電流制御装置及び電流検出装置
【課題】安価且つ単純な回路構成で安定的に動作する電流制御装置及び電流検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電流制御装置５０、５２は、電流制限部３０が電流検出部２０、２２と負荷１２との間に接続されているため、負荷が短絡に近い状態となった場合でも第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタの電位が著しく低下することはない。よって、電流制御装置５０、５２は常に安定して動作することができる。また、単純な回路で構成しているため部品点数が少なく、よって低コスト化と省スペース化とを図ることができる。
【解決手段】電流制御装置５０、５２は、電流制限部３０が電流検出部２０、２２と負荷１２との間に接続されているため、負荷が短絡に近い状態となった場合でも第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタの電位が著しく低下することはない。よって、電流制御装置５０、５２は常に安定して動作することができる。また、単純な回路で構成しているため部品点数が少なく、よって低コスト化と省スペース化とを図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を電圧に変換して検出する電流制御装置及び電流検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電源以外から電力の供給を受けて動作する電子機器が多く商品化されている。これら電子機器に電力を供給する電源は供給電流に制限があるものが存在し、例えばパーソナルコンピュータの分野を中心に広く普及したＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）接続では、ＵＳＢ２．０規格もしくはＵＳＢ１．１規格における供給電流の上限値は５００ｍＡに規定されており、ＵＳＢ３．０規格における供給電流の上限値は９００ｍＡに規定されている。
【０００３】
従って、このような電源から電力供給を受ける電子機器には、供給電流を検出して定められた上限電流値を超えないよう制御する装置を備えることが好ましい。供給電流を検出する方法の一つとして、供給電流の値を電圧値に変換して行う手法がある。供給電流値を電圧値に変換する回路としては、例えば電源電圧まで入力可能なレール・トウ・レール（Ｒａｉｌ ｔｏ Ｒａｉｌ）オペアンプやフルスケールオペアンプ、又は専用の電流検出用ＩＣを用いた回路が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、比較的高価なレール・トウ・レールオペアンプやフルスケールオペアンプを用いた場合、機器コストが高くなることに加え検出誤差を低減するために入力オフセット電圧を小さくする必要がある。また、比較的安価なレール・トウ・レールオペアンプやフルスケールオペアンプを用いた場合であっても、入力オフセット電圧が１ｍＶ〜５ｍＶと大きく検出誤差低減のために調整回路が必要となる。また、専用の電流検出用ＩＣは主に産業用向けのものであり極めて高価であることに加え、出力電圧にオフセット電圧とゲイン誤差が含まれるため検出誤差低減のために何らかの補正処理が必要となる。このように、供給電流値を検出する回路にレール・トウ・レールオペアンプやフルスケールオペアンプ、専用の電流検出用ＩＣ等を用いた場合、検出誤差低減のための何らかの措置が必要であったり、それ自体の価格が高かったりして、コストの増大を招くという問題点がある。
【０００５】
この問題点に対し、下記［特許文献１］ではカレントミラー回路を用いた比較的部品コストの低い電流検出装置に関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１２４８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、［特許文献１］に開示されている発明では、図８に示すように供給電流を制御するトランジスタ素子３が電源部２と電流検出装置６との間に接続されている。ここで、電力供給を受ける電子機器が例えばモータ等の場合、その負荷が瞬間的に短絡に近い状態となる。また、モータ以外の機器であっても起動時に負荷が短絡に近い状態となる可能性がある。これに対し［特許文献１］に開示されている発明では、負荷が短絡に近い状態となった場合に電流検出装置６のトランジスタＱ２のエミッタの電位が著しく低下し電流検出装置６が正常に動作しない可能性がある。
【０００８】
また、［特許文献１］に開示されている発明は電流検出装置６を起動するためのスイッチ手段１０を備えている。しかしながら、このスイッチ手段１０による起動には１ショットパルス等が必要であること等の理由から、回路構成が複雑となり部品コストの増大やスペースの圧迫を招くという問題点がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、安価且つ単純な回路構成で安定的に動作する電流制御装置及び電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
（１）電源１０から負荷１２への電源ラインＶｃｃに挿入される電流検出抵抗Ｒｓ、及び、第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２とを有するカレントミラー回路、を備え、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流を前記カレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流に対応した検出電圧Ｖｏｕｔを出力する電流検出部２０、２２と、
前記検出電圧Ｖｏｕｔに応じた制御信号Ｓｃを出力する電圧比較部３２と、
前記電源ラインＶｃｃ上の前記電流検出部２０、２２と前記負荷１２との間に挿入され、前記制御信号Ｓｃに応じて前記電源１０から前記負荷１２へと供給される電流を制限する電流制限部３０と、
を有することを特徴とする電流制御装置５０、５２を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）前記電流制限部３０は、電流制限用トランジスタ素子Ｑａと第１の抵抗素子Ｒａと第２の抵抗素子Ｒｃとを備えており、
前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタは前記電流検出部２０、２２と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタは前記負荷１２と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースは前記電圧比較部３２と接続され、前記第１の抵抗素子Ｒａの一端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタと接続され、前記第１の抵抗素子Ｒａの他端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースと接続され、前記第２の抵抗素子Ｒｃの一端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタと接続され、前記第２の抵抗素子Ｒｃの他端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタと接続されていることを特徴とする上記（１）記載の電流制御装置５０、５２を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）電源１０から負荷１２への電源ラインＶｃｃに挿入される電流検出抵抗Ｒｓ、及び、第１のトランジスタ素子Ｑ１と前記第２のトランジスタ素子Ｑ２とを有する第１のカレントミラー回路、前記第１のトランジスタＱａと接続される第３のトランジスタ素子Ｑ３と前記第２のトランジスタＱ２と接続される第４のトランジスタ素子Ｑ４とを有する第２のカレントミラー回路、を備えるとともに、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流を前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流に対応した検出電圧Ｖｏｕｔを出力する電流検出部２２と、
コンデンサ素子Ｃと抵抗素子Ｒ５とで構成されたＣＲ回路を有するとともに、前記電流検出部２２及びグラウンドと接続され、前記電源１０から前記負荷１２への電流の供給が開始される際に、前記第１のトランジスタ素子Ｑ１及び前記第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースに電流を流す起動部３４をさらに備えることを特徴とする電流検出装置２６を提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電流制御装置及び電流検出装置は、安価且つ単純な回路構成で安定的に動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る第１の形態の電流制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る第１の形態の電流制御装置の一例を示す回路図である。
