CN1954469A

CN1954469A - 过电流检测电路和具有该电路的电源装置

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Publication number: CN1954469A
Application number: CNA2005800156131A
Authority: CN
Inventors: 冲宏一; 井手雄三
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2007-04-25
Also published as: KR20070009712A; US20070229041A1; WO2005112217A1; TW200540431A; JP2005333691A

Abstract

一种过电流检测电路(14)，检测功率MOS晶体管(2)的过电流状态，并输出过电流检测信号，其中功率MOS晶体管(2)通过漏极向负载(6)输出电流。过电流检测电路具有：检测MOS晶体管(3)，其源极和栅极分别与功率MOS晶体管(2)的源极和栅极相连；恒定电流电路(4)，与检测MOS晶体管(3)的漏极相连，以使预定恒定电流流向检测MOS晶体管(3)；以及比较器(5)，用于根据功率MOS晶体管(2)的漏极电势与检测MOS晶体管(3)的漏极电势之间的比较结果，输出过电流信号。

Description

过电流检测电路和具有该电路的电源装置

技术领域

本发明涉及一种用于电源装置等的过电流检测电路，更具体地，涉及一种具有作为向负载输出电流的开关元件的MOS晶体管(绝缘栅型场效应晶体管)的过电流检测电路。本发明还涉及一种具有该过电流检测电路的电源装置。

背景技术

图5示出了具有作为开关元件的MOS晶体管的常规过电流检测电路。在图5的过电流检测电路中，向P沟道(P型半导体)功率MOS晶体管100的源极提供电源电压105，P沟道功率MOS晶体管100的漏极通过检测电阻101，与负载103的一端相连。负载103的另一端接地。

功率MOS晶体管100的漏极与检测电阻101之间的节点与NPN型晶体管102的基极相连，检测电阻101与负载103之间的节点与晶体管102的发射极相连。电源电压105通过电阻104，与晶体管102的集电极相连。从外部向功率MOS晶体管100的栅极提供用于功率MOS晶体管100的导通-截止控制的脉冲电压。

当功率MOS晶体管100处于导通状态时，电流通过检测电阻101，流向负载103。例如，当由于特定原因，负载103的两个端子之间发生短路，而引起过电流流向功率MOS晶体管100时，检测电阻100的两个端子之间发生电压降，从而导通晶体管102。因此，晶体管102的集电极电势从高电压状态(与电源电压105的电压相同)转换到低电压状态。然后，将这种转换作为过电流检测信号，提供给控制部分(未示出)，控制部分辨别功率MOS晶体管处于过电流状态，从而截止功率MOS晶体管100。

另一常规配置示例如图6所示(例如，见专利文献1)。在图6的过电流检测电路中，向N沟道(N型半导体)功率MOS晶体管112的漏极提供电源电压110，功率MOS晶体管112的源极与负载116的一端相连，负载116的另一端接地。

向N沟道(N型半导体)检测MOS晶体管111的漏极提供电源电压110，检测MOS晶体管111的源极与检测电阻114的一端、以及比较器115的非反相输入端子(+)共同连接。检测电阻114的另一端与功率MOS晶体管112的源极与负载116之间的节点相连，还与比较器115的反相输入端子(-)相连。功率MOS晶体管112和检测MOS晶体管111各自的栅极与端子113共同连接，从外部向端子113提供用于功率MOS晶体管112和检测MOS晶体管111的导通-截止控制的脉冲电压。

此外，功率MOS晶体管112具有多个(k个，k是整数2或更大整数，例如100)单位单元晶体管，这多个单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联在一起，形成单个MOS晶体管。另一方面，例如，检测MOS晶体管111由一个相同的单位单元晶体管形成。功率MOS晶体管112与检测MOS晶体管111的沟道区比率是100比1，因此流向这些晶体管的电流之比也是100比1(以下将图6所示的配置示例称作“专利文献1的示例1”)。

在以这种方式配置的过电流检测电路中，当过电流流向功率MOS晶体管112，该过电流的百分之一流向检测MOS晶体管时，在检测电阻114两端，发生等于或大于比较器115内部定义的基准电压的电压降。此时，比较器115输出过电流检测信号，指示过电流正在流经功率MOS晶体管112，向未示出的控制部分通知功率MOS晶体管112的过电流状态。

