JPS60191320A - 電流しきい値検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背尿 本発明は，電流しきい値レベルを検出する回路に関する
ものであり，より詳細には，低電流基準信号に関係して
非常に大きな出力電流しきい値を検出する回路に関する
。

電流しきい値検出回路を使用する応用は多く存在する。

例えば、電流検出回路は、所定レベルに維持される振幅
上宿する出力電流を供給する電流調整器として使用する
ことが出来る。もし出力電流に変化があれば、それは電
流しきい値検出器によシ検知または検出され、それによ
シ出力電流を増加成るいは減少するように帰Ｍ信号を与
える。

若し動作電流のレベルが一定のしきい値レベルを超過す
れば、その安全動作が限度を越える可能性のめる他の先
行技術システムが存在する。例えば、数必るうちで直流
モータ制御回路は、自動車用の自動制御窓のような所定
動作全提供する多くの応用に使用される。

モータに供給される負荷電流は、極端な条件のもとでは
、モータの定格を超過することが可能である。このよう
なことが起きれば、モータは損傷するかまたは全く破壊
されつる。以上のことが起きるのｔ防止するため、先行
技術システムは、負荷電流レベルが検出される検出手段
を必要とした。

電流レベルが所定しきい値レベルを超えれば、エラー出
力信号が生じ、これは、負荷電流がしきい値レベル以下
になる時まで、モータｆ：遮断するようにラッチ回路を
セットするであろう。

代表的な先行技術の検出構成は、高負荷電流パス（例え
ばモータを介して）にセンス（検知）抵抗の使用全必要
とした。負荷電流は、演算増幅器によシ監視されるセン
ス抵抗間に発生される電圧を生ずる。演算増幅器の出力
は、演算増幅器の入力における電流レベルが、しきい値
レベルを超過するときにスイッチされ、負荷電流が所定
しきい値レベルより以下まで減少されるまで、負荷を通
断するように、しきい値レベルに島　ラ２．テ回路全付
勢する。

このような先行技術による検出構成の重大なる欠点は、
センス抵抗が高負荷電流パスに配置され。

それが抵抗の中で消費される過大電力金主ずることであ
る。若しセンス抵抗が、集積検出回路の一部として製造
される場合には、この電力消費は。

集積回路チップの望ましくない加熱會与える。更に、セ
ンス抵抗での電力消費はすべて、また望゛ましくない負
荷に対して有効電力を減少させる。

それ故に１以上に述べたような先行技術の構成の欠点全
克服する電流しきい値検出回路に対する必要性が存在す
る。

本発明の要約 したがって本発明の目的は、改良された電流しきい値検
出回路を提供することである。

本発明の他の目的は、低電流基準信号に関連し非常に大
きな出力電流しきい値が検出される電流しきい値検出器
を提供することでおる。

本発明のさらに他の目的は、出力電流のしきい値トリッ
プ点（ｔｒｉｐ　ｐａｉｎｔ　）が、電流検出回路の内
部基準電流の関数となるモノリシック電流検出回路を提
供することである。

本発明のさらに他の目的は、出力電流レベルを検出し、
他方、出力電流ループの電圧低下を最少にする電流しき
い値検出回路を提供することである。

前述の及び他の目的にもとづき１本発明は、下記の構成
要件を具える。第１．第２比例電流を供給し、こ＼で、
第１電流はトランジスタ回路手段から供給される基準バ
イアス電流の関数でらシ。

第２電流は出力電流の関数であり、第１．第２出力電流
は、電流源の振幅に比例する第１．第２出力において電
圧レベルを発生する複数のトランジスタ回路手段：及び 入力を、供給される夫々の電圧レベル全監視する複数の
トランジスタ回路手段の出力に結合させ。

電流しきい値検出回路の出力において誤差（ｅｒｒｏｒ
）信号を発生する誤差増幅器手段；を具え、それから供
給される出力電流のしきい値レベルを検出する回路を具
える。こ＼で、誤差信号の検知は、出力電流が所定のし
きい値レベルの上下に変化する時に切換えられ、しきい
値レベルの振幅は、誤差増幅器手段により供給される基
準バイアス電流の関数となされる。

