JP2002017036A - 過電流検知回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、過電流検出による電力消費を低減
し、電源電位の変動やスイッチ素子のオン抵抗の温度依
存性による誤差のない過電流検出回路を提供することに
ある。 【解決手段】 高電位電源ＶＢと低電位電源ＧＮＤとの
間の電圧を分圧することにより基準電位Ｖｒｅｆを発生
し、パワーＭＯＳ１５と負荷１７の接続点の電圧を所定
の電圧Ｖｓｎｓに分圧した電圧を基準電位Ｖｒｅｆと比
較してパワーＭＯＳ１５に過電流が流れたかどうかを検
出する。また、高電位電源ＶＢと低電位電源ＧＮＤとの
間の電圧の変動に依存しない定電流を発生し、発生した
定電流を基準電位Ｖｒｅｆの接続点に供給し、パワーＭ
ＯＳ１５のオン抵抗の変動に比例して定電流値を変化さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気負荷や電気負
荷を駆動するスイッチ素子に過大な電流が流れないよう
に保護するための過電流検知回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチ素子を用いて電気負荷を駆動す
るような電装部品においては、電気負荷に流れる電流を
検出し、所定値以上の過大な電流が流れることを防止し
て電気負荷やスイッチ素子を保護する必要があった。

【０００３】従来、電気負荷に流れる電流を検知するた
めの過電流検知回路としては、特開平１１−５１９８３
号公報に記載のような回路が報告されている。

【０００４】この過電流検知回路は、図５に示すよう
に、電気負荷（ランプ）ＬとバッテリＢとの間に電流検
出に用いるシャント抵抗Ｒｓを接続しておき、抵抗Ｒｓ
の両端の電位差から負荷電流ＩL を検出するという構成
になっている。

【０００５】この過電流検知回路では、シャント抵抗Ｒ
ｓをスイッチ素子に接続する構成であるために、この抵
抗部分に大電流が流れて電力を消費してしまうが、シャ
ント抵抗Ｒｓの両端の電位差を検出するためにはある程
度以上の抵抗値が必要となるので、抵抗部分での電力消
費を小さくするのは困難であった。

【０００６】また、シャント抵抗Ｒｓを用いずに負荷電
流を検出する方法として、電気負荷の電源側の端子の電
圧を監視して検出することも知られている。この方法
は、電気負荷の抵抗値が大きく変動するような場合には
用いることができない方法であるが、抵抗値が一定であ
る電気負荷の場合には有効な方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、抵抗値
が一定である電気負荷であっても、電気負荷の電源側の
端子の電圧を監視して検出する方法には、以下のような
問題があった。

【０００８】（１）特に車載された電装部品の場合、電
気負荷に電気を供給するための電源は、バッテリかオル
タネータであり、例えばバッテリの電圧範囲はＶＢ＝９
Ｖ〜１６Ｖに変動するため、電気負荷の抵抗値が一定で
あっても電源電圧が変動して電流検出の誤差要因となっ
ていた。

【０００９】（２）スイッチ素子のオン抵抗は、温度に
依存して変化する温度特性を持っており、スイッチ素子
のオン抵抗の温度依存性が電流検出の誤差要因となって
いた。特に、図６に示す温度特性グラフのように、一定
の電流を流してもパワーＭＯＳの温度特性により、検出
電流値が温度変化に応じて変化することとなり、誤差要
因となっていた。

【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、過電流検出による電力消費を低減
し、電源電位の変動やスイッチ素子のオン抵抗の温度依
存性による誤差のない過電流検出回路を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、高電位電源側に接続されたス
イッチ素子と、低電位電源側に接続された電気負荷と、
高電位電源と低電位電源との間の電圧を分圧することに
より基準電位を発生する基準電位発生回路と、スイッチ
素子と電気負荷の接続点の電圧を所定の電圧に分圧した
電圧を前記基準電位と比較する比較回路と、高電位電源
と低電位電源との間の電圧の変動に依存しない定電流を
発生し、発生した定電流を前記基準電位発生回路に供給
する電流発生回路と、前記スイッチ素子のオン抵抗の変
動に比例して前記定電流値を変化させる温度補償回路と
を有することを要旨とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、一端が低電位電源側に接続された電気負荷と、
前記電気負荷の他端と接続されるとともに高電位電源側
に接続されたスイッチ素子と、高電位電源と低電位電源
との間の電圧を分圧することにより基準電位を発生する
基準電位発生回路と、スイッチ素子と電気負荷の接続点
の電圧を所定の電圧に分圧した電圧を前記基準電位と比
較する比較回路と、前記スイッチ素子のオン抵抗による
温度特性に従って変化する電圧を検出する検出素子と、
前記検出素子により検出された電圧に比例して変化する
定電流を、前記比較回路に入力される基準電位の接続点
から流させる電流源とを有することを要旨とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記電流源は、前記スイッチ素子のオン抵抗が
小さくなるに従って、前記比較回路に入力される基準電
位が小さくなるように動作することを要旨とする。