下述的专利文献1还公开了如下配置示例。该示例的半导体装置具有形成在单个元件中的输出功率MOS晶体管和过电流检测电路部分。输出功率MOS晶体管具有多个并排排列的单位MOS晶体管元件，他们的源极、栅极和漏极分别由导体耦合在一起，用作输出功率MOS晶体管的源极、栅极和漏极，从而输出功率MOS晶体管形成为包括单位MOS晶体管元件的单个元件。过电流检测电路部分通过检测在由上述单位元件的源极或漏极连接在一起而形成的源极或漏极的导体中产生的布线电阻两端的电压降，检测流经输出功率MOS晶体管的过电流(以下，将这种配置示例称作“专利文献1的示例2”)。

[专利文献1]注册实用新型No.2525470(日本)

发明内容

本发明要解决的问题

但是，在图5所示的常规配置示例中，将检测电阻101设置在功率MOS晶体管100与负载103之间，以检测功率MOS晶体管100的过电流状态，但由此引起检测电阻101上的功率损失，这导致了整个电路功效的降低，以及更多热产生的问题。

例如，通过在半导体衬底上进行杂质扩散，来形成检测电阻101，这导致其电阻值对温度的较大依赖性(例如，大约2000ppm/C°)。即，检测电阻101的温度系数较大。因此，用于检测功率MOS晶体管100的过电流状态的电流阈值具有较大的温度依赖性，从而导致过电流检测中的较大检测误差(以下简称为“检测误差”)(检测误差的较大温度依赖性)。使晶体管102导通的基极-发射极电压具有较大温度依赖性，从而导致较大的检测误差。

另外，检测电阻101上产生的热影响检测电阻101的电阻值、以及使晶体管102导通的基极-发射极电压，从而导致更大的检测误差。

在图6所示的专利文献1的示例1中，如图5中的情况一样，由于检测电阻114具有较大的温度依赖性，所以用于检测过电流状态的电流阈值具有较大的温度依赖性，从而导致较大的检测误差(检测误差的较大温度依赖性)。

即使将功率MOS晶体管112与检测MOS晶体管111的沟道区比率设计为k比1(100比1)，并将流向这些晶体管的电流之比设计为k比1，由于发生在检测电阻114上的电压降，检测M0S晶体管111的漏极-源极电压也小于功率MOS晶体管112的漏极-源极电压。因此，检测MOS晶体管111的导通电阻(晶体管导通时的漏极-源极电阻；沟道电阻)变得比理想值(理想情况下，功率MOS晶体管112的导通电阻的k倍)大，从而无法获得与设计一样的实际电流比。即，由与厄利效应(Early’s effect)，实际电流比与设计的不同，这也导致较大的检测误差。

另外，由于发生在检测电阻114上的电压降，检测MOS晶体管111的栅极-源极电压小于功率MOS晶体管112的栅极-源极电压，这也导致检测MOS晶体管的导通电阻大于理想值，从而引发更大的检测误差。

此外，在专利文献1的示例2中，源极或漏极的布线电阻用作检测电阻，但是可以使用布线电阻来设定的电阻值是有限的，因此损失了设计中的自由度。

考虑到上述问题，提出了本发明，本发明的目的是提供一种高精度的过电流检测电路，这种过电流检测电路没有厄利效应引起的检测误差，同时保持整个电路的高功效，还具有更小的检测误差的温度依赖性。本发明的另一目的是提供一种具有这种过电流检测电路的电源装置。

解决问题的手段

为实现上述目的，根据本发明一个方案，过电流检测电路检测用于向负载输出电流的输出晶体管的过电流状态，然后输出过电流检测信号。所述过电流检测电路包括：检测晶体管，与输出晶体管并联；恒定电流电路，与检测晶体管的一端相连，并向检测晶体管馈送预定的恒定电流；以及比较器，根据向负载馈送电流而产生的、输出晶体管的第一和第二电极之间的电压，与馈送恒定电流而产生的、检测晶体管的第一和第二电极之间的电压的比较结果，输出过电流检测信号。

根据这种配置，当检测过电流状态时，比较器比较向负载馈送电流而产生的、输出晶体管的第一和第二电极之间的电压，与馈送恒定电流而产生的、检测晶体管的第一和第二电极之间的电压的幅度差。

因此，当流经输出晶体管的电流在增加之后，刚刚达到过电流状态时的时间段，与比较器判断“输出晶体管的第一和第二电极之间产生的电压”与“检测晶体管的第一和第二电极之间产生的电压”相等时的时间段相对应。因此，“厄利效应导致的实际电流比与设计值的偏离”，这个图6所示的常规结构示例中存在的问题，不会出现。即，几乎没有可归因于厄利效应的检测误差发生，从而允许高精度的过电流检测。

