JP2013097751A - 定電流回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】1または複数の他の定電流回路との間で共通インピーダンスを共有する定電流回路の出力電流に、他の定電流回路の出力電流に起因した誤差が生じることを防ぐ。
【解決手段】オペアンプと、当該オペアンプの出力端子にゲートが接続されドレインが当該定電流回路の出力端となる電界効果トランジスタと、この電界効果トランジスタのソースと共通インピーダンスとの間に介挿された抵抗と、を有する定電流回路に、共通インピーダンスおよび抵抗の共通接続点の電圧を第1の基準電圧とし、オペアンプの非反転入力端子には、第2の基準電圧と第1の基準電圧と電位差を所定の分圧比で分圧した電圧を印加し、同反転入力端子には、電界効果トランジスタのソースおよび抵抗の共通接続点の電圧と第3の基準電圧との電位差を所定の分圧比で分圧した電圧を印加する分圧回路を設ける。
【選択図】図1

Description

この発明は、定電流を生成する回路に関する。
電源電圧に依存せずに一定の電流を出力する定電流回路が一般に知られている(例えば特許文献1:段落0002〜0003参照)。図2は定電流回路の構成例を示す図である。図2に示す定電流回路では、基準電圧源Vrは電源電圧Vに基づいて一定電圧V´を発生させ、この一定電圧V´がオペアンプOPの非反転入力端子に印加される。オペアンプOPの出力端子はNチャネル電界効果トランジスタTrのゲートに接続されており、同トランジスタTrのソースと接地線(以下、GND配線)との間には抵抗Rが介挿されている。Nチャネル電界効果トランジスタTrのソースと抵抗Rの共通接続点はオペアンプOPの反転入力端子に接続されており、同トランジスタTrのドレインは当該定電流回路の出力端となっている。図2に示す定電流回路では、電源電圧Vが変化しても基準電圧源Vrは常に一定の電圧V´を出力する。そして、オペアンプOPは、反転入力端子に対する電圧が非反転入力端子に対する電圧V´となるようにNチャネル電界効果トランジスタTrに対するゲート電圧を制御する。したがって、図2の定電流回路の出力端からは一定電流Iout(=V´/R)が出力される。
特開平10−143262号公報
ところで、複数の定電流回路により複数の負荷を駆動する装置において、装置全体としての配線本数を減らすために、複数の定電流回路にGND配線を共有させることが一般に行われている。複数の定電流回路にGND配線を共有させると、それら複数の定電流回路のうちのいくつかが共通インピーダンスを共有する場合がある。他の定電流回路と共通インピーダンスを共有する定電流回路においては、GND配線に接続される接地ノードの電位が当該他の定電流回路の動作状況に応じて変動し、出力電流が当該他の定電流回路の出力電流の影響を受けることになる。例えば、図2に示す回路において、抵抗RとGND配線との間に他の定電流回路と共有している共通インピーダンスRCOMがあったとする。他の定電流回路が例えば電流I´を出力したとすると、図2に示す定電流回路では、抵抗Rの電圧降下Iout×Rと共通インピーダンスRCOMの電圧降下(Iout+I´)×RCOMとの総和を電圧V´に一致させる制御が行われる。このため、図2に示す定電流回路の出力電流Ioutには、他の定電流回路の出力電流I´の影響が現れるのである。
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、1または複数の他の定電流回路との間で共通インピーダンスを共有する定電流回路において、出力電流に他の定電流回路の動作に起因した誤差が生じることを防ぐ技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、オペアンプと、前記オペアンプの出力端子にゲートが接続されるとともに、ドレインが当該定電流回路の出力端となっている電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのソースと第1の基準電圧が印加されるノードとの間に介挿される抵抗と、前記第1の基準電圧とは異なる第2の基準電圧と前記第1の基準電圧との電位差を所定の分圧比で分圧して得られる電圧を前記オペアンプの非反転入力端子に印加する一方、前記電界効果トランジスタのソースおよび前記抵抗の共通接続点の電圧と前記第1の基準電圧とは異なりかつ前記第2の基準電圧とも異なる第3の基準電圧との電位差を前記所定の分圧比で分圧して得られる電圧を前記オペアンプの反転入力端子に印加する分圧回路と、を有することを特徴とする定電流回路、を提供する。
