(57)【要約】【課題】  出力電圧が接地電位付近の場合であっても、精確な電流検出を行うことができる。【解決手段】  定電圧供給回路１は、シリーズレギュレータ２と、電流検出回路３を有している。電流検出回路３は、トランジスタＭｘと、トランジスタＭｙと、オペアンプＯＰ１と、電流（負荷電流）ＩOUTを出力するトランジスタＭ１と、トランジスタＭ１に流れる電流ＩOUTのミラー電流を出力するトランジスタＭ２とを有している。ここで、オペアンプＯＰ１は、非反転入力端子がトランジスタＭｘのドレインに接続され、反転入力端子がトランジスタＭｙのドレインに接続され、出力端子がトランジスタＭ１、Ｍ２のゲートに接続されており、オペアンプＯＰ１の作用により、トランジスタＭｘ，Ｍｙのドレイン端子が仮想短絡して両者の電位が等しくなる。【選択図】  図１
2006329655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出電流を検出する電流検出回路であって、
前記被検出電流を出力する被検出電流出力端と、前記被検出電流に比例する電流を出力する比例電流出力端とを備える電流出力部と、
前記比例電流出力端にドレインが接続されたＭＯＳトランジスタと、前記ＭＯＳトランジスタに流れる電流に比例する電流を、さらに折り返して出力する検出用ＭＯＳトランジスタとで構成されるカレントミラー回路と、
前記被検出電流出力端と前記比例電流出力端とを仮想短絡するために設けられ、前記ＭＯＳトランジスタおよび前記検出用ＭＯＳトランジスタのゲートを直接駆動するオペアンプと、
を有することを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記電流出力部は、前記比例電流出力端から前記被検出電流に比例する電流を折り返して出力するカレントミラー回路を有することを特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
【請求項３】
前記カレントミラー回路は、ゲートに共通の電圧が印加される１対のＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項２記載の電流検出回路。
【請求項４】
前記電流出力部は、入力される電流を分流して前記被検出電流出力端および前記比例電流出力端からそれぞれ出力する抵抗器を有することを特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
【請求項５】
負荷に定電圧を供給する定電圧供給回路であって、
前記定電圧を供給する定電圧供給源と、
前記負荷に負荷電流を出力する負荷電流出力端と、前記負荷電流に比例する電流を出力する比例電流出力端と、前記比例電流出力端にドレインが接続されたＭＯＳトランジスタと、前記ＭＯＳトランジスタに流れる電流に比例する電流を、さらに折り返して出力する検出用ＭＯＳトランジスタとで構成されるカレントミラー回路と、前記負荷電流出力端と前記比例電流出力端とを仮想短絡するために設けられ、前記ＭＯＳトランジスタおよび前記検出用ＭＯＳトランジスタのゲートを直接駆動するオペアンプとを備える電流検出回路と、
を有することを特徴とする定電圧供給回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流検出回路および定電圧供給回路に関し、特に、広い範囲の電流を検出することができる電流検出回路および定電圧供給回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の負荷に定電圧を供給する定電圧供給回路においては、過電流保護等の目的により、負荷に流れる電流を検出する電流検出回路が用いられる。
図３は、従来の電流検出回路を示す回路図である。
【０００３】
図３に示す電流検出回路８０は、ＰＭＯＳトランジスタＭｘ80，Ｍｙ80（以下単に、トランジスタＭｘ80、トランジスタＭｙ80という）で構成されるカレントミラー回路８１と、ＮＭＯＳトランジスタＭ８１，Ｍ８２（以下単に、トランジスタＭ８１、トランジスタＭ８２という）で構成されるカレントミラー回路８２とを有している。
