JP2000299627A - Load current derivative detection / control circuit - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 急激な負荷電流の増加時のみにおいて、高速
に電流を遮断出来る負荷電流微分検出・制御回路を提供
する。
【解決手段】 第1、第2,第3半導体素子QA,Q
B,QCと、第1及び第3半導体素子QA,QCに入力
端子を接続した第1の比較器CMP1と、第1の比較器
CMP1の出力端子に接続された抵抗R22と、この抵
抗R22に接続されたコンデンサC23と、第3半導体
素子QCに第1の主電極、抵抗R22に制御電極を接続
し、第2の主電極に第2の接地抵抗R24を接続した第
5半導体素子Q21と、第2半導体素子QBに第1の主
電極、第5半導体素子Q21の第2の主電極に制御電極
を接続した第4半導体素子Q22とから少なくともな
る。異常電流の時間微分di/dtが所定値以上の場合
のみ、第1半導体素子QAをオン/オフ制御して電流振
動を生成する。
(57) [Problem] To provide a load current differential detection / control circuit that can cut off current at high speed only when the load current increases rapidly. SOLUTION: First, second and third semiconductor elements QA, Q
B, QC, a first comparator CMP1 having input terminals connected to the first and third semiconductor elements QA, QC, a resistor R22 connected to an output terminal of the first comparator CMP1, and a resistor R22. A connected capacitor C23, a fifth semiconductor element Q21 in which a first main electrode is connected to the third semiconductor element QC, a control electrode is connected to the resistor R22, and a second ground resistor R24 is connected to the second main electrode; The second semiconductor element QB includes at least a first main electrode, and the fifth semiconductor element Q21 includes a fourth semiconductor element Q22 having a control electrode connected to the second main electrode. Only when the time derivative di / dt of the abnormal current is equal to or more than a predetermined value, the first semiconductor element QA is turned on / off to generate a current oscillation.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、緩やかな負荷電流
の変化には応答せず、急激な負荷電流の変化のみに応答
する負荷電流の時間変化の検出可能な回路、即ち負荷電
流微分検出・制御回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit capable of detecting a time change of a load current which does not respond to a gradual change in load current but responds only to a sudden change in load current. It relates to a control circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5に示す異常電流検出・制御回路は、
自動車においてバッテリからの電源を選択的に各負荷に
供給して、負荷への電力供給を温度センサ内蔵スイッチ
ング素子QFにより制御する回路である。図5に示す異
常電流検出・制御回路は、出力電圧VBを供給する電源
101にシャント抵抗RSの一端が接続され、その他端
に温度センサ内蔵スイッチング素子QFのドレイン端子
Dが接続されている。更に、温度センサ内蔵スイッチン
グ素子QFのソース端子Sには、負荷102が接続され
ている。ここで、負荷102としては、自動車のヘッド
ライトやパワーウィンドウの駆動モータ等々該当する。
図5に示す異常電流検出・制御回路は、更に、シャント
抵抗RSを流れる電流を検出して温度センサ内蔵スイッ
チング素子QFの駆動を制御するドライバ901と、ド
ライバ901でモニタした電流値に基づいて温度センサ
内蔵スイッチング素子QFの駆動信号をオン/オフ制御
するA/D変換器902及びマイコン(CPU)903
とを備えている。2. Description of the Related Art An abnormal current detection / control circuit shown in FIG.
This circuit selectively supplies power from a battery to each load in an automobile, and controls power supply to the load by a switching element QF with a built-in temperature sensor. In the abnormal current detection / control circuit shown in FIG. 5, one end of a shunt resistor RS is connected to a power supply 101 that supplies an output voltage VB, and the other end is connected to a drain terminal D of a switching element QF with a built-in temperature sensor. Further, a load 102 is connected to the source terminal S of the switching element QF with a built-in temperature sensor. Here, the load 102 corresponds to a headlight of an automobile, a drive motor of a power window, and the like.
The abnormal current detection and control circuit shown in FIG. 5 further includes a driver 901 for detecting the current flowing through the shunt resistor RS to control the driving of the switching element QF with a built-in temperature sensor, and a temperature based on the current value monitored by the driver 901. A / D converter 902 for controlling on / off of the drive signal of switching element QF with built-in sensor, and microcomputer (CPU) 903
And
【0003】図5に示す異常電流検出・制御回路の第1
半導体素子として動作する温度センサ内蔵スイッチング
素子QFは、図6に示すようなモノリシックパワーIC
の構造を有している。即ち、主MOSトランジスタQ
M、抵抗RG、温度センサ121、ラッチ回路122及
び過熱遮断用MOSトランジスタQSを、同一半導体チ
ップ上に搭載しており、温度センサ内蔵スイッチング素
子QFの接合温度が規定以上の温度まで上昇した場合に
は、同一半導体チップ上に集積化されたゲート遮断回路
によって温度センサ内蔵スイッチング素子QFを強制的
にオフ制御する過熱遮断機能を備えている。つまり、主
MOSトランジスタQMが規定以上の温度まで上昇した
ことが温度センサ121によって検出された場合には、
その旨の検出情報がラッチ回路122に保持され、ゲー
ト遮断回路としての過熱遮断用MOSトランジスタQS
がオン動作となることによって、主MOSトランジスタ
QMを強制的にオフ制御する。ここで、温度センサ12
1はポリシリコン等で構成した4個のダイオードが直列
接続されてなり、温度センサ121は主MOSトランジ
スタQMの近傍に集積化されている。主MOSトランジ
スタQMの温度が上昇するにつれて温度センサ121の
4個のダイオードの順方向降下電圧が低下し、nMOS
トランジスタQ51のゲート電位が“L”レベルとされ
る電位まで下がると、nMOSトランジスタQ51がオ
ン状態からオフ状態に遷移する。これにより、nMOS
トランジスタQ54のゲート電位が温度センサ内蔵スイ
ッチング素子QFのゲート制御端子Gの電位にプルアッ
プされ、nMOSトランジスタQ53がオフ状態とな
り、nMOSトランジスタQ52がオフ状態からオン状
態に遷移して、ラッチ回路122に“1”がラッチされ
ることとなる。このとき、ラッチ回路122の出力が
“H”レベルとなって過熱遮断用MOSトランジスタQ
Sがオフ状態からオン状態に遷移するので、主MOSト
ランジスタQMの真のゲートTGとソースS0間が短絡
されて、主MOSトランジスタQMがオン状態からオフ
状態に遷移して、過熱遮断されることとなる。A first example of the abnormal current detection / control circuit shown in FIG.
A switching element QF with a built-in temperature sensor that operates as a semiconductor element is a monolithic power IC as shown in FIG.
It has the following structure. That is, the main MOS transistor Q
M, a resistor RG, a temperature sensor 121, a latch circuit 122, and an overheat cutoff MOS transistor QS are mounted on the same semiconductor chip. Has an overheat cutoff function for forcibly turning off the switching element QF with a built-in temperature sensor by a gate cutoff circuit integrated on the same semiconductor chip. That is, when the temperature sensor 121 detects that the temperature of the main MOS transistor QM has risen to a temperature equal to or higher than the specified value,
The detection information to that effect is held in the latch circuit 122, and the overheat cutoff MOS transistor QS as the gate cutoff circuit
Is turned on, the main MOS transistor QM is forcibly turned off. Here, the temperature sensor 12
Reference numeral 1 denotes a serial connection of four diodes made of polysilicon or the like, and the temperature sensor 121 is integrated near the main MOS transistor QM. As the temperature of the main MOS transistor QM increases, the forward voltage drops of the four diodes of the temperature sensor 121 decrease, and the nMOS
When the gate potential of the transistor Q51 drops to the potential that is set to the “L” level, the nMOS transistor Q51 transitions from the on state to the off state. Thereby, the nMOS
The gate potential of the transistor Q54 is pulled up to the potential of the gate control terminal G of the switching element QF with a built-in temperature sensor, the nMOS transistor Q53 is turned off, the nMOS transistor Q52 transitions from the off state to the on state, and the latch circuit 122 "1" is latched. At this time, the output of the latch circuit 122 becomes “H” level and the overheat cutoff MOS transistor Q
Since S transitions from the off state to the on state, the true gate TG and the source S 0 of the main MOS transistor QM are short-circuited, the main MOS transistor QM transitions from the on state to the off state, and is overheated. It will be.
【0004】図5において、ZD1は温度センサ内蔵ス
イッチング素子QFのゲート端子Gとソース端子S間を
12Vに保って、スイッチング素子QFに集積化された
主MOSトランジスタQMの真のゲートTGに過電圧が
印加されようとした場合にこれをバイパスさせるツェナ
ーダイオードである。ドライバ901は、電流モニタ回
路としての差動増幅器911,913と、電流制限回路
としての差動増幅器912と、チャージポンプ回路91
5と、マイコン903からのオン/オフ制御信号及び電
流制限回路からの過電流判定結果に基づき、内部抵抗R
Gを介して温度センサ内蔵スイッチング素子QFの真の
ゲートGを駆動する駆動回路914を備えて構成されて
いる。シャント抵抗RSの電圧降下に基づき差動増幅器
912を介して、電流が判定値(上限)を超えたとして
過電流が検出された場合には、駆動回路914によって
温度センサ内蔵スイッチング素子QFをオフ動作とし、
その後電流が低下して判定値(下限)を下回ったら温度
センサ内蔵スイッチング素子QFをオン動作させる。一
方、マイコン903は、電流モニタ回路(差動増幅器9
11,913)を介して電流を常時モニタしており、正
常値を上回る異常電流が流れていれば、温度センサ内蔵
スイッチング素子QFの駆動信号をオフすることにより
温度センサ内蔵スイッチング素子QFをオフ動作させ
る。なお、マイコン903からオフ制御の駆動信号が出
力される前に、温度センサ内蔵スイッチング素子QFの
温度が規定値を超えていれば、スイッチング素子QF自
身の過熱遮断機能によって温度センサ内蔵スイッチング
素子QFはオフ動作となる。In FIG. 5, ZD1 maintains 12 V between the gate terminal G and the source terminal S of the switching element QF with a built-in temperature sensor, and an overvoltage is applied to the true gate TG of the main MOS transistor QM integrated in the switching element QF. This is a Zener diode that bypasses this when it is about to be applied. The driver 901 includes a differential amplifier 911, 913 as a current monitor circuit, a differential amplifier 912 as a current limiting circuit, and a charge pump circuit 91
5 based on the on / off control signal from the microcomputer 903 and the overcurrent determination result from the current limiting circuit.
A drive circuit 914 for driving the true gate G of the switching element QF with a built-in temperature sensor through G is provided. If an overcurrent is detected via the differential amplifier 912 based on the voltage drop of the shunt resistor RS and the current exceeds the determination value (upper limit), the drive circuit 914 turns off the switching element QF with a built-in temperature sensor. age,
Thereafter, when the current drops below the judgment value (lower limit), the switching element QF with a built-in temperature sensor is turned on. On the other hand, the microcomputer 903 includes a current monitor circuit (differential amplifier 9).
11, 913), the current is constantly monitored, and if an abnormal current exceeding the normal value flows, the drive signal of the switching element QF with a built-in temperature sensor is turned off to turn off the switching element QF with a built-in temperature sensor. Let it. If the temperature of the switching element with built-in temperature sensor QF exceeds the specified value before the drive signal for the off control is output from the microcomputer 903, the switching element with built-in temperature sensor QF is turned off by the overheating cutoff function of the switching element QF itself. It turns off.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の異常電流検出・制御回路にあっては、電流検出を行
うために電力の供給経路に直列接続されるシャント抵抗
RSを必要とした構成であり、近年の負荷の大電流化に
より、シャント抵抗の熱損失が無視出来ないという問題
点がある。However, the above-mentioned conventional abnormal current detection / control circuit has a configuration that requires a shunt resistor RS connected in series to a power supply path in order to perform current detection. However, due to the recent increase in load current, there is a problem that the heat loss of the shunt resistor cannot be ignored.
【0006】また、上述の過熱遮断機能や過電流制御回
路は、負荷102や配線にほぼ完全な短絡状態が発生し
て大電流が流れる場合には機能するが、ある程度の短絡
抵抗を持つ不完全短絡などのレアショートを発生して小
さい短絡電流が流れた場合には機能せず、電流のモニタ
回路を介してマイコン903により異常電流を検出して
温度センサ内蔵スイッチング素子QFをオフ制御するし
かなく、このような異常電流に対するマイコン制御によ
る応答性が悪いという事情もあった。The overheat cutoff function and the overcurrent control circuit described above function when an almost complete short circuit occurs in the load 102 or wiring and a large current flows. When a small short-circuit current flows due to a rare short-circuit such as a short-circuit, it does not function, and the microcomputer 903 must detect an abnormal current through the current monitor circuit and control the switching element QF with built-in temperature sensor to be turned off. However, there has been a situation that the response by the microcomputer to such an abnormal current is poor.
【0007】また、シャント抵抗RSやA/D変換器9
02、マイコン903等が必要であるため、大きな実装
スペースが必要であり、またこれらの比較的高価な物品
により装置コストが高くなってしまうという問題点もあ
る。Further, the shunt resistor RS and the A / D converter 9
02, the microcomputer 903 and the like are required, so that a large mounting space is required, and there is also a problem that these relatively expensive articles increase the apparatus cost.
【0008】更に、自動車のパワーウィンドウの駆動の
ように、摩擦係数が徐々に経時変化することによる負荷
電流の増大と、パワーウィンドウに腕が挟まれた場合の
ように急激な負荷電流の増大とを瞬時に識別し、事故を
未然に防ぐような動作の可能な過電流制御回路は知られ
ていない。Further, the load current increases due to the gradual change of the friction coefficient with time as in driving a power window of an automobile, and the load current increases sharply as in the case where an arm is pinched in the power window. There is no known overcurrent control circuit capable of instantaneously discriminating and preventing an accident.
【0009】本発明の目的は、上記従来の問題点や事情
を解決することにあり、簡単な構成で、緩やかな負荷電
流の変化には応答せず、急激な負荷電流の変化のみに応
答する負荷電流の時間微分di/dtの検出が可能な回
路、即ち負荷電流微分検出・制御回路を提供することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and circumstances, and does not respond to a gradual change in load current but responds only to a sudden change in load current with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a circuit capable of detecting the time derivative di / dt of the load current, that is, a load current derivative detection / control circuit.
【0010】本発明の他の目的は、電流検出を行うため
に電力の供給経路に直接接続されるシャント抵抗を不要
として装置の熱損失を抑えることのできる負荷電流微分
検出・制御回路を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a load current differential detection / control circuit which does not require a shunt resistor directly connected to a power supply path for current detection and can suppress heat loss of the device. It is in.
【0011】本発明のさらに他の目的は、ある程度の短
絡抵抗を持つ不完全短絡などのレアショートが発生した
場合や負荷電流の時間微分di/dtを検出して、時間
微分di/dtが大きい場合のみに高速応答出来る負荷
電流微分検出・制御回路を提供することにある。Still another object of the present invention is to detect a rare short circuit such as an incomplete short circuit having a certain short-circuit resistance or to detect a time derivative di / dt of a load current and to have a large time derivative di / dt. An object of the present invention is to provide a load current differential detection / control circuit that can respond at high speed only in the case.
