KR0167563B1 - 미소 부하 전류 검출 회로 - Google Patents

Abstract

제1 및 제2감지 회로를 포함하고 있는 검출기 회로는 검출 회로와 결합된 유틸라이져 회로에 의해 제공되는 부하 전류의 존재를 검출하여, 부하 전류에 비례하는 출력 전류를 제공한다. 유틸라이져 회로로부터 소오싱 되는 미소 부하 전류는 제1감지 회로를 통해 흐르며, 상기 제1감지 회로는 미소 부하 전류에 비례하는 출력 전류를 제공한다. 마찬가지로, 유틸라이져 회로에 의해 싱크되는 미소 부하 전류는 제2감지 수단을 통해 흐르는 바, 이 제2 감지수단은 미소 부하 전류에 비례하는 출력 전류는 제공한다.

Description

미소 부하 전류 검출 회로

제1도는 본 발명을 예시하는 개략선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 유틸라이져 회로 16 : 에미터 플로워 트랜지스터

20 : 전류원 42, 44, 46, 48 : 전류 미러

본 발명은 전류 검출기, 보다 특별하게는 검출기 회로에 연결되어 부하 전류를 제공하는 유틸라이져 회로에서의 전류 흐름을 감지하는 검출기 회로에 관한 것으로써, 이 검출기 회로는 부하 전류에 비례하는 전류 출력을 제공한다.

검출기 회로에 대한 여러 가지 응용이 있는데, 이들중 하나는 고출력 전류 연산증폭기의 동작 상태를 제어하는 것이다.

오늘날 응용에서 정동작 파워 소비량이 낮은 증폭기를 생산 해내는 것이 주된 목표이지만 종래 기술의 증폭기는 출력 구동 전류 및 교류 전류(AC) 성능에 있어서 결함을 나타내고 있다.

사실, 저 임피던스 부하를 구동시킬 수 있도록 높은 구동 전류를 가짐과 아울러 파워 소비를 저감할 수 있도록 최소의 바이어스 드레인 전류를 갖는 연산 증폭기를 제공하는 것이 요망된다.

실제로, 이동통신, 가정용 오락 시스템(예컨데 라디오 및 비디오 게임기등)등과 같은 포터블 배터리 추진식 응용에 있어서, 이들 응용에 활용되는 증폭기의 정동작 파워 소비를 제한시키는 것이 특별히 중요시 된다.

모든 것이 다 그런 것은 아니지만은 오늘날 대부분의 고출력 전류 연산 증폭기들은 입력단과 그리고 이와 결합된 출력단으로 구성되어 있다. 입력단에 인가되는 교류 입력 신호에 응답하여, 연산 증폭기는 구동 전류를 출력단에 결합된 부하로 그리고 이 부하로부터 소오싱(sourcing) 및 싱킹(singking)한다. 전형적으로, 입력단 및 출력단은 양질의 오디오 및 데이터 처리 응용이 이루어지도록 정동작 드레인 전류로 바이어스 된다. 예컨데, 모토로라사가 제조한 MC33178 과 같은 저파워의 고출력 전류 증폭기는 정동작 모드에서 증폭기당 약 420μA의 드레인 전류를 가짐과 아울러 입력 신호가 인가되지 않는다. 마이크로 파워 및 배터리 추진식 응용에 있어서, 드레인 전류 허용치를 저감시켜 높은 부하 전류를 공급할 수 있는 증폭기를 제공할 필요가 있다. 이것을 달성하기 위한 하나의 방법으로써, 입력 신호가 임의의 드레시홀드값 이하에 있을 때를 감지하여 증폭기의 전류 드레인을 최소화시키고 그리고 일단 입력 신호가 상기 드레시 홀드값을 초과하면 각 단으로의 바이어스를 증가시켜 증폭기가 정해진 범위에서 동작할 수 있도록 하는 회로를 활용하는 것이 있다. 이것을 행하기 위한 한 방법은 증폭기의 출력단에서 부하 전류의 존재 및 부재를 감지하는 것이다. 부하 전류의 부재가 검출되면, 증폭기는 저 정동작 바이어스 전류 드레인 상태에 놓인다. 인가되는 입력 신호로 인한 부하 전류의 검출에 응답하여, 상기한 바와같이 바이어스 전류가 증가한다.

그러므로, 검출된 전류가 소정의 드레시 홀드값을 초과할 때 부하 제어 신호를 제공하므로써 부하를 제어하는데 활용되는 출력 신호를 제공할 수 있는 개선된 방법 및 회로가 필요로 된다.

본 발명에 따르면, 유틸라이져 회로에 결합된 검출 회로가 제공되는데, 이 유틸라이져 회로는 그 출력에 부하 잔류를 제공하며, 상기 검출 회로는 부하 전류의 존재를 검출하여 부하 전류에 비례적으로 변하는 출력 신호를 제공한다.

