JPH04290965A - 電流検知回路 - Google Patents
電流検知回路Info
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- JPH04290965A JPH04290965A JP3265145A JP26514591A JPH04290965A JP H04290965 A JPH04290965 A JP H04290965A JP 3265145 A JP3265145 A JP 3265145A JP 26514591 A JP26514591 A JP 26514591A JP H04290965 A JPH04290965 A JP H04290965A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2607—Circuits therefor
- G01R31/2621—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/03—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors
- H02P7/04—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors by means of a H-bridge circuit
-
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- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチとして動作さ
れる金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ(MO
SFET)装置の使用に関する技術である。
れる金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ(MO
SFET)装置の使用に関する技術である。
【0002】
【従来の技術】MOSFETは、集積回路(IC)適用
において使用するための良好なパワースイッチを形成す
る。典型的に、パワーMOSFETは、多数の小型のト
ランジスタをシリコン基板内に製造し次いでアルミニウ
ムICメタリゼーションによってそれらを並列的に接続
することにより形成される。数千個のこの様な個別的な
トランジスタを並列接続することにより、その結果得ら
れるパワーMOSFETは大きなアンペアの電流をスイ
ッチすることが可能である。そのオン抵抗は1Ωのうち
の僅かの部分である。この様なパワーMOSFETはI
Cチップ上で自己分離させ且つ従来のバイポーラ接合ト
ランジスタ(BJT)処理及び相補的金属−酸化物−半
導体(CMOS)製造技術を使用して他の要素と結合さ
せ、いわゆる「スマートスイッチ」の開発においてパワ
ーMOSFETを動作させ且つ制御する回路を提供する
ことが可能である。
において使用するための良好なパワースイッチを形成す
る。典型的に、パワーMOSFETは、多数の小型のト
ランジスタをシリコン基板内に製造し次いでアルミニウ
ムICメタリゼーションによってそれらを並列的に接続
することにより形成される。数千個のこの様な個別的な
トランジスタを並列接続することにより、その結果得ら
れるパワーMOSFETは大きなアンペアの電流をスイ
ッチすることが可能である。そのオン抵抗は1Ωのうち
の僅かの部分である。この様なパワーMOSFETはI
Cチップ上で自己分離させ且つ従来のバイポーラ接合ト
ランジスタ(BJT)処理及び相補的金属−酸化物−半
導体(CMOS)製造技術を使用して他の要素と結合さ
せ、いわゆる「スマートスイッチ」の開発においてパワ
ーMOSFETを動作させ且つ制御する回路を提供する
ことが可能である。
【0003】本願出願人へ譲渡されている1989年2
月23日に出願された「DC又はステッパモータの電流
検知(CURRENT SENSING OF
A DCOR A STEPPER MOTO
R)」という名称の米国特許出願第314,334号は
、MOSFETの1形態であるパワーDMOST(拡散
型金属−酸化物−半導体トランジスタ)内を流れる電流
を検知する回路を記載している。そのDMOSTは、パ
ワーDMOST電流の一部を表わすセンス(検知)電流
を与える別体の電流センスエミッタと共に構成されてい
る。
月23日に出願された「DC又はステッパモータの電流
検知(CURRENT SENSING OF
A DCOR A STEPPER MOTO
R)」という名称の米国特許出願第314,334号は
、MOSFETの1形態であるパワーDMOST(拡散
型金属−酸化物−半導体トランジスタ)内を流れる電流
を検知する回路を記載している。そのDMOSTは、パ
ワーDMOST電流の一部を表わすセンス(検知)電流
を与える別体の電流センスエミッタと共に構成されてい
る。
【0004】前述した特許出願は、更に、「Hスイッチ
」形態として知られる構成を記載している。この場合、
4個のパワーDMOSTが一体的に結合され、従って4
個の垂直なH脚部の各々がパワースイッチから構成され
ており、且つ横線は負荷がスイッチされていることを表
わしている。対角線上に位置したDMOSTは制御回路
により一緒にターンオフ及びオンされ、従って電流は負
荷を介して何れの方向にも通過させることが可能である
。この負荷電流は、DMOSTをスイッチさせるために
使用されるパルスのデューティサイクルによって制御す
ることが可能である。
」形態として知られる構成を記載している。この場合、
4個のパワーDMOSTが一体的に結合され、従って4
個の垂直なH脚部の各々がパワースイッチから構成され
ており、且つ横線は負荷がスイッチされていることを表
わしている。対角線上に位置したDMOSTは制御回路
により一緒にターンオフ及びオンされ、従って電流は負
荷を介して何れの方向にも通過させることが可能である
。この負荷電流は、DMOSTをスイッチさせるために
使用されるパルスのデューティサイクルによって制御す
ることが可能である。
【0005】従来のDMOSTは、デバイスを両方向に
導通状態とさせる電流スナッバ(緩衝装置)として作用
