JP4970200B2 - 電圧検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、温度係数をもたない入力電圧を温度係数をもつ比較電圧で比較する際に、温度の影響を受けない検出信号を得ることができるようにした電圧検出回路に関するものである。

図５に従来の電圧検出回路の構成を示す。この電圧検出回路は、入力電圧Ｖ１と比較電圧ＶＲをコンパレータ１０によって直接比較することで、比較電圧ＶＲを閾値として、入力電圧Ｖ１を検出するものである。この電圧検出回路では、温度の影響を受けない入力電圧Ｖ１と温度特性を有する比較電圧ＶＲとの間で比較動作を行う場合、ある温度では入力電圧Ｖ１を精度高く検出することができるが、別の温度では検出結果に大きなバラツキが生じる。

図６は具体的な電圧検出回路を示す図である。２０は比較電圧発生回路であり、電圧ＶＳ、電流源Ｉ１の電流Ｉ１は温度特性を持たないようにすることができるが、抵抗Ｒ７は所定の温度特性をもつ。このような比較電圧発生回路２０で発生させた比較電圧ＶＲを用いて、入力電圧Ｖ１を検出する場合、電圧ＶＳの電圧値を５Ｖ、電流源Ｉ１の電流値を２５μＡ、抵抗Ｒ７の抵抗値を１００ｋΩとしたときのシミュレーション結果を図７に示す。入力電圧Ｖ１が温度特性を持たず、比較電圧ＶＲが正の温度特性をもつので、温度が２５℃のときは、入力電圧Ｖ１と比較電圧ＶＲの値が一致し、入力電圧Ｖ１が２．５Ｖであることを正確に検出する。しかし、２５℃を下回ると、入力電圧Ｖ１が２．５Ｖより低くても、コンパレータ１０は検出信号を出力する。逆に、２５℃を越えると、入力電圧Ｖ１が２．５Ｖより高くても、検出信号を出力しない。

２５℃では入力電圧Ｖ１と比較電圧ＶＲの差分電圧（＝ＶＲ−Ｖ１）は０Ｖであるが、その他の温度範囲では、その差分電圧が大きくなり、正確な電圧検出を行うことができなくなる。図８は差分電圧の温度特性を示す図であり、温度が１５０℃になると約０．５６Ｖもの大きな差分が発生している。

以上のように、入力電圧を比較検出する場合、比較電圧が温度依存性をもつと、正確な検出動作を行うことができなくなる。

本発明の目的は、比較電圧が温度依存性を持つ場合であっても、広い温度範囲に亘って正確に入力電圧を検出できるようにして電圧検出回路を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の電圧検出回路は、温度係数を有さない入力電圧と温度係数を有する比較電圧とをコンパレータに入力し、前記入力電圧の電圧検出を行う際、前記入力電圧を、前記比較電圧の温度係数と同様の温度係数を与える温度係数付与回路を介して、前記コンパレータに入力する電圧検出回路において、前記温度係数付与回路は、前記入力電圧を電源とする温度依存電圧発生回路と、該温度依存電圧発生回路の出力電圧を温度係数が略ゼロで前記入力電圧と同じ電圧に調整する電圧調整回路とを備え、前記温度依存電圧発生回路で発生する電圧の温度係数を前記比較電圧の温度係数と同様の値に設定したことを特徴とする。

本発明の電圧検出回路によれば、温度係数付与回路によって、入力電圧に対して、比較電圧がもつ温度係数と同様の温度係数を持たせるので、電圧比較時に両者の温度係数がキャンセルされることになり、広い温度範囲に亘って精度高く入力電圧を検出することが可能となる。

図１は本発明の１つの実施例の電圧検出回路の構成を示す回路図である。１０は前記したコンパレータ、２０は前記した比較電圧発生回路、３０は温度係数付与回路である。この温度係数付与回路３０は、入力電圧Ｖ１を入力して比較電圧発生回路２０で発生する比較電圧ＶＲと同様の温度係数をもつ電圧Ｖ２に温度特性を変換して出力する。ＶＣＣは温度係数をもたない電源電圧である。

温度係数付与回路３０は、ＰＮＰ型トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３、ＮＰＮ型トランジスタＱ４，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６、電圧発生回路３１，３２、電流発生回路３３からなる。トランジスタＱ５のエミッタ面積はトランジスタＱ４のエミッタ面積のｎ倍に設定されている。トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５および抵抗Ｒ１，Ｒ２は、一般的なバンドギャップ電圧発生回路と類似構成であるが、ここでは温度依存電圧発生回路を構成する。トランジスタＱ３はトランジスタＱ４，Ｑ５，Ｑ６にベース電流を供給する。トランジスタＱ６，Ｑ７および抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６は電圧調整回路を構成する。電圧発生回路３１，３２、電流発生回路３３は調整回路である。

