JPH0635559A - 定電流回路 - Google Patents

定電流回路

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JPH0635559A
JPH0635559A JP4213354A JP21335492A JPH0635559A JP H0635559 A JPH0635559 A JP H0635559A JP 4213354 A JP4213354 A JP 4213354A JP 21335492 A JP21335492 A JP 21335492A JP H0635559 A JPH0635559 A JP H0635559A
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JP
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circuit
current
temperature characteristic
transistor
voltage
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JP4213354A
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Kozo Suzuki
康三 鈴木
Takashi Nagaiwa
孝 永岩
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Toko Inc
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Toko Inc
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26Current mirrors
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷に流れる電流の電流値と温度特性の設定
を、互いに独立して設定できるようにする。 【構成】 バンドギャップ・リファレンス回路14に接
続された温度特性設定回路15Aの出力側と電圧フォロ
ワ回路16の出力側を制御抵抗R12に接続する。 【効果】 負荷13に流れる電流I0 の温度特性はバン
ドギャップ・リファレンス回路14及び温度特性設定回
路15Aによって設定され、その電流値は制御抵抗R1
2によって設定される。電流I0 の温度特性と電流値は
互いに独立して設定できるようになるため、回路の設計
が簡略化され、電流値と温度特性を高精度で設定でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】例えばパワーデバイスのように温
度上昇によって回路に流れる電流が増大し、熱暴走を起
こす恐れのある負荷には負の温度特性を示す電流を供給
するというように、温度変化に対して負荷回路に供給す
る電流の電流値を増減させるような温度補償型の定電流
回路において、負荷に流れる電流の電流値と温度特性の
設定を容易にした定電流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】その回路の持つ温度係数で電流値が変化
する、従来の定電流回路の一例を図5に示す。この定電
流回路は、バンドギャップ・リファレンス回路54と接
続された温度特性設定回路55の出力端に電圧フォロワ
回路56を接続し、負荷53に対して直列に接続された
制御抵抗R52に電圧フォロワ回路56の出力端が接続
されている。
【0003】バンドギャップ・リファレンス回路54
は、半導体のバンドギャップ電圧を利用したバイアス回
路であり、PNP型の第1トランジスタQ51及び第2
トランジスタQ52と、NPN型の第3トランジスタQ
53及び第4トランジスタQ54と、抵抗R51より構
成される。第1トランジスタQ51と第3トランジスタ
Q53のコレクタを接続し、第3トランジスタQ53の
エミッタに抵抗R51を接続した直列回路と、第2トラ
ンジスタQ52と第4トランジスタQ54のコレクタを