好ましい実施例の詳細説明 第１図には１本発明の電流しきい値検出器１゜が図示さ
れる。検出器１ｏは、モノリシック集積回路形式に製造
するのに適し、電源電圧Ｖｏａｋ電源導体１２及び１４
間に受ける。ＮＰＮ　）ランジスタ１６及び１８は、共
通に接続されたベース（制御）電極に関し、それぞれの
エミッタ（第１電極）間の電圧差を設定するトランジス
タ回路手段を構成する。

この電圧差は後で説明するように、端子２４において負
荷手段２２に供給される負荷電流ＩＬの関数である。ト
ランジスタ１６及び１８のベース電極は。

２０において駆動回路（図示せず）にょｐバイアスされ
る。この駆動回路は１例えば、そのコレクターエミッタ
・バスをノード２ｏに接続させたＰＮＰトランジスタよ
り構成され、理解されるように、飽和状態にて動作され
る。

トランジスタ１６及び１８の各エミッタに現われる電圧
は、その入力が複数コレクタＰＮＰトランジスタ２６及
び２８のエミッタに対庖する誤差増幅器２５の入力にお
いて監視される。誤差増幅器２５は。

差動−シングルエンド（ｄｉｆｆｅｒｓ％ｔｉａｌ　−
ｔｏ　−ｓｉｎｇｌｅ　ｅｎｄｅｄ　）出力を有する演
算増幅器形式で必る。トランジスタ２６及び２８は、各
ベース電極全共通に基準電流源３０に接続させる。電流
源５０は、また、トランジスタ２６及び２８の各コレク
タに結合される。この両トランジスタの他のコレクタは
、演算増幅器の差動−シングルエンド（ｄｉｆｆｉｒａ
ｎｔｔａｌ−１ｏ−ｓｉｎｇｌｅ　ｅｔｖｈｄ）出力全
形成するＮＰＮ　）ランジスタ３２及び６４の各コレク
タに直列に接続される。誤差増幅器２５の出力は、５４
′において取出される。

図示のとおシ、トランジスタ１６は、トランジスタ１８
のエミッタ面積（α９−＃α）のＮ倍のエミッタ面積金
有する。ただしＮは正数。同様に一般の場合。

ダイオード接続トランジスタ６４のエミッタは、トラン
ジスタ６２のエミッタ面積よ＃）Ｍ倍大きい面積を有す
るとして示される。ただしＭは正数。

動作中には、検出器１０は出力６４′において誤差信号
を発生し、その方向は負荷電流ＩＬの振幅（ｍａｇｎｉ
ｈｂｄａ　）の関数である。ＩＬの振幅が所定しきい値
の振幅よシ小さい場合には、誤差信号の方向は正で必シ
、電流は誤差増幅器２５よｐ出力３４′へ供給される。

逆にＩＬがしきい値より大きければ。

誤差増幅器２５は、出力３４′において電６ｆｃ　ｋ吸
い込まれるようにさせる傾向にある。ただし誤差信号方
向は負。ＩＬの振幅がしきい値に等しい場合、検出回路
１０の平衡状態又はトリップ点において、誤差信号は出
力６４′において供給されないしまた吸い込みもなされ
ない。

検出器１０が誤差信号を発生する方法が、いま説明され
る。説明の目的で、検出器１０は平衡状態にあると仮定
しよう。更に１面積比（αｒｅａ　ｒａｔｉｏ　）係数
Ｍは１に等しく、それにより）ランジスタ３２及び３４
は整合デバイスであると仮定する。平衡状態では、複数
（ｍｕｌｔｉｐｌｅ　）　）ランジスタ回路手段を形成
するトランジスタ１６及び１８のエミ、り電圧は。

そのベース電極に対し各々等電位で必る。この状態では
、トランジスタ１Ｂは、電流源３０に必要とされる電流
Ｚａｎｒｔ＋誤差増幅器２５の１人力であるトランジス
タ２８のエミッタに供給する。電流ＺＲｇｉｊ、、）ラ
ンジスタ１６のベース−エミッタ間に発生されるベース
−エミッタ電圧降下をトランジスタ１８間にも発生する
。かくしてトランジスタ１６のエミ、りから電流Ｉが流
れ、平衡状態において１次式に等しくなる。