此外，根据本发明，上述配置中未使用在图5和6所示的常规结构示例(专利文献1的示例1)中检测过电流状态所必需的检测电阻(检测电阻101等)，因此不会引起由较大温度系数导致的检测误差的较大温度依赖性。即，可以较小的检测误差的温度依赖性(温度改变引起检测误差的较小增加)，实现过电流检测。

如上所述，可以实现高精度、较小温度依赖性的过电流检测，从而允许输出晶体管的最大输出电流值(用于检测过电流状态的阈值)更加接近理想值。因此，根据本发明，这改善了过电流检测电路、包括这种过电流检测电路的电源装置和类似装置的可靠性，从而可以实现封装表面面积的缩减，以及成本的降低。

此外，因为在输出晶体管与负载之间未设置检测电阻(检测电阻101等)，所以功效优良，也可以抑止检测电阻的存在所引起的热产生。

根据本发明另一方案，过电流检测电路对通过第二电极向负载输出电流的输出晶体管的过电流状态进行检测，然后输出过电流检测信号。所述过电流检测电路包括：检测晶体管，具有分别与输出晶体管的第一和控制电极共同连接的第一和控制电极；恒定电流电路，与检测晶体管的第二电极相连，并向检测晶体管馈送预定的恒定电流；以及比较器，根据输出晶体管的第二电极电势与检测晶体管的第二电极电势的比较结果，输出过电流检测信号。

根据这种配置，当检测过电流状态时，比较器比较输出晶体管的第二电极电势与检测晶体管的第二电极电势的幅度差。此外，检测晶体管的第一和控制电极分别与输出晶体管的第一和控制电极相连。

此外，根据本发明，上述配置中未使用在图5和6所示的常规结构示例(专利文献1的示例1)中检测过电流状态所必需的检测电阻(检测电阻101等)，因此不会引起由较大温度系数导致的检测误差的较大温度依赖性。即，可以较小的检测误差的温度依赖性，实现过电流检测。

例如，在上述配置中，输出晶体管和检测晶体管可以分别是功率MOS晶体管和检测MOS晶体管，并且可以根据功率MOS晶体管的预定最大输出电流值、功率MOS晶体管的导通电阻值和检测MOS晶体管的导通电阻值，设定恒定电流值。

这里，“最大输出电流值”是用于检测功率MOS晶体管的过电流状态的阈值，并且是根据该功率MOS晶体管的特性而预先限定的值。设计上述过电流检测电路，从而在流经功率MOS晶体管的电流的幅度小于最大输出电流值时，检测到“功率MOS晶体管未处于过电流状态”，而在流经功率MOS晶体管的电流的幅度超过最大输出电流值时，检测到“功率MOS晶体管处于过电流状态”。

例如，在上述配置中，输出晶体管可以是具有n(n是等于或大于2的整数)个单位单元晶体管的功率MOS晶体管，并且可以是通过将n个单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联在一起而形成的单个MOS晶体管；检测晶体管可以是由单个单位单元晶体管形成的检测MOS晶体管，或者是具有m(m是等于或大于2，并且小于n的整数)个单位单元晶体管的检测MOS晶体管，并通过将m个单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联在一起而作为单个MOS晶体管形成的检测MOS晶体管；以及可以使用相同的制造工艺，在相同的半导体衬底上形成所有的形成功率MOS晶体管的单位单元晶体管和形成检测MOS晶体管的单位单元晶体管。

由此，功率MOS晶体管和检测MOS晶体管的导通电阻值的温度系数实质上相等；因此，用于检测过电流状态的电流阈值对温度的依赖性较小(温度改变引起的波动较小)。即，可以实现具有更小的检测误差对温度的依赖性的过电流检测。此外，“检测MOS晶体管的导通电阻值”与“功率MOS晶体管的导通电阻值”的实际比率实质上等于设计比率，从而允许高精度的过电流检测。

在上述配置中，恒定电流可以是通过向具有正温度系数的电阻和具有负温度系数的电阻组合而成的电阻施加预定基准电压，以获得的电流，可以配置所述组合电阻的值，使其固定，而不依赖于温度改变。

