JPH0426155A - 電流検出機能付トランジスタ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　　要〕 本発明は、各々独立したベース領域及びエミッタ領域を
持つ２つのトランジスタ部（メイントランジスタ部とセ
ンストランジスタ部）から構成される電流検出機能付ト
ランジスタにおいて、ベース領域及びエミッタ領域を各
々独立にしたことによる利点を維持したまま、しかも単
一ベースでないことによる駆動回路の複雑化の問題を解
消するため、各ベース領域にそれぞれ分流用の抵抗を接
続し、これら抵抗により共通のベース電流を一定比に分
流して各ベース領域に与えるようにすることで、見掛は
上、ベースを単一にして、容易に駆動できるようにした
ものである。

（産業上の利用分野〕 本発明は、主電流の大きさを検出する電流検出機能を備
えたトランジスタに関し、例えばバイポーラトランジス
タ、静電誘導トランジスタ、電界効果トランジスタ等の
各種トランジスタに適用されるものである。

〔従　来　の　技　術〕

従来、コレクタ領域とベース領域を共通とし、エミッタ
領域を多数設けてなるマルチエミッタ型のトランジスタ
が知られている。このようなマルチエミッタ型のトラン
ジスタに電流検出機能を持たせる場合は、上記多数のエ
ミッタ領域の中の大部分を、主電流を流すためのメイン
トランジスタ部用のエミッタとして使用し、その残りの
少数のエミッタ領域を、電流検出のためのセンストラン
ジスタ部用のエミッタとして使用していた。

ところが、このような構成の電流検出機能付トランジス
タでは、コレクタ領域とベース領域を共通とし、エミッ
タ領域のみを別々としであるため、電流値や温度が変化
すると、エミッタ配線抵抗の影響によりメイントランジ
スタ部とセンストランジスタ部のそれぞれのベース・エ
ミッタ間電圧が変化して、それぞれに振り込まれるベー
ス電流の比が変化し、その結果、主電流と検出用電流と
の比がくずれてしまい、正確な電流検出が困難になると
いう問題があった。

そこで本発明者等は、メイントランジスタ部とセンスト
ランジスタ部のコレクタ領域を共通とし、かつベース領
域及びエミッタ領域を各々独立に構成して、各ベース領
域に外部回路から個々にベース電流を振り込んで電流検
出を行えるようにした電流検出機能付トランジスタを捉
案した。すなわち、このトランジスタは、第５図に示す
ように、上記２つのトランジスタ部に共通のコレクタＣ
を有する一方、互いに独立して設けられたメイントラン
ジスタ部用のエミッタ（メインエミッタ）　ＥＭ及びセ
ンストランジスタ部用のエミッタ（センスエミッタ）Ｅ
ｓと、同様に互いに独立して設けられたメイントランジ
スタ部用のベース（メインベース）ＢＭ及びセンストラ
ンジスタ部用のベース（センスベース）ＢＳ　とを有し
ている。