【０００４】
トランジスタＭ８１は、ドレインおよびゲートがトランジスタＭｘ80のドレインに接続され、ソースがＧＮＤ（グランド）に接続されている。
カレントミラー回路８１により、トランジスタＭｘ80のドレインには、トランジスタＭｙ80のドレインに流れる負荷電流ＩOUT80に比例する電流αＩOUT80が流れる。
【０００５】
また、カレントミラー回路８２により、トランジスタＭ８２のドレインには、トランジスタＭ８１のドレインに流れる電流αＩOUT80に比例する電流αβＩOUT80が流れる。
この電流検出回路８０において、電流検出の十分な精度が得られるのは、トランジスタＭｘ80とトランジスタＭｙ80とが飽和領域で動作している場合、すなわち、トランジスタＭｘ80とトランジスタＭｙ80とに共通なゲート電位を電圧Ｖb、トランジスタＭｘ80およびトランジスタＭｙ80のしきい値電圧をＶthpとすると、出力電圧ＶOUT80が式（１）、
ＶOUT80＜Ｖb−|Ｖthp|・・・（１）
の関係を満たす場合に限られる。
【０００６】
電圧Ｖbは、通常は目標とする出力電圧ＶOUT80と、負荷電流ＩOUT80とに応じて決定される。
ところで、電流検出回路８０において精確な電流検出を行うためには、トランジスタＭｘ80のドレイン電圧（ドレイン端子の電位）とトランジスタＭｙ80のドレイン電圧とを等しくすることが必要である。
【０００７】
例えば、定電圧供給回路の定電圧供給源としてシリーズレギュレータを用いたとき、トランジスタＭｙ80は、シリーズレギュレータの出力制御トランジスタに相当する。このため、チップ面積の観点からトランジスタＭｙ80にはチャネル長の短いデバイスが使用され、トランジスタＭｘ80とトランジスタＭｙ80とが飽和領域で動作している場合であっても、トランジスタＭｘ80とＭｙ80との小信号出力抵抗が十分に大きくない場合には、検出電流の精度は悪くなる。
【０００８】
この問題を解決するために、電流検出回路８０に、トランジスタＭｘ80とトランジスタＭｙ80との端子電圧を等しくするためのフィードバック回路を付加した電流検出回路が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００９】
図４は、図３に示す電流検出回路にフィードバック回路を付加した電流検出回路を示す回路図である。
電流検出回路９０は、負帰還を掛けたオペアンプＯＰ９０と、ＰＭＯＳトランジスタＭｚ90（以下単に、トランジスタＭｚ90という）とを備えたフィードバック回路９１を有している。なお、図４においては、図３と共通の部分については、共通の符号を用いてその説明を省略する。
【００１０】
トランジスタＭｚ90は、ソースがトランジスタＭｘ80のドレインに接続され、ドレインがトランジスタＭ８１のドレインおよびゲートに接続されている。
この電流検出回路９０によれば、オペアンプＯＰ９０の両入力端子が仮想短絡されて両者の電位が等しくなることにより、トランジスタＭｘ80とトランジスタＭｙ80とのドレイン電位が等しくなるため、前述した問題は解決される。
【特許文献１】特開平７−１１３８２６号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この電流検出回路９０は、オペアンプＯＰ９０がｒａｉｌ−ｔｏ−ｒａｉｌ入出力であったとしても、トランジスタＭｚ90に検出電流を流すために必要なトランジスタＭｚ90のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓｚおよび出力電圧ＶOUT90（すなわちトランジスタＭｚ90のソース電圧（ソース端子の電位））が、ＶOUT90＞|Ｖｇｓｚ|を満たさないと、正常に動作しないという問題点があった。