１　＝Ｎｘ　ＩＢＢｐ　（ｔ） トランジスタ２６及び２８はまた。平衡状態において整
合デバイスであるから、これらのトランジスタは、同一
電流を導通するでおろう。その理由は。

各々のエミッタは、同一電位にあ勺、各々のベースは共
通に接続されているからである。それ故に。

電流Ｉ凹Ｆはトランジスタ２６ヲ介してトランジスタ１
６から供給される。更に、平衡状態において。

負荷電流は次の値に等しい。

ＩＬ＝１−１ＢＥＦ　（２） ＩＬ　＝　ＩＲＦＩＦ＜Ｎ−１）　（３）従って、検出
器１０が状態を変える負荷電流のしきい値レベルは、基
準バイアス電流ＩＲＥＦの関数でらる。例、ｔば＋　Ｉ
ＲＢＦがプロゲラｌマプルである場合いかなる望ましい
しきい値レベルも１本発明の使用者によってセットする
ことが出来る。

さらに、トランジスタ２６及び２８のコレクタ面積が等
しけれは、電流ＩＲＢＦ／２が各々から流れるであろう
。トランジスタ２８のコレクタより流れる電流は、ダイ
オード接続のトランジスタ３４にょシ吸い込まれる。そ
れ故に、トランジスタ３２は、トランジスタ２６よシ供
給される等振幅の電流を強制的に吸込むようにするであ
ろう。従って、トランジスタ２６よ電流れる有効電流の
すべては、トランジスタ６２によシ吸込まれるから、誤
差電流は出力３４′において、供給も吸込みもなされな
い。

トランジスタ２６及び２８のエミッタに流れる電流の和
はＩＲＥＦに等しいが、これら２電流の比は。

負荷手段２２によシ供給される負荷電流ＩＬの関数でお
る。例えば９式２のしきい値よシ小さいＩＩ、の値では
、トランジスタ２６のエミッタの電圧は、トランジスタ
２８のエミッタの電圧よシ大きくなるであろう。従って
、トランジスタ２６はトランジスタ２８よシはげしく導
通する。従って、電流源６ｏによシ供給される基準バイ
アス電流の総和の大部分は、トランジスタ２６によシ供
給される。何となれは、デバイスは整合しておシ、トラ
ンジスタ２６よりトランジスタ３２に流れるコレクタ電
流は、トランジスタ２８よｐトランジスタ３４に供給さ
れるよシも大きくなるからである。ここで、トランジス
タ３４及び６２の電流ミラー作用（倶ｔｒｒｏｒ改ａｔ
ｔｏ耐によシ、過剰電流は出力６４′において利用でき
る。

したがってｌ　ＩＬがしきい位置よシ大きくなれば。

トランジスタ２８のエミッタ電圧は、トランジスタ２６
のエミッタ電圧よシも更に正となる。トランジスタ２８
はそこでトランジスタ２６よシはげしく導通し、トラン
ジスタ２６よ電流れるコレクタ電流よシ大きいコレクタ
電流をトランジスタ２８から流す。

そこで、トランジスタ６２は飽和状態に１凱出力３４′
における正味の電流は負、即ち、電流は出力に流れる傾
向となる。

すでに述べたように、検出器１０は応用例の一つでは電
流しきい値検出器として使用可能である。

この応用では、負荷電流が所定しきい値を越し。

例えば、過負荷状態を指示すべき時は常に、負荷電流は
基準電流に関し出力において出力信号を生ずるように検
出される。誤差信号または過負荷指示信号は、そこで負
荷を介する電流全遮断し、または、減少するように使用
されうる。例えば負荷２２はモータとすれば、出力３４
′は、モータを流れる電流の導通を制御する論理制御回
路を駆動するのに使用される。モータ電流がしきい値を
超過すれば、制御回路はモータを保護するため、モータ
を遮断するように付勢される。