【００１４】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記電気負荷に一定電流を流した場合、前記比
較回路に入力される前記基準電圧は、前記電流源の温度
係数と同一符号になるように補償することを要旨とす
る。

【００１５】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記検出素子は、前記スイッチ素子の近傍に配
置されたダイオードからなり、前記電流源は、このダイ
オードの温度特性により変化する順方向の降下電圧に比
例した電流を発生することを要旨とする。

【００１６】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記検出素子は、前記スイッチ素子を構成する
単位セルからなり、前記電流源は、この単位セルの温度
特性により変化する電圧に比例した電流を発生すること
を要旨とする。

【００１７】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、高電位
電源と低電位電源との間の電圧を分圧することにより基
準電位を発生し、スイッチ素子と電気負荷の接続点の電
圧を所定の電圧に分圧した電圧を基準電位と比較してス
イッチ素子に過電流が流れたかどうかを検出すること
で、過電流検出による電力消費を低減することができ
る。また、高電位電源と低電位電源との間の電圧の変動
に依存しない定電流を発生し、発生した定電流を基準電
位の接続点に供給し、スイッチ素子のオン抵抗の変動に
比例して前記定電流値を変化させることで、電源電位の
変動やスイッチ素子のオン抵抗の温度依存性による誤差
をなくすことができる。

【００１８】また、請求項２記載の本発明によれば、高
電位電源と低電位電源との間の電圧を分圧することによ
り基準電位を発生し、スイッチ素子と電気負荷の接続点
の電圧を所定の電圧に分圧した電圧をこの基準電位と比
較してスイッチ素子に過電流が流れたかどうかを検出す
ることで、過電流検出による電力消費を低減することが
できる。また、スイッチ素子のオン抵抗による温度特性
に従って変化する電圧を検出し、検出された電圧に比例
して変化する定電流を、前記基準電位の接続点から流さ
せることで、電源電位の変動やスイッチ素子のオン抵抗
の温度依存性による誤差をなくすことができる。

【００１９】また、請求項３記載の本発明によれば、電
流源は、スイッチ素子のオン抵抗が小さくなるに従っ
て、基準電位が小さくなるように動作することで、スイ
ッチ素子の温度特性に応じた基準電位の温度補償を行う
ことができる。この結果、スイッチ素子のオン抵抗の温
度依存性による誤差をなくすことができる。

【００２０】また、請求項４記載の本発明によれば、電
気負荷に一定電流を流した場合、基準電圧は、電流源の
温度係数と同一符号になるように補償するので、オン抵
抗の増減に応じて電流源の出力電流も増減させて温度特
性をキャンセルすることができ、良好な温度特性を得る
ことができる。

【００２１】また、請求項５記載の本発明によれば、検
出素子は、スイッチ素子の近傍に配置されたダイオード
からなり、電流源は、このダイオードの温度特性により
変化する順方向の降下電圧に比例した電流を発生するこ
とで、温度補償に用いるダイオードをスイッチ素子と同
一チップに容易に作り込むことができるため、良好な温
度特性を得ることができる。

【００２２】また、請求項６記載の本発明によれば、検
出素子は、スイッチ素子を構成する単位セルからなり、
電流源は、この単位セルの温度特性により変化する電圧
に比例した電流を発生することで、温度特性の補償に用
いる単位セルをスイッチ素子と同一チップに容易に作り
込むことができるため、温度特性に加えて、スイッチ素
子のオン抵抗の初期ばらつきによる影響をも軽減するこ
とができ、より良好な精度を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２４】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る過電流検知回路１１の構成を示す
図である。

