JP2010246287A - 電流制御回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の電流制御回路は、温度変化により精度の高い電流を供給できないという問題があった。
【解決手段】本発明にかかる電流制御回路は、負荷117に流れる電流を制御するトランジスタ110と、トランジスタ110に流れる電流に応じた電流が流れるセンス抵抗113と、センス抵抗113とセンス抵抗113に流れる電流とに基づいて決定される比較電圧と、所定の基準電圧と、に基づいてトランジスタ110を制御するための制御信号を生成する制御信号生成回路121と、所定の基準電圧を生成するための定電流源119と、基準電圧を生成するために定電流源119に直列に接続された抵抗120と、を備える。このような回路構成により、温度変化によらず精度の高い電流を供給することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電流制御回路に関し、特に電流センシング回路を有する電流制御回路に関する。
近年、携帯電話のカメラにズーム及びフォーカス機能が付加されている。そのため、カメラのレンズ位置を制御するモータは、温度変化にかかわらず安定した動作をすることが求められている。
まず、モータが安定した動作をするためには、モータに対して安定した電流を供給する必要がある。そのため、一般的には電流制御回路が用いられる。しかし、従来の電流制御回路の場合、電流制御回路に備えられたセンス抵抗の抵抗成分が温度変化にともなって変動する。それにより、モータに流れる電流も変動してしまう。したがって、温度変化によるセンス抵抗の抵抗成分の変動を抑制することは重要な課題であった。
例えば、レンズ位置制御用のモータを駆動するために、安定した電流を出力するIC(Integrated Circuit)として、センスMOSトランジスタ(以下、単にセンスMOSと称す)を備えた電流制御回路が知られている。
図5に、特許文献1に紹介されているセンスMOSを備えた電流制御回路を示す。なお、図5に示す回路は、従来のセンスMOSを備えたHブリッジ型の電流制御回路10である。また、図5に示す回路は、負荷に流れる電流(出力電流)をモニタし、所定の基準電圧と比較する。そして、その比較結果をフィードバックすることにより出力電流を安定的に制御している。尚、図を見やすくするため、図5ではプリドライバ15とTR2、TR3の各ゲートとの接続線は省略してある。
図5に示すように、電流制御回路10は、トランジスタTR1〜TR4によって構成されたHブリッジ回路11と、三角波発生器12と、重畳回路12aと、リファレンスDAC13と、センス抵抗SR1と、PWMコンパレータ14と、プリドライバ回路15と、センスMOS16と、トランジスタTR5と、アンプ18と、を備え、モータ17を駆動する。
なお、三角波発生器12と、リファレンスDAC13と、重畳回路12aと、によって基準電圧源が構成される。この基準電圧源において、重畳回路12aは、三角波発生器12が生成する所定の周波数の三角波信号と、リファレンスDAC13が生成するリファレンスレベルと、を重畳して、リファレンス信号V1を出力する。
PWMコンパレータ14の非反転入力端子にはリファレンス信号V1が入力される。一方、PWMコンパレータ14の反転入力端子には、負荷に流れる電流に応じたセンス信号Vsが入力される。PWMコンパレータ14は、リファレンス信号V1とセンス信号Vsとを比較して、PWM信号Vpを出力する。
プリドライバ回路15には、PWM信号Vpが入力される。プリドライバ回路15は、PWM信号Vpに基づいて、Hブリッジ回路11のトランジスタTR1〜TR4をスイッチングするためのスイッチング信号を出力する。
Hブリッジ回路11は、高電位側電源VMと低電位側電源GNDとの間に設けられた4個のトランジスタTR1〜TR4によって構成される。また、Hブリッジ回路11は、モータ17に流れる電流の向きを切り替えることが可能である。なお、トランジスタTR1、TR3はPチャネルMOSトランジスタであり、トランジスタTR2、TR4はNチャネルMOSトランジスタである。