することの可能なシャントダイオードを組込んでいる。 DMOSTがターンオンされると、それは、そのドレイ
ンとソースとの間で電流を導通させ、且つ比較的低い電
圧降下を有している。逆極性においては、該シャントダ
イオードが導通状態となり、従って公知のVBE電圧降
下を発生する。このことは、DMOSTが両面的に導通
状態となり且つ両方向において小さな電圧降下を発生す
ることを意味している。
導通状態とさせる電流スナッバ(緩衝装置)として作用
することの可能なシャントダイオードを組込んでいる。 DMOSTがターンオンされると、それは、そのドレイ
ンとソースとの間で電流を導通させ、且つ比較的低い電
圧降下を有している。逆極性においては、該シャントダ
イオードが導通状態となり、従って公知のVBE電圧降
下を発生する。このことは、DMOSTが両面的に導通
状態となり且つ両方向において小さな電圧降下を発生す
ることを意味している。
【0006】従来のスマートスイッチにおいては、電流
検知はDMOST導通状態を表わす出力を供給する。H
スイッチが関与する場合には、全体的な電流の流れが検
知される。デバイスのデジタルスイッチング動作をより
よく制御するために全体的な電流とは独立的に電流上で
DMOSTを検知することが可能であることが望ましい
。
検知はDMOST導通状態を表わす出力を供給する。H
スイッチが関与する場合には、全体的な電流の流れが検
知される。デバイスのデジタルスイッチング動作をより
よく制御するために全体的な電流とは独立的に電流上で
DMOSTを検知することが可能であることが望ましい
。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した如
き従来技術の欠点を解消し、DMOSTパワースイッチ
のオン電流を表わす出力を発生する回路を提供すること
を目的とする。本発明の別の目的とするところは、DM
OSTの順方向導通及びその逆方向導通を別々に表わす
出力を発生するDMOSTと関連した回路を提供するこ
とである。本発明の更に別の目的とするところは、順方
向DMOST導通に対し且つ逆方向乃至はシャントダイ
オード導通に対し別々に関連する出力を与える関連回路
と共にパワーDMOSTを有するICを提供することで
ある。
き従来技術の欠点を解消し、DMOSTパワースイッチ
のオン電流を表わす出力を発生する回路を提供すること
を目的とする。本発明の別の目的とするところは、DM
OSTの順方向導通及びその逆方向導通を別々に表わす
出力を発生するDMOSTと関連した回路を提供するこ
とである。本発明の更に別の目的とするところは、順方
向DMOST導通に対し且つ逆方向乃至はシャントダイ
オード導通に対し別々に関連する出力を与える関連回路
と共にパワーDMOSTを有するICを提供することで
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、従来の
プレーナ処理技術を使用してシリコン基板内にパワーD
MOSTを構成し、且つ関連するメタリゼーションを所
定の形態とさせて、DMOSTドレイン内に低い値のセ
ンス抵抗を設ける。この抵抗を横断して発生する電圧は
、DMOST導通状態に比例する大きさを有すると共に
、導通モードを表わす極性を有している。一方の極性は
、MOSFETとしてのDMOST導通を表わし、且つ
他方の極性はシャントダイオード導通を表わす。該セン
ス抵抗は、差動増幅器(diff−amp)の入力端へ
結合されており、該差動増幅器の出力は、大きさ及び極
性がDMOST順方向導通及びそのシャントダイオード
逆導通と関連している。該差動増幅器は、エミッタ駆動
される従来のバイポーラトランジスタ対入力段を組込ん
でおり、それはトランジスタ対ベース間に結合されてい
る本体抵抗を有している。この本体抵抗は、センス抵抗
に関して所定のレシオとされており、その際にDMOS
T電流の制御された一部である電流を通過させる。従っ
て、差動増幅器入力電圧はセンス抵抗電圧と等しく且つ
その入力インピーダンスはセンス抵抗に関して大きなも
のである。
プレーナ処理技術を使用してシリコン基板内にパワーD
MOSTを構成し、且つ関連するメタリゼーションを所
定の形態とさせて、DMOSTドレイン内に低い値のセ
ンス抵抗を設ける。この抵抗を横断して発生する電圧は
、DMOST導通状態に比例する大きさを有すると共に
、導通モードを表わす極性を有している。一方の極性は
、MOSFETとしてのDMOST導通を表わし、且つ
他方の極性はシャントダイオード導通を表わす。該セン
ス抵抗は、差動増幅器(diff−amp)の入力端へ
結合されており、該差動増幅器の出力は、大きさ及び極
性がDMOST順方向導通及びそのシャントダイオード
逆導通と関連している。該差動増幅器は、エミッタ駆動
される従来のバイポーラトランジスタ対入力段を組込ん
でおり、それはトランジスタ対ベース間に結合されてい
る本体抵抗を有している。この本体抵抗は、センス抵抗
に関して所定のレシオとされており、その際にDMOS
T電流の制御された一部である電流を通過させる。従っ
て、差動増幅器入力電圧はセンス抵抗電圧と等しく且つ
その入力インピーダンスはセンス抵抗に関して大きなも
のである。
【0009】該差動増幅器は、DMOST順方向即ちオ
ン電流に比例する電流を供給する出力ノードを有してい
る。それは、DMOSTシャントダイオード導通に比例
して電流をシンク即ち吸込む。従って、本回路は、電流
検知を与えるのみならず、電流方向の表示をも与える。
ン電流に比例する電流を供給する出力ノードを有してい
る。それは、DMOSTシャントダイオード導通に比例
して電流をシンク即ち吸込む。従って、本回路は、電流
検知を与えるのみならず、電流方向の表示をも与える。
【0010】
【実施例】図1は電流検知機能を有する従来のHスイッ
チモータドライバ回路12を示している。この回路は、
プラス側が端子10へ接続されており且つマイナス側が
接地端子11へ接続されているVCC電源で動作する。 モータ13は、4個の拡散型金属−酸化物−半導体トラ
ンジスタ(DMOST)14乃至17による水平H脚部
として駆動される。これらのトランジスタは該水平脚部
