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TWI728075B - 電流檢測電路 - Google Patents

電流檢測電路 Download PDF

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TWI728075B
TWI728075B TW106109621A TW106109621A TWI728075B TW I728075 B TWI728075 B TW I728075B TW 106109621 A TW106109621 A TW 106109621A TW 106109621 A TW106109621 A TW 106109621A TW I728075 B TWI728075 B TW I728075B
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Abstract

本發明提供一種可以低消耗電流來對規定電流流經電流測定電阻的情況進行檢測的電流檢測電路。本發明的電流檢測電路具備：基準電壓電路，包含具有不同的閾值電壓的二個NMOS電晶體與電阻，在該電阻產生基準電壓；以及比較輸出電路，包含與構成基準電壓電路的串聯連接的PMOS電晶體、NMOS電晶體及電阻同樣地串聯連接的PMOS電晶體、NMOS電晶體及測定用電阻，輸出比較結果。

Description

電流檢測電路
本發明是有關於一種電流檢測電路，尤其有關於一種對規定電流流經電流測定電阻的情況進行檢測的電流檢測電路。
圖2表示習知的電流檢測電路200的電路圖。
習知的電流檢測電路200具備電流流入端子203、基準端子202、電流測定電阻241及電流檢測部251。
電流檢測部251包含電壓輸入端子204、基準端子電壓輸入端子206、基準電壓電路20、電壓比較電路261及輸出端子205。
電流流入端子203與基準端子202經由電流測定電阻241而連接，進而，分別連接於電壓輸入端子204與基準端子電壓輸入端子206。
基準電壓電路20是設於基準端子電壓輸入端子206與電壓比較電路261的負(minus)輸入端子之間，將以基準端子電壓輸入端子206的電壓為基準的基準電壓Vref供給至電壓比較電路261的負輸入端子。電壓輸入端子204連接於電壓比較電路261的正(plus)輸入端子，電壓比較電路261的輸出連接於輸出端子205。
如上所述般構成的習知的電流檢測電路200是以下述方 式進行動作。
將藉由測定電流從電流流入端子203經由電流測定電阻241流向基準端子202而在電流測定電阻241的一端產生的電壓輸入至電壓輸入端子204，由電壓比較電路261來對該輸入電壓與基準電壓Vref進行比較。
當測定電流達到檢測電流值時，由於電壓輸入端子204的電壓超過基準電壓Vref，因此電壓比較電路261的輸出成為高位準(high level)，從輸出端子205輸出高位準的電流檢測信號(例如參照專利文獻1的圖2)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2005-241463號公報
在如上所述的習知的電流檢測電路200中，電壓比較電路261通常至少具備差動放大電路與緩衝器(buffer)電路而構成，因此電壓比較電路261中的消耗電流大。
而且，為了實現小型化與低成本化，期望對電流測定電阻241採用儘可能低的電阻值的電阻。然而，若電流測定電阻241的電阻值低，則流經有測定電流時電流測定電阻241所產生的電壓將變低，因此與該電壓進行比較的基準電壓電路20的電壓Vref亦必須設為低電壓值。因此，雖未圖示，但基準電壓電路20構成為，將內部產生的固定電壓以分壓器(bleeder)電阻分壓為十分 之一左右，藉此，輸出0.1V以下的電壓的基準電壓Vref。為了使用分壓器電阻來生成此種低電壓值的基準電壓Vref，必須使電流流經連接於電源端子與GND端子間的分壓器電阻，從而會導致消耗電流增加。
如此，在習知的電流檢測電路200中，存在消耗電流非常大的問題。
本發明的電流檢測電路的特徵在於包括：基準電壓電路，包含具有不同的閾值電壓的二個NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N通道金屬氧化物半導體)電晶體與電阻，在該電阻產生基準電壓；以及比較輸出電路，包含與構成基準電壓電路的串聯連接的PMOS(P Channel Metal Oxide Semiconductor，P通道金屬氧化物半導體)電晶體、NMOS電晶體及電阻同樣地串聯連接的PMOS電晶體、NMOS電晶體及測定用電阻，輸出比較結果。
根據本發明的電流檢測電路，與習知的電流檢測電路相比，可減少從電源端子朝向GND端子的電流路徑(path)。因此，可較習知的電流檢測電路削減消耗電流。
10、20:基準電壓電路
100:電流檢測電路
101:電源端子
102:GND端子
103:測定電流輸入端子
104:電流測定電阻連接端子
105、205:輸出端子
111、112、113:PMOS電晶體
121、124:NMOS電晶體
122、123:低閾值NMOS電晶體
131、132:電阻元件
141、241:電流測定電阻
200:習知的電流檢測電路
202:基準端子
203:電流流入端子
204:電壓輸入端子
206:基準端子電壓輸入端子
251:電流檢測部
261:電壓比較電路
N:連接點
VDD:電源電壓
Vref、VREF:基準電壓
圖1是表示本實施形態的電流檢測電路的電路圖。
圖2是表示習知的電流檢測電路的電路圖。
以下，參照圖式來說明本實施形態。
圖1是表示本實施形態的電流檢測電路100的電路圖。
