TW420751B

TW420751B - Current detection circuit

Info

Publication number: TW420751B
Application number: TW088100424A
Authority: TW
Inventors: Hirozo Fujimoto
Original assignee: Nippon Electric Co
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2001-02-01
Also published as: CN1229922A; CN1141587C; KR19990067935A; JPH11202002A

Description

420751 五、發明說明（1) 本發明係有關於一種電流檢出電路，特別是一種在電源供應器與一負載之間的電位差很小的狀況下操作的電流檢測電路。各種用於檢測流過負載之電流量的電流檢/出電路已申請過，例如，一檢測電阻係串聯於該負載，且藉由獲得跨於該電阻之電位差，以檢測出流過該負載之電流量。藉由連接此感測電阻，用於檢測流過此負载之電流量之電流檢出電路中，係產生一對應於該檢測電阻所造成的電壓降的流失（loss)，而降低該負载之驅動效應。其他的電流檢出電路，其可在此負載電流路徑間，以高精確度，沒有任何感測電阻，且沒有任何流失下檢測出負載電流，如曰本未審查之專利公開公報第7-1 13826號所揭露；皆下來將要說明於日本未審查之專利公開公報第 7-1 1 38 26號所揭、露的習知之電流檢出電路^ 第1圖為曰本未審查之專利公開公報第7 — 113826號中所揭露的習知之電流檢出電路圖示。於第1圖中所示之電流檢出電路係檢測流過連接於電源供應器VDD與VSS間之負載37的電流。

在第1圖中’一功率金氧半場效電晶體（m〇sfet)38 係依照一電流控制電路4 3的指示而控制此負載電流，且該 M0SFET係串聯於該負載37之電源供應器vss該側。參考號碼42係指出—用於表示出流進該功率M〇SFET 38之負載電流對一小量電流之一固定比值之電流感測功率M0SFET ;而電流檢測功率M0SFET 42之閘極一般係連接於功率JJQSFET

420T51 五、發明說明（2) 3 8之閘極。一運算放大器39與一回饋MOSFET 41係形成一回饋電路，而此回饋電路將該電流檢測功率Μ 0 S F E T 4 2與功率 MOSFET 38之端電壓（汲極與源極間之電壓）合一，此即’該運算放大器3 9之非反相輸入端係連接於該功率 MOSFET 38之汲極，而反相輸入端則連接於該電流檢測功率MOSFET 42之汲極，且輸出端係連接於該回饋MOSFET之間極。一電流表示電路MOSFET 40係位於該電源供應器電壓 VDD與該回饋電路之MOSFET 41間，此用於表示流進電流表示電路MOSFET 40之負載電流對一小量之電流比值為一固疋值的電流表示電路Μ 0 S F E T 4 4之閘極係連接於電流表示電路Μ 0 S F Ε Τ 4 0之閘極。一功率感測電阻4 5則位於該電源供應器電壓VSS與該電流表示電路FET 44之間。於此習知之例子中，如第1圖所示，下列三者：電流

檢測功率MOSFET，回饋MOSFET，以及電流表示電路jjoSFET 40必須排列於電源供應器VDd與vSS之間。當電流檢出電路工作時’在電流檢測功率.s F E T 4 2 之源極與汲極野係產生一電壓”，在回饋㈣”以4丨之源極與汲極^係產生—電壓V2，以及在電流表示電路M〇SFET 40之源極與没極間係產生—電壓”，如第1圖中所示。在此例中，電路動作所需之電源供應器VDD與vss間之電位差係為VI ’ V2，與V3之總合。於此習知之電流檢出電路中，許多元件係串聯於電源