本発明による定電流回路によれば、上記第1の基準電圧が印加されるノードが接地ノードであり、他の定電流回路と共有する共通インピーダンスを介して当該ノードがGND配線に接続されている場合(すなわち、上記第1の基準電圧として接地電位を想定している場合)であっても、出力電流に他の定電流回路の動作に起因した誤差が生じることはない。その理由は以下の通りである。本発明に係る定電流回路では、オペアンプの非反転入力端子の入力電圧(すなわち、第2の基準電圧と第1の基準電圧との電位差を所定の分圧比で分圧して得られる電圧)と、同反転入力端子の入力電圧(前記電界効果トランジスタのソースおよび前記抵抗の共通接続点の電圧と第3の基準電圧との電位差を上記所定の分圧比で分圧して得られる電圧)とが等しくなるように出力電圧(すなわち、電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧)を調整する制御がオペアンプによって営まれる。このため、当該定電流回路と共通インピーダンスを共有する他の定電流回路の動作によって当該共通インピーダンスに電流が流れ、上記第1の基準電圧が変動したとしても、電界効果トランジスタのソースと抵抗の共通接続点に現われる電圧も同じ分量だけ同じ方向に変動することとなる。その結果、上記抵抗の両端の電位差は上記他の定電流回路の動作の有無によらず一定となり、本発明による定電流回路の出力電流は一定となる。このように、本発明の定電流回路によれば、1または複数の他の定電流回路との間で共通インピーダンスを共有したとしても、それら他の定電流回路の動作に起因した誤差が出力電流に生じることを防ぐことが可能になるのである。
この発明の一実施形態の定電流回路1A,1Bおよび1Cを含む定電流発生装置の構成例を示す図である。 従来の定電流回路の構成例を示す図である。
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態の定電流回路1A、1Bおよび1Cを含む定電流発生装置の構成例を示す図である。この定電流発生装置は、各種の電子機器に組み込まれ、LEDなどの負荷に一定の駆動電流を供給する定電流源として用いられる。図1に示すよう、この定電流発生装置は、基準電圧生成回路10と、この基準電圧生成回路10を共有する定電流回路1A、1Bおよび1Cを含んでいる。図1に示すように定電流回路1A、1Bおよび1Cは、互いに同一の構成を有している。すなわち、定電流回路1A、1Bおよび1Cの各々は、オペアンプ20、Nチャネル電界効果トランジスタ30、抵抗40、抵抗50a、抵抗50b、抵抗60aおよび抵抗60bを含んでいる。以下では、定電流回路1A、1Bおよび1Cの各々を区別する必要がない場合には、「定電流回路1」と表記する。
各定電流回路1の接地ノードN6には、例えば接地電位など当該定電流回路1を作動させる際の基準電圧(以下、第1の基準電圧)が印加される。図1に示すように、定電流回路1Aの接地ノードN6は抵抗70を介してGND配線に接続されており、定電流回路1Bの接地ノードN6は抵抗72および抵抗80を介してGND配線に接続されており、定電流回路1Cの接地ノードN6は抵抗74、抵抗90および抵抗80を介してGND配線に接続されている。つまり、図1に示す定電流発生装置において定電流回路1Bと1Cは、抵抗80を共通インピーダンスとして共有している。なお、以下では、抵抗70、72および74の抵抗値はR4、抵抗80の抵抗値はR5、抵抗90の抵抗値はR6であるとする。
基準電圧生成回路10は、図1に示すように、オペアンプ110と、抵抗210、220および230を含んでいる。抵抗210は、オペアンプ110の非反転入力端子とGND配線との間に介挿されている。この抵抗210には、図示しない定電流源から供給される入力電流I1が通電される。したがって、抵抗210の抵抗値をR2とすると、抵抗210に入力電流I1が流れることにより発生する電圧V1(V1=R2×I1)がオペアンプ110の非反転入力端子に印加される。抵抗220と抵抗230は、オペアンプ110の出力端子とGND配線との間に直列に介挿されており、抵抗220と抵抗230との共通接続点はオペアンプ110の反転入力端子に接続されている。
