JPS62247268A - 電流検出回路 - Google Patents

電流検出回路

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JPS62247268A
JPS62247268A JP61292662A JP29266286A JPS62247268A JP S62247268 A JPS62247268 A JP S62247268A JP 61292662 A JP61292662 A JP 61292662A JP 29266286 A JP29266286 A JP 29266286A JP S62247268 A JPS62247268 A JP S62247268A
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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】 本発明は、電力半導体回路の出力電流を検出する電力半
導体回路であって、この電力半導体回路には第１および
第２電流導通区分を有する半導体本体が設けられており
、各電流導通区分には少なくとも１つの基本半導体素子
が設けられ、第１電流導通区分は第２電流導通区分より
も可成り大きな電流を流すようになっており、これら第
１および第２電流導通区分は共通の陽極を有するととも
に、それぞれ別々の第１および第２陰極を有しているよ
うにした電力半導体回路に用いる電力半導体回路に関す
るものである。
上述した種類の電力半導体回路、特にその電力半導体回
路は欧州特許出願εＰ−Ａ−０１３９９９８号に記載さ
れており既知である。
実際例では、既知の電力半導体回路は、ダイオードや、
バイポーラトランジスタおよび電界効果トランジスタの
双方またはいずれが一方や、サイリスクのような多数個
の基本半導体素子を有する第１電流導通区分を具えてい
る。第２電流導通区分はこのような基本半導体素子を可
成り少数個しか或いは１個しか有していない。第１およ
び第２電流導通路の双方がそれぞれ１個のみの基本半導
体素子を有するようにすることもできるが、この場合こ
れらの基本半導体素子を互いに異なる構成にするか或い
は互いに異なる幾何学的寸法にするか或いはこれらの双
方を行っている。
電力半導体回路が数個ある場合には、数個の第２電流導
通区分を設けることもできる。
更に、第１および第２電流導通区分の制御電極を半導体
本体内で或いは外部で互いに接続することができる。
この既知の電力半導体回路では、第２電流導通区分にお
ける電流レベルは第１電流導通区分における電流レベル
に比例しているということができ、従って、第１電流導
通区分における電流レベルを１氏電力用の外部回路によ
って検出することができる。その理由は、第１電流導通
区分における電流レベルを決定しうるようにする為には
電力半導体回路の出力電流の一部のみ、すなわち第２電
流導通区分の出力電流を検出すればよ５１為である。
しかし、ある状況の下では、例えば電力半導体回路の人
力インピーダンスおよび電力半導体回路に接続された負
荷の双方またはいずれか一方が変化した場合には、第１
陰極における電力半導体回路の出力電流と第２陰極にお
ける測定電流とが互いに正確に比例しないということを
確かめた。
本発明の目的は、通常の状況の下では測定電流が電力半
導体回路の出力電流に比例するという事実を用いて信頼
的にした電力半導体回路を提供せんとするにある。
本発明は、電力半導体回路の出力電流を検出する電力半
導体回路であって、この電力半導体回路には第１および
第２電流導通区分を有する半導体本体が設けられており
、各電流導通区分には少なくとも１つの基本半導体素子
が設けられ、第１電流導通区分は第２電流導通区分より
も可成り大きな電流を流すようになっており、これら第
１および第２電流導通区分は共通の陽極を有するととも
に、それぞれ別々の第１および第２陰極を有しているよ
うにした電力半導体回路に用いる電力半導体回路におい
て、前記の第１陰極に接続され、この第１陰極の電圧を
