(57)【要約】【課題】電流供給回路の余分な消費電流を削減し、消費電力の低下改善を図る。【解決手段】高圧側電源と低圧側電源との間に、一端及び他端が接続される電流供給用の出力トランジスタと、互いに並列に接続され、前記出力トランジスタの制御端子に電流を流す、複数の定電流源と、前記各定電流源に接続され、前記各定電流源が流す電流をオンオフする、スイッチと、前記出力トランジスタの前記他端に接続された出力端子と、前記出力トランジスタの前記他端と、前記低圧側電源と、の間に挿入接続され、前記出力端子に流れる電流値を決める駆動回路と、前記出力トランジスタに流れる電流値をモニタする電流モニタ回路と、前記電流モニタ回路でモニタした電流値に基づき、前記スイッチのうちの任意数のものをオンする、制御回路と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧側電源と低圧側電源との間に、一端及び他端が接続される電流供給用の出力トランジスタと、
互いに並列に接続され、前記出力トランジスタの制御端子に電流を流す、複数の定電流源と、
前記各定電流源に接続され、前記各定電流源が流す電流をオンオフする、スイッチと、
前記出力トランジスタの前記他端に接続された出力端子と、
前記出力トランジスタの前記他端と、前記低圧側電源と、の間に挿入接続され、前記出力端子に流れる電流値を決める駆動回路と、
前記出力トランジスタに流れる電流値をモニタする電流モニタ回路と、
前記電流モニタ回路でモニタした電流値に基づき、前記スイッチのうちの任意数のものをオンする、制御回路と、
を備えることを特徴とする電流供給回路。
【請求項２】
前記定電流源と並列に、さらに基準電流源を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流供給回路。
【請求項３】
前記電流モニタ回路は、前記高圧側電源と、前記出力トランジスタの前記一端と、の間に挿入接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流供給回路。
【請求項４】
前記電流モニタ回路は、前記出力トランジスタに流れる電流を電圧に変換する変換回路を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電流供給回路。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の電流供給回路と、
入力電圧をバッファし、電圧を調整して、前記電流供給回路の前記高圧側電源として出力する電圧調整回路と、
を備えることを特徴とする、電流供給回路を備えた半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流供給回路及び電流供給回路を備えた半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、負荷に電流（供給電流（ソース電流））を出力する電流供給回路が知られている。この電流供給回路は、例えばｎｐｎトランジスタを用い、そのコレクタを高圧側の電源に接続し、ベースに一定電流を流し、エミッタから供給電流を出力するものである。また、このｎｐｎトランジスタのエミッタと接地電位との間には、エミッタから接地電位側に所定の電流を引き込むための駆動回路が接続されている。この回路構成により、ｎｐｎトランジスタに流れるエミッタ電流のうち、駆動回路に流れる電流以外が供給電流として出力される。また、この回路では、電流供給能力を向上させるために定電流源からの電流をベース電流として用いて、供給電流を補っている。
【０００３】
しかしながら、この回路は上述の様に定電流源を用いてベース電流を流しているため、上記ｎｐｎトランジスタでは、出力される供給電流の大小に関係なく常に一定電流（例えば１ｍＡ）がエミッタに流れることになる。そのため、出力される供給電流が少ない場合には、上記一定電流の大部分は駆動回路に流れることになる。即ち、この電流供給回路は、出力される供給電流が少ない場合には、供給電流として用いられない無駄な電流を常に流していることになり、消費電流が多いという問題があった。
【０００４】
