JP2012009763A - 電流制御用半導体素子、およびそれを用いた制御装置 - Google Patents

電流制御用半導体素子、およびそれを用いた制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】センス比の温度分布依存性を除去し、センスＭＯＳＦＥＴによる電流検出の精度を向上できる電流制御用半導体素子、およびそれを用いた制御装置を提供することにある。
【解決手段】電流制御用半導体素子１は、同一半導体チップ上に、電流を駆動するメインＭＯＳＦＥＴ７と、メインＭＯＳＦＥＴ７に並列に接続し、メインＭＯＳＦＥＴの電流を分流して電流検出を行うためのセンスＭＯＳＦＥＴ８とを有する。メインＭＯＳＦＥＴは、複数のチャネルを有し、一列に配列されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを使用して形成される。マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７の中心から、最も遠いチャネルまでの距離をＬとすると、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、センスＭＯＳＦＥＴ８のチャネルとして使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流制御用半導体素子、およびそれを用いた制御装置に係り、特に、電流制御用半導体素子に流れる電流を高い精度で検出するに好適な電流制御用半導体素子、およびそれを用いた制御装置に関する。
各種制御対象が電子制御されるに従って、電気信号を機械的運動や油圧に変換するために、モータやソレノイドなどの電動アクチュエーターが広く用いられるようになっている。これらの電動アクチュエーターの高度化には、高精度な電流制御が必須である。
高精度な電流制御には、電流値を精度良く検出する必要がある。一般的には、全電流を高精度なシャント抵抗に通電し、シャント抵抗の両端電位を測定する手法が用いられる。しかしながら、この方法では、高精度、かつ大容量のシャント抵抗を用いるため、制御装置のコストやサイズが増加する。また、検出する全電流をシャント抵抗に通電するため、発熱も多く、放熱のためのコストも増大する。
この課題を解決するため、電流を駆動するメインＭＯＳＦＥＴに、センスＭＯＳＦＥＴを用いた電流検出部を並列に接続し、低損失で電流検出を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。センスＭＯＳＦＥＴは、前記メインＭＯＳＦＥＴと同一のゲートで、ゲート幅が１／１０００から１／１００程度に設計され、センスＭＯＳＦＥＴに流れる電流はメインＭＯＳＦＥＴの１／１０００から１／１００程度になるので、前記電流検出部で発生する損失はシャント抵抗方式と比べて小さくできる。
特開２００６−２０３４１５号公報
しかしながら、センスＭＯＳＦＥＴによる電流検出では、電流検出の精度は、メインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴの電流比（センス比；センス比の値は分母をメインＭＯＳＦＥＴの電流値、分子をセンスＭＯＳＦＥＴの電流値とする）の精度に依存する。
ここで、メインＭＯＳＦＥＴによる電流駆動時はメインＭＯＳＦＥＴが発熱することにより、メインＭＯＳＦＥＴ内に温度分布ができ、メインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴの特性に差が生じる。このため、センス比が変動し、電流検出の精度が低下するという問題があった。
本発明の目的は、センス比の温度分布依存性を除去し、センスＭＯＳＦＥＴによる電流検出の精度を向上できる電流制御用半導体素子、およびそれを用いた制御装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、同一半導体チップ上に、電流を駆動するメインＭＯＳＦＥＴと、前記メインＭＯＳＦＥＴに並列に接続し、前記メインＭＯＳＦＥＴの電流を分流して電流検出を行うためのセンスＭＯＳＦＥＴとを有し、前記メインＭＯＳＦＥＴは、複数のチャネルを有し、一列に配列されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを使用して形成され、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの一部のチャネルは、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用されるとともに、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、最も遠いチャネルまでの距離をＬとすると、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用するようにしたものである。
かかる構成により、センス比の温度分布依存性を除去し、センスＭＯＳＦＥＴによる電流検出の精度を向上できるものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを構成するＭＯＳＦＥＴは、全て同じパターンとして形成されるものである。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの配列方向において、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から対称位置であり、かつ、（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用するようにしたものである。