前記の第２陰極に印加する電圧印加装置が設けられてい
ることを特徴とする。
上述した電圧印加装置の為に、電力半導体回路の動作中
、後述する極端な状況の場合を除いて第２陰極における
電圧が第１陰極における電圧に等しくなり、従って便宜
上、電力半導体回路の第１および第２電流導通区分の双
方において同じ構成および同じ幾何学的寸法とした同じ
基本半導体素子を用いているものとすると、このような
各基本半導体素子は、これが第１電流導通区分の一部で
あろうと第２電流導通区分の一部であろうとも、同じサ
ブ電流を流す。この場合、第２電流導通区分は数個の基
本半導体素子を有するものとした。
この場合、第１電流導通区分にｎ個の基本半導体素子が
あり、第２電流導通区分にｍ個の基本半導体素子がある
ものとすると、前述した測定電流、すなわち第２陰極に
おける電流対電力半導体回路の出力電流、すなわち第１
陰極における電流の比はいかなる導通状態の下でもｍ′
ｎとなる。
測定電流と電力半導体回路の出力電流との間の比の上述
した保証の為に、電力半導体回路の出力電流を正確に且
つ信頼的にモニタすること、すなわち出力電流を追従す
ることや、或いは極端な状態で電力半導体回路の出力電
流が最小値よりも降下するか或いは最大値を越える場合
にこの電力半導体回路の動作を中断させることや、或い
はこの場合を指示することや或いはこれらのいかなる組
合せも行うことができる。
本発明をモータ乗物における高速な集積化電力半導体ス
イッチに適用する場合には、ランプのような負荷が接続
されている電力半導体スイッチの出力電流が最小値より
も降下することはこのランプに欠陥があることを意味し
、前記の出力電流が最大値を越えることは短絡が生じて
いることを意味しうる。
図面につき本発明を説明する。
第１図は、電力半導体回路１を有する高速電力半導体ス
イッチと本発明による電力検出回路２とを示しており、
これらは全体として１つの半導体本体内に集積化でき、
１つのハウジング内に収容しうる。この電力半導体回路
１と電力半導体回路２との組合せ回路は、更に例えば温
度検出器および遮断回路を具える他の高速電力半導体ス
イッチの一部を構成しうる。従って本発明は電力半導体
回路と高速電力半導体スイッチとの双方を有する。第１
の場合には電力半導体回路を個別の素子を以って構成す
ることができるも、好ましくは高速電力半導体スイッチ
内に集積化する。
第１図に示す実施例では、電力半導体回路１は制御電極
１３および１３′をそれぞれ有するｎチャネルＭＯ３電
界効果トランジスタ１１および１２を以って構成されて
いる。前述したようにＭＯ３電界効果トランジスタは実
行可能な基本半導体素子であるが、この目的の為にはバ
イポーラトランジスタのような他の基本半導体素子を他
のトランジスタ（例えばパイＭＯ３回路）或いはサイリ
スク或いはダイオードと組合せて又は組合せることなく
用いることもできる。最後に述べた基本半導体素子の場
合には、電力半導体スイッチと称するのは完全ｊこ；ま
正しくない。その理由は、これらの基本半導体素子は制
御電極を有していない為である。陽極、陰極および制御
電力という言葉に関しては前述した欧州特許出願ＢＰ−
Ａ−０１３９９９８号に用いられているのと同じ規定を
用いる。
第１図に示すＭＯ３電界効果トランジスタ１１は少なく
ともスイッチング期間中η個の並列切換Ｍ　ＯＳ電界効
果トランジスタを表わし、ＭＯ３電界効果トランジスタ
１２は少なくともスイッチングの期間中ｍ個の並列切換
ＭＯ３電界効果トランジスタを表わす。しかし本質的な
点は、ＭＯ３電界効果トランジスタ１１がＭＯ３電界効
果トランジスタ１２よりも可成り大きな電流を流すこと
ができるということであり、この点は原理的にＭＯ３電
界効果トランジスタ１１および１２に対し場合に応じそ
れぞれ１個のみのＭＯ３電界効果トランジスタを用いて
互いに異なる幾何学的寸法を選択するか或いはＭＯ３電
界効果トランジスタ１１によって表わす第１電流導通区
分における基本半導体素子の構成とＭ［］Ｓ電界効果ト
ランジスタ１２によって表わす第２電流導通区分におけ
る基本半導体素子の構成とを異なるように選択すること