の四つの垂直脚部を形成している。該DMOSTデバイ
ス(装置)はNチャンネルトランジスタであり、且つそ
の各々は関連するビルトインされているダイオードを有
している。バックゲートはそれぞれのソースへ帰還され
ている。この様なDMOSTは従来公知であり、且つ典
型的なデバイスは大きな電流(典型的に、10A)をス
イッチすることが可能であり、且つそれらの内部抵抗は
極めて低い(例えば、0.3Ω)。従って、導通状態に
ある場合のパワー散逸は低い。スイッチオフされた場合
には、リーク電流は極めて低く、且つ典型的なデバイス
(装置)は数百Vに耐えることが可能である。Nチャン
ネルDMOSTの場合、ドレインは正にバイアスされ、
従ってそれらの順方向導通は内部的にソースからドレイ
ンへ流れる電子によるものである。ソースに関してゲー
トを十分に負とさせることにより、事実上全ての電子を
チャンネルから追出すことが可能であり、従って該装置
をターンオフさせることが可能である。ゲートがソース
に関して正である場合には、電子がチャンネル内に引込
まれ、従って本装置は導通状態となる。
チモータドライバ回路12を示している。この回路は、
プラス側が端子10へ接続されており且つマイナス側が
接地端子11へ接続されているVCC電源で動作する。 モータ13は、4個の拡散型金属−酸化物−半導体トラ
ンジスタ(DMOST)14乃至17による水平H脚部
として駆動される。これらのトランジスタは該水平脚部
の四つの垂直脚部を形成している。該DMOSTデバイ
ス(装置)はNチャンネルトランジスタであり、且つそ
の各々は関連するビルトインされているダイオードを有
している。バックゲートはそれぞれのソースへ帰還され
ている。この様なDMOSTは従来公知であり、且つ典
型的なデバイスは大きな電流(典型的に、10A)をス
イッチすることが可能であり、且つそれらの内部抵抗は
極めて低い(例えば、0.3Ω)。従って、導通状態に
ある場合のパワー散逸は低い。スイッチオフされた場合
には、リーク電流は極めて低く、且つ典型的なデバイス
(装置)は数百Vに耐えることが可能である。Nチャン
ネルDMOSTの場合、ドレインは正にバイアスされ、
従ってそれらの順方向導通は内部的にソースからドレイ
ンへ流れる電子によるものである。ソースに関してゲー
トを十分に負とさせることにより、事実上全ての電子を
チャンネルから追出すことが可能であり、従って該装置
をターンオフさせることが可能である。ゲートがソース
に関して正である場合には、電子がチャンネル内に引込
まれ、従って本装置は導通状態となる。
【0011】注意すべきことであるが、DMOSTはソ
ース電極及びドレイン電極とシャントしているダイオー
ドを有している。通常のドレインバイアスの下において
は、このダイオードは逆バイアスされ、且つ単に小さな
リーク電流のみがその中を流れるに過ぎない。しかしな
がら、そのドレインがソースに関して負にバイアスされ
ると、該シャントダイオードは順方向バイアスされる。 ダイオードが導通状態となるこの方向においては、電圧
降下は1Aにおいて約0.7Vである。従って、該DM
OSTは、正ドレイン極性において低電圧降下で且つ負
ドレイン極性において単一ダイオード降下で両面的に導
通状態となる。
ース電極及びドレイン電極とシャントしているダイオー
ドを有している。通常のドレインバイアスの下において
は、このダイオードは逆バイアスされ、且つ単に小さな
リーク電流のみがその中を流れるに過ぎない。しかしな
がら、そのドレインがソースに関して負にバイアスされ
ると、該シャントダイオードは順方向バイアスされる。 ダイオードが導通状態となるこの方向においては、電圧
降下は1Aにおいて約0.7Vである。従って、該DM
OSTは、正ドレイン極性において低電圧降下で且つ負
ドレイン極性において単一ダイオード降下で両面的に導
通状態となる。
【0012】図1に示した如く、DMOST14乃至1
7は、入力端19における制御入力に応答する論理/制
御ユニット18によってゲート駆動される。Hスイッチ
の下端部は低い値の抵抗20によって接地へ帰還されて
いる。従って、Hスイッチ内を流れる電流は抵抗20を
介して流れねばならず、その際に小さな電圧降下を発生
する。例えば、抵抗20は0.01Ωの程度である場合
には、10Aスイッチ電流は、抵抗20を横断して10
0mVの電圧降下を発生する。オペアンプ21は抵抗2
0を横断しての電圧に応答し、且つHスイッチ電流に関
連する出力電圧を端子22において発生する。抵抗23
及び24はオペアンプ21の周りに負のフィードバック
ループを形成しており、且つそれらの値はその電圧利得
を決定する。例えば、抵抗23は100のオペアンプ利
得を与えるために抵抗24に関して所定のレシオとされ
ている場合には、端子22における出力は、Hスイッチ
電流の各アンペアに対し1Vの出力を近似させる(抵抗
20に対し0.01Ωの値を仮定している)。
7は、入力端19における制御入力に応答する論理/制
御ユニット18によってゲート駆動される。Hスイッチ
の下端部は低い値の抵抗20によって接地へ帰還されて
いる。従って、Hスイッチ内を流れる電流は抵抗20を
介して流れねばならず、その際に小さな電圧降下を発生
する。例えば、抵抗20は0.01Ωの程度である場合
には、10Aスイッチ電流は、抵抗20を横断して10
0mVの電圧降下を発生する。オペアンプ21は抵抗2
0を横断しての電圧に応答し、且つHスイッチ電流に関
連する出力電圧を端子22において発生する。抵抗23
及び24はオペアンプ21の周りに負のフィードバック
ループを形成しており、且つそれらの値はその電圧利得
を決定する。例えば、抵抗23は100のオペアンプ利
得を与えるために抵抗24に関して所定のレシオとされ
ている場合には、端子22における出力は、Hスイッチ
電流の各アンペアに対し1Vの出力を近似させる(抵抗
20に対し0.01Ωの値を仮定している)。
【0013】典型的に、制御/論理ユニット18はDM
OST14乃至17をスイッチとして動作させ、それは
、デューティサイクルによる電流制御を与える。例えば
、DMOST14及び17がパルス動作によりオンされ
、一方DMOST15及び16がオフ状態に維持される
と、モータ13内を左から右側へ電流が流れることを理