そして、この構成によれば、メイントランジスタ部とセ
ンストランジスタ部に各々独立したベース（メインベー
スＢＭとセンスベースＢｓ）を設けているため、これら
２つのベースＢ、４、Ｂ、に外部の駆動回路から個々に
ベース電流ＩＢＭ、１８５を振り込むことができる。よ
って、これらベース電流ＩＢＭ、ｌｌｌ５の比を一定に
保っておけば、たとえ電流値や温度が変化しても、主電
流であるコレクタ電流１ｃ　　（−メインエミッタ電ｍ
ＩｔＭ）と、検出用電流であるセンスエミッタ電流ＩＥ
ｓとの比は常に一定となる。従って、電流値や温度の変
化とは無関係に、高精度な電流検出が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記第５図に示した電流検出機能付トランジスタでは、
２つのトランジスタ部のベース領域を独立にしているた
め、その２つのベース（メインベースＢＭとセンスベー
スＢｓ）に個々にベース電流ＩＢＭ、ｌｌｌ５を振り込
む必要があり、しかも、これら２つのベース電流１１１
Ｍ、ＩＢＳを常に一定比に維持しなければならない。そ
のため、このような−走化のベース電流ＩＢＭ、ｌｌ１
ｓを各ベース領域に供給するための駆動回路が複雑にな
ってしまうという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、ベース領域及びエミッタ領域を各々独
立にしたことによる利点（すなわち、電流値や温度の変
化と無関係に高精度な電流検出が可能である点）を維持
したまま、しかもベース電流を供給するための駆動回路
を簡単に構成することのできる電流検出機能付トランジ
スタを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の電流検出機能付トランジスタは、主電流を流す
メイントランジスタ部と、該メイントランジスタ部に流
れる電流を検出するためのセンストランジスタ部とを備
え、該２つのトランジスタ部のコレクタ領域を共通とし
、かつベース領域及びエミッタ領域を各々独立にすると
共に、共通のベース電流を一定比に分流して各ベース領
域に与える分流用抵抗を備えたことを特徴とするもので
ある。

ここで、上記の分流用抵抗は、素子内部に内蔵されてい
るものの他、素子とは別体に外部に備えたものであって
もよい。

なお、本発明は、バイポーラトランジスタにおいでのみ
ならず、静電誘導トランジスタや電界効果トランジスタ
においても実現可能であり、これら全ての場合を考えて
いるので、上記の「エミッタ」、「ベース」、「コレク
タ」という表現は、それぞれ「ソース」、「ゲート」、
「ドレイン」をも含む広い意味である。

〔作　　用〕

外部の駆動回路から２つのトランジスタ部に供給される
共通のベース電流は、分流用抵抗によってメインベース
電流とセンスベース電流とに分流され、メインベース電
流はメイントランジスタ部に、センスベース電流はセン
ストランジスタ部に振り込まれる。この場合、各分流用
抵抗の大きさの比は常に一定なので、メインベース電流
とセンスベース電流の大きさの比も常に一定となる。従
って、駆動回路としては、メインベースとセンスベース
とに個々にベース電流を供給する必要がなくなり、見掛
は上の単一ベースにのみ共通のベース電流を供給すれば
よいので、簡単な回路構成で済むようになる。

しかも、上記のように見掛は上は単一ベースであるが、
実質的にはベース領域及びエミッタ領域が各々独立した
構成であるため、その動作原理は第５図に示した電流検
出機能付トランジスタと同等であり、従って電流値や温
度の変化と無関係に高精度な電流検出が可能となる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る電流検出機能付バ
イポーラトランジスタの断面構成図であり、第２図は同
トランジスタを回路記号を用いて示した模式図である。

本実施例のトランジスタは、第１図に示すように、共通
のコレクタ領域となるｎ型半導体基板１の表面部の所定
領域に、各ベース領域となる２つのｐ型拡散領域２．３
が互いに分離して形成され、更にこれらｐ型拡散領域２
．３内の所定領域には、各エミッタ領域となるｎ゛型拡
散領域４．５がそれぞれ形成されている。そして、以上
の半導体領域の表面がシリコン酸化膜（Ｓｉ０２膜）等
の酸化膜６で覆われており、その上の所定領域には、ポ
リシコンからなるベース電流分流用の２つの抵抗ＲＩＩ
Ｍ、ＲＩＩＳが形成されている。

更に、ｐ型拡散領域２．３上からそれぞれ抵抗ＲＩＩＭ
、ＲＢＳ上にかけてと、ｎ゛型拡散領域４．５上とに、
酸化膜６に形成された各窓を介し、アルミニウム等でで
きた電極７ａ、７ｂと７０．７ｄがそれぞれ形成される
と共に、抵抗ＲａＭ上からもう１つの抵抗ＲＩＩＳ上に
かけて、上記と同様にアルミニウム等でできた電極７ｅ
が形成されている。

