JP6763716B2 - Load current detection circuit - Google Patents
Load current detection circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP6763716B2 JP6763716B2 JP2016141966A JP2016141966A JP6763716B2 JP 6763716 B2 JP6763716 B2 JP 6763716B2 JP 2016141966 A JP2016141966 A JP 2016141966A JP 2016141966 A JP2016141966 A JP 2016141966A JP 6763716 B2 JP6763716 B2 JP 6763716B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- drain
- load current
- voltage
- current detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 108
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 102100036285 25-hydroxyvitamin D-1 alpha hydroxylase, mitochondrial Human genes 0.000 description 6
- 101000875403 Homo sapiens 25-hydroxyvitamin D-1 alpha hydroxylase, mitochondrial Proteins 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Description
本発明は、負荷を駆動する負荷駆動回路の負荷電流を検出する負荷電流検出回路に関するものである。 The present invention relates to a load current detection circuit that detects a load current of a load drive circuit that drives a load.
負荷を駆動する負荷駆動回路の負荷電流を検出する負荷電流検出回路として、図5(特許文献1の図6、特許文献2の図1)に示す回路が一般的に用いられている。また、特にデプレション型のトランジスタを定電流源として使用した回路としては、図6(特許文献1の図2)に示す回路が知られている。 As the load current detection circuit for detecting the load current of the load drive circuit that drives the load, the circuit shown in FIG. 5 (FIG. 6 of Patent Document 1 and FIG. 1 of Patent Document 2) is generally used. Further, as a circuit using a depletion type transistor as a constant current source, the circuit shown in FIG. 6 (FIG. 2 of Patent Document 1) is known.
図5に示す負荷電流検出回路20Aにおいて、21は負荷駆動制御回路、22は電圧VDDの電源端子、23は接地端子、24は出力端子、25は負荷、26は判定回路(図示せず)等が接続される負荷電流検出端子、27は電流源、28はオペアンプである。また、M21,M22,M23,M24,M25はエンハンスメント型のNMOSトランジスタである。
In the load
負荷駆動制御回路21によりON/OFF制御されるトランジスタM21は、ドレインが電源端子22に接続され、ソースが出力端子24に接続されている。そして、出力端子24と接地端子23の間に負荷25が接続されている。つまり、トランジスタM21は負荷駆動回路を構成する。
In the transistor M21 whose ON / OFF control is controlled by the load
トランジスタM22もトランジスタM21と同様に負荷駆動制御回路21によりON/OFF制御され、ドレインが電源端子22に接続されソースがトランジスタM23のドレインに接続されている。このトランジスタM23のゲートはオペアンプ28の出力端子に接続され、このオペアンプ28の非反転入力端子はトランジスタM23のドレインであるノードN1に、反転入力端子は出力端子24に接続されている。また、トランジスタM23のソースはトランジスタM24のドレインとゲート及びトランジスタM25のゲートに接続されている。また、トランジスタM25のドレインと電源端子22の間には電流源27が接続され、そのトランジスタM25のドレインに負荷電流検出端子26が接続されている。
Like the transistor M21, the transistor M22 is also ON / OFF controlled by the load
この負荷電流検出回路20Aは、トランジスタM22,M21のサイズ比が例えば1:1000に設定されており、負荷駆動制御回路22によってトランジスタM21がON状態に制御されて負荷25に電圧が供給されるとき、トランジスタM22も同時にON状態に制御され、そのドレインにはトランジスタM21のドレイン電流の1/1000の電流が流れる。トランジスタM22のソースとトランジスタM23のドレインの共通接続点のノードN1の電圧Vsは、オペアンプ28とトランジスタM23の帰還動作によって、出力端子24の電圧Voutと一致するように制御される。
In the load
そして、出力端子24の電圧Voutが正常値であるときのノードN1の電圧VsによってトランジスタM25のドレインに流れる電流Id25が、電流源27の電流I27に対して、I27>Id25となるように予め設定しておけば、負荷25に流れる負荷電流が正常時には、電圧Vout=Vsが正常値を示すので、I27>Id25の関係が保持されて、負荷電流検出端子26の論理は“H”になる。
Then, the current Id25 flowing through the drain of the transistor M25 due to the voltage Vs of the node N1 when the voltage Vout of the
しかし、負荷25に流れる負荷電流が増大すると、電圧Vout=Vsが高くなり、トランジスタM25のドレイン電流Id25が大きくなる。そして、I27<Id25となれば、負荷電流検出端子26の論理が“L”になって、負荷25に過電流が発生していることを示す。
However, when the load current flowing through the
一方、図6に示す負荷電流検出回路20Bは、図5で説明した負荷電流検出回路20AのトランジスタM22のソースと出力端子24の間に検出抵抗R2を接続している。そして、ゲートとソースを共通接続したデプレッション型のNMOSトランジスタM28,M29を定電流源としてそれらのドレインを電源端子22に接続し、トランジスタM28のソースをエンハンスメント型のNMOSトランジスタM26のゲートとドレインとエンハンスメント型のトランジスタM27のゲートに接続している。また、トランジスタM29のソースとトランジスタM27のドレインを負荷電流検出端子26に接続している。さらに、トランジスタM26のソースをトランジスタM22のソースに接続し、トランジスタM27のソースを出力端子24に接続している。
On the other hand, in the load
この負荷電流検出回路20Bでは、トランジスタM26,M27のサイズ比を1:1に設定して、出力端子24の電圧Voutが正常値であるときに検出抵抗R2に電圧が発生しても、トランジスタM26,M27がほぼカレントミラー回路として動作するようにする。このとき、トランジスタM27のドレイン電流Id27がトランジスタM29のソース電流Id29に対して、Id27<Id29の関係になるようにしておけば、負荷電流検出端子26の論理は“H”になる。
In this load
しかし、負荷25に流れる負荷電流が増大すると、検出抵抗R2に流れる電流も増大して、トランジスタM27のゲート・ソース間電圧がトランジスタM26のゲート・ソース間電圧よりも十分大きくなり、トランジスタM27のドレイン電流Id27が正常時よりも大きくなる。そして、Id27>Id29となれば、負荷電流検出端子26の論理が“L”になって、負荷25に過電流が発生していることを示す。
However, when the load current flowing through the