接続した直列回路を入力端子57a、57b間に並列に
接続してある。第1トランジスタQ51と第2トランジ
スタQ52のベースは互いに接続され、さらに第1トラ
ンジスタQ51のベースとコレクタが接続される。第3
トランジスタQ53と第4トランジスタQ54のベース
は互いに接続され、さらに第4トランジスタQ54のベ
ースとコレクタが接続される。
【0004】温度特性設定回路55は、バンドギャップ
・リファレンス回路の持つ温度係数を受け、定電流回路
から出力する電流の温度特性を設定する回路であり、P
NP型の第5トランジスタQ55、スイッチSW51、
抵抗R54、ダイオードD51より構成される。第5ト
ランジスタQ55は、エミッタが入力端子57aに接続
され、ベースがバンドギャップ・リファレンス回路54
の第1トランジスタQ51及び第2トランジスタQ52
のベースと接続されてカレントミラー回路を形成する。
第5トランジスタQ55のコレクタは切換スイッチSW
51の可動接点と接続され、スイッチSW51の一方の
固定接点には抵抗R54が、もう一方の固定接点にはダ
イオードD51が接続され、抵抗R54及びダイオード
D51の他端は、入力端子57bに接続される。
【0005】電圧フォロワ回路56は、制御抵抗R52
の両端の電圧を一定に保つための回路であり、増幅器5
2の反転入力端子と出力端子が接続され、さらに出力端
子は制御抵抗R52と接続され、非反転入力端子が温度
特性設定回路55の第5トランジスタQ55のコレクタ
と接続して構成される。
【0006】V1 は温度特性設定回路55の第5トラン
ジスタQ55のコレクタに現れ、電圧フォロワ回路56
に入力される電圧であり、I0 は出力端子58a、58
bに接続される負荷53に流れる電流、I1 は温度特性
設定回路55に流れる電流である。
【0007】先ず、温度特性設定回路55の切換スイッ
チSW51を抵抗R54側へ接続した場合の回路の動作
を説明する。
【0008】バンドギャップ・リファレンス回路54の
第1トランジスタQ51及び第2トランジスタQ52と
温度特性設定回路55の第5トランジスタQ55はカレ
ントミラー回路を形成しているので、第2トランジスタ
Q52と第5トランジスタQ55に流れる電流は等し
い。従って、バンドギャップ・リファレンス回路54を
流れる電流から、温度特性設定回路55の第2トランジ
スタQ52を流れる電流I1 は次式で求めることができ
る。 I1 =(VT /Ra )ln N (1) ここで、Ra は抵抗R51の抵抗値、Nは第3トランジ
スタQ53と第4トランジスタQ54のエミッタ面積の
比である。VT は熱電圧と呼ばれ、 VT =KT/q (2) で表される定数で、Kはボルツマン定数、Tは絶対温
度、qは電荷量を示し、およそ26mV/27℃であ
る。
【0009】上記の式(1)、式(2)より、電流I1
は比例項として正の温度係数を有する熱電圧VT を内在
させているので正の温度特性を示すことがわかる。抵抗
R54に正の温度特性を示す電流I1 が流れるので、や
はり正の温度特性を示す電圧V1 が電圧フォロワ回路5
6を介して制御抵抗R52に加えられる。制御抵抗R5
2は負荷53と直列に接続されているので、負荷53に
流れる電流I0 は制御抵抗R52と電圧V1 によって決
定され、正の温度特性を示すことになる。
【0010】温度特性設定回路55の切換スイッチSW
51をダイオードD51側へ接続した場合の回路の動作
は、電流I1 が正の温度特性を示すことまではスイッチ
SW51を抵抗R54側へ接続した場合と同じである
が、一般にダイオード素子の抵抗は負の温度特性を示
す。式(1)及び式(2)により示された電流I1 に内
在されている熱電圧VT の持つ正の温度係数よりもダイ
オードD51の抵抗の持つ負の温度係数の方が大きけれ
ば、電圧V1 は負の温度特性を示すようになる。従っ
て、負荷53に流れる電流I0 は負の温度特性を示す。
【0011】このように、図5に示す従来の定電流回路
では、その回路に接続される負荷の特性に合わせて負荷
に流れる電流の温度特性を選択し、設定する事が可能で
あった。しかし、電流I0 の温度特性及び電流値は、温