【0012】本発明のさらに他の目的は、集積化が容易
で、安価な負荷電流微分検出・制御回路を提供すること
にある。Still another object of the present invention is to provide an inexpensive load current differential detection / control circuit which can be easily integrated.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第1、第2の主電極及び制御電極とを有す
る第1半導体素子と、第1半導体素子の第1の主電極、
制御電極にそれぞれ接続された第1の主電極、制御電極
と、第2の主電極とを有する第2半導体素子と、第1半
導体素子の第1の主電極、制御電極にそれぞれ接続され
た第1の主電極、制御電極と、第2の主電極とを有する
第3半導体素子と、第1半導体素子の第2の主電極に第
1の入力端子を接続し、第3半導体素子の第2の主電極
に第2の入力端子を接続した第1の比較器と、第1及び
第2半導体素子のそれぞれの第2の主電極間電圧を比較
する第2の比較器と、第2の比較器の出力に応じて、第
1乃至第3半導体素子のそれぞれの制御電極に制御電圧
を供給する駆動回路と、第2半導体素子の第2の主電極
に第1の信号端子を、第3半導体素子の第2の主電極に
第2の信号端子を、第1の比較器の出力端子に第3の信
号端子を接続した電流上昇率識別回路とを少なくとも有
する負荷電流微分検出・制御回路であることを特徴とす
る。そして、本発明の特徴に係る負荷電流微分検出・制
御回路は、第1半導体素子の第2の主電極に接続される
負荷に流れる電流の時間微分を検知して、時間微分値が
所定の値以上の場合のみについて第1半導体素子をオン
/オフ制御して電流振動を生成し、この電流振動によ
り、第1半導体素子の導通状態を遮断する。ここで、第
1乃至第3半導体素子としては、MOSFETやMOS
静電誘導型トランジスタ(SIT)等のMOSトランジ
スタ(絶縁ゲート型トランジスタ:IGT)が使用可能
である。また、エミッタスイッチド・サイリスタ(ES
T)、MOS制御サイリスタ(MCT)等のMOS複合
型デバイスやIGBT等の他の絶縁ゲート型パワーデバ
イスが使用可能である。これらの半導体素子はnチャネ
ル型でもpチャネル型でもかまわない。また「第1主電
極」とは、IGBTにおいてはエミッタ電極又はコレク
タ電極のいずれか一方、MOSFETやMOSSIT等
のMOSトランジスタにおいてはソース電極又はドレイ
ン電極のいずれか一方を意味する。「第2主電極」と
は、IGBTにおいては上記第1主電極とはならないエ
ミッタ電極又はコレクタ電極のいずれか一方、MOSト
ランジスタにおいては上記第1主電極とはならないソー
ス電極又はドレイン電極のいずれか一方を意味する。即
ち、第1主電極が、エミッタ電極であれば、第2主電極
はコレクタ電極であり、第1主電極がソース電極であれ
ば、第2主電極はドレイン電極である。また、「制御電
極」とはIGBT及びMOSトランジスタのゲート電極
を意味することは勿論である。In order to achieve the above object, the present invention provides a first semiconductor element having first and second main electrodes and a control electrode, and a first main electrode of the first semiconductor element. ,
A second semiconductor element having a first main electrode, a control electrode, and a second main electrode respectively connected to the control electrode, and a second main element, a first main electrode of the first semiconductor element, connected to the control electrode, respectively. A third semiconductor element having a first main electrode, a control electrode, and a second main electrode; a first input terminal connected to a second main electrode of the first semiconductor element; A first comparator in which a second input terminal is connected to the main electrode of the first and second comparators, a second comparator for comparing the respective second main electrode voltages of the first and second semiconductor elements, and a second comparator A drive circuit for supplying a control voltage to each control electrode of the first to third semiconductor elements in accordance with an output of the first semiconductor element; a first signal terminal for a second main electrode of the second semiconductor element; The second signal terminal was connected to the second main electrode of the element, and the third signal terminal was connected to the output terminal of the first comparator. Characterized in that it is a load current differential sensing and control circuit having at least a flow rate of rise discrimination circuit. The load current derivative detection / control circuit according to the present invention detects the time derivative of the current flowing through the load connected to the second main electrode of the first semiconductor element, and sets the time derivative to a predetermined value. Only in the above case, the first semiconductor element is turned on / off to generate current oscillation, and the current oscillation interrupts the conduction state of the first semiconductor element. Here, MOSFETs and MOSs are used as the first to third semiconductor elements.
A MOS transistor (insulated gate transistor: IGT) such as an electrostatic induction transistor (SIT) can be used. In addition, emitter-switched thyristors (ES
T), a MOS composite device such as a MOS control thyristor (MCT) or another insulated gate power device such as an IGBT can be used. These semiconductor elements may be of an n-channel type or a p-channel type. The “first main electrode” means either the emitter electrode or the collector electrode in an IGBT, or the source electrode or the drain electrode in a MOS transistor such as a MOSFET or a MOSSIT. The “second main electrode” is one of an emitter electrode and a collector electrode that does not become the first main electrode in an IGBT, and one of a source electrode and a drain electrode that does not become the first main electrode in a MOS transistor. Mean one. That is, if the first main electrode is an emitter electrode, the second main electrode is a collector electrode, and if the first main electrode is a source electrode, the second main electrode is a drain electrode. The “control electrode” obviously means the gate electrodes of the IGBT and the MOS transistor.
【0014】本発明の負荷電流微分検出・制御回路を構
成する第1半導体素子として例えばパワーMOSFET
を使用した場合、電力供給経路の一部を成すパワーMO
SFETの端子間電圧(ドレイン−ソース間電圧)は、
オフ状態からオン状態へ遷移する際の(例えば、nチャ
ネル型FETの場合の立ち下がり)電圧特性において、
電力供給経路及び負荷のインピーダンス、即ち、経路が
持つ配線インダクタンス並びに配線抵抗及び短絡抵抗に
基づく時定数に応じて変化する。例えば、短絡が発生し
ていない通常動作では所定電圧以下に速やかに収れんす
るが、完全短絡が発生している場合には所定電圧以下に
ならない。また、ある程度の短絡抵抗を持つ不完全短絡
が発生している場合には、所定電圧に収れんするもの
の、収れんするまでに長い時間を要する。As a first semiconductor element constituting the load current differential detection / control circuit of the present invention, for example, a power MOSFET
Is used, the power MO that forms part of the power supply path
The voltage between the terminals (drain-source voltage) of the SFET is
In the voltage characteristics at the time of transition from the off state to the on state (for example, falling in the case of an n-channel FET),
It changes according to the impedance of the power supply path and the load, that is, the wiring inductance of the path and the time constant based on the wiring resistance and the short-circuit resistance. For example, in a normal operation in which a short circuit does not occur, the voltage quickly decreases to a predetermined voltage or less, but when a complete short circuit occurs, the voltage does not decrease to a predetermined voltage or less. In addition, when an incomplete short circuit having a certain short-circuit resistance occurs, although the voltage converges to a predetermined voltage, it takes a long time to converge.
【0015】本発明の負荷電流微分検出・制御回路は、
このようなオフ状態からオン状態に遷移する際の過渡的
な半導体素子の電圧特性を利用している。つまり、第1
半導体素子の端子間電圧と第2半導体素子の端子間電圧
(基準電圧)との差を検出することによって、電力供給
経路の一部を成す第1半導体素子の端子間電圧(即ち、
電力供給経路の電流)が正常状態から逸脱している程度
を判定する際に、その正常状態から逸脱している程度が
急激な変化であるか穏やかな変化であるかを考慮して、
急激な変化であると判断された場合のみについて第1半
導体素子の導通状態を遮断する。即ち、電流の変化が穏
やかであれば、カレントミラー回路を構成する第1半導
体素子の第2の主電極の電位と、第2半導体素子の第2
の主電極の電位とが等しくなるが、急激な変化の場合
は、このカレントミラー回路の電位の一致が取れないよ
うにすることにより、第1半導体素子の導通状態を遮断
するものである。本発明の負荷電流微分検出・制御回路
においては、電流検出を行うために電力の供給経路に直
列接続される従来のようなシャント抵抗は不要である。
また、完全短絡による過電流のみならず、ある程度の短
絡抵抗を持つ不完全短絡などのレアショートが発生した
場合の異常電流をも、電流の時間微分(電流上昇率)d
i/dtを考慮して簡単に検出可能である。The load current differential detection / control circuit of the present invention comprises:
The transitional voltage characteristics of the semiconductor element when transitioning from the off state to the on state are used. That is, the first
By detecting the difference between the voltage between the terminals of the semiconductor element and the voltage between the terminals of the second semiconductor element (reference voltage), the voltage between the terminals of the first semiconductor element that forms a part of the power supply path (ie,
Power supply path current) deviates from the normal state in consideration of whether the degree of deviation from the normal state is a sudden change or a gentle change,
The conduction state of the first semiconductor element is cut off only when it is determined that the change is a sudden change. That is, if the change in the current is gentle, the potential of the second main electrode of the first semiconductor element constituting the current mirror circuit and the potential of the second main electrode of the second semiconductor element are changed.
However, in the case of a sudden change, the conduction state of the first semiconductor element is cut off by preventing the potential of the current mirror circuit from matching. In the load current differential detection / control circuit of the present invention, a conventional shunt resistor connected in series to a power supply path for performing current detection is unnecessary.
In addition, not only the overcurrent due to a complete short circuit but also the abnormal current when a rare short circuit such as an incomplete short circuit having a certain short resistance occurs occurs, the current is differentiated over time (current rise rate) d.
It can be easily detected in consideration of i / dt.
【0016】具体的には、本発明の負荷電流微分検出・
制御回路に用いる「電流上昇率識別回路」は、第3の信
号端子に一端が接続されるダイオードと第1の抵抗との
直列回路に並列接続された第2の抵抗とからなる並列回
路と、並列回路の他端と接地電位の間に接続されたコン
デンサと、第1の信号端子に第1の主電極を接続し、第
2の主電極と接地電位との間に第1の接地抵抗を接続し
た第4半導体素子と、第2の信号端子に第1の主電極、
並列回路の他端に制御電極を接続し、第2の主電極を第
4半導体素子の制御電極に接続し、更に、第2の主電極
と接地電位との間に第2の接地抵抗を接続した第5半導
体素子とから構成すれば良い。ここで、第2の抵抗を可
変抵抗としても良く、コンデンサを可変コンデンサとし
ても良い。Specifically, the load current differential detection and
The “current rise rate discrimination circuit” used for the control circuit includes a parallel circuit including a diode having one end connected to the third signal terminal and a second resistor connected in parallel to a series circuit of the first resistor; A capacitor connected between the other end of the parallel circuit and the ground potential, a first main electrode connected to the first signal terminal, and a first ground resistance connected between the second main electrode and the ground potential. A fourth semiconductor element connected thereto, a first main electrode connected to a second signal terminal,
A control electrode is connected to the other end of the parallel circuit, a second main electrode is connected to a control electrode of the fourth semiconductor element, and a second ground resistor is connected between the second main electrode and a ground potential. And the fifth semiconductor element described above. Here, the second resistor may be a variable resistor, and the capacitor may be a variable capacitor.
【0017】本発明の負荷電流微分検出・制御回路に用
いる「第1半導体素子」は、温度センサと、この温度セ
ンサに接続されたラッチ回路と、このラッチ回路に制御
電極を接続した過熱遮断用トランジスタと、この過熱遮
断用トランジスタに制御電極を接続した主トランジスタ
とからなる温度センサ内蔵スイッチング素子で構成する
ことが可能である。The "first semiconductor element" used in the load current differential detection / control circuit according to the present invention includes a temperature sensor, a latch circuit connected to the temperature sensor, and an overheat shut-off circuit having a control electrode connected to the latch circuit. It is possible to comprise a switching element with a built-in temperature sensor comprising a transistor and a main transistor in which a control electrode is connected to the overheating cutoff transistor.
【0018】更に、第1半導体素子の第2の主電極、温
度センサに接続されたオン/オフ回数積算回路を有する
ようにしても良い。こうすれば、このオン/オフ回数積
算回路により、第1半導体素子のオン/オフ制御回数が
所定回数に達したときに、第1半導体素子をターンオフ
するように構成出来る。[0018] Further, an on / off frequency integrating circuit connected to the second main electrode of the first semiconductor element and the temperature sensor may be provided. With this configuration, it is possible to configure the first semiconductor element to be turned off when the number of times of on / off control of the first semiconductor element reaches the predetermined number by the on / off number integration circuit.
【0019】本発明の負荷電流微分検出・制御回路に用
いる第1、第2及び第3半導体素子は、互いに単位長さ
(単位チャネル幅)当たりの伝達コンダクタンスが等し
い半導体素子とすれば良い。そして、第1半導体素子の
定格電流容量は、nを2以上の正の整数として、第2及
び第3半導体素子の定格電流容量のn倍であるようにし
て、カレントミラー回路を構成すれば良い。The first, second, and third semiconductor elements used in the load current differential detection / control circuit of the present invention may be semiconductor elements having the same transmission conductance per unit length (unit channel width). The current mirror circuit may be configured such that the rated current capacity of the first semiconductor element is n times the rated current capacity of the second and third semiconductor elements, where n is a positive integer of 2 or more. .
【0020】なお、電流上昇率識別回路の第4半導体素
子をnpn型バイポーラトランジスタで、第5半導体素
子をpnp型バイポーラトランジスタで構成することが
可能である。The fourth semiconductor element of the current rise rate discrimination circuit can be constituted by an npn-type bipolar transistor, and the fifth semiconductor element can be constituted by a pnp-type bipolar transistor.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
実施の形態としての負荷電流微分検出・制御回路を説明
する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分
には同一又は類似の符号を付している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a load current differential detection / control circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
【0022】本発明の実施の形態に係る負荷電流微分検
出・制御回路は、図1に示すように、入力用端子T1に
接続された第1の主電極、出力用端子T3に接続された
第2の主電極及び制御電極とを有する第1半導体素子Q
Aと、第1半導体素子QAの第1の主電極、制御電極に
それぞれ接続された第1の主電極、制御電極と、第2の
主電極とを有する第2半導体素子QBと、第1半導体素
子QAの第1の主電極、制御電極にそれぞれ接続された
第1の主電極、制御電極と、第2の主電極とを有する第
3半導体素子QCと、第1半導体素子QAの第2の主電
極に第1の入力端子を接続し、第3半導体素子QCの第
2の主電極に第2の入力端子を接続した第1の比較器C
MP1と、第1及び第2半導体素子のそれぞれの第2の
主電極間電圧を比較する第2の比較器CMP2、第2の
比較器CMP2の出力に応じて、第1乃至第3半導体素
子QA,QB,QCのそれぞれの制御電極GA,GB,
GCに制御電圧を供給する駆動回路111と、第2半導
体素子QBの第2の主電極SBに第1の信号端子T27
を、第3半導体素子QCの第2の主電極SCに第2の信
号端子T26を、第1の比較器CMP1の出力端子に第
3の信号端子T25を接続した電流上昇率識別回路31
1とから少なくともなるパワーICである。ここで、電
流上昇率識別回路311は、第3の信号端子T25に一
端が接続されるダイオードD21と第1の抵抗R21と
の直列回路に並列接続された第2の抵抗R22とからな
る並列回路と、並列回路の他端と接地電位(GND)の
間に接続されたコンデンサC23と、第1の信号端子T
27に第1の主電極を接続し、第2の主電極と接地電位
との間に第1の接地抵抗R25を接続した第4半導体素
子Q22と、第2の信号端子T26に第1の主電極、並
列回路の他端に制御電極を接続し、第2の主電極を第4
半導体素子Q22の制御電極に接続し、更に、第2の主
電極と接地電位との間に第2の接地抵抗R24を接続し
た第5半導体素子Q21とから構成されている。As shown in FIG. 1, the load current differential detection / control circuit according to the embodiment of the present invention has a first main electrode connected to an input terminal T1, and a first main electrode connected to an output terminal T3. Semiconductor device Q having two main electrodes and a control electrode
A, a second semiconductor element QB having a first main electrode, a control electrode, and a second main electrode respectively connected to the first main electrode and the control electrode of the first semiconductor element QA; A third semiconductor element QC having a first main electrode, a control electrode, and a second main electrode respectively connected to the first main electrode and the control electrode of the element QA, and a second semiconductor element QC of the first semiconductor element QA. A first comparator C having a first input terminal connected to the main electrode and a second input terminal connected to the second main electrode of the third semiconductor element QC;
MP1 is compared with a second comparator CMP2 that compares the second main electrode voltage of each of the first and second semiconductor elements, and the first to third semiconductor elements QA are output in accordance with the output of the second comparator CMP2. , QB, QC control electrodes GA, GB,
A driving circuit 111 for supplying a control voltage to the GC, and a first signal terminal T27 connected to the second main electrode SB of the second semiconductor element QB.
