voltage of the output transistor of the amplifier circuit is obtained. A voltage generation circuit that reduces the voltage by a predetermined voltage and inputs the voltage to the source of the first transistor. From this, it is possible to increase the current drive capability of the output terminal of the amplifier circuit only during a period in which the response of the amplifier circuit is delayed, and to increase the response speed without impairing the accuracy performance of the amplifier circuit. Can do.
また、本発明の定電流回路によれば、ドレイン及びゲートが前記増幅回路の出力トランジスタのドレイン及びゲートに対応して接続されたNMOSトランジスタからなる第1トランジスタと、前記増幅回路の出力トランジスタのソース電圧を所定の電圧だけ上昇させて該第1トランジスタのソースに入力する電圧生成回路とを備えるようにした。このことから、増幅回路の応答が遅れている期間のみ該増幅回路の出力端の電流駆動能力を増加させることができ、前記増幅回路の精度面の性能を損ねることなく、応答速度を速くすることができる。 According to the constant current circuit of the present invention, the drain and the gate are connected to the drain and the gate of the output transistor of the amplifier circuit. The first transistor is an NMOS transistor and the source of the output transistor of the amplifier circuit. And a voltage generation circuit that raises the voltage by a predetermined voltage and inputs the voltage to the source of the first transistor. From this, it is possible to increase the current drive capability of the output terminal of the amplifier circuit only during a period in which the response of the amplifier circuit is delayed, and to increase the response speed without impairing the accuracy performance of the amplifier circuit. Can do.
また、前記出力トランジスタ及び第1トランジスタは、しきい値電圧及びトランジスタ長がそれぞれ同じであるようにしたことから、出力トランジスタ及び第1トランジスタの各しきい値電圧を、しきい値電圧を決める注入工程のばらつきやゲートポリエッチング時におけるポリ幅(トランジスタ長)のばらつき等のようなプロセス変動の影響を受けずにマッチングさせることができ、より精度よく増幅回路の応答が遅れている期間のみ該増幅回路の出力端の電流駆動能力を増加させることができる。 In addition, since the output transistor and the first transistor have the same threshold voltage and the same transistor length, the threshold voltages of the output transistor and the first transistor are injected to determine the threshold voltage. Matching can be performed without being affected by process variations such as process variations and poly width (transistor length) variations during gate poly etching, and the amplification is performed only during a period when the response of the amplifier circuit is delayed more accurately. The current driving capability at the output end of the circuit can be increased.
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における定電流回路の回路例を示した図である。