解することが可能である。モータを逆転するためには、
DMOST14及び17をオフ状態に維持したままで、
DMOST15及び16をパルス動作させてオンさせる
。四つの全てのDMOSTがオフであると、電流が流れ
ることはない。最後に、DMOST14及び16又はD
MOST15及び17がターンオンされると、モータは
回転することがないが、強力なダイナミック制動動作が
存在する。この制動動作はオン導通デューティサイクル
に比例する。この動作モードは、ある速度で動作させた
後に、モータ回転を迅速に停止させるために使用するこ
とが可能である。
OST14乃至17をスイッチとして動作させ、それは
、デューティサイクルによる電流制御を与える。例えば
、DMOST14及び17がパルス動作によりオンされ
、一方DMOST15及び16がオフ状態に維持される
と、モータ13内を左から右側へ電流が流れることを理
解することが可能である。モータを逆転するためには、
DMOST14及び17をオフ状態に維持したままで、
DMOST15及び16をパルス動作させてオンさせる
。四つの全てのDMOSTがオフであると、電流が流れ
ることはない。最後に、DMOST14及び16又はD
MOST15及び17がターンオンされると、モータは
回転することがないが、強力なダイナミック制動動作が
存在する。この制動動作はオン導通デューティサイクル
に比例する。この動作モードは、ある速度で動作させた
後に、モータ回転を迅速に停止させるために使用するこ
とが可能である。
【0014】図2に示した如く、モータ13は、インダ
クタンス25、抵抗26及び逆起電力(e.m.f.)
27の成分を有している。モータがDMOST14及び
17がオンである場合に示される駆動極性に起因して回
転している場合には、図示された逆起電力はその駆動に
対向する。動作について説明すると、制御/論理ユニッ
ト18は、モータの時定数に関し非常に短い期間におい
てそれをパルス動作させることによって該モータを動作
する。従って、該DMOSTがスイッチオンされると、
モータ内を流れる電流はL/R時定数の関数として直線
的に上昇する。従って、DMOSTがターンオフされる
と、モータの逆起電力は対向するHスイッチダイオード
をターンオンさせ、且つモータ電流が時間と共に直線的
に降下する。この降下もL/R時定数の関数である。モ
ータ電流平均値はパルスデューティサイクルの関数であ
る。非常に低いデューティサイクルの場合、DMOST
はほとんどの時間オフであり、且つ小さな平均電流がモ
ータ内に流れるに過ぎない。大きなデューティサイクル
が使用される場合、大きな平均モータ電流が流れる。従
って、簡単なパルス幅制御がモータ速度を決定する。
クタンス25、抵抗26及び逆起電力(e.m.f.)
27の成分を有している。モータがDMOST14及び
17がオンである場合に示される駆動極性に起因して回
転している場合には、図示された逆起電力はその駆動に
対向する。動作について説明すると、制御/論理ユニッ
ト18は、モータの時定数に関し非常に短い期間におい
てそれをパルス動作させることによって該モータを動作
する。従って、該DMOSTがスイッチオンされると、
モータ内を流れる電流はL/R時定数の関数として直線
的に上昇する。従って、DMOSTがターンオフされる
と、モータの逆起電力は対向するHスイッチダイオード
をターンオンさせ、且つモータ電流が時間と共に直線的
に降下する。この降下もL/R時定数の関数である。モ
ータ電流平均値はパルスデューティサイクルの関数であ
る。非常に低いデューティサイクルの場合、DMOST
はほとんどの時間オフであり、且つ小さな平均電流がモ
ータ内に流れるに過ぎない。大きなデューティサイクル
が使用される場合、大きな平均モータ電流が流れる。従
って、簡単なパルス幅制御がモータ速度を決定する。
【0015】所望により、オペアンプ21は、抵抗24
を横断してコンデンサ(不図示)を接続することにより
、抵抗20を横断しての電圧を積分するようにさせるこ
とが可能である。一方、抵抗20とオペアンプ21との
間の回路内に積分器を挿入することが可能である。この
場合には、端子22における出力は平均Hスイッチ電流
に関係している。この平均値は、積分器時定数が可能と
する程度に迅速に変化することが可能であるに過ぎない
。
を横断してコンデンサ(不図示)を接続することにより
、抵抗20を横断しての電圧を積分するようにさせるこ
とが可能である。一方、抵抗20とオペアンプ21との
間の回路内に積分器を挿入することが可能である。この
場合には、端子22における出力は平均Hスイッチ電流
に関係している。この平均値は、積分器時定数が可能と
する程度に迅速に変化することが可能であるに過ぎない
。
【0016】DMOST内を流れる電流がその中を流れ
る電流に直接的に且つ瞬間的に関係するものであること
が望ましい。その場合には、制御/論理機能の動作をよ
り適切に且つ迅速に行なわせることが可能である。
る電流に直接的に且つ瞬間的に関係するものであること
が望ましい。その場合には、制御/論理機能の動作をよ
り適切に且つ迅速に行なわせることが可能である。
【0017】図3は本発明の一実施例に基づいて構成し
た回路を示した概略図である。この回路は、プラス側を
端子10へ接続しており且つマイナス側を接地端子11
へ接続したVCC電源から動作する。理解すべきことで
あるが、この回路は、例えば、図1の要素14乃至17
のようなHスイッチ内の何れか又は全てのDMOSTと
共に使用することが可能である。
た回路を示した概略図である。この回路は、プラス側を
端子10へ接続しており且つマイナス側を接地端子11
へ接続したVCC電源から動作する。理解すべきことで
あるが、この回路は、例えば、図1の要素14乃至17
のようなHスイッチ内の何れか又は全てのDMOSTと
共に使用することが可能である。
【0018】本回路の心臓部はDMOST30であり、
それはNチャンネルデバイス(装置)として示してある
。抵抗31は、低い値の電流検知用要素であり、それは
、好適には、DMOST30のドレインメタリゼーショ
ンから構成されている。DMOST30の製造において
、ドレインメタルはホトリソグラフィによって所定の形
