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JP4623936B2 - Constant current supply circuit for multiple remote loads - Google Patents
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JP4623936B2 - Constant current supply circuit for multiple remote loads - Google Patents

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JP4623936B2 JP2003003316A JP2003003316A JP4623936B2 JP 4623936 B2 JP4623936 B2 JP 4623936B2 JP 2003003316 A JP2003003316 A JP 2003003316A JP 2003003316 A JP2003003316 A JP 2003003316A JP 4623936 B2 JP4623936 B2 JP 4623936B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離れた場所にある1ないし複数の負荷に、手元回路内の直流電源より所定の直流定電流を供給する定電流供給回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の運転制御、機械設備や建築構造物などの動作解析、動作状況把握などのために、離れた場所にある複数の負荷、例えばサーミスタ、歪みゲージなどの検出素子に同じ直流定電流の供給を必要とする場合がある。図4は、このような場合に使用される定電流供給回路の一例である。
【0003】
この従来の定電流供給回路1は、手元回路2と負荷の近くに置かれる遠隔回路により構成される。遠隔回路には、手元回路2内の直流電源より、長い電源線4と接地線5を介して電源電圧Vddが供給される。負荷RL1〜3にはそれぞれ、エミッタが電源線4に接続されたPNPトランジスタTr1、Tr2、Tr3のコレクタ電流Ic1、Ic2、Ic3が供給される。図4の遠隔回路は、負荷の個数が3個の場合を例示したものである。
【0004】
手元回路2は直流電源とPNPトランジスタT1と定電流源6とから構成されている。直流電源は、電源線4と接地線5との間に直流電圧Vddを供給する。接地線5は、接地ノードVssに接続されている。PNPトランジスタT1のエミッタは電源線4に接続され、そのコレクタと接地ノードVssとの間には、接地ノードVssに向かって、基準電流としての定電流Iaを流す定電流源が接続されている。トランジスタT1のベースは、ベース信号線8により遠隔回路3内の前記各トランジスタTr1〜3の各ベースに共通に接続されるとともに、トランジスタT1のコレクタにも接続されている。
【0005】
このような接続により、トランジスタT1とTr1、T1とTr2、T1とTr3とはカレントミラー回路を構成している。従って、各トランジスタの特性が同じで電流増幅率が十分に高く、また電源線4、接地線5の配線抵抗が十分に低い場合には、負荷RL1〜3に流れる電流Ic1〜3は、いずれも定電流源6の供給する電流Iaに等しくなる。即ち、定電流源6の供給する基準電流である電流Iaと同じ電流が、各負荷RL1〜3に供給されることになる。
【0006】
しかし、ここで問題となるのは電源線4の配線抵抗である。手元回路2と遠隔回路3との距離が長い場合には、電源線4の配線抵抗を無視できなくなり、配線抵抗による電圧降下により遠隔回路3の各トランジスタTr1〜3のエミッタに印加される電圧がVddよりも低くなる。即ち、遠隔回路3の各トランジスタTr1〜3のエミッタ−ベース間の電圧は、手元回路2のトランジスタT1のエミッタ−ベース間電圧よりも、電源線4による電圧降下分だけ低くなる。この結果、トランジスタTr1〜3のベース電流は、トランジスタT1のベース電流よりも少なくなり、負荷電流Ic1〜3の値は、基準電流Iaよりも少なくなる。従って、基準電流Iaと同じ電流を、負荷IL1〜3に流すことができなくなる。
【0007】
また、負荷RLの個数が増えた場合には、定電流源6に流れ込むベース電流Ibが増加するため、トランジスタT1のコレクタ電流Icは逆に減少する。これにより、トランジスタT1とカレントミラーをなすトランジスタTr1〜3のコレクタ電流Ic1〜3の値も減少する。従って、このことによっても基準電流Iaと負荷電流Ic1〜3との相違が大きくなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来回路のこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、手元回路から遠隔回路に電源を供給する電源線、および戻りの接地線の配線抵抗が高くても、また負荷の数が多くても、目的とする基準電流に等しい定電流を各負荷に供給することができる定電流供給回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、遠隔にある1ないし複数の負荷に所定の定電流を供給する定電流供給回路であって、電源線、接地線、ベース信号線および負荷電流帰還線とにより相互に接続された手元回路と遠隔回路とにより構成される。遠隔回路は、一端が電源線に接続された抵抗とPNPトランジスタとを直列接続した負荷駆動回路を1ないし複数備える。該回路内のトランジスタのコレクタ電流は出力電流として一端が接地線に接続された負荷に供給される。更に、該負荷駆動回路と同じ構成の帰還電流生成回路を備え、その出力電流を帰還電流として前記負荷電流帰還線を介して手元回路に帰還させる。前記手元回路は、直流電源と、基準電圧生成回路と、誤差増幅回路と、基準抵抗とを備えて構成される。直流電源は前記電源線と接地線を介して前記遠隔回路に直流電圧を供給する。基準抵抗は一端が接地線に接続され他端に前記帰還電流を受けて、その両端に帰還電流に比例する帰還電圧を生成する。誤差増幅回路は、基準電圧生成回路が生成した基準電圧と前記帰還電圧との差電圧を増幅してその出力により、前記1ないし複数の負荷駆動回路と前記帰還電流生成回路内の前記PNPトランジスタのベースを共通に接続した前記ベース信号線より吸引するベース電流の総量を制御する。この制御により前記負荷駆動回路に接続された各負荷に、前記基準電圧を前記基準抵抗の値で割った定電流が供給されるように構成されたことを特徴とする定電流供給回路である。
【0010】
このような構成によれば、電源線の配線抵抗の影響を受けないで、遠隔にある1ないし複数の負荷に、所定の定電流を供給することができる。
