JPS63102445A - 線路電流検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、線路電流検出回路に関し、特に電話交換機の
２線線路を介して端末装置に対し電流を供給する回路に
おいて、その回路に流れる電流を検出するための線路電
流検出回路に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、電話交換機における線路電流検出回路は、第３図
に示すようにして電流を検出していた。

第３図において、ＥＰは正電源、ＥＮは負電源、ＲＤＡ
はＡ線側電流検出抵抗、ＲＤＢはＢ線側電流検出抵抗、
ＴＡはＡ線側端子、ＴＢはＢ線側端子、２ＷＡは２線線
路のＡ線側、２ＷＢは２線線路のＢ線側、ＩＡはＡ線側
端子に流入する電流、ＩＢはＢ線側端子に流出する電流
、Ｔｒはトランジスタ、ＲＥはエミッタ抵抗、ＲＣはコ
レクタ抵抗、ＶＤＥＴは検出電圧である。なお、特に言
及しない限り、素子の記号と素子の値は、同一の記号と
値で表わすものとする。

トランジスタＴｒのベースは、Ａ線側電流検出抵抗ＲＤ
　ＡのＡ線側端子ＴＡ側に接続され、エミッタはエミッ
タ抵抗ＲＥを介してＲＤＡの負電源側に接続され、コレ
クタはコレクタ抵抗ＲＣを介して、Ｂ！（ＩＩＩ電流検
出抵抗ＲＤＢのＢ線側端子ＴＢ側に接続される。２線線
路のＡ線側２ＷＡからＡ線側端子に流入する電流ＩＡは
、Ａ線側電流検出抵抗ＲＤＡを介して負電源Ｅ、に流れ
、ＲＤＡの両端にＶ　Ｄ　Ａの電圧降下を生じる。また
、Ｂ線側２Ｎ＠端子ＴＢから２線線路のＢ線側２ＷＢに
流呂する電流ＩＢは、正電源ＥＰからＢ線側電流検出抵
抗ＲＤＢを介して流れ、ＲＤＢの両端にＶＤＢの電圧降
下を生じる。トランジスタＴｒの電流増幅率が十分大き
いものと仮定すると、エミッタ抵抗ＲＥにはＶＤＡから
トランジスタＴｒのベース・エミッタ間電圧ＶＢＥを差
し引いた電圧が印加され、これをＲＥの抵抗値で除算し
た値の電流Ｉｃがコレクタ・エミッタ間に流れて、コレ
クタ抵抗ＲＣの両端にＶ　Ｃ＝　Ｉ　（−Ｒｃの電圧降
下を生じる。従って、コレクタ抵抗ＲＣのトランジスタ
側とＢ線側検出抵抗ＲＤＥの正電源側との間の電圧、つ
まり検出電圧Ｖ　Ｄ　Ｅ　Ｔは、次式で求められる。

ＶＤＥＴ＝ｖｃ＋ｖＤＢ＝ＲＣ・ＩＣ ＋ＲＤＢ　　・　ＩＢ ＝Ｒｃ（ＶＤＡ　ＶＢＥ）／ＲＥ＋ＲＤＢ−Ｉ　Ｂ＝Ｒ
ｃ（Ｒ＋：＋Ａ−Ｉ　Ａ−ＶＢＥ）／ＲＥ＋ＲＤＢ”Ｉ
Ｂ ここで、Ｖ　Ｂ　Ｅを無視すると、次のようになる。

ＶＤＥＴ＝ＲＣ′ＲＤＡ　０１　Ａ／ＲＥ＋ＲＤＢ＋Ｉ
Ｂ さらに、Ｒｃ＝ＲＥ、並びにＲＤＡ＝ＲＤＢ＝ＲＤとす
ることにより、次のようになる。

ＶＤＥＴ＝ＲＤ　（ＩＡ＋ＩＢ） このように、検出電圧Ｖ　Ｄ　Ｅ　Ｔは電流ＩＡとより
の和に比例した電圧となる。従って、線路電流を検出す
ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第３図の回路では、Ａ線側電流検出抵抗の電圧
降下を、トランジスタを用いてＢ線側に加算しているた
め、電流ＩＡが逆方向となった場合には動作できず、ま
た、電流が小さい場合には、トランジスタのＶＢＨの影
響により誤差が大きくなるという問題があった。