【００２５】図１において、駆動回路１３は、パワーＭ
ＯＳ（ＦＥＴ）１５をオンオフ制御するための制御信号
を生成してパワーＭＯＳ１５のソース端子に供給する。
このパワーＭＯＳ１５のドレイン端子は高電位側の電源
ＶＢに接続されており、ソース端子は負荷１７の一端に
接続されている。そして、この負荷１７の他端は低電位
側のＧＮＤに接続されている。

【００２６】また、パワーＭＯＳ１５のソース端子と負
荷１７との接続点と、ＧＮＤとの間に直列に接続された
抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点により分圧する電位Ｖｓｎｓを
発生し、さらに、電源ＶＢとＧＮＤとの間に直列に接続
された抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点を分圧電圧とする基準電
位Ｖｒｅｆを発生し、この電位Ｖｓｎｓと基準電位Ｖｒ
ｅｆとをそれぞれ入力して両者を比較するコンパレータ
１９に接続されている。

【００２７】さらに、温度特性補償付電流源２１は、高
電位の電源ＶＢと低電位のＧＮＤとの間の電圧の変動に
依存しない定電圧電源Ｖｃｃに接続され、定電流Ｉｒｅ
ｆを発生して抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点に供給して抵抗Ｒ
３に流す合成電流を補正して基準電位Ｖｒｅｆを調整し
ている。

【００２８】また、パワーＭＯＳ１５には、パワーＭＯ
Ｓ１５と同一チップ２３上に形成され、パワーＭＯＳ１
５のオン抵抗の変動に比例して温度特性補償付電流源２
１の定電流値を変化させるセンスダイオード２５からな
る温度補償回路が設けられている。

【００２９】ここで、センスダイオード２５をパワーＭ
ＯＳ１５と同一チップ２３上に形成させるための作り込
み方法について説明する。

【００３０】パワーＭＯＳ１５のオン抵抗に対して温度
特性を補償するためのセンスダイオード２５は、パワー
ＭＯＳ１５の近傍に配置されるのが望ましく、可能なら
ばパワーＭＯＳ１５と同一チップに作り込まれるのが理
想的である。

【００３１】図１に示す例では、温度特性の補償に用い
る検出素子として例えば３段直列のダイオードを使用し
ているが、通常、パワーＭＯＳ１５と同一チップ上にダ
イオードを作り込む場合、Ｐｏｌｙ−Ｓｉダイオードが
適している。Ｐｏｌｙ−Ｓｉを用いた場合、チップ表面
上に形成されるため、パワーＭＯＳ１５のデバイス構造
に因らず作り込むことが可能となる。

【００３２】次に、定電流Ｉｒｅｆを生成する温度特性
補償付電流源２１の構成について説明する。

【００３３】温度特性補償付電流源２１には、ＮＭＯＳ
２７，２９からなるカレントミラー回路が設けられてい
る。定電圧電源Ｖｃｃは、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、センスダイ
オード２５の順に直列に接続されＧＮＤに接地されてい
る。また、定電圧電源Ｖｃｃは、抵抗Ｒｓ、ＰＭＯＳ３
１、ＮＭＯＳ２７の順に直列に接続されＧＮＤに接地さ
れている。

【００３４】そして、オペアンプ３３の正相入力端子
（＋）には、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの接続点が接続さ
れ、パワーＭＯＳ１５のオン抵抗による温度特性に従っ
て変化するセンスダイオード２５の順方向降下電圧に応
じて、正相入力端子（＋）の入力電圧が変化する。一
方、オペアンプ３３の逆相入力端子（−）には、抵抗Ｒ
ｓとＰＭＯＳ３１のドレイン端子との接続点が接続され
ている。

【００３５】次に、図１を参照して、過電流検知回路１
１に設けられたコンパレータ１９による過電流検出方法
について説明する。

【００３６】パワーＭＯＳ１５に対してドレイン端子側
の電圧をＶα、ソース端子側の電圧をＶβ、パワーＭＯ
Ｓ１５のオン抵抗をＲｏｎとすると、パワーＭＯＳ１５
に流れる電流は（Ｖα−Ｖβ）／Ｒｏｎとなる。