【0011】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の定電流供給回路に用いる基準電圧生成回路を次のように構成したことを特徴とするものである。即ち、基準電圧生成回路は、エミッタが接地線に接続された第1のNPNトランジスタと、該トランジスタのベースとエミッタ間に接続された第1の抵抗と、ベースとエミッタがそれぞれ前記第1のトランジスタのコレクタとベースに接続された第2のNPNトランジスタと、エミッタを電源線に、コレクタを第1のトランジスタのコレクタに接続された第3のPNPトランジスタと、エミッタを電源線に、コレクタを自身のベースと前記第3のPNPトランジスタのベースと前記第2のNPNトランジスタのコレクタとに接続された第4のPNPトランジスタと、電源線と前記第1のNPNトランジスタのコレクタに接続された第2の抵抗とによって構成され、前記第1のトランジスタのベースと接地線間の電圧を前記基準電圧とする回路である。
【0012】
この回路は自己バイアス方式の定電流回路であって、第1の抵抗に電源電圧の影響を殆ど受けない一定の電流が流れるので、第1の抵抗の両端の電圧を基準電圧として使用することができる。このような構成の基準電圧生成回路を請求項1に記載の定電流供給回路に用いることで、請求項1に記載の発明の効果と同様の効果を得ることができる。
【0013】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の定電流供給回路に用いる基準電圧生成回路を、バンドギャップ基準電圧生成回路で構成したこと特徴とするものである。
【0014】
バンドギャップ基準電圧生成回路は、基準電圧の温度係数が殆どゼロに近い基準電圧を生成することができる。従って、このような回路を基準電圧生成回路として使用すれば、請求項1に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【0015】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の定電流供給回路に用いる基準電圧生成回路を、次のような具体的構成を有するバンドギャップ基準電圧生成回路で構成するとともに、その生成する基準電圧の温度係数が殆どゼロになるように、その回路定数を定めたことを特徴とする定電流供給回路である。即ち、基準電圧生成回路は、演算増幅器と、該演算増幅器の出力端子と非反転入力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続された第4の抵抗と、アノードが前記非反転入力端子に接続されカソードが接地されたダイオードと、該ダイオードと同一仕様のダイオードであってカソードが接地されアノードが共通に接続された1ないし複数のダイオードと、該1ないし複数のダイオードのアノードと前記反転入力端子との間に接続された第5の抵抗とにより構成され、前記演算増幅器の出力を基準電圧として使用するものである。その上で、出力する基準電圧の温度係数(V/℃)がゼロとなるように前記第3、第4、第5の抵抗の値及び前記1ないし複数のダイオードの個数が調整されたものである。
【0016】
このような構成の基準電圧生成回路を請求項1に記載の定電流回路に採用すれば、遠隔にある複数の負荷に、温度の影響を殆ど受けず、且つ途中の電源線の配線抵抗の影響も受けないで、所定の同一負荷電流を供給することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。本実施形態の定電流供給回路10も、図4と同じく手元回路11と遠隔回路12とにより構成される。遠隔回路12は、負荷の近くに置かれる回路である。手元回路11と遠隔回路12とは、電源電圧Vddを供給する電源線13と接地線14、遠隔回路12内の後述するPNPトランジスタTr4〜7のベースに共通に接続されそれらトランジスタTr4〜7のベース電流の和Ibtを手元回路に導くベース信号線15、後述する帰還電流生成回路16の出力電流Ic7を手元回路11に帰還させる負荷電流帰還線17により相互に接続されている。
【0018】
遠隔回路12は、帰還電流生成回路16と3式の負荷駆動回路18a、18b、18cとから構成されている。負荷駆動回路を3式としてあるのは例示であり、その数は必要に応じて増減される。負荷は、RL4、RL5、RL6の3個の場合を例示してたものである。
【0019】
負荷駆動回路18aは、抵抗Rr4とPNPトランジスタTr4とにより構成される。抵抗Rr4の一端は、電源線13に接続され他端はトランジスタTr4のエミッタに接続される。トランジスタTr4のコレクタは負荷RL4の一端に接続され、負荷RL4の他端は接地線14に接続される。トランジスタTr4のコレクタ電流Ic4が負荷電流として負荷RL4に供給される。他の負荷駆動回路18b、18cの回路も、負荷駆動回路18aと同じである。
【0020】
帰還電流生成回路16は、回路構成、回路定数とも前記負荷駆動回路18aと同じである。但し、出力のトランジスタTr7のコレクタ電流Ic7は、負荷ではなく、前記負荷電流帰還線17を通って手元回路11側に流れるように構成されている。
【0021】
負荷駆動回路18a、18b、18c内の各出力トランジスタTr4〜6、および帰還電流生成回路16内の出力トランジスタTr7のベースは共通に接続され、それらベースから流出したベース電流Ibtは、ベース信号線15を通って手元回路11側に流される。
【0022】
手元回路11は、直流電源19と基準電圧生成回路20と誤差増幅回路21と基準抵抗Rrefとから構成される。直流電源19は、電源線13に直流電圧Vddを供給する。マイナス側は接地ノードVssに接続されている。接地ノードVssには接地線14も接続されている。
【0023】
基準抵抗Rrefは、一端が接地ノードVssに接続され、他端は負荷電流帰還線17に接続されており、遠隔回路12内の帰還電流生成回路16の出力電流Ic7が流れ込み、その両端に帰還電圧Vfを生成させる。
【0024】
誤差増幅回路21は、演算増幅器OP1と、その出力端にベースが接続されたNPNトランジスタT2とにより構成される。トランジスタT2のコレクタは、ベース信号線15に接続され、エミッタは接地ノードVssに接続される。演算増幅器OP1の非反転入力端子には、基準電圧生成回路20で生成された基準電圧Vrefが、反転入力端子には帰還電圧Vfが入力される。基準電圧Vrefと帰還電圧Vfとの差電圧が演算増幅器OP1で増幅され、差電圧に比例した電圧が出力されて、トランジスタT2にベース電流を流す。ベース電流はトランジスタT2により電流増幅され、そのコレクタは、ベース信号線15に流れ込んだベース電流Ibtを吸引して接地ノードVssに流す。
【0025】
演算増幅器OP1の電圧増幅率は十分に高い値にしてあるので、帰還電圧Vfが基準電圧Vrefに等しくなるように、ベース信号線15から吸引するベース電流Ibtの量が制御される。この帰還制御により帰還電流生成回路16の出力電流Ic7の値は、基準電圧Vrefを基準抵抗Rrefで割った値に等しくなる。
【0026】
負荷駆動回路18a、18b、18cの回路構成と回路定数は、帰還電流生成回路16と同じである。それら回路の出力トランジスタであるトランジスタTr4〜7の出力インピーダンスは十分に高く、且つそれらのベースは共通に接続されているので、各トランジスタTr4〜7には同じベース電流が流れる。そのため、負荷RL4〜6に供給されるコレクタ電流Ic4〜7の値は、いずれも帰還電流生成回路16の出力電流Ic7に等しくなる。即ち、負荷RL4〜7には、基準電流(基準電圧Vrefを基準抵抗Rrefで割った値)に等しい定電流Ic7が供給される。
【0027】