度特性設定回路55からの電圧V1 及び制御抵抗R52
によって決定される。従って、電流I0 の電流値と温度
特性は互いに独立して設定させることはできないといっ
た問題点が存在した。そのため、所望の電流値、温度特
性を得るための回路設計が面倒であり、また電流値、温
度特性の設定精度にも限界があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
鑑みなされたもので、負荷に流れる電流の電流値と温度
特性の設定を互いに独立して設定できるようにし、回路
の設計を簡略化でき、さらに電流値と温度特性を高精度
で設定できるようにした定電流回路を提供することを目
的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、バンドギャッ
プ・リファレンス回路に接続された温度特性設定回路の
出力端と電圧フォロワ回路の出力端を制御抵抗に接続し
た構成により、温度特性設定回路からの出力電流で負荷
に流れる電流の温度特性を設定し、制御抵抗の抵抗値で
負荷に流れる電流の電流値を設定できることを特徴とす
る。
【0014】
【実施例】図1に、本発明の一実施例である定電流回路
の回路図を示す。バンドギャップ・リファレンス回路1
4に接続された温度特性設定回路15Aの出力端を電圧
フォロワ回路16の出力端と接続し、さらに電圧フォロ
ワ回路16の出力端は負荷に直列接続された制御抵抗R
12に接続されている。
【0015】バンドギャップ・リファレンス回路14
は、PNP型の第1トランジスタQ11及び第2トラン
ジスタQ12と、NPN型の第3トランジスタQ13及
び第4トランジスタQ14と、抵抗R11より構成さ
れ、回路の接続構成は図5のバンドギャップ・リファレ
ンス回路54と同一である。
【0016】温度特性設定回路15AはPNP型の第5
トランジスタQ15で構成され、第5トランジスタQ1
5のエミッタは入力端子17aと接続され、ベースはバ
ンドギャップ・リファレンス回路14の第1トランジス
タQ11及び第2トランジスタQ12のベースと接続さ
れてカレントミラー回路を形成しており、コレクタは電
圧フォロワ回路16の出力端及び制御抵抗R12と接続
される。
【0017】電圧フォロワ回路16は増幅器12と基準
電圧源11より構成され、増幅器12の非反転端子は基
準電圧源11の高電位側に接続され、反転端子と出力端
子が接続され、さらに出力端子は温度特性設定回路15
Aの出力端及び制御抵抗R12と接続され、基準電圧源
11の低電位側は入力端子17bと接続される。
【0018】VE は基準電圧源11の電圧、I2 は温度
特性設定回路15Aから出力される電流、I0 は出力端
子18a、18bに接続される負荷13に流れる電流で
ある。
【0019】温度特性設定回路15Aの第5トランジス
タQ15は、バンドギャップ・リファレンス回路14の
第1トランジスタQ11及び第2トランジスタQ12と
カレントミラー回路を形成している。そのため、温度特
性設定回路15Aから出力される電流I2 は、前記した
式(1)において抵抗R51の抵抗値Ra を抵抗R11
の抵抗値Rb で置き換えることにより求められ、 I2 =(VT /Rb )ln N (3) で表され、正の温度特性を示す。ただし、Nは第3トラ
ンジスタQ13と第4トランジスタQ14のエミッタ面
積の比である。
【0020】電圧フォロワ回路16の増幅器12の非反
転入力端子には基準電圧源11からの電圧VE が入力さ
れているので、制御抵抗R12の両端には常にVE の電
圧が加わる。従って、制御抵抗R12に流れる電流は、
制御抵抗R12の抵抗値をRc とすると(VE /Rc
で表され、温度変化に対して常に一定になる。また、負
荷13に流れる電流I0 と温度特性設定回路15Aから
の出力電流I2 を加え合わせたものが制御抵抗R12に
流れる電流でもあり、電流I0 は次式にて表される。 I0 =(VE /RC )−I2 (4) 上式より、電流I2 が正の温度特性を示すのは前記した
通りであるので、電流I0 は逆に負の温度特性を示すこ
とが分かる。
【0021】以上までに説明した図1の回路構成の定電
