JPH08331757A - 過電流制限回路 - Google Patents

過電流制限回路

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JPH08331757A
JPH08331757A JP7135224A JP13522495A JPH08331757A JP H08331757 A JPH08331757 A JP H08331757A JP 7135224 A JP7135224 A JP 7135224A JP 13522495 A JP13522495 A JP 13522495A JP H08331757 A JPH08331757 A JP H08331757A
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JP
Japan
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current
circuit
power transistor
overcurrent
detection
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Application number
JP7135224A
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English (en)
Inventor
Yasunori Iwamoto
恭典 岩本
Yutaka Tamura
豊 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Information Systems Japan Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Information Systems Japan Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Information Systems Japan Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】被保護半導体素子の過電流を検出して帰還制御
する時の発振を防止し得る過電流制限回路を提供する。 【構成】マルチセル構造を有する電圧駆動型のパワート
ランジスタ10と、パワートランジスタ駆動制御信号に
応じてパワートランジスタの制御電極容量Cに対する充
電電流の供給出力をオン/オフ制御することによりパワ
ートランジスタの制御電極電位を制御するためのパワー
トランジスタ駆動回路13と、パワートランジスタの電
流検出用端子10bに流れる検出用電流の過電流時の電
流量を検出して出力する過電流検出回路14と、過電流
検出回路の出力電流を折り返し、この折り返し電流に応
じてパワートランジスタ駆動回路の出力電流を引き抜く
ことによりパワートランジスタの制御電極電位を制御す
る制御回路15とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の過電流を
検出して保護するための過電流制限回路に係り、特にマ
ルチセル構造を有する電圧駆動型のパワートランジスタ
と同一チップ上に形成される過電流制限回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、集積回路(IC)に形成された
パワーMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ)の過電流制限回路の従来例を示す。図3において、
10はマルチソース構造(第1のソース10a、第2の
ソース10b)を有するDMOS(二重拡散型)パワー
FETであり、そのドレインは電源端子20に接続さ
れ、第1のソース(電流出力端子)10aはバックゲー
トおよびICの電流出力端子(外部負荷接続端子)11
に接続されている。12は電流出力端子11に接続され
ている負荷回路である。
【0003】13はパワーFET駆動制御信号に応じて
パワーFETのゲート容量Cに対する充電電流の供給出
力をオン/オフ制御することによりパワーFETのゲー
ト電位を制御するためのパワーFET駆動回路である。
【0004】21はパワーFETの第2のソース(電流
検出用端子)10bに接続され、電流検出用端子10b
に流れる検出用電流の過電流時の電流量を検出して出力
する過電流検出回路である。この過電流検出回路21
は、パワーFET10の電流検出用端子10bに流れる
検出用電流と基準電流源141の基準電流との差をと
り、上記検出用電流が基準電流を越えた過電流時の電流
量を検出して出力する電流比較回路により構成されてい
る。
【0005】22は上記電流検出回路21の検出電流を
電圧信号に変換して出力する抵抗素子を用いた電圧変換
回路である。23は上記抵抗素子22の電圧出力を増幅
し、上記出力電圧に応じた電流を前記パワーFET駆動
回路13の出力電流を引き抜いて接地電位に流すことに
よりパワーFET10のゲート電位を制御する電圧増幅
回路である。
【0006】上記構成において、通常動作時には、負荷
インピーダンスが例えば12Ωであり、電源端子20の
印加電圧が例えば12V、パワーFET駆動回路13の
パルス信号入力が0Vと例えば5Vとの間で変化してそ
のパルス信号出力が0Vと例えば20Vとの間で変化す
る。この際、パワーFET10のゲートに20Vが印加
されている時には、パワーFETの電流出力端子10a
に1Aが流れ、その1/1000程度(1mA程度)の
電流がパワーFET10の電流検出用端子10bに流れ
る。
【0007】そして、負荷短絡時などに負荷インピーダ
ンスが低下し、パワーFET10の出力電流が増加する
とともにおよび検出用電流が基準電流を越えた時(過電
流時)には、過電流検出回路21と電圧変換回路22と
電圧増幅回路23は、パワーFET駆動回路13の出力
電流を引き抜いてパワーFET10をオフ状態にするよ
うに帰還制御することにより、パワーFET10を保護
する。
