JPH0711031U - 半導体ハイサイドスイッチの過電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＯＳＦＥＴのオン電圧から過電流状態を検
出する過電流検出回路において、非常に簡単な回路構成
で、ＩＣ化の容易な過電流検出回路を提供する。 【構成】 一方の端子を電源に接続し、他方の端子を負
荷を介して電源の他方の端子に接続しハイサイドスイッ
チとしたｎ型パワーＭＯＳＦＥＴと、ＭＯＳＦＥＴに並
列で、入力信号にもとずきＭＯＳＦＥＴをオン／オフ
し、オン時には、電源電圧より高い電圧を発生し出力す
る昇圧回路を内蔵したＭＯＳＦＥＴ駆動回路と、ＭＯＳ
ＦＥＴの一方の端子に接続し、基準電圧を発生する比較
基準電圧発生回路と、比較基準電圧発生回路の出力端子
とＭＯＳＦＥＴの他方の端子に接続し、ＭＯＳＦＥＴの
オン電圧と比較基準電圧発生回路の基準電圧とを比較す
ると共に駆動電源を、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路の出力端子
に接続してなる比較器とよりなる。ハイサイドスイッチ
のオン時のみ比較器を駆動し過電流状態を検出できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ハイサイドスイッチとして用いるｎ型パワーＭＯＳＦＥＴの過電流 検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

トランジスタのオン／オフを利用した半導体スイッチは、配線のショートや負 荷の異常により過電流が流れることにより故障することがある。そこでこれを保 護する過電流検出装置を配置する事が必要になってきた。 図２には過電流検出装置を配置した従来のハイサイドスイッチとして用いるｎ 型パワーＭＯＳＦＥＴの一例を示す。ここでハイサイドスイッチとは、電源の低 電位側に接続した負荷に対して、電源の高電位側と負荷の間に挿入して電源をオ ン／オフするようにしたスイッチをいう。

【０００３】 ハイサイドスイッチとして動作するｎ型パワーＭＯＳＦＥＴ（以下ＭＯＳＦＥ Ｔという）１のドレイン１ａは電源端子３に接続し、ソース１ｃは負荷２を介し て電源端子４に接続する。そして該ＭＯＳＦＥＴ１のゲート１ｂはＭＯＳＦＥＴ 駆動回路６の出力端子６ａに接続する。該ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６は入力信号端 子５から入力されたオン信号に応じて、ＭＯＳＦＥＴ１のゲート１ｂに高電圧を 印加し、オン状態によりＭＯＳＦＥＴ１には電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ１のドレ インーソース間にはＭＯＳＦＥＴ１の内部抵抗に起因するオン電圧Ｖｏｎが発生 する。 このオン電圧Ｖｏｎは、ＭＯＳＦＥＴ１のゲートーソース間電圧が一定の場合 、一般にＭＯＳＦＥＴ１に流れる電流にほぼ比例する特性を示し、ＭＯＳＦＥＴ １に流れる電流が大きい程、大きい値となる。

【０００４】 ＭＯＳＦＥＴ１は過電流検出装置７に接続する。該過電流検出装置７は比較器 ８と比較基準電圧発生回路９と比較器用電源回路１０とレベル変換回路１１とＡ ＮＤ回路１２と５Ｖ電源回路１４とよりなる。 即ち、ＭＯＳＦＥＴ１のソース１ｃは比較器８の一方の入力端子８ａと接続し 、比較器８の他方の入力端子８ｂは比較基準電圧発生回路９の出力端子９ａと接 続している。この比較基準電圧発生回路９はツェナーダイオード９ｂと抵抗９ｃ 、９ｄ、９ｅよりなり、ＭＯＳＦＥＴ１のオン電圧から過電流状態か正常な電流 の状態かを判定するための判定基準の基準電圧Ｖｒを生成する。

【０００５】 前記比較器８では、共にＭＯＳＦＥＴ１のドレイン１ａを共通の基準とする２ つの電圧、即ち前記比較基準電圧発生回路９からの基準電圧ＶｒとＭＯＳＦＥＴ １のオン電圧Ｖｏｎが入力し比較する。なお、比較器８の駆動は一方を電源端子 ３に接続した比較器用電源回路１０により駆動する。 前記比較器８の出力端子８ｃはレベル変換回路１１で論理回路の信号レベルに 変換された後、ＡＮＤ回路１２の入力端子１２ａに入力する。