定電流Ic7の値は、基準電圧Vrefと基準抵抗Rrefの値のみによって決まり、電源線13や接地線14の配線抵抗の影響を受けない。従って、負荷RL4〜7に流れる電流Ic4〜7もそれらの影響を受けない。更に、定電流Ic7は、電源電圧Vddの変動の影響も受けないので、負荷電流Ic4〜7もその影響を受けることがない。
【0028】
ここで、トランジスタTr4〜7のエミッタに接続された抵抗Rr4〜7は、トランジスタTr4〜7のベース−エミッタ間電圧のばらつき、および電流増幅率のばらつきに起因するコレクタ電流Ic4〜7のばらつきを抑える電流帰還の働きをしている。従って、コレクタ電流Ic4〜7のばらつきをそれ程問題としない場合には、これらの抵抗は取り除いてその部分を短絡してもよい。
【0029】
また、トランジスタT2は、演算増幅器OP1の出力電流を増幅するためのものであるので、演算増幅器OP1の出力電流容量が十分に高い場合には、トランジスタT2は取り除き、演算増幅器OP1の出力端をベース信号線15に直接、接続してもよい。但し、その場合には、基準電圧Vrefは演算増幅器OP1の反転入力端子に、帰還電圧Vfは非反転入力端子に入力する。
【0030】
次に基準電圧生成回路20について説明する。基準電圧生成回路20は、自己バイアス型の定電流回路であって、第1、第2のNPNトランジスタT3、T4、第、第のPNPトランジスタT5、T6、第1、第2の抵抗R1、R2により構成されている。
【0031】
第1のトランジスタT3はエミッタが接地ノードVssに接続され、ベースとエミッタ間には第1の抵抗R1が接続される。第2のトランジスタT4は、ベースとエミッタがそれぞれ第1のトランジスタT3のコレクタとベースに接続される。第1のトランジスタT3のコレクタと第2のトランジスタT4のベースとの相互接続ノードN1に流れ込む電流をI1、第2のトランジスタT4のコレクタに流れ込む電流をI2、第1のトランジスタT3のベース−エミッタ間電圧をVbeとし、各トランジスタのベース電流は非常に小さいとすると、電流I2とI1との間には次の関係がある。
I2=Vbe/R1=((k・T/q)・Ln(I1/Is1))/R1 (1)式 ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは電子の電荷、Is1は第1のトランジスタT3の逆方向飽和電流であり、Lnは自然対数を表す。
【0032】
一方、第1、第2のトランジスタT3、T4の負荷として接続された第3、第4のトランジスタT5、T6は、周知のカレントミラー回路を構成している。従って、電源線13と第1のトランジスタT3のコレクタ間に接続された第2の抵抗R2を流れる電流を無視して考えると次の関係がある。
I2=I1 (2)式
【0033】
この(1)(2)式を連立方程式と考えて解くと、基準電圧生成回路20の動作点における電流I2の値が求まる。実際にこの連立方程式を解くには、図2に示すように横軸に電流I1、縦軸にI2を目盛った座標上に(1)式の曲線と(2)式の直線を描き、その交点(動作点)における電流I2、I1の値を求めればよい。なお、第2の抵抗R2は、起動回路として動作するもので、この基準電圧生成回路20が、電流I1、I2が共にゼロの状態で安定してしまうのを防止するために、電源投入直後に僅かの電流を第1のトランジスタT3に流すためのものである。抵抗R2を流れる電流は、電流I1、I2よりも非常に小さい値になるように高抵抗値に設定されている(なお、起動回路としては他にも種々の回路が提案されている)。
【0034】
このようにして求まる電流I2の値は、第1の抵抗R1の値と第1のトランジスタT3の絶対温度Tのみにより決まる一定値であって、電源電圧Vddの影響を殆ど受けない値である。従って、第1の抵抗R1の両端の電圧、換言すれば第1のトランジスタT3のベース−エミッタ間電圧Vbeは、次のような一定値Vrefとなる。このように、この図1の中に示した基準電圧生成回路20は、下記基準電圧Vrefを発生する基準電圧生成回路として動作する。
Vref=R1・I2 (3)式
【0035】
(第2の実施形態)
図3を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお図1と同一または相当部分には同一の符号が付してある。本実施形態の定電流供給回路22は、基準電圧生成回路23以外の部分は、第1の実施形態の図1の回路構成と同じであるので、相違する基準電圧生成回路23についてのみ説明する。
【0036】
本実施形態で使用している基準電圧生成回路23は、バンドギャップ基準電圧生成回路と呼ばれるものである。バンドギャップ基準電圧生成回路は、トランジスタのベース−エミッタ間の順方向電圧Vbeを基準とする電流源は負の温度係数を持ち、トランジスタの絶対温度Tを基準とする電流源は正の温度係数を持つことから、この2つの電流源の作り出す電流を重みを付けて加算することにより、温度係数がゼロとなる合成した基準電圧を作り出そうとする回路である。
【0037】
バンドギャップ基準電圧生成回路には、種々の回路形式が提案されており、図3の中の基準電圧生成回路23はその一例である。図3の中の基準電圧生成回路23は、演算増幅器OP2、第3の抵抗R3、第4の抵抗R4、第5の抵抗R5、ダイオードD1、1ないし複数のダイオードD21〜D2nとにより構成される。
【0038】
演算増幅器OP2の出力端子と非反転入力端子との間には第3の抵抗R3が、出力端子と反転入力端子との間には第4の抵抗R4が接続される。非反転入力端子と接地ノードVssとの間には、アノードを非反転入力端子側にしてダイオードD1が接続される。ダイオードD1と同一仕様のダイオードを1ないし複数個(n個)並列接続したダイオード群D21〜D2nは、カソードを接地ノードVss側にして接地され、そのアノード端子群と演算増幅器OP2の反転入力端子間には、第5の抵抗R5が接続されている。
【0039】
ここで第3の抵抗R3、第4の抵抗R4を通って接地ノードVssに向かって流れる電流をそれぞれI3、I4とするとそれらの値は次式で近似される。
I3=IS3・exp(q・VF1/kT) (4)式
I4=IS4・exp(q・VF2/kT) (5)式
ここにIS3はダイオードD1の逆方向飽和電流、IS4はダイオードD21〜D2nの逆方向飽和電流の和、VF1はダイオードD1の順方向電圧、VF2はダイオードD21〜D2nの順方向電圧、qは電子の電荷、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。
【0040】
ダイオードD1、D21〜D2nは同一仕様のダイオードであるので、IS3とIS4との間には次の関係がある。
IS4=n・IS3 (6)式
これら(4)〜(6)式を使って基準電圧生成回路23の出力基準電圧Vrefを計算すると次のようになる。
Vref=VF1+(R4/R5)・(kT/q)Ln(n・R4/R3)
(7)式
この(7)式より基準電圧Vrefの温度係数(V/℃)は、次式のようになる。
【式1】

Figure 0004623936
【0041】
シリコンダイオードD1の順方向電圧VF1の温度係数は一般的に −2mV/℃ であるので、(8)式の左辺がゼロになるように抵抗R3、R4、R5、ダイオードの個数nの値を決めれば、温度係数が殆どゼロとなる基準電圧生成回路23を構成することができる。数値例として、例えば、次のように回路定数を決めると(8)式による基準電圧Vrefの温度係数を殆どゼロとすることができる。