由此，恒定电流的值固定，而不依赖于温度改变，这允许过电流检测中的检测误差对温度的更小依赖性。

但是，考虑到制造误差等情况，难以使组合电阻的值根本不会由于温度改变而波动。因此，这里的“固定而不依赖于温度改变”是考虑了制造误差等情况的广义概念。

根据本发明另一方案，电源装置包括：上述过电流检测电路、输出晶体管、以及平滑输出晶体管的输出侧电压并向负载输出该电压的平滑电路。

例如，上述电源装置还可以包括：电压检测电路，根据向负载提供的电压，输出电压；以及控制部分，根据来自电压检测电路的输出，控制输出晶体管和检测晶体管。

例如，可以根据比较器的输出，控制所述控制部分。

本发明优点

如上所述，采用根据本发明的过电流检测电路，在可以保持整个电路的高功效的同时，可以消除由厄利效应导致的检测误差，还可以减小检测误差对温度的依赖性。

附图说明

[图1]包括根据本发明实施例的过电流检测电路的电源装置的电流图。

[图2]图1中功率MOS晶体管的详细电路图。

[图3]图1中恒定电流电路的详细电路图。

[图4]图3中恒定电压产生电路的详细电路图。

[图5]示出常规过电流检测电路的第一示例的电路图。

[图6]示出常规过电流检测电路的第二示例的电路图。

参考符号列表

1 电源装置

2，100，112 功率MOS晶体管(输出晶体管)

3，111 检测MOS晶体管(检测晶体管)

4，24 恒定电流电路

5 比较器

6，103，116 负载

7 控制部分

8，9，21，22，36，37，104 电阻

10 极管

11 电感器

12 电容器

14 过电流检测电路

15 漏极

16 源极

17 栅极

20，23，31，32，34，35，102 晶体管

101，114 检测电阻

115 比较器

Vcc 电源电压

25 恒定电压产生电路

Vref 基准电压

Ic 恒定电流

Tr1，Tr2，…，Trn 单位单元晶体管

具体实施方式

以下将参考附图，描述根据本发明的过电流检测电路的实施例。

图1是包括根据本发明实施例的过电流检测电路14的电源装置1的电路配置图。图2是图1中功率MOS晶体管2的详细电路配置图。

在电源装置1中，向P沟道(P型半导体)功率MOS晶体管2(输出晶体管)的源极提供电源电压Vcc。P沟道功率MOS晶体管2的漏极与二极管10的阴极相连，还与电感器11的一端相连，二极管10的阳极接地。电感器11的另一端通过负载6与电容器12的并联电路、以及通过电阻8与9的串联电路接地。功率MOS晶体管2从漏极向负载6输出电流(供能)，二极管10、电感器11和电容器12形成平滑电路，该平滑电路对功率MOS晶体管2的输出侧的电压(漏极电压)进行平滑，并向负载6输出该电压。

还将电源电压Vcc提供给P沟道检测MOS晶体管(检测晶体管)3的源极，检测MOS晶体管3的漏极与恒定电流电路4的一端和比较器5的非反相输入端子(+)相连。恒定电流电路4的另一端接地，当检测MOS晶体管3导通时，恒定电流电路4在检测MOS晶体管3的源极与漏极之间馈送恒定电流Ic。

功率MOS晶体管2与二极管10的阴极之间的节点与比较器5的反相输入端子(-)相连。电阻8与9之间的节点与控制部分7相连。电阻8和9的串联电路对提供给负载6的电压分压，并向控制部分7提供分压值。即，电阻8和9用作电压检测电路，以根据向负载6提供的电压向控制部分7输出电压。

提供比较器5的输出，作为过电流检测信号，过电流检测信号向控制部分7指示功率MOS晶体管2的过电流状态。更具体地，当比较器5输出的电压是高信号(高电势信号)时，这指示功率MOS晶体管2处于过电流状态，当前述电压是低信号(低电势信号)时，这指示功率MOS晶体管2的处于正常状态(未处于过电流状态)。

即，比较器5比较功率MOS晶体管2的漏极电势与检测MOS晶体管3的漏极电势，并输出比较结果，作为过电流检测信号。这里，“过电流状态”表示功率MOS晶体管2的漏极电流值超过功率MOS晶体管2的最大输出电流值的状态。术语“最大输出电流值”是用于检测功率MOS晶体管2的过电流状态的阈值，并且是根据功率MOS晶体管2的特性而预先限定的值。设计过电流检测电流14，从而在流经功率MOS晶体管2的漏电流的幅度小于最大输出电流值时，检测到“功率MOS晶体管2未处于过电流状态”，而在流经功率MOS晶体管2的漏电流的幅度超过最大输出电流值时，检测到“功率MOS晶体管2处于过电流状态”。

过电流检测电流14由检测MOS晶体管3、恒定电流电路4和比较器5构成，但是也可以认为功率MOS晶体管2包括在过电流检测电流14中。以下描述是基于功率MOS晶体管2包括在过电流检测电流14中的假设的。

控制部分7的输出与功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3的栅极共同连接。控制部分7在通过参考过电流检测信号，来监控功率MOS晶体管2的过电流状态时，根据电阻8和9之间的中点处的电势，检测施加到负载6上的电压，并向功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3的每个栅极提供脉冲形式的电压，从而使施加到负载6上的电压成为恒定。