420751

i:JVDD，S之間’當電源供應器VDD與vss間之電位差降τ，則该電路便不再餘作。 -種ίϊm慮過習知技術之缺點’且其目標在於蝮v供種電抓檢出電路，即使電源供應器與負很小，亦可操作。、低 1為了達到本發明之目標，依據本發明之第一個主要型態，=提供一種電流檢出電路，係用以檢測流過負載冬負載電流，包括一第—FET，其汲極係連接於一負載，而源、極則連接於一第二電源供應器，且該電流檢出電路控制該負載電流；一第二FET，其閘極係連接於該第一 FET之閘極’而源極則連接於該第二電源供應器，其可表示出電流係在一定的比值下，流過該第一FET ;以及一第三FET，其源極係連接於第一電源供應器’且j：及極係連接於該第二 FET之汲極；一第四FEt，其閘極係連接於該第sFET之閘極’及源極係連接於該第一電源供應器，並可表示出電流係在一定的比值下，流過該第三FET 一運算放大器，其非反相端係連接於該第二F E T之汲極’而反相端則連接於該第一FET之汲極，且輸出端係連接於該第三FET之閘極；以及電流檢出裝置，係連接於該第四FET之及極與該第二電源器之間。依據本發明之第二個主要型態，係提供一種電流檢出電路路，用以檢測流過一負載之負載電流量，包括一第一 FET，其源極係連接於一第一電源供應器，且汲極係連接於該負載，並控制該負載電流，一第二FET ’其閘極係連

第6頁 4,207 5!

五、發明說明（4) 接於該第一FET之閘極，且源極係連接於該第一電源供應器，並表示一電流係於一定比例下流過該第—FET ; 一第三FET ’其汲極係連接於該第二FET之汲極，且源極係連接於一第二電源供應器；一第四FET，其閘極係連接於該第 ’FET之閘極，且源植第源供應器，並表一示一電流係於一定比例下流過該第三FET ; 一運算放大器’其非反相輸入端係連接於第：FET之汲極，反相輸入端則連接於第一FET之汲極，而輸出端係連接於該第三FET 之閘極，以及一電流檢出裝置，係連接於該第四F E T之汲極與該第一電源器之間。於第一或是第二個主要型態中所定義的電流檢出電路中，此負載之一端，係連接於該第一電源供應器，該第二供應器，丨是與前面二者都不同的一第三電源供應器 "中之一，而另外一端則連接於該第一 FET之汲極。二或是第二個主要型態中所定義的電流檢出電路中，此負載之一端，係經由一相位切換元件連接於該第第或疋第二電源供應器之其中之一，而另外一诚則連接於該第一FET之汲極。此相位切換元件係為 FET ’其源極係連接於該第一，第_ ，及楚__带盆，疋筏於这弟第一及第二電源供應器八中之一而其閘極係接收一相位切換信號，且液接於此負載之一端。汉蚀你連於本發明之第一或第二個主要型態中檢出雷路中，呤馀枝咕知1心我的該電流微κ电忒第—，第二，第三，第四，斑第比為M0SFET。 ’、第五FET皆

420751 五、發明說明（5) 本發明之第一或第二個主要型態中所定義的該電流欢路中，該電流檢出裝置係為一電流檢測電阻。本發明之第一或第二個主要型態中所定義的該電流欢路中，該第二電源供應器係在地電壓、依_據本發明之上述的型態，其第一個效應係為，如第能热，不之用於習知之電流檢出電路之回饋控制M〇SFET 41 能夠省略以減少元件之數目。 #欢如本，明之第二個型態，此回饋控制M0SFET 41能夠以估計在操作間，該回饋控制M0SFET 41之源極與汲二所需之電壓’而此減少之電壓可以降低最小操作電壓電源供應器VDD與VSS間之電位差）^即使電源供應器〃 VSS間之電位差小，仍可確認該電路之操作。 :換句話說’此習知之電路在電源供應器VDD與vss間需了個元件，相對的，本發明在電源供應器叩卩與vss間僅 =個元件，其可降低最小操作電壓。即使在一電壓降低以壓制其電源浪費之裝置中，本發明之電流檢出電路仍可以尚精確度感測出一電流。特徵、和優點能更明顯易並配合所附圖式，作詳細說為讓本發明之上述目的懂，下文特舉一較佳實施例明如下：圖式之簡單說明： & I 圖為日屯未審查之專利公開公報第7-1 1 382 6號中所揭路的習知之電流檢出電路圖示；以及 ^苎到第5圖分別為依據本發明之電流檢出電路之第