なお、上記技術に関連して、出力端子から電流の入出力が無い状態において、消費電流を削減するようにした電流ドライバ回路も知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２７４２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、電流供給回路の余分な消費電流を削減し、消費電力の低下改善を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、高圧側電源と低圧側電源との間に、一端及び他端が接続される電流供給用の出力トランジスタと、互いに並列に接続され、前記出力トランジスタの制御端子に電流を流す、複数の定電流源と、前記各定電流源に接続され、前記各定電流源が流す電流をオンオフする、スイッチと、前記出力トランジスタの前記他端に接続された出力端子と、前記出力トランジスタの前記他端と、前記低圧側電源と、の間に挿入接続され、前記出力端子に流れる電流値を決める駆動回路と、前記出力トランジスタに流れる電流値をモニタする電流モニタ回路と、前記電流モニタ回路でモニタした電流値に基づき、前記スイッチのうちの任意数のものをオンする、制御回路と、を備えることを特徴とする電流供給回路が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電流供給回路の余分な消費電流を削減し、消費電力の低下改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。この実施形態は、本発明を限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。以下の実施形態では、まず電流供給回路の概略についてブロックレベルの回路で説明し、次により具体的な素子レベルの回路構成について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電流供給回路のブロック図である。同図に示す様に、この電流供給回路１はｎ個の定電流源Ｉ１〜Ｉｎと、基準電流源Ｉｒｅｆと、ｎ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、電流モニタ回路１０と、制御回路１１と、駆動回路１２と、ｎｐｎ型のトランジスタ（出力トランジスタ）Ｑ１００と、を備えている。
定電流源Ｉ１とスイッチＳＷ１は直列接続され、一組になっている。この組はｎ組構成されている。このｎ組の各々の組が、電源端子ＶＣＣとトランジスタＱ１００のベース（制御端子）との間に並列接続されている。また、基準電流源Ｉｒｅｆも、電源端子ＶＣＣと上記ベースとの間に接続されている。さらに、トランジスタＱ１００のコレクタは電流モニタ回路１０を介して電源端子ＶＣＣに接続され、エミッタは出力端子ＯＵＴに接続されている。また、駆動回路１２の一端は上記エミッタに接続され、他端は接地端子ＶＥＥに接続されている。さらに、電流モニタ回路１０の出力は制御回路１１に入力されている。また、制御回路１１の出力は、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの制御端子に各々接続されている。また、電源端子ＶＣＣには電源（高圧側電源）が供給され、接地端子ＶＥＥには接地電位（低圧側電源）が供給される。なお、出力端子ＯＵＴには図示しない負荷が接続される。
【００１０】
次に、図２を参照して、電流供給回路１の動作を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電流供給回路における、供給電流が初期状態から増加する際の動作を表すフローチャートである。
【００１１】
まず、初期状態（ステップＳ１）について説明する。この電流供給回路１では、供給電流ＩＯが少ない通常動作時にはスイッチＳＷ１〜ＳＷｎが全てオフしており、基準電流源Ｉｒｅｆのみにより電流供給用のトランジスタＱ１００のベースに電流を供給している。トランジスタＱ１００はベース電流を増幅して、出力端子ＯＵＴから供給電流ＩＯを出力する。図１から分かる様に、供給電流ＩＯはトランジスタＱ１００のエミッタ電流と駆動回路１２に流れる電流との差である。つまり、駆動回路１２は出力端子ＯＵＴに流れる供給電流ＩＯの電流値を決める様に機能する。駆動回路１２は、例えばベースに所定の電圧が印加されたｎｐｎトランジスタであり、所定の一定電流を流す。
【００１２】
ここで、上記初期状態から、例えば負荷のインピーダンスや動作温度等の外的要因が変化する場合を考える（ステップＳ２）。
【００１３】
これにより、負荷で必要とされる供給電流ＩＯが上記初期状態よりも増加する（ステップＳ３）。つまり、外的要因によって、供給電流ＩＯを増加する必要が生じる。
【００１４】
しかし、トランジスタＱ１００のベース電流が一定（Ｉｒｅｆ）であるため、初期状態と同じコレクタ−エミッタ間電圧では、そのコレクタ電流（即ちエミッタ電流）が不足して、必要とされる供給電流ＩＯを出力できない。そのため、トランジスタＱ１００のエミッタ電圧が低下してコレクタ電流が増加し、増加したコレクタ電流も供給電流ＩＯとして流される様に動作する（ステップＳ４）。ただし、エミッタ電圧の最低値には限界があるため、コレクタ電流の増加にも限界があり、この動作では必要とされる供給電流ＩＯの全てを出力できない。