により達成することもできる。
電力半導体回路１の第１および第２電流導通区分１１お
よび１２は共通陽極１６を有するという事実は、図面で
はＭＯ３電界効果トランジスタ１１および１２の陽極１
５および１５′をこの共通陽極１６に接続することによ
り示している。この共通陽極１６は第１電源電圧接続端
子、本例の場合、すなわちモータ乗物に適用した場合に
はバッテリの正極端子に接続する。第１電流導通区分１
１および第２電流導通区分１２を同様に制御する為に、
！、ＩＯ３電界効果トランジスタ１１および１２の制御
電極１３および１３′が図示のように共通制御電極１７
に接続されている。しかし、ＭＯ３電界効果トランジス
タ１１および１２を共通制御電極１７に接続するのは必
ずしも必要なことではない。その理由は、例えば、後に
詳細に説明する測定電流を検出する際にＭＯＳ　ｉ界効
果トランジスタ１２０制御電極１３′のみを共通制御電
極１７に接続し、ＭＯ３電界効果トランジスタ１２を個
別に駆動しうるようにする必要がある為である。
ＭＯ５電界効果トランジスタ１１の陰極１８は電力半導
体回路１の電力出力端１９に接続され、）用Ｓ電界効果
トランジスタ１２の陰極１８′は測定出力端１９′に接
続されている。この測定出力端１９′は、後に説明する
電力半導体回路２を電力半導体回路１と一部に集積化し
ない場合に外部接続端子を構成する。
電力出力端１９と第２電源電圧接続端子１６′、本例の
場合接地端子との間には負荷（図示せず）が接続される
。
電力出力端１９は第１電流導通区分１１の第１陰極１８
に接続され、測定出力端１９′は第２電流導通区分１２
の第２陰極１８′に接続されている。
第１および第２電流導通区分１１および１２の共通陽極
１６はバッテリの正極端子に接続されいてる為、例えば
バッテリ電圧よりも約６ボルトだけ高い電荷を第１およ
び第２電流導通区分１１および１２の共通制御電極１７
にポンピングする必要がある。
本発明による電力半導体回路２には電圧印加装置２０と
電流レベル検出装置３０とが設けられている。
電圧印加装置２０の目的は、測定出力端１９′、すなわ
ち第２電流導通区分１２の第２陰極１８′に電力出力端
１９の電圧、すなわち第１電流導通区分１１の第１陰極
１８の電圧を与えることにある。図示の電圧印加装置２
０は、ＭＯ３電界効果トランジスタを以って構成しうる
それ自体既知の差動増幅器２１と、制御トランジスタ２
５、この場合基板制御電極を有するｐチャネルＭＯ３電
界効果トランジスタとを有する帰還回路を具えており、
これら差動増幅器２１および制御トランジスタ２５の双
方は電力半導体回路の半導体本体内に集積化しうる。し
かし、制御トランジスタ２５は例えばバイポーラトラン
ジスタとすることもできる。差動増幅器２１の第１入力
端２２、すなわち非反転入力端は電力出力端１９、すな
わち第１陰極１８に接続され、第２入力端２３、すなわ
ち反転入力端は測定出力端１９′、すなわち第２陰極１
８′に接続されている。差動増幅器２１の出力端２４は
ｐチャネルＭＯ３電界効果トランジスタ２５の制御電極
２日に接続され、ｐチャネルＭＯ３電界効果トランジス
タ２５の陰極２７は差動増幅器２１の反転入力＋ｊ；ｉ
　２３およびｎチアＩ、ル１．＋　ＯＳ電界効果トラン
ジスタ１２の第２陰極１８′の双方に接続され、！、Ｉ
　ＯＳ電界効果トランジスタ２５の陰極２９は電流レベ
ル検出装置３０の入力端３１に接続されている。
前述したように、帰還回路２１および２５はＭＯ３電界
効果トランジスタ１２の陰極１８′における電圧をＭＯ
３電界効果トランジスタ１１の陰極１８における電圧に
等しく保持し、）４０Ｓ電界効果トランジスタ１１にお
ける各ＭＯ３電界効果トランジスタ素子のチャネル抵抗
がＭ　ＯＳ電界効果トランジスタ１２における各ＭＯ３
電界効果トランジスタ素子のチャネル抵抗に等しくなり
、これによりＭＯ３電界効果トランジスタ１１および１
２におけるすべての１．ＩＯ３電界効果素子が同じ電流
を流し、従って制御トランジスタ２５の陽極２９におけ
る測定電流の、電力出力端１９における出力電流に対す