具体的な動作としては、Hブリッジ回路11は、例えば、TR1とTR4をオンし、TR2とTR3とをオフすることにより、高電位側電源VMから順に、TR1、モータ17、TR4、を介して低電位側電源GNDに電流が流れる。一方、TR1とTR4とをオフし、TR2とTR3とをオンすることにより、高電位側電源VMから順に、TR3、モータ17、TR2を介して低電位側電源GNDに電流が流れる。
なお、図5に示す回路は、TR1をオンし、TR2とTR3とをオフし、TR4をオンオフ切替制御(PWM制御)した場合の例を示している。それにより、高電位側電源VMから順に、TR1、モータ17、TR4を介して低電位側電源GNDに流れる電流を制御することができる。
一方、モータに流れる電流の向きを切り替える場合は、TR3をオンし、TR1とTR4とをオフし、TR2をオンオフ切替制御(PWM制御)する。それにより、高電位側電源VMから順に、TR3、モータ17、TR2を介して低電位側電源GNDに流れる電流を制御することができる。尚、この場合、センスMOS16のゲートにはTR3のゲート電圧が印加され、アンプ18の非反転入力端子には図中、モータ17の右側の電圧が入力されるように切り替えられる。
なお、トランジスタTR1〜TR4のうちオンしたトランジスタのゲート−ソース間電圧は、高電位側電源VMと低電位側電源GNDとの電位差を有するものとする。つまり、当該トランジスタは完全にオン(フルオン)した状態であるものとする。
また、図5に示す回路は、1個の負荷(モータ17)を駆動するため、1個のHブリッジ回路11が備えられた場合を例に説明した。しかし、ステッピングモータ等を駆動する場合は、2個以上のHブリッジ回路を備える必要がある。
次に、センスMOS16には、モータ17に供給される電流値に基づいた電流が流れる。センスMOS16に流れる電流と、センス抵抗SR1と、に基づいてセンス信号Vsが生成される。なお、アンプ18は、トランジスタTR1のドレイン電圧とセンスMOS16のドレイン電圧とが等しくなるようにトランジスタTR5を制御する。
なお、基準電圧(リファレンス信号V1)としては、以下のような種々の電圧がある。基準電圧がDC電圧のみによって形成される場合、モータ17に流れる出力電流は図2に示すような波形となる。また、基準電圧がDC電圧にPWM駆動用の三角波を重畳して形成される場合の波形を図3に示す。また、基準電圧がリファレンスDAC13の出力信号に基づく半波SIN波電圧にPWM駆動用の三角波を重畳して形成される場合の波形を図4に示す。図2〜4に示すように、各基準電圧に対する負荷への出力電流波形は、三角状にリプル成分を有する。図2の場合、出力電流のリプル成分は、負荷(例えば、モータ17)と抵抗成分とに応じた周波数を有する。また、図3及び図4の場合、出力電流のリプル成分は、三角波に応じた周波数を有する。
ここで、図5に示す電流制御回路は、センス抵抗SR1を備える。このセンス抵抗SR1と負荷に流れる電流とに基づいてセンス信号Vsを生成する。しかし、センス抵抗SR1は温度依存性を有する。つまり、センス抵抗SR1の抵抗成分が温度変化にともなって変動する。それにより、モータ17に流れる電流も変動してしまう。このように、温度変化によるセンス抵抗SR1の抵抗成分の変動を抑制することは重要な課題であった。
また、特許文献2には、MOSトランジスタを可変抵抗として用いた可変抵抗回路が開示されている。特許文献2に示す回路は、2つの定電流源(特許文献2における定電流源12、13)の電流比が可変である。つまり、特許文献2に示す回路は、2つの定電流源の電流比を調整することにより、トランジスタ6(特許文献2におけるトランジスタ6)の抵抗値、及びトランジスタ6の等価抵抗であるトランジスタ8(特許文献2におけるトランジスタ8)の抵抗成分を制御する。
特開2007−244083号公報 特開2003−204247号公報
上述のように、従来の電流制御回路は、温度変化により精度の高い電流を供給できないという問題があった。
本発明にかかる電流制御回路は、負荷に流れる電流を制御する第1のトランジスタ(例えば、本発明の実施の形態におけるトランジスタ110)と、前記第1のトランジスタに流れる電流に応じた電流が流れる第1の抵抗(例えば、本発明の実施の形態におけるセンス抵抗113)と、前記第1の抵抗と当該第1の抵抗に流れる電流とに基づいて決定される比較電圧と、所定の基準電圧と、に基づいて前記第1のトランジスタを制御するための制御信号を生成する制御信号生成回路(例えば、本発明の実施の形態における制御信号生成回路121)と、前記基準電圧を生成するための定電流源(例えば、本発明の実施の形態における定電流源119)と、前記基準電圧を生成するために前記定電流源に直列に接続された第2の抵抗(例えば、本発明の実施の形態における抵抗120)と、を備える。