検出回路１０の他の応用は、電流詞整器回路である。こ
の応用では、出力６４′はトランジスタ１６及び１８の
バイアスの制御を与えるようにノード２０に帰還結合す
ることが出来る。ＩＬからまりに低い場合には、出力６
４′よ電流れる誤差信号は、平衡状態が達成されるまで
、トランジスタ１６．１８のベース上のバイアスを増加
させ＊ＩＬ７ｊｉｃ増加するように使用される。若し、
　ＩＬの値が、平衡状態の条件全超過すれば、その反対
も真実でおる。即ち、誤差信号が変化されるにつれ、ト
ランジスタ１６及び１８のバイアスは減少し、これによ
りＩＬも、そこで減少する。

トリップ点において、必要なＩＬの値はトランジスタ５
２及び５４のエミッタの面積比（ａｒ−αｒａｔｔｏ　
）の関数でおる。この面積比（ａｒｅａ　ｒａｔｉｏ　
）の変化を変化することによシ、即ちトランジスタ６４
の面積をトランジスタ６２よシ犬きく　ＣＭは１より大
）することによ’）＋ＩＬＯ値は与えられたＺＲＥＦに
だいし誤差増幅器２５ヲ始動させる（　ｔｒｉｐ　）た
め９強制的に増加される。かくして、２個の説明された
トランジスタのエミッタの面積比を簡単に決めることに
よシ、所定のＩＲＥＩＦに関し、大きな負荷電流が検出
可能となる。

本発明の特徴は、非常に低電流バイアスに関連し、極め
て大きな負荷電流又は出力電流が検出できることである
。更に、前述したように、電流バイアス源３０がプログ
ラマフルに作られることが可能で、そのため使用者は自
分の必要に適合させるため、平衡状態、即ち、しきい値
トリップ点レベルにおいてｒ　ＩＬの値を変化すること
が出来る。このように内部的または外部的のいづれかで
ＩＩＬＢＰをプログラムすることによシ、平衡状態又は
電流検出器１０のトリップ点は、その関数として変化す
る。

第２図及び第３図を参照するに、検出器１０は。

そのようにすることが望ましいなら、互に異なった値を
持つ１個以上のトリップ点を検出するように拡張するこ
とが可能でおる。この実施例においては、複数コレクタ
・トランジスタ２６及ヒ２８ニ追加のコレクタが付加さ
れ、トランジスタ５２．３４に関し前述したと同様な方
法で、複数コレクタトランジスタ２６．２８は、トラン
ジスタ３８．４０を具える追加の電流ミラー回路又は差
動−シングルエンド回路に接続される。この追加回路は
、＠述したと同様な方法で動作し、ＩＬＯ値が、トラン
ジスタ４ｏ及び３８の面積倍率（ａｒｅａ　ａａａｌｔ
ｎａ　）とＩＲＦＩＦ’との積の関数となるしきい値レ
ベル金超過すると亀。

出力４２において出力誤差信号を発する。この場合ニハ
、トランジスタ４０のエミッタ面積は、トランジスタ３
８のエミッタ面積よりＬ倍大きいものとして図示されて
いる。従って、ＬとＭの値が等しければ、出力３４′及
び４２におけるしきい値トリップ点は同一になるであろ
う。しかし、Ｌ及びＮの比を異ならせることにより、出
力６４′及び４２は異なっｆＣＩＬ　値でスイッチする
。複数コレクタ・トランジスタ２６及び２８のコレクタ
面積を互にかつ各デバイスに関し比例式せることもまた
理解されるべきである。このコレクタ面積比は、前述し
たようにｒ　’ＲＦｉＦの値又は比例係数り、Ｍの何れ
かを変化させることと同一の効果を発生する。