ところが、図5で説明した負荷電流検出回路20Aは、負荷25が短絡、つまり出力端子24と接地端子23が短絡した場合、トランジスタM21のソースは接地電位となるが、トランジスタM22のソースのノードN1は、トランジスタM23,M24が挿入されているため、接地端子23の電位より高い電位となってしまい、トランジスタM21,M22が同一の制御電圧で動作する関係が成り立たず、トランジスタM22はトランジスタM21とのサイズ比に応じた電流を流すことができない。つまり、出力端子24が接地端子23に短絡した時に、負荷電流検出が正常に行われない問題がある。また、オペアンプ28を使用するため、負荷電流検出回路20Aの回路規模が大きくなるという問題もある。
However, in the load
また、図6で説明した負荷電流検出回路20Bは、正常動作するためには、最低でもデブレション型のトランジスタM28のドレイン・ソース間電圧と、トランジスタM26のゲート・ソース間電圧と、検出抵抗R2に生じる電圧降下の和に相当する電圧が、トランジスタM21のドレイン・ソース間に生じる必要がある。このため、負荷電流検出回路20Bの電力損失を抑えて負荷25に電源端子22からの電流を高効率に供給するためには、トランジスタM21としてドレイン・ソース間抵抗の小さい素子を使用することが求められるが、この求めに対応することが困難となる。
Further, in order for the load
また、この負荷電流検出回路20Bは、負荷25を駆動していない状態でも、つまりトランジスタM21,M22がOFFしているときでも、デブレション型のトランジスタM29による電流が負荷電流検出端子26から無効電流として流れ出すので、負荷25に流れる電流に正確に対応する電流を取り出すには、その無効電流分を相殺する補正回路を、負荷電流検出端子26の後段に設ける必要がある。
Further, in the load
本発明は上記問題を解消し、負荷短絡が発生した場合でも負荷電流を正常に検出することができ、回路規模が小さく、負荷駆動用のトランジスタにソース・ドレイン間抵抗の小さい素子を使用でき、さらに、負荷電流検出端子に無効電流が出力しないようにした負荷電流検出回路を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above problems, can detect the load current normally even when a load short circuit occurs, has a small circuit scale, and can use an element with a small source-drain resistance for the load driving transistor. Another object of the present invention is to provide a load current detection circuit in which an invalid current is not output to the load current detection terminal.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、第1電源端子にドレインが接続され出力端子にソースが接続された第1導電型の第1トランジスタによって前記出力端子と接地端子との間に接続された負荷を駆動する負荷駆動回路の負荷電流を検出する負荷電流検出回路であって、前記第1トランジスタと同一制御電圧で制御されドレインが前記第1電源端子に接続される第1導電型の第2トランジスタと、前記第1トランジスタのソースと前記第2トランジスタのソース間に接続された検出抵抗と、第2電源端子にドレインが接続されゲートとソースが共通接続されたデプレッション型で第1導電型の第3トランジスタと、前記検出抵抗がゲート・ソース間に接続され前記第3トランジスタのソースにドレインが接続されたデプレッション型で第1導電型の第4トランジスタと、前記第3トランジスタのソースと前記第4トランジスタのドレインの共通接続点にゲートとドレインが接続されソースが前記第2電源端子に接続された第2導電型の第5トランジスタと、該第5トランジスタのゲートにゲートが接続されソースが前記第2電源端子に接続されドレインが負荷電流検出端子に接続された第2導電型の第6トランジスタとを備え、前記第2トランジスタは前記第1トランジスタよりサイズ比が小さく設定され、前記第3及び第4トランジスタは同一構造同一サイズ比に設定され、前記第2電源端子の電圧は前記第1電源端子の電圧より高い電圧に設定され、前記検出抵抗の両端に発生する電圧は前記第3及び第4トランジスタの閾値電圧の絶対値より小さく設定されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, the output terminal and the ground terminal are connected by a first conductive type first transistor in which a drain is connected to a first power supply terminal and a source is connected to an output terminal. A first load current detection circuit that detects the load current of the load drive circuit that drives the load connected between them, and is controlled by the same control voltage as the first transistor and the drain is connected to the first power supply terminal. It is a conduction type second transistor, a detection resistor connected between the source of the first transistor and the source of the second transistor, and a depletion type in which the drain is connected to the second power supply terminal and the gate and source are commonly connected. A first conductive type third transistor, a depletion type first conductive type fourth transistor in which the detection resistor is connected between the gate and source and a drain is connected to the source of the third transistor, and the third transistor. A second conductive type fifth transistor in which a gate and a drain are connected to a common connection point between the source and the drain of the fourth transistor and the source is connected to the second power supply terminal, and a gate at the gate of the fifth transistor. The second transistor is provided with a second conductive type sixth transistor connected, the source is connected to the second power supply terminal, and the drain is connected to the load current detection terminal, and the second transistor is set to have a smaller size ratio than the first transistor. The third and fourth transistors are set to have the same structure and the same size ratio, the voltage of the second power supply terminal is set to a voltage higher than the voltage of the first power supply terminal, and the voltage generated across the detection resistor is It is characterized in that it is set smaller than the absolute value of the threshold voltage of the third and fourth transistors.