上述のような回路構成により、温度変化によらず精度の高い電流を供給することができる。
本発明により、温度変化によらず精度の高い電流を供給することが可能な電流制御回路を提供することができる。
本発明の実施の形態にかかる電流制御回路を示す図である。 基準電圧がDC電圧により形成された場合の出力電流のタイミングチャートである。 基準電圧がDC電圧にPWM駆動用の三角波を重畳して形成された場合の出力電流のタイミングチャートである。 基準電圧が半波SIN波電圧にPWM駆動用の三角波を重畳して形成された場合の出力電流のタイミングチャートである。 従来技術の電流制御回路を示す図である。
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における電流制御回路を示す図である。なお、図1に示す電流制御回路150は、基準電圧を生成するための定電流源119及び抵抗120を備えることにより、温度変化によらず精度の高い電流を供給することを特徴とする。尚、図を見やすくするため、図1ではプリドライバ115とTR108、TR109の各ゲートとの接続線は省略してある。
図1に示す電流制御回路150は、Hブリッジ回路111と、トランジスタ(第4のトランジスタ)112と、センス抵抗(第1の抵抗)113と、センスMOS(第2のトランジスタ)116と、アンプ(第2の比較回路)118と、定電流源119と、抵抗(第2の抵抗)120と、制御信号生成回路121と、を備え、モータ117を駆動する。また、Hブリッジ回路111は、トランジスタ(第3のトランジスタ)107と、トランジスタ(第6のトランジスタ)108と、トランジスタ(第5のトランジスタ)109と、トランジスタ(第1のトランジスタ)110と、を有する。また、制御信号生成回路121は、PWMコンパレータ(第1の比較回路)114と、プリドライバ回路115と、を有する。
なお、本発明の実施の形態における電流制御回路150は、センスMOS116、トランジスタ107、109、112がPチャネルMOSトランジスタ、トランジスタ108、110がNチャネルMOSトランジスタである場合を例に説明する。
定電流源119の入力端子は、高電位側電源VDDに接続される。定電流源119の出力端子は、PWMコンパレータ114の非反転入力端子と、抵抗120の一方の端子と、に接続される。低電位側電源GNDは、抵抗120の他方の端子と、センス抵抗113の一方の端子と、トランジスタ108のソースと、トランジスタ110のソースと、に接続される。
センス抵抗113の他方の端子は、トランジスタ112のドレインと、PWMコンパレータ114の反転入力端子と、に接続される。PWMコンパレータ114の出力端子は、プリドライバ回路115の入力端子に接続される。プリドライバ回路115の出力端子は、トランジスタ107のゲートと、センスMOS116のゲートと、に接続される。プリドライバ回路115の他の出力端子は、トランジスタ110のゲートに接続される。なお、プリドライバ回路115には各トランジスタ107〜110の切り換え動作を制御するための外部信号が入力される。図示していないが、プリドライバ回路115のその他の出力端子は、トランジスタ109のゲート、及びトランジスタ108のゲートにも接続される。
高電位側電源VMは、トランジスタ107のソースと、トランジスタ109のソースと、センスMOS116のソースと、に接続される。トランジスタ107のドレイン(第3のトランジスタの第1の端子)は、トランジスタ108のドレインと、アンプ118の非反転入力端子と、モータ117の一方の端子に接続される。トランジスタ109のドレインは、トランジスタ110のドレインと、モータ117の他方の端子と、に接続される。センスMOS116のドレイン(第2のトランジスタの第1の端子)は、トランジスタ112のソースと、アンプ118の反転入力端子と、に接続される。アンプ118の出力端子は、トランジスタ112のゲートに接続される。
