JP3676595B2 - 電流検出回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に供給される供給電流を精度良く検出するための電流検出回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、パソコン等に用いられる2次電池の充電量を精度良く求めたり、自動車における電流分配回路を監視することなどを目的として、高精度な電流検出回路が望まれている。電流検出回路として、従来、高精度な低抵抗素子であるシャント抵抗を検出すべき電流が流れる配線に直列に介設し、該抵抗で生じる電圧降下を検出する方法が知られている。
【0003】
例えば図7では、PNPトランジスタQ11,Q12と抵抗R11を用いてシャント抵抗Rsに流れる負荷電流IL に比例した電流I12を形成し、これを抵抗12を用いて電圧VOUT に変換することにより、負荷電流IL を検出するようにしている。
【0004】
また、従来、オペアンプICを用いてシャント抵抗の両端に発生した電位差を差動増幅し、負荷電流に比例した電圧を出力する方法が知られている。しかし、この場合にはオペアンプICが有するオフセット電圧が出力電圧に重畳されるため、特に負荷電流が小さいときの精度に問題がある。これに対して、外付端子に可変抵抗を接続することにより出力電圧の調整が可能なオペアンプICも存在するが、量産には適さない。また、図8に示す回路により、オフセット電圧の影響を解消する方法が知られている。
【0005】
図8において、オペアンプOP1の増幅率が十分に大きい場合には、オペアンプOP1の反転入力端子と非反転入力端子の電位差は0とみなせる。従って、
となる。但し、R14は抵抗R14の抵抗値、RSはシャント抵抗Rsの抵抗値、I13はオペアンプOP1の反転入力端子に流入する電流、I14はオペアンプOP1の非反転入力端子に流入する電流である。
【0006】
これによって、PNPトランジスタQ13のコレクタ電流I14は、
I14≒IL・RS/R14
となり、負荷電流ILに比例した電流を出力することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図7の回路では、シャント抵抗Rsを流れる負荷電流IL に比例した電圧が得られる範囲が狭いため、小電流領域をモニタする場合と、大電流領域をモニタする場合とで、例えば抵抗R12の抵抗値を切り替えるなど、異なる回路を用いる必要があるという問題があった。なお、後述する「発明の実施の形態」の欄において、図7の回路における負荷電流と出力電圧との関係について本発明と比較する。
【0008】
また、多数の回路素子を必要とするオペアンプICを用いた図8の回路を使用するのは、電流検出回路のIC化や製造コスト等を考慮すると好ましくない。
【0009】
本発明は、上記問題を解決するもので、簡素な構成で電流を精度良く検出することができる電流検出回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源部と負荷の間に介設された電流検出抵抗を用いて上記電源部から上記負荷に供給される供給電流を検出する電流検出回路において、上記電流検出抵抗の抵抗値の所定倍率である第1抵抗値を有する第1抵抗素子と、第2抵抗値を有する第2抵抗素子と、PNPトランジスタからなる第1トランジスタ及び第2トランジスタと、NPNトランジスタからなる第3トランジスタ及び第4トランジスタと、電圧検出手段とを備え、上記第1トランジスタと上記第2トランジスタのベース・エミッタ間電圧は互いにほぼ等しく構成され、上記第3トランジスタと上記第4トランジスタのベース・エミッタ間電圧は互いにほぼ等しく構成されており、上記第1トランジスタのエミッタは、上記第1抵抗を介して上記電流検出抵抗の電源部側に接続され、上記第1トランジスタのベースは、上記第2トランジスタのベースに接続され、上記第1トランジスタのコレクタは、上記第3トランジスタのコレクタに接続され、上記第2トランジスタのエミッタは、上記電流検出抵抗の負荷側に接続され、上記第2トランジスタのコレクタは、当該第2トランジスタのベース及び上記第4トランジスタのコレクタに接続され、上記第3トランジスタのベースは、当該第3トランジスタのコレクタ及び上記第4トランジスタのベースに接続され、上記第3トランジスタのエミッタは、上記第2抵抗素子を介して接地され、上記第4トランジスタのエミッタとアースとの間の抵抗値は、上記第2抵抗値に等しくなるように構成されており、上記電圧検出手段は、上記第3トランジスタのエミッタ及び上記第4トランジスタのエミッタの少なくとも一方の電圧値を検出するものである。
【0011】
この構成によれば、第1トランジスタと第2トランジスタのベース・エミッタ間電圧が互いにほぼ等しいので、電流検出抵抗の電源部側と第1トランジスタのベースとの電位差から、第1トランジスタのエミッタ電流と第2トランジスタのエミッタ電流と電流検出抵抗に流れる供給電流と所定倍率の以上4つの値の関係が得られる。これを第1の関係とする。