流回路では、負荷13に流れる電流I0 は、負の温度特
性を示すことになる。電流I0 に正の温度特性が要求さ
れる場合には、温度特性設定回路15Aの回路構成を図
2の温度特性設定回路15Bのようにすれば良い。
【0022】すなわち、バンドギャップ・リファレンス
回路14の第1トランジスタQ11及び第2トランジス
タQ12とカレントミラー回路を形成する第5トランジ
スタQ15のコレクタに、NPN型の第7トランジスタ
Q17のコレクタを接続する。第7トランジスタQ17
のエミッタは入力端子17bと接続され、ベースはコレ
クタと接続される。第7トランジスタQ17のベース
は、さらに第8トランジスタQ18のベースと接続さ
れ、第7トランジスタQ17と第8トランジスタQ18
はカレントミラー回路を形成する。第8トランジスタQ
18のエミッタは入力端子17bと接続され、コレクタ
は電圧フォロワ回路16の出力側と接続される。
【0023】温度特性設定回路15Aに換えて、以上の
ような回路構成とした温度特性設定回路15Bを用いる
と、式(3)で表される電流I2 が第7トランジスタQ
17及び第8トランジスタQ18に流れる。第8トラン
ジスタQ18と制御抵抗R12は並列接続の状態になっ
ているため、負荷13に流れる電流I0 は、電圧フォロ
ワ回路16と制御抵抗R12によって常に一定となる電
流と第8トランジスタQ18に流れる電流を加え合わせ
たものとなり、 I0 =(VE /RC )+I2 (5) で表すことができる。上式(5)において電流I2 が正
の温度特性を示すことは式(3)にて説明した通りであ
るので、負荷13に流れる電流I0 は正の温度特性を示
すことになる。
【0024】電流I2 の温度特性はバンドギャップ・リ
ファレンス回路14の有する温度係数及び温度特性設定
回路15Aによって決定されるので、負荷13に流れる
電流I0 は、バンドギャップ・リファレンス回路14及
び温度特性設定回路15Aの有する温度特性に依存する
ことになる。また、電流I2 の電流値はバンドギャップ
・リファレンス回路14によって決定され、制御抵抗R
12に流れる電流は基準電圧源11の出力電圧VE と制
御抵抗R12の抵抗値によって容易に決定される。その
ため、負荷に流れる電流I0 の電流値は温度特性設定回
路15Aの温度特性の設定に左右されずに制御抵抗R1
2によって容易に設定することが可能となる。
【0025】図3には本発明の別の実施例である定電流
回路の回路図を示す。温度特性設定回路25の回路構成
以外は、構成要素も回路構成も図1の定電流回路と同じ
である。
【0026】温度特性設定回路25は、PNP型の第5
トランジスタQ25、第7トランジスタQ27及び第8
トランジスタQ28と、NPN型の第6トランジスタQ
26及び第9トランジスタQ29と、抵抗R23〜R2
6と、引き出し端子29a、29b、29cと、接続端
子30より構成される。
【0027】第5トランジスタQ25と第6トランジス
タQ26のコレクタ間に抵抗R23、R24、R25を
直列に接続し、その夫々の抵抗の一端から端子29a、
29b、29cが引き出されている。第5トランジスタ
Q25のエミッタは入力端子27aと接続され、ベース
はバンドギャップ・リファレンス回路24の第1トラン
ジスタQ21及び第2トランジスタQ22のベースと接
続され、バンドギャップ・リファレンス回路24の第1
トランジスタQ21及び第2トランジスタQ22と第5
トランジスタQ25はカレントミラー回路を構成する。
第6トランジスタQ26は、エミッタが入力端子27b
と接続され、ベースとコレクタが接続されて等価的にダ
イオードを形成している。
【0028】PNP型の第7トランジスタQ27と第8
トランジスタQ28のベースを接続してカレントミラー
回路を形成し、第7トランジスタQ27及び第8トラン
ジスタQ28のエミッタは入力端子27aに接続され
る。第8トランジスタQ28のコレクタは、温度特性設
定回路25の出力端として電圧フォロワ回路26の出力
端と接続される。第7トランジスタQ27は、ベースと
コレクタが接続され、さらにコレクタが第9トランジス
タQ29のコレクタと接続される。
【0029】第9トランジスタQ29は、エミッタが抵