次に、動作について説明する。定電流源119から出力される定電流と、抵抗120と、に基づいて所定の基準電圧V1を生成する。基準電圧V1は、PWMコンパレータ114の非反転入力端子に入力される。また、負荷であるモータ117に流れる電流と、センス抵抗113と、に基づいて決定されるセンス電圧Vsが、PWMコンパレータ114の反転入力端子に入力される。
PWMコンパレータ114は、基準電圧V1とセンス電圧Vsとを比較して、比較結果を出力する。例えば、PWMコンパレータ114は、基準電圧V1がセンス電圧Vsよりも大きい場合にはHレベル、小さい場合にはLレベルとなるPWM信号Vpを出力する。PWM信号Vpは、プリドライバ回路115に入力される。プリドライバ回路115は、PWM信号Vpに基づいてHブリッジ回路111に設けられたトランジスタ107〜110をスイッチングするためのスイッチング信号を出力する。
Hブリッジ回路111は、高電位側電源VMと低電位側電源GNDとの間に設けられた4個のトランジスタ107〜110によって構成される。また、Hブリッジ回路111は、モータ117に流れる電流の向きを切り替えることが可能である。
具体的な動作としては、Hブリッジ回路111は、例えば、トランジスタ107及びトランジスタ110をオンし、トランジスタ108及びトランジスタ109をオフすることにより、高電位側電源VMから順に、トランジスタ107、モータ117、トランジスタ110を介して低電位側電源GNDに電流が流れる。一方、トランジスタ107及びトランジスタ110をオフし、トランジスタ108及びトランジスタ109をオンすることにより、高電位側電源VMから順に、トランジスタ109、モータ117、トランジスタ108を介して低電位側電源GNDに電流が流れる。このように、プリドライバ回路115からのスイッチング信号によってトランジスタ107〜110をオンオフ制御することにより、モータ117に流れる電流の向きを切り替えることができる。
なお、図1に示す回路は、トランジスタ107をオンし、トランジスタ108及びトランジスタ109をオフし、トランジスタ110をオンオフ切替制御(PWM制御)した場合の例を示している。それにより、高電位側電源VMから順に、トランジスタ107、モータ117、トランジスタ110を介して低電位側電源GNDに流れる電流を制御することができる。
ここで、トランジスタ110は、プリドライバ回路115が出力するスイッチング信号(PWM信号)によってオンオフが制御される。つまり、トランジスタ110は、スイッチング信号(PWM信号)のパルス幅に応じてオンする時間が制御される。それにより、モータ117に流れる電流が制御される。例えば、スイッチング信号のパルス幅が広い(デューティ比が高い)場合、トランジスタ110がオンする時間が長くなる。それにより、モータ117に流れる電流が上昇する。
一方、トランジスタ109をオンし、トランジスタ107及びトランジスタ110をオフし、トランジスタ108をオンオフ切替制御(PWM制御)した場合も、同様にモータ117に流れる電流を制御することができる。具体的には、トランジスタ108は、プリドライバ回路115が出力するスイッチング信号(PWM信号)によってオンオフが制御される。つまり、トランジスタ108は、スイッチング信号のパルス幅に応じてオンする時間が制御される。それにより、モータ117に流れる電流が制御される。
なお、本発明の実施の形態にかかる電流制御回路は、トランジスタ107〜110のうちオンしたトランジスタのゲート−ソース間電圧は、高電位側電源VMと低電位側電源GNDとの電位差を有するものとする。つまり、当該トランジスタは完全にオン(フルオン)した状態であるものとする。
また、図1に示す回路は、1個の負荷(モータ117)を駆動するために1個のHブリッジ回路が備えられた場合の例である。しかし、ステッピングモータ等を駆動するために2個以上のHブリッジ回路を備えた回路構成にも適宜変更可能である。
次に、センスMOS116には、モータ117に供給される電流値に基づいた電流が流れる。そして、センスMOS116に流れる電流と、センス抵抗113と、に基づいてセンス電圧Vsが生成される。なお、アンプ118は、トランジスタ107のドレイン電圧とセンスMOS116のドレイン電圧とが等しくなるようにトランジスタ112に流れる電流を制御する。このようにして調整されたセンス電圧Vsは、PWMコンパレータ114の反転入力端子に入力される。そして、前述のように、プリドライバ回路115は、PWMコンパレータ114の比較結果に基づいてスイッチング信号を出力する。