【００３７】そこで、オン抵抗Ｒｏｎが、例えば温度依
存性を持たず常時一定であると仮定すると、ドレイン端
子側の電圧Ｖαとソース端子側の電圧Ｖβとの電圧差を
コンパレータ１９で比較すれば、パワーＭＯＳ１５に過
電流が流れているのか否かが判断できる。なお、本実施
の形態では、上述したように、ドレイン側の電圧Ｖαを
抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した電圧Ｖｒｅｆと、ソース側の
電圧Ｖβを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧Ｖｓｎｓとの
電圧差をコンパレータ１９で比較するように構成してい
る。

【００３８】ところが、パワーＭＯＳ１５のオン抵抗Ｒ
ｏｎは、温度特性を持つため、コンパレータ１９の比較
基準となる電圧Ｖｒｅｆを温度補正する必要がある。

【００３９】例えば、オン抵抗Ｒｏｎが小さくなった場
合、ドレイン端子側の電圧Ｖαとソース端子側の電圧Ｖ
βとの電圧差が同じであっても、パワーＭＯＳに流れる
電流は大きくなる。従って、単純にドレイン端子側の電
圧Ｖαとソース端子側の電圧Ｖβとの電圧差を比較して
も、パワーＭＯＳ１５に過電流が流れているのか否かを
判断できない場合がある。

【００４０】そこで、第１の実施の形態では、オン抵抗
Ｒｏｎが小さくなると、ドレイン端子側の電圧Ｖαを抵
抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した電圧Ｖｒｅｆが小さくなるよう
に温度特性補償付電流源２１を設けている。

【００４１】以下、図１に示す温度特性補償付電流源２
１の基本的な動作について説明する。

【００４２】温度特性補償付電流源２１が流す電流の値
は、オペアンプ３３の２つの入力端子に印可される電圧
差により設定される。

【００４３】オペアンプ３３の正相入力端子（＋）の電
圧は、抵抗Ｒａ，Ｒｂ及びセンスダイオード２５の電圧
降下分で設定され、センスダイオード２５の電圧降下を
パワーＭＯＳ１５の温度変化に合わせて変化させると、
オペアンプ３３の２つの入力端子に印可される電圧差が
変化して、オペアンプ３３により制御されるＰＭＯＳ３
１の導通状態が制御され、オペアンプ３３の２つの入力
端子に印可される電圧差に応じた電流がＮＭＯＳ２７に
流れる。

【００４４】そして、カレントミラー回路を構成する一
方のＮＭＯＳ２７に流れる電流と、他方のＮＭＯＳ２９
に流れる電流との電流和が一定になるように、ＮＭＯＳ
２９を通して抵抗Ｒ３，Ｒ４の交点から温度特性補償付
電流源２１に電流Ｉｒｅｆが流れ込む。

【００４５】この結果、図１に示すように、抵抗Ｒ４と
温度特性補償付電流源２１が並列に接続されているた
め、温度特性補償付電流源２１が流す電流Ｉｒｅｆが小
さくなる。

【００４６】一方、抵抗Ｒ３，Ｒ４の交点の電圧Ｖｒｅ
ｆは大きくなり、温度特性補償付電流源２１が流す電流
Ｉｒｅｆが大きくなると、抵抗Ｒ３，Ｒ４の交点の電圧
Ｖｒｅｆは小さくなる。

【００４７】従って、温度の変動に合わせて、温度特性
補償付電流源２１が流す電流Ｉｒｅｆを変更させ、抵抗
Ｒ３，Ｒ４の交点の電圧を変更させることで、パワーＭ
ＯＳ１５のオン抵抗Ｒｏｎが温度に依存して変動しても
温度補償ができることになる。

【００４８】なお、「パワーＭＯＳ１５の温度とオン抵
抗Ｒｏｎとの依存関係」及び「パワーＭＯＳ１５の温度
と温度特性補償付電流源２１が流す電流との依存関係」
は予め実験などにより検証しておけばよい。