図1において、定電流回路1は、所定の定電流を生成して出力端子OUTから出力電流IOUTとして出力する。定電流回路1は、PMOSトランジスタからなるドライバトランジスタQ1と、ドライバトランジスタQ1から出力される電流を検出するための電流検出回路2と、所定の基準電圧VR1を生成して出力する基準電圧発生回路3と、演算増幅回路4と、電源電圧VDDを降圧して所定の電圧VNAを生成して出力する電圧生成回路5と、PMOSトランジスタQ2とを備えている。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit example of a constant current circuit according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a constant
また、電流検出回路2は、出力電流検出用抵抗R1とPMOSトランジスタからなる出力電流検出用トランジスタQ3の直列回路で構成され、演算増幅回路4は、PMOSトランジスタQ11〜Q13及びNMOSトランジスタQ14〜Q17で構成されている。なお、電流検出回路2、基準電圧発生回路3、演算増幅回路4、電圧生成回路5及びPMOSトランジスタQ2は制御回路部をなし、演算増幅回路4は増幅回路を、PMOSトランジスタQ2は第1トランジスタを、PMOSトランジスタQ13は出力トランジスタを、NMOSトランジスタQ17は定電流源をそれぞれなす。
The
電源電圧VDDと出力端子OUTとの間には、ドライバトランジスタQ1が接続され、出力電流検出用抵抗R1と出力電流検出用トランジスタQ3の直列回路がドライバトランジスタQ1と並列に接続されている。ドライバトランジスタQ1及び出力電流検出用トランジスタQ3の各ゲートは演算増幅回路4の出力端にそれぞれ接続されている。また、出力電流検出用抵抗R1と出力電流検出用トランジスタQ3との接続部が演算増幅回路4の反転入力端に接続され、演算増幅回路4の非反転入力端には基準電圧VR1が入力されている。
A driver transistor Q1 is connected between the power supply voltage VDD and the output terminal OUT, and a series circuit of an output current detection resistor R1 and an output current detection transistor Q3 is connected in parallel with the driver transistor Q1. The gates of the driver transistor Q1 and the output current detection transistor Q3 are connected to the output terminal of the
演算増幅回路4において、PMOSトランジスタQ11,Q12及びNMOSトランジスタQ14〜Q16は差動増幅段をなし、PMOSトランジスタQ13及びNMOSトランジスタQ17はソース接地増幅段をなしている。NMOSトランジスタQ14及びQ15は差動対をなしており、NMOSトランジスタQ14のゲートは非反転入力端を、NMOSトランジスタQ15のゲートは反転入力端をそれぞれなしている。NMOSトランジスタQ14及びQ15の各ソースは接続され、該接続部と接地電圧との間にはNMOSトランジスタQ16が接続されている。NMOSトランジスタQ16のゲートには所定のバイアス電圧VBIASが入力されており、NMOSトランジスタQ16は定電流源をなしている。NMOSトランジスタQ14のゲートには基準電圧VR1が入力され、NMOSトランジスタQ15のゲートは、出力電流検出用抵抗R1と出力電流検出用トランジスタQ3との接続部に接続されている。
In the
PMOSトランジスタQ11及びQ12はカレントミラー回路を形成しており、差動対をなすNMOSトランジスタQ14とQ15の負荷をなしている。PMOSトランジスタQ11及びQ12の各ソースは電源電圧VDDに接続されており、PMOSトランジスタQ11及びQ12の各ゲートは接続され、該接続部はPMOSトランジスタQ12のドレインに接続されている。PMOSトランジスタQ11のドレインはNMOSトランジスタQ14のドレインに接続され、該接続部N1は差動増幅段の出力端をなし、PMOSトランジスタQ2及びQ13の各ゲートに接続されている。 The PMOS transistors Q11 and Q12 form a current mirror circuit, and load the NMOS transistors Q14 and Q15 forming a differential pair. The sources of the PMOS transistors Q11 and Q12 are connected to the power supply voltage VDD, the gates of the PMOS transistors Q11 and Q12 are connected, and the connection is connected to the drain of the PMOS transistor Q12. The drain of the PMOS transistor Q11 is connected to the drain of the NMOS transistor Q14, and the connection portion N1 forms the output terminal of the differential amplification stage and is connected to the gates of the PMOS transistors Q2 and Q13.
