JPS6093961A - 電子スイツチの過電流検出回路 - Google Patents

電子スイツチの過電流検出回路

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JPS6093961A
JPS6093961A JP58203052A JP20305283A JPS6093961A JP S6093961 A JPS6093961 A JP S6093961A JP 58203052 A JP58203052 A JP 58203052A JP 20305283 A JP20305283 A JP 20305283A JP S6093961 A JPS6093961 A JP S6093961A
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JP
Japan
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current
transistor
circuit
electronic switch
base
Prior art date
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Pending
Application number
JP58203052A
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English (en)
Inventor
Ikuo Nishimoto
育夫 西本
Shinichi Kuno
久野 真一
Shigeru Aoshima
滋 青島
Giichi Kawashima
川島 義一
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

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】 この発明は電子スイッチたとえば近接スイッチの過電流
検出回路に関するものである。
従来この種の過電流検出回路は第1図および第2図に示
すように出力トランジスタ1゛r1のエミッタにエミッ
タ抵抗R1を挿入し、この両端の電圧Vrlを過電流検
出用のトランジスタTr2によって検出し、これにより
過電流を検出するのがもつとも簡単な方法であり、かつ
ひじように多くの用達に使用されている。この方法は簡
単に実現しつる反面ON時の出力端子残り電圧がひじよ
うに大きく力ってしまう欠点を有していた。すなわちト
ランジスタTriのON時残り電圧Vonは出力電流値
とトランジスタTriの出力電流容量によるが、今仮に
VanをVon = 0.2 (V ) 、出力電流1
t=150(mA)とし、これに過電流検出回路を含め
200(mA)以上の電流が流れたとき、これを過電流
とする。そしてトランジスタTr2のベース−エミッタ
間電圧Vbeが0.7(V)以上を検出されるとエミッ
タ抵抗R1の値は となる。また出力電流It=150(mA)の時のエミ
ッタ抵抗R,lの両端の電圧VrlはVrl:3,5 
X O,15”= 0.525 (V )となり、した
がってトランジスタTr1トエミツタ抵抗R1の直列回
路の1!田Vxは Vx =Von + Vrl = 0.2 + 0.5
25 = 0.725 (V)となる。このように過電
流検出回路が挿入されたことにより、電子スイッチとし
てのON時出力残り電圧は3倍以りとなり、計算式から
明らかなように出力トランジスタTrlの出力電流容量
を大角くして、そのON時出力残り電圧Yonをいくら
小さくしても過電流検出回路を含めたON時出力残り電
圧はほとんど低下しかいという欠点があったまた従来の
過電流検出回路においてはトランジスタTr1ノベース
ーエミツタ間亀田が過電流検出電圧であったために大き
な負の温度係数を有していた。
この発明はこのような従来の欠点を解消しようとするも
ので、この発明の第1の目的はトランジスタのベース−
エミッタ間電圧により過電流を検出するものに比し、検
出電圧を小さくし、これによって電子スイッチの過電流
検出用抵抗を小さくし、いきおい電子スイッチとしての
ON時残り電圧を小さくしようとするものである。
以下図によってこの発明の一実施例について説明する。
第3図はこの発明における過電流検出回路を近接スイッ
チに適用したばあいの回路図で、この近接スイッチ10
は近接センサ用IC回路1と、このIO回路の出力電流
容量を補うための電流スイッチング素子26たとえば出