【００４９】次に、図１を参照して、第１の実施の形態
に係る過電流検知回路１１における過電流検知特性を説
明する。

【００５０】なお、以下の説明においては、パワーＭＯ
Ｓ１５に流れる電流をＩｄ、過電流検知のしきい値電流
をＩｏｃ、パワーＭＯＳ１５のオン抵抗をＲｏｎ、コン
パレータ１９の正相入力端子（＋）の電圧をＶｒｅｆ、
コンパレータ１９の逆相入力端子（−）の電圧をＶｓｎ
ｓ、温度特性補償付電流源２１の出力電流をＩｒｅｆと
する。

【００５１】駆動回路１３から出力されるオン制御信号
に応じてパワーＭＯＳ１５がオン動作して、パワーＭＯ
Ｓ１５のドレイン端子からソース端子に向かって電流Ｉ
d が流れているオン状態の場合、コンパレータ１９の逆
相入力端子（−）の電圧Ｖｓｎｓと正相入力端子（＋）
の電圧Ｖｒｅｆは、

【数１】 Ｖｓｎｓ＝（ＶＢ−Ｒｏｎ・Ｉｄ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）…（１） Ｖｒｅｆ＝ＶＢ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４） −Ｉｒｅｆ×Ｒ３・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４） …（２） となる。

【００５２】ここで、コンパレータ１９による過電流検
知時には、Ｉｄ＝Ｉｏｃ、Ｖｓｎｓ＝Ｖｒｅｆとなるた
め、（１），（２）式より、

【数２】 （ＶＢ−Ｒｏｎ・Ｉｏｃ）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） ＝ＶＢ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）−Ｉｒｅｆ×Ｒ３・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４） ∴Ｉｏｃ＝｛（１−Ｘ）・ＶＢ＋Ｘ・Ｒ３・Ｉｒｅｆ｝／Ｒｏｎ …（３） となる。但し、

【数３】 Ｘ＝（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ２ となる。

【００５３】一方、抵抗Ｒ１、Ｒ２及び抵抗Ｒ３，Ｒ４
の分圧比を等しくすることにより、Ｘ＝１となるので、
（３）式は、

【数４】 Ｉｏｃ＝Ｒ３・Ｉｒｅｆ／Ｒｏｎ …（４） と表される。

【００５４】（４）式の構成要素の中で温度変化に対す
る感度は、パワーＭＯＳ１５のオン抵抗Ｒｏｎが際立っ
て大きいため、過電流検知の温度特性はパワーＭＯＳ１
５のオン抵抗Ｒｏｎの温度特性に依存することとなる。

【００５５】そこで、オン抵抗Ｒｏｎの温度係数の符号
が正のため、温度特性補償付電流源２１の出力電流Ｉｒ
ｅｆにも正の温度係数を持たせることにより、オン抵抗
の増減に応じて出力電流Ｉｒｅｆも増減させ、（４）式
の温度特性をキャンセルするような構成をとることとす
る。

【００５６】ここで、図１における温度特性補償付電流
源２１の特性を説明する。

【００５７】センスダイオード２５の順方向電圧ＶＦ、
カレントミラー回路のカレントミラー比ｍから、温度特
性補償付電流源２１の出力電流Ｉｒｅｆは、

【数５】 Ｉｒｅｆ＝ｍ・｛Ｖｃｃ−（Ｖｃｃ−ＶＦ） ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）｝／Ｒｓ ＝ｍ・｛Ｖｃｃ・Ｒａ／（Ｒａ＋Ｒｂ） −ＶＦ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）｝／Ｒｓ …（５） となる。なお、センスダイオード２５の順方向電圧は、
負の温度係数を持っているため、（５）式は正の温度係
数を示すこととなる。

【００５８】温度特性の補償を行わない場合、図６に示
す従来の温度特性グラフのように、一定の電流を流して
もパワーＭＯＳの温度特性により、検出電流値が温度変
化に応じて変化している。

【００５９】一方、本実施の形態では、パワーＭＯＳ１
５が温度特性を持っていても、図２に示す温度特性グラ
フのように、検出電流値は温度変化に拘わらず略一定と
なる。

【００６０】なお、図２に示すグラフ中に記載されてい
るｍｉｎ，ｔｙｐ，ｍａｘは、図１に示す過電流検知回
路の動作状態をシミュレーションした場合に、回路を構
成する各素子の誤差を考慮して最大値，最小値，代表値
を示したものである。