상기 검출 회로는 제1감지 회로와 제2감지 회로를 포함하고 있는데, 상기 제1감지 회로를 통해 유틸라이져 회로로부터 소오싱하는 소량의 부하 전류가 흘러 이 소량의 부하 전류에 비례하는 전류가 검출기 회로의 출력에 제공되고 그리고 상기 제2감지 회로를 통해 유틸라이져 회로로부터 싱크되는 소량의 부하 전류가 흘러 이 소량의 부하 전류에 비례하는 전류가 검출기 회로의 출력에 제공된다.

제1도는 본 발명을 예시하는 개략선도이다.

제1도에는 유틸라이져 회로(10)에 결합된 본 발명에 따른 검출기가 도시되어 있다. 설명을 위해서, 유틸라이져 회로(10)는 예컨데 종래 연산 증폭기(MC33178)의 출력단으로 실현되었다. 본 발명의 부하 전류 검출기는 집적 회로 형태로 제조될 수 있으며 상기 회로(10)를 구비하는 같은 집적 회로에 합체될 수 있다.

만일 유틸라이져 회로(10)가 연산 증폭기의 출력단이 되는 경우, 이것의 입력(12)은 증폭기의 입력 및 임의의 중간단에 결합될 수 있어, 증폭기에 인가되는 차동신호는 공지된 바와같이 입력(12)에 인가되는 교류 신호가 되게 된다. 출력단(10)은 콜렉터가 트랜지스터(18)에 연결되고 베이스가 입력(12)에 연결되며 에미터가 저항(24)을 통해 음전압 공급 레일(26)로 귀환되며 트랜지스터(28)의 베이스에 연결되는 에미터 플로워 트랜지스터(16)을 포함하는 것으로 고려된다. 트랜지스터(28)의 콜렉터는 다이오드 수단(30)의 캐소드에 결합되고 그 에미터는 레일(26)에 결합된다. 이해할 수 있는 바와같이, 트랜지스터(18) 및 다이오드 수단(30)은 트랜지스터(28)와 함께 정상 동작시 증폭기의 출력(14)에 전류를 소오싱 및 싱킹하는 푸시-풀 출력을 형성한다. 마지막으로, 출력단(10)은 트랜지스터(18)의 베이스와 트랜지스터(28)의 콜렉터 사이에 직렬 결합된 다이오드 수단(32) 및 (34)를 포함하며, 이곳으로 전류원(20)이 연결되어 있다.

정상 동작에서, 출력단(10)은 인가되는 입력 신호가 없을시에 바이어스 회로(도시않됨)에 의해 정동작 상태로 바이어스 되어 소정 정동작 바이어스 전류가 그 디바이스를 통해 전류원(20)으로부터 흐른다. 이 정동작 상태에서, 출력단의 동작시 거의 일정한 상태를 유지하는 전압이 다이오드(32, 34)로 구성된 바이어스단 양단에 전개된다. 더욱이 다이오드(30)와 트랜지스터(18)의 베이스-에미터 양단에 전개되는 전압은 다이오드(32, 34) 양단에 전개되는 전압과 사실상 같다. 추가로, 이 상태에서는 출력(14)에서 어떠한 출력 전류도 소오싱되거나 싱크되지 않는다.

보 발명의 미소 부하 전류 검출기 회로는 트랜지스터(50, 56, 58 62), 전류미러(42, 44, 46, 48) 및 저항(52, 56, 60, 64)을 구비한다. 보다 특별하게, 트랜지스터 (50, 58), 전류 미러(42, 44)와 그리고, 다이오드(32, 34)로 구성된 바이어스단과 결합된 각각의 저항은 제1감지 수단을 형성하는바, 이에 대해서는 하기에 설명하기로 한다.

마찬가지로, 트랜지스터(62), 전류미러(48) 및 저항(56)은 제2감지 수단을 형성하며, 트랜지스터(54), 전류미러(46) 및 저항(56)은 제3감지 수단을 형성한다.

