JP2018179571A - Current sensing circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は負荷に流れる電流を検出する電流センス回路にかかり、特に同相入力電圧範囲を拡大させた電流センス回路に関する。 The present invention relates to a current sensing circuit for detecting a current flowing to a load, and more particularly to a current sensing circuit with an expanded common mode input voltage range.
図4に従来のこの種の電流センス回路10Dを示す(特許文献1)。電流センス回路10Dにおいて、11は第1入力端子、12は第2入力端子、13は電源端子、14は検出出力端子である。信号入力端子1と負荷2の間に、その負荷2に流れる負荷電流Isを検出するためのセンス抵抗Rsが接続されている。そして、そのセンス抵抗Rsの信号入力端子1の側が電流センス回路10Dの第1入力端子11に接続され、負荷2の側が第2入力端子12に接続されている。
FIG. 4 shows a conventional
電流センス回路10Dは、この電流センス抵抗Rsの両端間に発生する入力電圧Vsを両入力端子11、12に入力して処理し、負荷電流Isに応じた検出電圧V1を検出出力端子14に出力する。電源端子13には電圧V+の正電圧源3が接続され、検出出端子14に現れる検出電圧V1は、電圧V+で動作する出力回路4で増幅されてから出力電圧VOUTとして出力する。
The
電流センス回路10Dの第1入端子11への入力電流I1、第2入端子12への入力電流I2は、負荷電流Isに対して十分に小さく、例えば負荷電流Isが数A〜数十Aであるのに対して、それら入力電流I1、I2は数μAである。
The input current I1 to the
電流センス回路10Dは、第1、第2抵抗R1、R2と、第1演算増幅器15Aと、第2演算増幅器15Bと、第3演算増幅器16と、第3、第4、第5抵抗R3、R4、R5と、NMOSの第1出力トランジスタM1と、PMOSの第2、第3出力トランジスタM2、M3と、第1、第2逆流防止ダイオードD1、D2とから構成されている。
The
電流センス回路10Dの入力端子11は、抵抗R1を介して、演算増幅器15Aの非反転入力端子と演算増幅器15Bの反転入力端子と逆流防止ダイオードD1のアノードとに接続されている。電流センス回路10Dの入力端子12は、抵抗R2を介して、演算増幅器15Aの反転入力端子と演算増幅器15Bの非反転入力端子と逆流防止ダイオードD2のカソードとに接続されている。
The
演算増幅器15Aの出力端子は出力トランジスタM1のゲートに接続され、演算増幅器15Bの出力端子は出力トランジスタM2のゲートに接続されている。また、出力トランジスタM1のドレインは逆流防止ダイオードD1のカソードに接続され、ソースは検出出力端子14に接続されている。出力トランジスタM2のドレインは逆流防止ダイオードD2のアノードに接続され、ソースは演算増幅器16の反転入力端子と抵抗R3の片端に接続されている。出力トランジスタM3のゲートは演算増幅器16の出力端子に、ソースは演算増幅器16の非反転入力端子に、ドレインは検出出力端子14に、それぞれ接続されている。また、出力トランジスタM3のソースは抵抗R4の片端に接続されている。そして、抵抗R3、R4の他端は正電圧源3に接続されている。
The output terminal of the
まず、演算増幅器15Aに関する回路動作について説明する。演算増幅器15Aは反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧よりも低いときに出力端子の電圧を引き上げ、出力トランジスタM1のゲート電圧を高くし、その出力トランジスタM1の出力電流Im1を増加させる。出力トランジスタM1は逆流防止ダイオードD1と抵抗R1を介して入力端子11に接続されているため、出力電流Im1の電流増加だけ、入力電流I1も同様に増加する。入力電流I1が増加すると抵抗R1での電圧降下が大きくなるため、演算増幅器15Aの非反転入力端子の電圧が低下する。最終的には、演算増幅器15Aの非反転入力端子と反転入力端子の電圧が同電位になるまで、出力電流Im1は増加する。
First, the circuit operation regarding the
ここで、演算増幅器15Aの非反転入力端子の入力電流をIa+とし、反転入力端子の入力電流をIa−とすると、入力電圧Vsに対する出力電流Im1についての関係は(1)式に示すようになる。
Here, calculating the input current of the non-inverting input terminal and Ia + of the
簡単化のため、抵抗R1、R2および入力電流Ia+、Ia−がそれぞれ同値であると定義すると(2)式が得られる。
Equation (2) is obtained by defining the resistors R1 and R2 and the input currents Ia + and Ia − to be equal to each other for simplification.