（４）上記（１）において、好ましくは、前記一列に配列されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴと同一形状のマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴのチャネルの幅方向に複数列配置してマルチフィンガーアレイを形成し、前記マルチフィンガーアレイの中心から、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの配列方向において、最も遠いマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴまでの距離をＬｘとすると、前記マルチフィンガーアレイの中心から（Ｌｘ／（√３））の位置で、かつ、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴのチャネルの幅方向において、最も遠いチャネルまでの距離をＬｙとすると、前記選択されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌｙ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用するようにしたものである。
（５）上記（４）において、好ましくは、選択されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴのチャネルの幅方向において、最も遠いチャネルまでの距離をＬｙとすると、前記選択されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌｙ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用するとともに、前記マルチフィンガーアレイの中心から（Ｌｘ／（√３））の位置に最も近いマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴとして選択された他のＭＯＳＦＥＴをダミーとして用いるようにしたものである。
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、電流制御用半導体素子と、該電流制御用半導体素子を制御するマイクロコントローラとを有する制御装置であって、前記電流制御用半導体素子は、同一半導体チップ上に、電流を駆動するメインＭＯＳＦＥＴと、前記メインＭＯＳＦＥＴに並列に接続し、前記メインＭＯＳＦＥＴの電流を分流して電流検出を行うためのセンスＭＯＳＦＥＴとを有し、前記メインＭＯＳＦＥＴは、複数のチャネルを有し、一列に配列されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを使用して形成され、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの一部のチャネルは、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用されるとともに、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、最も遠いチャネルまでの距離をＬとすると、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用するようにしたものである。
かかる構成により、センス比の温度分布依存性を除去し、センスＭＯＳＦＥＴによる電流検出の精度を向上できるものとなる。
本発明によれば、センス比の温度分布依存性を除去し、センスＭＯＳＦＥＴによる電流検出の精度を向上できるものとなる。
本発明の第１の実施形態による電流制御用半導体素子の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による電流制御用半導体素子に用いるメインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴのレイアウト図である。 本発明の第２の実施形態による電流制御用半導体素子に用いるメインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴのレイアウト図である。 本発明の第３の実施形態による電流制御用半導体素子に用いるメインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴのレイアウト図である。 本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いた自動変速機制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブレーキ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施形態による電流制御用半導体素子の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による電流制御用半導体素子の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電流制御用半導体素子の全体構成を示すブロック図である。
電流制御用半導体素子１は、制御部４と、ＰＷＭ信号発生部５と、ドライバ６と、メインＭＯＳＦＥＴ７と、センスＭＯＳＦＥＴ８と、ローサイドＭＯＳＦＥＴ９と、電流検出部１０と、から構成される。
電流制御用半導体素子１は、ソレノイド２、およびソレノイド２に電圧を供給するバッテリーＢに接続され、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により、ソレノイド２に印加する電圧をオン・オフし、ソレノイド２に流れる電流を駆動する。