いま、電圧発生回路３１，３２、電流発生回路３３が無い、つまり、電圧発生回路３１，３２が上下端子間が短絡され、電流発生回路３３が上下端子間が開放されているとすると、トランジスタＱ６のベース電圧Ｖａは、

で表される。Ｖ_Tはサーマル電圧であり、Ｖ_T＝ｋＴ／ｑである。ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子の電荷である。一般的なバンドギャップ電圧発生回路では、上記式の右辺の第１項の温度係数は正、第２項の温度係数は負を示すので、その両者の温度係数がキャンセルされるように、ｎ，Ｒ１，Ｒ２の値が設定される。

しかし、本実施例では、この回路部分を入力電圧Ｖ１を電源とする温度依存電圧発生回路として構成し、ｎ，Ｒ１，Ｒ２の値を選定することによって、電圧Ｖａが正の温度係数を持つようにする。これにより、温度が上昇すると電圧Ｖａが上昇するので、トランジスタＱ６のコレクタ電流が増大し、トランジスタＱ７のコレクタ電流が減少し、トランジスタＱ７のコレクタ電圧Ｖ２が上昇する。

そこで、トランジスタＱ６，Ｑ７に同一特性のものを使用すれば、それらのベース・エミッタ間電圧の温度係数はキャンセルされ、また、抵抗Ｒ３，Ｒ４に同じ特性のものを使用し、抵抗Ｒ５，Ｒ６に同じ特性のものを使用すれば、同様にそれら抵抗Ｒ３〜Ｒ６の温度係数もキャンセルされるので、電圧調整回路は温度係数が略ゼロとなる。よって、電圧Ｖ２の温度係数は、電圧Ｖａの温度係数と同じになる。

したがって、ｎ，Ｒ１，Ｒ２の値を選定して電圧Ｖａの温度係数を比較電圧ＶＲの温度係数と同じ温度係数に設定し、抵抗Ｒ３とＲ４の比、抵抗Ｒ４とＲ５の比をそれぞれ所定の値に設定してＶ２＝Ｖ１となるように電圧調整を行えば、電圧Ｖ２と比較電圧ＶＲが同じ温度係数で変動するようになり、コンパレータ１０では温度変動にかかわらず、正確な電圧検出を行うことができる。

電圧発生回路３１，３２と電流発生回路３３は抵抗素子によって構成できるので、これらを設ければ、これらによっても電圧Ｖａの温度係数を調整することができ、電圧Ｖ２の温度係数をより細かく調整して、比較電圧ＶＲの温度係数に正確に合わせることが可能となる。

図２に本実施例のシミュレーションに使用した回路を示す。ここでは、電圧発生回路３１，３２、電流発生回路３３は使用せず、また、比較電圧発生回路２０は図６に示したものと同一とした。図３は、図２のシミュレーション回路において、温度を−５０℃〜＋１５０℃の範囲で変化させたときの電圧Ｖ１，Ｖ２，ＶＲの温度特性のシミュレーション結果を示す図である。電圧Ｖ２は電圧ＶＲと同様の温度特性を持つことが分かる。図４は電圧Ｖ２と比較電圧ＶＲの差分電圧（＝ＶＲ−Ｖ２）の温度特性のシミュレーション結果を示す図であり、温度が−５０℃〜＋１５０℃の範囲で±０．０１Ｖの変動内に留まっている。これは、従来例の図６の回路の場合と比べて極めて少ない。

なお、温度係数付与回路３０は、図１に示した回路に限定されるものではなく、入力電圧Ｖ１に比較電圧ＶＲと同様の温度係数を与えることができる回路であれば、回路構成を選ぶものではない。

本発明の実施例の電圧検出回路の回路図である。 本発明の実施例の電圧検出回路のシミュレーション回路図である。 図２の回路における電圧Ｖ１，Ｖ２，ＶＲの温度特性図である。 図２の回路における差分電圧（ＶＲ−Ｖ２）の温度特性図である。 従来の電圧検出回路の回路図である。 従来の電圧検出回路のシミュレーション回路図である。 図６の回路における電圧Ｖ１，ＶＲの温度特性図である。 図６の回路における差分電圧（ＶＲ−Ｖ１）の温度特性図である。

符号の説明

１０：コンパレータ
２０：比較電圧発生回路
３０：温度係数付与回路

Claims (1)

1. 温度係数を有さない入力電圧と温度係数を有する比較電圧とをコンパレータに入力し、前記入力電圧の電圧検出を行う際、前記入力電圧を、前記比較電圧の温度係数と同様の温度係数を与える温度係数付与回路を介して、前記コンパレータに入力する電圧検出回路において、
   前記温度係数付与回路は、前記入力電圧を電源とする温度依存電圧発生回路と、該温度依存電圧発生回路の出力電圧を温度係数が略ゼロで前記入力電圧と同じ電圧に調整する電圧調整回路とを備え、前記温度依存電圧発生回路で発生する電圧の温度係数を前記比較電圧の温度係数と同様の値に設定したことを特徴とする電圧検出回路。

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