JP2008216262A - 電流検出回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】NMOS11をオン・オフさせることにより、ソレノイド15に流れる駆動電流は、変換回路16に流れる。変換回路16は、駆動電流に対応する電圧を出力する。増幅回路17は、変換回路16の出力電圧を増幅した電流検出結果を出力する。変換回路16を構成する抵抗素子161〜16nと増幅回路17を構成する素子とを共通の半導体基板100に近接して形成することにより、駆動電流で変換回路16が発熱しても、増幅回路17もほぼ同じ温度になり、温度補償用部品を用いなくても、高精度の電流検出が可能となる。
【選択図】図1
Description
例えば、自動変速車(オートマティック車)は、自動変速を実現するために油圧を利用して電子制御を行っている。
ソレノイド駆動装置に関する技術としては、例えば、特許文献1に記載されたものがある。この文献の内容は、この明細書に取り込むものとする。
図8は、前記文献の図2に示された従来のソレノイド駆動装置の概略構成を示す図である。
NMOS81のドレインは、バッテリ82の正極に接続されている。NMOS81のゲートは、制御回路83に接続されている。NMOS81のソースは、ダイオード84のカソードとソレノイド85の一端85aとに接続されている。
抵抗86の他端は、グランドに接続されている。抵抗86は、ソレノイド85に流れる電流に対応する電圧に変換する変換回路である。抵抗86の両端は、増幅器87の正相入力端子(+)と逆相入力端子(−)とに接続されている。
増幅器87の出力端子は、抵抗88の一端に接続されている。抵抗88の他端は、コンデンサ89の一方の電極に接続されている。コンデンサ89の他方の電極は、グランドに接続されている。
ソレノイド駆動装置80において、制御回路83は、図9Aに示すように、高レベル(以下、“H”という)と低レベル(以下、“L”という)とを繰り返す制御信号S83を、NMOS81のゲートに与える。
制御信号S83が“L”に変化すると、NMOS81がオフする。NMOS81がオフすると、ソレノイド85には、逆起電力が発生する。この逆起電力により、回生電流I0が、グランドからダイオード84のアノード、ダイオード84のカソード、ソレノイド85、抵抗86及びグランドのループに流れる。
増幅器87は、逆相入力端子に入力された電圧と正相入力端子に入力された電圧との差分を増幅し、図9Cのように脈動する電圧信号S87を出力する。
抵抗88とコンデンサ89とから構成される平滑回路は、増幅器87の出力する電圧信号S87を、図9Dのように平滑化して出力する。この平滑回路から出力される平滑化された電圧信号S87は、例えば制御回路83に帰還される。
また、平滑回路の出力は、例えば、A/D変換され、図示せぬ車両制御用のプロセッサに供給される。
同様の問題は、ソレノイド駆動装置に限らず、モータ等の他のアクチュエータの駆動装置にも存在する。
本発明は、構成部品数の少ない電流検出回路を提供することを他の目的とする。
本発明は、信頼性の高い温度検出回路を提供することをさらに他の目的とする。
検出対象の電流が流れ、流れた電流に対応する電気信号を発生する変換回路(16)と、
前記変換回路(16)の発生する電気信号を増幅して検出信号として出力する増幅回路(17)と、
から構成され、
前記変換回路(16)と前記増幅回路(17)とは、共通の半導体基板(100)に形成され、
前記増幅回路(17)は、ゲイン設定回路(21〜23)を備え、該ゲイン設定回路(21〜23)の特性に応じてゲインが変化し、
前記変換回路(16)と前記ゲイン設定回路(21〜23)とは、それぞれ複数の素子から構成され、該変換回路(16)を構成する複数の素子と該ゲイン設定回路(21〜23)を構成する複数の素子とは近接して配置され、該変換回路(16)の温度変化により前記電気信号が変化しても、該ゲイン設定回路の特性が該温度変化に応じて変化して前記検出信号が適正化される構成にしたことを特徴とする。
NMOS11は電流スイッチとして機能し、そのドレインは、電源12の正極に接続されている。NMOS11のゲートは、制御回路13に接続されている。NMOS11のソースは、ダイオード14のカソードとソレノイド15のコイルの一端15aとに接続されている。NMOS11は、オンしたとき、電源12からの電源電流I1をソレノイド15のコイルに流す。
制御回路13は、NMOS11のゲートに制御信号SCを与え、NMOS11をオン、オフする。
ダイオード14のアノードは、グランドに接続されている。ダイオード14のカソードは、NMOS11のソースとソレノイド15のコイルの一端15aとの接続点に接続されている。ダイオード14は、NMOS11がオフしたときにソレノイド15のコイルに発生する逆起電力によって生じる回生電流I0を、グランドからソレノイド15の一端15aへ流す。
増幅回路17としては、図2Aに示される増幅回路AA、図2Bに示される増幅回路AB、或いは増幅回路AAと増幅回路ABとを合成した増幅回路が用いられる。増幅回路AA、増幅回路AB、或いはこれらの増幅回路AAと増幅回路ABとを合成した増幅回路には、直列に接続された複数の抵抗素子から構成された抵抗回路21と、直列に接続された複数の抵抗素子から構成された抵抗回路22と、直列に接続された複数の抵抗素子から構成された抵抗回路23とが設けられる。抵抗回路21〜23は、増幅回路17のゲイン(増幅率)を調整するものである。抵抗回路21〜23は、それぞれ、通常の半導体抵抗素子製造技術を使用すれば、物理的に1つの抵抗素子で等価な容量(抵抗値、電流容量等)を有するものを製造可能であるが、敢えて、複数の抵抗素子の組合せにより構成されている。