メインＭＯＳＦＥＴ７は、ソレノイド２とバッテリー３との間のスイッチで、メインＭＯＳＦＥＴ７のゲート信号７ＧＷがハイレベル時にオンで、ローレベル時にオフとなる。メインＭＯＳＦＥＴ７がオンで、ローサイドＭＯＳＦＥＴ９がオフの時はバッテリー３から、メインＭＯＳＦＥＴのドレイン引き出し線７ＤＷ、メインＭＯＳＦＥＴ７、メインＭＯＳＦＥＴのソース引き出し線７ＳＷを経由してソレノイド２に電流が流れる。
ローサイドＭＯＳＦＥＴ９は、メインＭＯＳＦＥＴ７がオフの時、ソレノイド２に流れる電流を還流させる経路として使用し、メインＭＯＳＦＥＴ７がオフの期間、ローサイドＭＯＳＦＥＴ９はオンとなる。
メインＭＯＳＦＥＴ７がオンの時、センスＭＯＳＦＥＴ８も同時にオンし、メインＭＯＳＦＥＴ７の電流を分流した電流が、センスＭＯＳＦＥＴのドレイン引き出し線８ＤＷを通じて流れる。
電流検出部１０は、センスＭＯＳＦＥＴのドレイン引き出し線８ＤＷに通電する電流を検出し、その結果を制御部４に出力する。
制御部４は、ソレノイド２の電流を、上位の制御装置（ＣＵ）から出力される目標値Ｉ*に追従させるために最適なＤｕｔｙを演算し、出力する。
ＰＷＭ信号発生部５は、制御部４からのＤｕｔｙに応じて、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ７をオンするパルスと、ローサイドＭＯＳＦＥＴ８をオンするパルスをそれぞれ生成する。
ドライバ６は、ＰＷＭ信号発生部５からのパルスを、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ７、およびローサイドＭＯＳＦＥＴ８を駆動できる電圧にまで昇圧する。
次に、図２を用いて、本実施形態による電流制御用半導体素子に用いるメインＭＯＳＦＥＴ７とセンスＭＯＳＦＥＴ８のレイアウトについて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による電流制御用半導体素子に用いるメインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴのレイアウト図である。なお、図２において、図１と同一符号は同一部分を示している。
メインＭＯＳＦＥＴ７とセンスＭＯＳＦＥＴ８（８ａ，８ｂ）は、同一形状のチャネル（ドレイン−ソース間のゲート下にある電流の経路）を複数個有するマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴに混載して同一半導体チップ上に形成され、チャネル幅方向と直交する方向（Ｘ方向）に一列に配置される。点線で囲われた二つの領域８ａ、８ｂが、メインＭＯＳＦＥＴ７の内部でセンスＭＯＳＦＥＴ８を形成する領域である。
ここで、メインＭＯＳＦＥＴ７、およびセンスＭＯＳＦＥＴ８内で温度分布がある場合のセンス比について説明する。
メインＭＯＳＦＥＴ７は、図中の一点鎖線Ｏを中心として、線対称のパターンを有する。一点鎖線の位置を原点０として、図示の左側の最も遠いチャネルが形成される位置までの距離をＬとする。
そして、１次元領域０＜ｘ＜Ｌ内で均一な発熱がある場合の温度分布Ｔ（ｘ）は、

Ｔ（ｘ）＝−ａｘ２＋ｂ …（１）

となり、２次関数で表される。
ここで、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴのチャネル電流Ｉを温度Ｔの１次式で近似すると、チャネル電流の分布Ｉ（ｘ）は、

Ｉ（ｘ）＝−αｘ２＋β …（２）

となる。
よって、領域０＜ｘ＜Ｌ内のチャネル電流Ｉｘの平均値Ｉａｖｅは、

Ｉａｖｅ＝（１／Ｌ）∫Ｉ（ｘ）ｄｘ＝−（α／３）Ｌ２＋β …（３）

である。
チャネル電流がＩａｖｅと一致する位置は、式（４）で求まり、

−αｘ２＋β＝−（α／３）Ｌ＋β …（４）

これを解くと、ｘ＝Ｌ／（√３）となる。
したがって、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心Ｏから最も遠いチャネルの位置をＬとすると、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心Ｏから（Ｌ／（√３））の距離に最も近いチャネル電流値が、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ内チャネル電流値の平均に最も近くなるので、このチャネルをセンスＭＯＳＦＥＴとして用いることにより、温度分布がある場合においてもセンス比の精度を向上することができる。
図２のレイアウトの例では、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルに接する、外側から３番目のドレインＤをセンスＭＯＳＦＥＴ用に用いれば良く、このドレインにセンスＭＯＳＦＥＴ用引き出し線８ＤＷを接続する。
さらに、同じ条件のドレインは、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心Ｏから左右に等距離の位置にそれぞれ存在する。すなわち、二つ存在するため、この両方をセンスＭＯＳＦＥＴ用に使うことにより、メインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴがコモンセントロイド配置となり、チャネル電流の空間依存性も平準化することができる。
図２に示すレイアウトでは、図の左側から見ると、ドレインＤ，ゲートＧ，ソースＳによって、第１のＭＯＳＦＥＴが構成される。その右側については、ソースＳはその左側の第１のＭＯＳＦＥＴと共通に使用され、さらに、ゲートＧ，ドレインＤによって、第２のＭＯＳＦＥＴが構成される。