I麵

420751 五、發明說明（6) 一到第四個實施例。符號說明

38 功率M0SFET 40、44電流表示電路M0SFET 41回饋MOSFET42電流檢測功率MOSFET 43電流控制電路45功率感測電阻 VDD、VSS電源供應器 1 、37負載 2、9、1 9、27負載電流調整MOSFET 39、3、11、21、30運算放大器 4、 7、16、25、36、13、22、33 電流表示電路

5、 12、23、32 電流檢測MOSFET 6、 1 4、2 4、3 4電流控制電路 8、1 5、2 6、3 5電流檢測電阻 11負載電流以下將要參考圖示，以詳細說明本發明之數個較佳實施例。依據本發明之電流檢測電路中，串聯於電源供應器 VDD與VSS之間的元件數目由習知之3個降為2個’且配置可達到與習知之電路相同之操作。本發明之電流檢出電路具有之元件數目較習知之電路元件數目少，甚至可在低壓下操作。第2圖為依據本發明之第一實施例的電流檢出電路圖示。

^20751 五、發明說明（7) 於第2圖中所示之電流檢出電路係可檢測一流過連接於電源供應器VDD與VSS間之負載！的電流。在第2圖中’ 一依照電流控制電路6之指示，用於控制負载電流之M0SFET 2係串聯於該負載工之電源供應器vss 側。參考號碼5指出一用於表示出流進此M〇SFET 2之電流 11對一小量電流之固定比值之— M〇SFET。此M〇SFET 5之閘極一般係連接於該M0SFET 2之閘極。此即’該用於控制此負載電流丨丨<M〇SFET 2之汲極係連接於此負載1，且源電極係連接於該電源供應器vSS。此用於表示流進此M0SFET 2之電流II對一小量電流之固定比值之M0SFET 5之閘極係連接於該M0SFET 2之閘極與電流控制電路6之輸出《而M0SFET 5之源極係連接於電源供應器 VSS，此M0SFET 2與5具有相同的元件構造，且其大小比例為 η : 1。形成電流表示電路之M0SFET 4與7的源極係連接於電源供應器VDD，且其閘極係連接於一運算放大器3之輸出，而此M0SFET 4與7具有相同的元件構造，且其大小比例為 m : 1。該M0SFET 4之汲極係連接於該M0SFET 5之汲極，且該運算放大器3之非反相輸入端係連接於該M0SFET 5之汲極，而反相輸入端則連接於該M0SFET 2之汲極。此M0SFET 7之汲極係連接於一電流檢測電阻8，其一端係連接於該電源供應器VSS。以下將要解釋於第2圖中所示之該電流檢出電路之動作0

第10頁 420 751_ 五、發明說明（8) 如第2圖所示，此第一實施例係採用該M〇SFET 2，以控制該負載電流11，以及該電流檢測M0SFET 5，以表示該進該M0SFET 2之電流對一小量電流！ 2之比值係為定值。此流進該電流檢出M0SFET 5之電流I 2係藉由連接於此電源供應盗VDD之該MOSFET 4與7之電流13而表示，而該負載電流 11係藉由連接於該電源供應器V S S之該電流檢測電阻8，因該電源供應器V S S之參考電位而被檢測。該M0SFET 4與7之閘極該運算放大器3之輸出端，而該運算放大器3之非反相端係連接於該M0SFET 5之汲極，反相端則連接於該M0SFET 2之汲極。因此，在M0SFET 2與5 之汲極係在相同之電位，即使當M0SFET 2與5係在一線性區域操作，此負載電流II係在高精確度下，藉由該㈣SFET 5 ’因小量電流I 2而表示。更特別的是，於第2圖中所示之該電流檢出電路，該運算放大器3係調整該M0SFET 4之閘極電壓，使得接收負載電流II之M0SFET 2之没極電位等於該電流檢測M0SFET 5 之汲極電位，以在η : 1的比例下表示出該負载電流π。即使當M0SFET 2與5係在一線性區域下操作，由該負載電流調整MOSFET 2至該電流檢測M0SFET 5所表示之電流係高精確性地在Μ 0 S F Ε Τ, 2與5間之比例為a : 1的比—例下而決定，而i流I 2，其為1 /η倍的負載電流11係穩定地流過該M0SFET 5 〇因為該形成一電流表示電路之M 0SFET 4與7係在一飽和區域下操作，該電流係高精確性地以m : 1的大小比例而

