CN111999551B - 电流检测电路 - Google Patents

Abstract

实施方式的电流检测电路具备：N型的第1晶体管，对输出端子供给第1电流；N型的第2晶体管，与上述第1晶体管一起构成反射镜电路；比较电路，基于上述第2晶体管中流通的电流，输出上述第1电流是否超过规定的阈值这一检测结果；接地检测电路，检测上述输出端子的接地；以及逻辑电路，基于上述比较电路的检测结果和上述接地检测电路的接地检测结果，产生表示上述第1电流是否为过电流的电流检测信号。

Description

电流检测电路

关联申请

本申请享受日本以专利申请2019－98774号(申请日：2019年5月27日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包括基础申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及电流检测电路。

背景技术

以往，在对例如马达、电源电路等供给电流的驱动电路等中，存在为了防止过电流而设置电流检测电路的情况。电流检测电路检测在输出晶体管中流通的电流，根据电流值是否超过阈值，检测过电流。

然而，存在根据输出端子的接地等的条件而有时无法检测过电流的问题。

发明内容

实施方式提供能够可靠地检测过电流的电流检测电路。

实施方式的电流检测电路具备：N型的第1晶体管，对输出端子供给第1电流；N型的第2晶体管，与上述第1晶体管一起构成反射镜电路；比较电路，基于上述第2晶体管中流通的电流，输出上述第1电流是否超过规定的阈值这一检测结果；接地检测电路，检测上述输出端子的接地；以及逻辑电路，基于上述比较电路的检测结果和上述接地检测电路的接地检测结果，产生表示上述第1电流是否为过电流的电流检测信号。

附图说明

图1是表示第1实施方式的电流检测电路的电路图。

图2是表示电流检测电路的关联技术的电路图。

图3是用于说明比较器COMP1的动作的波形图。

图4是用于说明课题的时序图。

图5是用于说明实施方式的动作的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示第1实施方式的电流检测电路的电路图。另外，图2是表示电流检测电路的关联技术的电路图。本实施方式对进行电流检测的电路追加进行接地检测的电路，基于电流检测结果和接地检测结果，检测过电流。在图1及图2中对同一构成要素附以同一符号，关于同一构成，将重复的说明省略。图1及图2的电流检测电路例如可以是构成高端驱动器的电路。

首先，参照图2对电流检测电路的关联技术进行说明。N型MOS晶体管M1是对与输出端子VOUT连接的未图示的负载供给电流ILoad的输出晶体管。晶体管M1为，漏极连接于电源端子VCC1，源极连接于输出端子VOUT，栅极被赋予栅极电压控制电路1的输出。晶体管M1通过栅极电压控制电路1来驱动，将与栅极源极间电压Vgs相应的电流ILoad输出至输出端子VOUT。

栅极电压控制电路1从电源端子VCC2被赋予电压而动作，进行控制，以对晶体管M1的栅极供给与连接于输出端子VOUT的负载的变动相应的电压从而流通规定的电流ILoad。

为了检测电流ILoad，设置与晶体管M1一起构成反射镜电路的N型MOS晶体管M2。即，晶体管M2为，栅极连接于晶体管M1的栅极，漏极连接于电源端子VCC1。另外，晶体管M2的尺寸是晶体管M1的尺寸的α倍。α是小于1的实数，是非常小的值。因此，如果晶体管M1和晶体管M2的栅极、漏极、源极的电位分别相同，则晶体管M2中流通电流ILoad的α倍的电流。

为了使晶体管M1、M2的源极电位相同而采用运算放大器AMP1。运算放大器AMP1为，正极性输入端连接于晶体管M1的源极，负极性输入端连接于晶体管M2的源极。运算放大器AMP1的输出端连接于P型MOS晶体管M3的栅极。晶体管M3为，源极连接于晶体管M2的源极，漏极经由N型MOS晶体管M4的漏极源极通路而连接于基准电位点。

运算放大器AMP1控制晶体管M3，以使正极性输入端与负极性输入端为相同电位。由此，电流α×ILoad从晶体管M2的源极向基准电位点流通。

晶体管M4的栅极连接于漏极，并且也连接于构成电流反射镜电路的N型MOS晶体管M5的栅极。晶体管M5为，漏极经由P型MOS晶体管M6的漏极源极通路而连接于电源端子VCC3，源极连接于基准电位点。

晶体管M6的栅极连接于漏极，并且也连接于构成电流反射镜电路的P型MOS晶体管M7的栅极。晶体管M7为，源极连接于电源端子VCC3，漏极经由电阻R1而连接于基准电位点。

通过基于晶体管M4、M5的电流反射镜电路，晶体管M4的漏极源极通路中流通的电流α×ILoad，也在晶体管M5及晶体管M6的源极漏极通路流通。并且，通过基于晶体管M6、M7的电流反射镜电路，在晶体管M6的源极漏极通路中流通的电流α×ILoad，也在晶体管M7的源极漏极通路及电阻R1流通。