【００１５】
この時、電流モニタ回路１０はトランジスタＱ１００に流れるコレクタ電流をモニタしている。供給電流ＩＯの増加量の大部分はコレクタ電流の増加量であるため、電流モニタ回路１０は供給電流ＩＯの増加を検出する事と等価に機能する。上記コレクタ電流が所定値を超えた事が電流モニタ回路１０により検出されると（ステップＳ５）、制御回路１１は供給電流ＩＯの量に応じた制御信号を出力する。
【００１６】
次に、この制御信号によりスイッチＳＷ１〜ＳＷｎが切り替わり、任意数のものがオンして、所定の定電流源がオンする（ステップＳ６）。
これにより、ベース電流が補われる（ステップＳ７）。
【００１７】
つまり、制御回路１１は、電流モニタ回路１０でモニタした電流値に基づき、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのうちの任意数のものをオンする。例えば、最初にスイッチＳＷ１がオンすることにより、ベースに新たに接続される定電流源Ｉ１がベース電流を補う。
【００１８】
ベース電流が補われると、コレクタ電流は増加し、供給電流ＩＯが補われる（ステップＳ８）。また、エミッタ電圧は初期状態の値に近づく。これにより、電流供給回路１の電流供給能力を向上でき、供給電流ＩＯを必要な量だけ出力できる。
【００１９】
また、上記ステップＳ８の状態から外的要因が変化して、必要とされる供給電流ＩＯが更に増加すると、上記と同様にして、スイッチＳＷ１に加えて例えば新たなスイッチＳＷ２がオンする。これにより、新たに定電流源Ｉ２がオンして、ベース電流が補われ、電流供給能力を更に向上できる。この様にして、スイッチＳＷｎまでが制御される。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、コレクタ電流の増加に応じて順番にオンする様に制御される。
【００２０】
一方、上記ステップＳ８の状態から外的要因が変化して、必要とされる供給電流ＩＯが減少すると、トランジスタＱ１００のエミッタ電圧が上昇してコレクタ電流は減少する。すると、上述の説明と同様に、電流モニタ回路１０がそのコレクタ電流をモニタしているので、制御回路１１は供給電流ＩＯの量に応じた制御信号を出力する。次に、この制御信号により必要な数のスイッチがオフして必要な数の電流源がオフする。そして、ベース電流が少なくなり、エミッタ電圧が初期状態の値に近づくと共に、コレクタ電流は減少する。これにより、供給電流ＩＯを必要な量だけ出力できると共に、供給電流ＩＯとして出力されない余分な電流を削減できる。
【００２１】
なお、この電流供給回路１は、図１から分かる様に、駆動回路１２に流れる電流がトランジスタＱ１００のエミッタ電流よりも多い場合には、出力端子ＯＵＴから電流を引き込む様に動作する。
【００２２】
次に、以上で説明した電流供給回路１における具体的な素子レベルの回路構成の一例について説明する。
図３は、本実施形態に係る電流供給回路１の回路図である。同図において、図１の電流供給回路１と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。同図に示す様に、電流モニタ回路１０は、電源端子ＶＣＣとトランジスタＱ１００のコレクタとの間に直列接続されているｎ個の抵抗Ｒ２１〜Ｒ２ｎ（変換回路）と、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２ｎの各々の接続点に各々のベースが接続されているｐｎｐ型のトランジスタＱ１１〜Ｑ１ｎと、トランジスタＱ１１〜Ｑ１ｎの各々のエミッタと電源端子ＶＣＣとの間に各々接続されている抵抗Ｒ３１〜Ｒ３ｎと、を備える。また、制御回路１１は、各々ｎ個の抵抗Ｒ１１〜Ｒ１ｎと、抵抗Ｒ４１〜Ｒ４ｎと、抵抗Ｒ５１〜Ｒ５ｎと、ｎｐｎ型のトランジスタＱ２１〜Ｑ２ｎと、ｎｐｎ型のトランジスタＱ３１〜Ｑ３ｎと、を備える。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは各々ｐ型ＭＯＳトランジスタである。さらに、定電流源Ｉ１〜Ｉｎ及び駆動回路１２は、電流源回路２０によって駆動される。なお、定電流源Ｉ１〜Ｉｎ、駆動回路１２及び電流源回路２０は周知の回路構成を有すため、これらについての説明を省略する。
【００２３】
次に、前述の図２を参照して、この電流供給回路１の素子レベルの動作を説明する。前述の様に、この回路はオンする定電流源Ｉ１〜Ｉｎを供給電流ＩＯに応じて切り替える様に動作する。なお、前述した動作については詳細な説明を省略する。
【００２４】