【００６１】本発明の第１の実施の形態に関する効果と
しては、パワーＭＯＳ１５のオン抵抗の温度特性を補償
するために、検知電流のしきい値を設定している電流源
に温度特性をもたせることで、パワーＭＯＳ１５のドレ
イン端子とソース端子間の電圧を比較するだけで、使用
温度範囲及び使用電圧範囲の広い、実用的な精度を持つ
過電流検知回路を実現することができる。この結果、例
えば従来技術のようにシャント抵抗等の余分な素子をパ
ワーＭＯＳに接続することなく、過電流検出による電力
消費を低減することができる。

【００６２】また、パワーＭＯＳ１５の近傍に配置され
たセンスダイオード５５による順方向降下電圧を利用し
て、温度特性補償付電流源２１に温度特性を持たせるこ
とで、温度補償に用いるダイオードをパワーＭＯＳ１５
と同一チップ１５に容易に作り込むことができるため、
良好な温度特性を得ることができる。

【００６３】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態に係る過電流検知回路５１の構成を示す
図である。なお、図３に示す温度特性補償付電流源５３
は、第１の実施の形態において説明した温度特性補償付
電流源２１と同様に動作するので、その説明を省略す
る。

【００６４】ここで、第２の実施の形態における特徴的
な構成部分について説明する。

【００６５】温度特性補償付電流源５３の定電圧電源Ｖ
ｃｃは、抵抗Ｒａ、Ｒｂの順に直列に接続されＧＮＤに
接地されている。また、定電圧電源Ｖｃｃは、抵抗Ｒ
ｓ、センスダイオード５５、ＰＭＯＳ３１、ＮＭＯＳ２
７の順に直列に接続されＧＮＤに接地されている。

【００６６】そして、オペアンプ３３の正相入力端子
（＋）には、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの接続点が接続さ
れ、オペアンプ３３の逆相入力端子（−）には、センス
ダイオード５５のカソード端子とＰＭＯＳ３１のドレイ
ン端子との接続点が接続されている。パワーＭＯＳ１５
のオン抵抗による温度特性に従って変化するセンスダイ
オード２５の順方向降下電圧に応じて、オペアンプ３３
の逆相入力端子（−）の入力電圧が変化する。

【００６７】そして、温度特性補償付電流源５３が流す
電流Ｉｒｅｆの値は、オペアンプ３３の２つの入力端子
に印可される電圧差により設定される。

【００６８】第１の実施の形態における温度特性補償付
電流源２１では、オペアンプ３３の正相入力端子（＋）
に入力される電圧を変化させることで、電流値Ｉｒｅｆ
を制御していた。これに対して、第２の実施の形態にお
ける温度特性補償付電流源５３は、オペアンプ３３の逆
相入力端子（−）に入力される電圧を変化させること
で、電流値Ｉｒｅｆを制御している。

【００６９】なお、温度特性補償付電流源５３に用いる
センスダイオード５５の温度特性は、パワーＭＯＳ１５
の温度特性と逆特性を有する必要がある。

【００７０】次に、図３を参照して、第２の実施の形態
に係る過電流検知回路５１における過電流検知特性の特
徴的部分についてのみ説明する。なお、本説明の基本的
部分は第１の実施の形態において説明したので、その説
明を省略することとする。

【００７１】ここで、図３に示す温度特性補償付電流源
５３の特性を説明する。

【００７２】センスダイオード５５の順方向電圧をＶ
Ｆ、カレントミラー比をｍとし、温度特性補償付電流源
５３の出力電流Ｉｒｅｆは、

【数６】 Ｉｒｅｆ＝ｍ・｛Ｖｃｃ−ＶＦ−Ｖｃｃ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）｝／Ｒｓ ＝ｍ・（Ｖｃｃ・Ｒａ／（Ｒａ＋Ｒｂ）−ＶＦ）／Ｒｓ…（６） となる。なお、センスダイオード５５の順方向電圧は、
負の温度係数を持っているため、（６）式は正の温度係
数を示すこととなる。

【００７３】本発明の第２の実施の形態に関する効果と
しては、パワーＭＯＳ１５の近傍に配置されたセンスダ
イオード５５による順方向降下電圧を利用して、温度特
性補償付電流源２１に温度特性を持たせることで、温度
特性の補償に用いるダイオードをパワーＭＯＳ１５と同
一チップ１５に容易に作り込むことができるため、良好
な温度特性を得ることができる。