在晶体管M4、M5的尺寸是1：1、且晶体管M6、M7的尺寸是1：1的情况下，由电阻值R1的电阻R1引起的电压下降为R1×α×ILoad。通过用比较器COMP1将该电压下降与赋予过电流的阈值的基准电压VREF1进行比较，从而能够进行过电流的检测。

比较器COMP1的正极性输入端连接于电阻R1与晶体管M7的漏极的连接点，被赋予基于电阻R1的电压下降的电压。比较器COMP1的负极性输入端经由基准电压源VREF1而连接于基准电位点，被赋予基准电压VREF1。比较器COMP1将比较2个输入而得到的结果作为电流检测信号从输出端输出。比较结果为R1×α×ILoad＞VREF1的情况下，为高电平。通过比较结果为高电平，能够检测出ILoad大于VREF1/(R1×α)(过电流)。即，VREF1/(R1×α)是判定电流ILoad是否为过电流的过电流判定阈值。

图3是用于说明比较器COMP1的动作的波形图。横轴取电流ILoad，纵轴表示来自比较器COMP1的电流检测信号。关于电流检测信号，在电流ILoad为过电流判定阈值以下的情况下成为低电平(LO)，在超过过电流判定阈值时成为高电平(HI)。

但是，输出端子VOUT有时会接地。若接地，则晶体管M1的源极为0V，运算放大器AMP1的正极性输入端成为0V。在该状态下，为了正确地检测电流ILoad，需要晶体管M2的源极也设为0V。然而，晶体管M3通过比较小的电压Vsd成为导通，另一方面，用于使晶体管M4导通的电压Vgs比较大。因此，关于晶体管M3的源极电位(晶体管M2的源极电位)，通过晶体管M4的Vgs限制最低的电位，不能降低到0V。其结果，晶体管M2的源极中流通的电流不会成为ILoad的α倍，无法正确地检测电流ILoad。

图4是用于说明该课题的时序图。另外，在以下的说明中，将晶体管的栅极源极间电压设为Vgs，将漏极源极间电压设为Vds，将漏极源极通路中流通的电流设为Ids，将阈值电压设为Vth，将对晶体管所附的符号用括弧括起来，由此表示是哪个晶体管的特性值。另外，在以下的说明中，接地时，是在输出端子VOUT发生接地的情况，非接地时是在输出端子VOUT未发生接地的情况。在图4中，横轴表示时间，从上起依次表示ILoad、栅极源极电压Vgs、电阻R的电压下降VR1、COMP1的电流检测信号的时间变化。

示出了在非接地时电流ILoad变动的例子。若电流ILoad超过了过电流判定阈值，则比较器COMP1的输出从低电平变化为高电平。在电流ILoad为过电流判定阈值以下的情况下，比较器COMP1的输出是低电平。

非接地时，电流ILoad超过了过电流判定阈值，则比较器COMP1输出高电平的电流检测信号。非接地时，晶体管M1的Vgs(M1)与晶体管M2的Vgs(M2)一致。

另一方面，若在输出端子VOUT发生接地，则晶体管M1的源极变为0V，Vgs(M1)变大，电流ILoad超过了过电流判定阈值。此时，Vgs(M2)成为比Vgs(M1)低Vgs(M4)的值(图4的第2段)。其结果，通过晶体管M2应当检测的电流降低，电阻R1的电压下降成为电压VREF1以下(图4的第3段)。即，在接地时，比较器COMP1的输出为低电平不变，无法检测过电流(图4的第4段)。

因此，在本实施方式中，电流检测电路中采用进行接地检测的电路2及求出电路2与比较器COMP1的输出的逻辑和的或电路OR1。在非接地时，根据比较器COMP1的输出来检测过电流，在接地时，根据电路2的输出来检测过电流。

在图1中，在晶体管M1的源极与输出端子VOUT的连接点、和运算放大器AMP1的正极性输入端(以下，称为节点N)之间设置二极管D1。二极管D1的阳极连接于输出端子VOUT，阴极连接于节点N。另外，节点N经由电流源IREF1而连接于基准电位点。另外，二极管D3的阳极经由P型MOS晶体管M8的源极漏极通路而连接于电源端子VCC1，阴极连接于节点N。

电流源IREF1、晶体管M8及二极管D1为了检测接地的发生而被设置。在接地时，输出端子VOUT成为0V从而二极管D1截止，由电流源IREF1产生的电流，即电源端子VCC1－节点N间的电流，经由晶体管M8的源极漏极通路、二极管D3而向基准电位点流通。即，根据晶体管M8中流通的电流，来检测接地的发生。