すなわち、図４のような従来の電流検出回路９０の場合、トランジスタＭｚ90のゲート電位が接地電位（ＧＮＤ）となった場合でも、トランジスタＭｚ90のソース電圧は、|Ｖｇｓｚ|より下がることはできない（トランジスタＭｚ90のソース電圧が|Ｖｇｓｚ|より低いとトランジスタＭｚ90がオフしてしまい、トランジスタＭｘ80に流れる電流αＩOUT90をトランジスタＭｚ90に流せなくなってしまうためである。なお、Ｖｇｓｚは、概ね５００ｍＶ〜１Ｖ程度。）。このため、ＶOUT90が|Ｖｇｓｚ|よりも低くなると、オペアンプＯＰ９０の出力が接地電位に振り切れ、もはや仮想短絡は成立せず、節点Ｘと節点Ｙとの電位が異なる状態となる。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、出力電圧が接地電位付近の場合であっても、精確な電流検出を行うことができる電流検出回路および定電圧供給回路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】
【００１３】
本発明では上記問題を解決するために、負荷に定電圧を供給する定電圧供給回路であって、前記定電圧を供給する定電圧供給源と、前記負荷に負荷電流を出力する負荷電流出力端と、前記負荷電流に比例する電流を出力する比例電流出力端と、前記比例電流出力端にドレインが接続されたＭＯＳトランジスタと、前記ＭＯＳトランジスタに流れる電流に比例する電流を、さらに折り返して出力する検出用ＭＯＳトランジスタとで構成されるカレントミラー回路と、前記負荷電流出力端と前記比例電流出力端とを仮想短絡するために設けられ、前記ＭＯＳトランジスタおよび前記検出用ＭＯＳトランジスタのゲートを直接駆動するオペアンプとを備える電流検出回路と、を有することを特徴とする定電圧供給回路が提供される。
【００１４】
このような定電圧供給回路によれば、オペアンプがＭＯＳトランジスタおよび検出用ＭＯＳトランジスタを直接駆動することにより、前記定電圧が従来よりもＭＯＳトランジスタおよび検出用ＭＯＳトランジスタのソース電圧に近い電圧である場合においても、ＭＯＳトランジスタを飽和領域で動作させるために必要なドレイン・ソース間電圧を確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、オペアンプがＭＯＳトランジスタおよび検出用ＭＯＳトランジスタを直接駆動することにより、この定電圧が従来よりもＭＯＳトランジスタおよび検出用ＭＯＳトランジスタのソース電圧に近い電圧である場合においても、ＭＯＳトランジスタを飽和領域で動作させるために必要なドレイン・ソース間電圧を確保することができる。これにより、前記定電圧がＭＯＳトランジスタおよび検出用ＭＯＳトランジスタのソース電圧付近の場合であっても、電流を簡易な構成で精確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態の定電圧供給回路を示す回路図である。
図１に示すように定電圧供給回路１は、シリーズレギュレータ２と、電流検出回路３を有している。
【００１７】
シリーズレギュレータ２は、制御回路２１と、この制御回路２１により制御され、可変抵抗器として動作するＰＭＯＳトランジスタＭｙ（以下単に、トランジスタＭｙという）とを有している。
【００１８】
トランジスタＭｙのゲートは、制御回路２１に接続され、トランジスタＭｙのソースは、電源電圧ＶＤＤに接続され、ドレインは、図示しない負荷（但し、負荷に供給される負荷電流すなわち被検出電流はＩOUTとして図示されている）に接続されている。
【００１９】
シリーズレギュレータ２は、この負荷に対して出力電圧（定電圧）ＶOUTを供給する。
また、制御回路２１は、出力電圧ＶOUTを入力して所定の電圧に分圧する図示しない分圧回路を有している。
【００２０】
次にシリーズレギュレータ２の動作について説明する。
まず、制御回路２１は、分圧回路により分圧された分圧電圧と、制御回路２１内で生成される基準電圧とを比較する。
【００２１】
基準電圧の方が大きい場合は、制御回路２１は、トランジスタＭｙのゲート電圧を制御することにより、トランジスタＭｙの出力電流を増加させる。これにより、出力電圧ＶOUTが高くなる。
【００２２】
