KR100446996B1 - 정밀전류제한회로 - Google Patents

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Abstract

전류 제한 회로(10)는 0의 온도계수를 가진 기준 전류(28)를 사용한다. 피드백 루프(18, 26, 22)는 제 1 트랜지스터(22) 및 제 2 트랜지스터(24)에 대해 실질적으로 동일한 VGS를 유지한다. 기준 전류는 제 1 트랜지스터를 통하는 전류를 설정하며, 따라서 제 2 트랜지스터에서의 전류를 제한한다. 제 2 트랜지스터는 자동차 에어백 응용에서 스퀴브 폭발 디바이스(38)에 전류를 공급하는 전력 디바이스이다.

Description

정밀 전류 제한 회로
본 발명은 일반적으로 전류 제한 회로들에 관한 것으로, 특히 고정밀 전류 제한 회로에 관한 것이다.
전류 제한 회로들은 일반적으로 회로를 통한 전류 흐름에 대하여 소정의 제한을 설정하기 위해 전자 설계에서 사용된다. 일예로, 대부분의 최신 모델 자동차들은 불운의 충돌 사건에서 탑승자들을 속박하기 위한 에어백(air bag)들을 사용한다. 에어백은 충돌 감지시 발화되는 일반적으로 스퀴브(squib)라고 불리는 폭발 장치(detonation device)에 의해 팽창된다. 많은 차량들은 모든 탑승자들을 보호하기 위해 2개, 4개 또는 그 이상의 에어백들을 갖는다. 일반적으로, 전류 흐름에 의해 트리거(trigger)될 때 에어백들을 발화 및 팽창시키는 스퀴브는 에어백마다 하나씩 존재한다. 전류원은 주로 자동차 배터리이다.
충돌 동안에 배터리가 고장난 경우에 백업(backup)으로서, 큰 커패시터(large capacitor)가 스퀴브들을 발화하기 위한 전류를 공급하기 위해 충전 상태, 즉 20.0 볼트로 유지된다. 스퀴브들은 저항이 변할 수 있기 때문에, 하나의 낮은 저항의 스퀴브가 이용 가능한 커패시터 충전량을 불균형적으로 소비할 수 있어, 보다 큰 저항의 다른 스퀴브들을 발화하는데 불충분한 충전량이 남게 된다. 모든 스퀴브들이 이용 가능한 커패시터 충전량으로 발화하는 것을 보장하기 위하여, 전류 제한 회로가 각 스퀴브에 소정의 전류를 제공한다. 이러한 식으로, 어떤 스퀴브도 이용 가능한 불균형 커패시터 충전량을 취하지 않는다.
종래 기술의 전류 제한 회로들은 일반적으로 온도에 따라 변화되기 쉬운 수동 소자들, 예를 들면 금속 저항기들을 포함하고 있다. 전류 제한 회로에 대해 온도에 따라 고정밀의 허용치를 유지하는 것이 바람직하다.
따라서, 온도에 따라 동작하는 고정밀 전류 제한 회로의 필요성이 존재한다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
제 1 도를 참조하면, 종래의 집적 회로 공정들을 이용하여, 집적 회로(IC)로 제조하기에 적합한 전류 제한 회로(10)가 도시된다. 전류 제한 회로(10)는 스퀴브 제어 IC 의 일부분일 수 있다. 전류원 트랜지스터들(12, 14)은 그들의 베이스에서11.3 볼트인 기준전압 VREF를 수신한다. 트랜지스터들(12, 14)의 이미터들은 12.0 볼트와 같은 양(positive)의 전력 공급 전압 VCC에서 동작하는 전력 공급 도체(16)에 연결된다. 트랜지스터(12)의 컬렉터는 노드(20)에서 트랜지스터(18)의 컬렉터에 연결된다. 트랜지스터들(22, 24)의 게이트들도 노드(20)에 연결된다. 트랜지스터(14)의 컬렉터는 트랜지스터(26)의 컬렉터 및 베이스와 트랜지스터(18)의 베이스에 연결되어 전류 미러(mirror) 배열을 형성한다. 트랜지스터들(18, 26)은 MOS 디바이스들일 수 있다. 트랜지스터(26)의 이미터와 트랜지스터(22)의 소스는 접지(ground) 전위로 동작하는 전력 공급 도체(30)에 연결되는 전류원(28)에 연결된다.
