JP4534808B2 - Amplifier circuit with current limiter - Google Patents
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Description
本発明は、迅速に動作可能で出力電流の安定性が高い電流リミッタ付き増幅回路に関し、特に電圧発生器やLSI(Large Scale Integration)テスタなどで用いられ、高精度なリミット電流がソース/シンク別々の値をなす電流リミッタ付き増幅回路に関する。 The present invention relates to an amplifier circuit with a current limiter that can operate quickly and has high output current stability. In particular, the present invention is used in a voltage generator, an LSI (Large Scale Integration) tester, and the like. It is related with the amplifier circuit with the current limiter which makes the value of.
一般に、増幅器は正確なゲインを得るために出力電圧を検出してフィードバックをかけ、入力電圧との誤差を補正している。しかし、いったん過電圧が加えられた場合には、部品の破損を防止するため出力電流の電流値を制限することが必要とされる。このため、電流リミット機能が付加された増幅器が必要とされる。この様な電流リミッタ付き増幅回路の文献としては特許文献1のようなものが存在する。
In general, an amplifier detects an output voltage and applies feedback in order to obtain an accurate gain, and corrects an error from the input voltage. However, once an overvoltage is applied, it is necessary to limit the current value of the output current in order to prevent damage to the components. For this reason, an amplifier to which a current limit function is added is required. As a document of such an amplifier circuit with a current limiter, there is one as disclosed in
以下、従来の電流リミッタ付き増幅回路について図2を参照して説明する。図2は従来の電流リミッタ付き増幅回路の一実施例を示す構成図である。電流リミッタ付き増幅回路10は、フィードバック方式を採用した電流リミッタ付き増幅回路であり、電源端子P1、P2を介して正電源VCC及び負電源VEEに接続されている。また、電流リミッタ付き増幅回路10の入力は入力端子INを介して入力電圧源20に接続され、入力電圧源20が発生する入力電圧Viを一定のゲインで増幅する。さらに、電流リミッタ付き増幅回路10の出力は出力端子OUTを介して負荷30に接続されている。 Hereinafter, a conventional amplifier circuit with a current limiter will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a conventional amplifier circuit with a current limiter. The amplifier circuit 10 with a current limiter is an amplifier circuit with a current limiter that employs a feedback method, and is connected to a positive power supply VCC and a negative power supply VEE via power supply terminals P1 and P2. The input of the amplifier circuit 10 with current limiter is connected to the input voltage source 20 via the input terminal IN, and amplifies the input voltage Vi generated by the input voltage source 20 with a constant gain. Further, the output of the amplifier circuit 10 with a current limiter is connected to the load 30 via the output terminal OUT.
電流リミッタ11は電流リミッタ付き増幅回路10に内蔵され、出力電流Ioを所定の電流値以下に制限する。 The current limiter 11 is built in the amplifier circuit 10 with a current limiter, and limits the output current Io to a predetermined current value or less.
次に、図2の動作を説明する。まず、出力電流Ioが小さい場合の動作を説明する。この場合電流リミッタ11は動作せず、電流リミッタ付き増幅回路10は入力電圧Viを一定のゲインで増幅した電圧を出力電圧Voとして負荷30を駆動する。この際、電流リミッタ付き増幅回路10は、ゲインを正確にするために、出力電圧Voを検出してフィードバックし、入力電圧Viとの誤差を補正制御している(フィードバックループモード)。 Next, the operation of FIG. 2 will be described. First, the operation when the output current Io is small will be described. In this case, the current limiter 11 does not operate, and the amplifier circuit 10 with the current limiter drives the load 30 using the voltage obtained by amplifying the input voltage Vi with a constant gain as the output voltage Vo. At this time, the amplifier circuit 10 with a current limiter detects and feeds back the output voltage Vo in order to make the gain accurate, and corrects and controls an error from the input voltage Vi (feedback loop mode).