트랜지스터(58)의 베이스 및 에미터는 저항(60)을 통해 다이오드(32) 양단에 결합되고 콜렉터는 전류 미러(44)의 입력에 결합되며, 전류 미러(44)의 출력은 전류 미러(48)의 입력에 결합된다. 트랜지스터(50)는 베이스 및 에미터가 저항(52)을 통해 다이오드(34) 양단에 결합되고, 콜렉터가 전류 미러(42)의 입력에 결합되며, 전류 미러(42)가 전류 미러(46)의 입력에 결합되는 바와같은 식으로 결합된다. 증폭기의 출력 스테이지의 정동작 상태동안, 다이오드(32, 34)양단의 전압은 서로같게 되어, 트랜지스터(50, 58)가 바이어스 되는바, 그러므로써 이를 통해 흐르는 전류가 일정하게 된다. 그러므로, 전류미러(42, 44) 각각에 인가되는 입력 전류는 그 출력으로부터 소오싱하는 전류와 같게 된다. 만일 다이오드(32, 34)를 다이오드가 연결된 트랜지스터를 이용하므로써 실현시키는 경우, 트랜지스터(58, 50)의 에미터 영역을 다이오드(32, 34)의 에미터 영역과 비율이 같게하므로써 다이오드를 통해 흐르는 전류에 비례하는 콜렉터 전류가 발생하게 된다. 예컨데, 만일 다이오드(32, 34)의 에미터 영역을 각각 트랜지스터(50, 58)를 통해 흐르는 콜렉터 전류는 다이오드 전류의 1/N 이 되는바, 여기서 N 은 양(+) 미소 전류의 임의의 수이다. 마찬가지로, 트랜지스터(18) 및 다이오드(30)가 트랜지스터 (62, 54)의 에미터 영역보다 N 배 큰 에미터 영역을 갖는 경우 트랜지스터(62, 54)를 통해 흐르는 전류는 트랜지스터(18) 및 다이오드(30)를 통해 흐르는 전류보다 작게된다.

그러므로, 정동작 상태에서, 다이오드(32, 34)는 트랜지스터(18) 및 다이오드(30)의 베이스-에미터 양단에 나타나는 바이어스 전위를 제공한다.

감지 트랜지스터(50, 54, 58, 62)가 매칭된 디바이스이고 그리고 다이오드(30, 32, 34) 및 트랜지스터(18)가 또한 매칭되어 있으며 상기 감지 트랜지스터들 보다 큰 디바이스로 가정하면, 상기 감지 증폭기들은 사실상 동등한 콜렉터 전류들을 모두 싱크시키게 될 것이다. 따라서, 트랜지스터(54)는 전류미러(42)의 출력에 소오싱된 모든 전류를 싱크하여 전류 미러(46)의 출력으로부터 어떠한 전류도 소오싱되지 않게 된다. 마찬가지로, 트랜지스터(62)는 전류 미러(44)의 출력으로부터 소오싱되는 모든 전류를 싱크하여, 전류 미러(48)로부터 어떠한 전류도 소오싱되지 않는다. 그러므로, 연산 증폭기가 정동작 상태에 있거나 혹은 입력(12)에 공급되는 교류신호가 제로가 될 때 바이어스 혹은 백그라운드 전류로서 검출기의 출력(40)에 소오싱되는 출력 전류중 그 어느것도 매칭된 감지 장치로 감산되지 않는다.

이해할 수 있는 바와같이, 트랜지스터(28)는 입력(12)에 인가되는 교류 차동 입력 신호에 응답하여 턴온되어 교류 입력 신호의 절반동안 다이오드(30) 및 트랜지스터(54)를 통해 출력(14)으로부터의 전류를 싱크함과 아울러 교류 입력 신호의 나머지 절반동안 턴오프되며, 출력 트랜지스터(18) 및 트랜지스터(62)는 턴온되어 출력(14)으로 전류를 소오싱 한다. 트랜지스터(28)가 트랜지스터(16)의 도통에 의해서 턴온되는 것으로 가정하면, 트랜지스터(18)는 다이오드(30)가 턴온될 때 턴오프될 것이다. 따라서, 부하 전류는 다이오드 양단에서 전압 강하를 증가시키는 다이오드(30)를 통해 출력(14)으로부터 싱크된다. 이렇게 해서, 감지 트랜지스터(54)가 턴온되어, 다이오드(30)를 형성하는 다이오드가 연결된 트랜지스터의 에미터 영역에 대한 그 에미터 영역의 비에 따라 소량의 부하전류를 싱크한다. 그러나, 다이오드(32, 34)양단의 전압 강하는 일정한 상태를 유지한다. 그러므로, 트랜지스터(54)는 트랜지스터(50) 보다 더 도통이 되며 전류 미러 트랜지스터(42)의 출력으로부터 공급될 수 있는 것보다 더 많은 전류를 싱크하고져 한다. 그러나, 이와같은 추가적인 전류는 전류 미러 트랜지스터(46)에 의해 공급되는데, 여기서 전류 미러(42, 46)에 의해 트랜지스터(54)의 콜렉터에 공급되는 전류의 합은 트랜지스터(54)에 의해 싱크되는 미소의 부하전류와 동등하다. 전류 미러(46)는 이 전류를 반사시켜, 미소의 부하 전류에 비례하는 전류를 검출기의 출력(40)에 공급한다. 마찬가지로, 연산 증폭기(10)으로의 입력 신호의 교류 반주기에서, 트랜지스터는 입력 신호에 응답하여 더욱 도통이 되는바, 이로 말미암아 트랜지스터(62)가 출력(14)에 소오싱되는 부하 전류의 미소량을 싱크한다. 따라서, 트랜지스터(62)는 전류 미러(44)에 의해 공급되는 것보다 더욱 많은 전류를 싱크하고져 한다. 그러므로, 트랜지스터(62)에 의해 싱크되는 미소의 부하 전류는 출력(40)으로 반사된다. 전류 드레시 홀드 검출기의 상기동작은 입력 신호의 교류 반주기에서 반복된다.

