JPH02288615A - 過電流検出回路 - Google Patents

過電流検出回路

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JPH02288615A
JPH02288615A JP1109738A JP10973889A JPH02288615A JP H02288615 A JPH02288615 A JP H02288615A JP 1109738 A JP1109738 A JP 1109738A JP 10973889 A JP10973889 A JP 10973889A JP H02288615 A JPH02288615 A JP H02288615A
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Naoki Kumagai
直樹 熊谷
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体ハイサイドスイッチにおける過電流検出
回路にかかり、特に電源部や駆動部や保護部等を1チツ
プで構成した自己弁−1型の素子に適用するのに好適な
過電流検出回路に関するものである。
[従来の技術] 第2図は従来の半導体ハイサイドスイッチにおける過電
流検出回路の一例を示す回路図である。
ここで、半導体ハイサイドスイッチとは、自動車等の電
気回路に使用されるもので、高電位側にスイッチが形成
され、低電位側に負荷が接続された構成の半導体スイッ
チをいう。
第2図に示すように、出力MO3FET20はゲート駆
動回路21によって駆動される、出力MO3FET20
の複数のソース20a 、 20b等のうち、ソース面
積の大部分を占めるメインソース20aは出力端子■o
utに接続され、出力端子voutには負荷15が接続
されている。また、出力MO8FET20の電流検出用
ソース20bは抵抗23を介してバイポーラ型トランジ
スタから形成されている電流検出用トランジスタ25の
ベースに接続され、ざらに電流検出用ソー゛ス20bは
抵抗23.24を介して出力端子voutに接続されて
いる。
ゲート駆動回路21から出力MO3FET20のゲート
にしきい値以上の電圧が印加されると、出力MO3FE
T20がオンし、メインソース20aを介して負荷15
に電流が供給される。また、出力MO3FET20がオ
ンした場合、電流検出用ソース20b 1.:おいても
そのソース面積に応じた電流が出力され、抵抗23.2
4を介して負荷15に電流が供給される。
いま、負荷15に異常が発生した等の原因により、出力
MO3FE丁20に過電流が流れたとする。このとき、
電流検出用ソース20bに流れる電流は出力MO8FE
T20に流れる過電流に応じて増加する。この電流検出
用ソース20bに流れる電流によって、抵抗24の両端
に発生する電圧−がトランジスタ25のベース・エミッ
タ間のえん層電圧(杓0.6)以上になると、トランジ
スタ25にベース電流が流れ、トランジスタ25がオン
する。その結果、トランジスタ25のコレクタ・エミッ
タ間にコレクタ電流が流れ、Vccより高電位の電源V
Hに接続されたnヂャネルデプレッション型MO8FE
Tから構成される定電流源26(抵抗でもよい)の両端
に電圧が発生し、その結果pチャネルMO8FET−2
8のゲート電位が低下する。ここで、27は定電圧ダイ
オードを示している。従って、pチャネルMO3FET
28がオンし、MO3FET28のソース・ドレイン間
に電流が流れる。この電流値がMOSFETで構成され
る定電流源30から出力される電流値よりも増加すると
、定電流源30のトレイン・ソース間に電圧が発生し、
この電圧を過電流検出信号として用いることができる。
ここで、29は定電圧ダイオードを示している。
[発明が解決しようとする課題] 上記した従来の半導体ハイリイドスイッチにおける過電
流検出回路は、過電流の検出にバイポーラ型のトランジ
スタ25を用いている。これは、通常のCMOSプロセ
スで製造される[)チャネルMO3FETを動作させる
しきい値が1V程度であるのに対し、バイポーラ型のト
ランジスタは0.6V程度で動作するため、過電流の検
出レベルを低く設定することができる等の理由による。
しかし、このように、バイポーラ型のトランジスタとM
OSFETを併設した素子を作成するためには、プロセ
スコストの高い接合分離を適用したBi CMOSプロ
セスを用いる必要があり、素子のコストが高くなるとい
う問題点がある。
プロセスコストを下げて素子のコストを下げるためには
、0MO3及びパワーMO3FETのプロセスを組み合