抗R26を介して入力端子27bに接続され、ベースに
は接続端子30が設けられている。接続端子30は、抵
抗R23、R24、R25のそれぞれの一端から引き出
された端子29a、29b、29cのいずれかと接続さ
れる構成となっている。
【0030】このような構成を有する回路の動作を以下
に説明する。バンドギャップ・リファレンス回路24と
接続される第5トランジスタQ25には、前記した式
(1)の電流I1 に相当する電流が流れる。そのため、
引き出された端子29a、29b、29cには、それぞ
れの引き出し点より入力端子27b側に接続されている
回路素子の抵抗R23、R24、R25、第6トランジ
スタQ26の抵抗値に第5トランジスタQ25を流れる
電流値を乗じた大きさの電圧が現れる。
【0031】接続端子30と接続された、いずれかの端
子29aか又は29bあるいは29cに現れる電圧が第
9トランジスタQ29を駆動し、その結果、第7トラン
ジスタQ27と第9トランジスタQ29と抵抗R26の
直列回路に電流が流れ、第7トランジスタQ27とカレ
ントミラー回路を構成する第8トランジスタQ28に電
流I3 が流れる。
【0032】第5トランジスタQ25に流れる電流は式
(1)あるいは式(3)で示したように正の温度特性を
示し、第6トランジスタQ26の抵抗値は、等価的にダ
イオードとなっているので負の抵抗温度特性を持つ。端
子29a、29b、29cに現れる電圧の温度特性は、
抵抗R23、R24、R25によって設定され、端子2
9aに現れる電圧の温度特性は特に電流の正の温度特性
の影響を受け、端子29cに現れる電圧の温度特性は特
に第6トランジスタQ26の抵抗値の負の温度特性の影
響を受ける。
【0033】従って、抵抗R23、R24、R25の抵
抗値の設定如何で端子29a、29b、29cに現れる
電圧の温度特性を、三つの端子とも正あるいは負の温度
特性で温度係数が異なるというようにも、端子29aに
現れる電圧の温度特性は正、端子29bに現れる電圧は
温度に依存せずに一定、端子29cに現れる電圧の温度
特性は負というようにも、様々に設定することも可能と
なる。
【0034】例えば、端子29a、29b、29cのう
ち、どれかの端子に現れる電圧を温度に依存せずに一定
となるように抵抗R23、R24、R25の値を設定し
ておき、その温度に依存しない電圧を出力する端子と、
電圧フォロワ回路26の増幅器22の非反転端子を接続
することによって、基準電圧源21を省略することもで
きる。第5トランジスタQ25と第6トランジスタQ2
6のコレクタ間に接続された抵抗は、図3においては、
抵抗R23、R24、R25の3個を用いて説明をして
いるが、その数は特に限定されない。また、抵抗R2
3、R24、R25は固定抵抗を用いて表現しているが
可変抵抗を用いても良い。
【0035】温度特性設定回路25からの出力電流I3
が示す温度特性は、この端子29a、29b、29cに
現れる電圧に依存している。制御抵抗R22に流れる電
流は電圧フォロワ回路26によって常に一定であり、そ
の値は負荷23を流れる電流I0 と温度特性設定回路2
5からの出力電流I3 を加えたものでもある。従って負
荷23に流れる電流I0 は、電流I3 が正の温度特性を
示せば負の温度特性を示し、電流I3 が負の温度特性を
示せば正の温度特性を示すことになる。
【0036】電流I3 の温度特性はバンドギャップ・リ
ファレンス回路24及び温度特性設定回路25の有する
温度係数によって決定されるので、負荷23に流れる電
流I0 はバンドギャップ・リファレンス回路24及び温
度特性設定回路25の温度特性に依存することになる。
電流I3 の電流値はバンドギャップ・リファレンス回路
24及び温度特性設定回路25によって決定され、その
温度特性の設定によって多少の変動を生ずるが、その変
動分が電流I0 に与える影響は制御抵抗R22によって
矯正が可能であり、制御抵抗R22に流れる電流は、基
準電圧源21の出力電圧と制御抵抗R22の抵抗値によ
って容易に決定される。そのため、負荷23に流れる電
流I0 の電流値は制御抵抗R22によって設定すること
が可能となる。