本実施形態では、抵抗220と抵抗230は同一の抵抗値R1を有している。このため、オペアンプ110の出力電圧をV2とすると、オペアンプ110の反転入力端子には、抵抗220と抵抗230の共通接続点の電圧V2/2が印加される。オペアンプ110は、反転入力端子に対する電圧V2/2を非反転入力端子に対する電圧V1に一致させる電圧V2を出力する。したがって、オペアンプ110の出力電圧はV2=2×V1=2×I1×R2となる。詳細については後述するが、本実施形態では、各定電流回路1のオペアンプ20の非反転入力端子に印加される電圧V3は、オペアンプ110の出力電圧V2を基準として生成され、同オペアンプ20の反転入力端子に印加される電圧V4は抵抗220と抵抗230の共通接続点の電圧V2/2を基準として生成される。つまり、本実施形態の基準電圧生成回路10は、後段の定電流回路1A、1Bおよび1Cの各々のオペアンプ20の非反転入力端子の入力電圧V3を生成する際の基準電圧として第1の基準電圧とは異なる第2の基準電圧V2を入力電流I1に応じて生成する役割と、同反転入力端子の入力電圧V4を生成する際の基準電圧として第1の基準電圧とは異なりかつ第2の基準電圧とも異なる第3の基準電圧(本実施形態では、V2/2)を入力電流I1に応じて生成すると役割を担っている。
次いで、図1を参照しつつ定電流回路1の構成を説明する。図1に示すように、各定電流回路1において、オペアンプ20の出力端子は当該定電流回路1のNチャネル電界効果トランジスタ30のゲートに接続されており、同Nチャネル電界効果トランジスタ30のドレインは当該定電流回路1の出力端となっている。本実施形態の各定電流回路1は、当該出力端から一定の電流を引き込むことで定電流源として作用する。各定電流回路1において、Nチャネル電界効果トランジスタ30のソースと接地ノードN6の間には、抵抗40が介挿されている。詳細については後述するが、各定電流回路1において、抵抗40は出力電流を制御する役割を果たす。なお、以下では、抵抗40の抵抗値はR3であるとする。
各定電流回路1において、抵抗50aと抵抗50bは、オペアンプ110の出力端子と当該定電流回路の接地ノードN6との間に直列に介挿されており、抵抗50aと抵抗50bの共通接続点は当該定電流回路1のオペアンプ20の非反転入力端子に接続されている。したがって、各定電流回路1のオペアンプ20の非反転入力端子には、オペアンプ110の出力電圧である第2の基準電圧V2と、当該定電流回路1の接地ノードN6の電圧(すなわち、第1の基準電圧)V6との電位差を、当該定電流回路1における抵抗50aと抵抗50bにより分圧して得られる電圧V3が印加される。本実施形態では、各定電流回路1の抵抗50aおよび抵抗50bの抵抗値はいずれもR1である。このため、各定電流回路1における電圧V2、V3およびV6間の関係は、以下の式(1)により表される。
V3=(V2+V6)/2・・・(1)
各定電流回路1において、抵抗60aと抵抗60bは、抵抗220と抵抗230の共通接続点と、当該定電流回路1におけるNチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40との共通接続点N5との間に介挿されており、抵抗60aと抵抗60bの共通接続点は当該定電流回路1のオペアンプ20の反転入力端子に接続されている。したがって、各定電流回路1のオペアンプ20の反転入力端子には、抵抗220と抵抗230の共通接続点に現われる第3の基準電圧V2/2と、当該定電流回路1におけるNチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40との共通接続点N5に現われる電圧V5との電位差を、当該定電流回路1における抵抗60aと抵抗60bにより分圧して得られる電圧V4が印加される。本実施形態では、各定電流回路1の抵抗60aおよび抵抗60bの抵抗値はいずれもR1である。このため、各定電流回路1における電圧V2、V4およびV5間の関係は、以下の式(2)により表される。
V4=(V5+V2/2)/2・・・(2)
つまり、各定電流回路1において、抵抗50a、50b、60aおよび60bは、当該定電流回路1の接地ノードN6に現われる電圧V6と第2の基準電圧V2との電位差を所定の分圧比(本実施形態では、1/2)で分圧して得られる電圧V3を当該定電流回路1のオペアンプ20の非反転入力端子に印加する一方、当該定電流回路1におけるNチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40の共通接続点N5に現われる電圧V5と第3の基準電圧V2/2との電位差を所定の分圧比(本実施形態では、1/2)で分圧して得られる電圧V4を当該定電流回路1のオペアンプ20の反転入力端子に印加する分圧回路の役割を果たすのである。