전류원(28)은 ENABLE 제어 신호에 의해 인에이블되고 0의 온도계수를 가진 1.0 밀리암페어 기준 전류(I28)를 제공한다. 0의 온도계수를 가진 전류원은, 예컨대 여기서 참고 문헌으로서 포함된 미국 특허 4,673,867 호에 기술된 바와 같이 잘 알려져 있다. 트랜지스터들(22, 24)의 공통 드레인들은 단자(34)에 연결되고 트랜지스터(18)의 이미터와 트랜지스터(24)의 소스는 단자(36)에 연결된다. 또한, 트랜지스터(22)의 드레인은 전력 공급 도체(16)에 연결될 수 있다. 스퀴브(38)는 단자(36)과 전력 공급 도체(30)사이에 연결된다. 커패시터 충전 소스(40)는 단자(34)에 연결된다.
전류 제한 회로(10)의 동작은 다음과 같이 진행한다. 전류원(28)이 디스에이블될 때, 트랜지스터(26)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 그러므로 전류원 트랜지스터(14)로부터의 전류는 트랜지스터(18)의 베이스로 흘러 들어가고, 이에 의해 그 트랜지스터를 턴온시키고, 노드(20)를 노드(36)의 포화 전압까지 끌어올린다. 결과적으로, 트랜지스터들(22, 24)의 게이트-소스 전압(VGS)은 그들의 턴온 문턱값보다 작다. 전류 제한 회로(10)가 디스에이블될 때 전류가 전력 트랜지스터(24)를 통해 흐르지 않는다.
스퀴브(38)를 발화시키기 위해, 전류원(28)이 ENABLE 제어 신호에 의해 인에이블되어, 트랜지스터들(22, 26)로부터의 0의 온도계수를 가지는 기준 전류가 흐르게 된다. 전류원(28)원 트랜지스터(22)를 통하는 전류를 결정한다. 트랜지스터(26)의 이미터 전압이 트랜지스터(18)의 이미터 전압과 실질적으로 동일하도록 조정하기 위해서, 트랜지스터(22)의 게이트-소스 접점과 트랜지스터(18)의 베이스-컬렉터 접점을 통해 트랜지스터(26)의 이미터로부터 피드백 루프가 형성된다. 트랜지스터(24)의 고유한 게이트 커패시턴스는 루프에 보상을 제공한다. 트랜지스터들(22, 24)은 노드(20)에서 공통 게이트 전압을 공유하기 때문에, 트랜지스터(22)의 VGS는 트랜지스터(24)의 VGS와 실질적으로 같다. 전류원 트랜지스터들(12, 14)은 각각 트랜지스터들(18, 26)을 통해 약 10.0 마이크로암페어의 실질적으로 동일한 전류들을 흐르게 한다. 트랜지스터(24)는 트랜지스터(22)의 크기의 1000 배의 크기로 되며, 따라서, 트랜지스터(22)에 흐르는 전류의 1000배가 흐른다. 전류원(28)은 트랜지스터(22), 따라서 트랜지스터(24)를 통하는 전류를 약 990.0 밀리암페어의 전류로 제한하도록 동작한다. 전류원(28)이 ENABLE 제어 신호에 의해 인에이블될 때, 트랜지스터(24)를 통하는 전류는 스퀴브(38)를 발화시켜 에어백(도시되지 않음)을 부풀린다. 0의 온도 계수의 전류원(28)으로, 트랜지스터(24)의 전류 제한 허용치는 약 ±8%로 유지될 수 있다.