また、出力電流Im1は抵抗R5に流れるため、検出電圧V1は(3)式で示される。
Further, since the output current Im1 flows through the resistor R5, the detection voltage V1 is expressed by the equation (3).
(3)式に(2)式を代入し入力電圧Vs に対する検出電圧V1について解くと(4)式が得られる。
Substituting equation (2) into equation (3), input voltage Vs Equation (4) is obtained by solving for the detected voltage V1 for.
このように、演算増幅器15Aは、入力電圧Vsに対して、抵抗R1、R5の比数倍の検出電圧V1を出力することになる。例えば、R1=R2=5kΩ、R5=50kΩとすると、検出電圧V1は入力電圧Vsの10倍となる。
As described above, the
ここで、演算増幅器15Aに関する電流センス回路10Dの同相入力電圧範囲について説明する。電流センス回路10Dの検出出力端子14は、出力トランジスタM1、逆流防止ダイオードD1および抵抗R1を介して入力端子11に接続されており、出力電流Im1は入力端子11から供給されている。つまり、入力端子11の電圧Vinが、検出電圧V1と出力トランジスタM1のオーバードライブ電圧Vod1 と逆流防止ダイオードD1の順方向電圧Vfd1 と入力電圧Vsの和以上でない場合、所望の出力電圧が得られなくなる。
Here, the in-phase input voltage range of the
演算増幅器15Aの同相入力電圧の最低値をVoffaとすると、(5)式が得られる。
Assuming that the minimum value of the in-phase input voltage of the
ここで、Ia+<<Im1であるので、Ia+ を省略すると(2)式と(5)式から、(6)式が得られる。
Here, since Ia + << Im1, the equation (6) can be obtained from the equations (2) and (5) if Ia + is omitted.
例えば、Vfd1 =0.6V、Vod1 =0.1V、R1=5kΩ、R5=50kΩ、Vs=0.1Vとすると、(6)式は
のようになり、同相入力電圧Voffa の最低値は1.8Vとなる。
For example, assuming that Vfd1 = 0.6 V, Vod1 = 0.1 V, R1 = 5 kΩ, R5 = 50 kΩ, and Vs = 0.1 V, equation (6) is
The minimum value of the common mode input voltage Voffa is 1.8V.
続いて、演算増幅器15Bに関する回路動作について説明する。演算増幅器15Bは非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧よりも低いときに出力電圧を引き下げ、出力トランジスタM2のゲート電圧を低くし、その出力トランジスタM2の出力電流Im2を増加させる。出力トランジスタM2は逆流防止ダイオードD2と抵抗R2を介して入力端子12に電流を供給する。抵抗R2に出力電流Im2が流れると演算増幅器15Bの非反転入力端子の電圧が増加する。最終的には、演算増幅器15Bの非反転入力端子と反転入力端子の電圧が同電位になるまで、出力電流Im2は増加する。
Subsequently, the circuit operation regarding the
ここで演算増幅器15Bの非反転入力端子の入力電流をIb+とし、反転入力端子の入力電流をIb−とすると、入力電圧Vsに対する出力電流Im2についての関係は(8)式に示すようになる。
The input current of the non-inverting input terminal here
簡単化のため、抵抗R1、R2および入力電流Ib+、Ib−がそれぞれ同値であると定義すると(9)式が得られる。
Equation (9) is obtained by defining resistors R1 and R2 and input currents Ib + and Ib − to have the same value for simplification.
演算増幅器16は反転入力端子と非反転入力端子を同電位にするように出力トラジスタM3を制御する。ここで、抵抗R3、R4が同値であるならば当然電流も等しくなるため、出力トランジスタM3の出力電流Im3は出力電流Im2と等しくなって、出力電流Im3は(10)式で示される。
The
出力電流Im3は抵抗R5に流れるため、検出電圧V1は(11)式で示される。
Since the output current Im3 flows through the resistor R5, the detection voltage V1 is expressed by equation (11).