본 발명의 검출기의 중요한 특징으로써, 전류원(20)으로부터 공급되는 전류는 연산증폭기의 2개의 동작 상태동안 사실상 변화할 수 있으며, 부하 전류는 출력(40)에 공급되는 전류의 미소량으로 검출될 수 있다는 점이다.

이 백그라운드 전류를 감산하므로써, 미소량의 부하 전류가 검출된다.

Claims (2)

1. 부하 유틸라이져 회로에 흐르는 전류를 검출하는 회로에 있어서, 상기 부하 유틸라이져 회로는 자체의 출력에 전류를 소오싱 및 싱크하는 출력 회로(18, 28, 30)와 자체의 양단에 걸쳐 사실상 일정한 전위를 생성하는 바이어스 회로(32, 34)를 포함하며, 상기 전류 검출 회로는, 상기 바이어스 회로와 결합되어, 크기가 상기 바이어스 회로를 통해 흐르는 전류에 비례하는 제1 및 제2출력 전류를 제공하는 제1감지 수단(42, 44, 50, 58)과, 상기 제1감지 수단의 상기 제1출력에 결합됨과 아울러, 상기 출력 회로로부터 소오싱되는 전류에 응답하여 크기가 출력 회로로부터 소오싱되는 상기 전류에 비례하는 전류를 회로의 출력에 제공하는 제2감지 수단(48, 62)과, 상기 제1감지 수단의 상기 제2출력에 결합됨과 아울러, 출력 회로의 싱크 전류에 응답하여 크기가 상기 싱크 전류에 비례하는 전류를 회로의 상기 출력에 제공하는 제3감지 수단(46, 54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 검출 회로.
2. 연산 증폭기의 출력으로부터 제공되는 부하 전류를 검출하는 미소 부하 전류 검출기에 있어서, 상기 연산 증폭기의 출력은 자체의 출력에서 부하 전류를 싱크 및 소오싱하는 출력단 및 직렬 접속된 한쌍의 다이오드를 구비하는 바이어스단을 포함하며, 상기 검출기는, 제1, 제2 및 제어 전극을 구비하며, 상기 제어 전극 및 상기 제1전극이 각각 상기 한쌍의 다이오드중 첫 번째 다이오드의 양단에 결합된 제1트랜지스터(58)와, 제1, 제2 및 제어 전극을 구비하며, 상기 제어 전극 및 상기 제1전극이 각각 상기 한쌍의 다이오드중 두 번째 다이오드의 양단에 결합된 제2트랜지스터(50)와, 제1, 제2 및 제어 전극을 구비하며, 상기 제1전극이 연산증폭기의 출력에 결합되고 상기 제어 전극이 출력단에 결합되어 있으며, 미소 부하 전류를 상기 출력에 싱크하는 제3트랜지스터(62)와, 제1, 제2 및 제어 전극을 구비하며, 상기 제1전극이 출력단에 결합되고 상기 제어 전극이 연산증폭기의 출력에 결합되어 있으며, 미소 부하 전류를 상기 출력에 싱크하는 제4트랜지스터(54)와, 제1, 제2단자 및 출력을 구비하며, 상기 제1단자가 상기 제1트랜지스터의 상기 제2전극에 결합되고 상기 제2단자가 상기 제3트랜지스터의 상기 제2전극에 결합되고 상기 출력이 상기 검출기의 출력(40)에 결합되어 있으며, 상기 제1트랜지스터를 통해 흐르는 전류를 상기 제3트랜지스터에서 흐르는 전류로부터 감산함으로써, 소오싱 되는 부하 전류에 비례하는 출력 전류를 연산증폭기의 출력에 제공하는 제1회로 수단(44. 48)과, 제1, 제2단자 및 출력을 구비하며, 상기 제1단자가 상기 제2트랜지스터의 상기 제2전극에 결합되고 상기 제2단자가 상기 제4트랜지스터의 상기 제2전극에 결합되고 상기 출력이 검출기의 출력에 결합되어 있으며, 상기 제2트랜지스터를 통해 흐르는 전류를 상기 제4트랜지스터에 흐르는 전류로부터 감산함으로써, 싱크되는 부하 전류에 비례하는 출력 전류를 연산 증폭기의 출력으로 제공하는 제2회로 수단(42, 46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 부하 전류 검출기.