る比が、！、ｆＯ３電界効果トランジスタ１２における
ＭＯ３電界効果トランジスタ素子の個数のＭ　ＯＳ電界
効果トランジスタ１１におけるＭＯ３電界効果トランジ
スタ素子の個数に対する比と同じになる。このことはｔ
、＋　ＯＳ電界効果トランジスタ１１および１２の静的
および動的なあらゆる導通状態にも適用でき、このこと
は後に説明する極端な場合を除いて測定電流が電力半導
体回路１の出力電流に明瞭に関連するということを意味
する。
以下に電流レベル検出装置３０につき説明する。
上述した測定電流は、ｎチャネルＭＯ３電界効果トラン
ジスタＴ１およびＴ７より成る電流ミラー回路が設けら
れたレベル検出装置３０の入力端３１に供給される。ト
ランジスタＴ１はその制御電極がその陽極電極に接続さ
れている為にダイオードとしてスイッチングされ、この
陽極電極は電流レベル検出装置３０の入力端およびトラ
ンジスタＴ７の制御電極に接続され、このトランジスタ
Ｔ７の陽極は電流レベル検出装置３０の出力端３５に接
続され、この場合トランジスタＴＩおよびＴ７の陰極は
接地端子１６′に接続されている。電流レベル検出装置
３０の入力端３１および出力端３５間には電流ミラー回
路Ｔｌ、　Ｔ７が接続されている為、出力端３５におけ
る電流は入力端３１における測定電流を追従し、この点
で動作電圧を低くしうる。これらの電流は、トランジス
タＴ７の幾何学的寸法をトランジスタＴ１の幾何学的寸
法と同じにすることにより等しくなる。また電流ミラー
回路Ｔｌ、　Ｔ７の為に臨界的な電流レベルを測定する
ことができる。このことは、出力電流が測定電流を追従
することにより臨界電流レベルに関するしきい値を、極
端な条件を必要とすることなく決定しろるということを
意味する。図示の例では、ダイオードとしてスイッチン
グする同じトランジスタＴ１を用い、トランジスタＴ７
と同様にスイッチングするｎチャネルＭＯ３電界効果ト
ランジスタＴ５が設けられた第２の電流ミラー回路Ｔｌ
、　Ｔ５が設けられている。しかし、トランジスタＴ５
の陽極はトランジスタＴ７の陽極と相違して電流レベル
検出装置３０の出力端３５に直接接続せずに、縦続接続
したｎチャネルＭＤＳ電界効果トランジスタすなわち検
出トランジスタＴ６を経てこの出力端３５に接続されて
おり、トランジスタＴ５の陽極とトランジスタＴ６の制
御電極との間の接続点が基準電流源３４に接続され、こ
の基準電流源の電流値は電力出力端１９における最大許
容出力電流に関連する上側しきい・１直レベルに（目当
している。この出力電流があまりにも大きい場合には、
この出力電流が電力出力端１９に接続された負荷の短絡
を表わす。トランジスタＴ６を検出トランジスタと弥す
る理由は、電流レベル検出装置３０の入力端３１におけ
る測定電流が基準電流源３４によって供給される電流よ
りも大きい場合に、この検出トランジスタＴ６が導通し
、従って電流レベル検出装置３０の出力端３５に検出ト
ランジスタＴ６によって部分的に決定される電流、実際
には例えばｌＱｍＡとしうる電流が流れる為である。
基準電流＃３４から生せしめる電流のレベルは例えば公
称負荷電流の２倍に設定でき、この場合公称負荷電流は
例えばトランジスタＴ７が公称的に流す電流の通路に沿
ってその中間で決定しうる。
上述したところではトランジスタＴ１およびＴ５を互い
に同じ構成および同じ幾何学的寸法とした。
ｎチャネル１．ＩＯｓ電界効果トランジスタＴＩ、　Ｔ
２およびＴ３の縦続接続回路はトランジスタＴｌ、　Ｔ
２およびＴ３の縦続接続回路と類似しているも、前者の
場合基準電流＃３２を設けて、この基準電流源が所望の
最小負荷電流ｊご関連する下側の１．き′７）１直レベ
ルを決定する値を有する電流を生せしめるようになって
いる。換言すれば、この値よりも低い電流レルは電力出
力端１９と接地端子１６’との間の回路、例えば負荷中
の遮断を表わすものとみなされる。
従って、上述したことは、電流レベル検出装置３０の入
力端３１における測定電流が基準電流ｌ原３２によって
生ぜしめられる電流の値よりも大きい場合に検出トラン
ジスタＴ３が導通するということを意味する。従って検