第11頁 42QT5 1___ 五 '發明說明（9) 決定。此電流I 3，其為1 /m倍的負載電济VI 2，亦即，該電流I 3為1 / ( m )倍的負載電流I 1，係穩定地流過該 MOSFET 7。此電流檢測電阻8可配置於該電流I 3之路徑與該電源供應器VSS之間’以感測該電源供應器VSS之作為指示的負載電流I 3。假若該電流I 3檢測得到，則由上述關係可以獲得負載電流11。第3圖顯示依據本發明之第二實施例其電流檢出電路之電路圖示。於第3圖中之負載10係對應於第2圖中之負載1 ;於第3 圖中之MOSFET 9則對應第2圖中之MOSFET 2 ;於第3圖中之運算放大器11對應於第2圖中之運算放大器3 ;於第3圖i/’ 之MOSFET 13係對應於第2圖中之MOSFET 4 ;於第3圖中之 MOSFET 12係對應於第2圖中之MOSFET 5 ;於第3圖中之電流控制電路1 4係對應於第2圖中之電流控制電路6 ;於第3 圖中之MOSFET 1 6係對應於第2圖中之MOSFET 7 ;以及於第 3圖中之電流檢測電阻1 5係對應於第2圖中之電流檢測電阻 8 ° 同樣的於第3圖中的電路配置，流過此負载1 〇之負載電流可藉由配置該電流檢測電阻1 5而獲得。第4圖顯示依據本發明之第三實施例其電流檢出電路之電路配置圖。於第4圖中之一負载18係對應於第2圖中之負載1 ;於第4圖中的負載1 8其源極係連接於一電源供應器vdD，以及其閘極係連接於一MOSFET 17之汲極，而該MOSFET 17係連

第12頁 42ΠΤ51 五、發明說明（10) 接於一相位切換電路2 0。如果需要，此相位切換電路2 0導通此MOSFET 17以供應該電位VDD至該負載之一端。於第4圖中之MOSFET 19對應於第2圖中之MOSFET 2 ; 於第4圖中之運算放大器21對應於第2圖中之運算放大器 3 ;於第4圖中之MOSFET 22對應於第2圖中之MOSFET 4 ;於第4圖中之MOSFET 23係對應於第2圖中之MOSFET 5 ;於第4 圖中之電流控制電路24對應於第2圖中之電流控制電路6 ; 於第4圖中之MOSFET 25對應於第2圖中之MOSFET 7 ;以及於第4圖中之電流檢測電阻2 6對應於第2圖中之電流檢測電阻8。同樣的於第4圖中的電路配置，流過此負載18之負載電流可藉由配置該電流檢測電阻2 6而獲得。第5圖顯示依據本發明之第四實施例其電流檢出電路之電路配置圖。於第5圖中之一負載28係對應於第2圖中之負載1 ;於第5圖中的負載28其源極係連接於一電源供應器VSS ’以及其閘極係連接於一MOSFET 29之汲極，而該M〇SFET 17係連接於一相位切換電路31。如果需要’此相位切換電路3 1導通此MOSFET 29以供應.該電位VSS至該負載之一端。於第5圖中之MOSFET 27對應於第2圖中之MOSFET 2 ; 於第5圖中之運算放大器30對應於第2.、圖中之運异放大器 3 ;於第5圖中之MOSFET 33對應於第2圖中之MOSFET 4 ;於第5圖中之MOSFET 32係對應於第2圖中之MOSFET 5 ;於第5 圖中之電流控制電路34對應於第2圖中之電流控制電路6 ;