【0008】しかし、上記構成の過電流制限回路は、パ
ワーFET帰還制御経路に電圧増幅回路23を含み、そ
の利得が大きいので、帰還制御時の制御動作が不安定に
なり、発振する場合がある。
【0009】図4は、図3の回路において負荷短絡状態
の時に電源端子20に電源電圧が印加され、パワーFE
T帰還制御経路の制御動作が不安定になって過電流制限
回路が発振している場合に、パワーFET10のドレイ
ン・ソース間電流IDSの波形が不安定になる様子を示
す。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
過電流制限回路は、被保護半導体素子の帰還制御経路に
含まれる電圧増幅回路の利得が大きいので、被保護素子
の負荷条件によってはその過電流検出時の帰還制御時に
発振する場合があるという問題があった。
【0011】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、被保護半導体素子の過電流を検出して帰還制
御する時の発振を防止し得る過電流制限回路を提供する
ことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の過電流制限回路
は、マルチセル構造を有する電圧駆動型のパワートラン
ジスタと、上記パワートランジスタ用の駆動制御信号に
応じて上記パワートランジスタの制御電極容量に対する
充電電流の供給出力をオン/オフ制御することにより上
記パワートランジスタの制御電極電位を制御するための
パワートランジスタ駆動回路と、前記パワートランジス
タの電流検出用端子に接続され、上記電流検出用端子に
流れる検出用電流の過電流時の電流量を検出して出力す
る過電流検出回路と、上記過電流検出回路の出力電流を
折り返し、この折り返し電流に応じて前記パワートラン
ジスタ駆動回路の出力電流を引き抜くことにより前記パ
ワートランジスタの制御電極電位を制御する制御回路と
を具備することを特徴とする。
【0013】
【作用】パワートランジスタの負荷のインピーダンスが
低下し、パワートランジスタの出力電流が増加するとと
もにおよび電流検出用電流が基準電流を越えた時(過電
流時)、これを過電流検出回路が検出し、制御回路がパ
ワートランジスタ駆動回路の出力電流を引き抜いてパワ
ートランジスタをオフ状態にするように帰還制御するこ
とにより、パワートランジスタを保護する。
【0014】この際、過電流検出回路と制御回路とから
なるパワートランジスタ帰還制御経路は、電流制御経路
を構成しており、電圧増幅回路を含まず、その利得が低
いので、パワートランジスタの過電流を検出して帰還制
御する時の動作が不安定にならず、過電流制限回路の発
振を防止することが可能になる。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は、本発明の一実施例に係るIC化さ
れたパワーFETの過電流制限回路を示している。
【0016】図1において、10はマルチソース構造
((第1のソース10a、第2のソース10b)を有す
るDMOS型パワーFETであり、そのドレインは電源
端子20に接続され、第1のソース(電流出力端子)1
0aはバックゲートおよびICの電流出力端子(外部負
荷接続端子)11に接続されている。12は上記電流出
力端子11に接続されている負荷回路である。
【0017】13はパワーFET駆動制御信号に応じて
パワーFET10のゲート容量Cに対する充電電流の供
給出力をオン/オフ制御することによりパワーFET1
0のゲート電位を制御するためのパワーFET駆動回路
である。
【0018】14はパワーFETの第2のソース(電流
検出用端子)10bに接続されている過電流検出回路で
あり、上記電流検出用端子10bに流れる検出用電流の
過電流時の電流量を検出して出力するものであり、上記
検出用電流と基準電流源142の基準電流との差をと
り、上記検出用電流が基準電流を越えた過電流時の電流
量を検出して出力する電流比較回路により構成されてい
る。
【0019】上記過電流検出回路14の一例としては、
パワーFET10の電流出力端子10aにエミッタが接
続された第1のNPNトランジスタQ1と、上記第1の
NPNトランジスタQ1のコレクタと接地ノードとの間
に接続された第1の基準電流源141と、上記第1のN
PNトランジスタQ1のコレクタ・ベースに対応してベ
ース・エミッタが接続され、コレクタが接地ノードに接
続された第2のNPNトランジスタQ2と、パワーFE
T10の電流検出用端子10bにエミッタが接続され、
前記第1のNPNトランジスタQ1のベースにベースが
接続された第3のNPNトランジスタQ3と、上記第3
のNPNトランジスタQ3のコレクタと接地ノードとの
間に接続された第2の基準電流源142とからなる。こ
こで、上記第2の基準電流源142に流れる基準電流と
前記第1の基準電流源141に流れる基準電流とはほぼ
同じになるように設計されている。
【0020】15は前記過電流検出回路14の出力電流
を折り返し、この折り返し電流に応じて前記パワーFE
T駆動回路13の出力電流を引き抜くことによりパワー
FET10の制御電極電位を制御する制御回路である。
【0021】上記制御回路15は、過電流検出回路14
の出力電流が入力し、この入力電流を折り返すMOS型
カレントミラー回路16(本例では、パワーFET10
と同様の構造のDMOSFETが用いられている。)
と、上記カレントミラー回路16の出力電流に応じた電
圧を生成してパワーFET駆動回路13の出力電流を引
き抜いて接地電位に流す抵抗素子17とからなる。
【0022】なお、上記カレントミラー回路16は、バ
イポーラトランジスタを用いて構成してもよいが、出力
側のトランジスタはパワーFET駆動回路13の出力電
圧に耐える高耐圧特性を有することが望ましい。
【0023】上記構成において、通常動作時には、負荷
インピーダンスが例えば12Ωであり、電源端子20の
印加電圧が例えば12V、パワーFET駆動回路13の
パルス信号入力が0Vと例えば5Vとの間で変化してそ