【図３】本発明に係る第１の形態の電流制御装置の変形例を示す回路図である。
【図４】本発明に係る第１の形態の電流制御装置の変形例を示す回路図である。
【図５】本発明に係る第２の形態の電流制御装置及び電流検出装置を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る第２の形態の電流制御装置及び電流検出装置の一例を示す回路図である。
【図７】本発明に係る第２の形態の電流制御装置及び電流検出装置の変形例を示す回路図である。
【図８】従来の電流検出装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る電流制御装置及び電流検出装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示す本実施の第１の形態に係る電流制御装置５０は、電源部１０から負荷１２への電源ライン間に接続される電流検出部２０と、電流検出部２０から出力される検出電圧Ｖｏｕｔに応じて制御信号Ｓｃを出力する電圧比較部３２と、電流検出部２０と負荷１２との間の電源ラインに接続され制御信号Ｓｃに応じて負荷１２への供給電流を制限する電流制限部３０と、を有している。なお、負荷１２は例えば、アンプ、スピーカ、ディスクドライブ、またはモータ等である。
【００１４】
次に、図２に電流制御装置５０の１実施例としての電流制御装置５０ａの回路図を示す。電流制御装置５０ａの電流検出部２０ａは、負荷１２への電源ラインに挿入される電流検出抵抗Ｒｓを有している。電流検出抵抗Ｒｓとしては高精度で低抵抗なシャント抵抗を用いることが好ましい。
【００１５】
電流検出抵抗Ｒｓの両端にはＰＮＰ型の第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタがそれぞれ接続される。特に、第１のトランジスタ素子Ｑ１のエミッタは抵抗素子Ｒ１を介して電流検出抵抗Ｒｓの電源部１０側の一端に接続される。また、第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタは、電流検出抵抗Ｒｓの負荷１２側の一端に接続される。第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタは電圧変換用抵抗素子Ｒ２を介してＧＮＤに接続され、この第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタと、電流を電圧に変換するための電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間の出力端Ａの電位が検出電圧Ｖｏｕｔとして電圧比較部３２に出力される。また、第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタは抵抗素子Ｒ３を介してＧＮＤに接続され、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベースと第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースとは互いに接続されるとともに、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースは、ベース電流の経路として第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタにも接続される。また、第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２とは略同一の特性を有する同種のトランジスタ素子が用いられ、これにより第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２とがカレントミラー回路を構成する。
【００１６】
なお、本実施の形態においては、電源１０から負荷１２への供給電流が、電源部１０が供給可能な上限の電流値である上限電流Ｉｍａｘであるか否かを検出することを想定している。よって、電源１０から負荷１２への供給電流が、上限電流値Ｉｍａｘの際に最も精度良く電流を検出するために、抵抗素子Ｒ３の抵抗値は、検出すべき供給電流（ここでは、検出すべき供給電流を電源部１０の上限電流値Ｉｍａｘとする）が流下する時、抵抗素子Ｒ１を流下する電流Ｉｓの値と第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流の値とが等しくなるように設計する。
【００１７】
具体的には、電源部１０の電源電圧をＶ、上限電流Ｉｍａｘ流下時に抵抗素子Ｒ１に流れる電流の値をＩｓ’、上限電流Ｉｍａｘ流下時の第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ’、抵抗素子Ｒ３の抵抗値をＲ３として、上限電流Ｉｍａｘ流下時の第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流がＩｓ’と等しいとした場合、以下の式が成立する。
Ｖ＝Ｒｓ・Ｉｍａｘ＋Ｖｂｅ’＋Ｒ３・Ｉｓ’
よって、Ｒ３は
Ｒ３＝（Ｖ−Ｒｓ・Ｉｍａｘ−Ｖｂｅ’）／Ｉｓ’ となる。
そして、抵抗素子Ｒ３が上記の条件を満たす場合、上限電流Ｉｍａｘが流下する時に、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース・エミッタ間電圧と第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ間電圧とが等しくなる。即ち、第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流とが略同等となる。これにより、後述するように上限電流Ｉｍａｘ近傍で検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを精度良く検出することが可能となる。
【００１８】
電圧比較部３２は例えば、コンパレータＣＯＭＰで構成される。コンパレータＣＯＭＰの非反転入力端子は電流検出部２０の出力端Ａと接続されており、検出電圧Ｖｏｕｔが入力する。また、コンパレータＣＯＭＰの反転入力端子は基準電圧源と接続されており、基準電圧Ｖｓｔｄが入力する。そして、コンパレータＣＯＭＰの出力端は、検出電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｓｔｄとの比較結果に応じた制御信号Ｓｃを電流制限部３０に出力する。
【００１９】
電流制御装置５０ａの電流制限部３０は、電流検出部２０と負荷１２との間に配置されている。具体的には、電流制限部３０の電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタは電源ラインの電源部１０側（電流検出部２０ａ側）に接続され、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタは電源ラインの負荷１２側に接続されている。また、電流制限部３０はバイアス抵抗として動作する抵抗素子Ｒａ（第１の抵抗素子Ｒａ）と抵抗素子Ｒｂとを有している。第１の抵抗素子Ｒａの一端は電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタと接続され、第１の抵抗素子Ｒａの他端は電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースと接続されている。また、抵抗素子Ｒｂの一端は電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースと接続され、抵抗素子Ｒｂの他端は電圧比較部３２と接続されている。即ち、抵抗素子Ｒｂは電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースラインに接続される。よって、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースは抵抗素子Ｒｂを介して電圧比較部３２と接続される。そして、電圧比較部３２からの制御信号Ｓｃは抵抗素子Ｒｂを介して電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースに入力する。さらに、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタ・コレクタ間には、第２の抵抗素子Ｒｃが設置されている。この第２の抵抗素子Ｒｃを設けることで、負荷１２への電力供給開始直後等で電流制限用トランジスタ素子Ｑａが起動前であっても、第２の抵抗素子Ｒｃの経路から負荷１２へ電力供給を行うことができる。これにより、負荷１２への電力供給の立ち上がりを早くすることができる。
