JPS6093962A - 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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JPS6093962A
JPS6093962A JP58203053A JP20305383A JPS6093962A JP S6093962 A JPS6093962 A JP S6093962A JP 58203053 A JP58203053 A JP 58203053A JP 20305383 A JP20305383 A JP 20305383A JP S6093962 A JPS6093962 A JP S6093962A
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JP
Japan
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current
transistor
circuit
collector
resistor
Prior art date
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Pending
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JP58203053A
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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Trlのエミツタにエミッタ
抵抗R1を挿入し、この両端の電圧Vr1を過電流検出
用のトランジスタTry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
じように多くの用徐に使用されている。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
に大きくなってしまう欠点を有していた。すなわちトラ
ンジスタTr、の08時残り電圧Vonは出力電流値と
トランジスタTr、の出力電流容量によるが、今仮にV
onをVon = 0.2 (’V 、) 、出力電流
It=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)以りを検出されるとエミ
ッタ抵抗R7の値は となる。また出力電流I+=150 (: m入〕の時
のエミッタ抵抗R1の両端の電圧VrlはVrl = 
35 X O,15”q 0.525 (V )となり
、したがってトランジスタTrlとエミッタ抵抗R1の
直列回路の電圧Vxは Vx =Von + Vrl=0.2 + 0.525
 = (1,725(: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倍以上となり、計算式から明
らかなように出力トランジスタTrlの出力電力容量を
大危くして、そのON時出力残り電圧Von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
はほとんど低下した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Trlのベースー
エjツタ間電圧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か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
出電圧を小すくシ、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
08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IO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IC回路1
は内部に発振回路2.コンパレータ3、積分回路4、コ
ンパレータ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により電子スイッチコントロ
ーラ17が構成される。検出コイルL、、共振コンデン
サC3、感度調整用可変抵抗も1、側路コンデンサCt
a、積分コンデンサOu、電源リセット用コンデンサa
!s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し、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より論理りまたは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のコレクタは第1の電流
源12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の他方の端子にそれぞれ接続されてい
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、この負荷に流れる電流を制御す
る電流スイッチング素子26と、過電流検出抵抗R7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のコレクタは電流スイッチング素子2
6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
。そしてこのトランジスタのコレクタは第2の電流源2
0を介して電源19の一方の端子に、またそのエミッタ
は電流スイッチング紫芋26のエミッタと過電流検出抵
抗R5との接続点に接続される。さらにトランジスタ2
1は第2の電流源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。
捷た第6図に示すものはトランジスタ25のエミッタを
抵抗30を介して電源19の他方の端子に接続したもの
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(8)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1blおよびfcl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説明する。
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
電流ムが4=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Ic25が電流源1
2の電流■、より本大きく、すなわちIcu ) It
で、かつ出力ノード46がカレントシンクの状態になる
ような基準電出島を発生する。
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a、に電流
■。が流れる。この電流■。の値は抵抗R1に生じる電
圧降下E、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E。−E、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Ic45が電流源
12の電流■、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り、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I。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。
スナ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 ■s:飽和電流 ■重:ポルツマン電圧(kT/q : %温で約26m
V )Vbe :ペースーエミツタ間電圧 したがってトランジスタ25においては着たElは El−Io R+ (cl で与えられる。なぜならば基準電圧発生回路11より抵
抗R1に流れ込む電流は■。に比べひじように小さいと
考えられ、よって抵抗R11に流れる電流はToのみと
考えてよいからである。
(b)および(cl式において”ts ”” IIとな
るような基準電圧E8、負荷電流I。をそれぞれE、+
、T−とすると(b1式より また(dlおよび(cl式より となり、これらg、t、Iotがそれぞれ過電流検出電
圧および過電流検出電流のスレッシュホールドとなる。
(dlおよびle1式において、E、+、rolが温度
に対して安定である必要があるが、vl、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(d)
およびie1式において右辺箱1の項E。より第2の項
vt In (11/βIs)が所定の温度範囲におい
てつねに大きく、かつその差が安定していることが必要
である。すなわちE。がVt In (I+/βIs)
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
続して基準電圧発生回路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E。の値が
温度に対して変動するため+d+および(e1式におい
てトランジスタIs、βの複雑な挙動がE−および工。
首に現われなくなる。
この現象を第5図についてさらに詳細に説明すると、(
8)式より IC!!1 :nβIs exp (−Kn−±」、s
−) !glV重 となる。ここでnはトランジスタ21とトランジスタ2
5の大きさの比を表わしている。オたIO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、
 Vrなどのベアリティが良いことが知られている。
次に’fs ” IIとなるE、の値E11をめてみる
と(g1式より また(flおよび(h1式より となり、(C)式に比べ簡単になっている。すなわち(
e1式におけるβおよびIsが消えている。
また温度依存性はI、/ Izを一定とすると、v+の
温度特性となる。たとえばI、=10μ人、l2=2μ
A、n:1とすると、常温でVt’926mVであるか
らB、t−=42mVとなる。またR、、=1Ω、0.
2Ωとすると過電流検出スレッシュホールドは000 
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Vt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25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+kJ式よりIc4B ” r、、E、=
= g、tとしてE、tをめてみると となる。今、n I2/ I、= 1とすれば111式
よりE、t : I、R21ml となる。
また工、の温度に対する変化を正、負、零とするような
公知の回路は多く、よってEItの温度に対する挙動も
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゛ド電流工。電の
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08時残り電圧につい
て、従来回路における08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■oが2
00mA以上のとき、これを過電流とし。
また抵抗島に生じる電圧Vrlが工。= 200 m 
kのときVrl:50mVとし、この電圧を検出する過
電流検出回路を考えると、抵抗RIは となり、したがって出力電流It=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 
0.15= 0.2 + 0.0375 :0.237
[5(V)と々す、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Tr、のON時残り電圧Vonに比し抵抗島の両端
電圧Vrlがかなり大きかったが、この発明によれば抵
抗R2の両端電圧Vr、の方がトランジスタ26のON
時残り電圧Vonに比しかなり小さくなり、したがって
ON時残り電圧Von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時残り電
圧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
イッチに適用したばあいのブロック図、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な回
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・・・電源リ
セット回路、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、LI・・・検出コイル、att・
・・可変抵抗、C1・・・共振コンデンサ、C14・・
・積分コンデンサs C1!1・・・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、21.2
5・・・トランジスタ、26・・・電流スイッチング紫
芋、30・・・抵抗、R1・・・抵抗、46・・・出力
ノード。 特許出願人 山武ハネウェル株式会社 代理人 弁理士 1) 澤 博 昭 同 同 石 橋 信 離 開 同 加 藤 公 延 第5図 11P 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)電源に対して負荷と、この負荷に流れる電流を制
    鄭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第1の電流源を介して、
    かつそのエミッタを上記電源の他方の端子にそれぞれ接
    続し、また電源の一方の端子と、上記電流スイッチング
    素子と上記過電流検出抵抗との接続点に電流値比較用基
    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、か
    つそのエミッタとベースとをたがいに接続し、さらに上
    記電流検出用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:て接続
    し、ヒ紀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。 (21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、またエミッタを上
    記電流スイッチング素子と過電流検出抵抗との接続点に
    、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
    れたトランジスタによφ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。 (3)上記電流検出用トランジスタのエミッタは電源の
    他方の端子に対して抵抗を介して接続した特許請求の範
    囲第2項記載の電子スイッチの過電流検出回路。
JP58203053A 1983-10-28 1983-10-28 電子スイツチの過電流検出回路 Pending JPS6093962A (ja)

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Cited By (1)

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