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の負荷電流検出回路において、前記第2電源端子の電圧は、前記第3トランジスタ及び前記第4トランジスタが飽和状態で動作する電圧に設定されていることを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, in the load current detection circuit according to the first aspect, the voltage of the second power supply terminal is set to a voltage at which the third transistor and the fourth transistor operate in a saturated state. It is characterized by that.
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載の負荷電流検出回路において、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタを同時駆動する負荷駆動制御回路が設けられ、該負荷駆動制御回路がチャージポンプ回路で生成された電圧で動作し、前記第2電源端子に前記チャージポンプ回路で生成された別の電圧が印加されるようにしたことを特徴とする。
In the invention according to
請求項4にかかる発明は、請求項1、2又は3に記載の負荷電流検出回路において、前記第4トランジスタのドレインと前記第5トランジスタのドレインとの間に、ダイオードまたはダイオード接続したトランジスタを、1又は2以上直列に接続して挿入したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the load current detection circuit according to the first, second or third aspect, a diode or a diode-connected transistor is provided between the drain of the fourth transistor and the drain of the fifth transistor. It is characterized in that one or two or more are connected in series and inserted.
請求項5にかかる発明は、請求項1、2又は3に記載の負荷電流検出回路において、前記第4トランジスタのドレインと前記第5トランジスタのドレインの間にドレインとゲートを短絡した第1導電型又は第2導電型の第10トランジスタを挿入し、前記第6トランジスタのドレインに第2導電型の第11トランジスタのソースを接続し、該第11トランジスタのゲートを前記第4トランジスタのドレインに接続し、ドレインを前記負荷電流検出端子に接続したことを特徴とする。
The invention according to
本発明の負荷電流検出回路によれば、出力端子が接地端子に短絡した場合でも負荷電流を正常に検出できる。また、オペアンプを必要としないので回路規模を小さくできる。また、第1電源端子と出力端子の電位差が小さい場合でも負荷電流を検出できるので、負荷駆動用の第1トランジスタとしてドレイン・ソース間抵抗の小さいトランジスタを使用することができ、負荷に電流を高効率に供給することができる。また、負荷を駆動していない待機状態では負荷電流検出端子から無効電流が出力しないので、その無効電流を相殺する補正回路を設けなくても、負荷に流れる電流に正確に対応する検出電流を出力することができる。さらに、負荷電流検出回路の第2電源端子の電源として、負荷駆動制御回路に電圧を供給しているチャージポンプ回路で生成した別の電圧を利用すれば、チャージポンプ回路が停止している待機状態で電流消費することのない負荷電流検出回路を実現できる。 According to the load current detection circuit of the present invention, the load current can be normally detected even when the output terminal is short-circuited to the ground terminal. Moreover, since an operational amplifier is not required, the circuit scale can be reduced. Further, since the load current can be detected even when the potential difference between the first power supply terminal and the output terminal is small, a transistor having a small drain-source resistance can be used as the first transistor for load driving, and a high current can be applied to the load. It can be supplied efficiently. In addition, since the reactive current is not output from the load current detection terminal in the standby state when the load is not driven, the detection current that accurately corresponds to the current flowing through the load is output even if a correction circuit that cancels the reactive current is not provided. can do. Furthermore, if another voltage generated by the charge pump circuit that supplies the voltage to the load drive control circuit is used as the power supply for the second power supply terminal of the load current detection circuit, the charge pump circuit is in a standby state in which it is stopped. It is possible to realize a load current detection circuit that does not consume current.
<第1実施例>
図1に本発明の第1実施例の負荷電流検出回路10Aを示す。1は電圧生成用のチャージポンプ回路、2はチャージポンプ回路1から電源を供給される負荷駆動制御回路、3は電圧がVDD1の第1電源端子、4は電圧がVDD2(VDD2>VDD1)の第2電源端子、5は接地端子、6は出力端子、7は負荷、8は判定回路(図示せず)等が接続される負荷電流検出端子である。また、M1,M2はエンハンスメント型のNMOSトランジスタ、M3,M4はデプレッション型のNMOSトランジスタ、M5,M6はエンハンスメント型のPMOSトランジスタである。R1は検出抵抗である。
<First Example>
FIG. 1 shows the load
トランジスタM1は負荷駆動回路を構成するトランジスタであり、出力端子6と接地端子5の間に接続されている負荷7を駆動する。トランジスタM2はトランジスタM1と構造相似の検出用トランジスタである。トランジスタM1,M2のドレインは第1電源端子3に接続され、ゲートは負荷駆動制御回路2から出力する同一の制御信号によりON/OFF制御される。トランジスタM1,M2のソースの間には検出抵抗R1が接続されている。
The transistor M1 is a transistor constituting a load drive circuit, and drives a
トランジスタM1,M2は構造相似であるので、ゲート・ソース間電圧とドレイン・ソース間電圧が等しければ、トランジスタM2にはトランジスタM1との相対比に応じた電流が流れる。たとえば、トランジスタM2,M1の相対比が1:10000であれば、トランジスタM1に10Aの電流が流れた場合、トランジスタM2には1mAの電流が流れる。 Since the transistors M1 and M2 are similar in structure, if the gate-source voltage and the drain-source voltage are equal, a current corresponding to the relative ratio with the transistor M1 flows through the transistor M2. For example, if the relative ratio of the transistors M2 and M1 is 1: 10000, when a current of 10 A flows through the transistor M1, a current of 1 mA flows through the transistor M2.