A current rise rate discrimination circuit 31 in which the second signal terminal T26 is connected to the second main electrode SC of the third semiconductor element QC, and the third signal terminal T25 is connected to the output terminal of the first comparator CMP1.
1 is a power IC. Here, the current increase rate discrimination circuit 311 is a parallel circuit including a diode D21 having one end connected to the third signal terminal T25 and a second resistor R22 connected in parallel to a series circuit of the first resistor R21. A capacitor C23 connected between the other end of the parallel circuit and the ground potential (GND), and a first signal terminal T
27, a first main electrode is connected to the second main electrode, a first ground resistor R25 is connected between the second main electrode and the ground potential, and a first main electrode is connected to the second signal terminal T26. The control electrode is connected to the other end of the electrode and the parallel circuit, and the second main electrode is connected to the fourth
The fifth semiconductor element Q21 is connected to the control electrode of the semiconductor element Q22, and further has a second ground resistor R24 connected between the second main electrode and the ground potential.
【0023】このような回路構成により、本発明の実施
の形態としての負荷電流微分検出・制御回路は、出力用
端子T3に接続される負荷102に流れる異常電流の時
間微分di/dtを検知して、時間微分値が所定の値以
上の場合のみについて第1半導体素子(第1半導体素
子)QAをオン/オフ制御して電流振動を生成し、この
電流振動の回数を積算することにより、入力用端子T1
と出力用端子T3との間の導通状態を遮断する。そし
て、本発明の実施の形態に係る負荷電流微分検出・制御
回路は、第1半導体素子(パワーデバイス)QAと、こ
の第1半導体素子QAを遮断する制御回路とを同一基板
上に集積化したパワーICの構成をしている。With such a circuit configuration, the load current differential detection / control circuit according to the embodiment of the present invention detects the time differential di / dt of the abnormal current flowing through the load 102 connected to the output terminal T3. Only when the time differential value is equal to or greater than a predetermined value, the first semiconductor element (first semiconductor element) QA is turned on / off to generate a current oscillation, and the number of times of the current oscillation is integrated to thereby obtain an input. Terminal T1
And the output terminal T3 is disconnected. In the load current differential detection / control circuit according to the embodiment of the present invention, a first semiconductor element (power device) QA and a control circuit for shutting off the first semiconductor element QA are integrated on the same substrate. It has a power IC configuration.
【0024】電流振動の回数を積算するために、本発明
の負荷電流微分検出・制御回路は、図2に示すオン/オ
フ回数積算回路304を更に有している。即ち、このオ
ン/オフ回数積算回路304は、負荷に異常が発生した
ときに、一定時間後(回数積算が所定回数に達した
後)、第1半導体素子QAを遮断できる回路である。オ
ン/オフ回数積算回路304は、図6のノードN51、
及び図1のノードN52,N53,N54,N55,N
56に接続されている。この構成により、例えば、パワ
ーウインドに挟み込み等の負荷異常が発生し、負荷電流
が急増したときには、第1半導体素子QAがオン/オフ
動作する。第1半導体素子QAをオン/オフ動作させる
ことにより、モータ駆動力を制限する。そして、挟み込
み状態が一定時間継続したら、負荷102に相当するモ
ータを停止させて、パワーウインドのガラスの上昇によ
る挟み込み力の増大を防止することが出来る。In order to integrate the number of current oscillations, the load current differential detection / control circuit of the present invention further includes an on / off number integration circuit 304 shown in FIG. In other words, the on / off count integrating circuit 304 is a circuit that can shut off the first semiconductor element QA after a predetermined time (after the count has reached a predetermined number) when an abnormality occurs in the load. The on / off times integration circuit 304 includes a node N51 in FIG.
And nodes N52, N53, N54, N55, N in FIG.
56. With this configuration, for example, when a load abnormality such as a pinch between the power windows occurs and the load current suddenly increases, the first semiconductor element QA turns on / off. The driving force of the motor is limited by turning on / off the first semiconductor element QA. Then, when the entrapment state continues for a certain period of time, the motor corresponding to the load 102 is stopped, so that an increase in the entrapment force due to the rise of the glass of the power window can be prevented.
【0025】オン/オフ回数積算回路304において、
図6のノードN51には、ダイオードD32が接続され
ている。そして、このダイオードD32には、nMOS
トランジスタQ31が接続され、nMOSトランジスタ
Q31のゲート電極と接地電位(GND)間には、コン
デンサC31及び抵抗R33が並列接続されている。図
1のノードN53には、抵抗R30が接続され、この抵
抗R30とnMOSトランジスタQ31の間には、抵抗
R31が接続されている。図1のノードN55とnMO
SトランジスタQ31のゲート電極との間には、pnp
型バイポーラ・トランジスタQ32,Q34及び抵抗R
32とからなる直列接続回路が挿入されている。pnp
型バイポーラ・トランジスタQ32のベース電極と抵抗
R31間には、抵抗R36と逆流阻止用ダイオードD3
1とからなる直列接続回路が挿入されている。pnp型
バイポーラ・トランジスタQ34のベース電極と接地電
位(GND)間には、抵抗R35とnpn型バイポーラ
・トランジスタQ33とからなる直列接続回路が挿入さ
れている。図1のノードN54は、pnp型バイポーラ
・トランジスタQ32のコレクタ電極とpnp型バイポ
ーラ・トランジスタQ34のエミッタ電極の接続点に接
続されている。そして、更に、ノードN54とnpn型
バイポーラ・トランジスタQ33のベース電極間には、
ツェナーダイオードZD31,抵抗R34,及びダイオ
ードD33とからなる直列接続回路が挿入されている。
そして、npn型バイポーラ・トランジスタQ33のベ
ース電極・エミッタ間には、抵抗R37が接続されてい
る。In the on / off frequency integration circuit 304,
The diode D32 is connected to the node N51 in FIG. The diode D32 has an nMOS
The transistor Q31 is connected, and a capacitor C31 and a resistor R33 are connected in parallel between the gate electrode of the nMOS transistor Q31 and the ground potential (GND). A resistor R30 is connected to the node N53 in FIG. 1, and a resistor R31 is connected between the resistor R30 and the nMOS transistor Q31. Node N55 and nMO of FIG.
Pnp between the gate electrode of S transistor Q31
-Type bipolar transistors Q32 and Q34 and a resistor R
32 is inserted. pnp
A resistor R36 and a reverse current blocking diode D3 are provided between the base electrode of the bipolar transistor Q32 and the resistor R31.
1 is inserted. A series connection circuit composed of a resistor R35 and an npn bipolar transistor Q33 is inserted between the base electrode of the pnp bipolar transistor Q34 and the ground potential (GND). The node N54 in FIG. 1 is connected to a connection point between the collector electrode of the pnp bipolar transistor Q32 and the emitter electrode of the pnp bipolar transistor Q34. Further, between the node N54 and the base electrode of the npn-type bipolar transistor Q33,
A series connection circuit including a Zener diode ZD31, a resistor R34, and a diode D33 is inserted.
The resistor R37 is connected between the base electrode and the emitter of the npn-type bipolar transistor Q33.
【0026】図2に示すオン/オフ回数積算回路304
は、オン/オフ動作している場合は、ゲート駆動オフの
とき、第1半導体素子QAのソース電極に電位が発生す
るので、これを検出して、継続時間を積算する。ゲート
駆動オフのときは、pnp型バイポーラ・トランジスタ
Q32がターンオンする。このとき、第1半導体素子Q
Aのソース電極に電位が発生すると、ツェナーダイオー
ドZD31,抵抗R34,ダイオードD33及び抵抗R
37とからなる直列接続回路を介して接地電位(GN
D)に電流が流れ、npn型バイポーラ・トランジスタ
Q33がターンオンする。npn型バイポーラ・トラン
ジスタQ33がターンオンすると、pnp型バイポーラ
・トランジスタQ34がターンオンする。pnp型バイ
ポーラ・トランジスタQ34がターンオンすれば、pn
p型バイポーラ・トランジスタQ32,Q34、抵抗R
32、及びコンデンサC31とからなる直列接続回路を
介して接地電位(GND)に電流が流れ、コンデンサC
31が充電される。The on / off frequency integrating circuit 304 shown in FIG.
In the on / off operation, when the gate drive is off, a potential is generated at the source electrode of the first semiconductor element QA, and this is detected and the duration is integrated. When the gate drive is off, the pnp bipolar transistor Q32 turns on. At this time, the first semiconductor element Q
When a potential is generated at the source electrode of A, Zener diode ZD31, resistor R34, diode D33 and resistor R
37 and the ground potential (GN)
A current flows through D), and the npn-type bipolar transistor Q33 is turned on. When the npn-type bipolar transistor Q33 turns on, the pnp-type bipolar transistor Q34 turns on. When the pnp bipolar transistor Q34 is turned on, pn
p-type bipolar transistors Q32 and Q34, resistor R
32 and a capacitor C31, a current flows to the ground potential (GND) through a series connection circuit,
31 is charged.
【0027】nMOSトランジスタQ31のゲート電位
は最初はしきい値以下なのでオフ状態にあるが、コンデ
ンサC31の充電に伴ってゲート電位が上昇するとnM
OSトランジスタQ31はオン状態に遷移する。nMO
SトランジスタQ31がオン状態に遷移すると、図6に
示した温度センサ121のアノード側のノードN51が
引き下げられるので、高温状態と同じ条件となって過熱
遮断用MOSトランジスタQSがオン状態に遷移して、
第1半導体素子QAを遮断する。Although the gate potential of the nMOS transistor Q31 is initially lower than the threshold value, it is in an off state. However, when the gate potential rises with the charging of the capacitor C31, nM
OS transistor Q31 transitions to the ON state. nMO
When the S-transistor Q31 transitions to the ON state, the node N51 on the anode side of the temperature sensor 121 shown in FIG. 6 is pulled down. ,
The first semiconductor element QA is shut off.
【0028】本発明の負荷電流微分検出・制御回路を構
成するパワーICとしては、種々の形態が採用可能であ
る。例えば、第1乃至第3半導体素子QA,QB,Q
C、第1及び第2の比較器CMP1,CMP2及び駆動
回路111を同一半導体チップ110上に集積化して、
モノリシック・パワーICの構成でも良い。更に、第1
乃至第3半導体素子QA,QB,QC、、第1及び第2
の比較器CMP1,CMP2、駆動回路111及び電流
上昇率識別回路311を、すべて同一半導体チップ11
0上に集積化すれば、極めて軽量・小型なモノリシック
・パワーICが実現出来る。或いは、第1乃至第3半導
体素子QA,QB,QC、第1及び第2の比較器CMP
1,CMP2、及び駆動回路111を同一の半導体チッ
プ110上に集積化し、電流上昇率識別回路311を、
この半導体チップとは異なる他の半導体チップ311上
に集積化し、半導体チップ110及び他の半導体チップ
311を同一の回路基板(実装基板)上に実装した、マ
ルチチップモジュール(MCM)の構成やハイブリッド
ICの構成でもかまわない。この場合、回路基板(実装
基板)として、セラミック、ガラスエポキシ等の絶縁性
基板や絶縁金属基板等が使用可能である。入力用端子T
1及び出力用端子T3は、回路基板(実装基板)上の実
装配線の上に、ボンディングワイヤ等で1次実装の形で
接続しても良く、半導体チップ110をセラミック基板
上にマウントし、このセラミック基板上の配線にボンデ
ィングワイヤ等で接続した後に、半田付け等の2次実装
の形で実装配線と接続しても良い。また、ハイブリッド
ICとしては、第1乃至第3半導体素子QA,QB,Q
C、第1及び第2の比較器CMP1,CMP2、及び駆
動回路が同一の半導体チップ110上にモノリシックに
集積化し、第4半導体素子Q22及び第5半導体素子Q
21を、個別素子として、同一の回路基板(実装基板)
上に、半導体チップ110と共に実装する構成でもかま
わない。Various forms can be adopted as the power IC constituting the load current differential detection / control circuit of the present invention. For example, the first to third semiconductor elements QA, QB, Q
C, the first and second comparators CMP1 and CMP2 and the drive circuit 111 are integrated on the same semiconductor chip 110,
A configuration of a monolithic power IC may be used. Furthermore, the first
To third semiconductor elements QA, QB, QC, first and second
The comparators CMP1 and CMP2, the drive circuit 111, and the current increase rate identification circuit 311 are all the same semiconductor chip 11.
If integrated on a chip, an extremely lightweight and small monolithic power IC can be realized. Alternatively, the first to third semiconductor elements QA, QB, QC, the first and second comparators CMP
, CMP2, and the drive circuit 111 are integrated on the same semiconductor chip 110, and the current increase rate identification circuit 311 is
A multi-chip module (MCM) configuration or hybrid IC in which the semiconductor chip 110 and another semiconductor chip 311 are integrated on another semiconductor chip 311 different from this semiconductor chip and mounted on the same circuit board (mounting board) The configuration of is also acceptable. In this case, as the circuit board (mounting board), an insulating substrate such as ceramic or glass epoxy, an insulating metal substrate, or the like can be used. Input terminal T
1 and the output terminal T3 may be connected in the form of primary mounting with a bonding wire or the like on a mounting wiring on a circuit board (mounting board), and the semiconductor chip 110 is mounted on a ceramic substrate. After connecting to the wiring on the ceramic substrate with a bonding wire or the like, the wiring may be connected to the mounting wiring in the form of secondary mounting such as soldering. Further, as the hybrid IC, the first to third semiconductor elements QA, QB, Q
C, the first and second comparators CMP1 and CMP2, and the driving circuit are monolithically integrated on the same semiconductor chip 110, and the fourth semiconductor element Q22 and the fifth semiconductor element Q22 are integrated.
21 is the same circuit board (mounting board) as an individual element
A configuration in which it is mounted together with the semiconductor chip 110 may be used.