従って、原点Ｏの左側において、範囲ＲＡ１には、３個のメインＭＯＳＦＥＴが配置される。次の範囲ＲＡ２には２個のセンスＭＯＳＦＥＴが配置される。前述のように、外側から３番目のチャネルであるドレインＤをセンスＭＯＳＦＥＴ用に用いるとともに、このドレインは電流検出用に用いられる。外側から３番目のチャネルであるドレインＤはその両側のＭＯＳＦＥＴに共通利用されるため、センスＭＯＳＦＥＴは２個の配置する必要がある。さらに、次の範囲ＲＡ３には、４個のメインＭＯＳＦＥＴが配置される。すなわち、７個のメインＭＯＳＦＥＴと、２個のセンスＭＯＳＦＥＴが配置される。さらに、図２のレイアウトでは、一点鎖線に対して線対称に配置されるため、チャネル幅方向と直交する方向（Ｘ方向）に、１４個のメインＭＯＳＦＥＴと、４個のセンスＭＯＳＦＥＴが配置される。
そして、メインＭＯＳＦＥＴの各ドレインＤは、メインＭＯＳＦＥＴのドレイン引き出し線７ＤＷによって共通接続される。一方、センスＭＯＳＦＥＴの各ドレインＤは、センスＭＯＳＦＥＴ用の引き出し線８ＤＷによって共通接続される。
また、メインＭＯＳＦＥＴの各ソースＳ及びセンスＭＯＳＦＥＴの各ソースＳは、メインＭＯＳＦＥＴのソース引き出し線７ＳＷによって共通接続される。メインＭＯＳＦＥＴの各ゲートＧＳ及びセンスＭＯＳＦＥＴの各ゲートＧは、メインＭＯＳＦＥＴのゲート引き出し線７ＧＷによって共通接続される。
ここで、メインＭＯＳＦＥＴのドレイン引き出し線７ＤＷ及びメインＭＯＳＦＥＴのソース引き出し線７ＳＷには大電流が流れるため、幅の広いＭ３配線が用いられる。また、メインＭＯＳＦＥＴのゲート引き出し線７ＧＷには、ゲート信号としての小電流が流れるため、幅の狭いＭ１配線が用いられる。センスＭＯＳＦＥＴ用の引き出し線８ＤＷに流れる電流は、メインＭＯＳＦＥＴのドレイン引き出し線７ＤＷ及びメインＭＯＳＦＥＴのソース引き出し線７ＳＷに流れる電流に比べて小さいため、Ｍ３配線よりも幅の狭いＭ２配線が用いられる。
図２に示すレイアウトでは、メインＭＯＳＦＥＴ７とセンスＭＯＳＦＥＴ８（８ａ，８ｂ）は、同一形状としている。すなわち、メインＭＯＳＦＥＴ７とセンスＭＯＳＦＥＴ８（８ａ，８ｂ）のゲート幅は同じであるので、センス比は、２／７となっている。図２は、説明の都合上模式化して図示しており、実際のレイアウトでは、Ｘ方向に、例えば、４００個のメインＭＯＳＦＥＴと、４個のセンスＭＯＳＦＥＴが配置される。この場合、センス比は１／１００となる。
なお、図１に示した例では、センスＭＯＳＦＥＴ８は、メインＭＯＳＦＥＴ７と並列に配置されている。それに対して、ローサイドＭＯＳＦＥＴ９と並列にセンスＭＯＳＦＥＴを配置して、ローサイドＭＯＳＦＥＴに流れる電流を検出する場合もある。この場合、図２のレイアウトでいうと、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルに接する、外側から３番目のソースＳをセンスＭＯＳＦＥＴ用に用いればよいものである。
以上説明のように、本実施形態のレイアウトにより、メインＭＯＳＦＥＴに温度分布がある場合でもセンス比の精度を向上させることができる。
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態による電流制御用半導体素子の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による電流制御用半導体素子の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図３は、本発明の第２の実施形態による電流制御用半導体素子に用いるメインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴのレイアウト図である。なお、図２において、図１と同一符号は同一部分を示している。
図３において、縦方向（Ｙ方向：チャネル幅方向）の中央のマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴは、図２のレイアウトに示したマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴと同一で、点線で囲われた二つの領域８ａ，８ｂが、メインＭＯＳＦＥＴ７ｂに混在してセンスＭＯＳＦＥＴ８を形成する領域である。
メインＭＯＳＦＥＴ７ｂを挟んで、Ｙ方向に、それぞれ、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ａ，７ｃがチャネル幅方向に複数個並べられ、マルチフィンガーＭＯＳアレイを形成している。
中央のマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを挟む上下のマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ａ，７ｃは、センスＭＯＳＦＥＴを形成する領域を含まないが、センスＭＯＳＦＥＴ用の引き出し線８ＤＷの配線のため、センスＭＯＳＦＥＴ８を形成する領域８ａ，８ｂの上下にゲートをソース側に短絡したダミーＭＯＳＦＥＴ７ｄｍｍｙ（ａ），７ｄｍｍｙ（ｂ），７ｄｍｍｙ（ｂ），７ｄｍｍｙ（ｂ）を配置している。
このようにして、センスＭＯＳＦＥＴ８を形成する領域８ａ，８ｂとそれ以外の領域のドレイン配線形状を一致させ、配線抵抗の変動によるセンス比変動を抑えることができる。
図３に示したマルチフィンガーＭＯＳアレイでは、メインＭＯＳＦＥＴの数は５２個であり、センスＭＯＳＦＥＴの数は４個であるので、センス比は２／２１となり、図２に示した場合のセンス比に対してさらに、１／３とセンス比を小さくできる。