ここで、基準電圧V1を生成するための抵抗120と、センス電圧Vsを生成するためのセンス抵抗113と、は互いに同一特性である。なお、同一特性とは、温度変化によって変動する抵抗成分が同等であることをいう。このように、抵抗120とセンス抵抗113とが互いに同一特性であることにより、温度変化した場合でも互いの温度特性を相殺することができる。つまり、本発明の実施の形態にかかる電流制御回路は、温度特性によらず精度の高い電流を供給することが可能である。
なお、図2〜4に示したような様々な種類の基準電圧V1の波形は、定電流源119の電流値を変化させることにより、容易に生成することができる。つまり、従来技術と同様の出力電流を負荷(モータ117)に供給することができる。
ここで、従来技術の電流制御回路(図5)と本発明の実施の形態にかかる電流制御回路(図1)のそれぞれの出力電流を求める。図5に示す従来技術の電流制御回路において、センス抵抗SR1に流れる電流をI1、センス抵抗SR1の値をR1、センス抵抗SR1の温度変動を+10%、センス比(トランジスタTR1/トランジスタ16)をZ、基準電圧をVREF、とする。また、PWMコンパレータ14の非反転入力端子と反転入力端子に入力される電圧が等しいものとする。
このとき、以下のような式に表すことができる。
通常時の出力電流=I1×Z=(VREF/R1)×Z
温度変動時の出力電流=I1×Z=(VREF/(R1×1.1))×Z=0.91(VREF/R1)×Z
このように、図5に示す従来技術の電流制御回路の場合、温度変化によって出力電流が変動する。
一方、図1に示す本発明の実施の形態にかかる電流制御回路において、センス抵抗113に流れる電流をI1、センス抵抗113の値をR1、センス抵抗113及び抵抗120の温度変動を+10%、センス比(トランジスタ107/トランジスタ116)をZ、基準電流をI2とする。また、PWMコンパレータ114の非反転入力端子と反転入力端子に入力される電圧が等しいものとする。
このとき、以下のような式に表すことができる。
通常時の出力電流=I1×Z=(V1/R1)×Z=((I2×R2)/R1)×Z
温度変動時の出力電流=((I2×R2×1.1)/(R1×1.1))×Z=((I2×R2)/R1)×Z
このように、図1に示す本発明の実施の形態にかかる電流制御回路の場合、温度変化によって出力電流は変動しない。
このように、本発明の実施の形態にかかる電流制御回路は、センス抵抗113と抵抗120とが互いに同一特性であることにより、温度変化によらず精度の高い電流を供給することができる。また、電流制御回路は、主として、基準電圧値の温度変動、PWMコンパレータ114のオフセット値の温度変動、センスMOS116とトランジスタ107とのセンス比の温度変動、センス抵抗113の温度変動、等の温度変化による変動が考えられる。そのうち、本発明の実施の形態にかかる電流制御回路は、抵抗120を備えることにより、センス抵抗113の温度変動の影響を抑制することができる。また、IC単価を上げることなく、精度の高い電流供給が可能な電流制御回路を提供することができる。
なお、従来技術で紹介した特許文献2に示す回路と比較して、本発明の実施の形態にかかる電流制御回路は、ミラー回路(センスMOS116、トランジスタ107)を流れる電流比は固定である。また、センスMOS116はトランジスタ107を流れる電流をモニタするために用いられている。つまり、特許文献2に示す回路と、本発明の実施の形態にかかる電流制御回路とは、回路構成および技術分野がまったく異なる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、Hブリッジ回路111は、MOSトランジスタ107〜110が備えられた場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、トランジスタ107、109をPNP型バイポーラトランジスタ、トランジスタ108、110をNPN型バイポーラトランジスタとした回路構成にも適宜変更可能である。また、センスMOS116、トランジスタ112をPNP型バイポーラトランジスタとした回路構成にも適宜変更可能である。