【0029】また、必ずしも、第1乃至第3半導体素子
QA,QB,QC、第1及び第2の比較器CMP1,C
MP2、及び駆動回路のすべてが同一の半導体チップ1
10上にある必要はない。例えば、第1乃至第3半導体
素子QA,QB,QCを個別素子として、回路基板(実
装基板)上に、第1及び第2の比較器CMP1,CMP
2、及び駆動回路が集積化された半導体チップ110と
共に実装する構成でもかまわない。例えば、第1半導体
素子(第1半導体素子)QAが、100Aクラスから数
1000Aクラス以上の大電力用デバイスであれば、放
熱設計上、第1半導体素子QAは、個別素子として、独
立に実装した方が好ましい場合がある。The first to third semiconductor elements QA, QB, QC, the first and second comparators CMP1, C
The semiconductor chip 1 in which all of the MP2 and the drive circuit are the same
There is no need to be on 10. For example, the first and second comparators CMP1 and CMP1 may be mounted on a circuit board (mounting board) by using the first to third semiconductor elements QA, QB, and QC as individual elements.
2, and a configuration in which the driving circuit is mounted together with the integrated semiconductor chip 110 may be used. For example, if the first semiconductor element (first semiconductor element) QA is a high power device of 100A class to several thousands A class or more, the first semiconductor element QA is independently mounted as an individual element in terms of heat dissipation design. May be preferred.
【0030】本発明の負荷電流微分検出・制御回路の第
1半導体素子(パワーデバイス)QAとしては、感熱遮
断機能を有した半導体スイッチング素子が好ましい。こ
の感熱遮断機能を有した第1半導体素子QAとしては、
例えば、図6に示した温度センサ内蔵スイッチング素子
QFと等価な回路構成の個別素子を用いることも可能で
ある(但し、この場合、第1半導体素子QAは、厳密に
は、個別素子というよりも、図6に示した回路構成のモ
ノリシック・パワーICである。)。従って、この第1
半導体素子QAを、第1半導体素子QAの制御回路を搭
載した他の半導体チップと共に、回路基板(実装基板)
に実装したハイブリッドICの構成でもかまわない。As the first semiconductor element (power device) QA of the load current differential detection / control circuit of the present invention, a semiconductor switching element having a thermal cutoff function is preferable. As the first semiconductor element QA having the heat-sensitive shut-off function,
For example, it is also possible to use an individual element having a circuit configuration equivalent to the switching element QF with a built-in temperature sensor shown in FIG. 6 (however, in this case, the first semiconductor element QA is strictly more than an individual element. , A monolithic power IC having the circuit configuration shown in FIG. 6). Therefore, this first
The semiconductor element QA is mounted on a circuit board (mounting board) together with another semiconductor chip on which the control circuit of the first semiconductor element QA is mounted.
The configuration of the hybrid IC mounted on the device may be used.
【0031】ハイブリッドICの構成では、回路基板
(実装基板)の入力用リード端子等を介して、入力用端
子T1に、電源電圧VBが、電源101から供給され
る。また、出力用リード端子等を介して、出力用端子T
3に、所定の負荷102が接続される。また、モノリシ
ックICの構成であれば、セラミック基板等を有したパ
ッケージの入力用リード端子等を介して、入力用端子T
1に電源電圧VBが電源101から供給され、出力用リ
ード端子等を介して、出力用端子T3に所定の負荷10
2が接続される。これらのハイブリッドICやモノリシ
ックICにおいて、更に樹脂モールドや、金属ケースを
用いても良いことは勿論である。In the configuration of the hybrid IC, the power supply voltage VB is supplied from the power supply 101 to the input terminal T1 via the input lead terminal of the circuit board (mounting board). Further, the output terminal T is output via an output lead terminal or the like.
3, a predetermined load 102 is connected. In the case of a monolithic IC configuration, the input terminals T are connected via input lead terminals of a package having a ceramic substrate or the like.
1, a power supply voltage VB is supplied from a power supply 101, and a predetermined load 10 is applied to an output terminal T3 via an output lead terminal or the like.
2 are connected. Of course, in these hybrid ICs and monolithic ICs, a resin mold or a metal case may be used.
【0032】なお、本発明の負荷電流微分検出・制御回
路を構成するモノリシックパワーICにおいては、感熱
遮断機能に必要な回路素子のレイアウト構成は、半導体
チップ上の表面配線の幅や素子分離領域の構造を含めた
総合的なレイアウト設計により定められる。つまり、図
6に示す感熱遮断機能に必要な回路素子は、図2に示し
たオン/オフ回数積算回路304等の他の機能に必要な
回路素子のレイアウトと共に同一半導体チップ上に最適
化される。なお、オン/オフ回数積算回路304を具備
した場合は、第1半導体素子QAに、必ずしも、温度セ
ンサは必須ではないので、単純な個別素子でも良い。In the monolithic power IC constituting the load current differential detection / control circuit of the present invention, the layout configuration of the circuit elements required for the thermal cutoff function depends on the width of the surface wiring on the semiconductor chip and the width of the element isolation region. It is determined by comprehensive layout design including the structure. In other words, the circuit elements required for the thermal cutoff function shown in FIG. 6 are optimized on the same semiconductor chip together with the layout of the circuit elements required for other functions such as the on / off frequency integration circuit 304 shown in FIG. . In the case where the on / off frequency integration circuit 304 is provided, a temperature sensor is not necessarily required for the first semiconductor element QA, and thus a simple individual element may be used.
【0033】さて、本発明の負荷電流微分検出・制御回
路に用いる第1半導体素子QAとしては、例えば、DM
OS構造、VMOS構造、或いはUMOS構造のパワー
MOSFETやこれらと類似な構造のMOSSITが使
用可能である。また、ESTやMCT等のMOS複合型
デバイスやIGBT等の他の絶縁ゲート型パワーデバイ
スが使用可能である。更に、常にゲートを逆バイアスで
使うのであれば、接合型FET、接合型SITやSIサ
イリスタ等も使用可能である。いずれにしても、第1半
導体素子QAは、nチャネル型でもpチャネル型でもか
まわない。従って、図1に示す本発明の実施の形態に係
るパワーICは、nチャネル型及びpチャネル型の両方
が存在する。The first semiconductor element QA used in the load current differential detection / control circuit of the present invention is, for example, DM
A power MOSFET having an OS structure, a VMOS structure, or a UMOS structure, or a MOSSIT having a structure similar thereto can be used. Further, a MOS composite device such as EST or MCT or another insulated gate power device such as IGBT can be used. Furthermore, if the gate is always used with a reverse bias, a junction FET, a junction SIT, an SI thyristor, or the like can be used. In any case, the first semiconductor element QA may be an n-channel type or a p-channel type. Therefore, the power IC according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 has both an n-channel type and a p-channel type.
【0034】以下においては、同一半導体チップ110
上に、図1に示すような第1半導体素子QA等の所定の
回路素子が、モノリシックに集積化されたnチャネル型
パワーICについて説明する。即ち、第1半導体素子Q
Aは、例えば、図6に示すような主素子(パワーデバイ
ス)QM、この主MOSトランジスタQMの真のゲート
に接続した抵抗RG、温度センサ121、温度センサ1
21にゲートを接続したnMOSトランジスタQ51、
このnMOSトランジスタQ51の出力側に接続された
ラッチ回路122及びラッチ回路122の出力側にゲー
トを接続した過熱遮断用MOSトランジスタQSを具備
した半導体チップ110上の回路である。従って、第1
半導体素子QAの第1及び第2主電極は、それぞれ、こ
の第1半導体素子QAを構成する主素子(パワーデバイ
ス)の第1及び第2主電極領域に接続されている。「第
1主電極領域」とは、IGBTにおいてエミッタ領域又
はコレクタ領域のいずれか一方、パワーMOSFETや
パワーMOSSIT等のパワーMOSトランジスタにお
いてはソース領域又はドレイン領域のいずれか一方を意
味する。「第2主電極領域」とは、IGBTにおいては
上記第1主電極領域とはならないエミッタ領域又はコレ
クタ領域のいずれか一方、パワーMOSトランジスタに
おいては上記第1主電極領域とはならないソース領域又
はドレイン領域のいずれか一方を意味する。即ち、第1
主電極領域が、エミッタ領域であれば、第2主電極領域
はコレクタ領域であり、第1主電極領域がソース領域で
あれば、第2主電極領域はドレイン領域である。また、
「制御電極」とはIGBT及びパワーMOSトランジス
タのゲート電極を意味することは勿論である。第1半導
体素子QAと同様な電流電圧特性を有する第2及び第3
半導体素子QB,QCについても、同様に「主電極」及
び「制御電極」が定義される。この第1半導体素子QA
の主素子QMは、例えば、複数個のユニットセル(単位
セル)が並列接続されたマルチ・チャネル構造のパワー
デバイスを採用すれば良い。In the following, the same semiconductor chip 110
An n-channel power IC in which predetermined circuit elements such as the first semiconductor element QA as shown in FIG. 1 are monolithically integrated will be described above. That is, the first semiconductor element Q
A is, for example, a main element (power device) QM as shown in FIG. 6, a resistor RG connected to a true gate of the main MOS transistor QM, a temperature sensor 121, a temperature sensor 1
An nMOS transistor Q51 having a gate connected to 21;
This is a circuit on the semiconductor chip 110 including a latch circuit 122 connected to the output side of the nMOS transistor Q51 and an overheat cutoff MOS transistor QS having a gate connected to the output side of the latch circuit 122. Therefore, the first
The first and second main electrodes of the semiconductor element QA are connected to the first and second main electrode regions of a main element (power device) constituting the first semiconductor element QA, respectively. The “first main electrode region” means one of an emitter region and a collector region in an IGBT, and one of a source region and a drain region in a power MOS transistor such as a power MOSFET or a power MOSSIT. The "second main electrode region" means either an emitter region or a collector region that does not become the first main electrode region in an IGBT, or a source region or a drain that does not become the first main electrode region in a power MOS transistor. Means one of the areas. That is, the first
If the main electrode region is an emitter region, the second main electrode region is a collector region, and if the first main electrode region is a source region, the second main electrode region is a drain region. Also,
Of course, the “control electrode” means the gate electrode of the IGBT and the power MOS transistor. Second and third transistors having current-voltage characteristics similar to those of the first semiconductor element QA.
Similarly, “main electrodes” and “control electrodes” are defined for the semiconductor elements QB and QC. This first semiconductor element QA
For example, a power device having a multi-channel structure in which a plurality of unit cells (unit cells) are connected in parallel may be used as the main element QM.
【0035】主素子QMとして、図6に示すようなMO
Sトランジスタが用いられている場合を例に説明する。
図6においては、過熱遮断用MOSトランジスタQSの
出力側に主素子(主MOSトランジスタ)QMの真のゲ
ートが接続されている。主MOSトランジスタQMは、
複数個のユニットセル(単位セル)が並列接続されたマ
ルチ・チャネル構造のパワーMOSトランジスタであ
る。そして、この主MOSトランジスタ(パワーデバイ
ス)QMに並列接続されるように、第2及び第3半導体
素子QB,QCが、隣接する位置に配置されている。こ
の結果、第1半導体素子QAと第2及び第3半導体素子
QB,QCとが、同一半導体チップ110上に集積化さ
れている。この第2及び第3半導体素子QB,QCに
は、温度センサ、ラッチ回路或いは過熱遮断用MOSト
ランジスタQS等の基準デバイスを過熱遮断するための
回路は必須ではない。第2及び第3半導体素子QB,Q
Cが、第1半導体素子QA(主MOSトランジスタQ
M)と同一プロセスで、隣接位置に配置されているの
で、温度ドリフトやロット間の不均一性の影響による互
いの電気的特性のバラツキを除去(削減)できる。第2
及び第3半導体素子QB,QCの電流容量が主MOSト
ランジスタQMの電流容量よりも小さくなるように、第
2及び第3半導体素子QB,QCを構成する並列接続の
ユニットセル数を調整している。例えば、第2及び第3
半導体素子QB,QCのユニットセル数1に対して、第
1半導体素子QA(主MOSトランジスタQM)のユニ
ットセル数nを1000となるように構成することによ
り、第2及び第3半導体素子QB,QCと第1半導体素
子QAのチャネル幅Wの比を1:n(n=1000)と
している。また、温度センサ121は、第2及び第3半
導体素子QB,QC及び第1半導体素子QAの上部に形
成された層間絶縁膜の上部に堆積されたポリシリコン薄
膜からなるpn接合ダイオード等で構成されている。即
ち、複数個のポリシリコンダイオードが直列接続された
温度センサ121が、主MOSトランジスタQMのチャ
ネル領域の近傍の位置に集積化されている。As the main element QM, an MO as shown in FIG.
A case where an S transistor is used will be described as an example.
In FIG. 6, the true gate of the main element (main MOS transistor) QM is connected to the output side of the overheat cutoff MOS transistor QS. The main MOS transistor QM
This is a power MOS transistor having a multi-channel structure in which a plurality of unit cells (unit cells) are connected in parallel. The second and third semiconductor elements QB and QC are arranged at adjacent positions so as to be connected in parallel to the main MOS transistor (power device) QM. As a result, the first semiconductor element QA and the second and third semiconductor elements QB and QC are integrated on the same semiconductor chip 110. The second and third semiconductor elements QB and QC do not require a circuit for overheating a reference device such as a temperature sensor, a latch circuit, or a MOS transistor QS for overheating. Second and third semiconductor elements QB, Q
C is the first semiconductor element QA (main MOS transistor Q
Since they are arranged at adjacent positions in the same process as in the case of M), it is possible to remove (reduce) variations in electrical characteristics due to the influence of temperature drift and non-uniformity between lots. Second
The number of unit cells connected in parallel constituting the second and third semiconductor elements QB and QC is adjusted so that the current capacity of the third semiconductor elements QB and QC is smaller than the current capacity of the main MOS transistor QM. . For example, the second and third
By configuring the unit cell number n of the first semiconductor element QA (main MOS transistor QM) to be 1000 for the unit cell number of the semiconductor elements QB and QC, the second and third semiconductor elements QB, The ratio between QC and the channel width W of the first semiconductor element QA is set to 1: n (n = 1000). The temperature sensor 121 includes a pn junction diode formed of a polysilicon thin film deposited on an interlayer insulating film formed on the second and third semiconductor elements QB and QC and the first semiconductor element QA. ing. That is, the temperature sensor 121 in which a plurality of polysilicon diodes are connected in series is integrated at a position near the channel region of the main MOS transistor QM.
【0036】このような構成において、主MOSトラン
ジスタQMの接合温度が上昇し、半導体チップ110の
表面の温度が上昇すれば、この温度上昇に従い、温度セ
ンサ121の順方向降下電圧が低下する。即ち、複数個
直列接続されたダイオードの両端の電圧が降下するの
で、nMOSトランジスタQ51のゲート電位が“L”
レベルとされる電位まで下がり、nMOSトランジスタ
Q51がオン状態からオフ状態に遷移する。これによ
り、nMOSトランジスタQ54のゲート電位が第1半
導体素子QAのゲート制御端子Gの電位にプルアップさ
れ、nMOSトランジスタQ54がオフ状態からオン状
態に遷移して、ラッチ回路122に“1”がラッチされ
ることとなる。このとき、ラッチ回路122の出力が
“H”レベルとなって過熱遮断用MOSトランジスタQ
Sがオフ状態からオン状態に遷移する。この結果、主M
OSトランジスタQMの真のゲートTGとソースS0間
が短絡されて、主MOSトランジスタQMがオン状態か
らオフ状態に遷移し、第1半導体素子QAの過熱遮断動
作が完了することとなる。In such a configuration, if the junction temperature of the main MOS transistor QM rises and the temperature of the surface of the semiconductor chip 110 rises, the forward voltage drop of the temperature sensor 121 decreases in accordance with this rise in temperature. That is, since the voltage across both ends of the diodes connected in series drops, the gate potential of the nMOS transistor Q51 becomes "L".