第13頁

五、發明說明（11) 於第5圖中之MOSFET 36對應於第2圖中之MOSFET 7 ;以及 &第5圖中之電流檢測電阻3 5對應於第2圖中之電流檢測電 I5且 8 〇义同樣的於第5圖中的電路配置，流過此負載26之負載 <可藉由配置該電流檢測電阻3 5而獲得。限定木S ^ t /已以較佳實施例揭露如上，然其並非用二: 神和範圍内：此項技藝者，在不脫離本發明之* 當视後附之申靖直^»動與潤飾，因此本發明之保護範吾專利乾圍所界定者為準。

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Claims

420 T 511 六、申請專利範圍 1 · 一種用以檢測流過一路，包括：

負載之負載電流之電流檢出電第 F Ε Τ ’其没極係連接於兮倉截，为 '店 ^ 於一第二電源供應霁，*祕w 、以負載及减極係連接你供應15，並控制此負載電流；第一FET，其閘極係連接於該第一ρΕΤ 極係連接於該第二電源供應器，i表示二例下流過該第一FET ; 疋比一第二FET，其源極係連接於一第一電源供應器且一汲極係連接於該第二FET之汲極；、‘' 一一第四FET，其閘極係連接於該第三FET之閘極，且豆源極係連接於該第一電源供應器，並表示—電流係於一二比例下流過該第三FET ; ^ 足一運算放Λ器’其非反相輸入端係連接於該第：FET 之該汲極，而反相輸入端則連接於該第一FET之該汲極，以及其輸出端係連接於該第三FET之該閘極；以及電流檢出裝i，係配置於該第四FET之汲極與該第二電源供應器之間。 2. —種用以檢測流過一負載之負載電流之電流檢出電路，包括： _ 一第一FET，其源極係連接於一第一電源供應器，且沒極係連g於該負載’並控制該負载、電流；一第二FET，其閘極係連接於該第一FET之間極，且源極係連接於該第一’電源供應器，並表示一電流係於一定比例下流過該第，F E T ;

第15頁 ί Λ9Λ751

A2QT51___ 六、t請專利範圍一第三FET，其汲極係連接於該第二FET之汲極，且源極係連接於一第二電源供應器； ' —第四FET ’其閘極係連接於該第三FET之閘極，且源

第16頁 *-*y. 1ϋ. 0 ¾ »]'- f 年月 e ? 上-.-.’、—r *· ! yy I /A· y R i^v - rL.：i 曰 420T51 -ES__Ml〇〇424 六、申請專利範圍 L如申睛專利範圍第5項所述之電路，其中，該相位刀換元件係為—第五FET ’其源極係連接於該第__與第二電源器其中之一’而該第五FET之閘極係接收一相位切換心號，且該第五FET之汲極係連接於該負載之另一端0 8·々申μ專利範圍第6項所述之電路，其中，該相位切換兀件係為一第sFET ,其源極係連接於該第一與第二電源=應器其中之一’而該第五FET之閘極係接收一相位切換信號，且該第五FET之汲極係連接於該負載之另一端。 ^如申請專利範圍第7項所述之電路，其中，該負載之一端係連接至一不同於該第一與第二電源供應器之第三電源供應器，而另外一端則連接於該第五FET之汲極。 10. 如申請專利範圍第8項所述之電路，其中，該負載之一端係連接至一不同於該第一與第二電源供應器之第三電源供應器，而另外一端則連接於該第五FET之汲極。 11. 如申請專利範圍第7項所述之電路，其中’該第一，第二，第三，第四，以及第五FET係為MOSFET。 12. 如申請專利範圍第8項所述之電路，其中’該第一，第二，第三，第四，以及第五FET係為MOSFET。 1 3.如申請專利範圍第1項所述之電路，其中’該電流檢出裝置係為一電流檢測電阻。 1 4·如申請專利範圍第2項所述之電路’其中’該電流檢出裝置係為一電流檢測電阻。

21M-2396-P修正 l.ptc 420751 六、申請專利範圍 1 5 .如申請專利範圍第1項所述之電路，其中，該第二電源供應器係於地電壓。 16.如申請專利範圍第2項所述之電路，其中，該第二電源供應器係於地電壓。

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