また、本発明の実施の形態の説明では、負荷に流れる電流を制御する回路としてHブリッジ回路を備えた場合を説明したがこれに限られない。例えば、Hブリッジ回路に代えて1個のトランジスタによって負荷に流れる電流を制御する回路構成にも適宜変更可能である。
107 トランジスタ
108 トランジスタ
109 トランジスタ
110 トランジスタ
111 Hブリッジ回路
112 トランジスタ
113 センス抵抗
114 PWMコンパレータ
115 プリドライバ回路
116 センスMOS
117 モータ
118 アンプ
119 定電流源
120 抵抗
121 制御信号生成回路
150 電流制御回路
VDD 高電位側電源
VM 高電位側電源
GND 低電位側電源

Claims (10)

  1. 負荷に流れる電流を制御する第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタに流れる電流に応じた電流が流れる第1の抵抗と、
    前記第1の抵抗と当該第1の抵抗に流れる電流とに基づいて決定される比較電圧と、所定の基準電圧と、に基づいて前記第1のトランジスタを制御するための制御信号を生成する制御信号生成回路と、
    前記基準電圧を生成するための定電流源と、
    前記基準電圧を生成するために前記定電流源に直列に接続された第2の抵抗と、を備えた電流制御回路。
  2. 前記制御信号生成回路は、
    前記基準電圧と、前記比較電圧と、を比較して第1の比較結果を出力する第1の比較回路と、
    前記第1の比較結果に基づいて前記制御信号を出力するプリドライバ回路と、を備えた請求項1に記載の電流制御回路。
  3. 前記第1のトランジスタに流れる電流に応じた電流が流れる第2のトランジスタをさらに備え、
    前記第1の抵抗には前記第2のトランジスタに流れる電流に応じた電流が流れることを特徴とする請求項1又は2に記載の電流制御回路。
  4. 前記第2のトランジスタとカレントミラー接続され、前記負荷に流れる電流をオンオフ切替制御する第3のトランジスタと、
    前記第2のトランジスタの第1の端子の電圧と、前記第3のトランジスタの第1の端子の電圧と、を比較して第2の比較結果を出力する第2の比較回路と、
    前記第2のトランジスタに直列に接続され、前記第2の比較結果に基づいて前記第2のトランジスタを流れる電流を制御する第4のトランジスタと、をさらに備えた請求項3に記載の電流制御回路。
  5. 前記第1の抵抗と前記第2の抵抗とは、互いに同一特性であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電流制御回路。
  6. 前記第2及び前記第3のトランジスタは、PチャネルMOSトランジスタであることを特徴とする請求項4又は5に記載の電流制御回路。
  7. 前記第2及び前記第3のトランジスタは、PNP型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項4又は5に記載の電流制御回路。
  8. 前記第4のトランジスタは、PチャネルMOSトランジスタであることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の電流制御回路。
  9. 前記第4のトランジスタは、PNP型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の電流制御回路。
  10. 前記第1のトランジスタに直列に接続された第5のトランジスタと、
    前記第1及び前記第5のトランジスタに並列に接続され、前記第3のトランジスタと直列に接続された第6のトランジスタと、を備え、
    前記負荷は、前記第1及び前記第5のトランジスタを接続するノードと、前記第3及び前記第6のトランジスタを接続するノードと、の間に接続されたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の電流制御回路。
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