但是，为了正确地检测晶体管M1中流通的电流ILoad，晶体管M8最好为截止。因此，在非接地时的电流ILoad为过电流判定阈值以下的情况下，晶体管M8被设定为截止。即，在非接地时，相比于在电流ILoad为过电流判定阈值VREF1/(R1×α)的情况下的晶体管M1的最大的栅极源极间电压(Vds(M1)＿max)，将晶体管M8的Vth(M8)设定为更大的值。在满足该条件的情况下，在被供给过电流判定阈值以下的电流ILoad的非接地时，晶体管M8必然截止。

另外，在图1的例子中，在晶体管M8的漏极与节点N之间仅连接有二极管D3，但Vds(M1)＿max＜Vth(M8)不成立的情况下，追加连接m(m为1以上的整数)个二极管，使Vds(M1)＿max＜Vth(M8)+VF(add)×m成立。VF(add)是追加的二极管的正向电压。

运算放大器AMP1控制输出，以使得正极性输入端与负极性输入端成为相同电位。在晶体管M1的源极与节点N之间设置有二极管D1，所以在晶体管M2的源极与运算放大器AMP1的负极性输入端之间也设置二极管D2。

另外，电流源IREF1的电流值设定为IREF1＜＜ILoad。通过电流源IREF1的追加，电流Ids(M1)变化为ILoad与IREF1的和电流，但IREF1与ILoad相比充分小，所以电压Vds(M1)的变化极小，电流ILoad的检测误差能够无视。

进而，为了提高过电流的检测精度，在电流ILoad在过电流判定阈值附近的情况下，优选通过运算放大器AMP1使晶体管M1、M2的源极电位一致。因此，使电流ILoad成为过电流判定阈值的情况下的二极管D1、D2的正向电压一致。即，将电流IREF1设定为，与被供给过电流判定阈值的电流ILoad的情况下的晶体管M2的电流Ids(M2)(＝α×ILoad)大致相等的值。

晶体管M8的栅极连接于漏极，并且也连接于构成电流反射镜电路的P型MOS晶体管M9的栅极。晶体管M9为，源极连接于电源端子VCC1，漏极经由P型MOS晶体管M10的源极漏极通路、N型MOS晶体管M11的漏极源极通路及电阻R2而连接于基准电位点。

晶体管M10的栅极被施加电压VREF2。另外，晶体管M11的栅极连接于电源端子VCC3。电源端子VCC3经由构成有源负载的电流源IREF2及N型MOS晶体管M12的漏极源极通路而连接于基准电位点。晶体管M12的栅极连接于晶体管M11的源极与电阻R2的连接点。另外，也可以代替电流源IREF2而采用电阻。

通过基于晶体管M8、M9的电流反射镜电路，晶体管M8中流通的电流IREF1，从晶体管M9经由晶体管M10、M11向电阻R2流通。若将晶体管M8、M9的尺寸比设为1：1，并将电阻R2的电阻值设为R2，则由电阻R2引起的电压下降成为IREF1×R2。通过设定为晶体管M12的阈值Vth(M12)为IERF1×R2＞Vth(M12)，从而晶体管M12导通。

晶体管M12的漏极在晶体管M12的截止时通过电源电压VCC3而为高电平，在晶体管M12变为导通时变化为低电平。即，若晶体管M8从截止成为导通，则晶体管M12的漏极从高电平变化为低电平。晶体管M12的漏极电压被提供给转换器INV1。转换器INV1使晶体管M12的漏极电压反转后输出至或电路OR1。通过电阻R2、电流源IREF2、晶体管M12及转换器INV1，构成接地检测结果输出电路。

或电路OR1将比较器COMP1与转换器INV1的输出逻辑和作为电流检测信号输出。

晶体管M10构成晶体管M9的耐压保护用的钳位电路。即，晶体管M10的栅极被赋予电压VREF2，从而将晶体管M9的漏极的电位维持于规定值。另外，晶体管M11是晶体管M12的耐压保护用钳位电路。即，晶体管M11在电阻R2的电压下降变得过于大时截止，以抑制Vgs(M12)的方式起作用。另外，这些晶体管M10、M11，若晶体管M9、M12的元件耐压不成为问题则也能够省略。

另外，在图2的关联技术中，运算放大器AMP1的正极性输入端，从电源电压VCC1被输入到0V(接地时)为止的较大的输入电压。与此相对，在本实施方式中，运算放大器AMP1的正极性输入端，被限制为从电源电压VCC1到VCC1－(Vgs(M8)+VF(D3))的输入电压。VF(D3)是二极管D3的正向电压。因此，在本实施方式中，还具有能够用低耐压元件构成运算放大器AMP1的差动输入电路的优点。

另外，在非接地时也是，若供给超过了过电流判定阈值的电流ILoad，晶体管M8变为导通的情况也存在。因此，根据电阻R2等的值、电流ILoad的大小等，晶体管M12导通，转换器INV1的输出成为高电平。但是，从比较器COMP1也输出表示过电流的高电平，所以不会特别成为问题。