力トランジスタとで構成される。そしてそのIO0回路
は内部に発振回路2、コンパレータ3 s 積分回路4
 、 :l17 ハレータ5、出力回路6、定電圧回路
7、電源リセット回路8.出力コントローラ14および
過電流検出回路16を有しており、出力回路6.電源リ
セット回路8および出力コントローラ14に! t)[
子スイッチコントローラ17が構成される。また検出コ
イルLX、共振コンデンサ01.感度調整用可変抵抗R
22、側路コンデンサ023.M分コンデンサ024%
電源リセット用コンデンサC25および負荷9などが外
付けされる。
したがって検出コイルL1に対して金属体が接近または
離間することにより発振回路2が発振を開始または停止
し、出力回路6より論理1.またはHの出力が得られる
そして過電流検出回路16は電流スイッチング素子26
と出力コントローラ14との間に設けられている。
第4図はこの発明の要部を示す回路図で、過電流検出回
路16は電流検出用のトランジスタ25と、電流源12
と、電流値比較用基準電圧発生回路11とにより構成さ
れる。そしてトランジスタ25のコレクタは電流源12
を介して電源19の一方の端子に接続されている。基準
電圧発生回路11は電源19間に接続され、かつこの回
路の出力端はトランジスタ25のベースに接続されてい
る。負荷9と、この負荷に流れるN1流をl!1u11
!Illする電流スイッチング素子26と、過電流検出
抵抗■1は順次直列に接続された状態で電源間に接続さ
れる。またトランジスタ25のエミッタは電流スイッチ
ング素子26と過電流検出抵抗R1との接続点に接続さ
れる。さらにトランジスタ25のコレクタには出力ノー
ド46が設けられ、この出力ノードは電流スイッチング
素子26を制御する電子スイッチコントローラ17の入
力端に接続され、このコントローラの出力端は電流スイ
ッチング素子26の入力端すなわちこの実施例において
はベースに接続される。
また基準電圧発生回路11は第5図にさらに具体的に示
すように第1の電流源12とは別の第2の電流源20と
トランジスタ21とにより構成される。そしてトランジ
スタ21のコレクタは電流源20を介して電源19の一
方の端子に、またそのエミッタは電源19の他方の端子
に、かつそのベースハ電流検出用のトランジスタ25の
ベースにそれぞれ接続され、さらにトランジスタ21は
電流源20に対しダイオード接続、すなわちそのコレク
タとベースがたがいに接続されている。したがってトラ
ンジスタ21とトランジスタ25とはカレントミラー回
路を形成している。
さらに第6図に示すものはトランジスタ21のエミッタ
と電源19の他方の端子間に抵抗30を接続したもので
ある。
なお第4図ないし第6図において過電流検出回路16が
IC化される。
また上記実施例の説明においてカレントミラー回路は第
7図fatに示すものについて説明したが、この回路は
一般に第7図fblおよび(clに示すように必要に応
じて変形される。
次に上記構成における動作についてilR明する。
今、第4図において、初期状態すなわち負荷9、電流ス
イッチング素子26および過電流検出抵抗R1に流れる
電流IOがr o=oの状態においては基準電圧発生回
路11は、トランジスタ25に流れる電流I c25 
が電流源12の電流I]よりも大きく、すなわちIc2
5 :> I 1で、かつ出力ノード46がカレントシ
ンクの状態になるような基準電子スイッチコントローラ
17の状態により電流スイッチング素子26がオンする
と電源19より負荷9、電流スイッチング素子26およ
び過電流検出抵抗R1に電流■0が流れる。この電流■
0の値は抵抗R,1に生じる電圧降下E1に比例する。
そしてこの電圧降下が所定値より大きくなると、トラン
ジスタ25のベース−エミッタ間電圧Vbeすなわちg
O−Elが所定値より小さくなり、トランジスタ25の
コレクタ電流Ic25が電流源12の電流■1より小さ
くなるので、出力ノード46はカレントシンクからカレ
ントソースに変す、この変化が電子スイッチコントロー
ラ17に入力される。するとこのコントローラはその変
化を受けて電流スイッチング素子26に流れる電流■0
を小さくするように制御信号を出力する。
上記現象をさらに詳細に説明すると次のようになる。
すなわちトランジスタのコレクタ電流Icの飽和値は一
般に次式で与えられる。
ここでβ:電流増幅率 工s:飽和電流 kT 。
vt:ボルツマン電圧(−!常温で約26mV )Vb
e:ペースーエミツタ間電圧 したがってトランジスタ25においてはまたElは E、=(Io十I、 ) I’1.、”tToR,tc