また、電源電圧VDDと接地電圧との間には、PMOSトランジスタQ13とNMOSトランジスタQ17が直列に接続され、PMOSトランジスタQ13とNMOSトランジスタQ17の接続部N2は、演算増幅回路4の出力端をなし、ドライバトランジスタQ1及び出力電流検出用トランジスタQ3の各ゲートに接続されている。NMOSトランジスタQ17のゲートには所定のバイアス電圧VBIASが入力されており、NMOSトランジスタQ17は定電流源をなしている。PMOSトランジスタQ2のドレインは、演算増幅回路4の出力端である接続部N2に接続され、PMOSトランジスタQ2のソースには、電圧生成回路5からの電圧VNAが入力されている。PMOSトランジスタQ2とQ13は、しきい値電圧を決める注入工程のバラツキや、ゲートポリエッチング時におけるポリ幅(トランジスタ長)のバラツキ等のプロセス変動に対してマッチングの取れる素子であり、しきい値電圧及びトランジスタ長が同じになるように形成されている。
In addition, a PMOS transistor Q13 and an NMOS transistor Q17 are connected in series between the power supply voltage VDD and the ground voltage, and a connection portion N2 between the PMOS transistor Q13 and the NMOS transistor Q17 constitutes an output terminal of the
このような構成において、出力電流IOUTの大部分はドライバトランジスタQ1から供給されており、出力電流検出用トランジスタQ3のゲートは、ドライバトランジスタQ1のゲートに接続されている。このことから、出力電流検出用トランジスタQ3は、ドライバトランジスタQ1から出力される電流に比例した電流を出力する。出力電流検出用トランジスタQ3に流れる電流は出力電流検出用抵抗R1で電圧に変換され、該電圧VSENSがNMOSトランジスタQ15のゲートに入力されている。演算増幅回路4は、電圧VSENSが基準電圧VR1になるように、ドライバトランジスタQ1及び出力電流検出用トランジスタQ3の動作制御を行い、出力端子OUTから所定の電流値の出力電流IOUTが出力されるようにする。すなわち、定電流回路1は、出力電流検出用抵抗R1と出力電流検出用トランジスタQ3との接続部から得られる電圧VSENSと基準電圧VR1とを比較した結果である演算増幅回路4の出力信号をドライバトランジスタQ1のゲートにフィードバックする構成をなしている。
In such a configuration, most of the output current IOUT is supplied from the driver transistor Q1, and the gate of the output current detection transistor Q3 is connected to the gate of the driver transistor Q1. Therefore, the output current detection transistor Q3 outputs a current proportional to the current output from the driver transistor Q1. The current flowing through the output current detection transistor Q3 is converted into a voltage by the output current detection resistor R1, and the voltage VSENS is input to the gate of the NMOS transistor Q15. The
ここで、図2は、出力短絡時における図1の各部の波形例を示した図である。
図2において、時間t1になるまではドライバトランジスタQ1がオンすると共に出力端子OUTがオープンになっており、出力電流IOUTは0Aに、演算増幅回路4の出力電圧VN2は0Vに、電圧VN1は電源電圧VDDの5Vにそれぞれなっている。時間t1で、出力端子OUTが接地電圧に短絡され、このとき、出力電流IOUTが最大になるのと同時に、電圧VN1は最小値になる。電圧VN1が最小値になることにより、ドライバトランジスタQ1から出力される電流は最大になる。電圧VN2が上昇して出力電流IOUTがある値まで減少する時間t2時に、電圧VSENSは基準電圧VR1と同じ電圧になり、出力電流IOUTは2Aで安定する。時間t3で出力端子OUTの短絡が取り除かれ、出力電流IOUTは減少し、電圧VN2がNMOSトランジスタQ17の電流で決まる傾きで低下する。
Here, FIG. 2 is a diagram showing a waveform example of each part of FIG. 1 when the output is short-circuited.
In FIG. 2, the driver transistor Q1 is turned on and the output terminal OUT is open until time t1, the output current IOUT is 0A, the output voltage VN2 of the