出トランジスタＴ３およびＴ６は極値状態を検出する。
しかし、測定電流が下側のしきい値レベルよりも下に降
下するのを、測定電流が上側しきい値レベルを越える場
合と同じ、すなわち等価にする為に、反転段を設ける。
この反転段は図示の例では補助電流源３３およびｎチャ
ネルＭＯ３電界効果トランジスタすなわち反転トランジ
スタＴ４を以って構成する。
検出トランジスタＴ３が導通すると、反転トランジスタ
Ｔ４が遮断され、検出トランジスタＴ３が非導通となる
と、反転トランジスタＴ４が導通する。基準電流源３２
の電流レベルは例えば測定電流の０．０５倍に設定しう
る。この場合、トランジスタＴ４が導通状態で１０ミリ
アンペアの電流を流すようにこのトランジスタＴ４を構
成することもできる。従って電流レベル検出装置３０の
出力端３５に１０ミリアンペアの電流レベルが存在する
ことはしばしば負荷に故障があるということ、すなわち
負荷がランプの場合にはこのランプが例えば欠陥ランプ
である或いは短絡しているといことを意味し、このこと
が電力半導体回路１を切り放す或いは負荷が故障してい
るということを表示する極端な状態を意味している。
更にこの場合、電力半導体回路１の出力電流が許容しう
る最大の値である際に、トランジスタＴ７が流す電流が
１０ミリアンペアよりも低くなるようにこのトランジス
タＴ７を構成することができる。
電流レベル検出装置３０の構成は図示する構成にのみ限
定されないこと当然であり、数値例も前述した位置外の
値にしうろこと明らかである。また種々の電流ミラー回
路の各々にはダイオードとしてスイッチングする個別の
トランジスタを設けることもできる。また適用分野に応
じて電流ミラー回路の個数を図示の個数よりも少なくし
たり多くしたりすることもできる。
電流レベル検出装置３０の出力端３５における電流は直
接測定したり、この出力端に接続した抵抗の両端間の電
圧として測定したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、電力半導体回路を有する電力半導体スイッチ
と本発明による電力半導体回路とを示す回路である。 １・・・電力半導体回路 ２・・・電力半導体回路 １１．１２・・・ｎチャネルＭＯ３電界効果トランジス
タ１３．１３’、２６・・・制御電極 １５、１５　’、２９・・・陽極 １６・・・共通陽極　　　　１７・・・共通制御電極１
８．１８’、２７・・・陰極 １９・・・電力出力端１９′・・・測定出力端２０・・
・電圧印加装置　　２１・・・差動増幅器２５・・・制
御トランジスタ ３０・・・電流レベル検出装置 ３１・・・入力端　　　　３２．３４・・・基準室流源
３３・・・補助電流源　　　３５・・・出力端特許出願
人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイランペン
ファブリケン 第１図 垢

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、電力半導体回路の出力電流を検出する電流検出回路
    であって、この電力半導体回路には第１および第２電流
    導通区分を有する半導体本体が設けられており、各電流
    導通区分には少なくとも１つの基本半導体素子が設けら
    れ、第１電流導通区分は第２電流導通区分よりも可成り
    大きな電流を流すようになっており、これら第１および
    第２電流導通区分は共通の陽極を有するとともに、それ
    ぞれ別々の第１および第２陰極を有しているようにした
    電力半導体回路に用いる電流検出回路において、前記の
    第１陰極に接続され、この第１陰極の電圧を前記の第２
    陰極に印加する電圧印加装置が設けられていることを特
    徴とする電流検出回路。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の電流検出回路におい
    て、前記の電圧印加装置には差動増幅器が設けられおり
    、この差動増幅器の第１および第２入力端は前記の第１
    および第２陰極にそれぞれ接続され、前記の電圧印加装