入力電圧Viを増加した場合の動作について説明する。この場合、出力電圧Voも入力電圧Viの増加に伴って増加する。また、出力電流Ioも出力電圧Voに比例して大きくなるが、リミット電流に達した場合、電流リミッタ11に形成された図示しない電流検出回路がフィードバックループモードの切替を行なう。そして、電流リミッタ付き増幅回路10の出力は自動的に定電流制御モードとなり、電流リミッタ11が動作して出力電流が制限される。つまり、フィードバックループモードから定電流制御モードに移行する際には、出力電圧を検出して入力にフィードバックするループを、出力電流を検出してフィードバックするループに切り替える動作が必要とされる。 The operation when the input voltage Vi is increased will be described. In this case, the output voltage Vo also increases as the input voltage Vi increases. The output current Io also increases in proportion to the output voltage Vo. However, when the limit current is reached, a current detection circuit (not shown) formed in the current limiter 11 switches the feedback loop mode. Then, the output of the amplifier circuit 10 with the current limiter automatically enters the constant current control mode, and the current limiter 11 operates to limit the output current. That is, when shifting from the feedback loop mode to the constant current control mode, it is necessary to switch the loop that detects the output voltage and feeds back to the input to the loop that detects and feeds back the output current.
次に、この状態から入力電圧Viを減少させた場合の動作について説明する。出力電流Ioがリミット電流を下回る条件になると、電流リミッタ11に形成された電流検出回路がフィードバックループモードへの切替を行い、電流リミッタ11はオフ状態となる。 Next, the operation when the input voltage Vi is decreased from this state will be described. When the output current Io is less than the limit current, the current detection circuit formed in the current limiter 11 switches to the feedback loop mode, and the current limiter 11 is turned off.
しかしながら従来の電流リミッタ付き増幅回路には以下のような問題点があった。すなわち、出力電圧を検出してフィードバックしているループを、出力電流を検出しフィードバックするループに切り替える動作が必要とされるので、電流リミッタの切替動作の応答時間が遅い。また、リミット電流ぎりぎりの場合、モードの切替が周期的に発生する他、フィードバックループモードと定電流制御モードの双方で位相余裕を確保する複雑な設計が必要とされるので、切替動作時に出力電流Ioが不安定になる場合がある。 However, the conventional amplifier circuit with a current limiter has the following problems. That is, since the operation of switching the loop that detects and feeds back the output voltage to the loop that detects and feeds back the output current is required, the response time of the switching operation of the current limiter is slow. In the limit current limit mode, mode switching occurs periodically, and a complicated design that ensures phase margin in both the feedback loop mode and constant current control mode is required. Io may become unstable.
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、フィードバックループモードと定電流制御モードの切替動作を不要とし、迅速に動作可能で、出力電流の安定性が高い電流リミッタ付き増幅回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and does not require a switching operation between the feedback loop mode and the constant current control mode, can operate quickly, and has a high output current stability. The purpose is to provide.
このような課題を達成するために請求項1記載の発明は、
入力電圧を増幅して出力電圧を負荷に印加する増幅器を備え、前記増幅器の出力電流を所定値に制限する電流リミッタ付き増幅回路において、
前記増幅器の正電源端子と負電源端子の間に接続されたフローティング電源と、
前記フローティング電源に接続されたダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジを駆動する電流供給手段を備え、
前記出力電圧の変動によって前記出力電流が前記電流供給手段の電流値に達したとき、前記ダイオードブリッジの整流作用により、前記出力電流の電流値を前記電流供給手段の電流値と等しく制限する。
In order to achieve such a problem, the invention described in
In an amplifier circuit with a current limiter that amplifies an input voltage and applies an output voltage to a load, and limits the output current of the amplifier to a predetermined value,
A floating power supply connected between a positive power supply terminal and a negative power supply terminal of the amplifier;
A diode bridge connected to the floating power supply;
Comprising current supply means for driving the diode bridge;
When the output current reaches the current value of the current supply means due to the fluctuation of the output voltage, the current value of the output current is limited to be equal to the current value of the current supply means by the rectifying action of the diode bridge.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電流リミッタ付き増幅回路において、
前記電流供給手段は、前記ダイオードブリッジに電流を流しこむ第1の定電流源と、
前記ダイオードブリッジから電流を流し出す第2の定電流源と
を備える。
The invention described in claim 2 is an amplifier circuit with a current limiter according to
The current supply means includes a first constant current source for supplying a current to the diode bridge;
And a second constant current source for supplying current from the diode bridge.