【0012】
また、第3トランジスタと第4トランジスタとは、いわゆるカレントミラー回路を構成し、第3トランジスタと第4トランジスタのベース・エミッタ間電圧が互いにほぼ等しく、かつ、第3トランジスタのエミッタとアースとの間の抵抗値と第4トランジスタのエミッタとアースとの間の抵抗値とは同一の第2抵抗値であるので、第3トランジスタのコレクタ電流と第4トランジスタのコレクタ電流とは等しくなる。これを第2の関係とする。
【0013】
一方、一般にトランジスタのhFE=(コレクタ電流)/(ベース電流)は大きいので、各トランジスタのエミッタ電流とコレクタ電流とは等しいとみなせる。従って、第3トランジスタのコレクタ電流と、第1トランジスタのコレクタ電流と、第1トランジスタのエミッタ電流とは互いに等しい。これを第3の関係とする。また、第4トランジスタのコレクタ電流と、第2トランジスタのコレクタ電流と、第2トランジスタのエミッタ電流とは互いに等しい。これを第4の関係とする。また、第3トランジスタのコレクタ電流と、当該第3トランジスタのエミッタ電流とは互いに等しく、第4トランジスタのコレクタ電流と、当該第4トランジスタのエミッタ電流とは互いに等しい。これらを第5の関係とする。
【0014】
第2の関係、第3の関係及び第4の関係より、第1トランジスタのエミッタ電流と第2トランジスタのエミッタ電流とが互いに等しいことになる。また、第3の関係及び第5の関係より、第1トランジスタのエミッタ電流と第3トランジスタのエミッタ電流とが互いに等しく、第2トランジスタのエミッタ電流と第4トランジスタのエミッタ電流とが互いに等しいことになる。
【0015】
従って、電圧検出手段により、第3トランジスタのエミッタ及び第4トランジスタのエミッタの少なくとも一方の電圧値が検出されると、第2抵抗値から第1トランジスタのエミッタ電流を求めることが可能になり、これによって、第1の関係を構成する4つの値のうちで供給電流を除く3つの値が既知となるので、供給電流を求めることが可能になる。このとき、第1の関係〜第5の関係が高精度で成立していることから、検出される電圧値が供給電流に精度良く比例したものとなる。
【0016】
また、請求項1記載の電流検出回路において、更に、上記第2抵抗値を有する第3抵抗素子と、上記第1抵抗素子と同一の抵抗値を有する第4抵抗素子と、上記第2抵抗値と異なる抵抗値を有する第5抵抗素子と、PNPトランジスタからなり、ベース・エミッタ間電圧が上記第1トランジスタとほぼ等しい第5トランジスタとを備え、上記第4トランジスタのエミッタは、上記第3抵抗素子を介して接地され、上記第5トランジスタのエミッタは、上記第4抵抗素子を介して上記電流検出抵抗の電源部側に接続され、上記第5トランジスタのベースは、上記第1トランジスタのベースに接続され、上記第5トランジスタのコレクタは、上記第5抵抗素子を介して接地されており、上記電圧検出手段は、更に、上記第5トランジスタのコレクタの電圧値を検出するものであるとしてもよい。
【0017】
この構成によれば、第5トランジスタのエミッタは、第1抵抗素子と同一の抵抗値を有する第4抵抗素子を介して電流検出抵抗の電源部側に接続され、第5トランジスタのベースは、第1トランジスタのベースに接続され、第5トランジスタのコレクタは、第2抵抗値と異なる抵抗値を有する第5抵抗素子を介して接地されており、第5トランジスタのベース・エミッタ間電圧が第1トランジスタとほぼ等しいことから、第5トランジスタのエミッタ電流、すなわちコレクタ電流は、第1トランジスタのエミッタ電流に等しくなる。
【0018】
従って、第5抵抗素子の抵抗値が第2抵抗値と異なるので、同一レベルの供給電流に対して、第5トランジスタのコレクタの電圧値は、第3トランジスタ又は第4トランジスタのエミッタの電圧値と異なるものになる。そこで、供給電流を求める際に用いる電圧値を、第3トランジスタ又は第4トランジスタのエミッタの電圧値と第5トランジスタのコレクタの電圧値とで、供給電流のレベルに応じて切り替えることにより、電圧値の変化範囲を所定範囲内に絞ることが可能になる。これによって、検出可能な電圧レベルの範囲が狭い電圧検出手段を使用することが可能になる。
【0019】
また、請求項1記載の電流検出回路において、更に、上記第2抵抗値を有する所定数の第6抵抗素子と、ベース・エミッタ間電圧が上記第1トランジスタとほぼ等しい上記所定数のPNPトランジスタとを備え、上記所定数のPNPトランジスタのエミッタは、それぞれ上記第1トランジスタのエミッタに接続され、上記所定数のPNPトランジスタのベースは、それぞれ上記第1トランジスタのベースに接続され、上記所定数のPNPトランジスタのコレクタは、それぞれ上記第6抵抗素子を介して接地されているとしてもよい。