The potential drops to a level, and the nMOS transistor Q51 transitions from the on state to the off state. As a result, the gate potential of the nMOS transistor Q54 is pulled up to the potential of the gate control terminal G of the first semiconductor element QA, the nMOS transistor Q54 transitions from the off state to the on state, and "1" is latched in the latch circuit 122. Will be done. At this time, the output of the latch circuit 122 becomes “H” level and the overheat cutoff MOS transistor Q
S transitions from the off state to the on state. As a result, the main M
OS transistor is short-circuited between the true gate TG and the source S 0 of QM, mainly MOS transistor QM is shifted from the ON state to the OFF state, so that the overheat cut-off operation of the first semiconductor element QA is complete.
【0037】本発明の負荷電流微分検出・制御回路は、
より具体的には、図1に示すように、第2及び第3半導
体素子QB,QC、抵抗R1,R2,R5,R14,R
G,ツェナーダイオードZD1、ダイオードD1、第2
の比較器CMP2、駆動回路111、第1半導体素子Q
Aの第2の主電極(ソース電極)に第1の入力端子を接
続し、第3半導体素子QCの第2の主電極(ソース電
極)に第2の入力端子を接続した第1の比較器CMP1
とを、第1半導体素子QAと共に同一半導体基板(半導
体チップ)110上にモノリシックに搭載している。図
1において、ZD1は第1半導体素子QAのゲート端子
Gとソース端子S間を12Vに保って、主MOSトラン
ジスタQMの真のゲートTGに過電圧が印加されようと
した場合にこれをバイパスさせるツェナーダイオードで
ある。更に半導体チップ110の周辺部には、第1の比
較器CMP1の第2の入力端子に接続された入/出力端
子T16、第1の比較器CMP1の出力端子に接続され
た入/出力端子T15、第2半導体素子QBの第2の主
電極(ソース電極)に接続された入/出力端子T17及
び駆動回路111の入力端子に接続された入/出力端子
T2等が、ボンディングパッドとして配置されている。
これらのボンディングパッドは、シリコン酸化膜(Si
O2膜)、PSG膜、BPSG膜、シリコン窒化膜(S
i3N4)等の層間絶縁膜の上に設けられた、厚さ1乃
至10μmのアルミニウム(Al)膜、若しくはアルミ
ニウム合金膜であり、金(Au)若しくはアルミニウム
のボンディングワイヤで、回路基板上の実装配線に接続
されている。The load current differential detection / control circuit of the present invention comprises:
More specifically, as shown in FIG. 1, the second and third semiconductor elements QB and QC, the resistors R1, R2, R5, R14, R
G, Zener diode ZD1, diode D1, second
Comparator CMP2, drive circuit 111, first semiconductor element Q
A first comparator in which the first input terminal is connected to the second main electrode (source electrode) of A, and the second input terminal is connected to the second main electrode (source electrode) of the third semiconductor element QC CMP1
Are monolithically mounted on the same semiconductor substrate (semiconductor chip) 110 together with the first semiconductor element QA. In FIG. 1, ZD1 is a Zener that keeps the voltage between the gate terminal G and the source terminal S of the first semiconductor element QA at 12 V and bypasses the overvoltage when the overvoltage is applied to the true gate TG of the main MOS transistor QM. It is a diode. Further, on the peripheral portion of the semiconductor chip 110, an input / output terminal T16 connected to the second input terminal of the first comparator CMP1, and an input / output terminal T15 connected to the output terminal of the first comparator CMP1. The input / output terminal T17 connected to the second main electrode (source electrode) of the second semiconductor element QB and the input / output terminal T2 connected to the input terminal of the drive circuit 111 are arranged as bonding pads. I have.
These bonding pads are made of silicon oxide (Si)
O 2 film), PSG film, BPSG film, a silicon nitride film (S
i 3 N 4 ) is an aluminum (Al) film or an aluminum alloy film having a thickness of 1 to 10 μm provided on an interlayer insulating film such as i 3 N 4 ), and is formed on a circuit board by gold (Au) or aluminum bonding wire. Connected to the mounting wiring.
【0038】図1に示すように、入/出力端子T15に
は、電流上昇率識別回路311の第3の信号端子T25
が接続されている。そしてこの第3の信号端子T25に
は、ダイオードD21と第1の抵抗R21との直列回路
に並列接続された第2の抵抗R22とからなる並列回路
が接続されている。この並列回路の他端と接地電位(G
ND)との間には、コンデンサC23が接続されてい
る。更に、入/出力端子T16に、電流上昇率識別回路
311の第2の信号端子T26が接続されている。第2
の信号端子T26には、第1の主電極、並列回路の他端
に制御電極を接続し、第2の主電極と接地電位との間に
第2の接地抵抗R24を接続した第5半導体素子Q21
が設けられている。そして、入/出力端子T17には、
電流上昇率識別回路311の第1の信号端子T27が接
続されている。第1の信号端子T27には、第1の主電
極、第5半導体素子Q21の第2の主電極に制御電極を
接続し、第2の主電極と接地電位との間に第1の接地抵
抗R25を接続した第4半導体素子Q22が配置されて
いる。入/出力端子T2には抵抗R10及びスイッチS
W1が接続されている。As shown in FIG. 1, the input / output terminal T15 has a third signal terminal T25 of the current increase rate discrimination circuit 311.
Is connected. The third signal terminal T25 is connected to a parallel circuit including a diode D21 and a second resistor R22 connected in parallel to a series circuit of the first resistor R21. The other end of this parallel circuit and the ground potential (G
ND) is connected to a capacitor C23. Further, a second signal terminal T26 of the current increase rate identification circuit 311 is connected to the input / output terminal T16. Second
A fifth semiconductor element having a first main electrode, a control electrode connected to the other end of the parallel circuit, and a second ground resistor R24 connected between the second main electrode and the ground potential. Q21
Is provided. The input / output terminal T17 has
The first signal terminal T27 of the current rise rate identification circuit 311 is connected. The first signal terminal T27 is connected to a first main electrode and a control electrode to the second main electrode of the fifth semiconductor element Q21, and a first ground resistance is provided between the second main electrode and the ground potential. A fourth semiconductor element Q22 to which R25 is connected is arranged. The input / output terminal T2 has a resistor R10 and a switch S
W1 is connected.
【0039】既に述べたように、本発明の負荷電流微分
検出・制御回路としては、種々の形態が採用可能であ
る。従って、入/出力端子T15,16,17と信号端
子T25,26,27との間は種々の形態での接続が可
能である。例えば、電流上昇率識別回路311を含め
て、すべてを同一半導体チップ110上に集積化したモ
ノリシックパワーICの構造においては、これらは半導
体チップ上のアルミニウム(Al)やアルミニウム合金
(Al−Si,Al−Cu−Si)等の金属配線で接続
される。一方、マルチチップモジュール(MCM)の構
成やハイブリッドICの構成では、入/出力端子T1
5,16,17と信号端子T25,26,27との間
は、ボンディングワイヤ、或いは実装配線を介して接続
される。このように、採用するパワーICの形態に応じ
て、電流上昇率識別回路311を構成するダイオードD
21、抵抗R21〜25,コンデンサC23、半導体素
子Q21,Q22は、そのすべて、又は一部が半導体チ
ップ110の上に、モノリシックに集積化される。モノ
リシックに集積化する場合は、ダイオードD21や、半
導体素子Q21,Q22は、半導体チップ110の表面
に所定のpn接合構造を構成すれば良く、抵抗R21〜
25は、ポリシリコン抵抗でも、拡散抵抗でもかまわな
い。As described above, various forms can be adopted as the load current differential detection / control circuit of the present invention. Therefore, connection between the input / output terminals T15, 16, 17 and the signal terminals T25, 26, 27 in various forms is possible. For example, in the structure of a monolithic power IC in which all circuits including the current rise rate discriminating circuit 311 are integrated on the same semiconductor chip 110, these are made of aluminum (Al) or aluminum alloy (Al-Si, Al) on the semiconductor chip. -Cu-Si) or the like. On the other hand, in the configuration of the multi-chip module (MCM) or the configuration of the hybrid IC, the input / output terminals T1
5, 16, 17 and the signal terminals T25, 26, 27 are connected via bonding wires or mounting wiring. As described above, according to the form of the power IC to be employed, the diode D constituting the current increase rate discrimination circuit 311 is used.
21, the resistors R21 to R25, the capacitor C23, and the semiconductor elements Q21 and Q22 are all or partially integrated on the semiconductor chip 110 in a monolithic manner. When monolithically integrated, the diode D21 and the semiconductor elements Q21 and Q22 may have a predetermined pn junction structure on the surface of the semiconductor chip 110, and the resistors R21 to R21 may be used.
Reference numeral 25 may be a polysilicon resistor or a diffusion resistor.
【0040】なお、電流上昇率識別回路311を構成す
る第5半導体素子(pnp型バイポーラ・トランジス
タ)Q21及び第4半導体素子(npn型バイポーラ・
トランジスタ)Q22は、不飽和領域で動作するように
バイアスされている。The fifth semiconductor element (pnp-type bipolar transistor) Q21 and the fourth semiconductor element (npn-type bipolar
Transistor) Q22 is biased to operate in the unsaturated region.
【0041】そして、この本発明の実施の形態に係るパ
ワーICは、ユーザ等が、図1に示した入/出力端子T
2に接続されたスイッチSW1をオンさせることにより
機能する。ブラックボックス111として示し、詳細な
回路構成の図示を省略しているが、駆動回路111に
は、コレクタ側がチャージポンプ305から供給された
電位VPに接続されたソーストランジスタ(npn型バ
イポーラ・トランジスタ)と、エミッタ側が接地電位
(GND)に接続されたシンクトランジスタ(npn型
バイポーラ・トランジスタ)とを直列接続して備えてい
る。従って、スイッチSW1のオン/オフ切換えによる
切換え信号に基づき、駆動回路111は、ソーストラン
ジスタ及びシンクトランジスタをオン・オフ制御して、
第1乃至第3半導体素子QA,QB,QCのそれぞれの
制御電極にこれらを駆動制御する信号を出力する。バイ
ポーラ・トランジスタの代わりにMOSトランジスタで
駆動回路111を構成しても良い。電源101の出力電
圧(電源電圧)VBは、例えば12Vで、チャージポン
プ305の出力電圧VPは、例えばVB+10Vであ
る。The power IC according to the embodiment of the present invention allows a user or the like to input / output terminals T shown in FIG.
It functions by turning on the switch SW1 connected to the switch SW2. Although shown as a black box 111 and a detailed circuit configuration is not shown, the drive circuit 111 includes a source transistor (npn-type bipolar transistor) having a collector connected to the potential VP supplied from the charge pump 305. , A sink transistor (npn-type bipolar transistor) having an emitter connected to a ground potential (GND) connected in series. Therefore, based on the switching signal by the on / off switching of the switch SW1, the drive circuit 111 controls the on / off of the source transistor and the sink transistor, and
A signal for controlling the driving of the first to third semiconductor elements QA, QB, and QC is output to respective control electrodes. The drive circuit 111 may be constituted by MOS transistors instead of bipolar transistors. The output voltage (power supply voltage) VB of the power supply 101 is, for example, 12 V, and the output voltage VP of the charge pump 305 is, for example, VB + 10 V.
【0042】図1に示すように、第1半導体素子QAの
第1主電極(ドレイン電極)と第2及び第3半導体素子
QB,QCの第1主電極(ドレイン電極)とはすべて共
通の入力用端子T1に接続され同電位に維持されてい
る。例えば、第1乃至第3半導体素子QA,QB,QC
が、DMOS構造、VMOS構造、或いはUMOS構造
等の縦型構造であれば、p型基板中に設けられた共通の
n型埋め込みドレイン領域で、同電位にすることが出来
る。そして、p型シンカー領域により表面に導き出し、
アルミニウム(Al)等の金属配線で、共通の入力端子
T1となるボンディングパッドまで導けば良い。第1乃
至第3半導体素子QA,QB,QCが、平面型(横型)
のMOSトランジスタであれば、アルミニウム(Al)
等の金属配線で互いに接続し、更に、共通の入力端子T
1となるボンディングパッドまで導けば良い。第1の接
地抵抗R25及び第2の接地抵抗R24のそれぞれの抵
抗値は、第2及び第3半導体素子QB,QCと第1半導
体素子QMのチャネル幅Wの比を考慮して選定すれば良
い。また、第1の比較器CMP1の“+”入力端子に接
続されるノードN1の電位V+及び“−”入力端子に接
続されるノードN2の電位V−の大小の関係が重要とな
る。第2の接地抵抗R24の抵抗値は、V+=V−の場
合において、第5半導体素子Q21のエミッタ電流が、
第1半導体素子のドレイン電流IDQAの1/1000
となり、ドレイン電流IDQAの動作範囲内の最大電流
でも第5半導体素子Q21が飽和しないように選定され
る。第2の接地抵抗R24の抵抗値として大きな値が選
定できれば、制御精度は高くなる。逆に、第2の接地抵
抗R24の抵抗値として小さな値を選定すると、制御精
度は低くなる。この第1の接地抵抗R25及び第2の接
地抵抗R24の設定により、第1半導体素子QAに異常
動作の過負荷電流が流れたときと同じドレイン−ソース
間電圧VDSを第2及び第3半導体素子QB,QCに発
生させることが出来る。As shown in FIG. 1, the first main electrode (drain electrode) of the first semiconductor element QA and the first main electrode (drain electrode) of the second and third semiconductor elements QB and QC are all common inputs. And is maintained at the same potential. For example, the first to third semiconductor elements QA, QB, QC
However, if a vertical structure such as a DMOS structure, a VMOS structure, or a UMOS structure is used, the same potential can be set in a common n-type buried drain region provided in a p-type substrate. And it is led to the surface by the p-type sinker region,
What is necessary is just to guide | lead to the bonding pad used as a common input terminal T1 with metal wiring, such as aluminum (Al). The first to third semiconductor elements QA, QB, QC are planar (horizontal)
Aluminum transistor (MOS)
Etc., and are connected to each other by a common input terminal T.
What is necessary is just to lead to the 1 bonding pad. The respective resistance values of the first ground resistor R25 and the second ground resistor R24 may be selected in consideration of the ratio of the channel width W of the second and third semiconductor elements QB and QC to the first semiconductor element QM. . The potential V + and the node N1 connected to the "+" input terminal of the first comparator CMP1 "-" the potential of the node N2 which is connected to the input terminal V - magnitude relationship is important. Resistance of the second grounding resistor R24 is, V + = V - in the case, the emitter current of the fifth semiconductor element Q21 is,
1/1000 of the drain current IDQA of the first semiconductor element
The fifth semiconductor element Q21 is selected so as not to be saturated even with the maximum current within the operation range of the drain current IDQA . If a large value can be selected as the resistance value of the second ground resistor R24, the control accuracy will be high. Conversely, if a small value is selected as the resistance value of the second ground resistor R24, the control accuracy will decrease. This first setting of the ground resistance R25 and the second ground resistor R24, the same drain as when overload current abnormal operation flows into the first semiconductor element QA - the second and third semiconductor voltage V DS between the source It can be generated in the elements QB and QC.
