KR19990085364A - Improved Supply Voltage Independent Constant Current Source - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 전원전압 독립형 정전류원이 개시되어 있다. 전원전압 독립형 정전류원은 직류전원과 용량성으로 결합되고, 직류전원 오프상태에서 전원 투입되어 정상상태에 도달할 때까지의 교류성 전류를 통과시켜서 초기 스타트업 전류를 제공하는 스타트업회로와, 스타트업회로를 통하여 제공된 상기 초기 스타트업 전류에 의해 스타트업되어 자기 바이어싱된 정전류를 출력하는 자기 바이어스회로를 포함한다. 따라서, 본 발명은 초기 전원 투입시에만 캐패시터를 통한 전류흐름이 있고, 정상상태에서는 전류흐름이 캐패시터에 의해 차단된 상태로 유지되므로 스타트업회로에서의 전력소모를 최소화시킬 수 있고, 집적회로화시 적은 면적에 형성할 수 있다.In the present invention, a power supply voltage independent constant current source is disclosed. Power supply voltage independent constant current source is a capacitively coupled DC power supply and a start-up circuit that provides an initial startup current by passing an alternating current from the DC power off state until the power is turned on and reaches a steady state. And a magnetic bias circuit which is started up by the initial startup current provided through the up circuit and outputs a self biased constant current. Therefore, the present invention has a current flow through the capacitor only at the initial power-up, and in the normal state, the current flow is kept in a blocked state by the capacitor, thereby minimizing the power consumption in the startup circuit, and in the integrated circuit. It can be formed in a small area.
Description
본 발명은 전원전압 독립형 정전류원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐패시터의 교류성분은 통과시키고 직류성분은 차단시키는 전기적 특성을 이용하여 자기 바이어스 회로에 직류전원 투입시 초기 교류성 전류를 스타트업전류로 제공함으로써 면적을 작게 차지하고, 전력소모가 작으며 안정된 전원 전류 특성을 갖는 정전류원에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply voltage-independent constant current source, and more particularly, by using the electrical characteristics of passing the AC component of the capacitor and blocking the DC component, the initial AC current is turned into a start-up current when the DC power is supplied to the self-bias circuit. The present invention relates to a constant current source that occupies a small area, has low power consumption, and has stable power supply current characteristics.
일반적으로 아날로그 집적회로에서는 신호 증폭을 위하여 많은 전류 증폭단들로 구성된다. 이들 증폭단에서의 전력소모가 전체 아날로그 집적회로의 소모전력을 좌우하게 된다. 그러므로, 집적회로의 소모전력을 줄이기 위해서는 증폭단의 바이어싱 전류값을 매우 작게 설계하지 않으면 안되므로 바이어스 저항의 저항값을 크게 설계하여야 한다. 그러나, 큰 저항값은 집적회로화시 많은 면적을 차지하게 된다.In general, an analog integrated circuit is composed of many current amplifier stages for signal amplification. Power consumption in these amplifier stages determines the power consumption of the entire analog integrated circuit. Therefore, in order to reduce the power consumption of the integrated circuit, the biasing current value of the amplifier stage must be designed very small, so the resistance value of the bias resistor must be designed large. However, large resistance values occupy a large area in integrated circuits.
따라서, 바이폴라 또는 MOS 트랜지스터로 구성되는 아날로그 집적회로에서는 바이어스 저항에 비해 면적을 작게 차지하면서도 매우 작은 바이어스 전류를 제공할 수 있는 전류원을 증폭단의 바이어싱 엘리먼트로 널리 사용하고 있다.Therefore, in an analog integrated circuit composed of bipolar or MOS transistors, a current source capable of providing a very small bias current while occupying a smaller area than a bias resistor is widely used as a biasing element of an amplifier stage.
이와 같은 전류원의 기본 구성은 전류미러로 구성된다. 전류미러는 설정된 기준전류에 비례하는 바이어싱 전류를 출력한다. 그러므로, 출력되는 바이어싱 전류는 기준전류에 영향을 받게 되어 기준전류의 전원전압변동 및 온도변동에 따른 영향을 받게 된다. 이와 같은 바이어싱 전류의 변동은 아날로그 회로의 특성을 변하게 하는 원인이 되며 때로는 오동작의 원인이 된다.The basic configuration of such a current source consists of a current mirror. The current mirror outputs a biasing current proportional to the set reference current. Therefore, the output biasing current is affected by the reference current, which is affected by the power supply voltage variation and the temperature variation of the reference current. Such fluctuations in the biasing current cause changes in the characteristics of the analog circuit and sometimes cause malfunctions.
그러므로, 아날로그 집적회로에 있어서, 바이어스 회로는 전원전압 및 온도에 대한 독립성, 사용면적의 최소화, 저소모전력화 등의 특성이 요구된다.Therefore, in the analog integrated circuit, the bias circuit is required to have characteristics such as independence of power supply voltage and temperature, minimization of use area, and low power consumption.