また、ｎ型基板１の裏面には、その全面に電極８が形成
されている。

以上の構成により、ｎ型基板１、ｐ型拡散領域２、ｎ゛
型拡散領域４をそれぞれコレクタ領域、ベース領域、エ
ミッタ領域とするｎｐｎ型のメイントランジスタ部Ｔ、
と、ｎ型基板１、ｐ型拡散領域３、ｎ゛型拡散領域５を
それぞれコレクタ領域、ベース領域、エミッタ領域とす
るｎｐｎ型のセンストランジスタ部Ｔｓとが得られてい
る。すなわち、メイントランジスタ部ＴＭ　とセンスト
ランジスタ部Ｔｓ　とは、コレクタ領域を共通とし、か
つベース領域及びエミッタ領域を各々独立とした構成で
ある。しかも、２つのトランジスタ部ＴＭＴｓの各ベー
ス領域（ｐ型拡散領域２．３）にはそれぞれベース電流
分流用の抵抗ＲＩＩＭ、ＲＩＩＳの一端が接続され、そ
の他端が共通のベース電極７ｅに接続された構成となっ
ている。

このことを第２図に基づいて述べれば、コレクタＣは２
つのトランジスタ部ＴＭ、ＴＳに共通のコレクタであり
、一方、エミッタはメイントランジスタ部ＴＭ用のエミ
ッタ（メインエミッタ）ＥＭとセンストランジスタ部Ｔ
ｓ用のエミッタ（センスエミッタ）Ｅ、としてそれぞれ
独立に設けられ、また、ベースは互いに独立したベース
領域がらそれぞれ延びた２つの抵抗ＲＩＩＭ、Ｒ［ｌＳ
の一端を共通としてなる、見掛は上の単一ベースＢとな
っている。

なお、ベース電流分流用の抵抗Ｒ□、Ｒ１１ｓは、Ｒ□
（ＲＢＳとなるように設定し、かつ、トランジスタ部Ｔ
Ｍ　、Ｔｓのそれぞれ固有のベース・エミッタ間抵抗を
ＲＩＩＥ％、　ＲＩＥ′　とすると、ＲＩ］Ｅ（Ｒ１１
Ｍ、ＲＩＩＥ’（Ｒ□となるように設定するものとする
。

ここで、ＲＩＩＭとＲＢＳの大きさや比率は、それらの
レイアウト寸法（幅、長さ、厚さ、形状等）を決めるこ
とにより、適宜設定可能である。或いは、予め同寸法の
多数の基本抵抗を形成しでおき、これらを直列又は並列
に適宜接続することにより、所望の大きさ及び比率のＲ
１１Ｍ、ＲＩＩＳを得るようにすることもできる。

上記構成からなるトランジスタにおいては、外部の駆動
回路からベースＢに振り込まれた共通のベース電流ＩＢ
が、抵抗ＲＩＩＭ、ＲＩＩｓによって２つの電流ＩＢＭ
、Ｉ　ｍｓ　（Ｉ　ＩＩＭ）　ｒ　ｌ１ｓ）に分流され
、電流１１Ｍはメインベース電流としてメイントランジ
スタ部ＴＭのベース領域に、電流１１１Ｓはセンスベー
ス電流としてセンストランジスタ部Ｔｓのベース領域に
、それぞれ振り込まれる。一方、共通のコレクタＣには
全体のコレクタ電流ＩＣが流れ、また、メインエミッタ
ＥＭにはメインベース電流ｒｌ？ｌに応じたエミッタ電
流（メインエミッタ電流）ＴＥＮが流れ、センスエミッ
タＥ、にはセンスベース電流Ｉｔｓに応じた微小なエミ
ッタ電流（センスエミッタ電流）Ｉｔｓが流れる。

この場合、２つの抵抗ＲＩＩＭ、Ｒ１１Ｓを形成してい
るポリシリコン抵抗は温度係数を持っているが、抵抗Ｒ
ＲＭ、ＲＢＳは同一のポリシリコン抵抗で形成されてい
るので、これらの抵抗値の比は温度変化とは無関係に一
定となる。このように抵抗ＲＢＭ。