【0043】第1半導体素子QAの第1主電極(ドレイ
ン電極)と第2主電極(ソース電極)間には抵抗R1と
抵抗R2との直列回路が接続されている。図1に示す第
2の比較器CMP2の“+”入力端子には、第1半導体
素子QAの主電極間電圧(ドレインD−ソースS間電
圧)VDSを抵抗R1と抵抗R2とで分圧した電圧が抵
抗R5を介して供給されている。また、第2の比較器C
MP2の“−”入力端子には、第2半導体素子QBのソ
ース電圧VSが供給されている。つまり、“+”入力端
子の信号レベルV+が“−”入力端子の信号レベルV−
より高い場合には、第2の比較器CMP2の出力は、
“H”レベルとなり、駆動回路111は、ゲートGA,
GB,GCに電圧を供給する。逆に、“+”入力端子の
信号レベルV +が“−”入力端子の信号レベルV−より
低い場合には、第2の比較器CMP2の出力は、“L”
レベルとなり、駆動回路111は、ゲート駆動をオフす
る。なお、後述のように、第2の比較器CMP2は一定
のヒステリシスを持っている。The first main electrode (drain) of the first semiconductor element QA
Between the first main electrode (source electrode) and the second main electrode (source electrode).
A series circuit with the resistor R2 is connected. The first shown in FIG.
The first semiconductor CMP is connected to the “+” input terminal of the second comparator CMP2.
The voltage between the main electrodes of the element QA (the voltage between the drain D and the source S)
Pressure) VDSIs divided by a resistor R1 and a resistor R2.
Supplied via anti-R5. Also, the second comparator C
The “−” input terminal of MP2 is connected to the source of the second semiconductor element QB.
Source voltage VS is supplied. In other words, "+" input terminal
Child signal level V+Is the signal level V of the "-" input terminal−
If higher, the output of the second comparator CMP2 is
It becomes “H” level, and the driving circuit 111 outputs the gate GA,
A voltage is supplied to GB and GC. Conversely, the “+” input terminal
Signal level V +Is the signal level V of the "-" input terminal−Than
If it is low, the output of the second comparator CMP2 is "L"
Level, and the drive circuit 111 turns off the gate drive.
You. As described later, the second comparator CMP2 is constant.
Have a hysteresis.
【0044】図4は、第1半導体素子QAに着目した、
概念的な等価回路図である。第1半導体素子としての第
1半導体素子QAの等価回路を、等価電流源gm・
vi、ドレイン抵抗rd、ゲート・ソース間容量
CGS、ゲート・ドレイン間容量CGD及びドレイン・
ソース間容量CDSを用いて簡略化して示している。こ
こで、g mは、第1半導体素子QAの伝達コンダクタン
スである。この第1半導体素子QAの等価回路を使用し
た場合、電源101から負荷102への電力供給経路
は、図4に示すような回路として表される。負荷102
には電力供給経路の配線インダクタンスL0と配線抵抗
R0とが含まれる。FIG. 4 focuses on the first semiconductor element QA.
It is a conceptual equivalent circuit diagram. The first as a first semiconductor element
The equivalent circuit of one semiconductor element QA ism・
vi, Drain resistance rd, gate-source capacitance
CGS, Gate-drain capacitance CGDAnd drain
Source capacitance CDSAre simplified. This
Where g mIs the transmission conductor of the first semiconductor element QA.
Is. Using the equivalent circuit of the first semiconductor element QA
Power supply path from the power supply 101 to the load 102
Is represented as a circuit as shown in FIG. Load 102
Is the wiring inductance L0 of the power supply path and the wiring resistance
R0.
【0045】本発明の負荷電流微分検出・制御回路の第
2半導体素子QBと第1半導体素子QA(主MOSトラ
ンジスタQM)のチャネル幅Wの比を1:n(n=10
00)としてカレントミラー回路を構成する場合は、
(第1半導体素子のドレイン電流IDQA)=1000
×(第2半導体素子のドレイン電流IDQB)となる。
従って、第1半導体素子QAのドレイン電流としてI
DA=5A、第2半導体素子QBのドレイン電流として
IDQB=5mAがそれぞれ流れているときは、第1半
導体素子QA及び第2半導体素子QBのそれぞれのドレ
イン−ソース間電圧VDSと真のゲート−ソース間電圧
VTGSは一致する。即ち、VDSA=VD SB、V
TGSA=VTGSBとなる。ここで、VDSA,V
DSBはそれぞれ第1半導体素子QA,第2半導体素子
QBのドレイン−ソース間電圧であり、V TGSA,V
TGSBはそれぞれ第1半導体素子QA,第2半導体素
子QBの真のゲート−ソース間電圧である。The load current differential detection / control circuit of the present invention
Two semiconductor elements QB and a first semiconductor element QA (main MOS transistor
The ratio of the channel width W of the transistor QM) is 1: n (n = 10
00) to form a current mirror circuit,
(Drain current I of first semiconductor elementDQA) = 1000
× (Drain current I of the second semiconductor elementDQB).
Therefore, the drain current of the first semiconductor element QA is I
DA= 5A, as the drain current of the second semiconductor element QB
IDQB= 5mA, the first half
Each drain of the conductor element QA and the second semiconductor element QB
In-source voltage VDSAnd true gate-source voltage
VTGSMatches. That is, VDSA= VD SB, V
TGSA= VTGSBBecomes Where VDSA, V
DSBAre the first semiconductor element QA and the second semiconductor element, respectively.
It is the drain-source voltage of QB, TGSA, V
TGSBAre the first semiconductor element QA and the second semiconductor element, respectively.
This is the true gate-source voltage of the child QB.
【0046】第1の接地抵抗R25を流れる電流値で、
第2半導体素子QBの第2の主電極SBと接地間の電圧
を割った値が、第2半導体素子QBに接続される基準抵
抗Rrとなる。従って、第2半導体素子QBの導通状態
で、基準抵抗Rrは変化する。この基準抵抗Rrは、第
4半導体素子Q22が不飽和領域で動作するので、第1
の接地抵抗R25の値より大きくなる。The value of the current flowing through the first ground resistor R25 is
The value obtained by dividing the voltage between the second main electrode SB of the second semiconductor element QB and the ground is the reference resistance Rr connected to the second semiconductor element QB. Therefore, the reference resistance Rr changes when the second semiconductor element QB is in the conductive state. Since the fourth semiconductor element Q22 operates in the unsaturated region, the reference resistance Rr
Is larger than the value of the ground resistance R25.
【0047】次に、3極管特性(オーミック特性)領域
における本発明の負荷電流微分検出・制御回路の動作に
ついて説明する。第1半導体素子QAがオン状態に遷移
すると、ドレイン電流IDQAは回路抵抗で決まる最終
負荷電流値を目指して立ち上がって行く。また、第1半
導体素子QAの真のゲート−ソース間電圧V
TGSAは、ドレイン電流IDQAで決まる値を取り、
ドレイン−ソース間電圧VDSAの低下によるコンデン
サ容量CGDのミラー効果でブレーキをかけられなが
ら、これも立ち上がって行く。V+=V−の場合、第2
の接地抵抗R24における電圧降下は、負荷電流I
DQAに比例し、第4半導体素子Q22は、第2の接地
抵抗R24と第5半導体素子Q21との接続点の電位を
もとに、エミッタフォロアとして動作する。従って、R
24=R25とすると、第1の接地抵抗R25の電圧降
下は、第2の接地抵抗R24の電圧降下よりも、第4半
導体素子Q22のベース−エミッタ間電圧VBE分だけ
低下する。従って、IDQA/1000よりもよりも、
若干少な目の電流が第2半導体素子QBに流れることに
なる。Next, the operation of the load current differential detection / control circuit of the present invention in the triode characteristic (ohmic characteristic) region will be described. When the first semiconductor element QA transitions to the ON state, the drain current IDQA rises toward the final load current value determined by the circuit resistance. Further, the true gate-source voltage V of the first semiconductor element QA
TGSA takes a value determined by the drain current IDQA ,
Drain - while being braked by the mirror effect of the capacitance C GD due to a decrease in source voltage V DSA, which also goes rise. V + = V - of the case, the second
The voltage drop at the grounding resistor R24 is equal to the load current I
In proportion to DQA , the fourth semiconductor element Q22 operates as an emitter follower based on the potential at the connection point between the second ground resistor R24 and the fifth semiconductor element Q21. Therefore, R
If 24 = R25, the voltage drop of the first ground resistor R25 is lower than the voltage drop of the second ground resistor R24 by the base-emitter voltage VBE of the fourth semiconductor element Q22. Thus, rather than I DQA / 1000,
A slightly smaller current will flow through the second semiconductor element QB.
【0048】また、第1半導体素子QAの真のゲート−
ソース間電圧VTGSAは、ドレイン電流IDQAの増
加に応じて大きくなって行く。The true gate of the first semiconductor element QA
The source-to-source voltage V TGSA increases as the drain current IDQA increases.
【0049】 VDSA=VTGSA+VTGD ・・・・・(1) VDSB=VTGSB+VTGD ・・・・・(2) の関係があるから、 VDSA−VDSB=VTGSA−VTGSB =(IDQA−n×IDQB)/gm ・・・・・(3) となる。但し、gmは第1半導体素子QAの伝達コンダ
クタンス、nは第1半導体素子QAと第2半導体素子Q
Bとのチャネル幅の比である。従って、ドレイン−ソー
ス間電圧の差VDSA−VDSBを検出することによ
り、ドレイン電流の差(IDQA−n×IDQB)を得
ることが出来る。V DSA = V TGSA + V TGD ····· (1) V DSB = V TGSB + V TGD From a relationship of ..... (2), the V DSA -V DSB = V TGSA -V TGSB = (I DQA -n × I DQB) / g m ····· (3). However, g m is the transconductance of the first semiconductor element QA, n the first semiconductor element QA and the second semiconductor element Q
B is the ratio of the channel width. Therefore, the drain - by detecting the difference V DSA -V DSB source voltage, it is possible to obtain a difference between the drain current (I DQA -n × I DQB) .
【0050】第2半導体素子QBのドレイン−ソース間
電圧VDSBは、抵抗R14を介して、第2の比較器C
MP2の“−”入力端子に入力される。また、第1半導
体素子QAのドレイン−ソース間電圧VDSAはR1と
抵抗R2で分圧した値V+が、抵抗R5を介して、第2
の比較器CMP2の“+”入力端子に入力される。即
ち、 V+=VDSA×R1/(R1+R2) ・・・・・(4) が第2の比較器CMP2の“+”入力端子に入力される
ことになる。負荷側が正常状態の場合は、(Rr/n)
<Rとなって、V+<VDSBとなり、第1半導体素子
QAは、オン状態を維持する。ここで、Rは負荷抵抗の
値である。負荷側が過負荷になると、(Rr/n)>R
となり、更に、V+>VDSBとなると、3極管特性領
域で、第1半導体素子QAがターン・オフする。第1半
導体素子QA及び第2半導体素子QBのそれぞれのソー
ス電位をVSA、VSBとすると、第1半導体素子QA
がオフ後、ソース電位VSA、VSBは、GNDに向か
って低下して行くので、VDSA,VDSBとも増加す
る。ソース電位VSA、VS Bが、GND電位に至る前
に、V+<VDSBの条件が成立して、再び第1半導体
素子QAがターン・オンする。第1半導体素子QAは、
オン状態に遷移した直後は、5極管特性領域(ピンチオ
フ領域)にあり、その後3極管特性領域に向かってオン
状態を続けて行き、V+>VDSBになるとターンオフ
する。これが、オン/オフ動作の1サイクルである。一
旦ターンオフすると、オフ状態を維持し、逆に、一旦タ
ーンオンすると、オン状態を維持するのは、負荷回路の
インダクタンスによる。負荷回路のインダクタンスは、
電流が変化するときは、抵抗と等価な働きをする。電流
が減少しているときは、インダクタンス等価抵抗の符号
はマイナスとなって、負荷側抵抗を減少させる。一方、
電流が増加するときは、インダクタンス等価抵抗の符号
がプラスとなって、負荷側抵抗を増大させる。このため
に、第1半導体素子QAが、一旦ターンオフすると、オ
フ状態を維持し、ターンオンすると、オン状態を維持す
ることになる。基準回路の第2半導体素子QB側は、第
1の接地抵抗R25(=Rr)が負荷抵抗Rよりはるか
に大きいので、インダクタンス効果は無視出来るほど小
さい。このため、第2半導体素子QB側は、純抵抗回路
として動作すると考えて良い。The drain-source voltage V DSB of the second semiconductor element QB is supplied to the second comparator C via the resistor R14.
The signal is input to the “−” input terminal of MP2. Further, a value V + obtained by dividing the voltage V DSA between the drain and the source of the first semiconductor element QA by the resistor R1 and the resistor R2 is supplied to the second resistor V5 via the resistor R5.
Is input to the "+" input terminal of the comparator CMP2. That is, V + = V DSA × R1 / (R1 + R2) (4) is input to the “+” input terminal of the second comparator CMP2. If the load side is in a normal state, (Rr / n)
<R, V + <V DSB , and the first semiconductor element QA maintains the ON state. Here, R is the value of the load resistance. When the load side is overloaded, (Rr / n)> R
Then, when V + > V DSB , the first semiconductor element QA is turned off in the triode characteristic region. Assuming that the source potentials of the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB are V SA and V SB , respectively, the first semiconductor element QA
Are turned off, the source potentials V SA and V SB decrease toward GND, so that both V DSA and V DSB increase. Source potential V SA, V S B is, before reaching the GND potential, V + <and V DSB condition is satisfied, the first semiconductor element QA is turned on again. The first semiconductor element QA is
Immediately after the transition to the ON state, it is in the pentode characteristic region (pinch-off region), and then continues the ON state toward the triode characteristic region, and turns off when V + > VDSB . This is one cycle of the on / off operation. It is due to the inductance of the load circuit that once it is turned off, the off state is maintained, and once it is turned on, the on state is maintained. The inductance of the load circuit is
When the current changes, it works equivalent to a resistance. When the current is decreasing, the sign of the inductance equivalent resistance becomes negative, and the load side resistance is reduced. on the other hand,
When the current increases, the sign of the inductance equivalent resistance becomes positive, and the load-side resistance increases. Therefore, once the first semiconductor element QA is turned off, the first semiconductor element QA maintains the off state, and when the first semiconductor element QA is turned on, the first semiconductor element QA maintains the on state. On the second semiconductor element QB side of the reference circuit, since the first ground resistance R25 (= Rr) is much larger than the load resistance R, the inductance effect is negligibly small. Therefore, it can be considered that the second semiconductor element QB side operates as a pure resistance circuit.
【0051】なお、第2の比較器CMP2では、ダイオ
ードD1と抵抗R5でヒステリシスが形成されている。
第1半導体素子QAがオフ状態に遷移したとき、駆動回
路111のシンクトランジスタによりゲート電位は接地
され、ダイオードD1のカソード側電位は、VSA−
0.7V(ツェナーダイオードZD1の順方向電圧)に
なるので、ダイオードD1が導通する。この結果、抵抗
R1→抵抗R5→ダイオードD1の経路で電流が流れ、
第2の比較器CMP2の“+”入力端子の信号レベルV
+は、駆動回路111がオン制御しているときの上述の
(4)式の値より大きくなる。従って、オフ状態に遷移
した直後より小さい、特定のドレイン−ソース間電圧の
差VDSA−VDSBまで第1半導体素子QAはオフ状
態を維持するが、その後、更にVDSAが大きくなるこ
とにより、第2の比較器CMP2の“+”入力端子の信
号レベルV+が、VDSBより小さくなり、第2の比較
器CMP2の出力は“L”レベルから“H”レベルに変
化する。従って、第1半導体素子QAは再びオン状態に
遷移させられることとなる。なお、ヒステリシス特性の
付け方にはいろいろな方法があるが、これはその一例で
ある。In the second comparator CMP2, a hysteresis is formed by the diode D1 and the resistor R5.