つまり演算増幅器15Bは、入力電圧Vsに対して、抵抗R2と抵抗R5の比数倍の検出電圧V1を出力することになる。例えば、R1=R2=5kΩ、R5=50kΩとすると、検出電圧V1は入力電圧Vsの10倍となり演算増幅器と同様の利得を得ることとなる。
That is, the
次に、演算増幅器15Bに関する電流センス回路10Dの同相入力電圧範囲について説明する。電流センス回路10Dの電源電圧V+は、抵抗R3と出力トランジスタM2と逆流防止ダイオードD2と抵抗R2を介して入力端子12に接続されており、出力電流Im3は電源電圧V+から供給されている。つまり、同相入力電圧が、電源電圧V+に対して、抵抗R3の電圧降下と出力トランジスタM2のオーバードライブ電圧Vod2 と逆流防止ダイオードD2の順方向電圧Vfd2 と入力電圧Vsの和以下でない場合、所望の検出電圧V1が得られなくなる。
Next, the in-phase input voltage range of the
演算増幅器15Bの電源電圧に対する同相入力電圧の最大値をVoffb とすると、(12)式が得られる。
Assuming that the maximum value of the in-phase input voltage with respect to the power supply voltage of the
例えば、順方向電圧Vfd2 =0.6V、オーバードライブ電圧Vod2 =0.1V、R2=R3=5kΩ、入力電圧Vs=0.1Vとすると、(12)式より
のようになり、同相入力電圧Voffb は電源電圧に対して最低でも0.9Vだけ低いことが必要である。
For example, assuming that the forward voltage Vfd2 = 0.6 V, the overdrive voltage Vod2 = 0.1 V, R2 = R3 = 5 kΩ, and the input voltage Vs = 0.1 V, according to the equation (12)
The common mode input voltage Voffb needs to be at least 0.9 V lower than the power supply voltage.
上述のように、演算増幅器15Aは同相入力電圧が高いときに有用な回路であり、演算増幅器15Bは同相入力電圧が低いときに有用な回路である。これら2種類の演算増幅器15A、15Bを入力に用いることで同相入力電圧範囲を拡大できる(図6参照)。
As described above, the
ここで、逆流防止ダイオードD1について説明する。演算増幅器15Aの場合、出力電流Im1が流れる経路は、入力端子11から抵抗R1、逆流防止ダイオードD1、出力トランジスタM1、抵抗R5を介してGNDに流れる経路である。このとき、逆流防止ダイオードD1が接続されていないと、同相入力が負電圧のときに、GNDから入力端子11に逆流電流が流れることになる。
Here, the backflow prevention diode D1 will be described. In the case of the
一方、演算増幅器15Bの場合は、出力電流Im2が流れる経路は、正電源3から抵抗R3、出力トランジスタM2、逆流防止ダイオードD2、抵抗R2を介して入力端子12に流れる経路である。ここで、逆流防止ダイオードD2が接続されていないと、同相入力電圧が電源電圧V+より高いときに、正電源3へ入力端子12から逆流電流が流れることになる。
On the other hand, in the case of the
ところで、図4で説明した電流センス回路10Dを、P型の半導体基板上に集積回路で構成する場合、PMOSの出力トランジスタM2、M3は図8(a)に示す構造となる。図8(a)において、21はP型基板、22はN型埋込層、23はN型エピタキシャル層、24はP型素子分離層、25はP型ウエル、26はP型拡散層、27はN型拡散層、28はゲート電極である。29はゲート端子、30はドレイン端子、31はソース/バックゲート端子である。そして、その等価回路は同図(b)に示すように、ソース/バックゲート端子31とドレイン端子30との間にソース/バックゲート端子31の側をカソードとする寄生のボディダイオードDa1が生成する。また、ソース/バックゲート端子31とP型の半導体基板(GND)21との間にソース/バックゲート端子31をカソードとする寄生のダイオードDb1が生成する。
When the
また、NMOS出力トランジスタM1の場合は、図9(a)に示す構造となる。図8(a)と同じものには同じ符号をつけた。そして、その等価回路は同図(b)に示すように、ソース/バックゲート端子31とドレイン端子30との間にドレイン端子30の側をカソードとする寄生のボディダイオードDa2が生成する。また、ドレイン端子30とP型の半導体基板(GND)21との間にドレイン端子30をカソードとする寄生のダイオードDb2が生成する。
In the case of the NMOS output transistor M1, the structure shown in FIG. 9A is obtained. The same reference numerals as in FIG. 8 (a) denote the same components. Then, as shown in FIG. 7B, a parasitic body diode Da2 is generated between the source /
さらに、逆流防止ダイオードD1、D2の場合は、図10(a)に示す構造となる。32はアノード端子、33はカソード端子である。そして、その等価回路は同図(b)に示すようにダイオードD1、D2のカソード端子32とP型の半導体基板(GND)21との間に、カソード端子32をカソードとする寄生のダイオードDb3が生成する。