（１）まず、前述した初期状態（図２、ステップＳ１）における素子レベルの動作を説明する。つまり、基準電流源Ｉｒｅｆのみを用いて供給電流ＩＯを出力する、出力端子ＯＵＴからの供給電流ＩＯが微小な場合（定電流源Ｉ１〜Ｉｎが全てオフする場合）について説明する。
【００２５】
（ａ）トランジスタＱ１００のコレクタ電流が小さいので、抵抗Ｒ２１の両端の電位差は小さい。
（ｂ）トランジスタＱ１１のベース・エミッタ間電圧がＶｂｅ未満であるため、トランジスタＱ１１がオフする。
（ｃ）トランジスタＱ１１がオフしているため、抵抗Ｒ４１に電流が流れず、トランジスタＱ２１がオフする。
（ｄ）トランジスタＱ２１がオフし、トランジスタＱ２１のコレクタ電圧（ノード１−１の電位）が高くなり、トランジスタＱ３１がオンする。
（ｅ）トランジスタＱ３１がオンすることで抵抗Ｒ１１に電流が流れ、スイッチＳＷ１がオンする。
（ｆ）スイッチＳＷ１がオンすることで定電流源Ｉ１がオフする。
【００２６】
また、上記と同様にトランジスタＱ１２〜Ｑ１ｎがオフしているため、定電流源Ｉ２〜Ｉｎも全てオフしている。これにより、基準電流Ｉｒｅｆのみに基づいて供給電流ＩＯが出力される。
【００２７】
（２）次に、上記初期状態から外的要因が変化して供給電流ＩＯが増加する場合について、素子レベルの動作を説明する（ステップＳ２以降）。ここでは、例えば定電流源Ｉ１がオンする場合について説明する。
【００２８】
（ａ）前述した様に、上記初期状態から外的要因が変化すると（ステップＳ２）、必要とされる供給電流ＩＯが初期状態よりも増加する（ステップＳ３）。すると、トランジスタＱ１００のベース電流が一定であるため、エミッタ電圧が低下してコレクタ電流が増加し、増加したコレクタ電流も供給電流ＩＯとして流される様に動作する（ステップＳ４）。即ち、トランジスタＱ１００のコレクタ電流が増加するので、上記（１）の初期状態と比較して、抵抗Ｒ２１に電流が多く流れ、その両端の電位差が大きくなる。
【００２９】
（ｂ）ここで、コレクタ電流が所定値を超えると、それが電流モニタ回路１０により検出される（ステップＳ５）。即ち、抵抗Ｒ２１の両端の電位差がトランジスタＱ１１のＶｂｅ以上になると、トランジスタＱ１１がオンする。
【００３０】
（ｃ）次に、制御回路１１は供給電流ＩＯの量に応じた制御信号を出力する。即ち、トランジスタＱ１１がオンすることで抵抗Ｒ４１に電流が流れ、トランジスタＱ２１がオンする。
【００３１】
（ｄ）トランジスタＱ２１がオンすると、トランジスタＱ２１のコレクタ電圧（ノード１−１の電位）が低くなり、トランジスタＱ３１がオフする。
【００３２】
（ｅ）次に、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎが切り替わり、所定の定電流源がオンする（ステップＳ６）。即ち、トランジスタＱ３１がオフすることで抵抗Ｒ１１に電位差が発生しなくなり、スイッチＳＷ１はオフする。スイッチＳＷ１がオフすることで定電流源Ｉ１がオンする。
【００３３】
（ｆ）それによりトランジスタＱ１００のベース電流が補われるので（ステップＳ７）、供給電流ＩＯが補われる（ステップＳ８）。
【００３４】
また、上記ステップＳ８の状態から外的要因が変化して、必要とされる供給電流ＩＯが更に増加すると、同様な回路動作により定電流源Ｉ２〜Ｉｎが順番にオンしていく。なお、抵抗Ｒ２２及びＲ３２の値は、上記（２）の場合よりも多くのコレクタ電流がトランジスタＱ１００に流れた場合にトランジスタＱ１２がオンする様に設定されている。同様に、コレクタ電流の増加に応じてトランジスタＱ１ｎまでが順番にオンする様に、抵抗Ｒ２ｎ，Ｒ３ｎまでの値が設定されている。
【００３５】
一方、上記ステップＳ８の状態から外的要因が変化して、必要とされる供給電流ＩＯが減少すると、上述の説明とは逆の動作によって定電流源Ｉ１〜Ｉｎが順番にオフする。
【００３６】
以上で説明した様に、本実施形態によれば、出力端子ＯＵＴから出力される供給電流ＩＯに応じて定電流源Ｉ１〜Ｉｎのオン又はオフを制御できるため、電流供給回路１の電流供給能力を制御できる。これにより、供給電流ＩＯを必要な量だけ出力できると共に、供給電流ＩＯとして出力されない余分な電流を削減できる。つまり、電流供給回路１の消費電流を供給電流ＩＯに応じて削減できる。また、定電流源を複数配置することにより、必要に応じた供給電流ＩＯで定電流源を切り替えることができるため、電流供給回路１の動作効率も向上する。この様に、本実施形態によれば、電流供給回路１の消費電力削減と動作効率の向上という効果が得られる。