状とされ、制御された抵抗値を発生する。例えば、それ
は、20ミリΩの値を発生すべく構成することが可能で
ある。DMOST30のドレイン電流の全てが抵抗31
を介して通過するので、それは、該電流に直接的に比例
する電圧を発生させる。例えば、抵抗31を横断して1
5Aの電流が流れる場合には、その電圧降下は300m
Vである。この電圧は、VCC電源電圧に関してはほと
んど無視可能なものであるが、電流検知用回路を動作さ
せるのには十分なものである。更に注意すべきことであ
るが、DMOST30が導通状態であると、そのドレイ
ン電位はVCCよりも低い。しかしながら、DMOST
30がターンオフされ、且つ関連するダイオードが導通
すると、そのドレイン電位はVCCよりも高くなる。こ
のことは、該ダイオードが導通すると、センス電圧がD
MOST30が導通状態である場合に発生される極性に
関して逆となることを意味している。従って、本回路は
、トランジスタ及びダイオード導通の間を区別する。
それはNチャンネルデバイス(装置)として示してある
。抵抗31は、低い値の電流検知用要素であり、それは
、好適には、DMOST30のドレインメタリゼーショ
ンから構成されている。DMOST30の製造において
、ドレインメタルはホトリソグラフィによって所定の形
状とされ、制御された抵抗値を発生する。例えば、それ
は、20ミリΩの値を発生すべく構成することが可能で
ある。DMOST30のドレイン電流の全てが抵抗31
を介して通過するので、それは、該電流に直接的に比例
する電圧を発生させる。例えば、抵抗31を横断して1
5Aの電流が流れる場合には、その電圧降下は300m
Vである。この電圧は、VCC電源電圧に関してはほと
んど無視可能なものであるが、電流検知用回路を動作さ
せるのには十分なものである。更に注意すべきことであ
るが、DMOST30が導通状態であると、そのドレイ
ン電位はVCCよりも低い。しかしながら、DMOST
30がターンオフされ、且つ関連するダイオードが導通
すると、そのドレイン電位はVCCよりも高くなる。こ
のことは、該ダイオードが導通すると、センス電圧がD
MOST30が導通状態である場合に発生される極性に
関して逆となることを意味している。従って、本回路は
、トランジスタ及びダイオード導通の間を区別する。
【0019】トランジスタ32及び33は、オペアンプ
の差動入力段を形成しており、該オペアンプの出力は端
子34において表われる。トランジスタ32は、反転入
力端を有しており、且つトランジスタ33は非反転入力
端を有している。それらは、抵抗31を横断しての電位
から差分的にエミッタ駆動される。
の差動入力段を形成しており、該オペアンプの出力は端
子34において表われる。トランジスタ32は、反転入
力端を有しており、且つトランジスタ33は非反転入力
端を有している。それらは、抵抗31を横断しての電位
から差分的にエミッタ駆動される。
【0020】PチャンネルFET35がトランジスタ3
2のベースとコレクタとの間に結合されており、該トラ
ンジスタ32は、トランジスタ35のソースホロワ動作
に起因して、ダイオードとして強制的に機能させられる
。同様に、PチャンネルFET36は、トランジスタ3
3を強制的にダイオードとして機能させる。FET35
及び36のソースは、それぞれ、定電流源37及び38
によって、+VCC電源供給ラインへ帰還されている。 トランジスタ32及び33のコレクタは、それぞれ、定
電流シンク39及び40によって、接地へ帰還されてい
る。
2のベースとコレクタとの間に結合されており、該トラ
ンジスタ32は、トランジスタ35のソースホロワ動作
に起因して、ダイオードとして強制的に機能させられる
。同様に、PチャンネルFET36は、トランジスタ3
3を強制的にダイオードとして機能させる。FET35
及び36のソースは、それぞれ、定電流源37及び38
によって、+VCC電源供給ラインへ帰還されている。 トランジスタ32及び33のコレクタは、それぞれ、定
電流シンク39及び40によって、接地へ帰還されてい
る。
【0021】FET35及び36のドレインは、該オペ
アンプに対して出力負荷として作用する電流ミラーへ接
続されている。それは、必要な差動的対シングルエンデ
ッド出力作用を与える。この出力電流ミラーは、トラン
ジスタ41及び42から構成されており、且つ該シング
ルエンデッド出力は端子34において与えられる。
アンプに対して出力負荷として作用する電流ミラーへ接
続されている。それは、必要な差動的対シングルエンデ
ッド出力作用を与える。この出力電流ミラーは、トラン
ジスタ41及び42から構成されており、且つ該シング
ルエンデッド出力は端子34において与えられる。
【0022】入力トランジスタ32及び33のベース間
に結合されている抵抗43は、抵抗31の値に関して所
定のレシオとされている。抵抗43の値は、以下の態様
で回路の感度を決定する。本発明の好適実施例において
は、抵抗43は500Ωを有するべく構成されている。 これは、抵抗31の値の25000倍である。理解され
る如く、抵抗43の右側端部は、VCCよりも1ダイオ
ード降下+抵抗31を横断しての電圧だけ低いレベルで
ある。抵抗43の左側端部は、VCCよりも1ダイオー
ド降下したレベルである。トランジスタ32及び33が
マッチされており且つ電流シンク39及び40がマッチ
されている場合には、これらのダイオード降下は等しく
、従って抵抗43を横断しての電位は抵抗31を横断し
ての電位と等しい。しかしながら、抵抗43は抵抗31
よりも大型であるので、抵抗43内の電流はスケールダ
ウンされる。好適実施例において言及したレシオの場合
、10AのDMOST30の電流は、抵抗43内に40
0μAを発生する。これは、FET35及び36内の電
流を800μAだけオフセットする。電流源37及び3
8を各々600μAとすると、それは、トランジスタ4
2及び36における電流を強制的に200μAとさせ、
一方トランジスタ35における電流は1ミリAである。 トランジスタ41及び42は電流ミラーを形成している
ので、トランジスタ41は200μAを担持する。従っ
て、出力リード34における電流はトランジスタ35及
び41における電流の間の差であり、それは800μA