図1に示す定電流回路1では、オペアンプ20は、反転入力端子の入力電圧V4が非反転入力端子の入力電圧V3と等しくなるように出力電圧(すなわち、Nチャネル電界効果トランジスタ30のゲート電圧)を調整する制御を営む。前述したように、オペアンプ20の非反転入力端子の入力電圧V3は前掲式(1)により表され、同反転入力端子の入力電圧V4は式(2)により表される。図1に示す定電流発生装置において定電流回路1Cが電流を出力すると、定電流回路1Cと共通インピーダンス(抵抗80)を共有する定電流回路1Bの接地ノードN6の電圧V6が変化する。定電流回路1Bの接地ノードN6の電圧V6の変動分をΔVとすると、定電流回路1Bのオペアンプ20の非反転入力端子の入力電圧V3はΔV/2だけ変化する(式(1)参照)。前述したように、オペアンプ20は、反転入力端子の入力電圧V4が非反転入力端子の入力電圧V3と等しくなるように、出力電圧を調整する。すなわち、定電流回路1Bのオペアンプ20は、反転入力端子の入力電圧V4がΔV/2だけ変化するように出力電圧を調整する。
前述したように、Nチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40との共通接続点N5に現われる電圧V5とオペアンプ20の反転入力端子に印加される電圧V4との間には式(2)に示す関係がある。式(2)を参照すれば明らかように、V2=一定の状況下でV4をΔV/2だけ変化させるには、Nチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40との共通接続点N5に現われる電圧V5をΔVだけ変化させる必要がある。したがって、定電流回路1Bのオペアンプ20は、Nチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40との共通接続点N5に現われる電圧V5がΔVだけ変化するように出力電圧を調整する。
このように、定電流回路1Bでは、共通インピーダンス(抵抗80)を共有する他の定電流回路(すなわち、定電流回路1C)が電流を出力することによって、接地ノードN6の電圧V6がΔVだけ変化したとしても、Nチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40との共通接続点N5に現われる電圧V5も同じ変化量(ΔV)だけ同じ方向に変化する。このため、抵抗40の両端の電位差(V5−V6)は一定に保たれる。
定電流回路1BにおいてV3=V4となる状況下では、抵抗40の両端に印加される電位差(V5−V6)は以下の式(3)のように表される。定電流回路1Bの出力電流I2は、I2=(V5−V6)/R3と表されるのであるから、結局、当該電流I2は以下の式(4)のように表される。
V5−V6=V2/2=R2×I1・・・(3)
I2=I1×(R2/R3)・・・(4)
ここで注目すべき点は、式(4)の右辺は共通インピーダンスである抵抗80の抵抗値R5や抵抗74の抵抗値R4を含んでおらず、抵抗210の抵抗値R2と抵抗40の抵抗値R3の比および抵抗210を通電する電流I1に基づいて定まる一定値となっている、という点である。この点からも、本実施形態の定電流回路1Bの出力電流I2には、共通インピーダンスを共有する他の定電流回路(定電流回路1C)の動作に起因した誤差が生じないことは明らかである。同様に定電流回路1Bの動作に起因して定電流回路1Cの出力電流I2に誤差が生じることもない。このように本実施形態によれば、複数の定電流回路1が共通インピーダンスを共有している場合であっても、各定電流回路1の出力電流I2に他の定電流回路1の動作に起因した誤差が生じることを防止することができるのである。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、かかる実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
(1)上述した実施形態では、定電流回路1A、1Bおよび1Cの各々において分圧回路の役割を果たす抵抗50a、50b、60aおよび60bの抵抗値が全て同一であった。しかし、接地ノードN6に現われる電圧V6(第1の基準電圧)と第2の基準電圧V2との電位差を分圧する際の分圧比と、Nチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40の共通接続点N5に現われる電圧V5と第3の基準電圧V2/2との電位差を分圧する際の分圧比とが同一であれば良く、抵抗50a、50b、60aおよび60bの抵抗値が全て同一である必要はない。