【０００６】 前記ＡＮＤ回路１２のもう一方の入力端子１２ｂは入力信号端子５と接続し、 この入力端子５のオン／オフ信号が入力し、オン／オフ信号の内「１」即ちオン 信号が入力している状態で、かつ比較器８の出力が「１」即ち過電流の状態の時 にはＡＮＤ回路１２が「１」を出力する。即ち過電流検出信号出力端子１３に「 １」を出力する。なお、ＡＮＤ回路１２の駆動は、一方を電源端子３に接続した ５Ｖ電源回路１４により駆動する。

【０００７】 上記、過電流検出装置７は、ＭＯＳＦＥＴ１に流れる電流をこのＭＯＳＦＥＴ １のオン電圧Ｖｏｎでモニタし、負荷２の破損や配線の短絡等の異常により規定 よりも大きな電流が流れる過電流状態になった時には過電流検出信号を過電流検 出信号出力端子１３に出力して、負荷２の異常を知らせることができる。またこ の過電流検出信号によりＭＯＳＦＥＴ１をオフするように制御すればＭＯＳＦＥ Ｔ１の保護をすることもできるのである。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】 ところで、上記従来の過電流検出装置は、ＭＯＳＦＥＴ１のオン電圧は通常０ ．２〜０．３Ｖに設定される。このためこの過電流検出装置７のようにＭＯＳＦ ＥＴ１のオン電圧から過電流を検出する方式では、比較器８の入力端子には電源 端子３の電源電圧に近い電圧が入力する。 このような状態で比較器８を正確に動作させるためには、電源電圧よりも高電 圧の電源で駆動する必要があり、そのために電源電圧よりも高い電圧を出力する 比較器用電源回路１０が必ず必要となるのである。

【０００９】 さらに、上記従来の過電流検出装置７は、ＭＯＳＦＥＴ１をスイッチとして用 いる場合、オフ時にはＭＯＳＦＥＴ１のドレイン−ソ−ス間に電源電圧Ｖｃｃが 印加されることになる。そこで、従来の過電流検出装置で過電流を検出する場合 には、オフ時には過電流検出を行わずオン時のみに過電流検出を行うようにする 必要がある。 このために、従来の過電流検出装置ではＡＮＤ回路１２を用いて、ＭＯＳＦＥ Ｔ１がオンの状態で、かつその時のオン電圧Ｖｏｎが基準電圧Ｖｒより大きい場 合のみに過電流検出信号「１」を出力するようにしているのである。

【００１０】 したがって、従来の過電流検出装置ではどうしてもＡＮＤ回路１２を用いなけ ればならなくなり、そのためにＡＮＤ回路用の５Ｖ電源回路１４が必要となり、 さらには、比較器８の出力をＡＮＤ回路１２の信号レベルに変換するためのレベ ル変換回路１１を用いる必要もでてきたのである。

【００１１】 以上、図２の従来の過電流検出装置７では比較基準電圧発生回路９、比較器８ の他に、比較器用電源回路１０、レベル変換回路１１、ＡＮＤ回路１２、５Ｖ電 源回路１４を必要とし、その結果回路構成が複雑で、規模が大きくなるという欠 点がある。また、従来の過電流検出装置７をＭＯＳＦＥＴ１と一体化してパワー ＭＯＳＩＣ化しようとすると、チップサイズが大きくなり、その結果コストが高 くなるという欠点があるのである。

【００１２】 本考案は上記従来過電流検出装置の欠点に鑑みなされたもので、その目的はＭ ＯＳＦＥＴのオン電圧から過電流状態を検出する過電流検出装置において、非常 に簡単な回路構成で、ＩＣ化の容易な過電流検出装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案の過電流検出装置は、一方の端子を、電源の一方の端子に接続し、他方 の端子を、負荷を介して前記電源の他方の端子に接続したｎ型パワーＭＯＳＦＥ Ｔを用いたハイサイドスイッチにおいて、前記ＭＯＳＦＥＴに並列で、入力信号 にもとずき前記ＭＯＳＦＥＴをオン／オフし、オン時には、少なくとも前記電源 電圧より高い電圧を発生し出力する昇圧回路を配置したＭＯＳＦＥＴ駆動回路と 、前記ＭＯＳＦＥＴの一方の端子に接続し、基準電圧を発生する比較基準電圧発 生回路と、前記比較基準電圧発生回路の出力端子と前記ＭＯＳＦＥＴの他方の端 子に接続し、前記ＭＯＳＦＥＴのオン電圧と基準電圧とを比較すると共に電源入 力端子を、前記ＭＯＳＦＥＴ駆動回路の出力端子に接続してなる比較器と、より なることを特徴とする。