【0020】
この構成によれば、所定数のPNPトランジスタのエミッタは、それぞれ第1トランジスタのエミッタに接続され、所定数のPNPトランジスタのベースは、それぞれ第1トランジスタのベースに接続され、所定数のPNPトランジスタのコレクタは、それぞれ第2抵抗値を有する第6抵抗素子を介して接地されていることから、第2抵抗素子及び各第6抵抗素子には、同一レベルの電流が流れることとなるので、各抵抗素子には、第1抵抗素子に流れる電流の1/(所定数+1)の電流が流れる。従って、回路全体の消費電力が低減される。
【0021】
また、請求項1〜3のいずれかに記載の電流検出回路において、上記各トランジスタは、半導体ウェハ上に形成された集積回路により構成されているとしてもよい。
【0022】
この場合には、各トランジスタが集積回路によって構成されるので、半導体ウェハ上に、例えば第1トランジスタと第2トランジスタとを隣接して形成し、第3トランジスタと第4トランジスタとを隣接して形成することにより、ベース・エミッタ間電圧などの特性を精度良く一致させることが可能になり、これによって、第1トランジスタのエミッタ電流が供給電流に更に精度良く比例したものとされ、供給電流を更に高精度に検出することが可能になる。
【0023】
また、請求項1〜4のいずれかに記載の電流検出回路において、更に、上記電圧検出手段により検出された電圧値を用いて上記供給電流を求める電流判定手段を備えるようにしてもよい。
【0024】
この構成によれば、電圧検出手段により検出された電圧値を用いて供給電流が求められることにより、当該電圧値が供給電流に精度良く比例したものとなっているので、供給電流が精度良く求められることとなる。
【0025】
なお、上記各構成では、PNPトランジスタ及びNPNトランジスタを用いているが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、電源部と負荷の間に介設された抵抗値が既知の電流検出抵抗を用いて上記電源部から上記負荷に供給される供給電流を検出する電流検出回路において、上記電流検出抵抗の抵抗値の所定倍率の抵抗値を有する第1抵抗素子と、第2抵抗値を有する第2抵抗素子と、それぞれ制御端子及び一対の電流端子の少なくとも3端子を有し、制御端子の流入電流又は流出電流を増幅した電流を電流端子に流す第1、第2、第3及び第4電流制御回路とを備え、上記第1電流制御回路と上記第2電流制御回路の特性は、互いにほぼ等しく構成され、上記第3電流制御回路と上記第4電流制御回路の特性は、互いにほぼ等しく構成され、上記第1電流制御回路の一方の電流端子は、上記第1抵抗素子を介して上記電流検出抵抗の電源部側に接続され、上記第1電流制御回路の制御端子は、上記第2電流制御回路の制御端子に接続され、上記第1電流制御回路の他方の電流端子は、上記第3電流制御回路の一方の電流端子に接続され、上記第2電流制御回路の一方の電流端子は、上記電流検出抵抗の負荷側に接続され、上記第2電流制御回路の他方の電流端子は、当該第2電流制御回路の制御端子及び上記第4電流制御回路の一方の電流端子に接続され、上記第3電流制御回路の制御端子は、当該第3電流制御回路の一方の電流端子及び上記第4電流制御回路の制御端子に接続され、上記第3電流制御回路の他方の電流端子は、上記第2抵抗素子を介して接地され、上記第4電流制御回路の他方の電流端子とアースとの間の抵抗値は、上記第2抵抗値に等しくなるように構成されており、上記第3電流制御回路の他方の電流端子及び上記第4電流制御回路の他方の電流端子の少なくとも一方の電圧値を用いて上記供給電流を求めるように構成されたものであればよい。
【0026】
この構成によれば、第1電流制御回路と第2電流制御回路の特性が互いにほぼ等しいので、電流検出抵抗の電源部側と第1電流制御回路の制御端子との電位差から、第1電流制御回路の電流端子に流れる電流と、第2電流制御回路の電流端子に流れる電流と、電流検出抵抗に流れる供給電流と、所定倍率の以上4つの値の関係が得られる。
【0027】
また、第3電流制御回路と第4電流制御回路により、第3、第4電流制御回路の電流端子に流れる電流が互いに一定の関係になされる。
【0028】
また、各電流制御回路において増幅率が大きいため、電流端子に流れる電流に比べて制御端子の流入電流又は流出電流を無視することができる。従って、第1電流制御回路の各電流端子に流れる電流と第3電流制御回路の各電流端子に流れる電流とは等しいとみなせる。同様に、第2電流制御回路の各電流端子に流れる電流と第4電流制御回路の各電流端子に流れる電流とは等しいとみなせる。
【0029】
以上より、第3電流制御回路の電流端子又は第4電流制御回路の電流端子に流れる電流は、電流検出抵抗に流れる供給電流に対して一定の関係を有するものとなる。従って、第3電流制御回路の電流端子又は第4電流制御回路の電流端子の電圧値が検出されると、第2抵抗値から第3電流制御回路の電流端子又は第4電流制御回路の電流端子に流れる電流が求められ、これによって供給電流が求められることとなる。