R3=10kΩ 、R4=100kΩ 、R5=10kΩ 、n=1
【0042】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態である定電流供給回路の電気的構成図である。
【図2】 基準電圧生成回路20の動作点の求め方を説明する図である。
【図3】 本発明の第2の実施形態である定電流供給回路の電気的構成図である。
【図4】 従来技術を示す図1相当図である。
【符号の説明】
図面中、10、22は定電流供給回路、11は手元回路、12は遠隔回路、13は電源線、14は接地線、15はベース信号線、16は帰還電流生成回路、17は負荷電流帰還線、18a、18b、18cは負荷駆動回路、19は直流電源、21は誤差増幅回路、23はバンドギャップ基準電圧生成回路、D1、D21、D2nはダイオード、Ic4〜6はコレクタ電流(負荷駆動回路の出力電流)、Ic7は帰還電流、Ibtはベース電流の総量、OP2は演算増幅器、R1は第1の抵抗、R2は第2の抵抗、R3は第3の抵抗、R4は第4の抵抗、R5は第5の抵抗、RL4〜6は負荷抵抗、Rr4〜7は抵抗、Rrefは基準抵抗、T3は第1のNPNトランジスタ、T4は第2のNPNトランジスタ、T5は第3のPNPトランジスタ、T6は第4のPNPトランジスタ、Tr4〜7はPNPトランジスタ、Vfは帰還電圧、Vrefは基準電圧を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a constant current supply circuit for supplying a predetermined DC constant current from a DC power supply in a local circuit to one or a plurality of loads at remote locations.
[0002]
[Prior art]
Supplying the same constant DC current to multiple remote sensing elements such as thermistors and strain gauges for vehicle operation control, motion analysis of machine equipment and building structures, and grasping operation status You may need it. FIG. 4 is an example of a constant current supply circuit used in such a case.
[0003]
The conventional constant current supply circuit 1 includes a hand circuit 2 and a remote circuit 3 placed near a load. The remote circuit 3 is supplied with the power supply voltage Vdd from the DC power supply 7 in the hand circuit 2 through the long power supply line 4 and the ground line 5. Collector currents Ic1, Ic2, and Ic3 of PNP transistors Tr1, Tr2, and Tr3 whose emitters are connected to the power supply line 4 are supplied to the loads RL1 to RL3, respectively. The remote circuit 3 in FIG. 4 illustrates the case where the number of loads is three.
[0004]
The hand circuit 2 includes a DC power source 7 , a PNP transistor T 1, and a constant current source 6. The DC power supply 7 supplies a DC voltage Vdd between the power supply line 4 and the ground line 5. The ground line 5 is connected to the ground node Vss. The emitter of the PNP transistor T1 is connected to the power supply line 4, and a constant current source 6 for supplying a constant current Ia as a reference current is connected between the collector and the ground node Vss toward the ground node Vss. . The base of the transistor T1 is connected in common to the bases of the transistors Tr1 to Tr3 in the remote circuit 3 by the base signal line 8, and is also connected to the collector of the transistor T1.
[0005]
With this connection, the transistors T1 and Tr1, T1 and Tr2, and T1 and Tr3 form a current mirror circuit. Therefore, when the characteristics of the transistors are the same, the current amplification factor is sufficiently high, and the wiring resistances of the power supply line 4 and the ground line 5 are sufficiently low, the currents Ic1 to 3 flowing through the loads RL1 to RL3 are all It becomes equal to the current Ia supplied from the constant current source 6. That is, the same current as the current Ia that is the reference current supplied from the constant current source 6 is supplied to the loads RL1 to RL3.