+で与えられる。かぜならば一般に■0)■1で、たと
えばI O) 20 m A、I l=5 It A:
0.005mAであるからである。
(blおよび(C1式においてIc25: T Iとな
るような基準電圧E1、負荷電流IOをそれぞれrcl
t 、 IOtとするとtb1式より またld)および(cl式より 電圧および過電流検出電流のスレッシュホールドとなる
fdlおよびte1式においてElt、rotが温度に
対して安定である必要があるが、Vt、 β、Isは温
度依存性が強く、とくにβ、Isはこの傾向が顕著で挙
動も複雑であることが知られている。そこで岨およびl
e1式において右辺第1の項EOより第2の項Vt I
n (I 1 /βIs)が所定の温度範囲においてつ
ねに小さく、かつその差が安定していることが必要であ
る。すなわちEOがVt1nrI1./βIslの変動
に応じて同様に追随することがめられる。
そこで第5図に示すように第1の電流源12とは別に第
2の電流源20を電源19の一方の端子とトランジスタ
21のコレクタ間に接続し、このトランジスタのエミッ
タを電源19の他方の端子に、さらにそのベースをトラ
ンジスタ25のペースにミラー回路を形成するように接
続して基帛電圧発生回路11を構成し、これによって基
準電圧EOを発生させたとすると、基準電圧EOの値が
温度に対して変動するためfdlおよび(e1式におい
てトランジスタIs、βの複雑な挙動がpltおよびI
Otに現われなくなる。
この現象を第5図についてさらに卵細に説明すると、(
a)式より となる。ここでnはトランジスタ2工とトランジスタ2
5の大きさの比を表わしている。゛また]C回路におい
てはトランジスタ23とトランジスタ25のβ、Is、
Vtなどのベアリティが良いことが知られている。
次にIc25 : IIとなるElの値Ellをめてみ
ると、(g)式より また(f)およびlh1式より となり、(e)式に比べ簡単になっている。すかわち壕
だ温度依存性はI 2/I 1を一定とすると、v電の
温度特性となる。たとえば■1=2μA、I2:10μ
A、n::1とすると、常温でVt!=i26mVであ
るから、R]、f = 42 m Vとなる。またR、
 1 = 1Ω、0.2Ωとすると過電流検出スレッシ
ュホールドは となる。さらに温度係数はVtだけとすると、+3.0
00 P P M前後となる。
なお第5図においては依然としてVt項があるので温度
依存性は完全に消えていない。もつともこのVrの項は
実用上はとんど問題にはならないものである。
第6図に示す回路はさらに温度特性を改良したもので、
トランジスタ21のエミッタと電源19の他方の端子間
に抵抗30を接続したものである。すなわちこの図にお
いて (jlおよび(k1式よりIc25:I 1 、El:
 gt管としてEltをめてみると となる。今n I 2 / I 1 = 1とすれば(
1)式よりE、t : I、R,[+nl とがる。
またI2の温度に対する炭化を正、負、零とするような
公知の回路は多く、よってFitの?7M麿に対する挙
動も自由にデザインできることになる。
また すなわち過電流検出スレッシュホールド電流IOt ’
の温度特性は自由にデザインできることになる。
次に第4図ないし第5図におけるON時残り電圧につい
て、従来回路におけるC1 N時残り電圧と比較してみ
る。
今、電流スイッチング素子26に流れる電流値IOが2
00mA以上のとき、これを過−電流とし、また抵抗R
1に生じる電圧VrlがT O=200する過電流検出
回路を考えると、抵抗R1はとなり、したがって出力電
流T +=150 [mA]における出力端子における
08時残り電圧Vxは Vx : Von + Vrl:0.2 +0.25 
X 0015= 0.2 + 0.0375二〇、 2
375 (V )となり、従来のものに比し大きな改善
が見られるこの計算例から明らかなように従来例ではト
ランジスタTriの08時残り電圧Vonに比し抵抗凡
1の両端電圧V r 1がかなり大きかったが、この発
明によれば抵抗R1の両端電圧Vrlの方がトランジス
タ26の08時残り電圧Vonに比しかなゆ小さくなり
、したがって08時残り電圧Vanを小さくするように
容量の大きなトランジスタを使用すればさらに出力端子
ON時残り[工Vxを小さくすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来の過電流検出回路を示す回路
図、第3図はこの発明における過電流検出回路を近接ス
