JP2009147411A - 過電流検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタの過電流を正確に検出できる過電流検出回路を提供することである。
【解決手段】ＭＯＳトランジスタＱ３のゲートにはツェナーダイオードＺＤ１のアノードが接続され、ツェナーダイオードのカソードは駆動回路１２の出力に接続されている。駆動信号の電圧レベルがツェナー電圧以上のとき、ＭＯＳトランジスタＱ３がオン、ＭＯＳトランジスタＱ２がオフして、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が、出力端子Ｔ１から出力される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トランジスタの過電流を検出する過電流検出回路に関する。

半導体素子を過電流から保護するために過電流検出回路が用いられている。従来、電流経路に抵抗を挿入し、抵抗の両端の電圧を測定することで過電流を検出する過電流検出回路が知られている。

抵抗を用いた過電流検出回路は、負荷電流が大きい場合に、抵抗によるエネルギー損失が大きくなるという問題点があった。
特許文献１には、オン時に、電源電圧より高い電圧を出力するＭＯＳＦＥＴ駆動回路と、ＭＯＳＦＥＴの出力電圧と基準電圧を比較する比較器とを有する過電流検出装置について記載されている。

特許文献２には、電界効果トランジスタのドレイン−ソース間オン電圧を検出するオン電圧検出手段と、電界効果トランジスタのゲート電圧を検出するゲート電圧検出手段と、サージ許容時間の経過信号を出力するサージ許容手段と、電界効果トランジスタに駆動信号を与えた後、ドレイン−ソース間オン電圧が基準電圧より大きいとき、過負荷電流検出信号を出力する過負荷電流検出手段とを有する出力回路について記載されている。

図３（Ａ）、（Ｂ）は、従来の過電流検出回路を示す図である。図３（Ａ）の過電流検出回路３１は、ＭＯＳトランジスタＱ１１をオン、オフするための駆動信号を供給する駆動回路３２と、カソードがＭＯＳトランジスタＱ１１のゲートに接続され、アノードが出力端子Ｔ１に接続されたダイオードＤ１１と、一端がＭＯＳトランジスタＱ１１のドレインに接続され、他端が出力端子Ｔ１に接続された抵抗Ｒ１１とからなる。

図３（Ｂ）の過電流検出回路４１は、図３（Ａ）のダイオードＤ１１の替わりに抵抗Ｒ１２を、抵抗Ｒ１１の替わりにダイオードＤ１２を用いたものである。
図３（Ａ）、（Ｂ）の過電流検出回路３１、４１は、駆動回路３２から、ＭＯＳトランジスタＱ１１をオフ状態にする駆動信号が出力されているときには、出力端子Ｔ１の電圧はほぼ０Ｖになる。また、駆動回路３２からＭＯＳトランジスタＱ１１をオン状態にする駆動信号が出力されているときには、ＭＯＳトランジスタＱ１１のドレイン電圧が出力端子Ｔ１から出力される。この出力端子Ｔ１の電圧は、図示しない過電流判定回路に出力され、ＭＯＳトランジスタＱ１１のドレイン・ソース電圧が閾値以上か否かにより、ＭＯＳトランジスタＱ１１に過電流が流れているか否かが判定される。

図３（Ａ）、（Ｂ）の回路では、駆動信号が０Ｖから正の値に変化し、ＭＯＳトランジスタＱ１１が十分にオンになっていない状態で、オフ時のドレイン電圧が出力端子Ｔ１から出力されることがある。過電流判定回路が、過電流か否かを判定する閾値電圧を、このときのドレイン電圧より十分高く設定することができる場合には、問題が生じないが、両者の差が小さい場合には、ＭＯＳトランジスタＱ１１に過電流が流れたものと誤判定してしまう可能性がある。

上記の問題を解決するために、例えば、電圧の変化をＲＣフィルタ等を用いて遅延させることが考えられるが、その方法では過電流の検出タイミングが遅くなるので半導体素子が破壊してしまう可能性がある。
実開平７−１１０３１号公報 特開平１０−１１６１０７号公報

本発明の課題は、トランジスタの過電流を正確に検出できる過電流検出回路を提供することである。

本発明は、スイッチング動作をする第１のトランジスタの過電流を検出する過電流検出回路であって、前記第１のトランジスタの駆動信号の電圧レベルが一定値未満のとき、前記第１のトランジスタの電圧を出力せず、前記駆動信号の電圧レベルが一定値以上のとき、前記第１のトランジスタの電圧を出力する。