一方、分圧電圧の方が大きい場合は、制御回路２１は、トランジスタＭｙの出力電流を抑制させる。これにより、出力電圧ＶOUTが低くなる。
ここで、トランジスタＭｙは、シリーズレギュレータ２の構成要素と、電流検出回路３の構成要素とを兼ねている。すなわち、トランジスタＭｙは、制御回路２１から供給されるゲート電圧により出力電圧ＶOUTの大きさを制御する出力制御トランジスタとしての機能と、後述するＰＭＯＳトランジスタＭｘ（以下単に、トランジスタＭｘという）とで構成されるカレントミラー回路３１の機能を兼用する。
【００２３】
電流検出回路３は、トランジスタＭｘと、トランジスタＭｙと、オペアンプＯＰ１と、ＮＭＯＳトランジスタＭ１と、ＮＭＯＳトランジスタＭ２（以下単に、トランジスタＭ１、トランジスタＭ２という）とを有している。
【００２４】
トランジスタＭｘのゲートは、トランジスタＭｙのゲートに接続され、トランジスタＭｘのソースは、電源電圧ＶＤＤに接続されている。
前述したように、トランジスタＭｙとトランジスタＭｘとでカレントミラー回路３１が構成されている。すなわち、トランジスタＭｘは、トランジスタＭｙに流れる電流（負荷電流）ＩOUTを一定の比率で小信号（本実施の形態では電流Ｉ１）にミラーする電流センス用パワーＭＯＳＦＥＴとして機能する。
【００２５】
ここで、ミラー比を決めるトランジスタＭｙとトランジスタＭｘとの比、すなわちサイズ比は、例えば、１０００：１とする。これにより、ミラー比も１０００：１（トランジスタＭｘにトランジスタＭｙの１／１０００倍の電流が流れる）となる。
【００２６】
オペアンプＯＰ１は、非反転入力端子がトランジスタＭｘのドレインに接続され、反転入力端子がトランジスタＭｙのドレインに接続され、出力端子がトランジスタＭ１、Ｍ２のゲートに接続されている。
【００２７】
トランジスタＭ１は、ドレインがトランジスタＭｘのドレインに接続され、ソースがＧＮＤ（グランド）に接続されている。
また、トランジスタＭ２は、ソースがＧＮＤ（グランド）に接続されている。
【００２８】
トランジスタＭ１とトランジスタＭ２とでカレントミラー回路３２が構成されている。すなわち、トランジスタＭ２は、トランジスタＭ１に流れる電流Ｉ１をさらに一定の比率でミラーするためのＭＯＳＦＥＴとして機能する。
【００２９】
ここで、トランジスタＭ１とトランジスタＭ２との比、すなわちサイズ比は、例えば、１：１とする。これにより、カレントミラー回路３２のミラー比も１：１となる。
次に、このような定電圧供給回路１における電流検出の動作（作用）を説明する。
【００３０】
シリーズレギュレータ２が出力電圧ＶOUTを出力すると、トランジスタＭｙのドレイン電流、すなわち負荷電流ＩOUTの１／１０００倍の電流Ｉ１が、トランジスタＭｘに流れる。
【００３１】
このとき、オペアンプＯＰ１は、トランジスタＭｘ，Ｍｙのドレイン端子が仮想短絡して両者の電位（ドレイン電位）が等しくなるように、トランジスタＭ１，Ｍ２のゲート電位を制御する。よって、オペアンプＯＰ１の出力端子から出力電圧ＶOUTが出力され、トランジスタＭ１，Ｍ２がＯＮする。
【００３２】
電流Ｉ１は、トランジスタＭ１，Ｍ２によって構成されるカレントミラー回路３２に入力されて折り返され、トランジスタＭ２のドレインから出力される。
ここで、トランジスタＭ１を飽和領域で動作させるのに必要なドレイン・ソース間電圧は、オペアンプＯＰ１の出力電圧に依存する。
【００３３】
本実施の形態では、電流検出回路３のオペアンプＯＰ１が、トランジスタＭ１，Ｍ２のゲートを直接駆動するよう構成されているため、出力電圧ＶOUTがトランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）Ｍ１のしきい値電圧Ｖｔｈより小さくても、トランジスタＭ１のゲート・ソース間電圧がＶｇｓ＞Ｖｔｈの条件を満たすならば、ＶOUT＞|Ｖｇｓ|を満たさなくても、正常に動作する。これにより、オペアンプＯＰ１の仮想短絡が成立する電位、すなわち、トランジスタＭｘのドレインの電位を、従来に比べて低く（例えば、１００ｍＶ程度まで）することができる。換言すると、出力電圧ＶOUT＝１００ｍＶ程度までは、オペアンプＯＰ１による仮想短絡が成立するため、従来の回路に比べて出力電圧ＶOUTが接地電位に近い場合でもトランジスタＭｘとトランジスタＭｙとのミラー比に対応する電流、本実施の形態ではトランジスタＭｙから出力される負荷電流ＩOUTの１／１０００倍となる電流を簡易な構成で精確に検出することができる。