である。従って、回路電流感度は次式で表わされること
を理解することが可能である。
に結合されている抵抗43は、抵抗31の値に関して所
定のレシオとされている。抵抗43の値は、以下の態様
で回路の感度を決定する。本発明の好適実施例において
は、抵抗43は500Ωを有するべく構成されている。 これは、抵抗31の値の25000倍である。理解され
る如く、抵抗43の右側端部は、VCCよりも1ダイオ
ード降下+抵抗31を横断しての電圧だけ低いレベルで
ある。抵抗43の左側端部は、VCCよりも1ダイオー
ド降下したレベルである。トランジスタ32及び33が
マッチされており且つ電流シンク39及び40がマッチ
されている場合には、これらのダイオード降下は等しく
、従って抵抗43を横断しての電位は抵抗31を横断し
ての電位と等しい。しかしながら、抵抗43は抵抗31
よりも大型であるので、抵抗43内の電流はスケールダ
ウンされる。好適実施例において言及したレシオの場合
、10AのDMOST30の電流は、抵抗43内に40
0μAを発生する。これは、FET35及び36内の電
流を800μAだけオフセットする。電流源37及び3
8を各々600μAとすると、それは、トランジスタ4
2及び36における電流を強制的に200μAとさせ、
一方トランジスタ35における電流は1ミリAである。 トランジスタ41及び42は電流ミラーを形成している
ので、トランジスタ41は200μAを担持する。従っ
て、出力リード34における電流はトランジスタ35及
び41における電流の間の差であり、それは800μA
である。従って、回路電流感度は次式で表わされること
を理解することが可能である。
【0023】
2ILOAD/(R43/R31)=2R31(ILO
AD)/R43出力端子は、トランジスタ32のエミッ
タがトランジスタ33のエミッタよりも電位が低い場合
に、電流をソース即ち供給する。従って、供給された出
力電流はDMOST30の導通に関連している。逆に、
DMOST30がターンオフされ、且つ関連するダイオ
ードが導通すると、抵抗31及び43内の電流の流れは
逆とされ、出力端子34は上述した比で電流をシンク即
ち吸込む。従って、本回路はDMOST30の導通に直
接的に関係した出力を発生するばかりでなく、それは、
更に、関連するダイオードの導通に関連した反対の極性
を発生する。これらの出力は、該論理/制御回路のスイ
ッチング動作をより実効的に制御するために使用するこ
とが可能である。
AD)/R43出力端子は、トランジスタ32のエミッ
タがトランジスタ33のエミッタよりも電位が低い場合
に、電流をソース即ち供給する。従って、供給された出
力電流はDMOST30の導通に関連している。逆に、
DMOST30がターンオフされ、且つ関連するダイオ
ードが導通すると、抵抗31及び43内の電流の流れは
逆とされ、出力端子34は上述した比で電流をシンク即
ち吸込む。従って、本回路はDMOST30の導通に直
接的に関係した出力を発生するばかりでなく、それは、
更に、関連するダイオードの導通に関連した反対の極性
を発生する。これらの出力は、該論理/制御回路のスイ
ッチング動作をより実効的に制御するために使用するこ
とが可能である。
【0024】図4は本発明の好適実施例を示した概略図
である。図3の構造における構成要素と同一のものには
、同一の参照番号を使用してある。図3と図4との差異
は、トランジスタ32及び33のエミッタとそれぞれ直
列的に結合された一対のダイオード接合型トランジスタ
46及び47を設けたこと、及びCMOS定電流回路を
使用している点である。該定電流回路は、各々が一対の
マッチした電流出力を有する一対の電流ミラーを使用し
ている。これは、図3の要素37乃至40を与えるべく
作用する。
である。図3の構造における構成要素と同一のものには
、同一の参照番号を使用してある。図3と図4との差異
は、トランジスタ32及び33のエミッタとそれぞれ直
列的に結合された一対のダイオード接合型トランジスタ
46及び47を設けたこと、及びCMOS定電流回路を
使用している点である。該定電流回路は、各々が一対の
マッチした電流出力を有する一対の電流ミラーを使用し
ている。これは、図3の要素37乃至40を与えるべく
作用する。
【0025】マッチされたNチャンネルトランジスタ4
8乃至51は第一電流ミラーを形成している。トランジ
スタ48のゲートはそのドレインへ帰還されており、ソ
ース52から入力電流Iを受取る。トランジスタ49乃
至51のゲートは全てトランジスタ48のゲートへ結合
されているので、それらの導通もIに等しい。トランジ
スタ50及び51は、図3のシンク40及び39の機能
を行なう。
8乃至51は第一電流ミラーを形成している。トランジ
スタ48のゲートはそのドレインへ帰還されており、ソ
ース52から入力電流Iを受取る。トランジスタ49乃
至51のゲートは全てトランジスタ48のゲートへ結合
されているので、それらの導通もIに等しい。トランジ
スタ50及び51は、図3のシンク40及び39の機能
を行なう。
【0026】トランジスタ53乃至55は第二電流ミラ
ーを形成している。トランジスタ53のゲートはそのド
レインへ帰還されており、トランジスタ49に対して電
流Iを導通する。トランジスタ54及び55のゲートは
トランジスタ53のゲートへ結合されており、従って、
トランジスタ36及び35に定電流を供給するための電
流源として作用する。従って、これらの電流源は、図3
のソース38及び37の機能を与えている。本発明の好
適実施例においては、トランジスタ54及び55はマッ
チされており、且つトランジスタ53の幅の4倍の幅を
有しており、従ってトランジスタ36及び35の各々の
中に4Iが流れ込む。好適実施例では、要素52におい
て150μA電流源を使用しており、従って二つの電流
源の各々が600μAを通過させた。
ーを形成している。トランジスタ53のゲートはそのド
レインへ帰還されており、トランジスタ49に対して電
流Iを導通する。トランジスタ54及び55のゲートは
トランジスタ53のゲートへ結合されており、従って、
トランジスタ36及び35に定電流を供給するための電
流源として作用する。従って、これらの電流源は、図3