この発明によれば、駆動信号の電圧レベルが一定値以上のときのみ第１のトランジスタの電圧を出力することで過電流の誤検出を防止できる。これにより、トランジスタの過電流を正確に検出することができる。

上記の過電流検出回路において、前記第１のトランジスタの電圧を出力する出力端子に接続される第２のトランジスタを有し、前記駆動信号の電圧レベルが一定値未満のときには、前記第２のトランジスタをオン状態にして前記出力端子から前記第１のトランジスタの電圧が出力されないようにし、前記駆動信号の電圧レベルが一定値以上のときには、前記第２のトランジスタをオフ状態にして前記出力端子から前記第１のトランジスタの電圧を出力する。

このように構成することで、駆動信号の電圧レベルが一定値以上のときのみ、第２のトランジスタをオフ状態にして第１のトランジスタの電圧を出力させることができる。
上記の過電流検出回路において、前記第１のトランジスタの電圧を出力する出力端子に接続される第２のＭＯＳトランジスタと、前記第２のＭＯＳトランジスタをオン、オフする第３のＭＯＳトランジスタと、前記駆動信号がカソードに印加され、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲートにアノードが接続されたツェナーダイオードを有し、前記駆動信号の電圧レベルが前記一定値である前記ツェナーダイオードのツェナー電圧以上のとき、前記第３のＭＯＳトランジスタがオン状態となり前記出力端子から前記第１のトランジスタの電圧を出力する。

このように構成することで、駆動信号の電圧レベルがツェナー電圧以上となったときのみ、出力端子から第１のトランジスタの電圧を出力することができる。
上記の過電流検出回路において、前記第２及び第３のＭＯＳトランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタからなり、前記ツェナーダイオードのアノードが抵抗の一端に接続され、前記抵抗の他端が前第２及び第３のＭＯＳトランジスタのソースに共通接続されている。

このように構成することで、駆動信号の電圧レベルがツェナー電圧以上となったときのみ、出力端子から第１のトランジスタの電圧を出力することができる。
上記の過電流検出回路において、前記第２及び第３のトランジスタはＭＯＳトランジスタからなり、前記駆動信号が直列に接続された複数の抵抗の一端に印加され、前記複数の抵抗で分圧した電圧が第３のＭＯＳトランジスタのゲートに印加される。

このように構成することで、直列に接続された複数の抵抗の一端に印加される電圧レベルが一定値以上のときのみ、出力端子から第１のトランジスタの電圧を出力することができる。

この発明によれば、スイッチング動作時のトランジスタの過電流を正確に検出することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、実施の形態の過電流検出回路１１の回路図である。
過電流検出回路１１は、スイッチング動作をするｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２、Ｑ３と、ツェナーダイオードＺＤ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３からなる。

ＭＯＳトランジスタＱ１（第１のトランジスタに対応する）のゲートには、駆動回路１２から出力される駆動信号が与えられており、駆動信号に応じてオン、オフして所望の電流Ｉを負荷に供給する。

ＭＯＳトランジスタＱ３（第３のトランジスタに対応する）のゲートには、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードと抵抗Ｒ３が接続され、ドレインは抵抗Ｒ２を介して５Ｖ電源に接続され、ソースはＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２のソースと共通接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１のカソードは、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに接続されている。抵抗Ｒ３の他端は、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ３のソースと共通接続されている。

ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２（第２のトランジスタに対応する）のゲートは、ＭＯＳトランジスタＱ３のドレインに接続され、ドレインは抵抗Ｒ１を介してＭＯＳトランジスタＱ１のドレインに接続されると共に出力端子Ｔ１に接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ２のソースは、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ３のソースと共通接続されている。なお、出力端子Ｔ１は、図示しない過電流判定回路に電圧を出力するための論理的な接続点を示している。

ここで、実施の形態の過電流検出回路１１の動作を説明する。最初に、ＭＯＳトランジスタＱ１がオフ状態のときの動作を説明する。
駆動回路１２からＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに、ＭＯＳトランジスタＱ１をオフ状態にする駆動信号が与えられているときには、ツェナーダイオードＺＤ１はオフ状態となる。ツェナーダイオードＺＤ１がオフ状態のときには、ＭＯＳトランジスタＱ３のゲート・ソース間電圧はほぼ０Ｖとなるので、ＭＯＳトランジスタＱ３はオフ状態となる。