なお、制御回路１１は必要時のみ稼動するように構成しても良い。つまり、電流モニタ回路１０によってコレクタ電流が所定値を超えたと判断された時点で制御回路１１が稼動を開始するようにしても良い。このように構成することにより、制御回路１１を常時稼動するよりも、更に消費電流を削減できる。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態で説明した電流供給回路１の応用例に関する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電流供給回路を備える半導体集積回路のブロック図である。同図に示す様に、この半導体集積回路３０は電流供給回路１と電圧調整回路３１とを備える。電圧調整回路３１は、入力端が外部のバッテリー３２に接続され、出力端が電流供給回路１の電源端子ＶＣＣに接続されている。電流供給回路１の出力端子ＯＵＴは外部の電圧可変回路３３に接続されている。電圧可変回路３３の出力端は、例えば図示しないマイコンに接続される。
【００３８】
バッテリー３２から電圧調整回路３１に入力された入力電圧は、まずバッファ回路４０でバッファされ、次に演算アンプ４１で所定の電圧に調整されて出力される。演算アンプ４１は抵抗を備え、電圧はその抵抗値に基づいて演算される。この抵抗は半導体集積回路３０の外部に設けられても良い。
電流供給回路１は、電圧調整回路３１の出力電圧を用いて前述の様に動作し、供給電流ＩＯを電圧可変回路３３に出力する。なお、電圧可変回路３３は出力端子ＯＵＴの電圧を変化させる回路である。
【００３９】
この様にバッファ回路４０を用いることで、バッテリー３２から電圧調整回路３１に流れる入力電流を考慮する必要がなく、そのためオフセット電圧も安定する。そのため、電圧調整回路３１が電流供給回路１に出力する電圧を安定させることができる。従って、供給電流ＩＯが安定する。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
例えば、電流モニタ回路１０が供給電流ＩＯをモニタする構成としても良い。
また、定電流源Ｉ１〜Ｉｎの各々の電流値は同一値であっても互いに異なっていても良い。
また、定電流源Ｉ１〜Ｉｎ、電流モニタ回路１０及び制御回路１１はバイポーラトランジスタの代わりにＭＯＳトランジスタ等を用いて構成しても良い。
さらに、トランジスタＱ１００はｐｎｐトランジスタであっても良い。この場合、定電流源Ｉ１〜Ｉｎ及びスイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、トランジスタＱ１００のベースと接地端子ＶＥＥとの間に接続され、ベースから接地端子ＶＥＥに電流を流すようにする。
また、ｐｎｐトランジスタを用いて駆動回路１２を構成しても良い。
また、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３ｎは適宜用いれば良く、例えば、トランジスタＱ１１〜Ｑ１ｎのエミッタを電源端子ＶＣＣに直接接続しても良い。
また、基準電流源Ｉｒｅｆは適宜用いれば良く、例えば、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの何れかが常にオンしているようにして、基準電流源Ｉｒｅｆの代わりにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電流供給回路のブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電流供給回路における、供給電流が初期状態から増加する際の動作を表すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る電流供給回路の回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電流供給回路を備える半導体集積回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電流供給回路
１０  電流モニタ回路
１１  制御回路
１２  駆動回路
２０  定電流源
３０  半導体集積回路
３１  電圧調整回路
３２  バッテリー
３３  電圧可変回路
４０  バッファ回路
４１  演算アンプ
Ｉ１〜Ｉｎ  定電流源
Ｉｒｅｆ  基準電流源
ＳＷ１〜ＳＷｎ  スイッチ
Ｒ１１〜Ｒ１ｎ，Ｒ２１〜Ｒ２ｎ，Ｒ３１〜Ｒ３ｎ，Ｒ４１〜Ｒ４ｎ，Ｒ５１〜Ｒ５ｎ  抵抗
Ｑ１１〜Ｑ１ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２ｎ，Ｑ３１〜Ｑ３ｎ，Ｑ１００  トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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