【００２０】
また、電流制限部３０を電流検出部２０よりも負荷１２側に配置することで、電流検出抵抗Ｒｓによる電圧低下が大きい場合に生じる、電流検出回路の電源電圧が低下し、回路のダイナミックレンジが狭くなる虞や、負荷短絡に近い大電流が流れた場合に生じる、第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタ電位が低下し、回路が動作しなくなる虞を回避することができる。
【００２１】
次に、電流制御装置５０ａの動作を説明する。先ず、電源部１０が動作し、電力の供給を開始すると、供給電流が流下して電流検出抵抗Ｒｓを介して負荷１２に電力が供給される。また、供給電流が流下すると電流検出部２０ａの第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２にベース電流が流下し、第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２が起動する。ここで、抵抗値Ｒｓの電流検出抵抗Ｒｓに供給電流Ｉｏｕｔが流下したときの電流検出抵抗Ｒｓの電圧降下は
Ｒｓ・Ｉｏｕｔ となる。
また、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅと及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅとが等しいとすると、
Ｒｓ・Ｉｏｕｔ＋Ｖｂｅ＝Ｒ１・Ｉｓ＋Ｖｂｅ となる。
よって、
Ｉｓ＝（Ｒｓ／Ｒ１）・Ｉｏｕｔ となる。
さらに、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース電流は、エミッタ電流に比べ無視できるほど小さいとし、電圧変換用抵抗素子Ｒ２の抵抗値をＲ２とすると、検出電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｒ２・Ｉｓ＝（（Ｒｓ・Ｒ２）／Ｒ１）・Ｉｏｕｔ となる。
抵抗値Ｒｓ、Ｒ１、Ｒ２は固定値であるから、検出電圧Ｖｏｕｔは供給電流Ｉｏｕｔに応じて変化する。よって、検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを検出することができる。例えば、Ｒｓ＝０．４７Ω、Ｒ１＝４７０Ω、Ｒ２＝１ｋΩ、Ｖｏｕｔ＝０．５Ｖの場合、供給電流Ｉｏｕｔ＝５００ｍＡとなる。また、５００ｍＡの供給電流が流下しているときには、電流検出部２０ａから０．５Ｖの検出電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００２２】
尚、電流制御装置５０ａでは抵抗素子Ｒ３を最適化することで、上限電流Ｉｍａｘ（検出すべき供給電流）の流下時に第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを等しくしている。よって、上限電流Ｉｍａｘ近傍では第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流とが略同等となる。従って、検出電圧Ｖｏｕｔから上限電流値Ｉｍａｘを精度良く検出することができる。
【００２３】
電流検出部２０ａから出力した検出電圧Ｖｏｕｔは、電圧比較部３２を構成するコンパレータＣＯＭＰの非反転入力端子に入力する。また、コンパレータＣＯＭＰの反転入力端子には予め設定された基準電圧Ｖｓｔｄが入力している。ここで、上限電流Ｉｍａｘが流下するときの検出電圧Ｖｏｕｔの値を０．５Ｖと仮定し、基準電圧Ｖｓｔｄを０．５Ｖとする。
【００２４】
供給電流Ｉｏｕｔが上限電流Ｉｍａｘに満たず検出電圧Ｖｏｕｔが０．５Ｖ未満の場合、検出電圧Ｖｏｕｔは基準電圧Ｖｓｔｄよりも低くコンパレータＣＯＭＰの出力端の電圧は負となる。これにより、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタ・ベース間の電位差は大きくなってベース電流が高い値で推移する。このベース電流の流下により供給電流Ｉｏｕｔが電流制限用トランジスタ素子Ｑａを通して負荷１２に供給される。尚、検出電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｓｔｄよりも低い領域では、負荷１２の動作の変動によって供給電流Ｉｏｕｔも変動する。
【００２５】
また、供給電流Ｉｏｕｔが上限電流Ｉｍａｘを超え、検出電圧Ｖｏｕｔが０．５Ｖ以上となった場合、検出電圧Ｖｏｕｔは基準電圧Ｖｓｔｄよりも高くなりコンパレータＣＯＭＰの出力端の電圧が正となる。これにより、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタ・ベース間の電位差が小さくなってベース電流は減少する。このベース電流の減少により、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタ電流が減少し、結果として供給電流Ｉｏｕｔも減少する。
【００２６】
そして、供給電流Ｉｏｕｔが上限電流Ｉｍａｘを下回ると再度コンパレータＣＯＭＰの出力端の電圧は負となり、負荷１２の動作に応じ且つ上限電流Ｉｍａｘ未満の供給電流Ｉｏｕｔが供給される。この一連の動作により、供給電流Ｉｏｕｔは上限電流値Ｉｍａｘ未満に制御される。
【００２７】
次に、電流制御装置５０ａの変形例である電流制御装置５０ｂを図３に示す。電流制御装置５０ｂの電流検出部２０ｂは、第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース電流の経路にベース電流流下用トランジスタ素子Ｑ５を設けたものである。電流制御装置５０ａでは第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース電流は第２のトランジスタ素子Ｑ２側の抵抗素子Ｒ３を介してＧＮＤに流下するが、電流制御装置５０ｂの構成によればベース電流をベース電流流下用トランジスタ素子Ｑ５及び抵抗素子Ｒ４を介してＧＮＤに流下することができる。これにより、第１のトランジスタ素子Ｑ１側の回路を流れる電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２側の回路を流れる電流との対称性が向上し、さらに高精度に供給電流Ｉｏｕｔの制御を行うことができる。
【００２８】
尚、電流制御装置５０ａ、５０ｂは図４の電流制御装置５０ｃに示すように、電流検出部２０ｃが負極側の電流を検出する構成としても良い。尚、図４では電流制御装置５０ａを負極側に適用した例を示している。
【００２９】
次に、本実施の第２の形態に係る電流制御装置５２及び電流検出装置２６を図５に示す。電流制御装置５２は電流制御装置５０の構成に加え、電流制御装置５２の起動時（電力供給開始時）に電流検出部２２を動作させる起動部３４を備えている。そして、電流検出部２２と起動部３４とが本発明に係る電流検出装置２６を主に構成する。
【００３０】
次に、図６に電流制御装置５２の１実施例としての電流制御装置５２ａの回路図を示す。電流制御装置５２ａの電流検出部２２ａは、第１の実施の形態の電流検出部２０ａの構成に加え、第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタと電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間に接続されたＮＰＮ型の第３のトランジスタ素子Ｑ３と、第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタと抵抗素子Ｒ３との間に接続されたＮＰＮ型の第４のトランジスタ素子Ｑ４と、を有している。そして、第３のトランジスタ素子Ｑ３のエミッタと電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間の出力端Ａの電位が検出電圧Ｖｏｕｔとして電圧比較部３２に出力する。また、第３のトランジスタ素子Ｑ３のベースと第４のトランジスタ素子Ｑ４のベースとは互いに接続されるとともに、第３のトランジスタ素子Ｑ３のベース及び第４のトランジスタ素子Ｑ４のベースは、ベース電流の経路として第３のトランジスタ素子Ｑ３のコレクタに接続される。第３のトランジスタ素子Ｑ３と第４のトランジスタ素子Ｑ４とは略同一の特性を有する同種のトランジスタ素子が用いられ、これにより第３のトランジスタ素子Ｑ３と第４のトランジスタ素子Ｑ４とは、第２のカレントミラー回路を構成する。尚、電流検出部２２ａにおいては、電圧変換用抵抗素子Ｒ２の抵抗値と抵抗素子Ｒ３の抵抗値とは等しい。
【００３１】