わせ、特にパワ一部とロジック部を分離する手段を用い
ないことを特徴とする自己分離型の素子の製造プロセス
を用いる必要がある。
しかし、自己分離型の素子においては奇生効果に起因し
て、バイポーラ型のトランジスタのコレクタを電圧源V
CC以外に接続することは困難である。
従って、0MO3及びMOSFETのプロセスを組み合
わじて、第2図に示すような素子を製作することは不可
能で必る。
また、自動車等に使用される半導体ハイサイドスイッチ
は、電源電圧が12Vと低いため、通常出力MO3FE
Tのオン電圧ハ0.2〜0.3 V程度に設計され、か
つ第2図における抵抗24の両端に現れる電圧は0.5
〜0.6Vを越えることがない。これに対して、第2図
に示すバイポーラトランジスタ25のオン電圧(過電流
の設定値)は、前記したようにせいぜい0.5〜o、e
v程度でおる。従って、自動車等に使用される半導体ハ
イサイドスイッチに第2図に示す過電流検出回路を用い
ても、過電流の検出は不可能である。これを解決するた
めには、0.6V以下の電位差を検出することが可能な
ように、コンパレータ等を使用する必要がある。
しかし、前記したように自己分離型の素子ではバイポー
ラ型のトランジスタやコンパレータ等を作成することが
困難であるため、0MO8のコンパレータ等を使用する
必要がある、しかし、0MO8のコンパレータ等を使用
することには、次のような問題点がある。
出力MO3FETのソース電位は出力MO3FETがオ
ンしているときにはVcc、オフしているときにはグラ
ンド電位になるため、CMOSコンパレータ等の入力M
O3FETのソース・グー1〜間に最大VCCの電圧が
印加される場合が生じる。
しかし、自動車等に用いる場合、バッテリ配線のはずれ
等により60V以上の過電圧が発生する場合があり、こ
のときCMOSコンパレータ等の入力MOSFETのゲ
ート酸化膜が、この過電圧により破壊される可能性があ
る。従って、過電圧発生時に素子が破壊されないように
するためには、CMOSコンパレータ等の入力MO8F
ETのゲート・ソース間に、一定値以上の電圧が印加さ
れないような回路構成にする必要がある。
本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもの
で、その目的は、プロセスコストの安価な自己分離型の
素子の製造プロセスを用い、かつCMOSコンパレータ
内の入力MO3FETに一定値以上の電圧が印加されな
いようにして、素子の破壊を有効に防止することが可能
な半導体ハイサイドスイツヂにおける過電流検出回路を
提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の過電流検出回路は、オープンソースまたはオー
プンエミッタ型の半導体ハイサイドスイッチにおいて、
複数のソースの一部またはエミッタ領域の一部に流れる
電流を、ソース電位またはエミッタ電位に追従した電圧
を供給する電源により駆動される電流検出手段によって
検出することを特徴としている。
[作用] 本発明によれば、過電流を検出する電流検出手段がソー
ス電位またはエミッタ電位に追従した電圧を供給する電
源によって駆動されるため、自己分離型素子で容易に作
成可能なCMO8演算増幅器、0MO3比較器等を過電
流の検出に使用しても、CMO3演韓増幅器や0MO8
比較器内の入力MO8FETのゲート・ソース間に過大
な電圧が印加されることがなく、ゲート酸化膜の高電圧
による破壊が防止される。
[実施例j 以下、添付の図面に示す実施例により、さらに詳細に本
発明について説明する。
第1図(a)、第1図(b)は本発明の一実施例を示す
回路図であり、第2図に示す従来例と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略する。
第1図(a)に示すように、出力MO8FET20の電
流検出用ソース20bは、演算増幅器から構成されてい
る電流/電圧変換回路3の正転入力端子に接続されてい
る。また、電流/電圧変換回路3の反転入力端子は、出
力端子voutに接続されている。電流/電圧変換回路
3はその入力インピダンスが十分に低いため、電流検出
用ソース20bから出力される電流値は電流検出用ソー
ス20bがメインソース20aに接続されている場合と
差がなく、電流検出抵抗8の両端に現れる電圧は出力M
。
03FET20に流れる全電流に比例したものになる。
電流/電圧変換回路3の出力は比較器4の正転入力端子
に接続され、比較器4の正転入力端子の電位は出力端子
voutの電位よりも出力MO3FET20の全電流に
比例した値だけ低い値となる。
また、比較器4の反転入力端子には、次のような電位が