本発明の目的は、このような従来の問題を改善し、電流
方向の制約を受けず、かつ低電流領域でも高精度の検出
が可能な線路電流検出回路を提供することにある。

〔問題点を解決する°ための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の線路電流検出回路は
、２線線路の各々に直列に電流検出素子を接続して各電
流検出素子の間にカレントミラー回路を設け、該カレン
トミラー回路の入力側共通端子を一方の電流検出素子の
一端に、出力側共通端子を該電流検出素子の他端に、入
力端子を電流設定回路および第１の負荷抵抗を介して他
方の電流検出素子の一端に、出力端子を第２の負荷抵抗
を介して他方の電流検出素子の他端に、それぞれ接続す
ることに特徴がある。また、本発明の線路電流検出回路
は、該カレントミラー回路の入力端子を電流設定回路の
一端に接続して、該電流設定回路の他端と該カレントミ
ラー回路の出力端子を演算増幅器の入力端子に接続し、
該演算増幅器により該カレントミラー回路の出力電流と
該電流設定回路の他端の電流、および他方の電流検出素
子の両端の電圧とバイアス用電圧とを、それぞれ加算す
ることにも特徴がある。

〔作　　用〕 本発明桂おいては、カレントミラー回路を用いて、その
共通端子側を電流検出抵抗の一方に接続し、入出力側を
抵抗を介して他方の電流検出抵抗に接続し、入力端子側
にはさらに電流設定回路を挿入している。これにより、
電流の方向が逆の場合でも電流検出が可能であり、また
小電流領域でも高精度の検出が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す電流検出回路の
構成図であって、（ａ）は基本構成、（ｂ）は（、）と
対応を反転した場合の構成、（ｃ）はカレントミラーの
説明図である。

第１図において、ＣＭはカレントミラーであって、この
うちのＣＭ、は入力端子、ＣＭｏは出力端子、ＣＭｌｃ
は入力側共通端子、ＣＭＯｃは出力側共通端子、工ｓは
電流設定回路、ＲＬ、は第１の負荷抵抗、Ｒ２は第２の
負荷抵抗、また０１゜０２は検出端子である。

２線線路の各々には直列に電流検出素子ＲＤＡおよびＲ
ＤＢが接続され、一方の電流検出素子ＲＤＢの一端には
、カレントミラーＣＭの入力側共通端子ＣＭＩＱが接続
され、他端には出力側共通端子ＣＭｏｃが接続されてい
る。カレントミラーの入力端子ＣＭ！は、電流設定回路
Ｉｓおよび第１の負荷抵抗ＲＬ１を介して他方の電流検
出素子ＲＤＡの一端に接続され、カレントミラーの出力
端子ＣＭｏは第２の負荷抵抗ＲＬ２を介して他方の電流
検出素子ＲＤＡの他端子に接続され、第１および第２の
負荷抵抗のカレントミラーに接続されている側の端子間
電圧、つまり端子０１゜０２間電圧を検出電圧ＶＤＥＴ
として出力する。

第１図（ｂ）は、カレントミラーの出力端子ＣＭＯおよ
び電流検出回路工ｓと負荷抵抗ＲＬ、ＩＲＬ２との対応
を反転した場合を示している。

第１図（ｃ）は、第１図（ａ）　　（ｂ）におけるカレ
ントミラーＣＭの内部構成図である。ＲｏおよびＲｏは
抵抗である。

先ず、第１図（ｃ）において、カレントミラーＣＭの内
部はベースが共通接続されたトランジスタで構成されて
おり、入力端子側のトランジスタはベースとコレクタが
共通接続、つまりダイオード接続されており、両トラン
ジスタのエミッタ側には抵抗Ｒｉ、Ｒｏがそれぞれ挿入
されている。