一方、電圧生成回路5からPMOSトランジスタQ2のソースに入力される電圧VNAを、図2のように、(VDD−ΔV1)よりも大きい値になるように設定し、時間t1とt4との間、正確にはVN1=(5V−ΔV1−ΔV2)である期間ではPMOSトランジスタQ2に電流が流れ、時間t4とt3との間、すなわちVN1=(5V−ΔV1)である期間は、PMOSトランジスタQ2がオフして遮断状態になるようにする。このようにすることで、時間t4とt3との間では、出力電流IOUTに悪影響を与えることがなく出力電流IOUTの制限値(図2では2A)の精度が保たれる。またVN1=(5V−ΔV1−ΔV2)である期間では、PMOSトランジスタQ2を流れる電流によって電圧VN2が高速に上昇し、出力電流IOUTが最大になる時間を短縮することができる。
On the other hand, the voltage VNA input from the
図3は、図1の基準電圧発生回路3の回路例を示した図である。
図3において、基準電圧発生回路3は、1.2V程度の電圧VREFを発生するバンドギャップ基準電圧発生回路21、演算増幅回路22、NMOSトランジスタQ21及び抵抗R21,R22を備えている。電源電圧VDDと接地電圧との間には抵抗R21、NMOSトランジスタQ21及び抵抗R22が直列に接続されており、NMOSトランジスタQ21のゲートは演算増幅回路22の出力端に接続されている。演算増幅回路22の反転入力端は、NMOSトランジスタQ21と抵抗R22との接続部に接続され、演算増幅回路22の非反転入力端には電圧VREFが入力されている。演算増幅回路22は、NMOSトランジスタQ21と抵抗R22との接続部の電圧が電圧VREFになるようにNMOSトランジスタQ21の動作を制御し、抵抗R21とNMOSトランジスタQ21の接続部から基準電圧VR1が出力される。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit example of the reference
In FIG. 3, the reference
図4は、図1の電圧生成回路5の回路例を示した図である。
図4において、電圧生成回路5は、演算増幅回路25で構成されている。演算増幅回路25において、非反転入力端には基準電圧VR1が入力され、反転入力端は出力端に接続されており、演算増幅回路25の出力端から電圧VNAが出力される。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit example of the
In FIG. 4, the
図5は、図1の電圧生成回路5の他の回路例を示した図である。
図5において、電圧生成回路5は、演算増幅回路31、PMOSトランジスタQ31及び抵抗R31で構成されている。電源電圧VDDと接地電圧との間にはPMOSトランジスタQ31と抵抗R31が直列に接続され、PMOSトランジスタQ31のゲートは演算増幅回路31の出力端に接続されている。演算増幅回路31の反転入力端には基準電圧VR1が入力されており、PMOSトランジスタQ31と抵抗R31との接続部は演算増幅回路31の非反転入力端に接続され、該接続部から電圧VNAが出力される。
図4及び図5の回路は、図3の回路よりも電流供給能力が大きい。
FIG. 5 is a diagram showing another circuit example of the
In FIG. 5, the
4 and 5 has a larger current supply capability than the circuit of FIG.
このように、本第1の実施の形態における定電流回路は、演算増幅回路4のPMOSトランジスタQ13にゲートとドレインを共通接続したPMOSトランジスタQ2を設け、PMOSトランジスタQ2のソースに電源電圧VDDから所定の電圧ΔV3だけ低下させた電圧VNAを入力して、演算増幅回路4の応答が遅れている期間のみPMOSトランジスタQ2からも電流を供給するようにした。このことから、演算増幅回路の精度面の性能を損ねることなく、応答速度を速くすることができる。
As described above, in the constant current circuit according to the first embodiment, the PMOS transistor Q2 having the gate and the drain connected in common to the PMOS transistor Q13 of the
第2の実施の形態.
前記第1の実施の形態では、ドライバトランジスタQ1にPMOSトランジスタを使用した場合を示したが、ドライバトランジスタQ1にNMOSトランジスタを使用してもよくこのようにした場合を本発明の第2の実施の形態とする。
図6は、本発明の第2の実施の形態における定電流回路の回路例を示した図である。なお、図6では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図6において、定電流回路51は、所定の定電流を生成して出力端子OUTから出力電流IOUTとして出力する。定電流回路51は、NMOSトランジスタからなるドライバトランジスタQ51と、ドライバトランジスタQ51から出力される電流を検出するための電流検出回路52と、所定の基準電圧VR1を生成して出力する基準電圧発生回路3と、増幅回路54と、所定の電圧VNBを生成して出力する電圧生成回路55と、NMOSトランジスタQ52とを備えている。
Second embodiment.
In the first embodiment, a case where a PMOS transistor is used as the driver transistor Q1 is shown. However, an NMOS transistor may be used as the driver transistor Q1, and this case is used in the second embodiment of the present invention. Form.