When the first semiconductor element QA transitions to the off state, the gate potential is grounded by the sink transistor of the drive circuit 111, and the cathode side potential of the diode D1 becomes V SA −
Since the voltage becomes 0.7 V (forward voltage of the Zener diode ZD1), the diode D1 conducts. As a result, a current flows through the path of the resistor R1, the resistor R5, and the diode D1,
The signal level V at the "+" input terminal of the second comparator CMP2
+ Becomes larger than the value of the above-described equation (4) when the drive circuit 111 performs the ON control. Accordingly, the first semiconductor element QA maintains the off state up to a specific drain-source voltage difference V DSA −V DSB that is smaller than immediately after the transition to the off state, and thereafter, the V DSA further increases, signal level V + is "+" input terminal of the second comparator CMP2, it becomes smaller than V DSB, the output of the second comparator CMP2 changes to "H" level from the "L" level. Therefore, the first semiconductor element QA is again turned on. It should be noted that there are various methods for attaching the hysteresis characteristic, but this is one example.
【0052】第1半導体素子QAがオフ状態に遷移する
ときのドレイン−ソース間電圧VD SAをしきい値V
DSAthとすると、次式が成立する。つまり、 VDSAth−VDSB=R2/R1×VDSB ・・・・・(5) である。3極管特性領域における過電流判定値は(5)
式で決まることになる。Threshold V voltage V D SA-source - [0052] the drain when the first semiconductor element QA transition to the OFF state
Assuming DSAth , the following equation holds. That is, V DSAth −V DSB = R2 / R1 × V DSB (5) The overcurrent judgment value in the triode characteristic region is (5)
It will be determined by the formula.
【0053】次に、5極管特性領域における動作につい
て説明する。配線が正常な状態で、第1半導体素子QA
がオン状態に遷移すると、第1半導体素子QAは連続的
にオン状態を維持することとなる。このため、真のゲー
ト−ソース間電圧VTGSA、VTGSBがピンチオフ
電圧に達した後は、第1半導体素子QA,第2半導体素
子QB,第3半導体素子QCとも5極管特性領域で動作
する。本発明の負荷電流微分検出・制御回路において
は、第2半導体素子QBと第1半導体素子QA(主MO
SトランジスタQM)のチャネル幅Wの比を1:nとし
てカレントミラー回路を構成しているので、第2半導体
素子QBのオン抵抗RDS(ON)Bは、第1半導体素
子QAのオン抵抗RDS(ON)Aのn倍である(R
DS(ON) B=n・RDS(ON)A)。一方、同一
バイアス条件ならば、第2半導体素子QBのドレイン電
流IDQBは、第1半導体素子QAのドレイン電流I
DQAの1/n倍である(IDQB=(1/n)・I
DQA)。5Aクラスの半導体素子の代表的なオン抵抗
RDS(ON)を参考にすれば、例えば、第1半導体素
子QAのオン抵抗RDS(ON)Aを、ゲート−ソース
間電圧VGS=10Vのとき、RDS(ON)A=30
mΩであると仮定出来る。n=1000とすれば、この
場合、第2半導体素子QBのオン抵抗RDS(ON)B
は、30Ωとなる。従って、 VDSB=IDQB×RDS(ON)B =5[mA]×30[Ω]=0.15[V] ・・・・・(6) VDSA=IDQA×30[mΩ] ・・・・・(7) VDSA−VDSB=30[mΩ]×(IDQA−5[A]) ・・・・・(8) である。Next, the operation in the pentode characteristic region will be described. When the wiring is normal, the first semiconductor element QA
Transitions to the ON state, the first semiconductor element QA continuously maintains the ON state. For this reason, after the true gate-source voltages V TGSA and V TGSB reach the pinch-off voltage, the first semiconductor element QA, the second semiconductor element QB, and the third semiconductor element QC all operate in the pentode characteristic region. . In the load current differential detection / control circuit of the present invention, the second semiconductor element QB and the first semiconductor element QA (main
Since the current mirror circuit is configured with the ratio of the channel width W of the S transistor QM) to 1: n, the ON resistance R DS (ON) B of the second semiconductor element QB is equal to the ON resistance R DS (ON) B of the first semiconductor element QA. N times DS (ON) A (R
DS (ON) B = n · R DS (ON) A ). On the other hand, under the same bias condition, the drain current IDQB of the second semiconductor element QB becomes the drain current IDQ of the first semiconductor element QA.
1 / n times DQA (I DQB = (1 / n) · I
DQA ). Referring to the typical on-resistance R DS (ON) of the 5A class semiconductor element, for example, the on-resistance R DS (ON) A of the first semiconductor element QA is changed to the gate-source voltage V GS = 10V. Then, R DS (ON) A = 30
It can be assumed to be mΩ. If n = 1000, in this case, the ON resistance R DS (ON) B of the second semiconductor element QB
Is 30Ω. Accordingly, V DSB = I DQB × R DS (ON) B = 5 [mA] × 30 [Ω] = 0.15 [V] (6) V DSA = I DQA × 30 [mΩ] ... (7) V DSA −V DSB = 30 [mΩ] × ( IDQA− 5 [A]) (8)
【0054】また、負荷に異常が発生して、ドレイン電
流IDQAが増加すると(8)式の値が大きくなり、過
電流判定値を超えると第1半導体素子QAをオフ状態に
遷移させる。この場合、ピンチオフ点を経由して、上記
の3極管特性領域での動作状態を経て、オフ状態へ遷移
する。そして、図1に示したダイオードD1と抵抗R5
とによるヒステリシスにより、一定時間経過後に、第2
の比較器CMP2の“+”入力端子の信号レベルV+が
VDSBより小さくなり、第2の比較器CMP2の出力
は“L”レベルから“H”レベルに変化して、第1半導
体素子QAを再びオン状態に遷移させることとなる。こ
うして、第1半導体素子QAはオン状態及びオフ状態へ
の遷移を繰り返して、最終的に遮断に至る。なお、遮断
に至る前に、負荷が正常に復帰すれば、第1半導体素子
QAは連続的にオン状態を維持するようになる。When an abnormality occurs in the load and the drain current IDQA increases, the value of the equation (8) increases. When the overcurrent determination value is exceeded, the first semiconductor element QA is turned off. In this case, the state transits to the off state via the pinch-off point and the operation state in the above-described triode characteristic region. Then, the diode D1 and the resistor R5 shown in FIG.
After a certain period of time, the second
The signal level V + of the “+” input terminal of the comparator CMP2 becomes lower than V DSB , and the output of the second comparator CMP2 changes from “L” level to “H” level, and the first semiconductor element QA To the ON state again. Thus, the first semiconductor element QA repeats the transition to the ON state and the OFF state, and finally reaches the cutoff. Note that if the load returns to normal before the interruption, the first semiconductor element QA continuously maintains the ON state.
【0055】本発明の負荷電流微分検出・制御回路は、
図1に示すように、第1半導体素子QA中を流れる電流
のほぼ1/nに相当した電流を、第2及び第3半導体素
子QB,QCに流すカレントミラー回路の並列接続で構
成されている。これらの第2及び第3半導体素子QB,
QCにはそれぞれ不飽和領域で動作するようにバイアス
されたnpn型バイポーラ・トランジスタ(第4半導体
素子)Q22とpnp型バイポーラ・トランジスタ(第
5半導体素子)Q21が接続されている。そして、第1
の比較器CMP1は、負荷102を流れるドレイン電流
の変化が緩やかな場合は、その“+”入力端子に供給さ
れる電位V+及び“−”入力端子に供給される電位V−
がほぼ一致するように(V+=V−)動作する。一方、
負荷102を流れるドレイン電流が急激に増加した場合
は、V+<V−となるような動作をする。この場合、コ
ンデンサC23の存在により、電流上昇率di/dtの
大小でその振るまいが異なる。即ち、 (イ)負荷102を流れる電流の電流上昇率di/dt
が大きいとき:例えば、自動車のパワーウィンドウに腕
が挟まれた時のように、負荷102を流れる電流が急激
に上昇した場合を考える。このとき、第1半導体素子Q
Aのドレイン−ソース間電圧VDSAが上昇し、ノード
N1の電位V+がノードN2の電位V−より低い値にな
れば、第1の比較器CMP1は“L”レベルを出力す
る。しかし、第1の比較器CMP1の出力端子にはダイ
オードD21と第1の抵抗R21との直列回路に並列接
続された第2の抵抗R22とからなる並列回路が接続さ
れ、更にこの並列回路と接地電位(GND)との間には
コンデンサC23が接続されているので、コンデンサC
23が抵抗R22を介して放電しなければ、pnp型バ
イポーラ・トランジスタ(第5半導体素子)Q21のベ
ース電位は下がらない。このため、第1の比較器CMP
1の出力が“L”レベルとなっても、pnp型バイポー
ラ・トランジスタ(第5半導体素子)Q21のベース電
位は、直ちに下がらず、従って、npn型バイポーラ・
トランジスタ(第4半導体素子)Q22のベース電位
も、コンデンサC23が放電するまで上昇しない。即
ち、第2半導体素子QBのソースSBの電位は、R22
・C23に依存した所定の時定数τの間はほぼ一定であ
る。しかし、第1半導体素子(第1半導体素子)QAの
ドレイン電流IDQAは急激に増加し続けるので、
(4)式により与えられるV+は増加し、ついには第2
半導体素子QBのドレイン−ソース間電圧VDSBより
大きくなる。この結果、第2の比較器CMP2の出力は
“H”レベルから“L”レベルに変化して、第1半導体
素子(第1半導体素子)QAをオフ状態に遷移させ、電
流振動が開始し、最終的に、第1半導体素子(第1半導
体素子)QAをオフ状態に固定する。The load current differential detection / control circuit of the present invention comprises:
As shown in FIG. 1, the current mirror circuit is configured by connecting a current mirror circuit in parallel with a current mirror circuit that flows a current corresponding to approximately 1 / n of the current flowing in the first semiconductor element QA to the second and third semiconductor elements QB and QC. . These second and third semiconductor elements QB,
The QC is connected to an npn-type bipolar transistor (fourth semiconductor element) Q22 and a pnp-type bipolar transistor (fifth semiconductor element) Q21 which are biased to operate in an unsaturated region. And the first
Comparator CMP1 of the case change in the drain current flowing through the load 102 is gradual, the "+" potential V + and is supplied to the input terminal "-" potential is supplied to the input terminal V -
So it substantially matches (V + = V -) to operate. on the other hand,
When the drain current flowing through the load 102 is rapidly increased is, V + <V - the become such an operation. In this case, the behavior differs depending on the magnitude of the current increase rate di / dt due to the presence of the capacitor C23. That is, (a) the current increase rate di / dt of the current flowing through the load 102
Is large: For example, consider a case in which the current flowing through the load 102 sharply rises, for example, when an arm is pinched in a power window of an automobile. At this time, the first semiconductor element Q
Drain of A - source voltage V DSA increases, positive potential of the node N1 V is the potential V of the node N2 - if the lower value, the first comparator CMP1 outputs a "L" level. However, a parallel circuit composed of a diode D21 and a second resistor R22 connected in parallel to a series circuit of the first resistor R21 is connected to the output terminal of the first comparator CMP1, and furthermore, this parallel circuit is connected to ground. Since the capacitor C23 is connected between the capacitor C23 and the potential (GND),
Unless 23 discharges through the resistor R22, the base potential of the pnp bipolar transistor (fifth semiconductor element) Q21 does not decrease. Therefore, the first comparator CMP
1, the base potential of the pnp-type bipolar transistor (fifth semiconductor element) Q21 does not immediately decrease, so that the npn-type bipolar transistor
The base potential of the transistor (fourth semiconductor element) Q22 also does not rise until the capacitor C23 discharges. That is, the potential of the source SB of the second semiconductor element QB is R22
Is substantially constant during a predetermined time constant τ depending on C23. However, since the drain current IDQA of the first semiconductor element (first semiconductor element) QA continues to increase rapidly,
V + given by equation (4) increases, and finally the second
It becomes higher than the drain-source voltage V DSB of the semiconductor element QB. As a result, the output of the second comparator CMP2 changes from the “H” level to the “L” level, causing the first semiconductor element (first semiconductor element) QA to transition to the off state, and current oscillation to start, Finally, the first semiconductor element (first semiconductor element) QA is fixed in the off state.
【0056】(ロ)負荷102を流れる電流の電流上昇
率di/dtが小さいとき:例えば、自動車のパワーウ
ィンドウが摩耗等により徐々に重くなり、負荷102を
流れる電流が緩やかに上昇した場合を考える。負荷10
2を流れる電流が増加して、ノードN1の電位V+が、
ノードN2の電位V−より低下すれば、第1の比較器C
MP1は“L”レベルを出力する。第1の比較器CMP
1の出力端子にはダイオードD21と第1の抵抗R21
との直列回路に並列接続された第2の抵抗R22とから
なる並列回路が接続され、更にこの並列回路と接地電位
(GND)との間にはコンデンサC23が接続されてい
るが、コンデンサC23が抵抗R22を介して放電する
速度よりも、負荷102を流れる電流の電流上昇率di
/dtが小さければ、時定数τ以内に、pnp型バイポ
ーラ・トランジスタ(第5半導体素子)Q21のベース
電位が下がる。この結果、pnp型バイポーラ・トラン
ジスタ(第5半導体素子)Q21のコレクタ電流が増大
し、npn型バイポーラ・トランジスタ(第4半導体素
子)Q22のベース電位も上昇する。従って、第2半導
体素子QBのソースSBの電位は時定数τを有して低下
し、ドレイン−ソース間電圧VDSBが上昇する。従っ
て、(4)式により与えられるV+の上昇率を補償出来
るので、第2の比較器CMP2の出力は“H”レベルを
維持することが出来る。このため、電流の電流上昇率d
i/dtが小さいときは、電流振動が開始せず、正常動
作を維持する。(B) When the current rise rate di / dt of the current flowing through the load 102 is small: For example, consider the case where the power window of an automobile gradually becomes heavy due to wear and the like, and the current flowing through the load 102 gradually rises. . Load 10
2 increases, and the potential V + of the node N1 becomes
If the potential drops below the potential V − of the node N2, the first comparator C
MP1 outputs an “L” level. First comparator CMP
1 has a diode D21 and a first resistor R21.
A parallel circuit composed of a second resistor R22 connected in parallel to the series circuit is connected, and a capacitor C23 is connected between the parallel circuit and the ground potential (GND). The current rise rate di of the current flowing through the load 102 is higher than the rate of discharging through the resistor R22.
If / dt is small, the base potential of the pnp bipolar transistor (fifth semiconductor element) Q21 falls within the time constant τ. As a result, the collector current of pnp type bipolar transistor (fifth semiconductor element) Q21 increases, and the base potential of npn type bipolar transistor (fourth semiconductor element) Q22 also increases. Accordingly, the potential of the source SB of the second semiconductor element QB decreases with the time constant τ, and the drain-source voltage V DSB increases. Therefore, the rate of increase of V + given by the equation (4) can be compensated, and the output of the second comparator CMP2 can be maintained at the “H” level. Therefore, the current rise rate d of the current
When i / dt is small, current oscillation does not start and normal operation is maintained.