カレントミラーの入力端子ＣＭ、から電流が流出すると
、その電流は抵抗Ｒ０を介したカレントミラーの入力側
共通端子の流入電流となる。従って、入力側トランジス
タのベースの入力側共通端子ＣＭ　ｒ　ｃに対する電圧
は、抵抗Ｒ□とカレントミラーの入力端子から流入する
電流の積と、ベース・エミッタ間電圧との和となる。出
力側トランジスタのエミッタ側の電位は、ベース電位か
らベース・エミッタ間電圧を減じた値、つまり入力側ト
ランジスタのエミッタ側電位と同じになる。

従って、出力側トランジスタのコレクタ側には、抵抗Ｒ
ｏの両端電圧を抵抗Ｒ，の抵抗値ＲＯで除算した値に相
当する電流が流れる。抵抗Ｒｏの両端電圧は、抵抗Ｒ工
の両端電圧から基準端子間電圧Ｖｄを引いた電圧となる
ので、カレントミラーの出力電流１．は、入力端子ＣＭ
Ｉの流出電流をＩ□で表わすと、次式となる。

Ｉ　□　＝（Ｉ　４　・Ｒ４−Ｖｄ）／Ｒ。

ここで、抵抗ＲユとＲｏＯ値を等しく選定すると、上式
は次のようになる。

Ｔｏ＝Ｔ　□−（Ｖｄ／Ｒｏ　） これにより、出力電流Ｔｏは、入力電流■□と基準端子
間電圧Ｖｄを抵抗Ｒｏで除算した値に相当する電流の差
となる。

基準端子間電圧Ｖｃｌは、第１図（、）および（ｂ）で
は、電流検出抵抗ＲＤＢの両端電圧であり、その電圧は
ＲＤＢの抵抗値ＲＤＢとそこに流れる電流ＩＢの積、っ
まりＲＤＢ・ＩＢとなる。従って、出力電流ｒｏは、次
のようになる。

負電源ＥＮの負極側の電圧を基準とすると、検出端子○
ｌの電圧ＶＯはＡ線側に流れる電流■Ａと抵抗ＲＤＡと
の積に相当する電圧と、負荷抵抗ＲＬ２と、そこに流れ
る電流、っまり工０＝■、（ＲＤＢ／ＲＯ）ＩＢとの積
に相当する電圧の和となる。これを式で表わすと、次の
ようになる。

ここで、ＲＬ２とＲｏを等しく選定すると、上式は次の
ように変形される。

Ｖ　０１　：’　Ｉ　Ａ　・ＲＤ　Ａ　＋　Ｉ　□・Ｒ
Ｌ　２さらに、ＲＬ２とＲＯを等しくし、またＲＤＡと
ＲＤ　Ｂを等しく　ＲＤに選定すると、上式は次のよう
に変形される。

ＶＯ１＝（ＩＡ　　ＩＢ）・Ｒｏ＋Ｉｉ　・ＲＬ２検出
端子０２の電圧ｖ０２は、電流設定回路の電流、つまり
カレントミラーの流出電流■、と抵抗ＲＬ、の抵抗値Ｒ
Ｌ、どの積、すなわちＶＯ２＝ＲＬ１　・■工となる。

従って、検出端子０１と０２との電位差は、次のように
なる。

ＶＤＥＴ：ＶＯ１ｖｏ　２ ＝（Ｉ　Ａ　　Ｉ　Ｂ）ＲＤ＋Ｉ□（ＲＬ２−ＲＬ工）
ここで、右辺第２項は電流設定回路Ｉｓにより設定され
る確定値となり、従って、本実施例においては、Ａ線、
Ｂ線に流れる電流の差電流の検出が達成される。ここで
右辺のＩよ（ＲＬ２　　ＲＬｔ）による電圧は、閾値設
定用の電圧として利用することも可能である。

さらに、ここで、ＲＬ、とＲＬ２を等しく選定すると、
上式は次のように変形されて、検出電圧ＶＤＥＴはＡ線
、ＢＬＡに流れる電流の差電流に比例した電圧情報のみ
となる。