ＲＢＳの大きさの比が常に一定となるので、メインベー
ス電流ＩＢＭとセンスベース電流ＩＢＳの大きさの比も
常に一定となる。よって、外部の駆動回路から見掛は上
の単一ベースＢに供給される共通のベース電流Ｉｍが一
定であれば、２つのベース電流ＩＲＨｚ　　Ｉ＠Ｓの大
きさ自体も常に一定となる。従って、上記の駆動回路と
しては、第５図に示した従来のトランジスタのようにメ
インベースＢ。とセンスベースＢｓとに個々に一定比の
ベース電流ＩＢＭ、ＩＩＳを供給しなければならないと
いう面倒がなくなり、見掛は上の単一ベースＢにのみ共
通のベース電流１＋＋を供給すればよいので、非常に簡
単な回路構成で済むようになる。

しかも、上記のように見掛は上は単一ベースＢであるが
、実質的にはベース領域（Ｐ型拡散領域２．３）及びエ
ミッタ領域（ｎ”型拡散領域４．５）が各々独立した構
成であるため、その動作原理は第５図に示した従来のト
ランジスタと同等であり、電流値や温度の変化とは無関
係に高精度な電流検出が可能となる。すなわち、分流用
抵抗ＲＩＭ、ＲＢＳの比が一定に保たれている限り、た
とえ電流値や温度が変化しても、主電流であるコレクタ
電流Ｉｃ　（ζＩｔｓ）と、検出用電流であるセンスエ
ミッタ電流ｒｔｓとの比を常に一定に維持することがで
きるので、このセンスエミッタ電流ＩＥＳの測定値に基
づきコレクタ電流Ｔｃの大きさを常に正確に検出するこ
とができる。

次に、第３図は、本発明の第２の実施例に係る電流検出
機能付バイポーラトランジスタの断面構成図である。

本実施例のトランジスタは、各半導体領域の導電型を第
１図のものと逆転させてｐｎｐ型トランジスタの構成と
し、かつ分流用抵抗Ｒ□、ＲＩＳとして拡散抵抗を用い
たものである。

すなわち、第３図に明らかなように、共通のコレクタ領
域となるｐ型半導体基板１１の表面部の所定領域に、各
ベース領域となる２つのｎ型拡散領域１２．１３が互い
に分離して形成され、更にこれらｎ型拡散領域１２．１
３内の所定領域には、各エミッタ領域となるｐ゛型拡散
碩域１４．１５がそれぞれ形成されている。更に、ｐ型
基板１１の表面部の所定領域には、ｎ型拡散領域からな
るベース電流分流用の２つの抵抗ＲＩＭ、ＲＢＳが形成
されている。これら２つの抵抗ＲＩＩＮ、ＲＩＩＳの大
きさと比は、第１の実施例におけるポリシリコン抵抗の
場合と同様に設定可能である。そして、以上の半導体領
域の表面が酸化膜１６で覆われ、ここに形成された善意
を介し、ｎ型拡散領域Ｉ２．１３上からそれぞれ抵抗Ｒ
ＩＭ、Ｒｓｓ上にかけてと、ｐ゛型拡散領域１４．１５
上と、２つの抵抗ＲＩＩＭ、ＲＢＳの接続部上とに、そ
れぞれ電極１７ａ、１７ｂと１７ｃ、１７ｄと１７ｅが
形成されると共に、ｐ型基板１１の裏面の全面に電極１
８が形成されている。