従って、図２にて説明したように、Ｙ方向の中央に配置されるマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ｂの実際のレイアウトで、Ｘ方向に、例えば、４００個のメインＭＯＳＦＥＴと、４個のセンスＭＯＳＦＥＴが配置されるとすると、図３に示したマルチフィンガーＭＯＳアレイでは、センス比は１／３００となる。
以上説明のように、本実施形態のレイアウトにより、メインＭＯＳＦＥＴに温度分布がある場合でもセンス比の精度を向上させることができる。
また、センス比を図２の例に比べて小さくできる。
次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態による電流制御用半導体素子の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による電流制御用半導体素子の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図４は、本発明の第３の実施形態による電流制御用半導体素子に用いるメインＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴのレイアウト図である。なお、図２において、図１と同一符号は同一部分を示している。
図４に示した例では、Ｙ方向（チャネルの幅方向）に、１０個のマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを並べてマルチフィンガーＭＯＳアレイを構成している。なお、図４では、ゲートＧの記載は省略しており、ドレインＤとソースＳのみを記載しているが、実際には、図２にて説明したように、ドレインＤとソースＳの間にはゲートＧが設けられている。
マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ｂ１，７ｂ２は、図３にて説明したマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ｂと同様に、メインＭＯＳＦＥＴと、その中に混在して配置されたセンスＭＯＳＦＥＴとから構成される。Ｘ方向（チャネルの幅方向に直行する方向）において、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心ＯからＸ方向に（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルに接するドレインＤをセンスＭＯＳＦＥＴ用として用いるように、センスＭＯＳＦＥＴ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが配置されている。
マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ａ１，７ａ２，７ａ３，７ａ４，７ｃ１，７ｃ２，７ｃ３，７ｃ４は、図３にて説明したマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ａ，７ｃと同様に、メインＭＯＳＦＥＴと、その中に混在して配置されたダミーＭＯＳＦＥＴ７ｄｍｍｙ（ａ），７ｄｍｍｙ（ｂ），７ｄｍｍｙ（ｃ），７ｄｍｍｙ（ｄ），７ｄｍｍｙ（ｅ），７ｄｍｍｙ（ｆ）とから構成される。Ｘ方向（チャネルの幅方向に直行する方向）におけるダミーＭＯＳＦＥＴ７ｄｍｍｙの位置は、センスＭＯＳＦＥＴ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと同じ位置である。
さらに、本実施形態では、センスＭＯＳＦＥＴ８ａ，８ｂが混在するマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ｂ１，７ｂ２のＹ方向（チャネルの幅方向）の位置にも特徴がある。ここで、Ｙ方向において、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心ＯからＹ方向に最も遠いチャネルの位置をＬとすると、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心ＯからＹ方向に（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルに接する、外側からマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ｂ１，７ｂ２にセンスＭＯＳＦＥＴ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを混在させるようにしている。
その結果、センスＭＯＳＦＥＴ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、図２にて説明したように、Ｘ方向において、温度分布がある場合においてもセンス比の精度を向上することができる。また、Ｙ方向においても、（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネル電流値が、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ内チャネル電流値の平均に最も近くなるので、このチャネルをセンスＭＯＳＦＥＴとして用いることにより、温度分布がある場合においてもセンス比の精度を向上することができる。
以上のようにして、マルチフィンガーＭＯＳアレイとした場合でも、Ｘ方向Ｙ方向のいずれに対しても、センス比の温度依存性を除去して、センス比の精度を向上できる。
図４に示したマルチフィンガーＭＯＳアレイでは、メインＭＯＳＦＥＴの数は１４０個であり、センスＭＯＳＦＥＴの数は４個であるので、センス比は１／３５となり、図３に示した場合のセンス比に対してさらに、センス比を小さくできる。