ＶＤＥＴ＝　ＣＩＡ　　ＩＢ）　　・Ｒ。

従って、電流設定回路Ｉｓは精度を要することなく、抵
抗睡の簡易なものでも使用可能となる。

第１図（ｂ）では、Ａ線側電流検出抵抗ＲＤ　、Ａの両
端子のＡ線側端子側と負電源ＥＮとの接続を反転した場
合を示しており、ＲＤ　Ａに流れる電流の方向が第１図
（ａ）と逆になるので、この接続によれば、Ａ線、Ｂ線
に流れる電流の和電流が検出される。

なお、第１図（ｂ）では、Ａ線側電流検出抵抗側を反転
した例を示したが、Ｂ　！（ＩＩＩ電流検呂抵抗側を反
転しても、全く同じように和電流を検出できる。

さらに、ここまでの説明では、対応する各抵抗の値が等
しい場合を述べたが、これに限らず、総合の比が等しく
なればよいこと、また逆に閾値設定用の電圧を発生させ
る場合には、任意の抵抗比を１以外に設定すればよいこ
とは、これまで挙げた９式から容易に理解できる。

さらに、カレントミラーに流れる電流が電流検出抵抗に
流れることにより、若干の誤差を生じる場合があるが、
これは負荷抵抗ＲＬ　２および抵抗Ｒｏ、Ｒ□等を調整
することにより解決することができる。例えば、ＲＬ２
とＲＤ−４の和がＲＬ。

と等しくなるように選定すればよい。

また、第１図においては、基本的構成のカレントミラー
を例に示したが、これに限らず、電界効果トランジスタ
を使用した形式や、電圧バッファを併用した形式を含め
て、種々の形式のものが適用できる。従って、カレント
ミラーの構成により本発明が制限されることはない。

第２図は、本発明の第２の実施例を示す線路電流検出回
路の構成図である。第２図において、○ＰＡは演算増幅
器、ＦＢはバイアス用電源、Ｒｆｌ、Ｒｆ２は帰還抵抗
であり、その他の記号は第１図と同じものを表わす。

本実施例では、差動モードの線路電流検出結果をシング
ルエンド出力に変換するとともに、出力にオフセットを
付加して、入出力の電圧範囲を何れも演算増幅器の動作
範囲内としたことに特徴がある。なお、演算増幅器の回
路動作は、周知であるため、ここでは結果のみについて
説明する。

Ａ線側電流検出抵抗ＲＤ　Ａに発生した電圧降下は、（
Ｒｆ２／　（ＲＬ２＋Ｒｆ２））・［（Ｒｆｔ＋ＲＬ１
　）／ＲＬＩ　）倍されて出力される。また、電流設定
回路■ｓから流入する電流は、［ＲＬ２・Ｒｆ　２　／
　（ＲＬ　２　＋　Ｒｆ　２　））・（（Ｒｆ、＋ＲＬ
　１）　／　ＲＬ　１］の係薮倍された電圧に変換され
て出力される。また、カレントミラーの出力端子ＣＭ　
（１から供給される電流は、−Ｒｆｌの係数倍された電
圧に変換されて出力され、さらにバイアス用電源ＥＢに
よる電圧 ＥＢ・（ＲＬ２　／（ＲＬ２　＋Ｒｆ　２　）］・（（
Ｒｆ□＋ＲＬｌ）／ＲＬＩ）が加算されて出力される。

従って、カレントミラーを含む総合的係数が等しくなる
ように各定数を選定すれば、シングルエンド形式の出力
が得られ、さらにバイアス用電源ＥＢによる電圧が加算
される。

このように、演算増幅器ＯＰＡの入力側は、電流設定回
路■ｓにより供給される電流によって、負電源ＥＮの負
極性側より高くなっており、また演算増幅器ＯＰＡの出
力側もバイアス用電源ＥＢにより負電源Ｅ、の負極性側
より高くなっている。

一般に演算増幅器は、入力および出力ともに負電源の電
圧まで使用できるものが少なく、ＣＭＯ８形の一部等、
極く限られたものに限定されるが、本実施例では、演算
増幅器の入出力電圧を最も適した値に設定することがで
き、演算増幅器に対する制約条件等を除去することがで
きる。