제 2도를 보면, 베이스에서 11.3 볼트의 기준전압 VREF를 수신하는 전류원 트랜지스터(44)를 포함하는 전류 제한 회로(42)로서의 다른 실시예가 도시된다. 트랜지스터(44)의 이미터는 전력 공급 도체(16)에 연결되고, 그 컬렉터는 노드(48)에서 다이오드 구성의 트랜지스터(46)의 컬렉터와 베이스에 연결된다. 트랜지스터(50)의 게이트도 노드(48)에 연결된다. 트랜지스터(46)의 이미터는 노드(56)에서 트랜지스터(54)의 게이트와 트랜지스터(52)의 컬렉터에 연결된다. 트랜지스터(54)의 게이트도 트랜지스터(46)의 베이스-이미터 접점을 통해 노드(48)에 연결된다. 트랜지스터들(46, 52)은 MOS 디바이스들일 수 있다. 전류원(58)은 ENABLE 제어 신호에 의해 인에이블되고, 트랜지스터(50)의 소스와 트랜지스터(52)의 베이스로부터의 0의 온도계수를 가진 1.0 밀리암페어 기준 전류 I58을 흐르게 한다. 전류원(58)은 전력 공급 도체(30)에 연결된다. 트랜지스터(52)의 이미터와 트랜지스터(54)의 소스는 전력 공급 도체(30)에 연결된다. 트랜지스터들(50, 54)의 공통 드레인들은 단자(60)에 연결된다. 또한, 트랜지스터(50)의 드레인은 전력 공급 도체(16)에 연결된다. 스퀴브(38)는 단자(60)와 커패시터 충전 소스(40) 사이에 연결된다.
전류 제한 회로(42)의 동작은 다음과 같이 진행된다. 스퀴브(38)를 발화시키기 위해, 전류원(58)이 ENABLE 제어 신호에 의해 인에이블되어 트랜지스터(50)로부터의 0의 온도계수를 가지는 기준 전류가 흐르게 된다. 피드백 루프가 트랜지스터(50)의 게이트-소스 접점과 트랜지스터(46)의 베이스-이미터 접점을 통해 트랜지스터(52)의 베이스-컬렉터 접점으로부터 형성된다. 트랜지스터(54)의 고유 게이트 커패시턴스는 루프에 보상을 제공한다. 트랜지스터(52)의 이미터로부터 시작하는 전압 루프 방정식은 트랜지스터(52)의 베이스-이미터 접점 전위(Vbe)와 트랜지스터(50)의 VGS만큼 상승하고, 다음에 트랜지스터(46)의 Vbe와 트랜지스터(54)의 VGS만큼 하락한다. 트랜지스터(50)의 게이트 전압은 트랜지스터(54)의 게이트 전압보다 Vbe만큼 큰 전압이다. 마찬가지로, 트랜지스터(50)의 소스 전압은 트랜지스터(54)의 소스전압 보다 Vbe만큼 큰 전압이다. 그러므로, 트랜지스터(50)의 VGS는 트랜지스터(54)의 VGS와 실질적으로 같다. 전류원 트랜지스터(44)는 트랜지스터들(46, 52)을 통해 약 10.0 마이크로암페어의 전류가 흐른다. 전류원(58)은 트랜지스터(50)를 통하는 전류를 결정한다. 트랜지스터(54)는 트랜지스터(50)의 크기의 1000 배 크기이며, 이에 의해 트랜지스터(54)는 트랜지스터(50)에 흐르는 전류의 1000 배를 흐르게 한다. 전류원(58)은 트랜지스터(50)의 전류를 제한하고, 그에 따라 트랜지스터(54)의 전류를 약 1000.0 밀리암페어로 제한하도록 동작한다. 전류원(58)이 ENABLE 제어신호에 의해 인에이블될 때, 트랜지스터(54)를 통하는 전류는 스퀴브(38)를 발화시켜 에어백을 팽창시킨다. 0의 온도계수의 전류원(58)으로, 트랜지스터(54)의 전류 제한 허용치는 ±8% 로 유지될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 전류 제한 회로(10)는 제 1 도에 도시된 바와 같이 스퀴브에 대해 상부측 드라이브(drive)로서 배치될 수 있고, 전류 제한 회로(42)는 제 2 도에 도시된 바와 같이 스퀴브에 대해 하부측 드라이브로서 배치된다.