ただし、実際にはトランジスタM2とトランジスタM1のソース間には検出抵抗R1が接続されているため、トランジスタM2のドレイン・ソース間電圧は、トランジスタM2のドレイン電流と検出抵抗R1の抵抗値の積による電圧Vrの降下分だけ、トランジスタM1のドレイン・ソース間電より低くなり、トランジスタM1,M2のドレイン電流の相対比に誤差が生じる。 However, since the detection resistor R1 is actually connected between the transistor M2 and the source of the transistor M1, the voltage between the drain and the source of the transistor M2 depends on the product of the drain current of the transistor M2 and the resistance value of the detection resistor R1. The voltage Vr drops lower than the drain-source current of the transistor M1, and an error occurs in the relative ratio of the drain currents of the transistors M1 and M2.
そこで、トランジスタM1とトランジスタM2の相対比をなるべく大きくとり、かつ検出抵抗R1の抵抗値はなるべく小さい値に設定し、過電流保護が働くような最大電流時であっても検出抵抗R1の両端に生じる電圧Vrが0.3V程度となるようにする。 Therefore, the relative ratio between the transistor M1 and the transistor M2 is set as large as possible, and the resistance value of the detection resistor R1 is set as small as possible so that even at the maximum current at which overcurrent protection works, both ends of the detection resistor R1 are used. The generated voltage Vr is set to about 0.3V.
検出抵抗R1の両端には、トランジスタM2のソース側にトランジスタM4のゲートが接続され、トランジスタM1のソース側にはトランジスタM4のソースが接続される。トランジスタM4のドレインには、トランジスタM4と同一構造で同一寸法のトランジスタM3のゲートとソースが接続され、そのトランジスタM3のドレインは第2電源端子4に接続されている。
The gate of the transistor M4 is connected to both ends of the detection resistor R1 on the source side of the transistor M2, and the source of the transistor M4 is connected to the source side of the transistor M1. The gate and source of the transistor M3 having the same structure and the same dimensions as the transistor M4 are connected to the drain of the transistor M4, and the drain of the transistor M3 is connected to the second
第2電源端子4の電圧VDD2は、第1電源端子3の電圧VDD1より高いことに加えて、トランジスタM3とトランジスタM4どちらのトランジスタも飽和状態で動作する電圧、すなわち電圧VDD1と電圧VDD2との電位差がトランジスタM3とトランジスタM4の飽和電圧(VDsat)よりも高くなるような電圧に設定される。
The voltage VDD2 of the second
トランジスタM4のドレインには、カレントミラー回路を構成するトランジスタM5,M6のゲートとトランジスタM5のドレインが接続されている。トランジスタM5,M6のソースは第2電源端子4に接続され、トランジスタM6のドレインは負荷電流検出端子8に接続されている。
The gate of the transistors M5 and M6 constituting the current mirror circuit and the drain of the transistor M5 are connected to the drain of the transistor M4. The source of the transistors M5 and M6 is connected to the second
さて、トランジスタM1が負荷を駆動していない待機状態では、トランジスタM1のソース電流は0Aであり、トランジスタM2のソース電流も0Aとなるので、検出抵抗R1の両端の電圧Vrは0Vである。このため、トランジスタM4のゲート・ソース間電圧はトランジスタM3のゲート・ソース間電圧と同様に0Vとなり、トランジスタM4とトランジスタM3の飽和電流は等しくなり、カレントミラーを構成するM5,M6にゲート電流は流れず、負荷電流検出端子8に電流は流れない。
By the way, in the standby state where the transistor M1 is not driving the load, the source current of the transistor M1 is 0A and the source current of the transistor M2 is also 0A, so that the voltage Vr across the detection resistor R1 is 0V. Therefore, the gate-source voltage of the transistor M4 becomes 0V like the gate-source voltage of the transistor M3, the saturation currents of the transistor M4 and the transistor M3 become equal, and the gate currents of M5 and M6 constituting the current mirror are the same. No current flows and no current flows through the load