請求項3記載の発明は、
入力電圧を増幅した出力電圧を負荷に印加し出力電流を供給する増幅器と、
前記増幅器の正電源端子と負電源端子の間に接続されたフローティング電源と、
カソードが前記フローティング電源に接続された第1のダイオードと、
前記第1のダイオードのカソードと前記フローティング電源の接続点にアノードが接続された第2のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードにアノードが接続され、カソードが接地端子に接続された第3のダイオードと、
前記第3のダイオードのカソードと接地端子の接続点にアノードが接続され、カソードが前記第2のダイオードのカソードに接続された第4のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードと前記第3のダイオードのアノードの接続点に一定の電流を流しこむ第1の定電流源と、
前記第2のダイオードのカソードと前記第4のダイオードのカソードの接続点から一定の電流を流し出す第2の定電流源とを具備し、前記増幅器の出力電流の吐き出し電流の最大値が前記第1の定電流源の電流値に制限され、前記増幅器の出力電流の吸い込み電流の最大値が前記第2の定電流源の電流値に制限されるように構成される。
The invention described in claim 3
An amplifier for supplying an output current by applying an output voltage obtained by amplifying the input voltage to a load;
A floating power supply connected between a positive power supply terminal and a negative power supply terminal of the amplifier;
A first diode having a cathode connected to the floating power source;
A second diode having an anode connected to a connection point of the cathode of the first diode and the floating power supply;
A third diode having an anode connected to an anode of the first diode and a cathode connected to a ground terminal;
A fourth diode in which an anode is connected to a connection point between the cathode of the third diode and a ground terminal, and the cathode is connected to the cathode of the second diode;
A first constant current source for supplying a constant current to a connection point between the anode of the first diode and the anode of the third diode;
And a second constant current source for supplying a constant current from a connection point between the cathode of the second diode and the cathode of the fourth diode, and the maximum value of the output current of the amplifier output current is the first constant current source. It is limited to the current value of one constant current source, and the maximum value of the sink current of the output current of the amplifier is limited to the current value of the second constant current source.
本発明では、次のような効果がある。
増幅器の出力電流が電流供給手段の電流値と等しくなったとき、この増幅器とは独立した電位に接続されたダイオードブリッジの整流作用により、出力電流の電流値を電流供給手段の電流値と等しく制限するので、フィードバックループモードと定電流制御モードの切替が無く、迅速に動作可能で、安定性が高い電流リミッタ付き増幅回路を提供することができる。
The present invention has the following effects.
When the output current of the amplifier becomes equal to the current value of the current supply means, the current value of the output current is limited to be equal to the current value of the current supply means by the rectifying action of the diode bridge connected to a potential independent from this amplifier. Therefore, there is no switching between the feedback loop mode and the constant current control mode, and an amplifier circuit with a current limiter that can operate quickly and has high stability can be provided.
以下、本発明の電流リミッタ付き増幅回路の構成例について図1を参照して説明する。 Hereinafter, a configuration example of an amplifier circuit with a current limiter according to the present invention will be described with reference to FIG.
図1は本発明に係る電流リミッタ付き増幅回路の一実施例を示す構成図である。電流リミッタ付き増幅回路100は、増幅器110、フローティング電源111〜112、ダイオード120〜123、定電流源124〜125を備える。増幅器110は、入力端子INに入力電圧源130が接続され、出力端子に負荷140が接続され、入力電圧源130が発生する入力電圧Viを一定のゲインで増幅して負荷140を駆動する。増幅器110の正電源電位V+及び負電源電位V−にはそれぞれフローティング電源111の正極、フローティング電源112の負極が接続されているが、これらの電源のグランドは図示されたグランドとは絶縁されているものとする。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an amplifier circuit with a current limiter according to the present invention. The amplifier circuit 100 with a current limiter includes an
ダイオード120〜123はダイオードブリッジを構成する。定電流源124は、端子P1を介して正電源VCCに接続され、ダイオード120〜123に電流を流し込むように供給する。定電流源125は、端子P2を介して負電源VEEに接続され、ダイオード120〜123から電流を吐き出すように接続される。また、ダイオード120のカソードは接続点Pでフローティング電源111の負極及びフローティング電源112の正極と接続され、ダイオード122のカソードは端子P3を介して接地されている。
The diodes 120 to 123 constitute a diode bridge. The constant
次に、図1の動作について説明する。入力電圧Viが増幅器110に入力されると、一定のゲインで増幅された出力電圧Voが出力端子OUTに出力され、負荷140に出力電圧Voに対応した出力電流Ioが流れる。そして、増幅器110の入力バイアス電流が十分小さい場合には、出力電流Ioは増幅器110の電源端子V+又はV−を介してフローティング電源111又は112を流れ、最終的には図1の接続点Pを流れる電流Ipとなる。すなわち、
Ip=Io
となる。
Next, the operation of FIG. 1 will be described. When the input voltage Vi is input to the
Ip = Io
It becomes.