设置电阻8和9的串联电路，以检测施加到负载6上的电压，它们的组合电阻值比负载6的电阻值(或阻抗)大得足够多(因此，该串联电路上的功率损失小得可以忽略)。

如图2所示，形成功率MOS晶体管2，使其具有多个(n个，n是等于或大于2的整数)单位单元晶体管(该单位单元晶体管也是绝缘栅型场效应晶体管)Tr1，Tr2，…和Trn。通过将单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联在一起，作为单个MOS晶体管，从而形成功率MOS晶体管2。即，通过将n个单位单元晶体管Tr1，Tr2，…和Trn的漏极、源极和栅极分别并联在一起而形成的电极，用作功率MOS晶体管2的漏极15、源极16和栅极17。

另一方面，检测MOS晶体管3只由单个单位单元晶体管形成。如功率MOS晶体管2的情况一样，也可以形成检测MOS晶体管3，使其具有多个(m个，m是等于或大于2，并小于n的整数)单位单元晶体管(未示出)，并可以通过将单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联在一起，作为单个MOS晶体管，从而形成检测MOS晶体管3。通过将m个单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联在一起而形成的电极，分别用作检测MOS晶体管3的漏极、源极和栅极。

按照相同的制造工艺，在相同的半导体衬底上形成所有的形成功率MOS晶体管2的单位单元晶体管和形成检测MOS晶体管3的单位单元晶体管。即，所有单位单元晶体管具有相同结构，从而具有实质上相同的导通电阻值的温度系数；因此，在栅极与源极之间的电压、漏极与源极之间的电压以及环境温度都相同的条件(以下将这种条件称作“相同条件”)下，导通电阻值实质上相同。

以下，将参考如下情况进行描述：例如，功率MOS晶体管2由1000个并联在一起的单位单元晶体管形成，检测MOS晶体管3由单个单位单元晶体管形成。在这种条件下，功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3之间的沟道区之比是1000比1，因此，导通电阻值之比是1比1000。

具体地，假设功率MOS晶体管2的最大输出电流值是Io_max。即，如果功率MOS晶体管2的漏电流超过Io_max，比较器5判断功率MOS晶体管2处于过电流状态，并向控制部分7输出高信号。

此外，假设在最大输出电流值Io_max与恒定电流电路4的恒定电流Ic之间，建立有关系Ic＝Io_max/1000。即，根据最大输出电流值Io_max、检测MOS晶体管3的导通电阻值和功率MOS晶体管2的导通电阻值，设定恒定电流Ic的值。更具体地，将在相同条件下，用最大输出电流值Io_max除以“检测MOS晶体管3的导通电阻值”与“功率MOS晶体管2的导通电阻值”之比(1000)而获得的值设定为恒定电流Ic的值。

(过电流检测操作的描述)

以下，将描述在电源装置1中执行的过电流检测操作。如果在功率MOS晶体管2导通时，流经功率MOS晶体管2的电流小于最大输出电流值Io_max，则功率MOS晶体管2的漏极与源极之间的电压小于检测MOS晶体管3的漏极与源极之间的电压，因此，比较器5输出低信号。

如果由于诸如负载6的两个端子之间短路之类的异常，流经功率MOS晶体管2的电流超过最大输出电流值Io_max，则功率MOS晶体管2的漏极与源极之间的电压变得大于检测MOS晶体管3的漏极与源极之间的电压，因此，比较器5输出高信号。

当接收到来自比较器5的高信号时，控制部分7辨别功率MOS晶体管2处于过电流状态，并向功率MOS晶体管2的栅极提供用于截止功率MOS晶体管2的电压，从而避免功率MOS晶体管2、二极管10、电感器11和负载6的损坏等情况。一旦控制部分7检测到功率MOS晶体管2的过电流状态，则保持功率MOS晶体管2截止，除非从外部输出了取消信号，或再引入电源电压Vcc(除非曾经切断电源电压Vcc的供电，并再次接通电源)。

在负载6的两个端子之间发生短路或类似情况下，比最大输出电流值Io_max大得多的电流流经功率MOS晶体管2，因此，一些检测误差不会成为问题。当功率MOS晶体管2的漏电流几乎是最大输出电流值Io_max(例如，Io的100％或120％)时，这种检测误差(检测精度)成为问题。

现在，在过电流检测电路14中，功率MOS晶体管2的栅极与源极之间的电压等于检测MOS晶体管3的栅极与源极之间的电压。当功率MOS晶体管2的漏电流等于最大输出电流值Io_max时，因为功率MOS晶体管2的漏极与源极之间的电压等于检测MOS晶体管3的漏极与源极之间的电压，所以比较器5的非反相输入端子(+)与反相输入端子(-)的电势相等。

