JP2018508782A - 低い電流閾値の正確な検出 - Google Patents

Abstract

閾値検出回路は、電源と負荷との間の電流が電流閾値レベルに達するときを検知し得る。閾値検出回路は、負荷と直列に配置されたトランジスタと、トランジスタが電源と負荷との間の電流を伝導している間、トランジスタの両端の電圧降下を一定にするフィードバック回路と、負荷に定電流を出力する定電流源と、トランジスタの両端の電圧降下が電圧閾値レベルを下回るときを示す比較器とを備え得る。

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１５年３月５日に出願され、「Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａ Ｄｉｓａｂｌｅｄ ｏｒ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ＰＤ ｗｈｉｌｅ Ｐｏｗｅｒ ｉｓ Ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｄａｔａ Ｌｉｎｅｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された米国仮出願第６２／１２８，８７７号に基づく優先権を主張する。この出願のすべての記載内容は、引用により本明細書に援用される。

背景
技術分野
本開示は、電源と負荷との間の電流の検知、および非常に低い電流閾値レベルに達したときについての正確な表示の提供に関する。

従来技術の説明
電源と当該電源に接続された負荷との間の電流が閾値レベルを下回ったときを検知することは有用であろう。

この閾値レベルは、負荷に流れる通常の電流よりもはるかに低い場合がある。その場合、この閾値レベルに達したときを検出するのは難しいだろう。

１つの手法として、負荷と直列に配置されたセンス抵抗の両端の電圧降下を測定する方法がある。しかしながら、所望の閾値レベルがシステムの通常の動作電流よりもかなり低い場合、システムのノイズおよびオフセット誤差によって、閾値レベルの検知が不正確になってしまう、または閾値レベルが全く検知できない場合がある。この問題は、センス抵抗の値を上げることによって軽減するだろう。しかしながら、このように値を上げることは、通常の動作電流での電力損失の増大を生じさせてしてしまう可能性があり、望ましくない。

概要
閾値検出回路は、電源と負荷との間の電流が電流閾値レベルに達するときを検知し得る。閾値検出回路は、負荷と直列に配置されたトランジスタと、トランジスタが電源と負荷との間の電流を伝導している間、トランジスタの両端の電圧降下を一定にするフィードバック回路と、負荷に定電流を出力する定電流源と、トランジスタの両端の電圧降下が電圧閾値レベルを下回るときを示す比較器とを備え得る。

これらの、およびその他の構成要素、ステップ、機能、目的、利益、および利点は、以下の例示的な実施形態の詳細な説明、添付図面、ならびに請求の範囲の考察から明らかになるであろう。

図面は、例示的な実施形態のものである。すべての実施形態を例示するものではない。これらに加えて、またはこれらの代わりに、その他の実施形態を使用してもよい。明らかまたは不必要な詳細は、スペースの節約、またはより効果的な説明のために省略される場合がある。いくつかの実施形態は、さらなる構成要素またはステップを使って実施されてもよく、および／または例示される構成要素またはステップのすべてを使わずに実施されてもよい。異なる図面に出現する同じ数字は、同一または同様の構成要素またはステップを示す。

電源、負荷、および電源と負荷との間の電流が閾値に達するときを正確に検出できる閾値検出回路の例を示す図である。

例示的な実施形態の詳細な説明
ここで、例示的な実施形態を説明する。これに加えて、またはこの代わりに、その他の実施形態を使用してもよい。明らかまたは不必要な詳細は、スペースの節約、またはより効果的な説明のために省略される場合がある。いくつかの実施形態は、さらなる構成要素またはステップを使って実施されてもよく、および／または記載の構成要素またはステップのすべてを使わずに実施されてもよい。

閾値検出回路は、電源と負荷との間の電流が１００μＡ以下、５０μＡ以下、２５μＡ以下、１０μＡ以下、５μＡ、または１μＡ以下など、非常に低い閾値レベルに達するときを正確に検出できる。