지금까지, 본 발명은 능동 소자들을 가지고 전류를 제한하고 있다는 것을 이해하여야 한다. 피드백 루프는 제 1 및 제 2 트랜지스터들에 대해 실질적으로 같은 VGS를 유지한다. 기준 전류는 제 1 트랜지스터를 통해 전류를 세팅하여 제 2 트랜지스터의 전류를 제한한다. 제 2 트랜지스터는 예컨대 자동차 에어백 응용에서 스퀴브 폭발 장치에 전류를 공급하는 전력 디바이스이다. 기준 전류는 정확한 허용치들을 위해 0의 온도계수를 가지고 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 다른 변경들이나 개선들이 본 기술의 숙련된 자에 의해 이루어질 수 있을 것이다. 본 발명은 설명한 특정 형태에 한정되지 않으며, 첨부된 청구항들은 본 발명의 정신과 범위로부터 이탈하지 않는 모든 변경들을 커버하도록 의도됨을 이해할 수 있다.
제 1도는 전류 제한 회로를 도시한 개략도.
제 2도는 전류 제한 회로의 다른 실시예를 도시한 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
10 : 전류 제한 회로
12, 14 : 전류원 트랜지스터
28 : 전류원
38 : 스퀴브

Claims (3)

  1. 전류 제한 회로에 있어서,
    제 1 전류원(28),
    제 1 노드에 연결된 게이트, 상기 제 1 전류원의 출력에 연결된 드레인 및 소스 도통 경로를 가진 제 1 트랜지스터(22);
    상기 제 1 노드에 연결된 게이트, 제 1 단자에 연결된 드레인, 및 제 2 단자에 연결된 소스를 가진 제 2 트랜지스터(24); 및
    상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들에 대하여 실질적으로 동일한 게이트-소스 전압들을 유지하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터들의 상기 소스들과 상기 제 1 노드 사이에 연결된 피드백 회로(18, 26)를 구비하며,
    상기 피드백 회로는,
    제 2 전류원(12,14);
    상기 제 1 노드에서 상기 제 2 전류원의 제 1 출력에 연결된 컬렉터, 및 상기 제 2 단자에 연결된 이미터를 가진 제 3 트랜지스터(18); 및
    상기 제 2 전류원의 제 2 출력에 그리고 상기 제 3 트랜지스터의 베이스에 함께 연결된 컬렉터와 베이스, 및 상기 제 1 전류원의 상기 출력에 연결된 이미터를 가진 제 4 트랜지스터(26)를 포함하는, 전류 제한 회로.
  2. 스퀴브(squib) 제어 집적 회로에서의 전류 제한 회로에 있어서,
    제 1 및 제 2 전류원들(12, 14, 28);
    제 1 노드(20)에서 상기 제 1 전류원의 제 1 출력에 연결된 컬렉터, 및 제 1 단자에 연결된 이미터를 가진 제 1 트랜지스터(18);
    상기 제 1 전류원의 제 2 출력에 그리고 상기 제 1 트랜지스터의 베이스에 함께 연결된 컬렉터와 베이스, 및 상기 제 2 전류원의 출력에 연결된 이미터를 가진 제 2 트랜지스터(26);
    상기 제 1 노드에 연결된 게이트, 및 상기 제 2 전류원의 상기 출력에 연결된 드레인 및 소스 도통 경로를 가진 제 3 트랜지스터(22); 및
    제 2 단자에 연결된 드레인, 상기 제 1 노드에 연결된 게이트, 및 상기 제 1 단자에 연결된 소스를 가진 제 4 트랜지스터(24)를 포함하는, 전류 제한 회로.
  3. 전류 제한 회로에 있어서,
    제 1 및 제 2 전류원들(44, 58);
    제 1 노드(48)에서 상기 제 1 전류원의 출력에 함께 연결된 컬렉터와 베이스를 가진 제 1 트랜지스터(46);
    제 2 노드에서 상기 제 1 트랜지스터의 이미터에 연결된 컬렉터, 제 1 단자에 연결된 이미터, 및 상기 제 2 전류원의 출력에 연결된 베이스를 가진 제 2 트랜지스터(52);
    상기 제 1 노드에 연결된 게이트, 및 상기 제 2 전류원의 상기 출력에 연결된 드레인 및 소스 도통 경로를 가진 제 3 트랜지스터(50); 및
    제 2 단자에 연결된 드레인, 상기 제 2 노드에 연결된 게이트, 및 상기 제 1 단자에 연결된 소스를 가진 제 4 트랜지스터(54)를 포함하는, 전류 제한 회로.
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