また、実施例中では、検出電圧に対して所定の偏移を付
加できることを示したが、この偏移量を線路電流検出回
路に後置する比較回路の圧力、つまり比較結果により切
替えれば、履歴特性を実現することも可能である。

また、Ａ線、Ｂ線の関係を逆にしてもよいことは、勿論
である。

このように、本発明の各実施例においては、負荷抵抗Ｒ
Ｌ、、ＲＬ２には、常時電流が流れるため、その両端に
は常時電圧が発生しており、従って、検出回路の動作に
必要な電圧、例えば負電源ＥＮの負極性に対して所定の
電圧を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、カレントミラー
には、Ａ線側およびＢ線側に流れる電流が零であっても
、電流設定回路Ｉｓから供給される電流に応動してカレ
ントミラーの入出力には電流が流れるので、カレントミ
ラーは活性状態となり、またカレントミラーの出力側に
流れる電流が減少する方向にＢＮｉＡ側に流れる電流が
流れても、カレントミラーの出力側に流れる電流が零と
なるまでは回路が機能するので、線路側に流れる電流の
方向に係わらず電流を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す線路電流検出回路
の構成図、第２図は本発明の第２の実施例を示す線路電
流検出回路の構成図、第３図は従来の線路電流検出回路
の構成図である。 ＥＰ：正電源、ＥＮ：負電源、ＲｐＡ：Ａ線側電流検出
抵抗、ＲＤ、：Ｂ線側電流検出抵抗、ＴＡ：Ａ線側端子
、ＴＢ：Ｂ線側端子、２ＷＡ：２線線路のＡ線側、２Ｗ
Ｂ　：　２線線路のＢ線側、ＴＡ：Ａｎ側端子に流九る
電流、ＩＢ：Ｔ３線側端子から流れる電流、Ｔ　ｒ　：
　トランジスタ、ＲＥ：エミッタ抵抗、Ｒｃ：コレクタ
抵抗、ｖＤＥＴ：検出電圧、ＣＭ：カレントミラー、Ｃ
Ｍｌ：カレントミラーの入力端子、ＣＭＯ：カレントミ
ラーの出力端子、ＣＭＩｃ：カレントミラーの入力側共
通端子、ＣＭＯｃ：カレントミラーの出力側共通端子、
■ｓ：電流設定回路、ＲＬｌ：第１の負荷抵抗、ＲＬ２
：第２の負荷抵抗、０１，０２：検出端子、ＲよｙＲｏ
”抵抗、ｖｄ：基準端子間電圧、ＯＰＡ：演算増幅器、
ＥＢ：バイアス用電源、Ｒｆ□、Ｒｆ２　：帰還抵抗。 特許出にｊ１人日本電信電話株式会社 代理人弁理士　磯　村　雅　俊゛ 第　　　１　　　図 （ａ） （ｂ）　　　　’　（Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２線線路の各々に直列に電流検出素子を接続して
   、各電流検出素子の間にカレントミラー回路を設け、該
   カレントミラー回路の入力側共通端子を一方の電流検出
   素子の一端に、出力側共通端子を該電流検出素子の他端
   に、入力端子を電流設定回路および第１の負荷抵抗を介
   して他方の電流検出素子の一端に、出力端子を第２の負
   荷抵抗を介して他方の電流検出素子の他端に、それぞれ
   接続することを特徴とする線路電流検出回路。
2. （２）２線線路の各々に直列に電流検出素子を接続して
   、各電流検出素子の間にカレントミラー回路を設け、該
   カレントミラー回路の入力側共通端子を一方の電流検出
   素子の一端に、出力側共通端子を該電流検出素子の他端
   に、それぞれ接続し、かつ該カレントミラー回路の入力
   端子を電流設定回路の一端に接続して、該電流設定回路
   の他端と該カレントミラー回路の出力端子を演算増幅器
   の入力端子に接続し、該演算増幅器により該カレントミ
   ラー回路の出力電流と該電流設定回路の他端の電流、お
   よび他方の電流検出素子の両端の電圧とバイアス用電圧
   とを、それぞれ加算することを特徴とする線路電流検出
   回路。