のソース38及び37の機能を与えている。本発明の好
適実施例においては、トランジスタ54及び55はマッ
チされており、且つトランジスタ53の幅の4倍の幅を
有しており、従ってトランジスタ36及び35の各々の
中に4Iが流れ込む。好適実施例では、要素52におい
て150μA電流源を使用しており、従って二つの電流
源の各々が600μAを通過させた。
【0027】電流ミラー負荷マッチ型トランジスタ41
及び42は、それぞれ、それらのエミッタと直列してマ
ッチされた抵抗56及び57を有している。トランジス
タ41及び42におけるベース電流は、ソースホロワN
チャンネルトランジスタ58から供給される。抵抗59
は、トランジスタ58に対するソース負荷要素として作
用する。トランジスタ58は、トランジスタ42のコレ
クタをそのベースへ結合し、従ってスーパーダイオード
電流ミラーを形成している。トランジスタ42は強制的
にダイオードとして機能させられるので、電流負荷入力
機能の場合、極めて正確な電流ミラーが与えられる。
及び42は、それぞれ、それらのエミッタと直列してマ
ッチされた抵抗56及び57を有している。トランジス
タ41及び42におけるベース電流は、ソースホロワN
チャンネルトランジスタ58から供給される。抵抗59
は、トランジスタ58に対するソース負荷要素として作
用する。トランジスタ58は、トランジスタ42のコレ
クタをそのベースへ結合し、従ってスーパーダイオード
電流ミラーを形成している。トランジスタ42は強制的
にダイオードとして機能させられるので、電流負荷入力
機能の場合、極めて正確な電流ミラーが与えられる。
【0028】付加的な特徴を図4に示してある。外部的
IC構成要素は、定電圧供給源61及び直列抵抗62と
して示してある。ICのユーザが所望する場合には、ゼ
ロのDMOST電流条件は、クランプした出力電圧を与
えることが可能である。典型的に、定電圧源61は比較
的低い内部インピーダンスを持った温度補償した供給電
圧である。抵抗62は、出力電圧関係に対し所定のDM
OST電流を与えるべく選択することが可能である。例
えば、好適実施例では、10AのDMOST電流に対し
800μAの出力電流を発生していたので、電圧源61
の内部抵抗へ付加された場合、抵抗62の値は7.5k
Ωの値を与え、出力電圧はDMOSTのアンペア当り0
.6Vの割合で変化する。
IC構成要素は、定電圧供給源61及び直列抵抗62と
して示してある。ICのユーザが所望する場合には、ゼ
ロのDMOST電流条件は、クランプした出力電圧を与
えることが可能である。典型的に、定電圧源61は比較
的低い内部インピーダンスを持った温度補償した供給電
圧である。抵抗62は、出力電圧関係に対し所定のDM
OST電流を与えるべく選択することが可能である。例
えば、好適実施例では、10AのDMOST電流に対し
800μAの出力電流を発生していたので、電圧源61
の内部抵抗へ付加された場合、抵抗62の値は7.5k
Ωの値を与え、出力電圧はDMOSTのアンペア当り0
.6Vの割合で変化する。
【0029】好適実施例においては以下に示した値を有
する構成要素を使用した。
する構成要素を使用した。
【0030】
部 品
値
抵抗31
20ミリΩ 抵抗43
500Ω トランジスタ48−51及び58
37/2(W/L)μm 電流源
52
150μA トランジスタ53
75/5(W/L
)μm トランジスタ35−36
115/10(W/L)μm ト
ランジスタ54−55 3
00/5(W/L)μm 抵抗56−57
1k
Ω 抵抗59
50kΩ 該回路は、
60V最大値の供給電圧VCCで動作すべく構成した。 端子34における出力電流は、DMOSTアンペア当り
80μAであった。
値
抵抗31
20ミリΩ 抵抗43
500Ω トランジスタ48−51及び58
37/2(W/L)μm 電流源
52
150μA トランジスタ53
75/5(W/L
)μm トランジスタ35−36
115/10(W/L)μm ト
ランジスタ54−55 3
00/5(W/L)μm 抵抗56−57
1k
Ω 抵抗59
50kΩ 該回路は、
60V最大値の供給電圧VCCで動作すべく構成した。 端子34における出力電流は、DMOSTアンペア当り
80μAであった。
【0031】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論である
。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論である
。
【図1】 典型的な従来のHスイッチ電流検知回路を
示した概略図。
示した概略図。
【図2】 典型的な負荷要素を示した概略図。
【図3】 本発明の一実施例に基づいて構成された回
路を示した概略図。
路を示した概略図。
【図4】 本発明の好適実施例に基づいて構成された
回路を示した概略図。
回路を示した概略図。
30 DMOST
31 センス(検知)抵抗
Claims (7)
- 【請求項1】 ドレインと、ソースと、ゲートと、前
記ソースへ接続したバックゲートと、前記ドレイン及び
前記ソース間に接続したシャントダイオードとを持った
拡散型金属−酸化物−半導体トランジスタ(DMOST
)と共に使用し前記DMOSTソース及びシャントダイ
オード内を流れる電流に関連した出力を発生すべく機能
する回路において、前記DMOSTドレインと直列接続
して比較的低い値のセンス抵抗が設けられており、前記
抵抗へ結合して差動バイポーラ接合トランジスタ(BJ
T)入力段が設けられており、その際に前記抵抗内を流
れる電流が前記入力段を駆動する電圧を発生し、前記入
力段へ結合されており前記抵抗内の前記電流に関係した
シングルエンデッド出力を供給する電流ミラー負荷が設
けられていることを特徴とする回路。 - 【請求項2】 請求項1において、前記センス抵抗が
前記DMOSTを形成すべく使用されたメタリゼーショ
ンを有することを特徴とする回路。 - 【請求項3】 請求項1において、前記センス抵抗が
前記入力段トランジスタのエミッタへ結合されており、
且つ第二抵抗がそのベース間に結合されていることを特
徴とする回路。 - 【請求項4】 請求項1において、前記第二抵抗が前
記センス抵抗に対し値がレシオ型とされており、前記セ