閾値検出回路は、ＭＯＳＦＥＴまたはＢＪＴなどのトランジスタを備え得る。トランジスタは、電源と負荷との間に直列に配置され得、電流センス素子として機能し得る。

トランジスタは、トランジスタの両端に小さくかつ一定の電圧降下（Ｖｄｒｏｐ）を生じさせるフィードバック回路によって駆動され得る。

定電流源は、トランジスタと並列に配置され、負荷に接続され得る。定電流源は、当該負荷に定電流を供給し得る。この定電流のレベルは、閾値検出回路によって検出される電流の閾値レベルと同じである場合がある。定電流源は、トランジスタの両端の電圧がＶｄｒｏｐを下回る場合であっても、負荷に定電流を出力し続けるように構成されてもよい。

通常の負荷電流レベルでは、トランジスタは負荷電流のほぼすべてを流し得るが、定電流源は、所望の閾値電流に等しい、わずかな追加量の電流しか負荷へ与えないだろう。負荷電流が降下すると、フィードバック回路は、Ｖｄｒｏｐを一定に維持するために、トランジスタの駆動を調整し得る。

最終的に、負荷電流は、定電流源の電流に近づくだろう。これによって、今度は、フィードバック回路にトランジスタを完全にオフさせることができる。この時、電流源が負荷に電流を供給している間に、トランジスタの両端の電圧Ｖｄｒｏｐが突然低下する場合がある。この急激な低下は、比較器またはその他の種類のセンス回路を使って検知できるだろう。

図１は、電源１０１、負荷１０３、および閾値検出回路の例を示す図である。閾値検出回路は、電源１０１と負荷１０３との間の電流が閾値レベルに達するときを正確に検出し得る。

電源１０１は、任意の種類とすることができる。たとえば、電源は、固定ＤＣ電圧（たとえば、１２Ｖ）電源、バッテリ、または可変電圧電源であってもよい。

負荷１０３は、任意の種類とすることができる。たとえば、負荷１０３は、低電力モードを有する電子デバイス、またはＰｏＥ給電されるアクセス・ポイントなど、可変負荷であってもよい。

閾値検出回路は、電源１０１と負荷１０３との間に直列に接続されたトランジスタ１０５を備え得る。トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴまたはＢＪＴなど、任意の種類とすることができる。トランジスタ１０５は、電源１０１と負荷１０３との間の電流の大部分を流すことができる。

閾値検出回路は、定電流源を備え得る。定電流源は、任意の種類とすることができる。たとえば、定電流源は、図１に示すように、ゲートが互いに接続され、ソースが互いに接続されたＭＯＳＦＥＴ１０７および１０９を含み得る。代わりに、適切な回路変更を行ったその他の種類のトランジスタが使用されてもよい。

定電流源は、基準電流発生器１１１を含み得る。基準電流発生器１１１は、所望の閾値電流（たとえば、１０μＡ）と実質的に等しい基準電流を生成する。基準電流発生器１１１は、抵抗または電子基準回路であってもよい。

閾値検出回路は、バイアス電圧源１１３を備え得る。バイアス電圧源は、トランジスタ１０５の両端にかかる電圧が非常に低い値まで降下した場合でも、ＭＯＳＦＥＴ１０７および１０９が電流源としての動作を維持できる量のバイアス電圧を提供し得る。

閾値検出回路は、差動増幅器１１５を備え得る。閾値検出回路は、差動増幅器１１５への入力直列に接続されたオフセット電圧源１１７を備えてもよい。オフセット電圧源１１７は、増幅器１１５と協力して、負荷電流の変化に関係なく、トランジスタ１０５の両端にかかる電圧Ｖｄｒｏｐを一定にするオフセット電圧を生成できる。オフセット電圧量は、５０ｍＶ、またはトランジスタ１０５の電力損を妥当な値に維持する任意の値とすることができる。