電流検出部２２ａでは、第３のトランジスタ素子Ｑ３と第４のトランジスタ素子Ｑ４とが第２のカレントミラー回路を構成しているため、供給電流Ｉｏｕｔの値によらず第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２コレクタ電流、第３のトランジスタ素子Ｑ３のコレクタ電流と第４のトランジスタ素子Ｑ４コレクタ電流とは等しく、また、第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第３のトランジスタ素子Ｑ３コレクタ電流、第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流と第４のトランジスタ素子Ｑ４コレクタ電流とは等しくなる。よって、供給電流Ｉｏｕｔの全ての範囲において、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅと第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅとを等しくすることができる。よって、電流制御装置５２ａは供給電流Ｉｏｕｔの全ての範囲において、検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを検出することができる。
【００３２】
また、電流制御装置５２ａの起動部３４は例えば、一端が第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースに接続された抵抗素子Ｒ５と、一端が抵抗素子Ｒ５の他端に接続されもう一端がＧＮＤ（グラウンド）に接続された起動用のコンデンサ素子Ｃとから構成されるＣＲ回路を有している。
【００３３】
電流検出部２２ａでは起動部３４が存在しない場合、起動時において第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース電流の経路が遮断されており、特にトランジスタ素子Ｑ１〜Ｑ４の素子特性が完全にバランスが取れた状態にあるとベース電流が全く流下せず電流検出部２２ａが動作しない虞がある。また、バランスが取れていない状態でもベース電流の流下はトランジスタ素子の特性ばらつきに依存するものであり、電流検出部２２ａの起動をこのような不安定な要素により行うことは好ましいことではない。このため、電流制御装置５２及び電流検出装置２６には電流検出部２２ａを確実に起動させる起動部３４を備えている。
【００３４】
ここで、起動部３４の動作を説明する。電源部１０が電力の供給を開始すると電源ラインとコンデンサ素子Ｃとの間に電位差が生じ、第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタからベースを通してコンデンサ素子Ｃへと起動電流が流下する。この起動電流はベース電流として作用し第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２を起動させる。これにより、電流検出部２２ａが動作するとともに電流検出装置２６及び電流制御装置５２が動作する。そして、起動電流の流下によりコンデンサ素子Ｃが充電すると起動電流は停止する。ただし、電流検出部２２ａは一度起動すればベース電流は流下し続けるため、電流検出装置２６及び電流制御装置５２は起動電流が停止しても継続的に動作することができる。尚、電源部１０の動作が停止するとコンデンサ素子Ｃに充電された電荷は放電用ダイオードＤを介して速やかに放電される。このように、起動部３４を備えることにより、電流検出部２２ａを確実に起動することができる。また、本実施の形態の起動部３４は極めて簡素な構成であるため部品点数が少なく省スペース化及び低コスト化を図ることができる。
【００３５】
また、電流検出部２２は、図７に示す電流検出部２２ｂを用いても良い。電流制御装置５２ｂの電流検出部２２ｂは、ベースが第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースに接続された第５のトランジスタ素子Ｑ６をさらに備えている。そして、第５のトランジスタ素子Ｑ６のエミッタは抵抗素子Ｒ１と同じ抵抗値を有する抵抗素子Ｒ１’を介して電流検出抵抗Ｒｓの電源部１０側に接続され、コレクタには電圧変換用抵抗素子Ｒ２が接続される。また、第５のトランジスタ素子Ｑ６のコレクタと電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間の出力端Ａから検出電圧Ｖｏｕｔが出力する。第５のトランジスタ素子Ｑ６は第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２と略同一の特性を有する同種のトランジスタ素子が用いられ、第５のトランジスタ素子Ｑ６と第１のトランジスタ素子Ｑ１とが第２のトランジスタ素子Ｑ２と対をなす第１のカレントミラー回路を構成する。尚、第３のトランジスタ素子Ｑ３のエミッタは抵抗素子Ｒ３と同じ抵抗値を有する抵抗素子Ｒ３’を介してＧＮＤに接続されている。
【００３６】
電流制御装置５２ｂでは第５のトランジスタ素子Ｑ６のコレクタ電流と第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流とが略同等となるため、電流制御装置５２ａと同様、全ての供給電流Ｉｏｕｔの範囲において検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを検出することができる。
【００３７】
尚、電流制御装置５２ｂに前述の電流検出部２０ｂと同様、ベース電流流下用トランジスタ素子Ｑ５を設ければ、第１、第２のカレントミラー回路の対称性が向上しさらに高精度に供給電流Ｉｏｕｔの制御を行うことができる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に係る電流制御装置５０、５２は、電流制限部３０が電流検出部２０、２２と負荷１２との間に接続されているため、負荷が短絡に近い状態となった場合でも第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタの電位が著しく低下することはない。よって、電流制御装置５０、５２は常に安定して動作することができる。また、起動部３４を極めて単純な回路で構成しているため部品点数が少なく、よって低コスト化と省スペース化とを図ることができる。
【００３９】
尚、上記の電流制御装置５０、５２は一例であるから、各部の構成、動作等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 電源
１２ 負荷
２０、２０ａ〜２０ｃ 電流検出部
２２、２２ａ、２２ｂ 電流検出部
２６ 電流検出装置
３０ 電流制限部
３２ 電圧比較部
３４ 起動部
５０、５０ａ〜５０ｃ 電流制御装置
５２、５２ａ、５２ｂ 電流制御装置
Ｒｓ 電流検出抵抗
Ｒａ 第１の抵抗素子
Ｒｃ 第２の抵抗素子
Ｑ１ 第１のトランジスタ素子
Ｑ２ 第２のトランジスタ素子
Ｑ３ 第３のトランジスタ素子
Ｑ４ 第４のトランジスタ素子
Ｑａ 電流制限用トランジスタ素子
Ｃ コンデンサ素子
Ｒ５ 抵抗素子
Ｖｃｃ 電源ライン
Ｖｏｕｔ 検出電圧
Ｓｃ 制御信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を電圧に変換して検出する電流制御装置及び電流検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電源以外から電力の供給を受けて動作する電子機器が多く商品化されている。これら電子機器に電力を供給する電源は供給電流に制限があるものが存在し、例えばパーソナルコンピュータの分野を中心に広く普及したＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）接続では、ＵＳＢ２．０規格もしくはＵＳＢ１．１規格における供給電流の上限値は５００ｍＡに規定されており、ＵＳＢ３．０規格における供給電流の上限値は９００ｍＡに規定されている。
【０００３】
従って、このような電源から電力供給を受ける電子機器には、供給電流を検出して定められた上限電流値を超えないよう制御する装置を備えることが好ましい。供給電流を検出する方法の一つとして、供給電流の値を電圧値に変換して行う手法がある。供給電流値を電圧値に変換する回路としては、例えば電源電圧まで入力可能なレール・トウ・レール（Ｒａｉｌ ｔｏ Ｒａｉｌ）オペアンプやフルスケールオペアンプ、又は専用の電流検出用ＩＣを用いた回路が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、比較的高価なレール・トウ・レールオペアンプやフルスケールオペアンプを用いた場合、機器コストが高くなることに加え検出誤差を低減するために入力オフセット電圧を小さくする必要がある。また、比較的安価なレール・トウ・レールオペアンプやフルスケールオペアンプを用いた場合であっても、入力オフセット電圧が１ｍＶ〜５ｍＶと大きく検出誤差低減のために調整回路が必要となる。また、専用の電流検出用ＩＣは主に産業用向けのものであり極めて高価であることに加え、出力電圧にオフセット電圧とゲイン誤差が含まれるため検出誤差低減のために何らかの補正処理が必要となる。このように、供給電流値を検出する回路にレール・トウ・レールオペアンプやフルスケールオペアンプ、専用の電流検出用ＩＣ等を用いた場合、検出誤差低減のための何らかの措置が必要であったり、それ自体の価格が高かったりして、コストの増大を招くという問題点がある。