【0030】
なお、上記第1〜第4電流制御回路は、制御端子が等電位であれば、同一レベルの電流を電流端子に流す性質を有する回路素子又は回路であればよい。
【0031】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る電流検出回路の一実施形態の回路図である。
この電流検出回路K1は、電源部1とアースとの間に、FET2、シャント抵抗Rs及び負荷3が直列に接続され、駆動回路4からの駆動電圧によりFET2がオンにされて負荷電流IL が電源部1から負荷3に供給されたときに、負荷電流IL に比例した電流を電圧に変換し、これを電圧検出回路5で検出することによって、電源部1から負荷3に供給される供給電流としての負荷電流IL を検出するものである。シャント抵抗Rsは、既知の抵抗値RS を有する高精度な低抵抗素子で、電流検出抵抗を構成する。
【0032】
また、電流検出回路K1は、図1に示すように、PNPトランジスタからなるトランジスタQ1(第1トランジスタ)及びトランジスタQ2(第2トランジスタ)と、NPNトランジスタからなるトランジスタQ3(第3トランジスタ)及びトランジスタQ4(第4トランジスタ)と、抵抗値がR1 の抵抗R1(第1抵抗素子)と、抵抗値がR2 の抵抗R2(第2抵抗素子)とを備えている。
【0033】
トランジスタQ1のエミッタは、抵抗R1を介してシャント抵抗Rsの電源部1側に接続され、トランジスタQ1のベースは、トランジスタQ2のベースに接続され、トランジスタQ1のコレクタは、トランジスタQ3のコレクタに接続されている。トランジスタQ2のエミッタは、シャント抵抗Rsの負荷側に接続され、トランジスタQ2のコレクタは、当該トランジスタQ2のベース及びトランジスタQ4のコレクタに接続されている。
【0034】
トランジスタQ3のベースは、当該トランジスタQ3のコレクタ及びトランジスタQ4のベースに接続され、トランジスタQ3のエミッタは、抵抗R2を介して接地されている。トランジスタQ4のエミッタは、トランジスタQ3のエミッタに接続され、これによって、トランジスタQ4のエミッタとアースとの間の抵抗値は、抵抗R2の抵抗値に等しくなるように構成されている。
【0035】
電圧検出回路5は、以下の機能を有する。
(1) トランジスタQ3のエミッタの電圧値VOUT を検出する電圧検出手段としての機能。
(2) 検出した電圧値から負荷電流IL が正常範囲内にあるかどうかを判定する電流判定手段としての機能。
【0036】
なお、図1の回路において、PNPトランジスタQ1,Q2からなるトランジスタ群T1及びNPNトランジスタQ3,Q4からなるトランジスタ群T2は、それぞれ、同一半導体ウェハ上の隣接トランジスタを利用することなどにより、ベース・エミッタ間電圧Vbeの差がほとんど無視できるような構成にしている。
【0037】
例えば、ディスクリート部品で回路を構成する場合には、隣接する2個のトランジスタを1パッケージに収容したものが市販されているので、それを利用すればよい。また、ICを用いる場合には、半導体ウェハ上でトランジスタQ1とトランジスタQ2を隣接して配置し、トランジスタQ3とトランジスタQ4を隣接して配置することにより、それぞれベース・エミッタ間電圧Vbeの差をほとんど無視できる程度のレベルにすることができる。
【0038】
次に、負荷電流IL を求める原理について説明する。
まず、抵抗R1は、下記数1に示すように、シャント抵抗Rsの抵抗値RS のN倍(所定倍率)の抵抗値R1を有するものを採用している。
【0039】
【数1】
R1=N・RS
トランジスタQ1,Q2のベースとFET2のソースとの電位差について下記数2が得られる。
【0040】
【数2】
I2・R1+Vbe(Q1)
=(I1+IL)・RS+Vbe(Q2)
但し、図1に示すように、I1はトランジスタQ2に流れるコレクタ電流、I2はトランジスタQ1に流れるコレクタ電流で、Vbe(Q1)はトランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧、Vbe(Q2)はトランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧である。
【0041】
また、トランジスタQ1とトランジスタQ2とは、上述したように、特性がほぼ同一のトランジスタを採用しているので、下記数3が得られる。
【0042】
【数3】
Vbe(Q1)=Vbe(Q2)
上記数1、数3を上記数2に代入すると、第1の関係として、下記数4が得られる。
【0043】
【数4】
I2=(I1+IL)/N