印加される。すなわち、出力端子voutに接続され、
かつデプレッション型nチャネルMO3FETで形成さ
れる定電流源7により駆動される定電圧ダイオード5の
両端の電位差が、分圧抵抗6a、 6bによって分圧さ
れて、比較器4の反転入力端子に入力される。これによ
って、比較器4の反転入力端子には、出力端子vout
の電位よりも一定電圧だけ低い電圧が印加される。従っ
て、通常は比較器4の出力はV+となる。
いま、出力MO3FET20に過電流が流れ、比較器4
の正転入力端子に印加される電圧が反転入力端子に印加
されている電圧よりも低下したとする。この場合には、
比較器4の出力はV−となる。
従って、比較器4の出力を監視することによって、出力
MO3FET20の過電流を検出することができる、 比較器4の出力は、pチャネルMO8FET28と定電
圧ダイオード29と電流源30とから構成されるレベル
シフタにより、グランド電位を基準とするロジック回路
に入力され、このロジック回路の出力に基づいて出力M
O3FE丁20への駆動信号を停止させたり、異常信号
等を発生させたりすることができる。
ここで、過電流検出の電流しきい値の設定は、電流検出
抵抗8及び分圧抵抗6a、6b等によって、適宜設定す
ることができることはいうまでもない。
第1図(b)は、電流/電圧変換回路3と比較器4を駆
動する電源の一例を示1回路図である。図示するように
、定電圧ダイオード12.13に対して定電流源11.
14から電流を流し、定電圧ダイオード12.13の接
続点を出力端子voutに接続することによって、出力
電圧V 、■ を出力端子voutの電位に追従し、か
つ、この電位よりも一定の電圧だけ高い電圧■”及び一
定の電圧だけ低い電圧V−を形成することができる。な
お、出力端子Voutに追従する電源は、第1図(b)
に示すものの伯に各種の方式が可能である。
なお、以上に説明した実施例においては、出力スイッチ
ング素子としてMO3FET20を用いたが、本発明は
これに限定されるものではなく、例えばMOSFETの
代りにトランジスタを用いてもよい。この場合には、ト
ランジスタのエミッタの一部に過電流検出用の端子を設
け、この端子と上記した演算増幅器から構成される電流
/電圧変換回路の正転入力端子とを接続するように構成
すればよい。
また、上記の実施例においては、電流/電圧変換回路3
を演算増幅器から構成したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば一つのソースと他のソースの間
または一つのエミッタと他のエミッタの間に抵抗を接続
し、抵抗の両端の電圧降下によって電流を検出するよう
に構成してもよい。
[発明の効果] 本発明によれば、過電流検出に用いられる演算増幅器で
形成された電流/電圧変換回路と比較器の電源電圧を半
導体ハイサイドスイッチの出力電圧に追従するように構
成したため、演算増幅器と比較器内の入力MO3F E
 Tのゲート・ソース間に過大な電圧が印加されること
が防止され、入力MO8FETのゲート酸化膜が破壊さ
れることが防止できる。
また、出力MO8FETの過電流検出用ソースや出力ト
ランジスタの過電流検出用エミッタに流れる電流が低イ
ンピーダンスの電流/電圧変換回路により検出されるた
め、上記過電流検出用ソースやエミッタに流れる電流が
半導体ハイサイドスイッチの出力電流の影響を受けるこ
とがなく、過電流を正確に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の半導体ハイサイドスイッヂにお
ける過電流検出回路の一実施例を示す回路図、第1図(
b)はその一部に使用される電源の回路図、第2図は従
来の半導体ハイサイドスイッチにおける過電流検出回路
を示す回路図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)オープンソースまたはオープンエミッタ型の半導
    体ハイサイドスイッチにおいて、複数のソースの一部ま
    たはエミッタ領域の一部に流れる電流を、ソース電位ま
    たはエミッタ電位に追従した電圧を供給する電源により
    駆動される電流検出手段によつて検出することを特徴と
    する過電流検出回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02260712A (ja) * 1989-03-31 1990-10-23 Hitachi Ltd スイッチ回路

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