図6で説明した負荷電流検出回路20Bでは、トランジスタM21,M22がOFFして負荷25が駆動されていないときでも、トランジスタM29に無効電流が流れるので、負荷25に流れる電流に正確に対応した検出電流を得るには、負荷電流検出端子26にその無効電流を相殺する補正回路を設ける必要があったが、本実施例の負荷電流検出回路10Aでは、負荷7が駆動されていないときは、負荷電流検出端子8には電流が流れないので、補正回路を必要とすることなく、負荷7に流れる電流に正確に比例した精度の高い検出電流を負荷電流検出端子8から出力することができる。
In the load
次に、トランジスタM1がONして負荷が駆動されている状態では、第1電源端子3からトランジスタM1と出力端子6を経由して負荷7に電流が流れるとともに、トランジスタM2にもトランジスタM1との相対比に応じた電流が流れ、この電流が検出抵抗R1を経由して出力端子6へと流れる。
Next, in a state where the transistor M1 is turned on and the load is driven, a current flows from the first
検出抵抗R1の両端に生じる電圧、すなわちトランジスタM4のゲート・ソース間電圧はVrであり、トランジスタM3,M4の閾値電圧をVtとすれば、飽和状態でのトランジスタM3のドレイン電流Id3は、
Id3=(β/2)・Vt・Vt (1)
と表せる。ここでβは、トランジスタM3のチャネル長をL、チャネル幅をW、電子の移動度をμ、単位面積当たりの酸化膜容量Cを用いて、β=(W/L)・μ・Cと表せる係数である。トランジスタM4のドレイン電流Id4は、
Id4=(β/2)・(Vr−Vt)・(Vr−Vt) (2)
と表せる。
The voltage generated across the detection resistor R1, that is, the gate-source voltage of the transistor M4 is Vr, and if the threshold voltage of the transistors M3 and M4 is Vt, the drain current Id3 of the transistor M3 in the saturated state is
Id3 = (β / 2) ・ Vt ・ Vt (1)
Can be expressed as. Here, β can be expressed as β = (W / L) · μ · C by using the channel length of the transistor M3 as L, the channel width as W, the electron mobility as μ, and the oxide film capacity C per unit area. It is a coefficient. The drain current Id4 of the transistor M4 is
Id4 = (β / 2) · (Vr-Vt) · (Vr-Vt) (2)
Can be expressed as.
よって、トランジスタM4とトランジスタM3のドレイン電流の差は、
Id4−Id3=(β/2)・Vr・(Vr−2Vt) (3)
となる。式3で表される電流Id4とId3の差分の電流が、トランジスタM5のドレイン電流としてトランジスタM4のドレインに流入し、トランジスタM5とカレントミラーを構成しているトランジスタM6にも、トランジスタM5,M6のカレントミラー比が1:Nとすれば、トランジスタM5のN倍のドレイン電流Id6
Id6=(Id4−Id3)・N (4)
が流れる。
Therefore, the difference between the drain currents of the transistor M4 and the transistor M3 is
Id4-Id3 = (β / 2) · Vr · (Vr-2Vt) (3)
Will be. The current of the difference between the currents Id4 and Id3 represented by the
Id6 = (Id4-Id3) · N (4)
Flows.
この式4に式3を代入し、さらにトランジスタM2のドレイン電流をId2とすると、Vr=R1・Id2であることから、負荷電流検出端子8に流れる検出電流であるトランジスタM6のドレイン電流Id6は、
Id6=(β/2)・R1・Id2・(R1・Id2−2Vt)・N (5)
となり、検出電流Id6として、検出トランジスタM2に流れた電流Id2の2次式に比例した電流が得られる。
Assuming that
Id6 = (β / 2), R1, Id2, (R1, Id2-2Vt), N (5)
Therefore, as the detection current Id6, a current proportional to the quadratic equation of the current Id2 flowing through the detection transistor M2 is obtained.
なお、式5はトランジスタM2のドレイン電流Id12についての2次式であるが、トランジスタM3,M4の閾値電圧Vtが、
−Vt>>(R1・Id2) (6)
の場合は、
R1・Id2−2Vt≒−2Vt (7)
と近似できるので、式(5)は、
Id6≒−β・R1・Id2・Vt・N (8)
に変形できる。
−Vt >> (R1 ・ Id2) (6)
In the case of,
R1 · Id2-2Vt ≒ -2Vt (7)
Since it can be approximated to, equation (5) is
Id6 ≒ −β ・ R1, Id2 ・ Vt ・ N (8)
Can be transformed into.