閾値検出回路は、比較器１１９と、閾値電圧発生器１２１とを備え得る。閾値電圧発生器１２１は、トランジスタ１０５の両端で維持されている定電圧を下回る定電圧を生成し得る。比較器１１９は、閾値電圧発生器１２１と協力して、トランジスタ１０５の両端にかかる電圧の突然の低下を検出し、電流閾値に交差したときを示す出力１２３を提供し得る。

通常の負荷条件（たとえば、１０Ａ）の下では、比較器１１９の出力は低レベルであり得る。負荷電流が１０ｕＡを下回る場合、比較器１１９の出力は高レベルになり得る。したがって、通常の負荷電流が定電流発生器１１１からの電流のレベルよりも、１０，０００倍、１００，０００倍、１，０００，０００倍、または１０，０００，０００倍も高いなど、かなり高い場合であっても、閾値検出回路は、定電流発生器１１１からの電流のレベルと比較した負荷電流を非常に正確に検知できる。

図１に示すように、閾値検出回路は、電源の正レールではなく、負レールにおいて使用されてもよい。これは、たとえば、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴをトランジスタ１０５として使用することによって実現されるであろう。

代わりに、閾値検出回路は、ゲートドライブおよび電流源をバイアスするチャージポンプ、または別個の電源電圧を使うことによって、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを使って電源の正レールにおいて使用されてもよい。

また、閾値検出回路は、バイポーラＮＰＮまたはＰＮＰトランジスタを使って構成できる。

上述の構成要素、ステップ、機能、目的、利益、および利点は、例示にすぎない。これら、およびこれらに関する議論は、いずれも本開示の保護範囲を限定するものでは一切ない。また、数多くのその他の実施形態も考えられる。これらの実施形態は、より少ない、追加の、および／または異なる構成要素、ステップ、機能、目的、利益、および／または利点を有する実施形態を含む。また、これらの実施形態は、構成要素および／またはステップの構成および／または順序が異なる実施形態も含む。

特に明示しない限り、以下の請求項を含む、本明細書に記載のすべての測定値、値、評価、位置、大きさ、サイズ、およびその他の仕様はおおよそであり、厳密ではない。これらは、関係がある技術において一般的なもの、および関連する機能と矛盾しない妥当な範囲を有するものとする。

本開示に引用されたすべての論文、特許、特許出願、およびその他の刊行物は、引用により本明細書に援用する。

表現「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ（のための手段）」が請求項で使用された場合、記載された、対応する構造と材料、およびそれらの均等物を含むと解釈されるものとし、解釈されるべきである。同様に、表現「ｓｔｅｐ ｆｏｒ（のためのステップ）」が請求項で使用された場合、記載された対応する動作およびそれらの均等物を含むと解釈されるものとし、解釈されるべきである。これらの表現が請求項に存在しないということは、対応する構造、材料、動作、またはそれらの均等物に請求項が限定されると解釈されないものとし、解釈されるべきではないことを意味する。

特許の保護範囲は、以下に示す請求項によってのみ限定される。当該範囲は、特別の意味が記載されている場合を除き、本明細書および今後の特許出願経過の履歴を鑑みて解釈される際に請求項で使用される文言の通常の意味と一致して広く解釈されるものとし、解釈されるべきであり、すべての構造上、機能上の均等物を含む。

「第１の」、「第２の」などの関係語は、ある構成要素または動作と別の構成要素または動作とを、これらの実際の関係または順序を必ずしも必要としたり黙示したりせずに区別するためにのみ使用され得る。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」（備える／有する）、およびその他の語形変化は、明細書または請求の範囲で列挙された構成要素に関して使用された場合、列挙された構成要素は唯一の構成要素ではなく、その他の構成要素が含まれてもよいことを示すためのものである。同様に、「ａ」または「ａｎ」（ひとつの）が先行する構成要素については、これ以上の制約はなく、同一種類の新たな構成要素の存在を除外しない。