此时，功率MOS晶体管2与检测MOS晶体管3之间的导通电阻之比精确地是1比1000(因为可以消除厄利效应引起的误差)。即，在专利文献1等公开的结构中观察到的、可归因于厄利效应的检测误差不再发生。此外，如上所述，因为这些晶体管的导通电阻值的温度系数实质上相等，所以用于检测过电流状态的阈值具有较小的温度依赖性(由温度改变引起的阈值波动较小)。

如上所述，在过电流检测电路14和具有这种过电流检测电路14的电源装置1中，可以比常规电路和装置高得多的精度、以及更小的温度依赖性，进行过电流检测，并且检测误差(包括温度依赖性)主要与单位单元晶体管的导通电阻的相对变化有关。

如果过电流检测中的检测误差较大，则在电源装置1中出现如下所示的问题。

(1)为防止功率MOS晶体管2、二极管10、电感器11和负载6的损坏等，考虑到检测误差，不可避免地需要将最大输出电流值Io_max设定得较小。因此，虽然功率MOS晶体管2等仍然能够安全工作，但是，由于假设功率MOS晶体管2可能转换到过电流状态，所以使功率MOS晶体管2截止。

(2)特别是当负载6是电容性的或是引拉冲击电流的负载时，上述(1)中的问题变得比较明显。由于检测误差大，强制地增加用于检测过电流的值(即，最大输出电流值Io_max)，会增大过载的可能性，从而导致功率MOS晶体管2可靠性的下降，进而导致包括该功率MOS晶体管2的过电流检测电路14的可靠性和整个电源装置1的可靠性的下降(更高的故障率)。

(3)较大的检测误差增加如下情况的发生：认为功率MOS晶体管2应该截止，但实际上未截止。在这种情况下，为防止二极管10等的损坏，不可避免地使用具有无益的大额定电流的二极管10、电感器11等。使用这种具有大额定电流的类型，会导致封装表面面积增加和成本的提高。

但是，在电源装置1中，由于其具有如上所述的、以非常高的精度和较小的温度依赖性进行过电流检测的能力，所以抑止了上述(1)到(3)中的问题的发生。即，由于电源装置1能够设定理想的最大输出电流值Io_max，所以改善了可靠性，从而可以实现封装面积的减小和成本的降低。

(恒定电流电路的描述)

以下，图3示出了图1中的恒定电流电路4的详细电路配置。由恒定电压产生电路25输出的基准电压Vref与PNP晶体管23的基极相连，PNP晶体管23的发射极与恒定电流电路24的一端和NPN晶体管20的基极共同连接。晶体管23的集电极接地，并向恒定电流电路24的另一端施加电源电压Vcc。

晶体管20的发射极通过电阻器21和22的串联电路接地，晶体管20的集电极要与检测MOS晶体管3的漏极相连。即，晶体管20的集电极电流用作恒定电流Ic。采用图3所示的配置，将基准电压Vref除以电阻21和22的组合电阻值而得到的值用作恒定电流Ic的值。

通过杂质扩散等方法，在半导体衬底上形成电阻21和22，在这一过程中，通过选择适合的杂质等，电阻21和22的组合电阻值成为固定的，而不依赖于温度改变。

但是，考虑到制造误差等原因，难以完全避免由组合电阻的实际值随温度改变的波动。因此，这里所述的“固定而不依赖于温度改变”是考虑到制造误差等原因的广义概念。

更具体地，例如，在室温(例如，25C°)下，将电阻21和22的电阻值分别设定为10kΩ(千欧姆)和20kΩ，并将电阻21和22的温度系数分别设定为+2000ppm/C°和-1000ppm/C°。

如上所述，通过向具有正温度系数的电阻21和具有负温度系数的电阻22的组合电阻施加基准电压Vref而得到的电流用作恒定电流Ic，并且前述组合电阻的值固定而不依赖于温度改变，从而恒定电流Ic的值固定而不依赖于温度改变(精确地讲，由于制造误差，只是“实质上固定”)。因此，过电流检测电路14和包括该电路的电源装置1能够实现高精度和较小温度依赖性的过电流检测。

不一定需要通过杂质扩散等方法在半导体衬底上形成电阻21和22，电阻21和22可以是碳膜电阻、金属膜电阻等。

(恒定电压产生电路25的描述)

