JP4390575B2 - 電流検出回路 - Google Patents
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Description
図4において、電流検出用抵抗Rsには、二次電池の充電時と放電時とでは逆方向の電流が流れる。このため、放電時には端子TAに正、端子TBに負の電圧がそれぞれ発生するが、充電時には端子TAに負、端子TBに正の電圧がそれぞれ発生する。このことから、演算増幅回路AMPの非反転入力端にオフセット電圧VrAを設けないと、演算増幅回路AMPの出力電圧は負電圧になり、演算増幅回路AMPの電源に負電圧が必要になる。
VAout=VrA−R2×(VrA−is×Rs)/(R1+R2)………………(a)
同様に、充電時の演算増幅回路AMPの出力電圧VAoutは下記(b)式のようになる。
VAout=VrA−R2×(VrA+is×Rs)/(R1+R2)………………(b)
VAout=VrA−R2×VrA/(R1+R2)………………(c)
なお、前記(a)式から(c)式において、R1は抵抗R1の抵抗値を、R2は抵抗R2の抵抗値を、Rsは抵抗Rsの抵抗値をそれぞれ示している。
通常、VrA>>is×Rsに設定することから、演算増幅回路AMPの出力電圧VAoutは、前記(c)式の電圧に対して、放電時は大きくなり、充電時は小さくなることが分かる。図4の回路では、更に、演算増幅回路AMPの出力電圧VAoutをV‐F変換回路101に入力して出力電圧VAoutを周波数に変換し、出力信号Foutとして出力している。
図5では、ディプレッション型のNMOSトランジスタMaのゲート‐ソース間に電流検出用抵抗Rsを接続している。ディプレッション型のNMOSトランジスタMaのゲート‐ソース間電圧Vgsとドレイン電流idとの関係は、図6に示すように、ゲート‐ソース間電圧Vgsが0Vでもドレイン電流idは0にならず、ゲート‐ソース間電圧Vgsが負電圧のときにドレイン電流idは0になる。
一方、図5の回路では、図6から分かるように、NMOSトランジスタMaのゲート‐ソース間電圧Vgsとドレイン電流idとの関係は直線でないため、抵抗Rsで検出された電流と該ドレイン電流idは比例しない。この対策として、ゲート‐ソース間電圧Vgsとドレイン電流idとの関係を記憶素子に記憶しておき、マイコン等を使用して補正する等の処理を行う必要があった。更に、負側の検出電圧は、ディプレッション型のNMOSトランジスタMaの特性で決まってしまうことから、電流検出範囲の自由度が狭くなるという問題があった。
所定の第1基準電圧Vr1を生成して出力する第1基準電圧発生回路部と、
前記第1基準電圧Vr1に電流検出用抵抗の両端電圧を加算した電圧がゲート‐ソース間に印加される第1のMOSトランジスタと、
該第1のMOSトランジスタのドレイン電流を電圧に変換して、前記電流検出用抵抗に流れる電流に応じた電圧を生成して出力する電流‐電圧変換回路部と、
を備え、
前記電流‐電圧変換回路部は、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン電流に比例した電流を生成して出力するカレントミラー回路と、
該カレントミラー回路の出力電流を電圧に変換して出力する電流‐電圧変換回路と、
所定の第2基準電圧Vr2を生成して出力する第2基準電圧発生回路と、
非反転入力端に該第2基準電圧Vr2が入力され、反転入力端に前記カレントミラー回路の出力端が接続された演算増幅回路と、
前記カレントミラー回路の出力端と該演算増幅回路の出力端との間に接続され、ゲートに該第2基準電圧Vr2が入力された第2のMOSトランジスタと、
を備え、
前記演算増幅回路は、前記電流検出用抵抗に流れる電流に応じた電圧を生成して出力するものである。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における電流検出回路の構成例を示した図である。
図1において、電流検出回路1は、二次電池10の充放電電流を検出し、該検出した電流を電圧Voutに変換して出力する。
図1の電流検出回路1は、NMOSトランジスタM1と、所定の第1基準電圧Vr1を生成して出力する第1基準電圧発生回路2と、二次電池10の充放電電流を検出する電流検出用抵抗Rsと、カレントミラー回路3を構成するPMOSトランジスタM2及びM3と、該カレントミラー回路3の出力電流をなすPMOSトランジスタM3のドレイン電流id2を電圧に変換する電流‐電圧変換回路4とを備えている。
二次電池10の正側電極は端子T1に接続され、二次電池10の負側電極は電流検出用抵抗Rsを介して端子T2に接続されている。二次電池10の負側電極は端子TAを介して電流検出用抵抗Rsの一端に接続されており、電流検出用抵抗Rsの他端は端子TBに接続され、更に端子TBは端子T2に接続されている。端子T1と端子T2との間には、二次電池10を電源とする負荷11が接続され、二次電池10を充電する場合は、負荷11の代わりに端子T1と端子T2との間に充電器12が接続される。
二次電池10から負荷11に放電する場合は、二次電池10の正側電極から端子T1→負荷11→端子T2→電流検出用抵抗Rs→二次電池10の負側電極という経路で電流が流れる。このため、電流検出用抵抗Rsには端子TBから端子TAに向かって電流が流れ、端子TAに負の電圧が、端子TBに正の電圧がそれぞれ発生する。
Vg1=Vr1−Vs=Vr1−is×Rs………………(1)
なお、前記(1)式において、Rsは電流検出用抵抗Rsの抵抗値を示している。
充電時のNMOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1は下記(2)式で表される。
Vg1=Vr1+Vs………………(2)