    置には更に制御トランジスタが設けられ、この制御トラ
    ンジスタの制御電極および陰極が前記の差動増幅器の出
    力端および第２入力端にそれぞれ接続されていることを
    特徴とする電流検出回路。 ３、特許請求の範囲第２項に記載の電流検出回路におい
    て、この電流検出回路にはレベル検出装置が設けられて
    おり、このレベル検出装置の入力端は前記の制御トラン
    ジスタの陽極に接続され、このレベル検出装置の出力は
    その入力端における電流レベルを追従するか或いは、こ
    のレベル検出装置の出力端は、その入力端における電流
    レベルがその出力端における少なくとも１つのしきい値
    レベルを越えるか又はこのしきい値レベルよりも低くな
    る場合にそれぞれある固定値の電流レベルを発生するか
    或いは、この電流追従と固定値の電流レベルの発生との
    双方が行われるようになっていることを特徴とする電流
    検出回路。 ４、特許請求の範囲第３項に記載の電流検出回路におい
    て、前記のレベル検出装置にはその入力端および出力端
    間に接続された少なくとも１つの電流ミラー回路が設け
    られていることを特徴とする電流検出回路。 ５、特許請求の範囲第４項に記載の電流検出回路におい
    て、前記の電流ミラー回路は、レベル検出装置の入力端
    に接続されダイオードとしてスイッチングする共通トラ
    ンジスタを有していることを特徴とする電流検出回路。 ６、特許請求の範囲第４項または第５項に記載の電流検
    出回路において、少なくとも１つの電流ミラー回路の出
    力端がレベル検出装置の出力端に直接接続されているこ
    とを特徴とする電流検出回路。 ７、特許請求の範囲第４〜６項のいずれか１項に記載の
    電流検出回路において、少なくとも１つの電流ミラー回
    路の出力端が基準電流源に接続され且つ検出トランジス
    タを介してレベル検出装置の出力端に接続されているこ
    とを特徴とする電流検出回路。 ８、特許請求の範囲第７項に記載の電流検出回路におい
    て、前記の検出トランジスタがレベル検出装置の出力端
    に直接接続され、この検出トランジスタが、電力半導体
    回路の最大許容出力電流に関連する最大しきい値レベル
    を決定する前記の基準電流源に電流を供給するようにな
    っていることを特徴とする電流検出回路。 ９、特許請求の範囲第７項に記載の電流検出回路におい
    て、前記の検出トランジスタが反転段を介してレベル検
    出装置の出力端に接続され、この検出トランジスタが、
    電力半導体回路の所望の最小出力電流に関連する最小し
    きい値レベルを決定する基準電流源に電流を供給するよ
    うになっていることを特徴とする電流検出回路。 １０、特許請求の範囲第９項に記載の電流検出回路にお
    いて、前記の反転段が補助電流源と反転トランジスタと
    を有しており、この反転トランジスタの制御電極が前記
    の補助電流源及び前記の検出トランジスタの陽極に接続
    されていることを特徴とする電流検出回路。 １１、特許請求の範囲第８項または第１０項に記載の電
    流検出回路において、前記の検出トランジスタ或いは反
    転トランジスタは、これら検出トランジスタおよび反転
    トランジスタの双方またはいずれか一方を流れる電流が
    電力半導体回路の最大許容出力電流の際のレベル検出装
    置の出力端における電流よりも大きくなるような寸法と
    なっていることを特徴とする電流検出回路。 １２、特許請求の範囲第１１項に記載の電流検出回路に
    おいて、前記の検出トランジスタ或いは反転トランジス
    タは、この検出トランジスタを流れる電流と反転トラン
    ジスタを流れる電流とが同じとなるような寸法となって
    いることを特徴とする電流検出回路。
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