图4示出恒定电压产生电路25的电路配置的一个示例。PNP晶体管31的基极和集电极连接在一起，并向其发射极施加电源电压Vcc。PNP晶体管32的基极与晶体管31的基极相连，并向其发射极施加电源电压Vcc。PNP晶体管33的基极与晶体管32的集电极相连，并向其发射极施加电源电压Vcc。NPN晶体管34的基极与晶体管33的集电极相连，其发射极通过电阻37接地，其集电极与晶体管31的集电极相连。NPN晶体管35的基极与晶体管33的集电极相连，其发射极通过电阻36与晶体管34的发射极相连，其集电极与晶体管32的集电极相连。输出晶体管33的集电极、晶体管34的基极和晶体管35的基极的节点处的电压，作为基准电压Vref。

为减小该基准电压Vref的温度系数，参考半导体的带隙电压(对于硅，是1.205[V])，设定基准电压Vref。因此，这种恒定电压产生电路25在恒定电流电路4中的使用允许恒定电流Ic的值对温度的依赖性非常小。

(修改的实施例)

图1示出实施例，其中，功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3的源极及其栅极分别连接在一起。在该实施例中，向比较器5的反相输入端子(-)施加从电源电压Vcc减去功率MOS晶体管2的源极和漏极之间的电压而得到的电压，并向比较器5的非反相输入端子(+)施加从电源电压Vcc减去检测MOS晶体管3的源极和漏极之间的电压而得到的电压。使用这种配置消除了可归因于厄利效应的检测误差。

为消除可归因于厄利效应的检测误差，可以进行如下尝试。在功率MOS晶体管2的栅极与源极之间的电压，与检测MOS晶体管3的栅极与源极之间的电压相等的条件下，比较器5能够将向负载6馈送电流而产生的、功率MOS晶体管2的源极和漏极之间的电压V_DS2，与馈送恒定电流Ic而产生的、检测MOS晶体管3的源极和漏极之间的电压V_DS3相比较，并且能够根据该比较结果，输出过电流检测信号(更具体地，能够在V_DS2变得比V_DS3更大时，确定过电流状态)。因此，可以对根据本发明的过电流检测电路进行多种修改。

本发明不限于图1所示的电源装置1，而可应用于具有多种开关调节器、DC-DC转换器等的电源装置。此外，本发明还可应用于具有串联调节器(降压(dropper)型调节器)的电源装置，例如，三端子调节器等。

(定义等)

本发明中所述的功率MOS晶体管的第一电极、第二电极和控制电极指的是图1中的功率MOS晶体管2的源极、漏极和栅极。本发明中所述的检测MOS晶体管的第一电极、第二电极和控制电极指的是图1中的检测MOS晶体管3的源极、漏极和栅极。

但是，可以进行如下修改：用N沟道MOS晶体管替代功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3，还可以进行如下修改：将负载6与功率MOS晶体管的源极侧相连。

因此，在这种修改的情况下，本发明中所述的功率MOS晶体管的第一电极和第二电极可以分别指功率MOS晶体管的漏极和源极，本发明中所述的检测MOS晶体管的第一电极和第二电极可以分别指检测MOS晶体管的漏极和源极。

在上述实施例中，功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3都由具有相同结构的单位单元晶体管形成，以控制功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3之间的导通电阻值之比(在上述实施例中，是1比1000)。可选地，不使用单位单元晶体管，而可以适当设定其W/L比(其中，W是沟道宽度，L是沟道长度)，以控制功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3之间的导通电阻值之比。

例如，在半导体衬底上形成功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3，满足W₂/L₂＝1000×W₃/L₃，其中功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3的沟道宽度分别是W₂和W₃，功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3的沟道长度分别是L₂和L₃，从而功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3之间的导通电阻值之比是1比1000。

此外，上述实施例指的是如下示例：由MOS晶体管形成的功率MOS晶体管2用作输出晶体管，由MOS晶体管形成的检测MOS晶体管3用作检测晶体管。可以用PNP输出双极型晶体管(输出晶体管)和PNP检测双极型晶体管(检测晶体管)分别替代功率MOS晶体管2和检测MOS晶体管3。

在这种情况下，虽然需要考虑双极型晶体管的基极电流，但是可以采样与上述实施例相同的配置。更具体地，在图1的配置中，用上述输出双极型晶体管替代功率MOS晶体管2，用输出双极型晶体管的发射极、集电极和基极分别替代功率MOS晶体管2的源极、漏极和栅极；用上述检测双极型晶体管替代检测MOS晶体管3，用检测双极型晶体管的发射极、集电极和基极分别替代检测MOS晶体管3的源极、漏极和栅极。