また、図1の回路において、トランジスタQ3,Q4は、いわゆるカレントミラー回路を構成している。このカレントミラー回路では、共通のエミッタ抵抗R2を接続しており、かつ、上述したように特性がほぼ同一のトランジスタを採用していることからベース・エミッタ間電圧が等しいので、第2の関係として、下記数5が得られる。
【0044】
【数5】
IC(Q3)=IC(Q4)
但し、IC(Q3)はトランジスタQ3に流れるコレクタ電流、IC(Q4)はトランジスタQ4に流れるコレクタ電流である。
【0045】
ここで、一般に、トランジスタのhFE=(コレクタ電流)/(ベース電流)は十分に大きいので、各トランジスタのエミッタ電流とコレクタ電流は等しいとみなすことができ、第3の関係として下記数6、第4の関係として下記数7、第5の関係として下記数8が得られる。
【0046】
【数6】
IC(Q3)=I2
【0047】
【数7】
IC(Q4)=I1
【0048】
【数8】
IC(Q3)=IE(Q3)
IC(Q4)=IE(Q4)
従って、上記数5、数6、数7より
【0049】
【数9】
I2=I1
となる。従って、上記数4、数9より、
【0050】
【数10】
I2=I1=IL/(N−1)
となる。また、上記数6、数8より、
【0051】
【数11】
I2=IE(Q3)
となる。従って、上記数10、数11より、電圧検出回路5への出力電圧VOUTは、
【0052】
【数12】
となる。従って、抵抗R2の抵抗値R2 及び数値Nが既知であるので、電圧検出回路5において、
【0053】
【数13】
IL=VOUT・(N−1)/(2・R2)
によって、負荷電流ILが求められる。
【0054】
例えば、RS=10(mΩ)、R1=1(kΩ)、R2=33(kΩ)とすると、IL=3(A)のときはVOUT=2(V)となる。
【0055】
図2(a)は負荷電流IL の5(A)から50(A)までの変化を示す図で、横軸には単位はない。図2(b)は、図2(a)のように負荷電流IL が変化したときの図1の回路及び図7の回路における(負荷電流IL)/(出力電圧VOUT)の変化を比較した図である。
【0056】
図2(b)において、図1の回路における(IL)/(VOUT)の最小値は23.4、最大値は24.8であり、図7の回路における(IL)/(VOUT)の最小値は19.8、最大値は23.75である。
【0057】
すなわち、図1の回路では(IL)/(VOUT)の変動は±3%に納まっているのに対して、図7の回路では±9%もの変動がある。従って、図7の回路を用いて負荷電流が小さい領域を精度良く検出するためには、図7の抵抗R12の抵抗値を切り替える必要があるのに対し、図1の回路では、その必要がない。
【0058】
このように、本実施形態によれば、トランジスタQ1を抵抗R1を介してシャント抵抗Rsの電源部1側に接続し、トランジスタQ2をシャント抵抗Rsの負荷3側に接続し、カレントミラー回路を構成するトランジスタQ3,Q4をそれぞれトランジスタQ1,Q2に接続することにより、負荷電流IL の一部を精度良く分流し、その分流した電流の出力端を抵抗R2を介して接地するようにしたので、負荷電流IL に比例した電圧を精度良く得ることができ、これによって負荷電流IL を精度良く求めることができる。
【0059】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下の変形形態を採用することができる。
【0060】
(1)図3は電流検出回路の変形形態の回路図である。なお、図1と同一部材については同一符号を付す。
図3の電流検出回路K2は、図1の回路に加えて、抵抗値R2 の抵抗R3(第3抵抗素子)と、抵抗値R1の抵抗R4(第4抵抗素子)と、抵抗値R5(R5≠R2)の抵抗R5(第5抵抗素子)と、PNPトランジスタからなり、ベース・エミッタ間電圧がトランジスタQ1とほぼ等しいトランジスタQ5(第5トランジスタ)とを備えている。
【0061】
そして、トランジスタQ4のエミッタを、トランジスタQ3のエミッタに接続せずに、抵抗R3を介して接地している。従って、図3の回路では、トランジスタQ3のエミッタからの出力電圧VOUT1は、
【0062】
【数14】
VOUT1=R2・IL/(N−1)
となる。
【0063】
また、トランジスタQ5のエミッタは、抵抗R4を介してシャント抵抗Rsの電源部1側に接続され、トランジスタQ5のベースは、トランジスタQ1のベースに接続され、トランジスタQ5のコレクタは、抵抗R5を介して接地されている。また、電圧検出回路5は、更に、トランジスタQ5のコレクタの電圧値VOUT2を検出し、この検出電圧値から負荷電流IL を求めるものである。
【0064】
図3の回路において、抵抗R1,R4の抵抗値がR1 で等しく、トランジスタQ5の特性は、トランジスタQ1と同一になるように構成されているので、図3に示すように、トランジスタQ1と等しい電流I2 がトランジスタQ5に流れることとなる。
【0065】
従って、トランジスタQ5のコレクタからの出力電圧VOUT2は、