請求項は、いずれも、米国特許法第１０１条、１０２条、または１０３条の要件を満たさない主題を含む意図はなく、またこのように解釈されるべきでもない。このような主題を意図せず含んでしまった場合は、含める意図がなかったことをここに言明する。本段落において上述したものを除き、請求項に記載されている記載されていないに関わらず、上に述べられ例示された記載は、いずれの構成要素、ステップ、特徴、目的、利益、利点、または均等物を公衆に献呈させるものとして解釈されないものとし、解釈されるべきではない。

読み手が技術的開示の性質を速やかに把握できるように要約書が提供されている。要約書は、請求項の範囲または意味を解釈または限定するために利用されるものではないという条件で提出されている。加えて、前述の詳細な説明におけるさまざまな特徴は、本開示を簡潔にするためにさまざまな実施形態においてまとめられている。この開示方法は、各請求項に明示された特徴以上の特徴をクレームされた実施形態に必要とさせるものと解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項に示すように、発明の主題は、１つの開示された実施形態のすべての特徴にあるわけではない。したがって、以下の請求項は、各々、個別に特許請求された主題として独立したものとして、ここに、詳細な説明に組み込まれている。

Claims (20)

1. 電源と負荷との間の電流が電流閾値レベルに達するときを検知するための閾値検出回路であって、
   前記負荷と直列に配置されたトランジスタと、
   前記トランジスタが前記電源と前記負荷との間の電流を伝導している間、前記トランジスタの両端の電圧降下を一定にするフィードバック回路と、
   前記負荷に定電流を出力する定電流源と、
   前記トランジスタの両端の電圧降下が電圧閾値レベルを下回るときを示す比較器とを備える、閾値検出回路。
2. 前記定電流源は、前記トランジスタと並列に配置されている、請求項１に記載の閾値検出回路。
3. 前記定電流源に接続された定バイアス電圧源をさらに備える、請求項１に記載の閾値検出回路。
4. 前記定電流源は、カレントミラー回路を含む、請求項１に記載の閾値検出回路。
5. 前記定電流源は、抵抗を含む、請求項１に記載の閾値検出回路。
6. 前記定電流源は、トランジスタを含まない、請求項５に記載の閾値検出回路。
7. 前記トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴである、請求項１に記載の閾値検出回路。
8. 前記ＭＯＳＦＥＴは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴである、請求項７に記載の閾値検出回路。
9. 前記ＭＯＳＦＥＴは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴである、請求項７に記載の閾値検出回路。
10. 前記トランジスタは、ＢＪＴである、請求項１に記載の閾値検出回路。
11. 前記ＢＪＴは、ＮＰＮトランジスタである、請求項１０に記載の閾値検出回路。
12. 前記ＢＪＴは、ＰＮＰトランジスタである、請求項１０に記載の閾値検出回路。
13. 前記フィードバック回路は、増幅器を含む、請求項１に記載の閾値検出回路。
14. 前記フィードバック回路は、オフセット電圧源を含む、請求項１３に記載の閾値検出回路。
15. 前記比較器に接続された閾値電圧発生器をさらに備える、請求項１に記載の閾値検出回路。
16. 前記定電流源に接続された基準電流発生器をさらに備える、請求項１に記載の閾値検出回路。
17. 前記電流閾値レベルは、１００μＡ以下である、請求項１に記載の閾値検出回路。
18. 前記電源と前記負荷との間の前記電流は、通常、ある範囲内であり、前記電流閾値レベルは、前記範囲を実質的に下回る、請求項１に記載の閾値検出回路。
19. 前記電流閾値レベルは、前記範囲の少なくとも１０，０００分の１を下回る、請求項１８に記載の閾値検出回路。
20. 前記電流閾値レベルは、前記範囲の少なくとも１００，０００分の１を下回る、請求項１８に記載の閾値検出回路。