这里，输出双极型晶体管由多个(p个，p是等于或大于2的整数)单位单元双极型晶体管形成，这多个单位单元双极型晶体管的集电极、发射极和基极分别并联在一起，从而形成单个双极型晶体管，检测双极型晶体管由多个(q个，q是等于或大于2的整数，并且小于p)单位单元双极型晶体管形成，这多个单位单元双极型晶体管的集电极、发射极和基极分别并联在一起，从而形成单个双极型晶体管。可以通过相同的制造工艺，在相同的半导体衬底上制造上述所有的单位单元双极型晶体管。

如上所述，以参考图1所述的相同方式，使用输出双极型晶体管和检测双极型晶体管形成电源装置，将会实现实质上可忽略由厄利效应引起的检测误差的过电流检测。

不使用单位单元双极型晶体管来形成上述输出双极型晶体管和检测双极型晶体管，而可以适当设定每个双极型晶体管的驱动能力。例如，可以通过控制发射极面积等，制造输出双极型晶体管和检测双极型晶体管，从而使输出双极型晶体管的驱动能力成为检测双极型晶体管的1000倍。

工业应用性

本发明适合电源装置、高压侧开关等需要具有忽略温度改变的较小绝对检测误差、并具有较小的依赖于温度改变的检测误差波动的过电流检测电路的装置。本发明还适合需要在较宽温度范围(例如，-40C°到125C°)下、高精度地执行过电流检测的车载电源装置。

Claims

1.一种过电流检测电路，对用于向负载输出电流的输出晶体管的过电流状态进行检测，然后输出过电流检测信号，所述过电流检测电路包括：

检测晶体管，与所述输出晶体管并联连接；

恒定电流电路，与所述检测晶体管的一端相连，并向所述检测晶体管馈送预定的恒定电流；以及

比较器，根据向所述负载馈送电流而产生的、所述输出晶体管的第一和第二电极之间的电压，与馈送所述恒定电流而产生的、所述检测晶体管的第一和第二电极之间的电压的比较结果，输出所述过电流检测信号。

2.一种过电流检测电路，对通过输出晶体管的第二电极向负载输出电流的所述输出晶体管的过电流状态进行检测，然后输出过电流检测信号，所述过电流检测电路包括：

检测晶体管，具有分别与所述输出晶体管的第一和控制电极共同连接的第一和控制电极；

恒定电流电路，与所述检测晶体管的第二电极相连，并向所述检测晶体管馈送预定的恒定电流；以及

比较器，根据所述输出晶体管的第二电极电势与所述检测晶体管的第二电极电势的比较结果，输出所述过电流检测信号。

3.根据权利要求1和2之一所述的过电流检测电路，

其中，所述输出晶体管和所述检测晶体管分别是功率MOS晶体管和检测MOS晶体管，以及

其中，根据所述功率MOS晶体管的预先定义的最大输出电流值、所述功率MOS晶体管的导通电阻值和所述检测MOS晶体管的导通电阻值，设定所述恒定电流的值。

4.根据权利要求1和2之一所述的过电流检测电路，

其中，所述输出晶体管是具有n(n是等于或大于2的整数)个单位单元晶体管的功率MOS晶体管，并且通过将n个单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联连接在一起而将所述输出晶体管形成为单个MOS晶体管，

其中，所述检测晶体管是由单个单位单元晶体管形成的检测MOS晶体管，或者是具有m(m是等于或大于2，并且小于n的整数)个单位单元晶体管的检测MOS晶体管，并且通过将m个单位单元晶体管的漏极、源极和栅极分别并联连接在一起而将所述检测晶体管形成为单个MOS晶体管，以及

其中，形成所述功率MOS晶体管的单位单元晶体管和形成所述检测MOS晶体管的单位单元晶体管是使用相同的制造工艺，在相同的半导体衬底上形成的。

5.根据权利要求1和2之一所述的过电流检测电路，

其中，所述恒定电流是通过向具有正温度系数的电阻和具有负温度系数的电阻的组合电阻施加预定基准电压而获得的电流，以及

其中，所述组合电阻的值适于被固定，而不依赖于温度变化。

6.一种电源装置，包括：

根据权利要求1和2之一所述的过电流检测电路，

所述输出晶体管，以及

平滑电路，对所述输出晶体管的输出侧电压进行平滑，并向所述负载输出电压。

7.根据权利要求6所述的电源装置，还包括

电压检测电路，根据提供给所述负载的电压，输出电压，以及

控制部分，根据从所述电压检测电路的输出，控制所述输出晶体管和所述检测晶体管。

8.根据权利要求7所述的电源装置，

其中，根据所述比较器的输出，对所述控制部分进行控制。