[0006]
However, the problem here is the wiring resistance of the power supply line 4. When the distance between the hand circuit 2 and the remote circuit 3 is long, the wiring resistance of the power line 4 cannot be ignored, and the voltage applied to the emitters of the transistors Tr1 to 3 of the remote circuit 3 due to the voltage drop due to the wiring resistance. It becomes lower than Vdd. That is, the emitter-base voltage of each of the transistors Tr1 to 3 of the remote circuit 3 is lower than the emitter-base voltage of the transistor T1 of the local circuit 2 by the voltage drop caused by the power line 4. As a result, the base currents of the transistors Tr1 to Tr3 are smaller than the base current of the transistor T1, and the values of the load currents Ic1 to 3 are smaller than the reference current Ia. Therefore, the same current as the reference current Ia cannot be passed through the loads IL1 to IL3.
[0007]
Further, when the number of loads RL increases, the base current Ib flowing into the constant current source 6 increases, so the collector current Ic of the transistor T1 decreases conversely. As a result, the values of the collector currents Ic1 to 3 of the transistors Tr1 to 3 forming a current mirror with the transistor T1 are also reduced. Therefore, this also increases the difference between the reference current Ia and the load currents Ic1 to Ic3.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve such problems of the conventional circuit, and its purpose is to increase the wiring resistance of the power supply line for supplying power from the local circuit to the remote circuit and the return ground line. Another object of the present invention is to provide a constant current supply circuit capable of supplying a constant current equal to a target reference current to each load even when the number of loads is large.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a constant current supply circuit for supplying a predetermined constant current to one or more remote loads, comprising a power line, a ground line, a base signal line, and It is composed of a local circuit and a remote circuit connected to each other by a load current feedback line. The remote circuit includes one or more load driving circuits in which a resistor having one end connected to a power supply line and a PNP transistor are connected in series. The collector current of the transistor in the circuit is supplied as an output current to a load having one end connected to the ground line. Furthermore, a feedback current generation circuit having the same configuration as the load drive circuit is provided, and the output current is fed back to the local circuit as a feedback current via the load current feedback line. The hand circuit includes a DC power source, a reference voltage generation circuit, an error amplification circuit, and a reference resistor. A DC power supply supplies a DC voltage to the remote circuit via the power line and the ground line. The reference resistor has one end connected to the ground line and the other end receiving the feedback current, and generates a feedback voltage proportional to the feedback current at both ends. The error amplifying circuit amplifies a difference voltage between the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit and the feedback voltage, and outputs the difference between the one or more load driving circuits and the PNP transistors in the feedback current generation circuit. The total amount of base current drawn from the base signal lines connected to the base in common is controlled. A constant current supply circuit configured to supply a constant current obtained by dividing the reference voltage by the value of the reference resistance to each load connected to the load driving circuit by this control.
[0010]
According to such a configuration, a predetermined constant current can be supplied to one or more remote loads without being affected by the wiring resistance of the power supply line.
[0011]
The invention described in claim 2 is characterized in that the reference voltage generating circuit used in the constant current supply circuit described in claim 1 is configured as follows. That is, the reference voltage generation circuit includes a first NPN transistor whose emitter is connected to a ground line, a first resistor connected between the base and emitter of the transistor, and a base and emitter each of which is the first transistor. A second NPN transistor connected to the collector and base of the transistor, an emitter connected to the power line, a third PNP transistor connected to the collector of the first transistor, an emitter connected to the power line, and a collector A fourth PNP transistor connected to a base, a base of the third PNP transistor, and a collector of the second NPN transistor; a second resistor connected to a power supply line and a collector of the first NPN transistor; And a circuit using the voltage between the base of the first transistor and the ground line as the reference voltage A.
[0012]
This circuit is a self-bias type constant current circuit, and a constant current that is hardly affected by the power supply voltage flows through the first resistor. Therefore, the voltage across the first resistor can be used as a reference voltage. it can. By using the reference voltage generation circuit having such a configuration for the constant current supply circuit according to the first aspect, it is possible to obtain the same effect as that of the invention according to the first aspect.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, the reference voltage generation circuit used in the constant current supply circuit according to the first aspect is configured by a band gap reference voltage generation circuit.
[0014]
The band gap reference voltage generation circuit can generate a reference voltage whose temperature coefficient of the reference voltage is almost zero. Therefore, if such a circuit is used as the reference voltage generation circuit, the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, the reference voltage generation circuit used in the constant current supply circuit according to the first aspect is configured by a band gap reference voltage generation circuit having the following specific configuration. The constant current supply circuit is characterized in that the circuit constant is determined so that the temperature coefficient of the generated reference voltage is almost zero. That is, the reference voltage generation circuit includes an operational amplifier, a third resistor connected between the output terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. A fourth resistor connected; a diode having an anode connected to the non-inverting input terminal and a cathode grounded; and a diode having the same specification as the diode, the cathode grounded and the anode commonly connected It comprises a plurality of diodes and a fifth resistor connected between the anodes of the one or more diodes and the inverting input terminal, and uses the output of the operational amplifier as a reference voltage. In addition, the values of the third, fourth, and fifth resistors and the number of the one or more diodes are adjusted so that the temperature coefficient (V / ° C.) of the output reference voltage becomes zero. is there.
[0016]
If the reference voltage generating circuit having such a configuration is employed in the constant current circuit according to claim 1, the plurality of remote loads are hardly affected by temperature and are influenced by the wiring resistance of the power supply line in the middle. Without receiving the same load current.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The constant current supply circuit 10 of the present embodiment is also composed of a hand circuit 11 and a remote circuit 12 as in FIG. The remote circuit 12 is a circuit placed near the load. The hand circuit 11 and the remote circuit 12 are connected in common to a power line 13 and a ground line 14 for supplying a power supply voltage Vdd, and bases of PNP transistors Tr4 to 7 to be described later in the remote circuit 12, and bases of these transistors Tr4 to 7 The base signal line 15 that leads the current sum Ibt to the hand circuit and the load current feedback line 17 that feeds back an output current Ic7 of a feedback current generating circuit 16 described later to the hand circuit 11 are connected to each other.
[0018]
The remote circuit 12 includes a feedback current generation circuit 16 and three types of load drive circuits 18a, 18b, and 18c. The three load drive circuits are illustrative, and the number is increased or decreased as necessary. The load is an example of three cases of RL4, RL5, and RL6.