ンス抵抗を横断して表われる電圧が前記第二抵抗を横断
しても表われ、且つ前記比に逆比例して前記第二抵抗内
に電流が流れることを特徴とする回路。 - 【請求項5】 請求項4において、前記入力段が、更
に、一対の金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ
(MOSFET)を有しており、それらのゲートは前記
入力トランジスタコレクタへ接続されており且つそれら
のソースは前記入力トランジスタベースへ接続されてお
り、前記MOSFETのソースホロワ動作が前記入力ト
ランジスタを強制的にダイオードとして機能させること
を特徴とする回路。 - 【請求項6】 請求項5において、更に、前記一対の
MOSFET内へ電流を供給するために第一対の定電流
要素が結合されていることを特徴とする回路。 - 【請求項7】 請求項6において、更に、前記BJT
入力段トランジスタのコレクタから電流を吸出すために
第二対の定電流要素が結合されており、前記電流ミラー
負荷が前記第二抵抗内の電流と比例した出力電流を発生
することを特徴とする回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/600,040 US5084633A (en) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | Bidirectional current sensing for power MOSFETS |
| US600040 | 1990-10-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04290965A true JPH04290965A (ja) | 1992-10-15 |
Family
ID=24402129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3265145A Pending JPH04290965A (ja) | 1990-10-19 | 1991-10-15 | 電流検知回路 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5084633A (ja) |
| EP (1) | EP0481328B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04290965A (ja) |
| KR (1) | KR0170404B1 (ja) |
| DE (1) | DE69123813T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002191179A (ja) * | 2000-12-21 | 2002-07-05 | Yaskawa Electric Corp | インバータ装置 |
| JP2011226886A (ja) * | 2010-04-19 | 2011-11-10 | Miyama Electric Co Ltd | 電流検出抵抗モジュール |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5134310A (en) * | 1991-01-23 | 1992-07-28 | Ramtron Corporation | Current supply circuit for driving high capacitance load in an integrated circuit |
| US5179292A (en) * | 1992-06-05 | 1993-01-12 | Acumos, Inc. | CMOS current steering circuit |
| GB9223219D0 (en) * | 1992-11-05 | 1992-12-16 | Smiths Industries Plc | Current measurement cricuits |
| GB2272300B (en) * | 1992-11-05 | 1995-12-13 | Smiths Industries Plc | Current measurement circuits |
| US5498984A (en) * | 1994-09-30 | 1996-03-12 | Maxim Integrated Products | High side, current sense amplifier using a symmetric amplifier |
| EP0764365A2 (en) * | 1995-04-10 | 1997-03-26 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Level-shifting circuit and high-side driver including such a level-shifting circuit |
| DE19706946C2 (de) * | 1997-02-21 | 2000-06-21 | Daimler Chrysler Ag | Battierüberwachungseinheit |
| JP4371387B2 (ja) * | 1999-10-06 | 2009-11-25 | ローム株式会社 | 制御駆動回路および制御駆動方法 |
| KR100920424B1 (ko) * | 2007-12-31 | 2009-10-08 | 한국지질자원연구원 | 전기비저항탐사 송신전극 자동배전 제어 장치 및 방법 |
| US8836525B2 (en) | 2011-06-06 | 2014-09-16 | Lear Corporation | Isolated resistive current sensor |
| US9213351B2 (en) | 2013-11-22 | 2015-12-15 | Analog Devices, Inc. | Bi-directional current sensor |
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