【００１４】

【作用】

本考案の過電流検出装置において、ハイサイドスイッチとして働くＭＯＳＦＥ Ｔと負荷には、電源端子から電源電圧を供給する。そして入力信号端子にオン信 号が入力すると、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路の出力は高電圧になりＭＯＳＦＥＴをオ ン状態にするとともに比較器も駆動にする。

【００１５】 そしてＭＯＳＦＥＴに流れる電流が正常な範囲であって、該ＭＯＳＦＥＴのド レインーソ−ス間のオン電圧が比較基準電圧発生回路の基準電圧よりも小さい場 合には、比較器の出力はローレベルの「０」となる。逆にＭＯＳＦＥＴに流れる 電流が過電流の状態となり、オン電圧が比較基準電圧発生回路の基準電圧よりも 大きい場合には、比較器の出力はハイレベル「１」を出力することになるのであ る。

【００１６】 次に入力信号端子にオフ信号が入力すると、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路の出力はほ ぼ零の低電圧になり、ＭＯＳＦＥＴはオフ状態になることから、電流はながれず 、同時に比較器に供給される電源電圧もほぼ零になるので、比較器は動作せず停 止することから出力も必然的にローレベル「０」の状態となるのである。 このように本考案の過電流検出装置では、比較器の出力をそのまま過電流検出 信号として出力し、負荷の異常を知らせることができる。

【００１７】

【考案の効果】

以上の如く、本考案の過電流検出装置によれば、比較器をＭＯＳＦＥＴのオン 時に電源電圧よりも高い電圧を出力するＭＯＳＦＥＴ駆動回路の出力により駆動 するするようにしたことにより、従来の過電流検出装置で必要であった比較器用 電源回路を必要とはしない。またＭＯＳＦＥＴのオフ時には同期して比較器の出 力はローレベルの「０」状態になるので、従来の過電流検出装置で必要であった ＡＮＤ回路も必要としない。 その結果、従来の過電流検出装置で必要なレベル変換回路と５Ｖ電源回路も削 除でき、本考案の過電流検出装置を非常に簡単な回路構成にすることができるの である。

【００１８】

【実施例】

以下、実施例により本考案の過電流検出装置をさらに詳細に説明する。 図１は本考案の一実施例を示す回路であり、図２に示す従来例と同一の部分に は同一符号を付し説明は省略する。

【００１９】 本実施例の過電流検出装置において、ハイサイドスイッチとして用いるＭＯＳ ＦＥＴ１の一方のドレイン端子１ａは電源端子３に接続し、他方のソース端子１ ｃは負荷２を介して電源端子４に接続する。そして、ＭＯＳＦＥＴ１は過電流検 出装置１５に接続する。該過電流検出装置１５は基準電圧を発生する比較基準電 圧発生回路１６と電圧を比較する比較器１７とよりなる。 前記ＭＯＳＦＥＴ１に並列に接続したＭＯＳＦＥＴ駆動回路６の出力端子６ａ は前記ＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子１ｂに接続し、入力信号端子５の入力信号に もとずきオン時には、配置した昇圧回路の働きにより、少なくとも電源電圧より 高い電圧を発生し出力する。

【００２０】 前記電源端子３に接続し、基準電圧を発生する比較基準電圧発生回路１６はツ ェナーダイオード１６ｂと抵抗１６ｃ、１６ｄ、１６ｅよりなり、該比較基準電 圧発生回路１６の出力端子１６ａは比較器１７の入力端子１７ａに接続する。 また、前記比較器１７の他方の入力端子１７ｂは前記ＭＯＳＦＥＴ１の他方の ソース端子１ｃに接続される比較器１７は、前記ＭＯＳＦＥＴ１のオン電圧と基 準電圧とを比較し、前記ＭＯＳＦＥＴ１のオン電圧が基準電圧より高い場合、過 電流検出装置１５の過電流検出信号出力端子１８に出力する。前記比較器１７の 電源入力端子１７ｃは、前記ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６の出力端子６ａに接続する 。

【００２１】 本実施例の動作について説明する。 本実施例の過電流検出装置において、ハイサイドスイッチとして働くＭＯＳＦ ＥＴ１と負荷２には、電源端子３と電源端子４から電源電圧が供給されている。 そこで、入力信号端子５にオン信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６の 出力は高電圧になりＭＯＳＦＥＴ１をオンにするとともに比較器１７を動作状態 にする。

【００２２】 この時ＭＯＳＦＥＴ１を十分にオンの状態にするには、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路 ６の出力をドレインの電圧即ち電源電圧よりも高くする必要があり、そのために 本実施例でもＭＯＳＦＥＴ駆動回路６の出力は電源電圧（例えば、１２Ｖ）より も高い電圧（例えば、２０Ｖ）まで昇圧する。