【0037】負荷と制御抵抗が直列に接続された回路構
成で、本発明の実施例を説明したが、このような回路で
は負荷の電位が上昇してしまうことになる。電位の上昇
を避けたい場合には、図4に示すような回路構成とすれ
ば良い。すなわち、制御抵抗R32と入力端子a側との
間に、コレクタが制御抵抗R32と接続されるようにP
NP型のトランジスタQ40を設ける。トランジスタQ
40のベースとコレクタを接続し、さらにトランジスタ
Q40とカレントミラー回路を形成するようにベース及
びエミッタ同士を接続したPNP型のトランジスタQ4
1を設け、トランジスタQ41のコレクタに保護抵抗R
37を介して出力端子38aが接続される。出力端子3
8bは、入力端子b側と接続され、出力端子38a、3
8b間に負荷33が接続される。
【0038】なお、図4においては、制御抵抗R32よ
りも入力端子側に設けられる回路については図示を省略
した。トランジスタQ40には前記した電流I0 に相当
する電流が流れるので、カレントミラー回路を構成する
トランジスタQ41を介して負荷33にも電流I0 に相
当する電流が流れる。
【0039】本発明の実施例の説明において、バンドギ
ャップ・リファレンス回路を第1から第4のトランジス
タで構成した回路にて説明を行ったが、バンドギャップ
電圧を利用したバイアス回路であれば、これに限定され
ることはない。負の抵抗温度特性を持つ素子として、コ
レクタとベースを接続したトランジスタを用いて説明を
行ったが、負の抵抗温度特性を示す素子であれば例えば
ダイオードであっても良く、これに限定されることはな
い。
【0040】
【発明の効果】本発明は、バンドギャップ・リファレン
ス回路に接続された温度特性設定回路の出力端と電圧フ
ォロワ回路の出力端を制御抵抗に接続した構成とするこ
とにより、定電流回路に接続された負荷に流れる電流の
示す温度特性と電流値を、互いに独立して設定できるよ
うにした。このことにより回路の設計が簡略化され、ま
た、定電流回路の出力電流の電流値と温度特性を高精度
で設定できるようになり、低コスト、高品質の温度補償
型の定電流回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定電流回路の一実施例を示す回路図で
ある。
【図2】図1の定電流回路における他の温度特性設定回
路の回路図である。
【図3】本発明の定電流回路の他の実施例を示す回路図
である。
【図4】本発明で負荷を接地する場合の定電流回路の出
力側の回路図である。
【図5】従来の定電流回路を示す回路図である。
【符号の説明】
11 基準電圧源 12 増幅器 13 負荷 14 バンドギャップ・リファレンス回路 15A 温度特性設定回路 16 電圧フォロワ回路 17a 入力端子 17b 入力端子 18a 出力端子 18b 出力端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体のバンドギャップ電圧を利用した
    バイアス回路であるバンドギャップ・リファレンス回路
    と、バンドギャップ・リファレンス回路の持つ温度係数
    を受けて定電流回路の出力電流の温度特性を設定する温
    度特性設定回路と、定電流回路の出力電流の電流値を設
    定する制御抵抗と、制御抵抗の両端の電圧を一定に保つ
    電圧フォロワ回路を具備し、バンドギャップ・リファレ
    ンス回路に接続された温度特性設定回路の出力側と電圧
    フォロワ回路の出力側を制御抵抗に接続したことを特徴
    とする温度補償型の定電流回路。
  2. 【請求項2】 バンドギャップ・リファレンス回路の持
    つ正の温度係数を受けて正の温度特性を示す電流を発生
    するトランジスタ素子と負の抵抗温度特性を示す素子
    を、単数あるいは直列に接続された複数の抵抗を介して
    接続し、該抵抗から引き出される端子に現れる電圧によ
    って出力電流の温度特性が決定される温度特性設定回路
    を具備する請求項1の定電流回路。
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