【0057】なお、第1の比較器CMP1の出力が
“L”レベルからH”レベルに遷移するときは、ダイオ
ードD21を電流が通過するので、第1の抵抗R21の
値を十分小さくしておけば、コンデンサC23は瞬時に
充電出来、従って、第1の比較器CMP1ノード(入力
端子)N1,N2の電位にずれが発生せず、第2半導体
素子QBのソースSBの電位は、変化に短時間で応答す
る。When the output of the first comparator CMP1 transitions from the "L" level to the "H" level, the current passes through the diode D21, so that the value of the first resistor R21 must be sufficiently small. In this case, the capacitor C23 can be charged instantaneously, so that the potentials of the first comparator CMP1 nodes (input terminals) N1 and N2 do not shift, and the potential of the source SB of the second semiconductor element QB changes shortly. Respond in time.
【0058】(その他の実施の形態)上記のように、本
発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示
の一部を成す論述及び図面はこの発明を限定するもので
あると理解すべきではない。この開示から当業者には様
々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとな
ろう。(Other Embodiments) As described above, the present invention has been described with reference to the above embodiments, but it should be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. Should not be. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.
【0059】例えば、図3に示すような、電流上昇率識
別回路312を用いることも可能である。即ち、図3に
示す電流上昇率識別回路312は、第3の信号端子T3
5に一端が接続されるダイオードD21と第1の抵抗R
21との直列回路に並列接続された可変抵抗(第2の抵
抗)R32とからなる並列回路と、並列回路の他端と接
地電位(GND)の間に接続された可変コンデンサC3
3と、第1の信号端子T37に第1の主電極を接続し、
第2の主電極と接地電位との間に第1の接地抵抗R25
を接続した第4半導体素子Q22と、第2の信号端子T
36に第1の主電極、並列回路の他端に制御電極を接続
し、第2の主電極を第4半導体素子Q22の制御電極に
接続し、更に、第2の主電極と接地電位との間に第2の
接地抵抗R24を接続した第5半導体素子Q21とから
構成されている。電流上昇率識別回路312以外の部分
については、図1と同様なので、重複する説明を省略す
る。For example, it is possible to use a current rise rate discrimination circuit 312 as shown in FIG. That is, the current rise rate identification circuit 312 shown in FIG.
5 and a first resistor R21.
A variable resistor (second resistor) R32 connected in parallel to the series circuit 21 and a variable capacitor C3 connected between the other end of the parallel circuit and the ground potential (GND).
3 and a first main electrode connected to the first signal terminal T37,
A first ground resistance R25 between the second main electrode and the ground potential;
And a second signal terminal T22.
A first main electrode is connected to 36, a control electrode is connected to the other end of the parallel circuit, a second main electrode is connected to a control electrode of the fourth semiconductor element Q22, and the second main electrode is connected to the ground potential. And a fifth semiconductor element Q21 with a second ground resistor R24 connected between them. The components other than the current increase rate discrimination circuit 312 are the same as those in FIG.
【0060】図3に示す電流上昇率識別回路312にお
いて、第3の信号端子T35に接続される並列回路に含
まれる第2の抵抗を可変抵抗R32としておけば、任意
の時定数τが選択出来る。或いは、第3の信号端子T3
5に接続される並列回路に接続されるコンデンサを可変
コンデンサC33とすれば、任意の時定数τが選択出来
る。従って、負荷102を流れる電流の電流上昇率di
/dtが種々雑多な値を取る場合であっても、それに最
適な電流遮断機能を持たせることが可能である。In the current rise rate discrimination circuit 312 shown in FIG. 3, if the second resistor included in the parallel circuit connected to the third signal terminal T35 is replaced by the variable resistor R32, an arbitrary time constant τ can be selected. . Alternatively, the third signal terminal T3
If the capacitor connected to the parallel circuit connected to 5 is a variable capacitor C33, an arbitrary time constant τ can be selected. Therefore, the current rise rate di of the current flowing through the load 102
Even when / dt takes various values, it is possible to provide an optimum current cutoff function.
【0061】図3に示す電流上昇率識別回路312の構
成は時定数τが連続的に変化出来るものであるが、複数
の第2の抵抗及びコンデンサを用意し、スイッチで切り
変えることにより、離散的な時定数τの値を選択するこ
とも可能である。即ち、対象とする負荷の特性、使用環
境等に応じてしきい値となる電流上昇率di/dtを変
更することにより、本発明の負荷電流微分検出・制御回
路の汎用性を高めることが可能となるこのように、本発
明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含む
ことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記
の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項に
よってのみ定められるものである。The configuration of the current rise rate discrimination circuit 312 shown in FIG. 3 is such that the time constant τ can be continuously changed. However, by preparing a plurality of second resistors and capacitors and switching them with a switch, the discreteness is obtained. It is also possible to select a value of a proper time constant τ. That is, the versatility of the load current differential detection / control circuit of the present invention can be enhanced by changing the current rise rate di / dt, which is a threshold value, according to the characteristics of the target load, the use environment, and the like. As described above, the present invention naturally includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is determined only by the invention specifying matters according to the claims that are appropriate from the above description.
【0062】[0062]
【発明の効果】本発明によれば、簡単な構成で、緩やか
な負荷電流の変化には応答せず、急激な負荷電流の変化
のみに応答し、過電流を遮断出来る負荷電流微分検出・
制御回路を提供することが出来る。According to the present invention, with a simple configuration, it does not respond to a gradual change in load current, responds only to a sudden change in load current, and can cut off overcurrent to detect a load current differential.
A control circuit can be provided.
【図1】本発明の実施の形態に係る負荷電流微分検出・
制御回路の回路構成図である。FIG. 1 shows load current differential detection and detection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a control circuit.
【図2】本発明の他の実施の形態に係る負荷電流微分検
出・制御回路に用いるオン/オフ回数積算回路の回路構
成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an on / off frequency integration circuit used in a load current differentiation detection / control circuit according to another embodiment of the present invention.
【図3】本発明の更に他の実施の形態に係る負荷電流微
分検出・制御回路の回路構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a load current differential detection / control circuit according to still another embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態に係る負荷電流微分検出・
制御回路の第1半導体素子に着目した概念的等価回路図
である。FIG. 4 is a diagram illustrating load current differential detection and detection according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual equivalent circuit diagram focusing on a first semiconductor element of a control circuit.
【図5】従来の半導体スイッチの回路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a conventional semiconductor switch.
【図6】温度センサ内蔵スイッチング素子の回路構成図
である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a switching element with a built-in temperature sensor.
101 電源 102 負荷 110 半導体チップ 111 駆動回路 301 過電流検出部 302 電流Enable部 304 オン/オフ回数積算回路 305 チャージポンプ部 306 遮断ラッチ回路 311,312 電流上昇率識別回路 C31, コンデンサ C33 可変コンデンサ CMP1 第1の比較器 CMP2 第2の比較器 D1,D31,D32,D33 ダイオード QA,QF 第1半導体素子 QB 第2半導体素子 QC 第3半導体素子 Q21 第5半導体素子 Q22 第4半導体素子 Q31 MOSトランジスタ Q32,Q34 pnp型バイポーラ・トランジスタ Q33 npn型バイポーラ・トランジスタ RG 内部抵抗 R1,R2,R5,R21〜R23,R30〜R37
抵抗 R24 第2の接地抵抗 R25 第1の接地抵抗 R32 可変抵抗 T1,T2,T3,T14〜T18 入出力端子 T27,T37 第1の信号端子 T26,T36 第2の信号端子 T25,T35 第3の信号端子 ZD1,ZD31 ツェナーダイオードReference Signs List 101 power supply 102 load 110 semiconductor chip 111 drive circuit 301 overcurrent detection unit 302 current enable unit 304 ON / OFF count integration circuit 305 charge pump unit 306 cut-off latch circuit 311, 312 current rise rate identification circuit C31, capacitor C33 variable capacitor CMP1 1st comparator CMP2 2nd comparator D1, D31, D32, D33 Diode QA, QF First semiconductor element QB Second semiconductor element QC Third semiconductor element Q21 Fifth semiconductor element Q22 Fourth semiconductor element Q31 MOS transistor Q32, Q34 pnp-type bipolar transistor Q33 npn-type bipolar transistor RG Internal resistance R1, R2, R5, R21-R23, R30-R37
Resistance R24 Second ground resistance R25 First ground resistance R32 Variable resistance T1, T2, T3, T14 to T18 Input / output terminal T27, T37 First signal terminal T26, T36 Second signal terminal T25, T35 Third Signal terminal ZD1, ZD31 Zener diode
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H03K 17/687 H03K 17/687 A Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H03K 17/687 H03K 17/687 A
Claims (7)
る第1半導体素子と、 前記第1半導体素子の第1の主電極、制御電極にそれぞ
れ接続された第1の主電極、制御電極と、第2の主電極
とを有する第2半導体素子と、 前記第1半導体素子の第1の主電極、制御電極にそれぞ
れ接続された第1の主電極、制御電極と、第2の主電極
とを有する第3半導体素子と、 前記第1半導体素子の第2の主電極に第1の入力端子を
接続し、前記第3半導体素子の第2の主電極に第2の入
力端子を接続した第1の比較器と、 前記第1及び第2半導体素子のそれぞれの第2の主電極
間電圧を比較する第2の比較器と、 前記第2の比較器の出力に応じて、前記第1乃至第3半
導体素子のそれぞれの制御電極に制御電圧を供給する駆
動回路と、 前記第2半導体素子の前記第2の主電極に第1の信号端
子を、前記第3半導体素子の前記第2の主電極に第2の
信号端子を、前記第1の比較器の出力端子に第3の信号
端子を接続した電流上昇率識別回路とから少なくともな
り、前記第1半導体素子の第2の主電極に接続される負
荷に流れる電流の時間微分を検知して、時間微分値が所
定の値以上の場合のみについて前記第1半導体素子をオ
ン/オフ制御して電流振動を生成し、この電流振動によ
り、前記第1半導体素子の導通状態を遮断すること特徴
とする負荷電流微分検出・制御回路。A first semiconductor element having first and second main electrodes and a control electrode; a first main electrode connected to the first main electrode and the control electrode of the first semiconductor element, respectively. A second semiconductor element having a control electrode and a second main electrode; a first main electrode and a control electrode respectively connected to the first main electrode and the control electrode of the first semiconductor element; A third semiconductor element having a main electrode; a first input terminal connected to a second main electrode of the first semiconductor element; and a second input terminal connected to a second main electrode of the third semiconductor element. A connected first comparator, a second comparator for comparing a second main electrode voltage of each of the first and second semiconductor elements, and an output of the second comparator, A driving circuit for supplying a control voltage to each control electrode of the first to third semiconductor elements; A first signal terminal to the second main electrode of the device, a second signal terminal to the second main electrode of the third semiconductor device, and a third signal to the output terminal of the first comparator. A current rise rate discrimination circuit having a terminal connected thereto, and detecting a time differential of a current flowing through a load connected to the second main electrode of the first semiconductor element, and detecting a time differential value equal to or greater than a predetermined value. A load current differential detection / control circuit characterized in that a current oscillation is generated by ON / OFF-controlling the first semiconductor element only in a case, and the conduction state of the first semiconductor element is cut off by the current oscillation.
子、前記第3半導体素子、前記第1比較器、前記第2比
較器及び前記駆動回路が同一半導体基板上に集積化され
ていることを特徴とする請求項1記載の負荷電流微分検
出・制御回路。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor element, the second semiconductor element, the third semiconductor element, the first comparator, the second comparator, and the driving circuit are integrated on a same semiconductor substrate. The load current differential detection / control circuit according to claim 1, wherein:
端子に一端が接続される、ダイオードと第1の抵抗との
直列回路に並列接続された第2の抵抗(R22,R3
2)とからなる並列回路と、 前記並列回路の他端と接地電位の間に接続されたコンデ
ンサと、 前記第1の信号端子に第1の主電極を接続し、第2の主
電極と接地電位との間に第1の接地抵抗を接続した第4
半導体素子と、 前記第2の信号端子に第1の主電極、前記並列回路の他
端に制御電極を接続し、第2の主電極を前記第4半導体
素子の制御電極に接続し、更に、前記第2の主電極と接
地電位との間に第2の接地抵抗を接続した第5半導体素
子とからなることを特徴とする請求項1記載の負荷電流
微分検出・制御回路。3. The current rise rate discrimination circuit includes a second resistor (R22, R3) having one end connected to the third signal terminal and connected in parallel to a series circuit of a diode and a first resistor.
2) a capacitor connected between the other end of the parallel circuit and a ground potential; a first main electrode connected to the first signal terminal; and a second main electrode connected to the ground. A fourth ground resistance connected to the first ground resistance
A semiconductor element, a first main electrode connected to the second signal terminal, a control electrode connected to the other end of the parallel circuit, a second main electrode connected to a control electrode of the fourth semiconductor element, 2. The load current differential detection / control circuit according to claim 1, further comprising a fifth semiconductor element having a second ground resistor connected between said second main electrode and a ground potential.
ンデンサは可変コンデンサであることを特徴とする請求
項3記載の負荷電流微分検出・制御回路。4. The circuit according to claim 3, wherein said second resistor is a variable resistor, and said capacitor is a variable capacitor.
度センサと、 該温度センサに接続されたラッチ回路と、 該ラッチ回路に制御電極を接続した過熱遮断用トランジ
スタと、 該過熱遮断用トランジスタに制御電極を接続した主トラ
ンジスタと、 前記第1半導体素子の第2の主電極、前記温度センサに
接続されたオン/オフ回数積算回路とを更に有し、該オ
ン/オフ回数積算回路は、前記第1半導体素子のオン/
オフ制御回数が所定回数に達したときに、前記第1半導
体素子をターンオフすることを特徴とする請求項1乃至
4のいずれか1項記載の負荷電流微分検出・制御回路。5. A temperature sensor disposed near the first semiconductor element, a latch circuit connected to the temperature sensor, an overheat cutoff transistor having a control electrode connected to the latch circuit, and an overheat cutoff transistor. A main transistor having a control electrode connected to the transistor; a second main electrode of the first semiconductor element; and an on / off number integration circuit connected to the temperature sensor. , Turning on / off of the first semiconductor element
The load current differential detection / control circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the first semiconductor element is turned off when the number of times of off control reaches a predetermined number.
いに単位チャネル幅当たりの伝達コンダクタンスが等し
い半導体素子であることを特徴とする請求項1乃至5の
いずれか1項記載の負荷電流微分検出・制御回路。6. The load according to claim 1, wherein said first, second, and third semiconductor elements are semiconductor elements having the same transmission conductance per unit channel width. Current derivative detection and control circuit.
を2以上の正の整数として、前記第2及び第3半導体素
子の定格電流容量のn倍であることを特徴とする請求項
6記載の負荷電流微分検出・制御回路。7. The rated current capacity of the first semiconductor element is n
7. The load current differential detection / control circuit according to claim 6, wherein n is a positive integer of 2 or more and is n times the rated current capacity of the second and third semiconductor elements.
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|---|---|---|---|
| JP2000035736A JP2000299627A (en) | 1999-02-14 | 2000-02-14 | Load current derivative detection / control circuit |
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