従って、図２にて説明したように、Ｙ方向の中央に配置されるマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴ７ｂの実際のレイアウトで、Ｘ方向に、例えば、４００個のメインＭＯＳＦＥＴと、４個のセンスＭＯＳＦＥＴが配置されるとすると、図４に示したマルチフィンガーＭＯＳアレイでは、センス比は１／１０００となる。
以上説明のように、本実施形態のレイアウトにより、アレイにおいて、メインＭＯＳＦＥＴに温度分布がある場合でもセンス比の精度を向上させることができる。
また、センス比を図２の例に比べて小さくできる。
次に、図５を用いて、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いた自動変速機制御装置の構成及び動作について説明する。
図５は、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いた自動変速機制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図５において、図１と同一符号は同一部分を示している。
自動変速機制御装置ＡＴＣＵは、図１に示した上位の制御装置であるマイクロコントローラＣＵと、電流制御用半導体素子１に相当する複数の電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｅとから構成される。
マイクロコントローラ１は、エンジン回転数センサ５２、シフトレバー位置センサ５３、アクセルペダル位置センサ５４からセンサ値を入力し、入力されたセンサ値から、最適な変速比を演算し、その変速比を実現するための、変速機５１が備える複数のクラッチ（図示せず）の油圧指令値と、その油圧に対応したソレノイド２０ａ，…，２０ｅの電流値指令値を演算し、その電流値指令値Ｉａ＊，…，Ｉｅ＊を電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｅに出力する。
前述の各実施形態における説明の通り、電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｅにより高精度な電流検出、および電流制御ができるため、滑らかな変速が可能となり、自動車の乗り心地が向上する。
なお、図５ではマイクロコントローラＣＵがエンジン回転数センサ５２、シフトレバー位置センサ５３、アクセルペダル位置センサ５４の３つのセンサからセンサ値を入力しているが、変速制御方式に対応して、入力するセンサの数や種類を変えても良い。また、図５ではマイクロコントローラＣＵがセンサからセンサ値を直接入力しているが、他のマイクロコントローラやＩＣを経由して入力しても良い。また、図５では自動変速機５１が５つのクラッチを備える例を示しているが、変速機構に対応して、クラッチの数、およびそれに対応したソレノイド電流制御装置の数を変えても良い。
次に、図６を用いて、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブレーキ制御装置の構成及び動作について説明する。
図６は、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブレーキ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図６において、図１と同一符号は同一部分を示している。
ブレーキ制御装置ＢＣＵは、図１に示したマイクロコントローラＣＵと電流制御用半導体素子１とから構成される。
マイクロコントローラＣＵは、ブレーキペダル位置センサ６３、車速センサ６４からセンサ値を入力し、入力されたセンサ値から、最適なブレーキの制動力を演算し、その制動力を実現するための、油圧ブレーキ６１の油圧指令値と、その油圧に対応したソレノイド２０の電流値指令値を演算し、その電流値指令値Ｉ＊を電流制御用半導体素子１に出力する。
前述の各実施形態における説明の通り、電流制御用半導体素子１は高精度な電流検出、および電流制御ができるため、滑らかなブレーキが可能となり、自動車の乗り心地が向上する。
なお、図６ではマイクロコントローラＣＵがブレーキペダル位置センサ６３、車速センサ６４の２つのセンサからセンサ値を入力しているが、制動方式に対応して、入力するセンサの数や種類を変えても良い。また、図６ではマイクロコントローラＣＵがセンサからセンサ値を直接入力しているが、他のマイクロコントローラやＩＣを経由して入力しても良い。
次に、図７を用いて、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブラシレスモータ制御装置の構成及び動作について説明する。
図７は、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図６において、図１と同一符号は同一部分を示している。
ブラシレスモータ制御装置ＭＣＵは、図１に示したマイクロコントローラＣＵと電流制御用半導体素子１とから構成される。
マイクロコントローラＣＵは、モータの目標回転数、およびトルクを実現するためのモータ７１の３相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗに対する３相電流指令値を演算し、その電流値指令値Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊を電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｃに出力する。
前述の各実施形態における説明の通り、電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｃは高精度な電流検出、および電流制御ができるため、滑らかなモータ制御が可能となる。
１……電流制御用半導体素子
４……制御部