【００７４】（第３の実施の形態）図４は、本発明の第
３の実施の形態に係る過電流検知回路７１の構成を示す
図である。なお、図４に示す温度特性補償付電流源７３
は、第１の実施の形態において説明した温度特性補償付
電流源２１と同様に動作するので、その説明を省略す
る。

【００７５】ここで、第３の実施の形態における特徴的
な構成部分について説明する。

【００７６】温度特性補償付電流源５３の定電圧電源Ｖ
ｃｃは、抵抗Ｒａ、センスＭＯＳ７５のドレイン端子、
ソース端子、抵抗Ｒｂの順に直列に接続されＧＮＤに接
地されている。また、定電圧電源Ｖｃｃは、抵抗Ｒｓ、
ＰＭＯＳ３１、ＮＭＯＳ２７の順に直列に接続されＧＮ
Ｄに接地されている。

【００７７】そして、オペアンプ３３の正相入力端子
（＋）には、センスＭＯＳ７５のソース端子と抵抗Ｒｂ
との接続点が接続され、オペアンプ３３の逆相入力端子
（−）には、抵抗ＲａとＰＭＯＳ３１のドレイン端子と
の接続点が接続されている。パワーＭＯＳ１５のオン抵
抗による温度特性に従って変化するセンスＭＯＳ７５の
ドレイン端子−ソース端子間の電圧に応じて、オペアン
プ３３の正相入力端子（＋）の入力電圧が変化する。

【００７８】そして、温度特性補償付電流源７３が流す
電流Ｉｒｅｆの値は、オペアンプ３３の２つの入力端子
に印可される電圧差により設定される。

【００７９】第３の実施の形態における温度特性補償付
電流源７３では、オペアンプ３３の正相入力端子（＋）
の電圧を変化させることで、電流値Ｉｒｅｆを制御す
る。

【００８０】なお、温度特性補償付電流源７３に用いる
センスＭＯＳ７５の温度特性は、パワーＭＯＳ１５の温
度特性と同じ特性を有する必要がある。

【００８１】次に、図４を参照して、第３の実施の形態
に係る過電流検知回路７１における過電流検知特性の特
徴的部分についてのみ説明する。なお、本説明の基本的
部分は第１の実施の形態において説明したので、その説
明を省略することとする。

【００８２】ここで、図４に示す温度特性補償付電流源
７１の特性を説明する。

【００８３】パワーＭＯＳ１５の単位セルのオン抵抗を
Ｒｏｎｓとし、カレントミラー比をｍとすると、温度特
性補償付電流源７３の出力電流Ｉｒｅｆは、

【数７】 Ｉｒｅｆ＝ｍ・｛Ｖｃｃ−Ｖｃｃ・Ｒｂ／（Ｒｏｎｓ＋Ｒｂ）｝／Ｒｓ ＝ｍ・Ｖｃｃ・Ｒｏｎｓ／（Ｒｏｎｓ＋Ｒｂ）／Ｒｓ ＝ｍ・Ｖｃｃ／（１＋Ｒｂ／Ｒｏｎｓ）／Ｒｓ …（７） となる。なお、パワーＭＯＳ１５の単位セルのオン抵抗
は正の温度係数を持っているため、（７）式は正の温度
係数を示す。

【００８４】ここで、温度特性の補償に用いる検出素子
となるセンスＭＯＳ７５の作り込みについて説明する。

【００８５】図４に示す例では、温度特性の補償に用い
る検出素子としてパワーＭＯＳ１５の単位セルを使用し
ており、特に、単位セルのドレイン端子とソース端子を
パワーＭＯＳ１５から独立して取り出す必要がある。こ
のため、複合プロセス等で多用されるＬＤＭＯＳ等の横
型のデバイス構造が必須となる。