FIG. 6 is a diagram showing a circuit example of a constant current circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same or similar parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 6, the constant
また、電流検出回路52は、出力電流検出用抵抗R51とNMOSトランジスタからなる出力電流検出用トランジスタQ53の直列回路で構成され、増幅回路54は、演算増幅回路61、チャージポンプ回路62及びNMOSトランジスタQ63で構成されている。なお、電流検出回路52、基準電圧発生回路3、増幅回路54、電圧生成回路55及びNMOSトランジスタQ52は制御回路部をなす。また、演算増幅回路61は差動増幅段を、チャージポンプ回路62及びNMOSトランジスタQ52はソース接地増幅段をそれぞれなす。また、NMOSトランジスタQ52は第1トランジスタを、チャージポンプ回路62は定電流源を、NMOSトランジスタQ63は出力トランジスタをそれぞれなす。
The
電源電圧VDDと出力端子OUTとの間には、ドライバトランジスタQ51が接続され、出力電流検出用抵抗R51と出力電流検出用トランジスタQ53の直列回路がドライバトランジスタQ51と並列に接続されている。ドライバトランジスタQ51及び出力電流検出用トランジスタQ53の各ゲートは増幅回路54の出力端にそれぞれ接続されている。また、出力電流検出用抵抗R51と出力電流検出用トランジスタQ53との接続部が演算増幅回路61の反転入力端に接続され、演算増幅回路61の非反転入力端には基準電圧VR1が入力されている。
A driver transistor Q51 is connected between the power supply voltage VDD and the output terminal OUT, and a series circuit of an output current detection resistor R51 and an output current detection transistor Q53 is connected in parallel with the driver transistor Q51. The gates of the driver transistor Q51 and the output current detection transistor Q53 are connected to the output terminal of the
演算増幅回路61の出力端は、NMOSトランジスタQ52及びQ63の各ゲートにそれぞれ接続され、該接続部をN51とする。チャージポンプ回路62の出力端と接地電圧との間にNMOSトランジスタQ63が接続され、チャージポンプ回路62とNMOSトランジスタQ63との接続部をN52とする。接続部N52は、増幅回路54の出力端をなし、ドライバトランジスタQ51及び出力電流検出用トランジスタQ53の各ゲートに接続されている。チャージポンプ回路62からは所定の定電流が出力され、チャージポンプ回路62は定電流源をなしている。接続部N52には、NMOSトランジスタ52のドレインが接続され、NMOSトランジスタ52のソースには電圧生成回路55からの電圧VNBが入力されている。NMOSトランジスタQ52とQ63は、しきい値電圧を決める注入工程のバラツキや、ゲートポリエッチング時におけるポリ幅(トランジスタ長)のバラツキ等のプロセス変動に対してマッチングの取れる素子であり、しきい値電圧及びトランジスタ長が同じになるように形成されている。
The output terminal of the
このような構成において、出力電流IOUTの大部分はドライバトランジスタQ51から供給されており、出力電流検出用トランジスタQ53のゲートは、ドライバトランジスタQ51のゲートに接続されている。このことから、出力電流検出用トランジスタQ53は、ドライバトランジスタQ51から出力される電流に比例した電流を出力する。出力電流検出用トランジスタQ53に流れる電流は出力電流検出用抵抗R51で電圧VSENSに変換され、該電圧VSENSが演算増幅回路61の反転入力端に入力されている。
In such a configuration, most of the output current IOUT is supplied from the driver transistor Q51, and the gate of the output current detection transistor Q53 is connected to the gate of the driver transistor Q51. Thus, the output current detection transistor Q53 outputs a current proportional to the current output from the driver transistor Q51. The current flowing through the output current detection transistor Q53 is converted to the voltage VSENS by the output current detection resistor R51, and the voltage VSENS is input to the inverting input terminal of the
演算増幅回路61は、電圧VSENSが基準電圧VR1になるようにNMOSトランジスタQ52及びQ63の動作制御を行うことによって、ドライバトランジスタQ51及び出力電流検出用トランジスタQ53の動作制御を行い、出力端子OUTから所定の電流値の出力電流IOUTが出力されるようにする。すなわち、定電流回路51は、出力電流検出用抵抗R51と出力電流検出用トランジスタQ53との接続部から得られる電圧VSENSと基準電圧VR1とを比較した結果である増幅回路54の出力信号をドライバトランジスタQ51のゲートにフィードバックする構成をなしている。
The
ここで、図7は、出力短絡時における図6の各部の波形例を示した図である。
図7において、時間t1になるまではドライバトランジスタQ51がオンすると共に出力端子OUTがオープンになっており、出力電流IOUTは0Aに、増幅回路54の出力電圧VN52は8Vに、電圧VN51は0Vにそれぞれなっている。時間t1で、出力端子OUTが接地電圧に短絡され、このとき、出力電流IOUTが最大になるのと同時に、電圧VN51も最大値になる。電圧VN51が最大値になることにより、ドライバトランジスタQ51から出力される電流は最大になる。
Here, FIG. 7 is a diagram showing a waveform example of each part of FIG. 6 when the output is short-circuited.