[0019]
The load drive circuit 18a includes a resistor Rr4 and a PNP transistor Tr4. One end of the resistor Rr4 is connected to the power supply line 13, and the other end is connected to the emitter of the transistor Tr4. The collector of the transistor Tr4 is connected to one end of the load RL4, and the other end of the load RL4 is connected to the ground line 14. The collector current Ic4 of the transistor Tr4 is supplied to the load RL4 as a load current. The other load drive circuits 18b and 18c are the same as the load drive circuit 18a.
[0020]
The feedback current generation circuit 16 has the same circuit configuration and circuit constant as the load drive circuit 18a. However, the collector current Ic7 of the output transistor Tr7 is configured to flow to the hand circuit 11 side through the load current feedback line 17 instead of the load.
[0021]
The bases of the output transistors Tr4 to Tr6 in the load driving circuits 18a, 18b, and 18c and the output transistor Tr7 in the feedback current generating circuit 16 are connected in common, and the base current Ibt that flows out of these bases is the base signal line 15 Through the hand circuit 11 side.
[0022]
The hand circuit 11 includes a DC power source 19, a reference voltage generation circuit 20, an error amplification circuit 21, and a reference resistor Rref. The DC power supply 19 supplies a DC voltage Vdd to the power supply line 13. The negative side is connected to the ground node Vss. A ground line 14 is also connected to the ground node Vss.
[0023]
One end of the reference resistor Rref is connected to the ground node Vss, and the other end is connected to the load current feedback line 17. The output current Ic7 of the feedback current generating circuit 16 in the remote circuit 12 flows, and a feedback voltage is applied to both ends thereof. Vf is generated.
[0024]
The error amplifier circuit 21 includes an operational amplifier OP1 and an NPN transistor T2 having a base connected to the output terminal thereof. The collector of the transistor T2 is connected to the base signal line 15, and the emitter is connected to the ground node Vss. The reference voltage Vref generated by the reference voltage generation circuit 20 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1, and the feedback voltage Vf is input to the inverting input terminal. A differential voltage between the reference voltage Vref and the feedback voltage Vf is amplified by the operational amplifier OP1, and a voltage proportional to the differential voltage is output, so that a base current flows through the transistor T2. The base current is amplified by the transistor T2, and its collector attracts the base current Ibt flowing into the base signal line 15 and flows it to the ground node Vss.
[0025]
Since the voltage amplification factor of the operational amplifier OP1 is set to a sufficiently high value, the amount of the base current Ibt drawn from the base signal line 15 is controlled so that the feedback voltage Vf becomes equal to the reference voltage Vref. By this feedback control, the value of the output current Ic7 of the feedback current generation circuit 16 becomes equal to the value obtained by dividing the reference voltage Vref by the reference resistor Rref.
[0026]
The circuit configurations and circuit constants of the load drive circuits 18a, 18b, and 18c are the same as those of the feedback current generation circuit 16. The output impedances of the transistors Tr4-7, which are the output transistors of these circuits, are sufficiently high and their bases are connected in common, so that the same base current flows through each of the transistors Tr4-7. Therefore, the values of the collector currents Ic 4 to 7 supplied to the loads RL 4 to 6 are all equal to the output current Ic 7 of the feedback current generation circuit 16. That is, a constant current Ic7 equal to a reference current (a value obtained by dividing the reference voltage Vref by the reference resistance Rref) is supplied to the loads RL4 to RL7.
[0027]
The value of the constant current Ic7 is determined only by the values of the reference voltage Vref and the reference resistance Rref, and is not affected by the wiring resistance of the power supply line 13 and the ground line 14. Accordingly, the currents Ic4-7 flowing through the loads RL4-7 are not affected by them. Furthermore, since the constant current Ic7 is not affected by the fluctuation of the power supply voltage Vdd , the load currents Ic4 to 7 are not affected.
[0028]
Here, the resistors Rr4-7 connected to the emitters of the transistors Tr4-7 suppress variations in the collector currents Ic4-7 caused by variations in the base-emitter voltage of the transistors Tr4-7 and variations in the current amplification factor. It works as a current feedback. Therefore, when the variation of the collector currents Ic4 to 7 is not so much a problem, these resistors may be removed and the portion may be short-circuited.
[0029]
Since the transistor T2 is for amplifying the output current of the operational amplifier OP1, when the output current capacity of the operational amplifier OP1 is sufficiently high, the transistor T2 is removed and the output terminal of the operational amplifier OP1 is used as a base. The signal line 15 may be directly connected. In this case, however, the reference voltage Vref is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1, and the feedback voltage Vf is input to the non-inverting input terminal.
[0030]
Next, the reference voltage generation circuit 20 will be described. The reference voltage generation circuit 20 is a self-bias type constant current circuit, and includes first and second NPN transistors T3 and T4, third and fourth PNP transistors T5 and T6, and first and second resistors R1. , R2.
[0031]
The emitter of the first transistor T3 is connected to the ground node Vss, and the first resistor R1 is connected between the base and the emitter. The base and emitter of the second transistor T4 are connected to the collector and base of the first transistor T3, respectively. The current flowing into the interconnection node N1 between the collector of the first transistor T3 and the base of the second transistor T4 is I1, the current flowing into the collector of the second transistor T4 is I2, and between the base and emitter of the first transistor T3 Assuming that the voltage is Vbe and the base current of each transistor is very small, there is the following relationship between the currents I2 and I1.
I2 = Vbe / R1 = ((k · T / q) · Ln (I1 / Is1)) / R1 (1) where k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, q is the charge of the electron, Is1 is the first 1 is a reverse saturation current of one transistor T3, and Ln represents a natural logarithm.
[0032]
On the other hand, the third and fourth transistors T5 and T6 connected as loads of the first and second transistors T3 and T4 form a known current mirror circuit. Therefore, when the current flowing through the second resistor R2 connected between the power supply line 13 and the collector of the first transistor T3 is ignored, the following relationship is established.