図2は、NMOSトランジスタM1のドレイン電流id1、ドレイン電圧Vd1及びゲート電圧Vg1の関係を示した図である。図2の強反転領域(例えば、ドレイン電圧Vd1がV1のとき)におけるNMOSトランジスタM1のドレイン電流id1は下記(3)式で表される。
id1=K×(Vg1−Vt)2………………(3)
なお、Kは比例乗数を示し、VtはNMOSトランジスタM1のしきい値電圧を示している。
Vg1=Vr1+Vs+Vt………………(4)
また、ドレイン電圧Vd1が一定であれば、前記(3)式から、ドレイン電流id1はゲート電圧Vg1の2乗にほぼ比例することが分かる。
図2において、NMOSトランジスタM1のドレイン電圧Vd1をV1とし、電流検出用抵抗Rsに流れる電流が0の時のNMOSトランジスタM1のゲート電圧Vg1をVr1とすると、このときのドレイン電流id1は図2のA点の値である。
このように、電流検出用抵抗Rsで発生する電圧が負から正まで連続的に変化するのに応じて、NMOSトランジスタM1のドレイン電流id1も連続的に変化する。該ドレイン電流id1がカレントミラー回路3を介して電流‐電圧変換回路4に入力される。
Vout=Vr2−Vr1±Vs………………(5)
前記(5)式において、Vr2>(Vr1+Vs)になるように第2基準電圧Vr2の値を設定すれば、演算増幅回路AMP1の出力電圧は負にならないため、演算増幅回路AMP1を単電源だけで動作させることができる。
NMOSトランジスタM4に流れるドレイン電流id2は、NMOSトランジスタM4のトランジスタサイズ比がNMOSトランジスタM1のA倍になっているため、NMOSトランジスタM4のゲート電圧をVg2とすると、下記(6)式のようになる。
id2=A×K×(Vg2−Vt)2………………(6)
Vg2=Vr2−Vout………………(7)
NMOSトランジスタM1のドレイン電流id1とNMOSトランジスタM4のドレイン電流id2は等しくなるため、(3)〜(7)式から電流‐電圧変換回路4の出力電圧Voutは下記(8)式のようになる。
Vout=Vr2−A1/2×(Vr1±Vs)………………(8)
前記(8)式において、Vr2>A1/2×(Vr1+Vs)になるように第2基準電圧Vr2の値を設定すれば、演算増幅回路AMP1の出力電圧は負にならないため、演算増幅回路AMP1を単電源だけで動作させることができる。
図3における図1との相違点は、図1のカレントミラー回路3の回路構成を変えてカレントミラー精度を向上させたことにあり、これに伴って、図1のカレントミラー回路3をカレントミラー回路3aにした。
カレントミラー回路3aは、PMOSトランジスタM2,M3,M5と演算増幅回路AMP2とで構成されている。二次電池10の正側電極と演算増幅回路AMP1の反転入力端との間にはPMOSトランジスタM3及びM5が直列に接続され、PMOSトランジスタM5のゲートは演算増幅回路AMP2の出力端に接続されている。演算増幅回路AMP2において、非反転入力端はPMOSトランジスタM2のドレインに接続され、反転入力端はPMOSトランジスタM3のドレインに接続されている。
2 第1基準電圧発生回路
3,3a カレントミラー回路
4 電流‐電圧変換回路
10 二次電池
11 負荷
12 充電器
21 第2基準電圧発生回路
AMP1,AMP2 演算増幅回路
M1,M4 NMOSトランジスタ
M2,M3,M5 PMOSトランジスタ
Rs 電流検出用抵抗
Claims (6)
- 電流検出用抵抗に流れる電流に応じた電圧を出力する電流検出回路において、
所定の第1基準電圧Vr1を生成して出力する第1基準電圧発生回路部と、
前記第1基準電圧Vr1に電流検出用抵抗の両端電圧を加算した電圧がゲート‐ソース間に印加される第1のMOSトランジスタと、
該第1のMOSトランジスタのドレイン電流を電圧に変換して、前記電流検出用抵抗に流れる電流に応じた電圧を生成して出力する電流‐電圧変換回路部と、
を備え、
前記電流‐電圧変換回路部は、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン電流に比例した電流を生成して出力するカレントミラー回路と、
該カレントミラー回路の出力電流を電圧に変換して出力する電流‐電圧変換回路と、
所定の第2基準電圧Vr2を生成して出力する第2基準電圧発生回路と、
非反転入力端に該第2基準電圧Vr2が入力され、反転入力端に前記カレントミラー回路の出力端が接続された演算増幅回路と、
前記カレントミラー回路の出力端と該演算増幅回路の出力端との間に接続され、ゲートに該第2基準電圧Vr2が入力された第2のMOSトランジスタと、
を備え、
前記演算増幅回路は、前記電流検出用抵抗に流れる電流に応じた電圧を生成して出力することを特徴とする電流検出回路。 - 前記第1及び第2の各MOSトランジスタは、同一の電気的特性をそれぞれ有することを特徴とする請求項1記載の電流検出回路。
- 前記第2のMOSトランジスタは、前記第1のMOSトランジスタのトランジスタサイズ比をA倍したトランジスタサイズ比を有することを特徴とする請求項1又は2記載の電流検出回路。
- 前記第2の基準電圧Vr2は、電流検出用抵抗で発生する電圧の絶対値をVsとすると、Vr2>A 1/2 ×(Vr1+Vs)を満足することを特徴とする請求項3記載の電流検出回路。
- 前記第1の基準電圧Vr1は、前記電流検出用抵抗で発生する電圧の絶対値Vsを超える電圧値であることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の電流検出回路。
- 前記第2の基準電圧Vr2は、第1の基準電圧Vr1に前記電流検出用抵抗で発生する電圧の絶対値Vsを加算した値を超える電圧値であることを特徴とする請求項1、2又は5記載の電流検出回路。
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