【０００５】
この問題点に対し、下記［特許文献１］ではカレントミラー回路を用いた比較的部品コストの低い電流検出装置に関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１２４８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、［特許文献１］に開示されている発明では、図８に示すように供給電流を制御するトランジスタ素子３が電源部２と電流検出装置６との間に接続されている。ここで、電力供給を受ける電子機器が例えばモータ等の場合、その負荷が瞬間的に短絡に近い状態となる。また、モータ以外の機器であっても起動時に負荷が短絡に近い状態となる可能性がある。これに対し［特許文献１］に開示されている発明では、負荷が短絡に近い状態となった場合に電流検出装置６のトランジスタＱ２のエミッタの電位が著しく低下し電流検出装置６が正常に動作しない可能性がある。
【０００８】
また、［特許文献１］に開示されている発明は電流検出装置６を起動するためのスイッチ手段１０を備えている。しかしながら、このスイッチ手段１０による起動には１ショットパルス等が必要であること等の理由から、回路構成が複雑となり部品コストの増大やスペースの圧迫を招くという問題点がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、安価且つ単純な回路構成で安定的に動作する電流制御装置及び電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
（１）電源１０から負荷１２への電源ラインＶｃｃに挿入される電流検出抵抗Ｒｓ、及び、第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２とを有するカレントミラー回路、を備え、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流を前記カレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流に対応した検出電圧Ｖｏｕｔを出力する電流検出部２０、２２と、
前記検出電圧Ｖｏｕｔに応じた制御信号Ｓｃを出力する電圧比較部３２と、
前記電源ラインＶｃｃ上の前記電流検出部２０、２２と前記負荷１２との間に挿入され、前記制御信号Ｓｃに応じて前記電源１０から前記負荷１２へと供給される電流を制限する電流制限部３０と、
を有することを特徴とする電流制御装置５０、５２を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）前記電流制限部３０は、電流制限用トランジスタ素子Ｑａと第１の抵抗素子Ｒａと第２の抵抗素子Ｒｃとを備えており、
前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタは前記電流検出部２０、２２と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタは前記負荷１２と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースは前記電圧比較部３２と接続され、前記第１の抵抗素子Ｒａの一端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタと接続され、前記第１の抵抗素子Ｒａの他端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースと接続され、前記第２の抵抗素子Ｒｃの一端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタと接続され、前記第２の抵抗素子Ｒｃの他端は前記電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタと接続されていることを特徴とする上記（１）記載の電流制御装置５０、５２を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）電源１０から負荷１２への電源ラインＶｃｃに挿入される電流検出抵抗Ｒｓ、及び、第１のトランジスタ素子Ｑ１と前記第２のトランジスタ素子Ｑ２とを有する第１のカレントミラー回路、前記第１のトランジスタＱａと接続される第３のトランジスタ素子Ｑ３と前記第２のトランジスタＱ２と接続される第４のトランジスタ素子Ｑ４とを有する第２のカレントミラー回路、を備えるとともに、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流を前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗Ｒｓを流れる電流に対応した検出電圧Ｖｏｕｔを出力する電流検出部２２と、
コンデンサ素子Ｃと抵抗素子Ｒ５とで構成されたＣＲ回路を有するとともに、前記電流検出部２２及びグラウンドと接続され、前記電源１０から前記負荷１２への電流の供給が開始される際に、前記第１のトランジスタ素子Ｑ１及び前記第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースに電流を流す起動部３４をさらに備えることを特徴とする電流検出装置２６を提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電流制御装置及び電流検出装置は、安価且つ単純な回路構成で安定的に動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る第１の形態の電流制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る第１の形態の電流制御装置の一例を示す回路図である。
【図３】本発明に係る第１の形態の電流制御装置の変形例を示す回路図である。
【図４】本発明に係る第１の形態の電流制御装置の変形例を示す回路図である。
【図５】本発明に係る第２の形態の電流制御装置及び電流検出装置を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る第２の形態の電流制御装置及び電流検出装置の一例を示す回路図である。
【図７】本発明に係る第２の形態の電流制御装置及び電流検出装置の変形例を示す回路図である。
【図８】従来の電流検出装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る電流制御装置及び電流検出装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示す本実施の第１の形態に係る電流制御装置５０は、電源部１０から負荷１２への電源ライン間に接続される電流検出部２０と、電流検出部２０から出力される検出電圧Ｖｏｕｔに応じて制御信号Ｓｃを出力する電圧比較部３２と、電流検出部２０と負荷１２との間の電源ラインに接続され制御信号Ｓｃに応じて負荷１２への供給電流を制限する電流制限部３０と、を有している。なお、負荷１２は例えば、アンプ、スピーカ、ディスクドライブ、またはモータ等である。
【００１４】
次に、図２に電流制御装置５０の１実施例としての電流制御装置５０ａの回路図を示す。電流制御装置５０ａの電流検出部２０ａは、負荷１２への電源ラインに挿入される電流検出抵抗Ｒｓを有している。電流検出抵抗Ｒｓとしては高精度で低抵抗なシャント抵抗を用いることが好ましい。
【００１５】