【００２３】 前記比較器１７の高電位側の電源入力端子１７ｃはＭＯＳＦＥＴ駆動回路６の 出力端子６ａに接続されているので、ＭＯＳＦＥＴ１がオン状態では、比較器１ ７は電源電圧よりも高い電圧で駆動されることになり、正常に比較動作を行う。

【００２４】 そしてＭＯＳＦＥＴ１に流れる電流が正常な範囲であって、ドレインーソ−ス 間のオン電圧Ｖｏｎが比較基準電圧発生回路１６の基準電圧Ｖｒよりも小さい場 合には、比較器１７の出力はローレベルの「０」となる。逆にＭＯＳＦＥＴ１に 流れる電流が過電流の状態であって、オン電圧Ｖｏｎが比較基準電圧発生回路１ ６の基準電圧Ｖｒよりも大きい場合には、比較器１７の出力端子１７ｅにはハイ レベル「１」を出力することになるのである。

【００２５】 次に入力信号端子５にオフ信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６の出 力はほぼ零の低電圧になり、ＭＯＳＦＥＴ１はオフ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ１ には電流は流れず、同時に比較器１７に供給される電源電圧もほぼ零になること から、比較器１７は駆動せず停止し、出力も必然的にローレベルの「０」の状態 となる。

【００２６】 本実施例の過電流検出装置１５によれば、ＭＯＳＦＥＴ１が過電流か正常かの 状態に応じて、比較器１７の出力がハイレベル「１」、ローレベル「０」の状態 となるので、比較器１７の出力をそのまま過電流検出信号として過電流検出信号 出力端子１８から出力し、負荷２の異常を知らせることができるのである。

【００２７】 本考案は上記実施例に限定されるものではない。上記実施例において、比較器 １７をＭＯＳＦＥＴ駆動回路６の出力で直接駆動する構成にしているが、これを 変形して、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路の出力を直列抵抗を通して比較器１７の電源端 子１７ｃに接続し、該接続点と電源端子４の間に電源電圧より高いツェナー電圧 を有するツェナーダイオードを接続する如く構成してもよい。こうすれば、比較 器１７の電源電圧１７ｃに印加される電圧は前記ツェナーダイオードの電圧でク ランプされるので、高くなり過ぎることはないからである。

【００２８】 さらに、上記実施例では、比較基準電圧発生回路１６をツェナーダイオードと 抵抗で構成したが、他の回路構成でもよい。特に基準電圧ＶｒにＭＯＳＦＥＴ１ のオン電圧Ｖｏｎの温度特性と同じ温度特性を持たせる如く構成すれば、正常な 電流状態か過電流の状態かを判定する基準電流の値を温度によらずほぼ一定にで き、過電流検出を安定に行うようにすることができるからである。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の過電流検出装置を含む半導体ハイサイ
ドスイッチ回路を示す構成図

【図２】従来の過電流検出装置を含む半導体ハイサイド
スイッチ回路を示す構成図

【符号の説明】

１・・・・・・ ｎ型パワーＭＯＳＦＥＴ ２・・・・・・ 負荷 ５・・・・・・ 入力信号端子 ６・・・・・・ ＭＯＳＦＥＴ駆動回路 ７、１５・・・ 過電流検出装置 ８、１７・・・ 比較器 ９、１６・・・ 比較基準電圧発生回路 １０・・・・・・ 比較器用電源回路 １１・・・・・・ レベル変換回路 １２・・・・・・ ＡＮＤ回路 １４・・・・・・ ５Ｖ電源回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の端子を、電源の一方の端子に接続
   し、他方の端子を、負荷を介して前記電源の他方の端子
   に接続したｎ型パワーＭＯＳＦＥＴを用いたハイサイド
   スイッチにおいて、 前記ＭＯＳＦＥＴに並列で、入力信号にもとずき前記Ｍ
   ＯＳＦＥＴをオン／オフし、オン時には、少なくとも前
   記電源電圧より高い電圧を発生し出力する昇圧回路を配
   置したＭＯＳＦＥＴ駆動回路と、 前記ＭＯＳＦＥＴの一方の端子に接続し、基準電圧を発
   生する比較基準電圧発生回路と、 前記比較基準電圧発生回路の出力端子と前記ＭＯＳＦＥ
   Ｔの他方の端子に接続し、前記ＭＯＳＦＥＴのオン電圧
   と前記比較基準電圧発生回路の基準電圧とを比較すると
   共に電源入力端子を、前記ＭＯＳＦＥＴ駆動回路の出力
   端子に接続してなる比較器と、 よりなることを特徴とするハイサイドスイッチの過電流
   検出装置。