イッチに適用したげあいのブロック図、第4図はこの発
明における過電流検出回路の基本的な構成を示す回路図
、第5図はこの発明における過電流検出回路の一実施例
を示す回路図、第6図は過電流検出回路の他の実施例を
示す回路図、第7図はカレントミラー回路の基本的ガ回
路図である。 1・・・IC回路、2・・・発振回路、3・・・コンパ
レータ、4・・・積分回路、5・・・コンパレータ、6
・・・出力回路、7・・・定電圧回路、8・・・電m 
IJ上セツト路、9・・・負荷、10・・・スイッチ、
11・・・基準電圧発生回路、12・・・電流源、14
・・・出力コントローラ。 Ll・・・検出コイル、R,22・・・可変抵抗、C1
・・・共振コンデンサ、024・・・積分コン、デンサ
、025・・・コンデンサ、16・・・過電流検出回路
、17・・・電子スイッチコントローラ、19・・・電
源、20・・・電流源、21.25・・・トランジスタ
、26・・・電流スイッチング素子、30・・・抵抗、
R1・・・抵抗、46・・・出力ノード。 第6図 1や 第7図 (b) +Cl

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11電源に対して負荷と、この負荷に流れる電流を制
    御する電流スイッチング素子と、過電流検出抵抗を順次
    直列に接続し、また電源の一方の端子に対して電流検出
    用のトランジスタのコレクタを電流源を介して、かつそ
    のエミッタを上記電流スイッチング紫芋と上記過電流検
    出抵抗との接続点にそれぞれ接続し、また電源間に電流
    値比較用基準電圧発生回路を接続するとともにこの回路
    の出力端を上記電流検出用のトランジスタのベースに接
    続し、さらにこのトランジスタのコレクタを上記電流ス
    イッチング素子を制御するコントローラの入力端に接続
    し、上記電流検出用のトランジスタのベース−エミッタ
    間の電圧差に応じて生じるコレクタ電流と上記電流源と
    の値に応じて上記コントローラの出力状態を制御するこ
    とを特徴とする電子スイッチの過電流検出回路。 (2)上記基準電圧発生回路は電源の一方に接続された
    電流源と、この電流源にコレクタを、またエミッタを電
    源の他方の端子に、かつベースを上記電流検出用のトラ
    ンジスタのベースにそれぞれ接続するとともにこの電流
    検出用のトランジスタに対し、カレントミラー回路を構
    成するように接続した特許請求の範囲第1項記載の電子
    スイッチの過電流検出回路。 (3)上記基準電圧発生回路は電源の一方に接続された
    電流源と、この1!流源にコレクタを、オたエミッタを
    電流の他方の端子に、かつベースを上記電流検出用のト
    ランジスタのベースにそれぞれ接続するとともに、この
    電流検出用のトランジスタに対しカレントミラー回路を
    構成するように接続されたトランジスタと、このトラン
    ジスタのエンツタと電源の他方の端子間に接続された抵
    抗とにより構成した特許請求の範囲第1項記載の電子ス
    イッチの過電流検出回路。
JP58203052A 1983-10-28 1983-10-28 電子スイツチの過電流検出回路 Pending JPS6093961A (ja)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5287649A (en) * 1976-01-16 1977-07-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Constant current bias circuit
JPS5323056A (en) * 1976-08-17 1978-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Constant current biasing circuit
JPS5688513A (en) * 1979-12-20 1981-07-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Constant-current driving circuit
JPS5717226A (en) * 1980-07-07 1982-01-28 Fujitsu Ltd Integrated circuit

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