Furthermore, in the case of the backflow prevention diodes D1 and D2, the structure is as shown in FIG. 32 is an anode terminal and 33 is a cathode terminal. Then, as shown in FIG. 6B, a parasitic diode Db3 having a
以上の結果、図4に示した回路は、それをP型の半導体基板上に集積回路で構成すると図5に示すようになり、NMOSの出力トランジスタM1のドレインの寄生ダイオードDb2によって、演算増幅器15Aの制御に拘わらず電流が入力端子11の方向に逆流してしまうので、この面でも、負電圧まで同相入力を検出するためには、逆流防止ダイオードD1が必要である。
As a result of the above, when the circuit shown in FIG. 4 is configured as an integrated circuit on a P-type semiconductor substrate, it becomes as shown in FIG. 5 and the
また、PMOSの出力トランジスタM2のドレインのボディダイオードDa1によって、演算増幅器15Bの制御に拘わらず電流が電圧源3の方向に逆流してしまうため、この面でも、電源電圧+V以上の同相入力を検出するためには、逆流防止ダイオードD2が必要である。
In addition, since the current flows backward in the direction of the
ところが、逆流防止ダイオードD2を接続すると、その逆流防止ダイオードD2にはカソード側に寄生ダイオードDb3が存在するので、同相入力電圧が負電圧ときに、その逆流防止ダイオードD2の寄生ダイオードDb3を介して入力端子12にリーク電流が流れるため、誤動作を起こす問題がある。 However, when the backflow prevention diode D2 is connected, the backflow prevention diode D2 has a parasitic diode Db3 on the cathode side, so when the in-phase input voltage is a negative voltage, the input is made via the parasitic diode Db3 of the backflow prevention diode D2. Since a leak current flows to the terminal 12, there is a problem of causing a malfunction.
本発明の目的は、寄生ダイオードのよる影響を排除して誤動作の発生を防止した電流センス回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a current sense circuit in which the occurrence of a malfunction is prevented by eliminating the influence of a parasitic diode.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、信号入力端子と負荷との間に接続されるセンス抵抗の前記信号入力端子の側に接続された第1入力端子と、前記センス抵抗の前記負荷の側に接続された第2入力端子と、電源端子と、検出出力端子とを備え、前記センス抵抗に流れる電流に応じた電圧を前記検出出力端子に出力する電流センス回路において、非反転入力端子が第1抵抗を介して前記第1入力端子に接続され、反転入力端子が第2抵抗を介して前記第2入力端子に接続された第1演算増幅器と、反転入力端子が前記第1抵抗を介して前記第1入力端子に接続され、非反転入力端子が前記第2抵抗を介して前記第2入力端子に接続された第2演算増幅器と、ゲートが前記第1演算増幅器の出力端子に接続されソースが前記検出出力端子に接続された第1導電型の第1トランジスタと、アノードが前記第1演算増幅器の非反転入力端子に接続されカソードが前記第1トランジスタのドレインに接続された第1逆流防止ダイオードと、ゲートが前記第2演算増幅器の出力端子に接続されソースが第3抵抗を介して前記電源端子に接続された第2導電型の第2トランジスタと、アノードが前記第2トランジスタのドレインに接続されカソードが前記第2演算増幅器の非反転入力端子に接続された第2逆流防止ダイオードと、反転入力端子が前記第2トランジスタのソースに接続され非反転入力端子が第4抵抗を介して前記電源端子に接続された第3演算増幅器と、ゲートが前記第3演算増幅器の出力端子に接続されソースが前記第3演算増幅器の非反転入力端子に接続されドレインが前記検出出力端子に接続された第2導電型の第3トランジスタと、前記検出出力端子と接地間に接続された第5抵抗とを備え、前記第2逆流防止ダイオードのカソードと前記第2演算増幅器の非反転入力端子との間に、ゲートが接地されソースが前記第2逆流防止ダイオードのカソードに接続されドレインが前記第2演算増幅器の非反転入力端子に接続された第2導電型の第4トランジスタが挿入接続され、P型半導体基板上に形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の電流センス回路において、アノードが前記第2入力端子に接続されカソードが前記第4トランジスタのゲートに接続された第3逆流防止ダイオードと、前記第3逆流トランジスタのカソードと接地との間に接続された電流源を備え、前記第4トランジスタのゲートは接地との接続が解除されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項3にかかる発明は、請求項2に記載の電流センス回路において、前記第2逆流防止ダイオードを、ドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続されソースが前記第4トランジスタのソースに接続されゲートが前記第4トランジスタのゲートに接続された第2導電型の第5トランジスタに置き換えたことを特徴とする。