入力電圧Viの電位を上昇させた場合の動作について説明する。入力電圧Viの電位が上昇した場合、出力電圧Voもそれにつれて上昇する。出力電流Ioも出力電圧Voに比例して大きくなる。出力電圧Voが正の電圧の場合、出力電流Ioも正の値(ソース)となる。出力電圧Voがさらに上昇して出力電流Ioが定電流源124の電流値I1に等しくなったとき、ダイオードブリッジの動作により接続点Pの電位Vpが下がり始める。これにつれて、増幅器110の正電源電位V+も下がり、出力電圧に近づく。この様にして増幅器の出力段が正電源側に飽和した状態が作られ、これ以上入力電圧Viを上昇させても出力電圧Voは上昇せず、出力電流Io=I1で電流リミット動作が維持される。
An operation when the potential of the input voltage Vi is increased will be described. When the potential of the input voltage Vi increases, the output voltage Vo also increases accordingly. The output current Io also increases in proportion to the output voltage Vo. When the output voltage Vo is a positive voltage, the output current Io is also a positive value (source). When the output voltage Vo further increases and the output current Io becomes equal to the current value I1 of the constant
入力電圧Viの電位を低下させた場合の動作について説明する。入力電圧Viが低下し負の値となった場合は、出力電圧Voも負となるので、出力電流Ioも負の値(シンク)となる。出力電圧Voがさらに低下して出力電流Ioの絶対値が定電流源125の電流値I2に等しくなったとき、ダイオードブリッジ(120〜123)の動作により接続点Pの電位Vpが上がり始める。これにつれて、増幅器110の負電源電位V−も上がり、出力電圧に近づく。こうして増幅器110の出力段が負側に飽和した状態が作られる。これ以上入力電圧Viを低下させても出力電圧Voは低下せず、出力電流Io=I2で電流リミット動作が維持される。
An operation when the potential of the input voltage Vi is lowered will be described. When the input voltage Vi decreases and becomes a negative value, the output voltage Vo also becomes negative, so the output current Io also becomes a negative value (sink). When the output voltage Vo further decreases and the absolute value of the output current Io becomes equal to the current value I2 of the constant current source 125, the potential Vp at the connection point P starts to rise due to the operation of the diode bridge (120 to 123). As a result, the negative power supply potential V− of the
このように、増幅器110の出力電圧の変動によって出力電流が定電流源124〜125の電流値と等しくなったとき、この増幅器110とは独立したグランドに接地されたダイオードブリッジ(120〜123)の整流作用により、出力電流の電流値を定電流源124〜125の電流値I1又はI2と等しく制限するので、フィードバックループモードと定電流制御モードの切替が無く、迅速に動作可能で、安定性が高い電流リミッタ付き増幅回路を提供することができる。
As described above, when the output current becomes equal to the current value of the constant
また、本実施例では、出力電流を検出してフィードバックするのではなく、電源電流I1、I2を直接ダイオードブリッジ(120〜123)で制限するので、電流リミッタのために増幅器110内部に複雑な機構を用意する必要が無く、増幅器110にはいかなる既製の増幅器を用いても差し支えない。特に市販の高速のモノリシックIC等に出力電流制限をかけたいときには最適といえる。
In the present embodiment, the output current is not detected and fed back, but the power source currents I1 and I2 are directly limited by the diode bridge (120 to 123), so that a complicated mechanism is provided inside the
さらに、仮にダイオードブリッジ(120〜123)のダイオードの順方向電圧のマッチングが悪く電源電位が多少ずれても出力電圧精度には影響がなく、しかもリミット電流の精度にも影響がないので、ダイオードブリッジ(120〜123)に特別精度の良いものは必要なく、逆方向漏れ電流が小さいものを選定すれば十分である。 Furthermore, if the forward voltage matching of the diodes in the diode bridge (120 to 123) is poor and the power supply potential is slightly shifted, the output voltage accuracy is not affected, and the limit current accuracy is not affected. (120 to 123) is not required to have a particularly high precision, and it is sufficient to select one having a small reverse leakage current.