도 1에는 종래의 전원전압 독립형 정전류원을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 정전류원은 저항성 스타트업회로(10)와 자기 바이어스 회로(20)로 구성된다. 상기 자기 바이어스 회로(20)는 트랜지스터(Q1-Q6)와 저항(R1)으로 구성되고, 내부 피드백을 이용하기 때문에 전원을 인가하여도 제로 전류상태가 존재하여 회로동작이 안되는 문제가 있다. 이를 피하기 위하여 스타트업회로(10)를 채용한다. 스타트업회로(10)는 전원인가시 아주 적은 량의 전류(Iref >> Is)를 제공하여 자기 바이어스회로(20)가 기동되도록 한다.1 shows a conventional power supply voltage independent constant current source. Referring to FIG. 1, the constant current source is composed of a resistive startup circuit 10 and a self bias circuit 20. The self-bias circuit 20 is composed of transistors Q1-Q6 and resistors R1. Since the internal bias is used, there is a problem that the circuit operation does not occur because a zero current state exists even when power is applied. In order to avoid this, a startup circuit 10 is employed. The startup circuit 10 provides a very small amount of current (Iref >> Is) when the power is applied to enable the self bias circuit 20 to be activated.
상기 저항성 스타트업회로(10)는 스타트저항(Rs), 제 1 다이오드(D1)와 다이오드 어레이(Ds)로 구성된다. 상기 스타트저항(Rs)은 직류전원전압(Vcc)과 제 1 노드(N1)의 사이에 접속되어 스타트업 전류(Is)를 제한한다.The resistive startup circuit 10 includes a start resistor Rs, a first diode D1 and a diode array Ds. The start resistor Rs is connected between the DC power supply voltage Vcc and the first node N1 to limit the start-up current Is.
상기 제 1 다이오드(D1)의 애노드전극은 상기 제 1 노드(N1)에 접속되고, 캐소드전극은 상기 자기 바이어스 회로(20)의 스타트업 전류 공급노드(N2)에 접속되어 회로 동작 초기에 스타트업전류(Is)를 상기 자기 바이어스회로(20)에 제공한다. 또한 제 1 다이오드(D1)는 자기 바이어스 회로(20)가 구동되어 정상상태로 된 경우에는 제 2 노드(N2)의 전압이 제 1 노드(N1)의 전압 이상으로 상승되므로 역바이어스되어 전류의 흐름을 차단한다.An anode electrode of the first diode D1 is connected to the first node N1, and a cathode electrode is connected to a startup current supply node N2 of the self-bias circuit 20 to start up at the beginning of circuit operation. The current Is is provided to the self bias circuit 20. In addition, when the self-bias circuit 20 is driven and brought to a steady state, the first diode D1 is reverse biased because the voltage of the second node N2 rises above the voltage of the first node N1 so that the current flows. To block.
따라서, 스타트업 전류(Is)는 자기 바이어스 회로(20)로는 그 이상 흐르지 않으나, 다이오드 어레이(Ds)를 통하여 지속적으로 흐르게 되므로 전력을 소모하게 된다. 즉, 직류전원전압(Vcc)이 초기 투입된 직후에는 자기 바이어스 회로를 스타트업시키기 위하여 동작되어야 하지만, 자기 바이어스 회로가 정상상태로 동작된 후에는 스타트업회로는 실질적으로는 다이오드(D1)에 의해 자기 바이어스 회로와 단절된 상태로 유지되지만 저항(Rs) 및 다이오드 어레이(Ds)를 통하여 지속적으로 전력을 소모하게 된다.Therefore, the start-up current Is does not flow any more to the self bias circuit 20, but continuously flows through the diode array Ds, thereby consuming power. That is, it should be operated to start up the self bias circuit immediately after the DC power supply voltage Vcc is initially input. However, after the self bias circuit is operated in a normal state, the start-up circuit is substantially operated by the diode D1. It is disconnected from the bias circuit but continues to consume power through the resistor Rs and the diode array Ds.
따라서, 스타트업회로의 정상상태에서의 전력소모를 줄이기 위하여 스타트저항의 저항값을 크게할 경우에는 집적회로화시 많은 면적을 차지하게 되는 문제와, 직류전원전압(Vcc)이 상승하게 되면 스타트업 전류(Is)도 증가하게 되므로 전원전류(Icc)에 영향을 주게 된다.Therefore, when the resistance value of the start resistance is increased to reduce the power consumption in the steady state of the start-up circuit, a large area is taken up during the integrated circuit, and when the DC power supply voltage Vcc rises, the start-up Since the current Is also increases, it affects the power supply current Icc.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 캐패시터의 교류성분은 통과시키고 직류성분은 차단시키는 전기적 특성을 이용하여 자기 바이어스회로에 스타트전류를 제공함으로써 전원전압 독립형, 면적 이용의 효율화 및 저전력화가 가능한 개선된 전원전압 독립형 정전류원을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art by providing a start current to the self-bias circuit using the electrical characteristics of passing the alternating current component of the capacitor and blocking the direct current component, power supply voltage independent, efficiency of area use and An improved power supply voltage independent constant current source capable of lowering power is provided.
도 1은 종래의 전원전압 독립형 정전류원을 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram showing a conventional power supply voltage independent constant current source.
도 2는 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 1 실시예를 나타낸 회로도.2 is a circuit diagram showing a first preferred embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention;
도 3은 본 발명에 의한 직류전원 투입시 스타트업 전류를 나타낸 파형도.Figure 3 is a waveform diagram showing a startup current when the DC power supply according to the present invention.