電流検出抵抗Ｒｓの両端にはＰＮＰ型の第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタがそれぞれ接続される。特に、第１のトランジスタ素子Ｑ１のエミッタは抵抗素子Ｒ１を介して電流検出抵抗Ｒｓの電源部１０側の一端に接続される。また、第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタは、電流検出抵抗Ｒｓの負荷１２側の一端に接続される。第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタは電圧変換用抵抗素子Ｒ２を介してＧＮＤに接続され、この第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタと、電流を電圧に変換するための電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間の出力端Ａの電位が検出電圧Ｖｏｕｔとして電圧比較部３２に出力される。また、第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタは抵抗素子Ｒ３を介してＧＮＤに接続され、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベースと第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースとは互いに接続されるとともに、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースは、ベース電流の経路として第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタにも接続される。また、第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２とは略同一の特性を有する同種のトランジスタ素子が用いられ、これにより第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２とがカレントミラー回路を構成する。
【００１６】
なお、本実施の形態においては、電源１０から負荷１２への供給電流が、電源部１０が供給可能な上限の電流値である上限電流Ｉｍａｘであるか否かを検出することを想定している。よって、電源１０から負荷１２への供給電流が、上限電流値Ｉｍａｘの際に最も精度良く電流を検出するために、抵抗素子Ｒ３の抵抗値は、検出すべき供給電流（ここでは、検出すべき供給電流を電源部１０の上限電流値Ｉｍａｘとする）が流下する時、抵抗素子Ｒ１を流下する電流Ｉｓの値と第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流の値とが等しくなるように設計する。
【００１７】
具体的には、電源部１０の電源電圧をＶ、上限電流Ｉｍａｘ流下時に抵抗素子Ｒ１に流れる電流の値をＩｓ’、上限電流Ｉｍａｘ流下時の第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ’、抵抗素子Ｒ３の抵抗値をＲ３として、上限電流Ｉｍａｘ流下時の第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流がＩｓ’と等しいとした場合、以下の式が成立する。
Ｖ＝Ｒｓ・Ｉｍａｘ＋Ｖｂｅ’＋Ｒ３・Ｉｓ’
よって、Ｒ３は
Ｒ３＝（Ｖ−Ｒｓ・Ｉｍａｘ−Ｖｂｅ’）／Ｉｓ’ となる。
そして、抵抗素子Ｒ３が上記の条件を満たす場合、上限電流Ｉｍａｘが流下する時に、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース・エミッタ間電圧と第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ間電圧とが等しくなる。即ち、第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流とが略同等となる。これにより、後述するように上限電流Ｉｍａｘ近傍で検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを精度良く検出することが可能となる。
【００１８】
電圧比較部３２は例えば、コンパレータＣＯＭＰで構成される。コンパレータＣＯＭＰの非反転入力端子は電流検出部２０の出力端Ａと接続されており、検出電圧Ｖｏｕｔが入力する。また、コンパレータＣＯＭＰの反転入力端子は基準電圧源と接続されており、基準電圧Ｖｓｔｄが入力する。そして、コンパレータＣＯＭＰの出力端は、検出電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｓｔｄとの比較結果に応じた制御信号Ｓｃを電流制限部３０に出力する。
【００１９】
電流制御装置５０ａの電流制限部３０は、電流検出部２０と負荷１２との間に配置されている。具体的には、電流制限部３０の電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタは電源ラインの電源部１０側（電流検出部２０ａ側）に接続され、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタは電源ラインの負荷１２側に接続されている。また、電流制限部３０はバイアス抵抗として動作する抵抗素子Ｒａ（第１の抵抗素子Ｒａ）と抵抗素子Ｒｂとを有している。第１の抵抗素子Ｒａの一端は電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタと接続され、第１の抵抗素子Ｒａの他端は電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースと接続されている。また、抵抗素子Ｒｂの一端は電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースと接続され、抵抗素子Ｒｂの他端は電圧比較部３２と接続されている。即ち、抵抗素子Ｒｂは電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースラインに接続される。よって、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースは抵抗素子Ｒｂを介して電圧比較部３２と接続される。そして、電圧比較部３２からの制御信号Ｓｃは抵抗素子Ｒｂを介して電流制限用トランジスタ素子Ｑａのベースに入力する。さらに、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタ・コレクタ間には、第２の抵抗素子Ｒｃが設置されている。この第２の抵抗素子Ｒｃを設けることで、負荷１２への電力供給開始直後等で電流制限用トランジスタ素子Ｑａが起動前であっても、第２の抵抗素子Ｒｃの経路から負荷１２へ電力供給を行うことができる。これにより、負荷１２への電力供給の立ち上がりを早くすることができる。
【００２０】
また、電流制限部３０を電流検出部２０よりも負荷１２側に配置することで、電流検出抵抗Ｒｓによる電圧低下が大きい場合に生じる、電流検出回路の電源電圧が低下し、回路のダイナミックレンジが狭くなる虞や、負荷短絡に近い大電流が流れた場合に生じる、第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタ電位が低下し、回路が動作しなくなる虞を回避することができる。
【００２１】
次に、電流制御装置５０ａの動作を説明する。先ず、電源部１０が動作し、電力の供給を開始すると、供給電流が流下して電流検出抵抗Ｒｓを介して負荷１２に電力が供給される。また、供給電流が流下すると電流検出部２０ａの第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２にベース電流が流下し、第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２が起動する。ここで、抵抗値Ｒｓの電流検出抵抗Ｒｓに供給電流Ｉｏｕｔが流下したときの電流検出抵抗Ｒｓの電圧降下は
Ｒｓ・Ｉｏｕｔ となる。
また、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅと及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅとが等しいとすると、
Ｒｓ・Ｉｏｕｔ＋Ｖｂｅ＝Ｒ１・Ｉｓ＋Ｖｂｅ となる。
よって、
Ｉｓ＝（Ｒｓ／Ｒ１）・Ｉｏｕｔ となる。
さらに、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース電流は、エミッタ電流に比べ無視できるほど小さいとし、電圧変換用抵抗素子Ｒ２の抵抗値をＲ２とすると、検出電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｒ２・Ｉｓ＝（（Ｒｓ・Ｒ２）／Ｒ１）・Ｉｏｕｔ となる。
抵抗値Ｒｓ、Ｒ１、Ｒ２は固定値であるから、検出電圧Ｖｏｕｔは供給電流Ｉｏｕｔに応じて変化する。よって、検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを検出することができる。例えば、Ｒｓ＝０．４７Ω、Ｒ１＝４７０Ω、Ｒ２＝１ｋΩ、Ｖｏｕｔ＝０．５Ｖの場合、供給電流Ｉｏｕｔ＝５００ｍＡとなる。また、５００ｍＡの供給電流が流下しているときには、電流検出部２０ａから０．５Ｖの検出電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００２２】
尚、電流制御装置５０ａでは抵抗素子Ｒ３を最適化することで、上限電流Ｉｍａｘ（検出すべき供給電流）の流下時に第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを等しくしている。よって、上限電流Ｉｍａｘ近傍では第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流とが略同等となる。従って、検出電圧Ｖｏｕｔから上限電流値Ｉｍａｘを精度良く検出することができる。