The invention according to
請求項4にかかる発明は、請求項1、2又は3に記載の電流センス回路において、前記第1逆流防止ダイオードを、ゲートが前記第1入力端子に接続されソースが前記第1演算増幅器の非反転入力端子に接続されドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続された第1導電型の第6トランジスタに置き換えたことを特徴とする。
The invention according to
請求項5にかかる発明は、請求項4に記載の電流センス回路において、前記第6トランジスタはデプレッショントランジスタであることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is characterized in that, in the current sense circuit according to
本発明によれば、電流センス回路をP型の半導体基板を使用するプロセスで製造するとき、寄生ダイオードによる影響を排除して誤動作の発生を防止することができる。 According to the present invention, when the current sense circuit is manufactured by a process using a P-type semiconductor substrate, the influence of a parasitic diode can be eliminated to prevent the occurrence of a malfunction.
<第1の実施例>
図1に本発明の第1実施例の電流センス回路10Aを示す。図4、図5の電流センス回路10Dにおいて説明したものと同じものには、同じ符号をつけて重複説明は省略する。本実施例の電流センス回路10Aでは、逆流防止ダイオードD2と抵抗R2の間に、正電圧クランプ用のPMOSトランジスタM4を挿入接続している。このトランジスタM4は、ゲートがGNDに接地され、ソースが逆流防止ダイオードD2のカソードに接続され、ドレインが抵抗R2の片端に接続されている。
First Embodiment
FIG. 1 shows a
正電圧クランプトランジスタM4の動作について説明する。そのトランジスタM4がON状態になるためには、そのトランジスタM4のソース電圧はゲート電圧よりも閾値電圧以上高くなる必要がある。このため、トランジスタM4のソースに接続されている逆流防止ダイオードD2のカソードのノードN1は同相入力電圧に拘わらず正電圧に制御されている。これにより、同相入力電圧が負電圧になったときでも、逆流防止ダイオードD2の寄生ダイオードDb3を経由して入力端子12の方向に流れるリーク電流を回避でき、P型半導体基板を使用したプロセスであっても同相入力電圧範囲を負電圧まで拡大できる。
The operation of the positive voltage clamp transistor M4 will be described. In order for the transistor M4 to be turned on, the source voltage of the transistor M4 needs to be higher than the gate voltage by at least the threshold voltage. For this reason, the node N1 of the cathode of the backflow prevention diode D2 connected to the source of the transistor M4 is controlled to a positive voltage regardless of the in-phase input voltage. Thereby, even when the in-phase input voltage becomes a negative voltage, it is possible to avoid the leak current flowing in the direction of the
<第2実施例>
図2に本発明の第2実施例の電流センス回路10Bを示す。実施例1の電流センス回路10Aと共通する回路については説明を省略する。トランジスタM4を接続したときは、同相入力電圧の最大値はそのトランジスタM4のゲート・ソース間の耐圧によって制限されてしまう。
Second Embodiment
FIG. 2 shows a
そこで、本実施例では、図2に示すように、逆流防止ダイオードD3および電流源17を追加し、トランジスタM4のゲートを逆流防止ダイオードD3のカソードに接続した。同相入力電圧が正電圧の場合、入力端子12から逆流防止ダイオードD3を介して電流源17に電流が流れる。このため、トランジスタM4のゲートには入力端子12よりも逆流防止ダイオードD3の順方向電圧Vfd3 だけ降下した電圧が印加される。同相入力電圧が負電圧の場合は、逆流防止ダイオードD3により電流は流れないため、トランジスタM4のゲートはGNDレベルで固定される。トランジスタM4がON状態になるためには、ゲート電圧よりもソース電圧が閾値以上高くなる必要があり、ゲート電圧はGND以下になることは無いため、トランジスタM4のソースであるノードN1は同相入力電圧に拘わらず正電圧に制御される。また、同相入力電圧に合わせてトランジスタM4のゲート電圧が制御されるため、ゲート・ソース間に過電圧が印加されることもなく同相入力電圧の最大値を拡大することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the backflow prevention diode D3 and the