接下来，关于这样构成的实施方式的动作，参照图5进行说明。图5是用于说明实施方式的动作的时序图。横轴表示时间，从上起依次表示ILoad、COMP1输出、INV1输出、OR1输出的时间变化。

(非接地时)

在非接地时，设为ILoad≤VREF1/(R1×α)。过电流判定阈值表示VREF1/(R1×α)。在非接地时，电流ILoad变动，ILoad超过了过电流判定阈值的期间也存在(图5的第1段)。

在电流ILoad超过了过电流判定阈值以下的情况下，晶体管M8截止。因此，晶体管M12的漏极为高电平，转换器INV1的输出为低电平。即，在此情况下，电路2对电流检测信号不造成影响。

运算放大器AMP1以使晶体管M1、M2的源极电位相同的方式起作用的结果，Vds(M1)+VF(D1)＝Vds(M2)+VF(D2)。VF(D1)、VF(D2)分别是二极管D1、D2的正向电压。Ids(M2)成为α×ILoad，因此在电阻R1中产生ILoad×R1×α的电压下降。该电压下降ILoad×R1×α为VREF1以下，比较器COMP1的输出为低电平。

另一方面，在非接地时，若电流ILoad超过了过电流判定阈值，则电阻R1的电压下降ILoad×R1×α超过VREF1，比较器COMP1的输出成为高电平。在超过了过电流判定阈值的情况下，电流检测信号成为高电平。

(接地时)

在接地时，输出端子VOUT成为0V，二极管D1变为截止，Vgs(M1)增大。于是，电流ILoad超过了过电流判定阈值。二极管D1截止的结果，电流IREF1经由晶体管M8而流通。该电流IREF1的反射镜电流从晶体管M9经由晶体管M10、M11及电阻R2向基准电位点流通。电阻R2中产生IREF1×R2的电压下降，晶体管M12的漏极从高电平变化为低电平。

这样，转换器INV1的输出从低电平变化为高电平(图5的第3段)。这样，来自或电路OR1的电流检测信号在接地时成为高电平。

这样，在本实施方式中，对电流检测电路追加用于检测接地的电路，在接地时通过接地检测电路的输出而获得电流检测信号。在非接地时，根据比较器COMP1的输出而检测过电流，在接地时，根据转换器INV1的输出而检测过电流。由此，在非接地时及接地时中的任一情况下，都能够正确地获得电流检测信号。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，无意限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形，保护在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。

Claims (6)

1.一种电流检测电路，具备：

N型的第1晶体管，对输出端子供给第1电流；

N型的第2晶体管，与上述第1晶体管一起构成反射镜电路；

比较电路，基于上述第2晶体管中流通的电流，输出上述第1电流是否超过规定的阈值这一检测结果；

接地检测电路，检测上述输出端子的接地；

逻辑电路，基于上述比较电路的检测结果和上述接地检测电路的接地检测结果，产生表示上述第1电流是否为过电流的电流检测信号；以及

差动放大器，该差动放大器将上述第1晶体管及上述第2晶体管的源极电位设为相同，以使上述第2晶体管中流通与上述第1电流成比例的电流，

上述接地检测电路具备：

第3晶体管，通过在上述输出端子发生接地而导通；

第4晶体管，与上述第3晶体管一起构成反射镜电路；

接地检测结果输出电路，基于上述第4晶体管中流通的电流，产生上述接地检测结果；

第1二极管，连接于上述第1晶体管与上述输出端子的连接点和上述差动放大器的一个输入端之间；

第2二极管，连接于上述第3晶体管和上述差动放大器的一个输入端之间；以及

电流源，连接于上述差动放大器的一个输入端和基准电位点之间。

2.如权利要求1所述的电流检测电路，其中，还具备：

第3二极管，连接于上述第2晶体管和上述差动放大器的另一个输入端之间。

3.如权利要求1所述的电流检测电路，其中，

上述接地检测电路还具备：

电阻，连接于上述第4晶体管和基准电位点之间；以及

第5晶体管，控制端连接于上述第4晶体管与电阻的连接点，第1端经由有源负载而连接于电源端子，第2端连接于基准电位点。

4.如权利要求3所述的电流检测电路，其中，还具备：

转换器，将上述第5晶体管的上述第1端的电压反转后提供给上述逻辑电路。

5.如权利要求3所述的电流检测电路，其中，还具备：

P型的第6晶体管，连接于上述第4晶体管和上述电阻之间，控制端被施加规定的电压。

6.如权利要求3所述的电流检测电路，其中，还具备：

N型的第7晶体管，连接于上述第4晶体管和上述电阻之间，控制端连接于上述电源端子。

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