【0066】
【数15】
VOUT2=R5・IL/(N−1)
となる。
【0067】
この形態によれば、抵抗R1と同一抵抗値の抵抗R4を介してシャント抵抗Rsの電源部1側に接続され、トランジスタQ1と同一特性を有するトランジスタQ5を備え、コレクタ抵抗R5の抵抗値を抵抗R2の抵抗値と異なる適当な値に設定することによって、同一レベルの負荷電流IL に対して、異なるレベルの電圧VOUT1,VOUT2を同時に出力することができる。
【0068】
従って、負荷電流IL の変化による出力電圧VOUT の変化範囲に比べて、電圧検出回路5の検出可能な電圧範囲が狭い場合でも、精度良く好適に負荷電流IL を検出することができる。
【0069】
(2)図4は電流検出回路の変形形態を示す回路図である。なお、図1と同一部材については同一符号を付す。
図4の電流検出回路K3は、図1の回路に加えて、抵抗値R2 の抵抗R3(第3抵抗素子)と、抵抗値R2 の抵抗R61〜R64(第6抵抗素子)と、ベース・エミッタ間電圧がトランジスタQ1とほぼ等しいPNPトランジスタQ61〜Q64とを備えている。
【0070】
そして、トランジスタQ4のエミッタは、トランジスタQ3のエミッタに接続せずに、抵抗R3を介して接地している。また、PNPトランジスタQ61〜Q64のエミッタは、それぞれトランジスタQ1のエミッタに接続され、PNPトランジスタQ61〜Q64のベースは、それぞれトランジスタQ1のベースに接続され、PNPトランジスタQ61〜Q64のコレクタは、それぞれ抵抗R61〜R64を介して接地されている。
【0071】
この形態によれば、抵抗R2,R61〜R64に流れる電流は、互いに等しいレベルになるので、それぞれI1 /5になることから、消費電力を低減することができ、これによって電圧検出回路5を低消費電力の回路部品で構成することができ、回路の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【0072】
なお、図4では、4個の抵抗R61〜R64及びPNPトランジスタQ61〜Q64を備えているが、4個に限られず、所定数M個であればよい。これによって、M個の抵抗及び抵抗R2に流れる電流がI1 /(M+1)となり、消費電力を低減することができる。
【0073】
また、この形態において、負荷電流を精度良く検出するためにはトランジスタQ1,Q2,Q61〜Q64の特性を一致させる必要があるので、トランジスタ回路をICにより均質に構成することが好ましい。
【0074】
ここで、半導体ウェハ上に形成された集積回路(Integrated Circuit、以下「IC」という。)における素子の特性のばらつきについて説明する。
ICは、半導体(一般にはシリコン)のインゴットから切り出された1枚のウェハ上に公知の回路形成工程によって多数の同一回路を形成した後に、回路(チップ)毎にダイシングしてモールドすることによって製造される。
【0075】
従って、ICにおける素子の特性のばらつきは、1枚のウェハ内部のチップ間で発生するばらつきと、ウェハ間のばらつきと、ウェハを切り出したインゴット間のばらつきとに分けることができる。
【0076】
ICにおける素子の特性のばらつきは、回路形成工程におけるばらつき、すなわちエッチング工程のばらつき、露光工程のばらつき、不純物拡散工程の拡散度合いのばらつき、各工程における温度のばらつきなどの要因によって生じる。
【0077】
この内で、上記ばらつき要因であるエッチング、露光、不純物拡散の各工程はウェハ毎に行われ、同一ウェハでは各工程の温度も同一であるので、1枚のウェハ内部のチップ間では、特性のばらつきが生じにくい。特に、同一チップ内で近接して形成される素子間におけるばらつきは、殆ど無視することができる。
【0078】
従って、トランジスタQ1,Q2,Q61〜Q64の特性の相対的なばらつき、トランジスタQ3,Q4の特性の相対的なばらつき、抵抗R2,R3,R61〜R64の抵抗値の相対的なばらつきは、それぞれ非常に低いレベルにすることができる。
【0079】
(3)図5は電流検出回路の変形形態を示す回路図である。なお、図1と同一部材については同一符号を付す。
図5において、電圧検出回路5をダイオードD1を介して接地している。これによって、例えばバッテリからなる電源部1を回路に接続する際に、誤って正極と負極とが逆に接続された場合でも、電圧検出回路5の内部回路を保護することができる。しかし、この回路構成では、電圧検出回路5による検出電圧がダイオードD1の順方向電圧分だけ上昇してしまう。
【0080】
そこで、図5では、図1に対して抵抗R2の接続位置を変更するとともに、電圧検出回路5による電圧の検出点を変更している。すなわち、抵抗R2をトランジスタQ1のコレクタとトランジスタQ3のコレクタとの間に介設し、トランジスタQ1のコレクタを電圧検出回路5に接続している。
【0081】