以上の構成により、ｐ型基板１１、ｎ型拡散領域１２、
Ｐ゛型拡散領域１４をそれぞれコレクタ領域、ベース領
域、エミッタ領域とするｐｎｐ型のメイントランジスタ
部ＴＭと、ｐ型基板１１、ｎ型拡散領域１３、ｐ゛型拡
散領域１５をそれぞれコレクタ領域、ベース領域、エミ
ッタ領域とするＰｎｐ型のセンストランジスタ部Ｔｓと
が得られており、第１の実施例と同様に、２つのトラン
ジスタ部ＴＩ４、Ｔｓは、コレクタ領域を共通とし、ベ
ース領域及びエミッタ領域を各々独立としている。そし
て、２つのトランジスタ部ＴＭ、Ｔｓの各ベース領域（
ｎ型拡散領域１２．１３）にはそれぞれ抵抗ＲＩＩＭ、
ＲＩＩＳの一端が接続され、その他端が共通のベース電
極１７ｅに接続された構成となっている。

以上の構成からなる本実施例のトランジスタを回路記号
を用いて示せば、コレクタ電流及びエミッタ電流の流れ
る方向が逆転することの他は、第２図と同じになる。従
って、本実施例においても、第１の実施例と同様に、電
流値や温度の変化と無関係に高精度な電流検出を行うこ
とができ、しかもベース電流を供給するための駆動回路
を非常に簡単に構成することができる。

なお、本実施例のように半導体領域内に不純物拡散で抵
抗を形成する場合は、これによって生じる寄生素子が本
来のトランジスタ特性に悪影響を与えないように、導電
型等を考慮して形成することが望ましい。

次に、本発明の電流検出機能付トランジスタの適用例と
して、このトランジスタ自体を過電流から保護するため
の過電流保護回路の一例を第４図に示す。なお、ここで
は、電流検出機能付トランジスタとして、上述した第１
の実施例のトランジスタを使用する。

同図に示すように、電流検出機能付トランジスタＴのコ
レクタＣは負荷２１を介して直流電源２２のプラス側に
接続され、メインエミッタＥ９は共通端子２３を介して
直流電源２２のマイナス側に接続されており、また、セ
ンスエミッタＥｓは電流検出用の抵抗Ｒ８を介して共通
端子２３に接続されている。更に、見掛は上の単一ベー
スＢには、トランジスタ駆動回路２４から出力された共
通のベース電流１．が振り込まれるようになっている。

また、センスエミッタＥｓに接続された電流検出用の抵
抗ＲＳの両端に生ずる電圧は直流増幅器２５に入力され
、ここで増幅して得られた出力電圧は基準電圧源２６０
基準電圧Ｖ　ＲＥＦと共に判断制御回路２７に入力され
る。そして、この判断制御回路２７の判断結果に応じた
出力電圧が、上記トランジスタ駆動回路２４の制御入力
端子Ｓに制御信号として供給されるようになっている。

上記構成からなる過電流保護回路の具体的な動作を、以
下に説明する。

まず、トランジスタ駆動回路２４の駆動入力端子ｄに駆
動信号が入力されると、トランジスタ駆動回路２４はト
ランジスタＴの見掛は上のベースＢに一定のベース電流
１．を供給する。すると、このベース電流Ｉ、は２つの
抵抗ＲＩＩＭ、ＲＩＳによって２つのベース電流１１１
Ｍ、ＩＢＳに分流されて、それぞれ各トランジスタ部’
ｒｓ　、ＴＳのそれぞれのベース領域（第１図参照）に
振り込まれる。その結果、トランジスタＴが導通状態と
なり、主電流であるコレクタ電流ＩＣが負荷２１を介し
て流れる。この時、電流検出用の抵抗Ｒｓにも微小なセ
ンスエミッタ電流ＩＥＳが流れることにより、抵抗Ｒｓ
の両端にはコレクタ電流１ｃの大きさに正確に比例した
電圧が生じる。この電圧は、直流増幅器２５で一定倍に
増幅される。