本實施形態的電流檢測電路100包含電源端子101、GND端子102、測定電流輸入端子103、電流測定電阻連接端子104、輸出端子105、PMOS電晶體113、NMOS電晶體123及NMOS電晶體124、電流測定電阻141以及基準電壓電路10。PMOS電晶體113與NMOS電晶體123構成比較輸出電路。
對於電源端子101，從電源供給有正電壓，對於GND端子102，從電源供給有負電壓。
基準電壓電路10是具備PMOS電晶體111及PMOS電晶體112、NMOS電晶體121及NMOS電晶體122、電阻131及電阻132而構成。
PMOS電晶體111、PMOS電晶體112及PMOS電晶體113的閘極(gate)共連，源極(source)共連至電源端子101。NMOS電晶體121的閘極連接於PMOS電晶體111的汲極(drain)，源極連接於GND端子102。電阻131的一端連接於PMOS電晶體111的汲極，另一端連接於NMOS電晶體121的汲極。NMOS電晶體122的汲極連接於PMOS電晶體112的汲極，閘極連接於NMOS電晶體121的汲極。電阻132連接於NMOS電晶體122的 源極與GND端子102之間。
NMOS電晶體123的汲極連接於輸出端子105及PMOS電晶體113的汲極，閘極連接於NMOS電晶體122的閘極。電流測定電阻連接端子104連接於測定電流輸入端子103及NMOS電晶體123的源極。電流測定電阻141的一端連接於電流測定電阻連接端子104，另一端連接於GND端子102。NMOS電晶體124的閘極連接於電阻131的一端，汲極連接於電流測定電阻連接端子104，源極連接於GND端子102。
NMOS電晶體121及NMOS電晶體124具有通常的閾值電壓，NMOS電晶體122及NMOS電晶體123的閾值電壓比NMOS電晶體121及NMOS電晶體124低。
在如上所述般構成的電流檢測電路100中，基準電壓電路10中，流至閾值電壓低的NMOS電晶體122的電流被包含PMOS電晶體112和PMOS電晶體111的電流鏡(current mirror)電路複製為PMOS電晶體111的汲極電流。該PMOS電晶體111的汲極電流經由電阻131而流至為通常的閾值電壓的NMOS電晶體121。
此處，在將NMOS電晶體122與NMOS電晶體121的驅動能力設為相同，且兩NMOS電晶體進行飽和動作的情況下，兩NMOS電晶體的過驅動(over drive)電壓變得相同。因此，施加至電阻131與電阻132的電壓的合計值成為兩NMOS電晶體的閾值電壓之差。因而，可在NMOS電晶體122與電阻132的連接點N，生成比兩NMOS電晶體的閾值電壓之差低的電壓的基準電 壓VREF。
另外，若相對於電阻131的電阻值而降低電阻132的電阻值，則可進一步降低基準電壓VREF的電壓值。
因基準電壓VREF施加至電阻132而流動的電流經由PMOS電晶體112而複製為PMOS電晶體113的汲極電流。
若流經NMOS電晶體123的汲極電流比PMOS電晶體113的汲極電流大，則輸出端子105成為電流測定電阻連接端子104的電壓，成為與GND端子102的電壓接近的值。另一方面，若流經NMOS電晶體123的汲極電流比PMOS電晶體113的汲極電流小，則輸出端子105成為電源端子101的電壓。
此處，例如將PMOS電晶體111、PMOS電晶體112與PMOS電晶體113的驅動能力設定為相同，將NMOS電晶體122與NMOS電晶體123的驅動能力設定為相同，將NMOS電晶體121與NMOS電晶體124的驅動能力設定為相同。
藉此，當電流測定電阻141的電壓低於基準電壓VREF時，流經NMOS電晶體123的汲極電流將大於PMOS電晶體113的汲極電流，因此從輸出端子105輸出與GND端子102的電壓接近的電壓。當電流測定電阻141的電壓高於基準電壓VREF時，流經NMOS電晶體123的汲極電流將小於PMOS電晶體113的汲極電流，因此從輸出端子105輸出電源端子101的電壓。
而且，與PMOS電晶體113的汲極電流相同的電流被複製至NMOS電晶體124。因此，PMOS電晶體113的汲極電流流 向NMOS電晶體124，而不流至電流測定電阻141。因而，僅有從測定電流輸入端子103輸入的電流流至電流測定電阻141，因此可排除測定電流以外的誤差電流的影響。
根據如上所述的本實施形態的電流檢測電路100，無須如習知的電流檢測電路般使用需要較多從電源端子朝向GND端子的電流路徑的電壓比較電路，便可對基準電壓VREF、與由使用電流測定電阻的I-V轉換所產生的電壓進行比較，從而可對規定電流流經電流測定電阻的情況進行檢測。因此，可大幅削減消耗電流。
另外，本實施形態中，設定為各PMOS電晶體或各NMOS電晶體的驅動能力相同的情況進行了說明，但並不限定於此。例如，只要PMOS電晶體112與PMOS電晶體113的驅動能力比、和NMOS電晶體122與NMOS電晶體123的驅動能力比相同即可，而且，例如只要流經NMOS電晶體124的電流與流經PMOS電晶體113的電流相同即可。
而且，電阻132的電阻值只要根據PMOS電晶體112與PMOS電晶體111的鏡比率來進行變更即可。
進而，本實施形態中，施加至電阻131或電阻132的電壓由於兩NMOS電晶體的閾值電壓的溫度變化大致相等，因此不會相對於溫度而發生變化。而且，藉由將電阻131與電阻132設為相同的材料，從而施加至電阻132的電壓不會相對於溫度而發生變化。因而，亦可獲得下述效果：可以GND端子102為基準而 在連接點N生成溫度變化少的基準電壓VREF。
10:基準電壓電路
100:電流檢測電路
101:電源端子
102:GND端子
103:測定電流輸入端子
104:電流測定電阻連接端子
105:輸出端子
111、112、113:PMOS電晶體
121、124:NMOS電晶體
122、123:低閾值NMOS電晶體
131、132:電阻元件
141:電流測定電阻
N:連接點
VDD:電源電壓
VREF:基準電壓