つまり、検出抵抗R1の抵抗値と、トランジスタM2に流れる電流、すなわちトランジスタM1,M2のサイズ比とを適切に選択すれば、トランジスタM2のドレイン電流Id2にほぼ線形比例した検出電流Id6を負荷電流検出端子8から得ることができる。
That is, if the resistance value of the detection resistor R1 and the current flowing through the transistor M2, that is, the size ratio of the transistors M1 and M2 are appropriately selected, the load current is detected by the detection current Id6 which is substantially linearly proportional to the drain current Id2 of the transistor M2. It can be obtained from
本実施例の負荷電流検出回路10Aでは、出力端子6が接地端子5に短絡した場合でも、トランジスタM1とトランジスタM2が同じ制御電圧により動作する関係は、前述した出力端子6に負荷7が接続されて電流が流れる場合と変わらないので、その短絡で生じる過電流を検出電流として負荷電流検出端子8から出力することができる。
In the load
よって、この負荷電流検出端子8の後段に、検出電流を、過電流に対応した基準電流と比較する判定回路(図示せず)を設けておくことにより、負荷7の短絡により過電流が流れたか否かを正確に判定することができる。
Therefore, by providing a determination circuit (not shown) for comparing the detected current with the reference current corresponding to the overcurrent in the subsequent stage of the load
<第2実施例>
図2に本発明の第2の実施形態に係る負荷電流検出回路10Bを示す。図2は、図1における第2電源端子4の電圧VDD2を、負荷駆動制御回路2に電圧を供給するチャージポンプ回路1から供給できるように、第2電源端子4をチャージポンプ回路1に接続したものである。
<Second Example>
FIG. 2 shows the load
このように構成することにより、負荷7が駆動されていない状態ではチャージポンプ回路1が停止して負荷駆動制御回路2に電源が供給されず、また第2電源端子4にも電圧VDD2が生成されないので、トランジスタM3,M4,M5,M6に電流が流れることはなく、負荷駆動の待機時の負荷電流検出回路10Bによる消費電流は0Aとなる。他の動作原理は実施例1と同様である。
With this configuration, when the
<第3実施例>
図3に本発明の第3実施例の負荷電流検出回路10Cを示す。図3は図1におけるトランジスタM5のドレインとトランジスタM4のドレインとの間に、ドレインとゲートを短絡してダイオード接続したエンハンスメント型のPMOSトランジスタM7,M8,M9の直列接続回路を挿入したものである。図3では3個のトランジスタを直列接続して挿入しているが、挿入するトランジスタの数に制限はない。
<Third Example>
FIG. 3 shows the load current detection circuit 10C of the third embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a series connection circuit of enhancement type MOSFET transistors M7, M8, and M9 in which the drain and the gate are short-circuited and diode-connected between the drain of the transistor M5 and the drain of the transistor M4 in FIG. .. In FIG. 3, three transistors are connected in series and inserted, but the number of transistors to be inserted is not limited.
負荷7に電流が流れると、式3で表されるトランジスタM4とトランジスタM3のドレイン電流の差分(Id4−Id3)に相当する電流がトランジスタM5のドレイン電流として流れ、この電流はトランジスタQ7〜M9に流れる際に電圧降下を生じる。
When a current flows through the
ゲート・ソース間電圧Vgsである電圧降下は、1個のトランジスタ当たりの電流増幅率をβ2、閾値電圧をVt2とすると、
Vgs=√{2・(Id4−Id3)/β2}+Vt2 (9)
で表され、トランジスタM7〜M9の挿入によりトランジスタM4のドレイン電圧Vd4が決まる。これにより、トランジスタM3,M4のドレイン・ソース間電圧の差を小さくすることができるので、チャネル長変調の効果による影響を減らすことができ、負荷電流検出の精度を高めることができる。
The voltage drop, which is the gate-source voltage Vgs, is assumed to be β2 for the current amplification factor per transistor and Vt2 for the threshold voltage.
Vgs = √ {2 · (Id4-Id3) / β2} + Vt2 (9)
The drain voltage Vd4 of the transistor M4 is determined by inserting the transistors M7 to M9. As a result, the difference between the drain and source voltages of the transistors M3 and M4 can be reduced, so that the influence of the effect of channel length modulation can be reduced and the accuracy of load current detection can be improved.
このため、トランジスタM5のドレインとトランジスタM4のドレインの間に挿入するトランジスタ数は、トランジスタM4のドレイン電圧Vd4が、第2電源端子4の電圧VDD2と第1電源端子3の電圧VDD1の中点付近の電圧
Vd4=(VDD2+VDD1)/2 (10)
なるように設定することが望ましい。
Therefore, the number of transistors inserted between the drain of the transistor M5 and the drain of the transistor M4 is such that the drain voltage Vd4 of the transistor M4 is near the midpoint between the voltage VDD2 of the second
It is desirable to set so as to be.
なお、図3ではゲート・ソースを共通接続したPMOSトランジスタM7〜M9を挿入しているが、これらのPMOSトランジスタはNMOSトランジスタやダイオードに置き換えることもできる。ダイオードに置き換える場合は、ダイオードのアノードをトランジスタM5のドレイン側に、カソードをトランジスタM4のドレイン側に接続すればよい。他の動作原理は実施例1と同様である。 In FIG. 3, the MOSFET transistors M7 to M9 having the gate and source connected in common are inserted, but these MOSFET transistors can be replaced with the NMOS transistors or diodes. When replacing with a diode, the anode of the diode may be connected to the drain side of the transistor M5, and the cathode may be connected to the drain side of the transistor M4. Other operating principles are the same as in the first embodiment.