なお、本実施例ではフローティング電源111〜112を用いたが、これらの替わりにDC−DCコンバータを使用しても差し支えない。また、定電流源124〜125にD/Aコンバータを使用して図示しない制御プログラムにより制御しても差し支えない。
In this embodiment, the floating power supplies 111 to 112 are used, but a DC-DC converter may be used instead. Further, the constant
また、接地端子P3の接地電位は、増幅器110の出力電圧、リミット電流の精度に影響がないので、必ずしもグランド電位である必要はなく、正または負の適当な電位に接続してもよい。ようするに、ダイオードブリッジ(120〜123)の動作により増幅器のグランドが振られないように互いに独立していれば良い。
The ground potential of the ground terminal P3 does not necessarily affect the accuracy of the output voltage and limit current of the
100 電流リミッタ付き増幅回路
110 増幅器
111〜112 フローティング電源
120〜123 ダイオード
124〜125 定電流源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Amplifier circuit with
Claims (3)
前記増幅器の正電源端子と負電源端子の間に接続されたフローティング電源と、
前記フローティング電源に接続されたダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジを駆動する電流供給手段を備え、
前記出力電圧の変動によって前記出力電流が前記電流供給手段の電流値に達したとき、前記ダイオードブリッジの整流作用により、前記出力電流の電流値を前記電流供給手段の電流値と等しく制限することを特徴とする電流リミッタ付き増幅回路。 In an amplifier circuit with a current limiter that amplifies an input voltage and applies an output voltage to a load, and limits the output current of the amplifier to a predetermined value,
A floating power supply connected between a positive power supply terminal and a negative power supply terminal of the amplifier;
A diode bridge connected to the floating power supply;
Comprising current supply means for driving the diode bridge;
When the output current reaches the current value of the current supply means due to the fluctuation of the output voltage, the current value of the output current is limited to be equal to the current value of the current supply means by the rectifying action of the diode bridge. Amplifying circuit with current limiter.
前記ダイオードブリッジから電流を流し出す第2の定電流源と
を備えることを特徴とする請求項1記載の電流リミッタ付き増幅回路。 The current supply means includes a first constant current source for supplying a current to the diode bridge;
The amplifier circuit with a current limiter according to claim 1, further comprising: a second constant current source that supplies current from the diode bridge.
前記増幅器の正電源端子と負電源端子の間に接続されたフローティング電源と、
カソードが前記フローティング電源に接続された第1のダイオードと、
前記第1のダイオードのカソードと前記フローティング電源の接続点にアノードが接続された第2のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードにアノードが接続され、カソードが接地端子に接続された第3のダイオードと、
前記第3のダイオードのカソードと接地端子の接続点にアノードが接続され、カソードが前記第2のダイオードのカソードに接続された第4のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードと前記第3のダイオードのアノードの接続点に一定の電流を流しこむ第1の定電流源と、
前記第2のダイオードのカソードと前記第4のダイオードのカソードの接続点から一定の電流を流し出す第2の定電流源とを具備し、前記増幅器の出力電流の吐き出し電流の最大値が前記第1の定電流源の電流値に制限され、前記増幅器の出力電流の吸い込み電流の最大値が前記第2の定電流源の電流値に制限されるように構成された電流リミッタ付き増幅
回路。 An amplifier for supplying an output current by applying an output voltage obtained by amplifying the input voltage to a load;
A floating power supply connected between a positive power supply terminal and a negative power supply terminal of the amplifier;
A first diode having a cathode connected to the floating power source;
A second diode having an anode connected to a connection point of the cathode of the first diode and the floating power supply;
A third diode having an anode connected to an anode of the first diode and a cathode connected to a ground terminal;
A fourth diode in which an anode is connected to a connection point between the cathode of the third diode and a ground terminal, and the cathode is connected to the cathode of the second diode;
A first constant current source for supplying a constant current to a connection point between the anode of the first diode and the anode of the third diode;
And a second constant current source for supplying a constant current from a connection point between the cathode of the second diode and the cathode of the fourth diode, and the maximum value of the output current of the amplifier output current is the first constant current source. An amplifier circuit with a current limiter, which is limited to a current value of one constant current source, and is configured such that a maximum value of a sink current of an output current of the amplifier is limited to a current value of the second constant current source.
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