<第3実施例>
図3に本発明の第3実施例の電流センス回路10Cを示す。第2実施例の電流センス回路10Bと共通する回路については説明を省略する。第3実施例の電流センス回路19Cは、第2実施例の電流センス回路10Bの逆流防止ダイオードD2をPMOSの逆流防止トランジスタM5に置き換え、逆流防止ダイオードD1をNMOSの逆流防止トランジスタM6に置き換えた回路である。
Third Embodiment
FIG. 3 shows a
逆流防止トランジスタM5は、ゲートが電圧クランプトランジスタM4のゲートに接続され、ドレインが出力トランジスタM2のドレインに接続され、ソースがトランジスタM4のソースに接続されている。また、逆流防止トランジスタM6は、ゲートが入力端子11に接続され、ソースが抵抗R1に接続され、ドレインが出力トランジスタM1のドレインに接続されている。なお、逆流防止ダイオードD1のみを逆流防止トランジスタM6に置き換え、逆流防止ダイオードD2のみを逆流防止トランジスタM5に置き換えた場合でも問題なく動作する。
The backflow prevention transistor M5 has a gate connected to the gate of the voltage clamp transistor M4, a drain connected to the drain of the output transistor M2, and a source connected to the source of the transistor M4. The backflow prevention transistor M6 has a gate connected to the
逆流防止ダイオードD1、D2に代えて逆流防止トランジスタM5、M6を用いる利点としては、逆流防止ダイオードD1、D2における電圧降下を抑えられる点が挙げられる。前述したように演算増幅器15A、15Bを正常動作させるには対GND、もしくは対電源に対して(6)式、(12)式以上の電位を持つ必要がある。
An advantage of using the backflow prevention transistors M5 and M6 instead of the backflow prevention diodes D1 and D2 is that the voltage drop in the backflow prevention diodes D1 and D2 can be suppressed. As described above, in order to allow the
各演算増幅器15A、15Bの検出可能な範囲は図6のように示される。しかし電源電圧V+が低い場合、図7に示すように演算増幅器15Aと演算増幅器15Bの検出不能な領域が重なってしまうため、電源電圧V+の最小値に制約ができていた。
The detectable range of each
これを回避する手段として、電流センス回路10Dでは、出力回路4の利得を大きくすることで検出電圧V1の最大値を抑えていた。しかし、出力回路4の利得を大きくすることは、出力回路4のオフセット電圧を増幅することに繋がるため、検出精度と電源電圧範囲でトレードオフの関係となる。
As a means for avoiding this, in the
ここで、逆流防止ダイオードD2、D1を逆流防止トランジスタM5、M6に置き換えた回路について説明する。逆流防止トランジスタM5は、同相入力電圧が電源電圧V+以下のときON状態になり、同相入力電圧が電源電圧V+以上の領域ではボディダイオードDa1が逆流防止ダイオードとして動作する。逆流防止ダイオードD2が同相入力電圧範囲を制限していたのは電源電圧V+以下の領域であったが、その領域では逆流防止トランジスタM5はON状態になっているため、逆流防止トランジスタM5のボディダイオードDa1の順方向電圧降下の影響を除去することが出来る。 Here, a circuit in which the backflow prevention diodes D2 and D1 are replaced with the backflow prevention transistors M5 and M6 will be described. The backflow prevention transistor M5 is turned on when the in-phase input voltage is lower than the power supply voltage V +, and the body diode Da1 operates as a backflow prevention diode in the region where the in-phase input voltage is higher than the power supply voltage V +. Although the backflow prevention diode D2 restricted the in-phase input voltage range in the region below the power supply voltage V +, the backflow prevention transistor M5 is in the ON state in that region, so the body diode of the backflow prevention transistor M5 The influence of the forward voltage drop of Da1 can be eliminated.