In FIG. 7, the driver transistor Q51 is turned on and the output terminal OUT is open until time t1, the output current IOUT is 0A, the output voltage VN52 of the
電圧VN52が低下して出力電流IOUTがある値まで減少する時間t2時に、電圧VSENSは基準電圧VR1と同じ電圧になり、出力電流IOUTは2Aで安定する。時間t3で出力端子OUTの短絡が取り除かれ、出力電流IOUTは減少し、電圧VN52がチャージポンプ回路62からの電流で決まる傾きで上昇する。ドライバトランジスタQ51のオン時に、チャージポンプ回路62により一定の電流が供給された接続部N52の電圧VN52は、一定の傾きで上昇する。電源電圧VDDが5Vである場合には、電圧VN52は、安定すれば例えば8Vになる。なお、図示していないが、電圧VN52がある値(例えば8V)に達したことを検出してチャージポンプ回路62の動作を停止させる回路が設けられている。
At time t2 when the voltage VN52 decreases and the output current IOUT decreases to a certain value, the voltage VSENS becomes the same voltage as the reference voltage VR1, and the output current IOUT is stabilized at 2A. At time t3, the short circuit of the output terminal OUT is removed, the output current IOUT decreases, and the voltage VN52 increases with a slope determined by the current from the
一方、電圧生成回路55からNMOSトランジスタQ52のソースに入力される電圧VNBを、図7のように、ΔV51よりも小さい値になるように設定し、時間t1とt4との間、正確にはVN51=(ΔV51+ΔV52)である期間ではNMOSトランジスタQ52に電流が流れ、時間t4とt3との間、すなわちVN51=ΔV51である期間は、NMOSトランジスタQ52がオフして遮断状態になるようにする。このようにすることで、時間t4とt3との間では、出力電流IOUTに悪影響を与えることがなく出力電流IOUTの制限値(図7では2A)の精度が保たれる。またVN51=(ΔV51+ΔV52)である期間では、NMOSトランジスタQ52を流れる電流によって電圧VN52が高速に低下し、出力電流IOUTが最大になる時間を短縮することができる。なお、図1のドライバトランジスタQ1と図6のドライバトランジスタQ51のDC特性が等価であれば、図7の電圧VNBの電圧ΔV53は、図2の電圧ΔV3(=5V−VNA)と同一であるようにしてもよい。
On the other hand, the voltage VNB input from the
図8は、図6の電圧生成回路55の回路例を示した図である。
図8において、電圧生成回路55は、演算増幅回路71と、所定の基準電圧VR2を生成して出力する基準電圧発生回路72とで構成されている。演算増幅回路71において、非反転入力端には基準電圧VR2が入力され、反転入力端は出力端に接続されており、演算増幅回路71の出力端から電圧VNBが出力される。
FIG. 8 is a diagram showing a circuit example of the
In FIG. 8, the
図9は、図6の電圧生成回路55の他の回路例を示した図である。
図9において、電圧生成回路55は、基準電圧発生回路72と、演算増幅回路75、NMOSトランジスタQ71及び抵抗R71で構成されている。電源電圧VDDと接地電圧との間には抵抗R71とNMOSトランジスタQ71が直列に接続され、NMOSトランジスタQ71のゲートは演算増幅回路75の出力端に接続されている。演算増幅回路75の反転入力端には基準電圧VR2が入力されており、抵抗R71とNMOSトランジスタQ71との接続部は演算増幅回路75の非反転入力端に接続され、該接続部から電圧VNBが出力される。
図8及び図9の回路は、図3の回路よりも電流供給能力が大きい。
FIG. 9 is a diagram illustrating another circuit example of the
In FIG. 9, the
The circuits of FIGS. 8 and 9 have a larger current supply capability than the circuit of FIG.