更ニ、ト）ンジスタ１６及び１８は、複数（マルチ）エ
ミッタ・デバイスとして図示されている。

トランジスタ１６及び１８のベース電極は共通であるか
ら、よく理解されるように、検出回路１０の製造工程中
に、それらは、同一ベース拡散領域に形成できる。

第６図を参照するに、そこには、トランジスタ１８及び
２８のエミッタの間に接続された抵抗４４全含むように
変更された第２図の検出回路１０ヲ拡張して図示されて
いる。抵抗４４の存在は、トランジスタ１８及びトラン
ジスタ２８の間にデルタ電圧降下を発生し、比例係数（
ｒａｔｉｏ　ｆａｃｔｏｒ　）　Ｎを変化するのと同一
の効果全回路に発生する。若し１例えば、極めて大きな
出力電流ＺＬのしきい値が検出され＋　ＺＲＥＦが非常
に小さくなされる場合１式（１）〜（３）の条件を満足
するのに必要なＮの値は非常に犬きくなｐ、トランジス
タ１６を実現することは不可能になるでｂろう。かくし
て＋　Ｉ’ＢＪＡＦが固定される場合、抵抗４４の追加
によりＮ値は有効に上昇される。

これは、トランジスタ１８のサイズを必要以上に大きく
せずに、他方、トランジスタ１８のサイズを最小にする
ことを可能にする。この特徴のほかに。

本発明の実施例の重大な利点は、トランジスタ１６以外
は高出力電流ＩＬパスにおφて、電力消費は存在しない
ので、検出回路１０か極めて大きな電流しきい値を検出
することが可能で、他方、熱損失を゛最小にすることを
可能にすることである。かくして１本発明の集積回路に
おいては、加熱問題を防止するために電力消費を最小に
するのみならず。

負荷に対して利用可能な電力を最大にする。

かくして、前述した説明は、他の機能のうちで。

電流しきい値検出器または電流詞整器としてゐ用される
新しい検出器回路である。本発明の検出器回路は、極め
て低い内部電流基準源に関し、非常に大きな出力電流し
きい値を検出する。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の基本的な電流しきい値検出回路を図
示する構成図である。 第２図は１本発明の第２実施例を図示する構成図である
。 第３図は９本発明の第６実施例を図示する構成図でおる
。 第１図において。 １６、１８はトランジスタだソしＮはエミツタ面積比 ２６、２８　Ｂａａコレクタトランジスタ３２、５４は
トランジスタｆｃソしＭは面積比６０は電流源 ６４′は出力 時針出願人　モトローラ・インコーポレーテッド代理人
　弁理士　玉　晶　久　五　部 Ｆ’ｌに：、１ １”ＩＧ；、２ 、Ｆ”ＩＧ；、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、それぞれの出力に第１及び第２電流を供給し。 該出力において、それぞれの振幅が出力電流の振幅の関
   数でおり、出力電流が変化すれば互に逆方向に変化する
   第１及びＭ２電圧レベルを発生し。 前記第１出力は検出器の出力に結合されるトランジスタ
   囲路。 第１．第２人力において供給される前記電圧レベルを監
   視し、方向が電流しきい値において変化する誤差信号を
   出力に発生し、基準電流を、その和が一定である第１．
   第２人力から供給させる電流源を具え、前記入力から供
   給される前記基準電流量の比が、前記電圧レベルの振幅
   間の差の関数となる誤差増幅器、を具備することを特徴
   とする出力において供給される出力電流のしきい値を検
   出する電流しきい値検出器。 ２、ベース電極を前記電流源に結合させ、第１コレクタ
   をそのベースに結合させ、エミッタ電極を夫々、前記ト
   ランジスタ回路手段の第１．第２出力に結合させた第１
   ．第２複数コレクタトランジスタ。 前記第１．第２複数コレクタトランジスタのうちの１つ
   である第２コレクタを前記誤差増幅器の出力に結合させ
   た差動−シングルエンド出力回路。 を具備することを特徴とする特許 囲第１項記載の電流しきい値検出器。 ３、前記誤差増幅器は。 第１，　第２複数コレクタトランジスタのうちの各々１
   つである第３コレクタ全前記誤差増幅器の第２出力に結
   合させた追加の差動−シングルエンド出力回路，ｔ−具
   えることを特徴とする前記特許請求の範囲第２項記載の
   電流しきい値検出器。