<第4実施例>
図4に本発明の第4実施例の負荷電流検出回路10Dを示す。本実施例は図1の負荷電流検出回路10AにおけるトランジスタM5のドレインとトランジスタM4のドレインとの間にドレインとゲートを短絡したエンハンスメント型のPMOSトランジスタM10を挿入し、さらにトランジスタM6のドレインに、バッファとなるエンハンスメント型のPMOSトランジスタM11のソースを接続し、そのトランジスタM11のゲートをトランジスタM4のドレインに接続して、トランジスタM11のドレインを負荷電流検出端子8に接続したものである。
<Fourth Example>
FIG. 4 shows the load
このように構成することで、トランジスタM10のソース・ゲート間電圧とトランジスタM11のソース・ゲート間電圧を一致させて、カレントミラーを構成するトランジスタM5とM6のドレイン・ソース間電圧を同程度にすることができるため、トランジスタM5,M6のドレイン電流はチャネル長変調の影響を同様に受けることになる。よって、第2電源端子4の電圧VDD2や負荷電流検出端子8の接続先の電位によっては、トランジスタM5,M6の実効的なカレントミラー比が変動することはなく、正確な負荷電流検出を行うことができる。なお、PMOSトランジスタM10は、トランジスタM11のソース・ゲート間電圧と同程度のソース・ゲート間電圧が得られるのであれば、ゲートとドレインが共通接続されたNMOSトランジスタに置き換えることもできる。他の動作原理は実施例1と同様である。
With this configuration, the source-gate voltage of the transistor M10 and the source-gate voltage of the transistor M11 are matched, and the drain-source voltage of the transistors M5 and M6 constituting the current mirror is made comparable. Therefore, the drain currents of the transistors M5 and M6 are similarly affected by the channel length modulation. Therefore, the effective current mirror ratio of the transistors M5 and M6 does not fluctuate depending on the voltage VDD2 of the second
10A,10B,10C,10D、20A,20B:負荷電流検出回路
1:チャージポンプ回路、2:負荷駆動制御回路、3:第1電源端子、4:第2電源端子、5:接地端子、6:出力端子、7:負荷、8:負荷電流検出端子
21:負荷駆動制御回路、22:電源端子、23:接地端子、24:出力端子、25:負荷、26:負荷電流検出端子、27:電流源、28:オペアンプ
10A, 10B, 10C, 10D, 20A, 20B: Load current detection circuit 1: Charge pump circuit 2: Load drive control circuit 3: 1st power supply terminal 4: 2nd power supply terminal 5: Ground terminal, 6: Output terminal, 7: Load, 8: Load current detection terminal 21: Load drive control circuit, 22: Power supply terminal, 23: Ground terminal, 24: Output terminal, 25: Load, 26: Load current detection terminal, 27: Current source , 28: Optotype
Claims (5)
前記第1トランジスタと同一制御電圧で制御されドレインが前記第1電源端子に接続される第1導電型の第2トランジスタと、前記第1トランジスタのソースと前記第2トランジスタのソース間に接続された検出抵抗と、第2電源端子にドレインが接続されゲートとソースが共通接続されたデプレッション型で第1導電型の第3トランジスタと、前記検出抵抗がゲート・ソース間に接続され前記第3トランジスタのソースにドレインが接続されたデプレッション型で第1導電型の第4トランジスタと、前記第3トランジスタのソースと前記第4トランジスタのドレインの共通接続点にゲートとドレインが接続されソースが前記第2電源端子に接続された第2導電型の第5トランジスタと、該第5トランジスタのゲートにゲートが接続されソースが前記第2電源端子に接続されドレインが負荷電流検出端子に接続された第2導電型の第6トランジスタとを備え、
前記第2トランジスタは前記第1トランジスタよりサイズ比が小さく設定され、前記第3及び第4トランジスタは同一構造同一サイズ比に設定され、前記第2電源端子の電圧は前記第1電源端子の電圧より高い電圧に設定され、前記検出抵抗の両端に発生する電圧は前記第3及び第4トランジスタの閾値電圧の絶対値より小さく設定されていることを特徴とする負荷電流検出回路。 The load current of the load drive circuit that drives the load connected between the output terminal and the ground terminal by the first conductive type first transistor in which the drain is connected to the first power supply terminal and the source is connected to the output terminal. It is a load current detection circuit to detect
A first conductive type second transistor controlled by the same control voltage as the first transistor and having a drain connected to the first power supply terminal, and a source of the first transistor and a source of the second transistor were connected to each other. The detection resistor, the depletion type first conductive type third transistor in which the drain is connected to the second power supply terminal and the gate and source are commonly connected, and the detection resistor is connected between the gate and source to form the third transistor. The gate and drain are connected to the common connection point between the depletion type first conductive type fourth transistor in which the drain is connected to the source and the source of the third transistor and the drain of the fourth transistor, and the source is the second power supply. The second conductive type fifth transistor connected to the terminal and the second conductive type in which the gate is connected to the gate of the fifth transistor, the source is connected to the second power supply terminal, and the drain is connected to the load current detection terminal. Equipped with the 6th transistor of
The size ratio of the second transistor is set to be smaller than that of the first transistor, the third and fourth transistors are set to the same structure and the same size ratio, and the voltage of the second power supply terminal is smaller than the voltage of the first power supply terminal. A load current detection circuit characterized in that the voltage is set to a high voltage and the voltage generated across the detection resistor is set to be smaller than the absolute value of the threshold voltage of the third and fourth transistors.
前記第2電源端子の電圧は、前記第3トランジスタ及び前記第4トランジスタが飽和状態で動作する電圧に設定されていることを特徴とする負荷電流検出回路。 In the load current detection circuit according to claim 1,
The load current detection circuit, wherein the voltage of the second power supply terminal is set to a voltage at which the third transistor and the fourth transistor operate in a saturated state.
前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタを同時駆動する負荷駆動制御回路が設けられ、該負荷駆動制御回路がチャージポンプ回路で生成された電圧で動作し、前記第2電源端子に前記チャージポンプ回路で生成された別の電圧が印加されるようにしたことを特徴とする負荷電流検出回路。 In the load current detection circuit according to claim 1 or 2.
A load drive control circuit for simultaneously driving the first transistor and the second transistor is provided, the load drive control circuit operates at a voltage generated by the charge pump circuit, and the second power supply terminal is connected to the charge pump circuit. A load current detection circuit characterized in that another generated voltage is applied.