図10は、図9の基準電圧発生回路72の回路例を示した図であり、図10において、基準電圧発生回路72は、基準電圧発生回路3を構成するバンドギャップ基準電圧発生回路21から出力された電圧VREFと接地電圧との間に直列に接続された抵抗R75及びR76で構成されている。抵抗R75とR76との接続部から、電圧VREFを分圧して生成された基準電圧VR2が出力される。
なお、基準電圧発生回路3の回路例は、図3と同じであるのでその説明を省略する。
10 is a diagram showing a circuit example of the reference
The circuit example of the reference
このように、本第2の実施の形態における定電流回路は、増幅回路54のNMOSトランジスタQ63にゲートとドレインを共通接続したNMOSトランジスタQ52を設け、NMOSトランジスタQ52のソースに所定の電圧ΔV53の電圧VNBを入力して、増幅回路54の応答が遅れている期間のみNMOSトランジスタQ52からも電流を供給するようにした。このことから、前記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, in the constant current circuit according to the second embodiment, the NMOS transistor Q52 having the gate and the drain connected in common to the NMOS transistor Q63 of the
1,51 定電流回路
2,52 電流検出回路
3 基準電圧発生回路
4,61 演算増幅回路
5,55 電圧生成回路
54 増幅回路
62 チャージポンプ回路
Q1,Q51 ドライバトランジスタ
Q2,Q13 PMOSトランジスタ
Q3,Q53 出力電流検出用トランジスタ
Q17,Q52,Q63 NMOSトランジスタ
R1,R51 出力電流検出用抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ゲートに入力された制御信号に応じた電流を前記出力端子に出力する、PMOSトランジスタからなるドライバトランジスタと、
該ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧が所定の基準電圧になるように前記ドライバトランジスタの動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、
前記出力電流に応じた電圧と前記基準電圧が対応する入力端に入力された差動増幅段、並びに該差動増幅段の出力信号を増幅して前記ドライバトランジスタのゲートに出力する、PMOSトランジスタからなる出力トランジスタ及び該出力トランジスタに定電流を供給する定電流源からなるソース接地増幅段で構成された増幅回路と、
ドレイン及びゲートが前記出力トランジスタのドレイン及びゲートに対応して接続されたPMOSトランジスタからなる第1トランジスタと、
前記出力トランジスタのソース電圧を所定の電圧だけ低下させて該第1トランジスタのソースに入力する電圧生成回路と、
を備えることを特徴とする定電流回路。 In a constant current circuit that generates a predetermined constant current and outputs it from an output terminal,
A driver transistor composed of a PMOS transistor for outputting a current corresponding to a control signal input to the gate to the output terminal;
A control circuit unit that detects an output current output from the driver transistor and controls the operation of the driver transistor so that a voltage corresponding to the detected output current becomes a predetermined reference voltage;
With
The control circuit unit is
A differential amplification stage in which a voltage corresponding to the output current and the reference voltage are input to corresponding input terminals, and a PMOS transistor that amplifies an output signal of the differential amplification stage and outputs the amplified signal to the gate of the driver transistor An amplifier circuit composed of an output transistor and a common-source amplifier stage composed of a constant current source for supplying a constant current to the output transistor;
A first transistor comprising a PMOS transistor having a drain and a gate connected to correspond to the drain and gate of the output transistor;
A voltage generation circuit for reducing the source voltage of the output transistor by a predetermined voltage and inputting the same to the source of the first transistor;
A constant current circuit comprising:
前記ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧を生成して出力する電流検出回路を備え、
前記電流検出回路は、前記ドライバトランジスタに並列に接続された、出力電流検出用抵抗と、ゲートが前記ドライバトランジスタのゲートに接続されたPMOSトランジスタからなる出力電流検出用トランジスタとの直列回路からなり、該出力電流検出用抵抗と出力電流検出用トランジスタとの接続部から前記出力電流に応じた電圧を出力することを特徴とする請求項1記載の定電流回路。 The control circuit unit is
A current detection circuit that detects an output current output from the driver transistor and generates and outputs a voltage corresponding to the detected output current;
The current detection circuit comprises a series circuit of an output current detection transistor connected in parallel to the driver transistor, and an output current detection transistor comprising a PMOS transistor whose gate is connected to the gate of the driver transistor, 2. The constant current circuit according to claim 1, wherein a voltage corresponding to the output current is output from a connection portion between the output current detection resistor and the output current detection transistor.