【００３４】
また、オペアンプＯＰ１を用いることによりトランジスタＭｘ，Ｍｙのドレイン電位が等しく保たれるため、トランジスタＭｘ，Ｍｙが非飽和領域に入るような動作条件（出力電圧ＶOUTとＶＤＤが近く、負荷電流ＩOUTの大きい場合）においても、電流を高精度に検出することができる。
【００３５】
次に、第２の実施の形態の定電圧供給回路について説明する。
図２は、第２の実施の形態の定電圧供給回路を示す回路図である。
以下、第２の実施の形態の定電圧供給回路１ａについて、前述した第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００３６】
第２の実施の形態の定電圧供給回路１ａは、定電圧供給源としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２ａと、トランジスタＭｘ，Ｍｙの代わりに抵抗Ｒｘ，Ｒｙを備える電流検出回路３ａとを有している。
【００３７】
ここで、抵抗Ｒｘと抵抗Ｒｙとの抵抗値の比は、例えば、１００００：１とする。
このような定電圧供給回路１ａにおいては、オペアンプＯＰ１の作用により抵抗Ｒｘと抵抗Ｒｙとの両端電圧が等しくなるため、抵抗Ｒｙに流れる負荷電流ＩOUT2の１／１００００倍の電流Ｉ２が、抵抗Ｒｘに流れる。電流Ｉ２は、トランジスタＭ１，Ｍ２によって構成されるカレントミラー回路３２に入力されて折り返され、トランジスタＭ２から出力される。
【００３８】
このような定電圧供給回路１ａによっても第１の実施の形態の定電圧供給回路１と同様の効果が得られる。
以上、本発明の定電圧供給回路および電流検出回路を、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。例えば、図１，図２において、トランジスタＭ１，Ｍ２をＰＭＯＳトランジスタにし、トランジスタＭｘ，ＭｙをＮＭＯＳトランジスタにして、図１のＶＤＤとＧＮＤとを、図２のＤＣ−ＤＣコンバータ２ａの出力電圧ＶOUT2とＧＮＤとをそれぞれ入れ換えた構成にしてもよい。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００３９】
また、本発明は、前記各実施の形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の実施の形態の定電圧供給回路を示す回路図である。
【図２】第２の実施の形態の定電圧供給回路を示す回路図である。
【図３】従来の電流検出回路を示す回路図である。
【図４】図３に示す電流検出回路にフィードバック回路を付加した電流検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１ａ  定電圧供給回路
２  シリーズレギュレータ
２ａ  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３，３ａ  電流検出回路
８０，９０  電流検出回路
ＯＰ１，ＯＰ９０  オペアンプ
Ｒｘ，Ｒｙ  抵抗
Ｍ１，Ｍ２  トランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）
Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｘ80，Ｍｙ80  トランジスタ（ＰＭＯＳトランジスタ）
【図１】
2006329655.tif 000003
【図２】
2006329655.tif 000004
【図３】
2006329655.tif 000005
【図４】
2006329655.tif 000006