I2 = I1 (2) Formula
When solving these equations (1) and (2) as simultaneous equations, the value of the current I2 at the operating point of the reference voltage generation circuit 20 is obtained. To actually solve this simultaneous equation, as shown in FIG. 2, the curve of the formula (1) and the straight line of the formula (2) are drawn on the coordinate with the current I1 on the horizontal axis and I2 on the vertical axis. What is necessary is just to obtain | require the value of the electric currents I2 and I1 in an intersection (operation point). The second resistor R2 operates as a start-up circuit, and immediately after the power is turned on, the reference voltage generation circuit 20 is prevented from being stabilized when both the currents I1 and I2 are zero. This is for flowing a small amount of current through the first transistor T3. The current flowing through the resistor R2 is set to a high resistance value so as to be a value much smaller than the currents I1 and I2 (in addition, various other circuits have been proposed as a starting circuit).
[0034]
The value of the current I2 obtained in this way is a constant value determined only by the value of the first resistor R1 and the absolute temperature T of the first transistor T3, and is a value that is hardly affected by the power supply voltage Vdd. Accordingly, the voltage across the first resistor R1, in other words, the base-emitter voltage Vbe of the first transistor T3 becomes a constant value Vref as follows. In this way, the reference voltage generation circuit 20 shown in FIG. 1 operates as a reference voltage generation circuit that generates the following reference voltage Vref.
Vref = R1 · I2 (3) Formula
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same or corresponding parts as those in FIG. Since the constant current supply circuit 22 of the present embodiment is the same as the circuit configuration of FIG. 1 of the first embodiment except for the reference voltage generation circuit 23, only the different reference voltage generation circuit 23 will be described.
[0036]
The reference voltage generation circuit 23 used in this embodiment is called a bandgap reference voltage generation circuit. In the band gap reference voltage generation circuit, a current source based on the forward voltage Vbe between the base and emitter of the transistor has a negative temperature coefficient, and a current source based on the absolute temperature T of the transistor has a positive temperature coefficient. Therefore, the current generated by the two current sources is weighted and added to create a combined reference voltage with a temperature coefficient of zero.
[0037]
Various circuit formats have been proposed for the band gap reference voltage generation circuit, and the reference voltage generation circuit 23 in FIG. 3 is an example. The reference voltage generation circuit 23 in FIG. 3 includes an operational amplifier OP2, a third resistor R3, a fourth resistor R4, a fifth resistor R5, a diode D1, and one or more diodes D21 to D2n. .
[0038]
A third resistor R3 is connected between the output terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2, and a fourth resistor R4 is connected between the output terminal and the inverting input terminal. A diode D1 is connected between the non-inverting input terminal and the ground node Vss with the anode as the non-inverting input terminal side. A diode group D21 to D2n in which one or a plurality (n) of diodes having the same specifications as the diode D1 are connected in parallel is grounded with the cathode as the ground node Vss side, and between the anode terminal group and the inverting input terminal of the operational amplifier OP2. Is connected to a fifth resistor R5.
[0039]
Here, assuming that the currents flowing through the third resistor R3 and the fourth resistor R4 toward the ground node Vss are I3 and I4, their values are approximated by the following equations.
I3 = IS3 · exp (q · VF1 / kT) (4) Equation I4 = IS4 · exp (q · VF2 / kT) (5) Equation where IS3 is the reverse saturation current of the diode D1, and IS4 is the diodes D21 to D2n VF1 is a forward voltage of the diode D1, VF2 is a forward voltage of the diodes D21 to D2n, q is an electron charge, k is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature.
[0040]
Since the diodes D1, D21 to D2n are diodes having the same specification, the following relationship exists between IS3 and IS4.
IS4 = n · IS3 (6) Expression When the output reference voltage Vref of the reference voltage generation circuit 23 is calculated using these expressions (4) to (6), the following is obtained.
Vref = VF1 + (R4 / R5). (KT / q) Ln (n.R4 / R3)
Equation (7) From this equation (7), the temperature coefficient (V / ° C.) of the reference voltage Vref is expressed by the following equation.
[Formula 1]
Figure 0004623936
[0041]
Since the temperature coefficient of the forward voltage VF1 of the silicon diode D1 is generally −2 mV / ° C., the values of the resistors R3, R4, R5 and the number of diodes n can be determined so that the left side of the equation (8) becomes zero. For example, the reference voltage generation circuit 23 having a temperature coefficient of almost zero can be configured. As a numerical example, for example, if the circuit constant is determined as follows, the temperature coefficient of the reference voltage Vref according to the equation (8) can be made almost zero.
R3 = 10 kΩ, R4 = 100 kΩ, R5 = 10 kΩ, n = 1
[0042]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical configuration diagram of a constant current supply circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining how to obtain an operating point of a reference voltage generation circuit 20;
FIG. 3 is an electrical configuration diagram of a constant current supply circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
In the drawing, 10 and 22 are constant current supply circuits, 11 is a hand circuit, 12 is a remote circuit, 13 is a power supply line, 14 is a ground line, 15 is a base signal line, 16 is a feedback current generation circuit, and 17 is a load current feedback. 18a, 18b and 18c are load drive circuits, 19 is a DC power supply, 21 is an error amplification circuit, 23 is a band gap reference voltage generation circuit, D1, D21 and D2n are diodes, and Ic4 to 6 are collector currents (load drive circuit). Output current), Ic7 is a feedback current, Ibt is a total amount of base current, OP2 is an operational amplifier, R1 is a first resistor, R2 is a second resistor, R3 is a third resistor, R4 is a fourth resistor, R5 is a fifth resistor, RL4-6 are load resistors, Rr4-7 are resistors, Rref is a reference resistor, T3 is a first NPN transistor, T4 is a second NPN transistor, T5 is a third PNP transistor, T6 Is the fourth PNP transistors, Tr4 to Tr7 are PNP transistors, Vf is a feedback voltage, and Vref is a reference voltage.