一方、逆流防止トランジスタM6の場合、ディプレッショントランジスタを用いることで同相入力電圧が正電圧の領域においてON状態になる。逆流防止トランジスタM6は、ゲートを入力端子11に接続することで電流が逆流した際はゲート電圧が下がるため、ディプレッショントランジスタをOFF状態にする。また同相入力電圧が負電圧のときはそのトランジスタM6のボディダイオードDa2が逆流防止ダイオードとして動作する。
On the other hand, in the case of the backflow prevention transistor M6, the in-phase input voltage is turned ON in the positive voltage region by using the depletion transistor. Since the gate voltage is lowered when the current flows back by connecting the gate to the
逆流防止ダイオードD1が同相入力電圧範囲を制限していたのは正電圧の領域であり、その領域では逆流防止トランジスタM6はON状態になっているため、逆流防止トランジスタM6のボディダイオードDa2の順方向電圧降下の影響を除去することが出来る。 The reverse current blocking diode D1 limits the in-phase input voltage range in the positive voltage range, in which the reverse current blocking transistor M6 is in the ON state, so the forward direction of the body diode Da2 of the reverse current blocking transistor M6 It is possible to eliminate the influence of voltage drop.
このようにして本実施例では、逆流防止ダイオードD1、D2を使用したときに生じる電圧降下Vdf1、Vdf2 を除去することで、演算増幅器15A、15Bの検出不能な領域を低減して、電源電圧範囲の拡大および検出精度を向上させることができる。
In this manner, in the present embodiment, by eliminating the voltage drops Vdf1 and Vdf2 generated when the backflow prevention diodes D1 and D2 are used, the undetectable regions of the
1:信号入力端子、2:負荷、3:電圧源、4:出力回路
10A〜10D:電流センス回路、11:第1入力端子、12:第2入力端子、13:電源端子、14:検出出力端子、15A:第1演算増幅器、15B:第2演算増幅器、16:第3演算増幅器、17:電流源
21:P型基板、22:N型埋込層、23:N型エピタキシャル層、24:P型素子分離層、25:P型ウエル、26:P型拡散層、27:N型拡散層、28:ゲート電極、29:ゲート端子、30:ドレイン端子、31:ソース/バックゲート端子、32:アノード端子、33:カソード端子
1: Signal input terminal 2: Load 3: Voltage source 4:
Claims (5)
非反転入力端子が第1抵抗を介して前記第1入力端子に接続され、反転入力端子が第2抵抗を介して前記第2入力端子に接続された第1演算増幅器と、
反転入力端子が前記第1抵抗を介して前記第1入力端子に接続され、非反転入力端子が前記第2抵抗を介して前記第2入力端子に接続された第2演算増幅器と、
ゲートが前記第1演算増幅器の出力端子に接続されソースが前記検出出力端子に接続された第1導電型の第1トランジスタと、
アノードが前記第1演算増幅器の非反転入力端子に接続されカソードが前記第1トランジスタのドレインに接続された第1逆流防止ダイオードと、
ゲートが前記第2演算増幅器の出力端子に接続されソースが第3抵抗を介して前記電源端子に接続された第2導電型の第2トランジスタと、
アノードが前記第2トランジスタのドレインに接続されカソードが前記第2演算増幅器の非反転入力端子に接続された第2逆流防止ダイオードと、
反転入力端子が前記第2トランジスタのソースに接続され非反転入力端子が第4抵抗を介して前記電源端子に接続された第3演算増幅器と、
ゲートが前記第3演算増幅器の出力端子に接続されソースが前記第3演算増幅器の非反転入力端子に接続されドレインが前記検出出力端子に接続された第2導電型の第3トランジスタと、
前記検出出力端子と接地間に接続された第5抵抗とを備え、
前記第2逆流防止ダイオードのカソードと前記第2演算増幅器の非反転入力端子との間に、ゲートが接地されソースが前記第2逆流防止ダイオードのカソードに接続されドレインが前記第2演算増幅器の非反転入力端子に接続された第2導電型の第4トランジスタが挿入接続され、
P型半導体基板上に形成されていることを特徴とする電流センス回路。 A first input terminal connected to the signal input terminal side of the sense resistor connected between the signal input terminal and the load, a second input terminal connected to the load side of the sense resistor, and a power supply A current sense circuit comprising a terminal and a detection output terminal, wherein a voltage corresponding to a current flowing through the sense resistor is output to the detection output terminal.