例えば、抵抗50aと抵抗60aの抵抗値が同一で、抵抗50bと抵抗60bの抵抗値も同一(ただし、抵抗50aと抵抗50bの抵抗値とは異なる)であっても良い。要は、抵抗50aと抵抗50bの抵抗比と、抵抗60aと抵抗60bの抵抗比が同一であれば良い。抵抗50aと抵抗50bの抵抗比と、抵抗60aと抵抗60bの抵抗比が同一であれば、抵抗70と抵抗40との共通接続点に現われる電圧V6と第1の基準電圧V2との電位差を分圧する際の分圧比と、Nチャネル電界効果トランジスタ30のソースと抵抗40の共通接続点に現われる電圧V5と第2の基準電圧V2/2との電位差を分圧する際の分圧比とが同一になり、抵抗40の両端にかかる電圧(V5−V6)は抵抗70の抵抗値には依存しない一定値となり、上記実施形態と同一の効果が得られるからである。
(2)上述した実施形態では、定電流回路1A、1Bおよび1Cの各々に同一の電流値の電流を出力させたが、各定電流回路に異なる電流値の電流を出力させるようにしても良い。具体的には、定電流回路1Aにおける抵抗40の抵抗値と、定電流回路1Bにおける抵抗40の抵抗値と、定電流回路1Cにおける抵抗40の抵抗値と、を互いに異ならせるようにすれば良い。また、抵抗50aと抵抗50bの抵抗比(=抵抗60aと抵抗60bの抵抗比)についても、定電流回路1A、1Bおよび1Cの各々で同一である必要はなく、互いに異なっていても良い。また、上記実施形態では、3個の定電流回路1に1つの基準電圧生成回路10を共有させる場合について説明したが、2個以下或いは4個以上の定電流回路1に1つの基準電圧生成回路10を共有させても良い。また、上記実施形態では、2個の定電流回路1(すなわち、定電流回路1Bおよび1C)に共通インピーダンス(図1では、抵抗80)を共有させたが、3つ以上の定電流回路1が共通インピーダンスを共有しても勿論良い。
(3)上述した実施形態では、基準電圧生成回路10に第2の基準電圧V2と第3の基準電圧V2/2を生成させた。しかし、第3の基準電圧は第2の基準電圧の1/2に限定されるものではなく、当該第2の基準電圧と接地電位の電位差を適宜分圧して得られる電圧であれば良い。要は、第2の基準電圧は第1の基準電圧とは異なる電圧であれば良く、第3の基準電圧は第1の基準電圧とは異なり、かつ第2の基準電圧とも異なる電圧であれば良い。ここで、第3の基準電圧を第2の基準電圧とは異なる電圧とするのは、抵抗40の両端にかかる電圧(V5−V6)は第2の基準電圧と第3の基準電圧の差分に抵抗50aと抵抗50bの抵抗比(=抵抗60aと抵抗60bの抵抗比)に応じた係数を乗算した値となるからである。
(4)上述した実施形態では、入力電流I1に応じてI2=I1×R2/R3なる電流を出力する電流駆動型の定電流発生装置への本発明の適用例を説明したが、電圧駆動型の定電流発生装置に本発明を適用することも可能である。例えば、図1の基準電圧生成回路10から抵抗210を除去し、オペアンプ110の非反転入力端子に外部電圧V1を直接印加するようにしても良い。
(5)上述した実施形態を半導体集積回路にて実施しても良い。その場合は、抵抗210と抵抗230の共通接続点から半導体集積回路の外部の接地点(例えば、PC基板における接地点)へのGND配線を設けても良い。具体的には該GND配線経路に半導体集積回路の内外を接続するボンディングパット(LSIピン)を単独に設けても良い。これにより、半導体集積回路内部の共通インピーダンスに加えて、PC基板における共通インピーダンスも共有させることができるようになる。本変形例によれば、上記実施形態による態様で共通インピーダンスを共有する定電流回路の出力電流に、他の定電流回路の動作に起因した誤差が生じることを防ぐことが可能になる。
1,1A,1B,1C…定電流回路、10…基準電圧生成回路、20,110…オペアンプ、30…Nチャネル電界効果トランジスタ、40,50a,50b,60a,60b,70,72,74,80,90,210,220,230…抵抗。

Claims (1)

  1. オペアンプと、
    前記オペアンプの出力端子にゲートが接続されるとともに、ドレインが当該定電流回路の出力端となっている電界効果トランジスタと、
    前記電界効果トランジスタのソースと第1の基準電圧が印加されるノードとの間に介挿される抵抗と、
    前記第1の基準電圧とは異なる第2の基準電圧と前記第1の基準電圧との電位差を所定の分圧比で分圧して得られる電圧を前記オペアンプの非反転入力端子に印加する一方、前記電界効果トランジスタのソースおよび前記抵抗の共通接続点の電圧と前記第1の基準電圧とは異なりかつ前記第2の基準電圧とも異なる第3の基準電圧との電位差を前記所定の分圧比で分圧して得られる電圧を前記オペアンプの反転入力端子に印加する分圧回路と、
    を有することを特徴とする定電流回路。
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