Claims (4)

遠隔にある1ないし複数の負荷に所定の定電流を供給する定電流供給回路であって、電源線、接地線、ベース信号線および負荷電流帰還線とにより相互に接続された手元回路と遠隔回路とにより構成され、
前記遠隔回路は、一端が電源線に接続された抵抗とPNPトランジスタとを直列接続し、該トランジスタのコレクタ電流を出力電流として一端が接地線に接続された負荷に供給するように構成された1ないし複数の負荷駆動回路と、該負荷駆動回路と同じ回路であってその出力電流を帰還電流として前記負荷電流帰還線を介して手元回路に帰還させる帰還電流生成回路とを備えて構成されたものであり、
前記手元回路は、直流電源と、基準電圧生成回路と、誤差増幅回路と、基準抵抗とを備えて構成され、前記直流電源は前記電源線と接地線を介して前記遠隔回路に直流電圧を供給するように構成され、前記基準抵抗は一端が接地線に接続され他端に前記帰還電流を受けてその両端に該帰還電流に比例する帰還電圧を生成するように構成され、前記誤差増幅回路は、前記基準電圧生成回路が生成した基準電圧と前記帰還電圧との差電圧を増幅してその出力により、前記1ないし複数の負荷駆動回路と前記帰還電流生成回路内の前記PNPトランジスタのベースを共通に接続した前記ベース信号線より吸引するベース電流の総量を制御するように構成されたものであり、
該制御により前記負荷駆動回路に接続された各負荷に、前記基準電圧を前記基準抵抗の値で割った定電流が供給されるように構成されたことを特徴とする定電流供給回路。
A constant current supply circuit for supplying a predetermined constant current to one or a plurality of remote loads, wherein a local circuit and a remote circuit are mutually connected by a power line, a ground line, a base signal line, and a load current feedback line And
The remote circuit is configured to connect a resistor having one end connected to a power supply line and a PNP transistor in series, and supply a collector current of the transistor as an output current to a load having one end connected to a ground line. Or a plurality of load drive circuits, and a circuit that is the same as the load drive circuit, and that includes a feedback current generation circuit that feeds back the output current as a feedback current to the local circuit via the load current feedback line And
The hand circuit includes a DC power supply, a reference voltage generation circuit, an error amplification circuit, and a reference resistor, and the DC power supply supplies a DC voltage to the remote circuit via the power supply line and a ground line. The reference resistor is configured so that one end is connected to a ground line, the other end receives the feedback current, and the other end generates a feedback voltage proportional to the feedback current. The base voltage of the PNP transistor in the feedback current generating circuit is shared by the one or more load driving circuits by amplifying the difference voltage between the reference voltage generated by the reference voltage generating circuit and the feedback voltage Is configured to control the total amount of base current drawn from the base signal line connected to
A constant current supply circuit configured to supply a constant current obtained by dividing the reference voltage by a value of the reference resistance to each load connected to the load driving circuit by the control.
前記基準電圧生成回路は、エミッタが前記接地線に接続された第1のNPNトランジスタと、該トランジスタのベースとエミッタ間に接続された第1の抵抗と、ベースとエミッタがそれぞれ前記第1のトランジスタのコレクタとベースに接続された第2のNPNトランジスタと、エミッタを前記電源線に、コレクタを前記第1のトランジスタのコレクタに接続された第3のPNPトランジスタと、エミッタを前記電源線に、コレクタを自身のベースと前記第3のPNPトランジスタのベースと前記第2のNPNトランジスタのコレクタとに接続された第4のPNPトランジスタと、前記電源線と前記第1のNPNトランジスタのコレクタに接続された第2の抵抗とによって構成され、前記第1のトランジスタのベースと接地線間の電圧を前記基準電圧とする回路であることを特徴とする請求項1に記載の定電流供給回路。The reference voltage generation circuit includes a first NPN transistor having an emitter connected to the ground line, a first resistor connected between a base and an emitter of the transistor, and a base and an emitter each being the first transistor. A second NPN transistor connected to the collector and base of the transistor, an emitter connected to the power line, a third PNP transistor connected to the collector of the first transistor, an emitter connected to the power line, and a collector A fourth PNP transistor connected to its own base, a base of the third PNP transistor and a collector of the second NPN transistor, and a power source line and a collector of the first NPN transistor. And a voltage between the base of the first transistor and the ground line. Constant current supply circuit according to claim 1, characterized in that the circuit for the reference voltage. 前記基準電圧生成回路は、バンドギャップ基準電圧生成回路で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の定電流供給回路。The constant current supply circuit according to claim 1, wherein the reference voltage generation circuit includes a band gap reference voltage generation circuit. 前記基準電圧生成回路は、演算増幅器と、該演算増幅器の出力端子と非反転入力端子との間に接続された第3の抵抗と、前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続された第4の抵抗と、アノードが前記非反転入力端子に接続されカソードが接地されたダイオードと、該ダイオードと同一仕様のダイオードであってカソードが接地されアノードが共通に接続された1ないし複数のダイオードと、該1ないし複数のダイオードのアノードと前記反転入力端子との間に接続された第5の抵抗とにより構成され、前記演算増幅器の出力を前記基準電圧とするバンドギャップ基準電圧生成回路として構成されたものであり、該基準電圧生成回路が出力する基準電圧の温度係数(V/℃)がゼロとなるように前記第3、第4、第5の抵抗の値及び前記1ないし複数のダイオードの個数が調整されたものであることを特徴とする請求項1に記載の定電流供給回路。The reference voltage generation circuit is connected between the operational amplifier, a third resistor connected between the output terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. A fourth resistor, a diode having an anode connected to the non-inverting input terminal and a cathode grounded, and a diode having the same specifications as the diode, the cathode grounded and the anode commonly connected And a fifth resistor connected between the anode of the one or more diodes and the inverting input terminal, and a bandgap reference voltage generation circuit using the output of the operational amplifier as the reference voltage And the values of the third, fourth, and fifth resistors so that the temperature coefficient (V / ° C.) of the reference voltage output from the reference voltage generation circuit is zero. Constant current supply circuit according to claim 1, wherein the number of fine said one or a plurality of diodes is one that was adjusted.
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