５……ＰＷＭ信号発生部
６……ドライバ
７……メインＭＯＳＦＥＴ
８……センスＭＯＳＦＥＴ
９……ローサイドＭＯＳＦＥＴ
２０……ソレノイド
Ｂ……バッテリー

Claims (6)

  1. 同一半導体チップ上に、電流を駆動するメインＭＯＳＦＥＴと、前記メインＭＯＳＦＥＴに並列に接続し、前記メインＭＯＳＦＥＴの電流を分流して電流検出を行うためのセンスＭＯＳＦＥＴとを有し、
    前記メインＭＯＳＦＥＴは、複数のチャネルを有し、一列に配列されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを使用して形成され、
    前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの一部のチャネルは、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用されるとともに、
    前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、最も遠いチャネルまでの距離をＬとすると、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用することを特徴とする電流制御用半導体素子。
  2. 請求項１記載の電流制御用半導体素子において、
    前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを構成するＭＯＳＦＥＴは、全て同じパターンとして形成されることを特徴とする電流制御用半導体素子。
  3. 請求項２記載の電流制御用半導体素子において、
    前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの配列方向において、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から対称位置であり、かつ、（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用することを特徴とする電流制御用半導体素子。
  4. 請求項１記載の電流制御用半導体素子であって、さらに、
    前記一列に配列されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴと同一形状のマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴのチャネルの幅方向に複数列配置してマルチフィンガーアレイを形成し、
    前記マルチフィンガーアレイの中心から、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの配列方向において、最も遠いマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴまでの距離をＬｘとすると、前記マルチフィンガーアレイの中心から（Ｌｘ／（√３））の位置で、
    かつ、マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴのチャネルの幅方向において、最も遠いチャネルまでの距離をＬｙとすると、前記選択されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌｙ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用することを特徴とする電流制御用半導体素子。
  5. 請求項４記載の電流制御用半導体素子において、
    選択されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴのチャネルの幅方向において、最も遠いチャネルまでの距離をＬｙとすると、前記選択されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌｙ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用するとともに、
    前記マルチフィンガーアレイの中心から（Ｌｘ／（√３））の位置に最も近いマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴとして選択された他のＭＯＳＦＥＴをダミーとして用いることを特徴とする電流制御用半導体素子。
  6. 電流制御用半導体素子と、該電流制御用半導体素子を制御するマイクロコントローラとを有する制御装置であって、
    前記電流制御用半導体素子は、同一半導体チップ上に、電流を駆動するメインＭＯＳＦＥＴと、前記メインＭＯＳＦＥＴに並列に接続し、前記メインＭＯＳＦＥＴの電流を分流して電流検出を行うためのセンスＭＯＳＦＥＴとを有し、
    前記メインＭＯＳＦＥＴは、複数のチャネルを有し、一列に配列されたマルチフィンガーＭＯＳＦＥＴを使用して形成され、
    前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの一部のチャネルは、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用されるとともに、
    前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から、最も遠いチャネルまでの距離をＬとすると、前記マルチフィンガーＭＯＳＦＥＴの中心から（Ｌ／（√３））の位置に最も近いチャネルを、前記センスＭＯＳＦＥＴ用のチャネルとして使用することを特徴とする制御装置。
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