【００８６】なお、パワーＭＯＳ１５のデバイス構造と
して、チップの裏面を共通ドレインとするような縦型の
パワーＭＯＳには適さない。

【００８７】本発明の第３の実施の形態に関する効果と
しては、同一チップ上で単位セルのドレイン端子とソー
ス端子を独立させることが可能なデバイス構造を持った
パワーＭＯＳ１５を用いて、パワーＭＯＳ１５の単位セ
ルとなるセンスＭＯＳ７５のオン抵抗を利用して、温度
特性補償付電流源７１に温度特性を持たせることで、温
度特性の補償に用いるセンスＭＯＳ７５をパワーＭＯＳ
１５と同一チップ１５に容易に作り込むことができるた
め、温度特性に加えて、パワーＭＯＳ１５のオン抵抗の
初期ばらつきによる影響をも軽減することができ、より
良好な精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る過電流検知回
路１１の構成を示す図である。

【図２】過電流検知回路１１の動作状態をシミュレーシ
ョンした場合の過電流検知特性を示すグラフである。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る過電流検知回
路５１の構成を示す図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る過電流検知回
路７１の構成を示す図である。

【図５】従来の過電流検知回路を示す図である。

【図６】従来の過電流検知特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１３ 駆動回路 １５ パワーＭＯＳ（スイッチ素子） １７ 負荷 １９ コンパレータ（比較回路） ２１，５３，７３ 温度特性補償付電流源 ２５，５５ センスダイオード（検出素子） ３３ オペアンプ ７５ センスＭＯＳ（検出素子、単位セル）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G035 AA03 AA16 AA20 AB02 AC01 AC02 AC15 AD03 AD07 AD11 AD20 AD23 AD56 5G004 AA04 AB02 BA03 BA04 DA04 DC04 DC12 EA01 5J032 AA02 AB02 AC12 AC18 5J055 AX34 AX53 AX64 BX16 CX28 CX29 DX22 DX64 EX07 EX12 EX21 EY01 EY12 EY21 EZ04 EZ09 EZ10 EZ57 FX12 FX17 FX35 GX01 GX06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高電位電源側に接続されたスイッチ素子
   と、 低電位電源側に接続された電気負荷と、 高電位電源と低電位電源との間の電圧を分圧することに
   より基準電位を発生する基準電位発生回路と、 スイッチ素子と電気負荷の接続点の電圧を所定の電圧に
   分圧した電圧を前記基準電位と比較する比較回路と、 高電位電源と低電位電源との間の電圧の変動に依存しな
   い定電流を発生し、発生した定電流を前記基準電位発生
   回路に供給する電流発生回路と、 前記スイッチ素子のオン抵抗の変動に比例して前記定電
   流値を変化させる温度補償回路とを有することを特徴と
   する過電流検知回路。
2. 【請求項２】 一端が低電位電源側に接続された電気負
   荷と、 前記電気負荷の他端と接続されるとともに高電位電源側
   に接続されたスイッチ素子と、 高電位電源と低電位電源との間の電圧を分圧することに
   より基準電位を発生する基準電位発生回路と、 スイッチ素子と電気負荷の接続点の電圧を所定の電圧に
   分圧した電圧を前記基準電位と比較する比較回路と、 前記スイッチ素子のオン抵抗による温度特性に従って変
   化する電圧を検出する検出素子と、 前記検出素子により検出された電圧に比例して変化する
   定電流を、前記比較回路に入力される基準電位の接続点
   から流させる電流源とを有することを特徴とする過電流
   検知回路。
3. 【請求項３】 前記電流源は、 前記スイッチ素子のオン抵抗が小さくなるに従って、前
   記比較回路に入力される基準電位が小さくなるように動
   作することを特徴とする請求項２記載の過電流検知回
   路。
4. 【請求項４】 前記電気負荷に一定電流を流した場合、
   前記比較回路に入力される前記基準電圧は、前記電流源
   の温度係数と同一符号になるように補償することを特微
   とする請求項２記載の過電流検知回路。
5. 【請求項５】 前記検出素子は、 前記スイッチ素子の近傍に配置されたダイオードからな
   り、 前記電流源は、 このダイオードの温度特性により変化する順方向の降下
   電圧に比例した電流を発生することを特微とする請求項
   ２記載の過電流検知回路。
6. 【請求項６】 前記検出素子は、 前記スイッチ素子を構成する単位セルからなり、 前記電流源は、 この単位セルの温度特性により変化する電圧に比例した
   電流を発生することを特微とする請求項２記載の過電流
   検知回路。