直流増幅器２５の出力電圧は判断制御回路２７に入力さ
れ、基準電圧Ｖ　Ｒ［Ｆと比較される。もし、何らかの
原因により負荷２１が短絡してコレクタ電流ＩＣが過大
になり、直流増幅器２５の出力電圧が基準電圧Ｖ　ＲＥ
Ｆよりも高くなると、判断制御回路２７がトランジスタ
Ｔへのベース電流ＩＩｌの供給を減少させる。このよう
な負帰還ループにより、トランジスタＴ、負荷２１及び
直流電源２２が過電流から保護される。

なお、前述した各実施例では、ベース電流分流用の抵抗
Ｒ！ｌ、４−．　Ｒｖｌｓを素子内部に作り込んだ場合
を示したが、勿論、これらの抵抗を素子外部に設けるよ
うにしてもよい。ただ腰素子内部に形成する場合の方が
、２つの抵抗を同一材料を用いて同一プロセスで形成す
ることができるので、２つの抵抗に互いに同一の温度係
数を容易に持たせ１ことが可能となり、よって、これら
の抵抗にょ−て分流して得られる２つのベース電流ｒ１
Ｍ、■８の大きさの比を、より精度良く一定に保つこと
力できる。なお、素子内部に抵抗を作り込むため３手段
としては、前述した各実施例で示したものＣ限定される
ことはなく、２つの抵抗の比率を一双に維持でき、かつ
トランジスタの特性に悪影響番与えないものであれば、
どのようなものであっ了もよい。

また、本発明は、バイポーラトランジスタ以名にも、靜
を誘導トランジスタや電界効果トランジスタ等、各種ト
ランジスタに適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のように２つのベース（メインベ
ースとセンスベース）に個々にベース電流を供給する必
要がなくなり、見掛は上の単一ベースにのみ共通のベー
ス電流を供給すればよいので、ベース電流供給のための
駆動回路を非常に簡単に構成することができる。

しかも、上記のように見掛は上は単一ベースであるが、
実質的には、ベース電流分流用の抵抗によってメインベ
ース電流とセンスベース電流に一定比で分流され、各ベ
ース領域にそれぞれ供給されることになるので、その動
作原理は２つのベース及び２つのエミッタを備えた従来
の電流検出機能付トランジスタと同等であり、従って電
流値や温度の変化と無関係に高精度な電流検出を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る電流検出機能付バ
イポーラトランジスタの断面構成図、第２図は第１図の
トランジスタを回路記号を用いて示した模式図、 第３図は本発明の第２の実施例に係る電流検出機能付バ
イポーラトランジスタの断面構成図、第４図は本発明の
第１の実施例のトランジスタを用いた過電流保護回路の
一例を示すブロック図、第５図は従来の電流検出機能付
バイポーラトランジスタの断面構成図である。 ■　・　・ ２．３ ４、５ １１　・　・ １２、１ １４、　Ｉ Ｔｎ　　・ Ｔｓ　　・ Ｃ・　・ Ｂ　・　・ Ｅ９　・ Ｅｓ　　・ ＲＩＩＮ＼ ・ｎ型半導体基Ｆｉ（コレクタ領域）、・・・ｐ型拡散
領域（ベース領域）、 ・・・ｎ゛型拡散領域（エミッタ領域）、・ｐ型半導体
基板（コレクタ領域）、 ３・・・ｎ型拡散領域（ベース領域）、５・・・ｐ゛型
拡散領域（エミッタ領域）・・メイントランジスタ部、 ・・センストランジスタ部、 ・コレクタ、 ・ベース、 ・・メインエミッタ、 ・・センスエミッタ、 ＲＩＩＳ・・・分流用抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　主電流を流すメイントランジスタ部と、該メイントラ
   ンジスタ部に流れる電流を検出するためのセンストラン
   ジスタ部とを備え、該２つのトランジスタ部のコレクタ
   領域を共通とし、かつベース領域及びエミッタ領域を各
   々独立にすると共に、共通のベース電流を一定比に分流
   して各ベース領域に与える分流用抵抗を備えたことを特
   徴とする電流検出機能付トランジスタ。