Claims (3)

  1. 一種電流檢測電路，其特徵在於包括：測定電流輸入端子；接地端子；第一N通道金屬氧化物半導體電晶體；第二N通道金屬氧化物半導體電晶體，具有比所述第一N通道金屬氧化物半導體電晶體的閾值電壓低的閾值電壓；基準電壓電路，具有與所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體串聯連接的第一P通道金屬氧化物半導體電晶體與電阻，在所述電阻產生基準電壓，所述第一P通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極與閘極連接；第二P通道金屬氧化物半導體電晶體、第三N通道金屬氧化物半導體電晶體及測定用電阻，連接成與所述第一P通道金屬氧化物半導體電晶體、所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體及所述電阻同樣的關係；以及輸出端子，設於所述第二P通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極與所述第三N通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極，所述第二P通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極是與所述第一P通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接，所述第三N通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極是與所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接，所述測定用電阻的一端連接於所述測定電流輸入端子及所述 第三N通道金屬氧化物半導體電晶體的源極，另一端連接於所述接地端子，從所述輸出端子輸出將對在所述電阻產生的電壓、與由從所述測定電流輸入端子流至所述測定用電阻的電流而產生的電壓進行比較的結果。
  2. 一種電流檢測電路，其特徵在於包括：電源端子；接地端子；測定電流輸入端子；輸出端子；第一P通道金屬氧化物半導體電晶體至第三P通道金屬氧化物半導體電晶體，所述第一P通道金屬氧化物半導體電晶體至所述第三P通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極共連，所述第一P通道金屬氧化物半導體電晶體至所述第三P通道金屬氧化物半導體電晶體的源極共連至所述電源端子；第一N通道金屬氧化物半導體電晶體，所述第一N通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接於所述第一P通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極，所述第一N通道金屬氧化物半導體電晶體的源極連接於所述接地端子；第一電阻，一端連接於所述第一P通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極，另一端連接於所述第一N通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極； 第二N通道金屬氧化物半導體電晶體，所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極連接於所述第二P通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極，所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接於所述第一N通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極，且具有比所述第一N通道金屬氧化物半導體電晶體的閾值電壓低的閾值電壓；第二電阻，連接於所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體的源極與所述接地端子之間；第三N通道金屬氧化物半導體電晶體，所述第三N通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極連接於所述輸出端子及所述第三P通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極，所述第三N通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接於所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極，且具有與所述第二N通道金屬氧化物半導體電晶體的閾值電壓相同的閾值電壓；電流測定電阻，一端連接於所述測定電流輸入端子及所述第三N通道金屬氧化物半導體電晶體的源極，另一端連接於所述接地端子；以及第四N通道金屬氧化物半導體電晶體，所述第四N通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極連接於所述第一電阻的一端，所述第四N通道金屬氧化物半導體電晶體的汲極連接於所述電流測定電阻的一端，所述第四N通道金屬氧化物半導體電晶體的源極連接於所述接地端子。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電流檢測電路，其中所述第二電阻的電阻值是比所述第一電阻低的電阻值。
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