【００２３】
電流検出部２０ａから出力した検出電圧Ｖｏｕｔは、電圧比較部３２を構成するコンパレータＣＯＭＰの非反転入力端子に入力する。また、コンパレータＣＯＭＰの反転入力端子には予め設定された基準電圧Ｖｓｔｄが入力している。ここで、上限電流Ｉｍａｘが流下するときの検出電圧Ｖｏｕｔの値を０．５Ｖと仮定し、基準電圧Ｖｓｔｄを０．５Ｖとする。
【００２４】
供給電流Ｉｏｕｔが上限電流Ｉｍａｘに満たず検出電圧Ｖｏｕｔが０．５Ｖ未満の場合、検出電圧Ｖｏｕｔは基準電圧Ｖｓｔｄよりも低くコンパレータＣＯＭＰの出力端の電圧は負となる。これにより、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタ・ベース間の電位差は大きくなってベース電流が高い値で推移する。このベース電流の流下により供給電流Ｉｏｕｔが電流制限用トランジスタ素子Ｑａを通して負荷１２に供給される。尚、検出電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｓｔｄよりも低い領域では、負荷１２の動作の変動によって供給電流Ｉｏｕｔも変動する。
【００２５】
また、供給電流Ｉｏｕｔが上限電流Ｉｍａｘを超え、検出電圧Ｖｏｕｔが０．５Ｖ以上となった場合、検出電圧Ｖｏｕｔは基準電圧Ｖｓｔｄよりも高くなりコンパレータＣＯＭＰの出力端の電圧が正となる。これにより、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのエミッタ・ベース間の電位差が小さくなってベース電流は減少する。このベース電流の減少により、電流制限用トランジスタ素子Ｑａのコレクタ電流が減少し、結果として供給電流Ｉｏｕｔも減少する。
【００２６】
そして、供給電流Ｉｏｕｔが上限電流Ｉｍａｘを下回ると再度コンパレータＣＯＭＰの出力端の電圧は負となり、負荷１２の動作に応じ且つ上限電流Ｉｍａｘ未満の供給電流Ｉｏｕｔが供給される。この一連の動作により、供給電流Ｉｏｕｔは上限電流値Ｉｍａｘ未満に制御される。
【００２７】
次に、電流制御装置５０ａの変形例である電流制御装置５０ｂを図３に示す。電流制御装置５０ｂの電流検出部２０ｂは、第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース電流の経路にベース電流流下用トランジスタ素子Ｑ５を設けたものである。電流制御装置５０ａでは第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース電流は第２のトランジスタ素子Ｑ２側の抵抗素子Ｒ３を介してＧＮＤに流下するが、電流制御装置５０ｂの構成によればベース電流をベース電流流下用トランジスタ素子Ｑ５及び抵抗素子Ｒ４を介してＧＮＤに流下することができる。これにより、第１のトランジスタ素子Ｑ１側の回路を流れる電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２側の回路を流れる電流との対称性が向上し、さらに高精度に供給電流Ｉｏｕｔの制御を行うことができる。
【００２８】
尚、電流制御装置５０ａ、５０ｂは図４の電流制御装置５０ｃに示すように、電流検出部２０ｃが負極側の電流を検出する構成としても良い。尚、図４では電流制御装置５０ａを負極側に適用した例を示している。
【００２９】
次に、本実施の第２の形態に係る電流制御装置５２及び電流検出装置２６を図５に示す。電流制御装置５２は電流制御装置５０の構成に加え、電流制御装置５２の起動時（電力供給開始時）に電流検出部２２を動作させる起動部３４を備えている。そして、電流検出部２２と起動部３４とが本発明に係る電流検出装置２６を主に構成する。
【００３０】
次に、図６に電流制御装置５２の１実施例としての電流制御装置５２ａの回路図を示す。電流制御装置５２ａの電流検出部２２ａは、第１の実施の形態の電流検出部２０ａの構成に加え、第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタと電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間に接続されたＮＰＮ型の第３のトランジスタ素子Ｑ３と、第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタと抵抗素子Ｒ３との間に接続されたＮＰＮ型の第４のトランジスタ素子Ｑ４と、を有している。そして、第３のトランジスタ素子Ｑ３のエミッタと電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間の出力端Ａの電位が検出電圧Ｖｏｕｔとして電圧比較部３２に出力する。また、第３のトランジスタ素子Ｑ３のベースと第４のトランジスタ素子Ｑ４のベースとは互いに接続されるとともに、第３のトランジスタ素子Ｑ３のベース及び第４のトランジスタ素子Ｑ４のベースは、ベース電流の経路として第３のトランジスタ素子Ｑ３のコレクタに接続される。第３のトランジスタ素子Ｑ３と第４のトランジスタ素子Ｑ４とは略同一の特性を有する同種のトランジスタ素子が用いられ、これにより第３のトランジスタ素子Ｑ３と第４のトランジスタ素子Ｑ４とは、第２のカレントミラー回路を構成する。尚、電流検出部２２ａにおいては、電圧変換用抵抗素子Ｒ２の抵抗値と抵抗素子Ｒ３の抵抗値とは等しい。
【００３１】
電流検出部２２ａでは、第３のトランジスタ素子Ｑ３と第４のトランジスタ素子Ｑ４とが第２のカレントミラー回路を構成しているため、供給電流Ｉｏｕｔの値によらず第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第２のトランジスタ素子Ｑ２コレクタ電流、第３のトランジスタ素子Ｑ３のコレクタ電流と第４のトランジスタ素子Ｑ４コレクタ電流とは等しく、また、第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流と第３のトランジスタ素子Ｑ３コレクタ電流、第２のトランジスタ素子Ｑ２のコレクタ電流と第４のトランジスタ素子Ｑ４コレクタ電流とは等しくなる。よって、供給電流Ｉｏｕｔの全ての範囲において、第１のトランジスタ素子Ｑ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅと第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅとを等しくすることができる。よって、電流制御装置５２ａは供給電流Ｉｏｕｔの全ての範囲において、検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを検出することができる。
【００３２】
また、電流制御装置５２ａの起動部３４は例えば、一端が第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースに接続された抵抗素子Ｒ５と、一端が抵抗素子Ｒ５の他端に接続されもう一端がＧＮＤ（グラウンド）に接続された起動用のコンデンサ素子Ｃとから構成されるＣＲ回路を有している。
【００３３】
電流検出部２２ａでは起動部３４が存在しない場合、起動時において第１のトランジスタ素子Ｑ１と第２のトランジスタ素子Ｑ２のベース電流の経路が遮断されており、特にトランジスタ素子Ｑ１〜Ｑ４の素子特性が完全にバランスが取れた状態にあるとベース電流が全く流下せず電流検出部２２ａが動作しない虞がある。また、バランスが取れていない状態でもベース電流の流下はトランジスタ素子の特性ばらつきに依存するものであり、電流検出部２２ａの起動をこのような不安定な要素により行うことは好ましいことではない。このため、電流制御装置５２及び電流検出装置２６には電流検出部２２ａを確実に起動させる起動部３４を備えている。
【００３４】
ここで、起動部３４の動作を説明する。電源部１０が電力の供給を開始すると電源ラインとコンデンサ素子Ｃとの間に電位差が生じ、第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタからベースを通してコンデンサ素子Ｃへと起動電流が流下する。この起動電流はベース電流として作用し第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２を起動させる。これにより、電流検出部２２ａが動作するとともに電流検出装置２６及び電流制御装置５２が動作する。そして、起動電流の流下によりコンデンサ素子Ｃが充電すると起動電流は停止する。ただし、電流検出部２２ａは一度起動すればベース電流は流下し続けるため、電流検出装置２６及び電流制御装置５２は起動電流が停止しても継続的に動作することができる。尚、電源部１０の動作が停止するとコンデンサ素子Ｃに充電された電荷は放電用ダイオードＤを介して速やかに放電される。このように、起動部３４を備えることにより、電流検出部２２ａを確実に起動することができる。また、本実施の形態の起動部３４は極めて簡素な構成であるため部品点数が少なく省スペース化及び低コスト化を図ることができる。