これによって、出力電圧VOUT のレベルがダイオードD1の順方向電圧に等しいトランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧だけ上昇するので、第1実施形態と同様に、精度良く好適に負荷電流IL を検出することができる。
【0082】
なお、図1に対して電圧検出回路5による電圧の検出点のみを変更し、抵抗R2の接続位置は、図1と同一位置、すなわち図5中、破線で示すブロック6の位置のままでもよい。この場合でも、同様に、出力電圧VOUT のレベルをトランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧分だけ上昇させることができる。また、トランジスタQ3,Q4のエミッタとアースとの間に抵抗R2を接続することになるので、図5の場合に比べて、トランジスタQ3,Q4からなるカレントミラー回路を好適に動作させることができる。
【0083】
(4)上記実施形態の図1において、トランジスタQ3のコレクタとトランジスタQ3のベースとを直結しているが、これに代えて、図6に示すように、NPNトランジスタQ7を備えるようにしてもよい。すなわち、トランジスタQ7のベースをトランジスタQ3のコレクタに接続し、エミッタをトランジスタQ3のベースに接続し、コレクタをシャント抵抗RsのFET2側に接続する。
【0084】
この形態によれば、トランジスタQ3のコレクタ電流から引き抜かれる減少分が1/hFEになるので、トランジスタQ3,Q4からなるカレントミラー回路の特性を向上することができる。
【0085】
(5)負荷3は、上記実施形態及び各変形形態では、図1、図3〜図6に示すようにランプとしているが、これに限られない。例えば2次電池とすることにより、電源部から2次電池に供給される供給電流としての充電電流を精度良く検出することができ、2次電池の充電量を精度良く求めることができる。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第1トランジスタを第1抵抗素子を介して電流検出抵抗の電源部側に接続し、第2トランジスタを電流検出抵抗の負荷側に接続し、第3、第4トランジスタをそれぞれ第1、第2トランジスタに接続するとともに、第1、第2トランジスタを互いにベース・エミッタ間電圧を等しく構成し、第3、第4トランジスタを互いにベース・エミッタ間電圧を等しく構成することにより、電源部から負荷に供給される供給電流の一部を精度良く分流し、その分流した電流の出力端を第2抵抗素子を介して接地してその電圧値を検出するようにしたので、供給電流に比例した電圧を精度良く得ることができ、これによって供給電流を精度良く求めることが可能になる。
【0087】
また、ベース・エミッタ間電圧が第1トランジスタとほぼ等しい第5トランジスタのエミッタを第1抵抗素子と同一の抵抗値を有する第4抵抗素子を介して電流検出抵抗の電源部側に接続し、第5トランジスタのコレクタを第2抵抗値と異なる抵抗値を有する第5抵抗素子を介して接地することにより、同一レベルの供給電流に対して、第5トランジスタのコレクタの電圧値は、第3トランジスタ又は第4トランジスタのエミッタの電圧値と異なるものになり、これによって、供給電流を求める際に用いる電圧値を、第3トランジスタ又は第4トランジスタのエミッタの電圧値と第5トランジスタのコレクタの電圧値とで、供給電流のレベルに応じて切り替えることにより、電圧値の変化範囲を所定範囲内に絞ることができる。従って、検出可能な電圧レベルの範囲が狭い電圧検出手段を使用することができる。
【0088】
また、所定数のPNPトランジスタのエミッタをそれぞれ第1トランジスタのエミッタに接続し、所定数のPNPトランジスタのベースをそれぞれ第1トランジスタのベースに接続し、所定数のPNPトランジスタのコレクタをそれぞれ第2抵抗値を有する第6抵抗素子を介して接地することにより、第2抵抗素子及び各第6抵抗素子には、同一レベルの電流が流れることとなるので、各抵抗素子には、第1抵抗素子に流れる電流の1/(所定数+1)の電流が流れ、これによって回路全体の消費電力を低減することができる。
【0089】
また、各トランジスタを半導体ウェハ上に形成された集積回路により構成することにより、半導体ウェハ上に、例えば第1トランジスタと第2トランジスタとを隣接して形成し、第3トランジスタと第4トランジスタとを隣接して形成することにより、ベース・エミッタ間電圧などの特性を精度良く一致させることができるので、供給電流に比例した電圧を更に精度良く得ることができ、これによって供給電流の検出精度を更に向上することができる。
【0090】
また、電圧検出手段により検出された電圧値を用いて供給電流を求める電流判定手段を備えることにより、当該電圧値が供給電流に精度良く比例したものとなっているので、供給電流を精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電流検出回路の一実施形態の回路図である。