ゲートに入力された制御信号に応じた電流を前記出力端子に出力する、NMOSトランジスタからなるドライバトランジスタと、
該ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧が所定の基準電圧になるように前記ドライバトランジスタの動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、
前記出力電流に応じた電圧と前記基準電圧が対応する入力端に入力された差動増幅段、並びに該差動増幅段の出力信号を増幅して前記ドライバトランジスタのゲートに出力する、NMOSトランジスタからなる出力トランジスタ及び該出力トランジスタに定電流を供給する定電流源からなるソース接地増幅段で構成された増幅回路と、
ドレイン及びゲートが前記出力トランジスタのドレイン及びゲートに対応して接続されたNMOSトランジスタからなる第1トランジスタと、
前記出力トランジスタのソース電圧を所定の電圧だけ上昇させて該第1トランジスタのソースに入力する電圧生成回路と、
を備えることを特徴とする定電流回路。 In a constant current circuit that generates a predetermined constant current and outputs it from an output terminal,
A driver transistor composed of an NMOS transistor that outputs to the output terminal a current corresponding to a control signal input to the gate;
A control circuit unit that detects an output current output from the driver transistor and controls the operation of the driver transistor so that a voltage corresponding to the detected output current becomes a predetermined reference voltage;
With
The control circuit unit is
A differential amplification stage in which a voltage corresponding to the output current and the reference voltage are input to corresponding input terminals, and an NMOS transistor that amplifies an output signal of the differential amplification stage and outputs the amplified signal to the gate of the driver transistor An amplifier circuit composed of an output transistor and a common-source amplifier stage composed of a constant current source for supplying a constant current to the output transistor;
A first transistor comprising an NMOS transistor having a drain and a gate connected to correspond to the drain and gate of the output transistor;
A voltage generation circuit for raising the source voltage of the output transistor by a predetermined voltage and inputting the same to the source of the first transistor;
A constant current circuit comprising:
前記ドライバトランジスタから出力される出力電流の検出を行い、該検出した出力電流に応じた電圧を生成して出力する電流検出回路を備え、
前記電流検出回路は、前記ドライバトランジスタに並列に接続された、出力電流検出用抵抗と、ゲートが前記ドライバトランジスタのゲートに接続されたNMOSトランジスタからなる出力電流検出用トランジスタとの直列回路からなり、該出力電流検出用抵抗と出力電流検出用トランジスタとの接続部から前記出力電流に応じた電圧を出力することを特徴とする請求項3記載の定電流回路。 The control circuit unit is
A current detection circuit that detects an output current output from the driver transistor and generates and outputs a voltage corresponding to the detected output current;
The current detection circuit comprises a series circuit of an output current detection transistor connected in parallel to the driver transistor, and an output current detection transistor consisting of an NMOS transistor whose gate is connected to the gate of the driver transistor, 4. The constant current circuit according to claim 3, wherein a voltage corresponding to the output current is output from a connection portion between the output current detection resistor and the output current detection transistor.
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