A first operational amplifier having a non-inverted input terminal connected to the first input terminal via a first resistor, and an inverted input terminal connected to the second input terminal via a second resistor;
A second operational amplifier having an inverting input terminal connected to the first input terminal via the first resistor and a non-inverting input terminal connected to the second input terminal via the second resistor;
A first transistor of a first conductivity type, the gate of which is connected to the output terminal of the first operational amplifier and the source of which is connected to the detection output terminal;
A first backflow preventing diode having an anode connected to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier and a cathode connected to the drain of the first transistor;
A second transistor of a second conductivity type, the gate of which is connected to the output terminal of the second operational amplifier and the source of which is connected to the power supply terminal via a third resistor;
A second backflow preventing diode having an anode connected to the drain of the second transistor and a cathode connected to the non-inverting input terminal of the second operational amplifier;
A third operational amplifier having an inverting input terminal connected to the source of the second transistor and a non-inverting input terminal connected to the power supply terminal via a fourth resistor;
A third transistor of the second conductivity type having a gate connected to the output terminal of the third operational amplifier, a source connected to the non-inverting input terminal of the third operational amplifier, and a drain connected to the detection output terminal;
A fifth resistor connected between the detection output terminal and the ground;
The gate is grounded, the source is connected to the cathode of the second backflow preventing diode, and the drain is not connected between the cathode of the second backflow preventing diode and the non-inverting input terminal of the second operational amplifier. A fourth transistor of the second conductivity type connected to the inverting input terminal is inserted and connected,
A current sense circuit formed on a P-type semiconductor substrate.
アノードが前記第2入力端子に接続されカソードが前記第4トランジスタのゲートに接続された第3逆流防止ダイオードと、前記第3逆流トランジスタのカソードと接地との間に接続された電流源を備え、前記第4トランジスタのゲートは接地との直接接続が解除されていることを特徴とする電流センス回路。 In the current sense circuit according to claim 1,
A third backflow preventing diode having an anode connected to the second input terminal and a cathode connected to the gate of the fourth transistor, and a current source connected between the cathode of the third backflow transistor and the ground; The current sensing circuit according to claim 1, wherein the gate of the fourth transistor is disconnected from the ground directly.
前記第2逆流防止ダイオードを、ドレインが前記第2トランジスタのドレインに接続されソースが前記第4トランジスタのソースに接続されゲートが前記第4トランジスタのゲートに接続された第2導電型の第5トランジスタに置き換えたことを特徴とする電流センス回路。 In the current sense circuit according to claim 2,
The fifth transistor of the second conductivity type, wherein the second backflow preventing diode is connected to the drain of the second transistor, the source is connected to the source of the fourth transistor, and the gate is connected to the gate of the fourth transistor A current sense circuit characterized in that it is replaced by
前記第1逆流防止ダイオードを、ゲートが前記第1入力端子に接続されソースが前記第1演算増幅器の非反転入力端子に接続されドレインが前記第1トランジスタのドレインに接続された第1導電型の第6トランジスタに置き換えたことを特徴とする電流センス回路。 In the current sense circuit according to claim 1, 2 or 3,
In the first conductivity type, the first backflow preventing diode has a gate connected to the first input terminal, a source connected to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier, and a drain connected to the drain of the first transistor A current sense circuit characterized in that it is replaced by a sixth transistor.
前記第6トランジスタはデプレッショントランジスタであることを特徴とする電流センス回路。 In the current sense circuit according to claim 4,
The current sensing circuit according to claim 6, wherein the sixth transistor is a depletion transistor.
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