도 4은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 2 실시예의 구성을 나타낸 회로도.4 is a circuit diagram showing a configuration of a second preferred embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention;
도 5는 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 3 실시예를 나타낸 회로도.5 is a circuit diagram showing a third preferred embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention;
도 6은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 4 실시예를 나타낸 회로도.6 is a circuit diagram showing a fourth preferred embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention;
도 7은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 5 실시예를 나타낸 회로도.7 is a circuit diagram showing a fifth preferred embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention;
도 8은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 6 실시예를 나타낸 회로도.8 is a circuit diagram showing a sixth preferred embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention;
도 9는 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 7 실시예를 나타낸 회로도.9 is a circuit diagram showing a seventh preferred embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 저항성 스타트업회로 20 : 자기 바이어스 회로10 resistive start-up circuit 20 self-bias circuit
21, 160 : 전류 미러 22, 170 : 위들러 전류 소스21, 160: current mirror 22, 170: Weedler current source
100, 200 : 스타트업회로 150, 250, 300 : 자기 바이어스 회로100, 200: startup circuit 150, 250, 300: self bias circuit
Ds : 다이오드 어레이 Cs : 캐패시터Ds: Diode Array Cs: Capacitor
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 회로는 직류전원과 용량성으로 결합되고, 직류전원 오프상태에서 전원 투입되어 정상상태에 도달할 때까지의 교류성 전류를 통과시켜서 초기 스타트업 전류를 제공하는 스타트업회로와, 스타트업회로를 통하여 제공된 상기 초기 스타트업 전류에 의해 스타트업되어 자기 바이어싱된 정전류를 출력하는 자기 바이어스회로를 포함한다.In order to achieve the above object, the circuit of the present invention is a capacitively coupled to the DC power supply, the start to provide an initial start-up current by passing an alternating current until the power is turned on from the DC power off state to reach a steady state And an up-circuit and a self-bias circuit that is started up by the initial start-up current provided through the start-up circuit and outputs a self biased constant current.
상기 스타트업회로는 상기 직류전원과 상기 자기 바이어스회로의 스타트업 전류 공급노드의 사이에 연결된 캐패시터로 구성할 수 있다.The startup circuit may include a capacitor connected between the DC power supply and a startup current supply node of the self bias circuit.
또한, 상기 스타트업회로는 상기 직류전원과 제 1 노드 사이에 직렬로 연결된 캐패시터 및 저항과, 제 1 노드와 접지 사이에 직렬로 순방향 연결된 복수의 다이오드들과, 제 1 노드와 상기 자기 바이어스회로의 스타트업 전류 공급노드의 사이에 연결되어, 초기에는 순방향으로 바이어스되어 스타트업 전류를 제공하고, 정상상태에 도달되면 역방향으로 바이어스되는 역류 방지용 다이오드를 포함하여 구성할 수도 있다.In addition, the start-up circuit may include a capacitor and a resistor connected in series between the DC power supply and the first node, a plurality of diodes forwardly connected in series between the first node and ground, and a first node and the self bias circuit. It may be configured to include a backflow prevention diode connected between the startup current supply nodes, initially biased in the forward direction to provide the startup current, and reversely biased when the steady state is reached.
또한, 상기 스타트업회로는 상기 직류전원과 제 1 노드 사이에 직렬로 연결된 캐패시터와 저항과, 상기 제 1 노드와 접지 사이에 연결되고, 초기에는 오프상태를 유지하다가 상기 자기 바이어스회로의 동작에 응답하여 온상태로 되는 스위칭수단과, 상기 제 1 노드와 상기 자기 바이어스회로의 스타트업 전류 공급노드의 사이에 연결되어, 초기에는 순방향으로 바이어스되어 스타트업 전류를 제공하고, 정상상태에 도달되면 역방향으로 바이어스되는 역류 방지용 다이오드로 구성할 수 있다.In addition, the start-up circuit is connected between a capacitor and a resistor connected in series between the DC power supply and the first node, and is connected between the first node and ground, and initially maintains an off state and responds to the operation of the self bias circuit. A switching means which is turned on, and is connected between the first node and a startup current supplying node of the self-biasing circuit, initially biased in a forward direction to provide a startup current, and in a reverse direction when a steady state is reached. It can be configured as a reverse flow prevention diode that is biased.
상기 스위칭 수단은 상기 제 1 노드와 접지 사이에 콜렉터 및 에미터가 연결된 제 1 트랜지스터와, 상기 직류전원과 상기 제 1 트랜지스터의 베이스 사이에 에미터 및 콜렉터가 연결되고, 상기 자기 바이어스회로의 동작에 의해 턴온되는 제 2 트랜지스터를 포함한다.The switching means includes a first transistor having a collector and an emitter connected between the first node and ground, an emitter and a collector connected between the direct current power source and the base of the first transistor, and for the operation of the self bias circuit. And a second transistor turned on.
또한, 상기 스위칭 수단은 상기 제 1 노드와 접지 사이에 에미터 및 콜렉터가 연결된 제 1 트랜지스터와, 상기 접지와 상기 제 1 트랜지스터의 베이스 사이에 에미터 및 콜렉터가 연결되고, 상기 자기 바이어스회로의 동작에 의해 턴온되는 제 2 트랜지스터로 구성할 수 있다.The switching means may include a first transistor having an emitter and a collector connected between the first node and ground, an emitter and a collector connected between the ground and the base of the first transistor, and the operation of the self bias circuit. It can be configured as a second transistor turned on by.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 1 실시예를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명은 크게 용량성 스타트업회로(100)와 자기 바이어스회로(150)로 구성된다.Fig. 2 shows a first preferred embodiment of the power supply voltage independent constant current source according to the present invention. Referring to FIG. 2, the present invention is largely composed of a capacitive startup circuit 100 and a self bias circuit 150.
상기 용량성 스타트업회로(100)는 전원전압(Vcc)과 스타트업 전류 공급노드( N2) 사이에 연결된 1㎊이하의 캐패시터(Cs)로 구성된다. 여기서, 캐패시터(Cs)는 전원전압(Vcc)을 충분히 견딜 수 있는 내압 특성을 가진다. 따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 전원투입에 의해 전원전압(Vcc)이 제로레벨상태에서 Vcc레벨로 증가하는 동안(td)에는 캐패시터(Cs)를 통하여 초기 전류(Is)가 스타트업 전류 공급노드(N2)에 제공된다. 초기 전류 Is는 다음 식(1)로 표현할 수 있다.The capacitive startup circuit 100 includes a capacitor Cs of 1 kΩ or less connected between the power supply voltage Vcc and the startup current supply node N2. Here, the capacitor Cs has a breakdown voltage characteristic that can withstand the power supply voltage Vcc sufficiently. Therefore, as shown in FIG. 3, while the power supply voltage Vcc is increased from the zero level state to the Vcc level (td) by the power supply, the initial current Is is supplied with the start-up current through the capacitor Cs. Provided to node N2. The initial current Is can be expressed by the following equation (1).
전원전압(Vcc)가 Vcc레벨의 정상상태로 안정화되면 시간에 따른 전압변동이 없으므로 캐패시터(Cs)를 통하여 그 이상의 전류 흐름이 없는 차단상태로 된다.When the power supply voltage Vcc is stabilized to the normal state of the Vcc level, there is no voltage fluctuation with time, and thus, a state in which there is no further current flow through the capacitor Cs becomes.
상기 자기 바이어스회로(150)는 상기 용량성 스타트업회로(100)로부터 제공되는 스타트 업 전류(Is)에 의해 동작을 시작한다.The self bias circuit 150 starts operation by the start-up current Is provided from the capacitive start-up circuit 100.
상기한 자기 바이어스회로(150)는 커런트 미러(160), 제 1 출력단 트랜지스터(Q2), 위들러 커런트 소스(Widlar current source; 170), 그리고 제 2 출력단 트랜지스터(Q2)로 구성된다.The self bias circuit 150 includes a current mirror 160, a first output terminal transistor Q2, a Widler current source 170, and a second output terminal transistor Q2.
상기 커런트 미러(160)는 제 3 트랜지스터(Q3), 그리고 다이오드 접속된 제 4 트랜지스터(Q4)로 구성된다 상기 제 3 트랜지스터(Q3)의 에미터전극은 전원전압(Vcc)에 접속되고, 베이스전극은 상기 다이오드 접속된 제 4 트랜지스터(Q4)의 베이스에 접속되며, 콜렉터전극은 노드(N1)에 접속된다. 상기 다이오드 접속된 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터전극은 전원전압(Vcc)에 접속되고, 베이스전극과 콜렉터전극은 공통 접속되어 상기 제 3 트랜지스터(Q3)의 베이스전극에 접속되며, 콜렉터전극은 상기 위들러 커런트 소스(170)에 접속된다.The current mirror 160 includes a third transistor Q3 and a diode-connected fourth transistor Q4. The emitter electrode of the third transistor Q3 is connected to a power supply voltage Vcc and the base electrode. Is connected to the base of the diode-connected fourth transistor Q4, and the collector electrode is connected to the node N1. The emitter electrode of the diode-connected fourth transistor Q4 is connected to the power supply voltage Vcc, the base electrode and the collector electrode are connected in common and connected to the base electrode of the third transistor Q3, and the collector electrode is Is connected to the widdler current source 170.
상기 위들러 커런트 소스(170)는 제 1 저항(R1), 다이오드 접속된 제 5 트랜지스터(Q5), 제 6 트랜지스터(Q6), 그리고 제 2 저항(R2)으로 구성된다. 상기 제 1 저항(R1)의 일단은 노드(N1)에 접속되고, 타단은 상기 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터에 접속된다. 상기 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스전극과 콜렉터전극은 공통 접속되어 상기 노드(N1)에 접속되고, 베이스전극은 상기 제 5 트랜지스터에 접속되며, 에미터전극은 접지된다. 제 6 트랜지스터(Q6)의 콜렉터전극은 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터전극에 접속되고, 베이스전극은 상기 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스전극에 접속되며, 에미터전극은 상기 제 2 저항(R2)을 통해 접지된다.The widdler current source 170 includes a first resistor R1, a diode-connected fifth transistor Q5, a sixth transistor Q6, and a second resistor R2. One end of the first resistor R1 is connected to the node N1 and the other end is connected to the collector of the fifth transistor Q5. The base electrode and the collector electrode of the fifth transistor Q5 are commonly connected to the node N1, the base electrode is connected to the fifth transistor, and the emitter electrode is grounded. The collector electrode of the sixth transistor Q6 is connected to the collector electrode of the fourth transistor Q4, the base electrode is connected to the base electrode of the fifth transistor Q5, and the emitter electrode is connected to the second resistor R2. Grounded through).
상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 에미터전극은 전원전압(Vcc)에 접속되고, 베이스전극은 상기 제 4 트랜지스터(Q4)의 베이스전극에 접속되어 콜렉터전극을 통해 출력전류(Iout)를 출력한다. 상기 제 2 트랜지스터(Q2)는 콜렉터전극을 통하여 출력전류(Iout)를 제공하고, 베이스전극은 상기 제 6 트랜지스터(Q6)의 베이스전극에 접속되며, 에미터전극은 접지된다.The emitter electrode of the first transistor Q1 is connected to the power supply voltage Vcc, and the base electrode is connected to the base electrode of the fourth transistor Q4 to output the output current Iout through the collector electrode. The second transistor Q2 provides an output current Iout through the collector electrode, the base electrode is connected to the base electrode of the sixth transistor Q6, and the emitter electrode is grounded.
따라서, 자기 바이어스회로(150)는 노드(N1)에 제공된 스타트업 전류(Is)가 다이오드(D1)을 통하여 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터전류로 제공되면, 제 6 트랜지스터(Q6)의 콜렉터 전류의 흐름에 의해, 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터 전류(I2)가 흐르고, 이에 제 1 및 제 2 트랜지스터의 콜렉터 전류가 정전류인 출력전류(Iout)로 제공된다. 제 4 트랜지스터(Q4)와 커런트 미러로 연결된 제 3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 전류와 동일한 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터 전류가 기준전류(Iref)로 제공되므로 출력이 피드백되어 자기 바이어싱된다.Therefore, the self bias circuit 150 is provided with the collector current of the sixth transistor Q6 when the startup current Is provided to the node N1 is provided as the collector current of the fifth transistor Q5 through the diode D1. By the flow of, the collector current I2 of the fourth transistor Q4 flows, so that the collector currents of the first and second transistors are provided to the output current Iout which is a constant current. Since the collector current of the fifth transistor Q5 which is the same as the collector current of the third transistor Q3 connected to the fourth transistor Q4 by the current mirror is provided as the reference current Iref, the output is fed back and self biased.
도 4는 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 바람직한 제 2 실시예를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예는 상술한 일 실시예와 비교하여 스타트업회로(200)의 구성이 다르고 자기 바이어스 회로(150)의 구성은 동일하므로, 동일한 부분은 동일 부호로 처리하고 구체적인 설명은 생략한다.4 shows a second preferred embodiment of the power supply voltage independent constant current source according to the present invention. Referring to FIG. 4, since the configuration of the startup circuit 200 is different and the configuration of the self bias circuit 150 is the same as that of the second embodiment of the present invention, the same parts are designated by the same reference numerals. The process is omitted.
상기 용량성 스타트업회로(200)는 캐패시터(Cs), 스타트저항(Rs), 제 1 다이오드(D1), 그리고 다이오드 어레이(Ds)로 구성된다. 상기 캐패시터(Cs)는 1㎊ 이하의 용량을 가지며, 일단이 상기 전원전압(Vcc)에 접속되어 전원전압(Vcc)이 제로레벨에서 Vcc레벨로 변화되는 동안에는 상술한 수식(1)에 의해 초기 전류(Is)를 통과시키고 전원전압(Vcc)이 Vcc레벨로 일정하게 유지되는 정상상태에 도달하게 되면 그 이상의 시간에 따른 전압변동이 없으므로 전류의 흐름을 차단시킨다.The capacitive startup circuit 200 includes a capacitor Cs, a start resistor Rs, a first diode D1, and a diode array Ds. The capacitor Cs has a capacity of 1 mA or less, and while one end is connected to the power supply voltage Vcc and the power supply voltage Vcc is changed from zero level to Vcc level, the initial current is expressed by Equation (1) described above. If it passes (Is) and reaches the steady state in which the power supply voltage (Vcc) is kept constant at the Vcc level, there is no voltage fluctuation over time, so the current flow is blocked.
상기 스타트저항(Rs)은 상기 캐패시터(Cs)로부터 제공된 초기 전류(Is)를 제한하여 상기 제 1 다이오드(D1) 및 다이오드 어레이(DS)에 제공한다. 상기 제 1 다이오드(D1)의 애노드전극은 제 1 노드(N1)에 접속되고, 캐소우드 전극은 제 2 노드(N2)에 접속된다. ×The start resistor Rs limits the initial current Is provided from the capacitor Cs and provides it to the first diode D1 and the diode array DS. The anode electrode of the first diode D1 is connected to the first node N1, and the cathode electrode is connected to the second node N2. ×
따라서, Vd > IsR1이 되도록 R1을 설계하면 자기 바이어스회로(150)이 기동전에는 기동전류 Is는 다이오드(D1)을 통하여 자기 바이어스 회로(150)의 노드(N2)에 제공된다.Therefore, when R1 is designed such that Vd> IsR1, the starting current Is is provided to the node N2 of the self bias circuit 150 through the diode D1 before the self bias circuit 150 is started.
제 2 노드(N2)에 제공되는 전류에 의해 자기 바이어스 회로가 동작을 시작하면, 전류(Iref)에 의해 저항(R1)을 통하여 전압강하가 발생된다. 따라서, 3Vd < Iref×R1+Vd+Vbe(Q5)에서 Vd=Vbe라면 Vd < Iref×R1을 만족하는 조건에서 역류방지용 다이오드는 역바이어스되게 된다.When the self bias circuit starts operation by the current provided to the second node N2, a voltage drop is generated through the resistor R1 by the current Iref. Therefore, if Vd = Vbe at 3Vd < Iref x R1 + Vd + Vbe (Q5), the backflow prevention diode is reverse biased under the condition that Vd <Iref x R1 is satisfied.
도 5은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 제 3 실시예를 나타낸다. 제 3 실시예의 스타트업회로(200)는 상술한 제 2 실시예의 스타트업회로(200)에 비교하여 다이오드 어레이(Ds)의 다이오드 개수가 3개에서 2개로 바뀌고, 역류방지용 다이오드(D1)의 순방향 바이어스 전압(Vd1)이 다이오드(D2)의 순방향 바이어스전압(Vd2) 보다 작게 설계된다는 점이 다르다.5 shows a third embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention. In the start-up circuit 200 of the third embodiment, the number of diodes of the diode array Ds is changed from three to two, compared to the start-up circuit 200 of the second embodiment described above, and the reverse direction prevention diode D1 is forwarded. The difference is that the bias voltage Vd1 is designed to be smaller than the forward bias voltage Vd2 of the diode D2.
그러므로, Vd1 - Vd2 > IsR1이 되도록 R1을 설계하면 자기 바이어스 회로(150)의 기동 전에는 Cs를 통하여 흐르는 기동전류(Is)는 다이오드(D1)을 통하여 자기바이어스 회로(150)의 노드(N2)에 제공된다. 기동전류(Is)에 의해 자기 바이어스 회로(150)에 기동되어 자기 바이어스되면, Vd2+Vd3 < Iref×R1+Vd1+Vbe(Q5)에서 Vd3 = Vbe라면 Vd2-Vd1 < Iref×R1을 만족하는 조건에서 역류방지용 다이오드(D1)는 역바이어스되게 된다.Therefore, if R1 is designed such that Vd1-Vd2> IsR1, the starting current Is flowing through Cs before the start of the self bias circuit 150 is transmitted to the node N2 of the magnetic bias circuit 150 through the diode D1. Is provided. When Vd2 + Vd3 < Iref x R1 + Vd1 + Vbe (Q5) and Vd3 = Vbe when Vd2 + Vd3 <Iref x R1 + Vd1 + Vbe (Q5) is satisfied, Vd2-Vd1 <Iref x R1 In reverse flow prevention diode (D1) is reverse biased.
도 6은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 제 4 실시예를 나타낸다. 제 4 실시예의 스타트업회로(200)는 상술한 제 2 실시예의 스타트업회로(200)에 비교하여 다이오드 어레이 대신에 스위칭수단(210)을 채용한 점이 다르다.6 shows a fourth embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention. The startup circuit 200 of the fourth embodiment differs from the startup circuit 200 of the second embodiment in that the switching means 210 is employed instead of the diode array.
스타트업회로(200)는 상기 직류전원(Vcc)과 제 1 노드(N1) 사이에 직렬로 연결된 캐패시터(Cs)와 저항(Rs)과, 상기 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 연결되고, 초기에는 오프상태를 유지하다가 상기 자기 바이어스회로(150)의 동작에 응답하여 온상태로 되는 스위칭수단(210)과, 상기 제 1 노드(N1)와 상기 자기 바이어스회로(150)의 스타트업 전류 공급노드(N2)의 사이에 연결되어, 초기에는 순방향으로 바이어스되어 스타트업 전류를 제공하고, 정상상태에 도달되면 역방향으로 바이어스되는 역류 방지용 다이오드(D1)를 포함한다.The startup circuit 200 is connected between the capacitor Cs and the resistor Rs connected in series between the DC power supply Vcc and the first node N1, and between the first node N1 and the ground, Initially, the switching means 210 is maintained in the off state and is turned on in response to the operation of the self bias circuit 150, and the start-up current is supplied to the first node N1 and the self bias circuit 150. It is connected between the nodes N2, and initially biased in the forward direction to provide a start-up current, and when the steady state comprises a reverse flow prevention diode (D1) is biased in the reverse direction.
상기 스위칭 수단(210)은 상기 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 콜렉터 및 에미터가 연결된 NPN 트랜지스터(Qsw1)와, 상기 직류전원(Vcc)과 상기 제 1 트랜지스터(Qsw1)의 베이스 사이에 에미터 및 콜렉터가 연결되고, 상기 자기 바이어스회로(150)의 동작에 의해 턴온되는 PNP 트랜지스터(Qsw2)를 포함한다. PNP 트랜지스터(Qsw2)는 자기 바이어스회로(150)의 트랜지스터(Q4)와 전류미러방식으로 베이스가 공통 연결된다.The switching means 210 may have an NPN transistor Qsw1 having a collector and an emitter connected between the first node N1 and ground, and an emission between the DC power supply Vcc and the base of the first transistor Qsw1. And a collector are connected to each other, and include a PNP transistor Qsw2 that is turned on by the operation of the self bias circuit 150. The PNP transistor Qsw2 is commonly connected to the transistor Q4 of the self bias circuit 150 in a current mirror manner.
그러므로, 자기 바이어스회로(150)가 기동되면, 트랜지스터(Qsw2)가 턴온되고, 이에 트랜지스터(Qsw1)도 턴온되어 포화상태로 된다. 따라서, 노드(N1)의 전위가 Vsat(Qsw1)로 되므로 역류방지용 다이오드(D1)이 역바이어스되게 된다.Therefore, when the self bias circuit 150 is activated, the transistor Qsw2 is turned on, and the transistor Qsw1 is also turned on to become saturated. Therefore, since the potential of the node N1 becomes Vsat (Qsw1), the reverse flow prevention diode D1 is reverse biased.
도 7은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 제 5 실시예를 나타낸다. 제 5 실시예의 스위칭 수단(210)은 상술한 제 4 실시예의 스위칭 수단(210)에 비교하여 상기 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 에미터 및 콜렉터가 연결된 PNP 트랜지스터(Qsw1)과, 상기 접지와 상기 제 1 트랜지스터(Qsw1)의 베이스 사이에 에미터 및 콜렉터가 연결되고, 상기 자기 바이어스회로(150)의 동작에 의해 턴온되는 NPN 트랜지스터(Qsw2)로 구성한 점이 다르다. 트랜지스터(Qsw2)의 베이스는 자기 바이어스회로(150)의 트랜지스터(Q5)의 베이스와 공통 연결된다.7 shows a fifth embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention. The switching means 210 of the fifth embodiment includes a PNP transistor Qsw1 having an emitter and a collector connected between the first node N1 and ground, and the ground, as compared with the switching means 210 of the fourth embodiment. An emitter and a collector are connected between the base of the first transistor Qsw1 and the NPN transistor Qsw2 turned on by the operation of the self bias circuit 150. The base of the transistor Qsw2 is commonly connected to the base of the transistor Q5 of the self bias circuit 150.
그러므로, 자기 바이어스회로(150)가 기동되면, 트랜지스터(Qsw1)가 턴온되고, 이에 트랜지스터(Qsw2)도 턴온되어 포화상태로 된다. 따라서, 노드(N1)의 전위가 Veb(Qsw1) + Vsat(Qsw2) < Vbe(Q5) + Vd1 으로 되므로 Veb(Qsw1)=Vbe(Q5)이라면 Vsat(Qsw2) < Vd1을 만족시키므로 역류방지용 다이오드(D1)이 역바이어스되게 된다.Therefore, when the self bias circuit 150 is activated, the transistor Qsw1 is turned on, and thus the transistor Qsw2 is turned on to become saturated. Therefore, since the potential of the node N1 becomes Veb (Qsw1) + Vsat (Qsw2) <Vbe (Q5) + Vd1, if Veb (Qsw1) = Vbe (Q5), Vsat (Qsw2) <Vd1 is satisfied, so the backflow prevention diode ( D1) is reverse biased.
도 8은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 제 6 실시예를 나타낸다. 제 6 실시예는 자기 바이어스회로(250)가 상술한 제 1 실시예의 자기 바이어스회로(150)로 비교하여 위들러 전류미러방식에서 바이어스 Vbe 레퍼런스 회로(180)를 채택한 점이 다르다. 바이어스 레퍼런스 회로 방식이 위들러 전류미러방식에 비해 전원전압에 대한 독립성이 향상된다. 바이어스 Vbe 레퍼런스 회로(180)를 채용한 자기 바이어스회로(300)는 PAUL R. GRAY가 저술하여 1984년 발행된 "ANALOG INTEGRATED CIRCUITS"의 277-281페이지에 걸쳐서 기재되어 있다. 본 발명의 용량성 스타트업회로(100)의 스타트업전류는 자기 바이어스회로(250)의 노드(N1)에 제공된다.8 shows a sixth embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention. The sixth embodiment differs in that the magnetic bias circuit 250 adopts the bias Vbe reference circuit 180 in the Widler current mirror method compared to the magnetic bias circuit 150 of the first embodiment described above. The bias reference circuit method improves supply voltage independence compared to the Widler current mirror method. The self bias circuit 300 employing the bias Vbe reference circuit 180 is described in pages 277-281 of "ANALOG INTEGRATED CIRCUITS" published in 1984 by PAUL R. GRAY. The startup current of the capacitive startup circuit 100 of the present invention is provided to the node N1 of the self bias circuit 250.
도 9은 본 발명에 의한 전원전압 독립형 정전류원의 제 7 실시예를 나타낸다. 제 7 실시예는 자기 바이어스회로(350)가 상술한 제 1 실시예의 자기 바이어스회로(150)로 비교하여 바이폴라 트랜지스터 대신에 모스 트랜지스터로 구성한 점과, 위들러 전류미러방식에서 바이어스 Vbe 레퍼런스 회로(190)를 채택한 점이 다르다. 바이어스 레퍼런스 회로 방식이 위들러 전류미러방식에 비해 전원전압에 대한 독립성이 향상된다. 바이어스 Vbe 레퍼런스 회로를 채택한 자기 바이어스회로(350)는 "ANALOG INTEGRATED CIRCUITS"의 733-734페이지에 걸쳐서 기재되어 있다. 본 발명의 용량성 스타트업회로(100)의 스타트업전류(Is)는 자기 바이어스회로(300)의 노드(N1)에 제공된다.9 shows a seventh embodiment of a power supply voltage independent constant current source according to the present invention. In the seventh embodiment, the magnetic bias circuit 350 is composed of a MOS transistor instead of the bipolar transistor compared to the magnetic bias circuit 150 of the first embodiment described above, and the bias Vbe reference circuit 190 in the Widler current mirror method. ) Is different. The bias reference circuit method improves supply voltage independence compared to the Widler current mirror method. A self bias circuit 350 employing a bias Vbe reference circuit is described in pages 733-734 of "ANALOG INTEGRATED CIRCUITS." The startup current Is of the capacitive startup circuit 100 of the present invention is provided to the node N1 of the self bias circuit 300.
이 밖에도 Vt 레퍼런스 회로, 밴드갭 레퍼런스 회로 등을 채택한 모스 트랜지스터 자기 바이어스회로들에도 상술한 바와 동일하게 스타트업회로를 결합하는 것이 가능하다.In addition, it is possible to combine the start-up circuit in the MOS transistor self-biasing circuit employing the Vt reference circuit, the bandgap reference circuit and the like as described above.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 전원전압과 자기 바이어스 회로의 스타트업 전류 공급노드의 사이에 캐패시터를 연결하고, 전원투입의 초기에는 초기 교류성 전류가 캐패시터를 통하여 자기 바이어스 회로의 스타트업 전류로 제공한다.As described above, in the present invention, a capacitor is connected between the power supply voltage and the start-up current supply node of the self-bias circuit, and at the beginning of power-on, the initial ac current is provided as the start-up current of the self-bias circuit through the capacitor. do.
그러므로, 첫째 저항 대신에 캐패시터를 사용함으로써, 스타트업회로가 차지하는 면적을 줄일 수 있으므로 경제적이다.Therefore, by using a capacitor instead of the first resistor, the area occupied by the startup circuit can be reduced, which is economical.
예컨대, 바이폴라 집적회로에서는 에피택셜 저항의 단위 면적당 저항값이 2-5㏀이므로, Rs를 500㏀으로 설계하고자 하면, R=Ru×L/W이므로 Ru=5㏀, W=10㎛, L=1,000㎛의 면적이 소요되게 된다. 1㎊의 캐패시터로 구성할 경우에는 MOS캐패시터의 단위용량은 0.2-0.3㎊/mil2정도가 되므로, C=Cu×L×W에 의해 Cu=0.3㎊/mil2, W=10㎛, L=218㎛의 면적이 소요되게 된다. 따라서, 저항에 비하여 캐패시터로 구성하게 되면 면적을 1/5로 줄일 수 있다.For example, in a bipolar integrated circuit, since the resistance value per unit area of the epitaxial resistance is 2-5 kW, if Rs is designed to be 500 kW, since R = Ru x L / W, Ru = 5 kW, W = 10 µm, and L = An area of 1,000 mu m is required. In the case of 1 ㎊ capacitor, the unit capacity of MOS capacitor is about 0.2-0.3 ㎊ / mil 2. Therefore, Cu = 0.3 ㎊ / mil 2 , W = 10㎛, L = by C = Cu × L × W. An area of 218 μm is required. Therefore, when the capacitor is configured as compared to the resistor, the area can be reduced to 1/5.
둘째, 전원전압이 정상상태로 도달하게 되면 캐패시터를 통하여 그 이상의 전류 흐름이 차단되므로, 정상상태에서 스타트업회로에 의한 어떠한 전류 소모가 발생되지 않는다. 그러므로, 본 발명의 회로에서는 정상상태에서 스타트업회로에 의한 불필요한 전력소모를 방지할 수 있으므로 전원전압 독립형 정전류원에서의 전력소모를 최소화시킬 수 있다.Second, when the power supply voltage reaches the steady state, further current flow is interrupted through the capacitor, so that no current consumption is caused by the startup circuit in the steady state. Therefore, in the circuit of the present invention, unnecessary power consumption by the startup circuit in the steady state can be prevented, thereby minimizing power consumption in the power supply voltage independent constant current source.
셋째, 저항성 스타트업회로에서는 전원전압이 증가하게 되면 스타트업전류(Is)가 증가하게 되므로 전원전류(Icc)도 이에 비례하여 증가하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 전원전압이 증가하더라도, 전원인가 초기에만 교류성 전류만이 스타트업전류로 제공되게 되므로, 전원전압(Vcc)이 증가하더라도 전원전류(Icc)가 안정된다.Third, in the resistive startup circuit, when the power supply voltage increases, the startup current Is increases, so that the power supply current Icc also increases in proportion to this. However, in the present invention, even if the power supply voltage increases, only the alternating current is provided as the start-up current only at the initial application time, so that the power supply current Icc is stable even if the power supply voltage Vcc is increased.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
Claims (9)
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| KR1019980017739A KR19990085364A (en) | 1998-05-16 | 1998-05-16 | Improved Supply Voltage Independent Constant Current Source |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100427591B1 (en) * | 2001-12-05 | 2004-04-28 | 주식회사 케이이씨 | a device for preventing of oscillating of a start-up circuit |
| KR20150125773A (en) | 2014-04-30 | 2015-11-10 | 삼성전기주식회사 | Start up circuit and power converter using the same |
-
1998
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| US9755502B2 (en) | 2014-04-30 | 2017-09-05 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Start-up circuit and power device using the same |
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