【００３５】
また、電流検出部２２は、図７に示す電流検出部２２ｂを用いても良い。電流制御装置５２ｂの電流検出部２２ｂは、ベースが第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２のベースに接続された第５のトランジスタ素子Ｑ６をさらに備えている。そして、第５のトランジスタ素子Ｑ６のエミッタは抵抗素子Ｒ１と同じ抵抗値を有する抵抗素子Ｒ１’を介して電流検出抵抗Ｒｓの電源部１０側に接続され、コレクタには電圧変換用抵抗素子Ｒ２が接続される。また、第５のトランジスタ素子Ｑ６のコレクタと電圧変換用抵抗素子Ｒ２との間の出力端Ａから検出電圧Ｖｏｕｔが出力する。第５のトランジスタ素子Ｑ６は第１のトランジスタ素子Ｑ１及び第２のトランジスタ素子Ｑ２と略同一の特性を有する同種のトランジスタ素子が用いられ、第５のトランジスタ素子Ｑ６と第１のトランジスタ素子Ｑ１とが第２のトランジスタ素子Ｑ２と対をなす第１のカレントミラー回路を構成する。尚、第３のトランジスタ素子Ｑ３のエミッタは抵抗素子Ｒ３と同じ抵抗値を有する抵抗素子Ｒ３’を介してＧＮＤに接続されている。
【００３６】
電流制御装置５２ｂでは第５のトランジスタ素子Ｑ６のコレクタ電流と第１のトランジスタ素子Ｑ１のコレクタ電流とが略同等となるため、電流制御装置５２ａと同様、全ての供給電流Ｉｏｕｔの範囲において検出電圧Ｖｏｕｔから供給電流Ｉｏｕｔを検出することができる。
【００３７】
尚、電流制御装置５２ｂに前述の電流検出部２０ｂと同様、ベース電流流下用トランジスタ素子Ｑ５を設ければ、第１、第２のカレントミラー回路の対称性が向上しさらに高精度に供給電流Ｉｏｕｔの制御を行うことができる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に係る電流制御装置５０、５２は、電流制限部３０が電流検出部２０、２２と負荷１２との間に接続されているため、負荷が短絡に近い状態となった場合でも第２のトランジスタ素子Ｑ２のエミッタの電位が著しく低下することはない。よって、電流制御装置５０、５２は常に安定して動作することができる。また、起動部３４を極めて単純な回路で構成しているため部品点数が少なく、よって低コスト化と省スペース化とを図ることができる。
【００３９】
尚、上記の電流制御装置５０、５２は一例であるから、各部の構成、動作等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 電源
１２ 負荷
２０、２０ａ〜２０ｃ 電流検出部
２２、２２ａ、２２ｂ 電流検出部
２６ 電流検出装置
３０ 電流制限部
３２ 電圧比較部
３４ 起動部
５０、５０ａ〜５０ｃ 電流制御装置
５２、５２ａ、５２ｂ 電流制御装置
Ｒｓ 電流検出抵抗
Ｒａ 第１の抵抗素子
Ｒｃ 第２の抵抗素子
Ｑ１ 第１のトランジスタ素子
Ｑ２ 第２のトランジスタ素子
Ｑ３ 第３のトランジスタ素子
Ｑ４ 第４のトランジスタ素子
Ｑａ 電流制限用トランジスタ素子
Ｃ コンデンサ素子
Ｒ５ 抵抗素子
Ｖｃｃ 電源ライン
Ｖｏｕｔ 検出電圧
Ｓｃ 制御信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷への電源ラインに挿入される電流検出抵抗、及び、第１のトランジスタ素子と第２のトランジスタ素子とを有するカレントミラー回路、を備え、前記電流検出抵抗を流れる電流を前記カレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗を流れる電流に対応した検出電圧を出力する電流検出部と、
前記検出電圧に応じた制御信号を出力する電圧比較部と、
前記電源ライン上の前記電流検出部と前記負荷との間に挿入され、前記制御信号に応じて前記電源から前記負荷へと供給される電流を制限する電流制限部と、
を有することを特徴とする電流制御装置。
【請求項２】
前記電流制限部は、電流制限用トランジスタ素子と第１の抵抗素子と第２の抵抗素子とを備えており、
前記電流制限用トランジスタ素子のエミッタは前記電流検出部と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子のコレクタは前記負荷と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子のベースは前記電圧比較部と接続され、前記第１の抵抗素子の一端は前記電流制限用トランジスタ素子のエミッタと接続され、前記第１の抵抗素子の他端は前記電流制限用トランジスタ素子のベースと接続され、前記第２の抵抗素子の一端は前記電流制限用トランジスタ素子のエミッタと接続され、前記第２の抵抗素子の他端は前記電流制限用トランジスタ素子のコレクタと接続されていることを特徴とする請求項１記載の電流制御装置。
【請求項３】
電源から負荷への電源ラインに挿入される電流検出抵抗、及び、第１のトランジスタ素子と前記第２のトランジスタ素子とを有する第１のカレントミラー回路、前記第１のトランジスタと接続される第３のトランジスタ素子と前記第２のトランジスタと接続される第４のトランジスタ素子とを有する第２のカレントミラー回路、を備えるとともに、前記電流検出抵抗を流れる電流を前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗を流れる電流に対応した検出電圧を出力する電流検出部と、
コンデンサ素子と抵抗素子とで構成されたＣＲ回路を有するとともに、前記電流検出部及びグラウンドと接続され、前記電源から前記負荷への電流の供給が開始される際に、前記第１のトランジスタ素子及び前記第２のトランジスタ素子のベースに電流を流す起動部をさらに備えることを特徴とする電流検出装置。
【請求項１】
電源から負荷への電源ラインに挿入される電流検出抵抗、及び、第１のトランジスタ素子と第２のトランジスタ素子とを有するカレントミラー回路、を備え、前記電流検出抵抗を流れる電流を前記カレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗を流れる電流に対応した検出電圧を出力する電流検出部と、
前記検出電圧に応じた制御信号を出力する電圧比較部と、
前記電源ライン上の前記電流検出部と前記負荷との間に挿入され、前記制御信号に応じて前記電源から前記負荷へと供給される電流を制限する電流制限部と、
を有することを特徴とする電流制御装置。
【請求項２】
前記電流制限部は、電流制限用トランジスタ素子と第１の抵抗素子と第２の抵抗素子とを備えており、
前記電流制限用トランジスタ素子のエミッタは前記電流検出部と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子のコレクタは前記負荷と接続され、前記電流制限用トランジスタ素子のベースは前記電圧比較部と接続され、前記第１の抵抗素子の一端は前記電流制限用トランジスタ素子のエミッタと接続され、前記第１の抵抗素子の他端は前記電流制限用トランジスタ素子のベースと接続され、前記第２の抵抗素子の一端は前記電流制限用トランジスタ素子のエミッタと接続され、前記第２の抵抗素子の他端は前記電流制限用トランジスタ素子のコレクタと接続されていることを特徴とする請求項１記載の電流制御装置。
【請求項３】
電源から負荷への電源ラインに挿入される電流検出抵抗、及び、第１のトランジスタ素子と前記第２のトランジスタ素子とを有する第１のカレントミラー回路、前記第１のトランジスタと接続される第３のトランジスタ素子と前記第２のトランジスタと接続される第４のトランジスタ素子とを有する第２のカレントミラー回路、を備えるとともに、前記電流検出抵抗を流れる電流を前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路によって検出し、前記電流検出抵抗を流れる電流に対応した検出電圧を出力する電流検出部と、
コンデンサ素子と抵抗素子とで構成されたＣＲ回路を有するとともに、前記電流検出部及びグラウンドと接続され、前記電源から前記負荷への電流の供給が開始される際に、前記第１のトランジスタ素子及び前記第２のトランジスタ素子のベースに電流を流す起動部をさらに備えることを特徴とする電流検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１７４７８７（Ｐ２０１１−１７４７８７Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８３８７（Ｐ２０１０−３８３８７）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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