前記第4トランジスタのドレインと前記第5トランジスタのドレインとの間に、ダイオードまたはダイオード接続したトランジスタを、1又は2以上直列に接続して挿入したことを特徴とする負荷電流検出回路。 In the load current detection circuit according to claim 1, 2 or 3,
A load current detection circuit, characterized in that a diode or a diode-connected transistor is connected in series with one or more in series between the drain of the fourth transistor and the drain of the fifth transistor.
前記第4トランジスタのドレインと前記第5トランジスタのドレインの間にドレインとゲートを短絡した第1導電型又は第2導電型の第10トランジスタを挿入し、前記第6トランジスタのドレインに第2導電型の第11トランジスタのソースを接続し、該第11トランジスタのゲートを前記第4トランジスタのドレインに接続し、ドレインを前記負荷電流検出端子に接続したことを特徴とする負荷電流検出回路。 In the load current detection circuit according to claim 1, 2 or 3,
A first conductive type or second conductive type tenth transistor having a drain and a gate short-circuited between the drain of the fourth transistor and the drain of the fifth transistor is inserted, and the second conductive type is inserted into the drain of the sixth transistor. A load current detection circuit comprising connecting the source of the eleventh transistor, connecting the gate of the eleventh transistor to the drain of the fourth transistor, and connecting the drain to the load current detection terminal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016141966A JP6763716B2 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Load current detection circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016141966A JP6763716B2 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Load current detection circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018014577A JP2018014577A (en) | 2018-01-25 |
JP6763716B2 true JP6763716B2 (en) | 2020-09-30 |
Family
ID=61021245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016141966A Active JP6763716B2 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Load current detection circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6763716B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7177720B2 (en) * | 2019-02-13 | 2022-11-24 | 日清紡マイクロデバイス株式会社 | Load current detection circuit |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS579250B2 (en) * | 1971-09-11 | 1982-02-20 | ||
JP3011727B2 (en) * | 1989-10-26 | 2000-02-21 | 富士電機株式会社 | Overcurrent detection circuit |
JP3523462B2 (en) * | 1997-09-12 | 2004-04-26 | 松下電器産業株式会社 | MOS semiconductor integrated circuit |
JP2000330657A (en) * | 1999-05-17 | 2000-11-30 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP3928515B2 (en) * | 2002-07-31 | 2007-06-13 | ヤマハ株式会社 | Class D amplifier |
JP4068022B2 (en) * | 2003-07-16 | 2008-03-26 | Necエレクトロニクス株式会社 | Overcurrent detection circuit and load drive circuit |
JP4751309B2 (en) * | 2006-12-19 | 2011-08-17 | 川崎マイクロエレクトロニクス株式会社 | Voltage controlled oscillator circuit |
JP5129701B2 (en) * | 2008-09-12 | 2013-01-30 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Overcurrent detection circuit |
JP2013074537A (en) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Rohm Co Ltd | Comparator, and control circuit for dc/dc converter and electronic apparatus using the same |
JP5708457B2 (en) * | 2011-11-25 | 2015-04-30 | 株式会社デンソー | Overcurrent detection circuit and load driving device |
JP6110133B2 (en) * | 2012-12-27 | 2017-04-05 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and electronic control device |
JP2014165956A (en) * | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Aisin Aw Co Ltd | Rotary electric machine drive device |
-
2016
- 2016-07-20 JP JP2016141966A patent/JP6763716B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018014577A (en) | 2018-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4789136B2 (en) | Operational amplifier | |
JP4768339B2 (en) | Temperature detection circuit and oscillation frequency correction device using the same | |
JP4713280B2 (en) | Reference voltage generation circuit and constant voltage circuit using the reference voltage generation circuit | |
US7852142B2 (en) | Reference voltage generating circuit for use of integrated circuit | |
JP3185698B2 (en) | Reference voltage generation circuit | |
KR101451468B1 (en) | Constant current circuit and reference voltage circuit | |
JP5300085B2 (en) | Reference voltage generation circuit | |
US8368429B2 (en) | Hysteresis comparator | |
CN101989842A (en) | Operational amplifier and semiconductor device using the same | |
JP2010009423A (en) | Reference voltage generating circuit | |
US10838445B2 (en) | Constant-voltage power supply circuit | |
JP4118562B2 (en) | Low voltage current mirror circuit | |
EP3416287A1 (en) | High voltage comparator | |
JP4829650B2 (en) | Differential amplifier circuit | |
JP6763716B2 (en) | Load current detection circuit | |
JP5889586B2 (en) | Reference current generation circuit, reference voltage generation circuit, and temperature detection circuit | |
JP2009273073A (en) | Comparator circuit | |
CN113131885B (en) | Output stage circuit and AB class amplifier | |
JPH1188072A (en) | MOS semiconductor integrated circuit | |
US20100308913A1 (en) | Operational amplifier | |
JP7177720B2 (en) | Load current detection circuit | |
US10824182B2 (en) | Semiconductor integrated circuit and power supply device | |
JP2004274207A (en) | Bias voltage generator circuit and differential amplifier | |
US11249118B2 (en) | Current sensing circuit | |
JP4749105B2 (en) | Reference voltage generation circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190617 |
|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20200207 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200312 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200324 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20200408 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200523 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200721 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200805 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200818 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200910 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6763716 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |