專利名稱：精確的電流限制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電流限制電路，具體涉及高精確的電流限制電路。
電流限制電路通常在電子裝置設計中采用，用于對流經一個電路的電流設置一個預定的界限。大多數而不是所有的新式汽車使用氣袋來限制在不幸的碰撞事故中的乘客就是一個例子。該氣袋是由引爆裝置(通常稱為點火器(Squib))來打氣，該引爆裝置在檢測到碰撞時點火。許多車輛有兩個、四個或更多個氣袋來保護所有乘客。每個氣袋通常有一個點火器，當由電流觸發時，點火器點火并給該氣袋打氣。電流源主要地來自汽車的電池。
在碰撞期間在電池不能工作的情況下，大電容器作為備用，維持在充電狀態下例如20伏，以提供電流來使點火器點火。因為點火器的電阻可能改變，有可能使一個低電阻的點火器消耗可用電容器電荷的不成比例的電量，剩下的電荷不足以點燃其它更高電阻的點火器。為了保證所有的點火器以可得到的電容器電荷來點火，電流限制電路向每個點火器供給一個預定電流，也就是說，無一點火器得到不成比例數量的可用電容器電荷。
現有技術的電流限制電路典型地含有無源元件(例如金屬電阻器)，它們容易在整個溫度范圍內變化。然而，希望電流限制電路能在整個隨溫度范圍內保持高精度允差。
據此，現在需要一種高精度電流限制電路，該電路能在整個溫度范圍內工作。


圖1示出一個實施例的電流限制電路的原理圖；圖2示出另一個實施例電流限制電路的原理圖。
參見圖1，該圖示出使用常規集成電路工藝過程適于制造集成電路(IC)的電流限制電路10。電流限制電路10可是點火器控制IC的一部分。電流源晶體管12和14在它們的基極接收11.3伏的基準電位VREF。晶體管12和14的發射極耦合到電源的導線16，該導線16工作于正的電源電位VCC(例如12伏)。晶體管12的集電極在節點20耦合到晶體管18的集電極。晶體管22和24的柵極也耦合到節點20。晶體管14的集電極耦合到晶體管26的集電極和基極以及晶體管18的基極，以形成一個電流鏡配置。晶體管18和26可以是MOS器件。晶體管26的發射極和晶體管22的源極耦合到電流源28，它以工作于地電位電源導線30為基準。
電流源28由ENABLE(啟動)控制信號啟動并提供具有零溫度系數的1.0毫安的基準電流I28。本技術領域對于具有零溫度系數的電流源是公知的，例如美國專利4,673,867所描述的，引用在這里作為參考。晶體管22和24的公共漏極耦合到端子34，而晶體管18的發射極和晶體管24的源極耦合到端子36?？商娲?，晶體管22的漏極可以耦合到電源導線16。點火器38耦合在端子36和電源導線30之間。電容器電荷源40耦合到端子34。
電流限制電路10按如下方式工作當電流源28不工作時，無電流流過晶體管26。鑒此，來自電流源晶體管14的電流流入晶體管18的基極，借此，使它完全導通并把節點20拉到節點36的飽和電壓內。據此，晶體管22和24的柵—源極電壓(VGS)小于它們的導通閾值。當電流限制電路10不工作時，無電流通過功率晶體管24。
為了使點火器38點火，由ENABLE控制信號啟動電流源28，來接收來自晶體管22和26的具有零溫度系數的基準電流。電流源28確定流過晶體管22的電流。從晶體管26的發射極經過晶體管18的基極—集電極結和晶體管22的柵極—源極結形成反饋環路，以調整晶體管26的發射極上的電壓為基本上等于晶體管18的發射極上的電壓。晶體管24的固有柵極電容對環路提補償。因晶體管22和24共享節點20上的公共柵極電壓，故晶體管22的VGS基本上等于晶體管24的VCS。電流源晶體管12和14分別通過晶體管18和26傳導基本上等于約10微安的電流。晶體管24尺寸為1000倍的晶體管22的尺寸，因而傳導1000倍的晶體管22的電流。電流源28工作，以限制通過晶體管22的電流，據此電流限制晶體管24約在990毫安。由ENABLE控制信號啟動電流源28時，通過晶體管24的電流使點火器38點火并給氣袋(未示出)打氣。借助于零溫度系數的電流源28，晶體管24的電流限制允差可保持到約±8％。
參見圖2，該圖示出另一個實施例的電流限制電路42，該電路包括電流源晶體管44，在其基極接收11.3伏的基準電位VREF。晶體管44的發射機耦合到電源導線16，而且其集電極在節點48處耦合到二極管結構的晶體管46的集電極和基極。晶體管50的柵極也耦合到節點48。晶體管46的發射極在節點56處耦合到晶體管52的集電極和耦合到晶體管54的柵極。晶體管54的柵極還經晶體管46的基極—發射極結耦合到節點48。晶體管46和52可是NOS器件。用ENABLE控制信號啟動電流源58并從晶體管52的基極和晶體管50的源極接收具有零溫度系數的1.0毫安的基準電流I58。電流源58以電源導線30為基準。晶體管52的發射極和晶體管54的源極耦合到電源導線30。晶體管50和54的公共漏極耦合到端子60?？商娲牧硪环桨甘?，晶體管50的漏極耦合到電源導線16。點火器38耦合在端子60和電容器電荷源40之間。
電流限制電路42按如下方式工作為了使點火器38點火，由ENABLE控制信號啟動電流源58，從晶體管50接收具有零溫度系數的基準電流。從晶體管52的在基極—集電極結經過晶體管46的基極—發射極結和晶體管50的柵—源結形成一個反饋環路。晶體管54的固有柵極電容提供環路補償。從晶體管52的發射極開始的電壓環路均衡是提高一個晶體管52基極—發射機結電位(Vbe)和提高一個晶體管50VGS，然后降低晶體管46的Vbe和晶體管54VGS。因此，在晶體管50的柵極上的電壓大于晶體管54的柵極電壓一個Vbe。同樣，晶體管50的源極電壓大于晶體管54的源極電壓一個Vbe。為此，晶體管50的VGS基本上等于晶體管54的VGS。電流源晶體管44通過晶體管46和52傳導約10.0微安的電流。電流源58確定流經晶體管50的電流。晶體管54的尺寸為1000倍晶體管50的尺寸，因而晶體管54傳導1000倍的晶體管50的電流。電流源58控制電流限制晶體管50，據此電流限制晶體管54約在1000毫安。當由ENABLE控制信號啟動電流源58時，通過晶體管54的電流使火點器38點火并充氣氣袋。利用具有零溫度系數的電流源58，晶體管54的電流限制允差可保持在±8％。
在一個替代的實施例中，電流限制電路10可以放置為高側驅動點火器，例如圖1所示；而電路限制電路42放置為低側驅動點火器，例如圖2所示。
至此，可以理解，本發明用有源元件限制電流。反饋環路對第一和第二晶體管基本上保持相等的VGS。基準電流通過第一晶體管設置電流，為此，它限制第二晶體管中的電流。第二晶體管是一個功率器件，例如它把電流提供到汽車的氣袋應用中的點火器引爆裝置。為了得到精確的允差，基準電流具有零溫度系數。
雖然現已示出和描述了本發明的具體實施例，但是本領域的技術人士將會想到進一步修改和改進。應當懂得，本發明不限于所示的特定形式，所附的權利要求書預定覆蓋所有的修改，而不脫離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種電流限制電路，其特征在于一個第一電流源(28)；一個第一晶體管(22)，具有一個柵極，耦合到第一節點；和一個漏極和源極導通支路，耦合到所述第一電流源輸出；一個第二晶體管(24)，具有一個柵極，耦合到所述第一節點；一個漏極，耦合到第一端子；和一個源極，耦合到第二端子；一個反饋電路(18，26)，耦合在所述第一和第二晶體管的所述源極與所述第一節點之間，對于所述第一和第二晶體管基本上保持相等的柵—源極電壓。
2.根據權利要求1的電流限制電路，其特征在于，所述反饋電路包括一個第二電流源(12，14)；一個第三晶體管(18)，具有一個集電極，在所述第一節點耦合到所述第二電流源的第一輸出端，和一個發射極，耦合到所述第二端子；和一個第四晶體管(26)，具有集電極和基極，一起耦合到所述第二電流源的第二輸出端和耦合到所述第三晶體管的基極；和一個發射極，耦合到所述第一電流源的所述輸出端。
3.根據權利要求2的電流限制電路，其特征在于，所述第一電流源提供具有基本上為零溫度系數的基準電流。
4.根據權利要求3的電流限制電路，其特征在于，所述第一晶體管的所述漏極連接到所述的第一端子。
5.根據權利要求4的電流限制電路，其特征在于，所述第二晶體管的所述源極的尺寸為多倍的所述第一晶體管的所述源極。
6.根據權利要求1的電流限制電路，其特征在于，所述反饋電路包括一個第二電流源(44)；一個第三晶體管(48)，具有集電極和基極，一起在所述第一節點(48)處耦合到所述第二電流源的輸出端；和一個第四晶體管(52)，具有一個集電極，在第二節點(56)處耦合到所述第三晶體管的發射極，一個發射極，耦合到所述第二端子，和一個基極，耦合到所述第一電流源的所述輸出端。
7.一種在點火器控制集成電路中的電流控制電路，其特征在于第一和第二電流源(12，14)；一個第一晶體管(18)，具有一個集電極，在第一節點(20)處耦合到所述第一電流源的第一輸出端，和一個發射極，耦合到第一端子；一個第二晶體管(26)，具有一個集電極和基極，一起耦合到所述第一電流源的第二輸出端并耦合到所述第一晶體管的基極，和一個發射極，耦合接到所述第二電流源的輸出端；一個第三晶體管(22)，具有一個柵極，耦合到所述第一節點，和一個漏極和源極傳導支路，耦合到所述第二電流源的所述輸出端；和一個第四晶體管(24)，具有一個漏極，耦合到第二端子，一個柵極，耦合到所述第一節點，和一個源極，耦合到所述第一端子。
8.根據權利要求7的電流限制電路，其特征在于，所述第二電流源提供基本上具有零溫度系數的基準電流。
9.一種電流限制電路，其特征在于第一和第二電流源(44，58)；一個第一晶體管(46)，具有一個集電極和基極，在第一節點(48)處一起耦合到所述第一電流源的輸出端；一個第二晶體管(52)，具有一個集電極，在第二節點處耦合到所述第一晶體管的發射極，一個發射極，耦合到第一端子，和一個基極，耦合到所述第二電極源的輸出端；一個第三晶體管(50)，具有一個柵極，耦合到所述第一節點，和一個漏極和源極傳導支路，耦合到所述第二電流源的所述輸出端；和一個第四晶體管(54)，具有一個漏極，耦合到第二端子，一個柵極，耦合到所述第二節點，和一個源極，耦合到所述第一端子。
全文摘要
電流限制電路(10)使用具有零溫度系數的基準電流(28)。反饋環路(18，26，22)對第一(22)和第二(24)晶體管基本上保持相等的V
文檔編號G05F1/56GK1165420SQ9610362
公開日1997年11月19日 申請日期1996年3月18日 優先權日1995年3月20日
發明者戴維·M·蘇塞克 申請人:摩托羅克公司