【図2】(a)は負荷電流IL の5(A)から50(A)までの変化を示す図、(b)は(a)のように負荷電流IL が変化したときの図1の回路及び図7の回路における(負荷電流IL)/(出力電圧VOUT)の変化を比較した図である。
【図3】電流検出回路の変形形態の回路図である。
【図4】電流検出回路の変形形態の回路図である。
【図5】電流検出回路の変形形態を示す回路図である。
【図6】電流検出回路の変形形態を示す回路図である。
【図7】従来の電流検出回路の一例を示す回路図である。
【図8】従来の電流検出回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 電源部
3 負荷
5 電圧検出回路(電圧検出手段、電流判定手段)
Rs シャント抵抗(電流検出抵抗)
Q1〜Q5 トランジスタ(第1〜第5トランジスタ)
Q61〜Q64 PNPトランジスタ(第6トランジスタ)
R1〜R5 抵抗(第1〜第5抵抗素子)
R61〜R64 抵抗(第6抵抗素子)
Claims (5)
- 電源部と負荷の間に介設された電流検出抵抗を用いて上記電源部から上記負荷に供給される供給電流を検出する電流検出回路において、
上記電流検出抵抗の抵抗値の所定倍率である第1抵抗値を有する第1抵抗素子と、第2抵抗値を有する第2抵抗素子と、PNPトランジスタからなる第1トランジスタ及び第2トランジスタと、NPNトランジスタからなる第3トランジスタ及び第4トランジスタと、電圧検出手段とを備え、
上記第1トランジスタと上記第2トランジスタのベース・エミッタ間電圧は互いにほぼ等しく構成され、上記第3トランジスタと上記第4トランジスタのベース・エミッタ間電圧は互いにほぼ等しく構成されており、
上記第1トランジスタのエミッタは、上記第1抵抗を介して上記電流検出抵抗の電源部側に接続され、上記第1トランジスタのベースは、上記第2トランジスタのベースに接続され、上記第1トランジスタのコレクタは、上記第3トランジスタのコレクタに接続され、
上記第2トランジスタのエミッタは、上記電流検出抵抗の負荷側に接続され、上記第2トランジスタのコレクタは、当該第2トランジスタのベース及び上記第4トランジスタのコレクタに接続され、
上記第3トランジスタのベースは、当該第3トランジスタのコレクタ及び上記第4トランジスタのベースに接続され、上記第3トランジスタのエミッタは、上記第2抵抗素子を介して接地され、
上記第4トランジスタのエミッタとアースとの間の抵抗値は、上記第2抵抗値に等しくなるように構成されており、
上記電圧検出手段は、上記第3トランジスタのエミッタ及び上記第4トランジスタのエミッタの少なくとも一方の電圧値を検出するものであることを特徴とする電流検出回路。 - 請求項1記載の電流検出回路において、更に、上記第2抵抗値を有する第3抵抗素子と、上記第1抵抗素子と同一の抵抗値を有する第4抵抗素子と、上記第2抵抗値と異なる抵抗値を有する第5抵抗素子と、PNPトランジスタからなり、ベース・エミッタ間電圧が上記第1トランジスタとほぼ等しい第5トランジスタとを備え、
上記第4トランジスタのエミッタは、上記第3抵抗素子を介して接地され、
上記第5トランジスタのエミッタは、上記第4抵抗素子を介して上記電流検出抵抗の電源部側に接続され、上記第5トランジスタのベースは、上記第1トランジスタのベースに接続され、上記第5トランジスタのコレクタは、上記第5抵抗素子を介して接地されており、
上記電圧検出手段は、更に、上記第5トランジスタのコレクタの電圧値を検出するものであることを特徴とする電流検出回路。 - 請求項1記載の電流検出回路において、更に、上記第2抵抗値を有する所定数の第6抵抗素子と、ベース・エミッタ間電圧が上記第1トランジスタとほぼ等しい上記所定数のPNPトランジスタとを備え、
上記所定数のPNPトランジスタのエミッタは、それぞれ上記第1トランジスタのエミッタに接続され、上記所定数のPNPトランジスタのベースは、それぞれ上記第1トランジスタのベースに接続され、上記所定数のPNPトランジスタのコレクタは、それぞれ上記第6抵抗素子を介して接地されていることを特徴とする電流検出回路。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の電流検出回路において、上記各トランジスタは、半導体ウェハ上に形成された集積回路により構成されていることを特徴とする電流検出回路。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の電流検出回路において、更に、上記電圧検出手段により検出された電圧値を用いて上記供給電流を求める電流判定手段を備えたことを特徴とする電流検出回路。
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