スイッチング素子としてのNMOS11と制御回路13と変換回路16と増幅回路17と平滑回路18を含む周辺回路とは、例えば図3のように、半導体基板100にレイアウトされている。
図4A〜Dは、図1のソレノイド駆動装置10の動作を説明するための波形図である。
制御回路13は、NMOS11を駆動してオン、オフさせるために、図4Aのように、高レベル(以下、“H”という)と低レベル(以下、“L”という)とが繰り返される制御信号SCをNMOS11のゲートに与える。
制御信号SCが“L”のとき、NMOS11がオフ状態になり、電源12とソレノイド15との間が遮断される。電源12とソレノイド15の間が遮断されると、逆起電力により、一端15bがグランドに接続されたソレノイド15の他端15aの電圧が低下し、ダイオード14に順方向電圧が印加される。順方向電圧が印加されたダイオード14は、導通状態になり、グランドからソレノイド15の他端15aに、図4Bの回生電流I0を流す。ソレノイド15を流れた電流I0は、変換回路16の抵抗素子161〜16nに分れて流れグランドに流れる。これにより、ソレノイド15が電源電流I1と回生電流I0とで駆動される。
増幅回路17として、図2Aの増幅回路AAと同図Bの増幅回路ABとを合成した増幅回路を用いたときには、変換回路16が発生する電流I0,I1に対応する電圧信号を、増幅回路17が増幅し、図4Cのように脈動する電圧を出力する。この増幅回路17の出力電圧が、電流検出信号として平滑回路18に出力される。増幅回路17が出力する電流検出信号のゲインは、抵抗回路21〜23で設定されている。平滑回路18は、増幅回路17の出力電圧を、図4Dのように、平滑化する。
NMOS11、制御回路13,変換回路16、増幅回路17、平滑回路18を共通の半導体基板100に半導体デバイス製造プロセスを使用して形成したので、部品数を少なくすることができる。
NMOS11、制御回路13、変換回路16、増幅回路17、平滑回路18を共通の半導体基板100に形成したので、温度分布が均一化でき、温度補正用の部品を搭載しなくても、精度の高い電流検出が可能である。
変換回路16を複数の抵抗素子161〜16nで構成し、さらに、分散配置したので、発熱領域が広がり、半導体基板100の温度をより均一にできる。
抵抗回路21〜23をそれぞれ複数の抵抗素子で構成し、変換回路16の複数の抵抗素子161〜16nの間に配置したので、抵抗回路21〜23と、変換回路16との熱的結合がよくなり、電流検出の精度を高く維持できる。
上記実施形態では、増幅回路17中の抵抗回路21〜23、変換回路16の複数の抵抗素子161〜16nを純抵抗で構成した。これらの抵抗素子は、例えば、半導体基板内に不純物を拡散し、任意の不純物濃度(導電率)の領域から構成される。或いは、半導体基板上に絶縁膜を配置し、この上に形成された半導体又は抵抗層から構成されてもよい。さらに、純抵抗から構成される必要はなく、例えば、ゲートとソース又はドレインとが短絡されたMOSトランジスタや、ゲートに所定電圧が印加されたMOSトランジスタや、ベースに任意の電圧が印加されたバイポーラトランジスタなどから構成されてもよい。即ち、等価的に抵抗として機能する回路素子ならば任意のものを使用することができる。
NMOS11、ダイオード14、変換回路16、増幅回路17及び平滑回路18は、図5、図6のように接続しても、ソレノイド15を電流駆動できる。
図7に示すように、平滑回路18を、増幅回路17の出力信号を設定されたタイミングでサンプリングして保持するサンプルホールド回路19に置換してもよい。
12 電源
13 制御回路
14 ダイオード
15 ソレノイド
16 変換回路
161〜16n 抵抗素子
17 増幅回路
18 平滑回路
21〜23 抵抗回路
100 半導体基板
Claims (4)
- 検出対象の電流が流れ、流れた電流に対応する電気信号を発生する変換回路(16)と、
前記変換回路(16)の発生する電気信号を増幅して検出信号として出力する増幅回路(17)と、
から構成され、
前記変換回路(16)と前記増幅回路(17)とは、共通の半導体基板(100)に形成され、
前記増幅回路(17)は、ゲイン設定回路(21〜23)を備え、該ゲイン設定回路(21〜23)の特性に応じてゲインが変化し、
前記変換回路(16)と前記ゲイン設定回路(21〜23)とは、それぞれ複数の素子から構成され、該変換回路(16)を構成する複数の素子と該ゲイン設定回路(21〜23)を構成する複数の素子とは近接して配置され、該変換回路(16)の温度変化により前記電気信号が変化しても、該ゲイン設定回路の特性が該温度変化に応じて変化して前記検出信号が適正化される構成にしたことを特徴とする電流検出回路。 - 前記変換回路(16)を構成する素子の間に前記ゲイン設定回路(21〜23)を構成する素子の少なくとも一部は配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の電流検出回路。 - 前記変換回路(16)と前記ゲイン設定回路(21〜23)とは、該変換回路(16)に電流が流れることにより発生した熱により、該変換回路(16)を構成する素子と該ゲイン設定回路(21〜23)を構成する素子が加熱されるように配置されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電流検出回路。 - 前記変換回路(16)と前記ゲイン設定回路(21〜23)とは、それぞれ、複数の抵抗素子から構成される、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電流検出回路。
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