のパルス信号出力が0Vと例えば20Vとの間で変化す
る。
【0024】この際、パワーFET10のゲートに20
Vが印加されている時には、パワーFETの電流出力端
子10aに1Aが流れ、その1/1000程度(1mA
程度)の電流がパワーFETの電流検出用端子10bに
流れる。この状態においては、パワーFETの電流検出
用端子10bから過電流検出回路14に流れ込む電流と
第2の基準電流源142に流れる基準電流とが平衡して
おり、過電流検出回路14からの出力電流はなく、カレ
ントミラー回路16はオフ状態である。
【0025】これに対して、負荷短絡時などのように負
荷インピーダンスが低下し、パワーFET10の出力電
流および検出用電流が増加し、パワーFETの電流検出
用端子10bから過電流検出回路14に流れ込む電流が
第2の基準電流源142に流れる基準電流を越えた時
(過電流時)、これを過電流検出回路14が検出し、過
電流検出回路14からの出力電流をカレントミラー回路
16が折り返す。この折り返し電流が抵抗素子17に流
れることによりパワーFET駆動回路13の出力電流が
接地ノードに引き抜かれ、パワーFET10がオフ状態
にするように帰還制御される。これにより、パワーFE
T10が保護される。
【0026】この際、過電流検出回路14とカレントミ
ラー回路16と抵抗素子17とからなるパワーFET帰
還制御経路は、電流制御経路を構成しており、電圧増幅
回路を含まず、その利得が低いので、パワーFET10
の過電流を検出して帰還制御する時の動作が不安定にな
らず、過電流制限回路の発振を防止することが可能にな
る。また、上記パワーFET帰還制御経路は、電流制御
を行うので、その使用素子数が少なくて構成が簡単であ
り、回路特性のパラメータの設定も容易であるという利
点がある。
【0027】図2は、図1の回路において負荷短絡状態
の時に電源端子20に電源電圧が印加された場合に、パ
ワーFET帰還制御経路の制御動作が安定に行われ、パ
ワーFETのドレイン・ソース間電流IDSの波形が安定
である様子を示す。
【0028】なお、本発明の過電流制限回路は、上記実
施例のDMOSパワーFETに限らず、マルチエミッタ
構造を有するIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ)などを含むマルチセル構造を有する電圧駆動型
のパワートランジスタに対して適用可能である。
【0029】
【発明の効果】上述したように本発明の過電流制限回路
によれば、被保護半導体素子の過電流を検出して帰還制
御する時の発振を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るパワーFETの過電流
制限回路を示す回路図。
【図2】図1の回路において負荷短絡状態の時に電源端
子に電源電圧が印加された場合にパワーFETのドレイ
ン・ソース間電流IDSの波形が安定である様子を示す波
形図。
【図3】従来のパワーFETの過電流制限回路を示す回
路図。
【図4】図3の回路において負荷短絡状態の時に電源端
子に電源電圧が印加された場合にパワーFETのドレイ
ン・ソース間電流IDSの波形が不安定である様子を示す
波形図。
【符号の説明】
10…マルチソース構造を有するDMOS型パワーFE
T、10a…パワーFETの第1のソース(電流出力端
子)、10b…パワーFETの第2のソース(電流検出
用端子)、11…ICの電流出力端子、12…負荷回
路、13…パワーFET駆動回路、14…過電流検出回
路、141、142…基準電流源、15…制御回路、1
6…カレントミラー回路、17…抵抗素子、20…電源
端子、C…パワーFETのゲート電極容量。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マルチセル構造を有する電圧駆動型のパ
    ワートランジスタと、上記パワートランジスタ用の駆動
    制御信号に応じて上記パワートランジスタの制御電極容
    量に対する充電電流の供給出力をオン/オフ制御するこ
    とにより上記パワートランジスタの制御電極電位を制御
    するためのパワートランジスタ駆動回路と、前記パワー
    トランジスタの電流検出用端子に接続され、上記電流検
    出用端子に流れる検出用電流の過電流時の電流量を検出
    して出力する過電流検出回路と、上記過電流検出回路の
    出力電流を折り返し、この折り返し電流に応じて前記パ
    ワートランジスタ駆動回路の出力電流を引き抜くことに
    より前記パワートランジスタの制御電極電位を制御する
    制御回路とを具備することを特徴とする過電流制限回
    路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の過電流制限回路におい
    て、前記過電流検出回路は、前記パワートランジスタの
    電流検出用端子に接続され、上記電流検出用端子に流れ
    る検出用電流と基準電流源の基準電流との差をとり、上
    記検出用電流が基準電流を越えた過電流時の電流量を検
    出して出力することを特徴とする過電流制限回路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の過電流制限回路におい
    て、前記マルチセル構造を有する電圧駆動型のパワート
    ランジスタは、マルチソース構造を有する二重拡散型の
    絶縁ゲート型パワー電界効果トランジスタであり、前記
    制御回路は、前記過電流検出回路の出力電流が入力し、
    この入力電流を折り返すカレントミラー回路と、上記カ
    レントミラー回路の出力電流に応じて前記パワートラン
    ジスタ駆動回路の出力電流を流す抵抗素子とを具備する
    ことを特徴とする過電流制限回路。
JP7135224A 1995-06-01 1995-06-01 過電流制限回路 Pending JPH08331757A (ja)

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