ＭＯＳトランジスタＱ３がオフ状態になると、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに抵抗Ｒ２を介して５Ｖの電圧が印加され、ＭＯＳトランジスタＱ２がオン状態となる。ＭＯＳトランジスタＱ２がオン状態となると、出力端子Ｔ１の電圧は、ＭＯＳトランジスタＱ１のソースの電位とほぼ等しくなり、ＭＯＳトランジスタＱ１のソースを基準とした出力端子Ｔ１の電圧はほぼ０Ｖとなる。

次に、ＭＯＳトランジスタＱ１をオン状態にする駆動信号が与えられた場合の動作について説明する。
ツェナーダイオードＺＤ１は、駆動信号の電圧レベルがツェナー電圧未満（一定値未満）のときオフ状態となり、駆動信号の電圧レベルがツェナー電圧以上（一定値以上）のときオン状態となる。

駆動信号の電圧レベルが０Ｖからツェナー電圧に達するまでの期間は、ＭＯＳトランジスタＱ３のゲート・ソース間電圧（以下、ゲート電圧という）は０Ｖとなり、ＭＯＳトランジスタＱ３はオフ状態を維持する（駆動信号の電圧レベルが０Ｖのときと同じ状態）。ＭＯＳトランジスタＱ３がオフ状態のとき、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートには５Ｖの電圧が印加されるので、ＭＯＳトランジスタＱ２はオン状態を維持する。

このとき、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに与えられる駆動信号は０Ｖから正の電圧に次第に上昇していくが、ＭＯＳトランジスタＱ１が完全にオン状態となるまでの期間は、オン状態のときより高いドレイン・ソース間電圧が出力される。駆動信号の電圧レベルがツェナー電圧未満のときは、ＭＯＳトランジスタＱ３はオフ状態を維持し、ＭＯＳトランジスタＱ２はオン状態を維持し、出力端子Ｔ１の電圧はＭＯＳトランジスタＱ１のソース電位と同じ電位となる。

従って、駆動信号の電圧レベルが０Ｖからツェナー電圧に達するまでの間は、出力端子Ｔ１の電圧はＭＯＳトランジスタＱ１のソース電位と等しく、ソースを基準とした出力端子Ｔ１の電圧はほぼ０Ｖとなる。

すなわち、駆動信号の電圧レベルが０Ｖから正のある電圧に変化するまでの期間、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン・ソース電圧がオン時の電圧より高くなる場合でも、そのドレイン・ソース電圧は出力端子Ｔ１から出力されない。従って、過電流判定回路が、出力端子Ｔ１の電圧を閾値電圧と比較して過電流か否かを判定する場合に誤判定することが無くなる。

駆動信号の電圧レベルが上昇してツェナー電圧以上となると、ツェナーダイオードＺＤ１がオン状態になる。ツェナーダイオードＺＤ１がオン状態となると、ＭＯＳトランジスタＱ３のゲートに正の電圧が印加され、ＭＯＳトランジスタＱ３がオン状態になる。ＭＯＳトランジスタＱ３がオン状態になると、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲート電圧が０Ｖとなり、ＭＯＳトランジスタＱ２がオフ状態となる。ＭＯＳトランジスタＱ２がオフ状態となると、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が出力端子Ｔ１から出力される。

このときの出力端子Ｔ１の電圧は、ＭＯＳトランジスタＱ１を流れる電流Ｉに応じた電圧となるので、過電流判定回路は、出力端子Ｔ１の電圧が閾値以上か否かを判定することで、ＭＯＳトランジスタＱ１に過電流か流れているか否かを判断できる。過電流が流れていると判定したときには、駆動信号の供給を停止してＭＯＳトランジスタＱ１を保護する。

上述した実施の形態は、駆動信号の電圧レベルがゼロより大きい一定値（例えば、ツェナー電圧）未満のときには、過電流検出回路１１の出力端子Ｔ１からＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が出力されないようにした。そして、駆動信号の電圧レベルが一定値以上となったときのみ、出力端子Ｔ１からＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が出力されるようにした。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ１がオフからオンに変化する過程で、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流検出回路１１から大きなドレイン電圧が出力されることが無くなり、過電流の誤検出を防止することができる。このように過電流検出回路１１の検出精度を高めることで、その出力電圧を閾値電圧と比較して過電流か否かを判定する過電流判定回路の誤判定を無くすことができる。

図２は、図１の回路のツェナーダイオードＺＤ１の替わりに抵抗Ｒ４を用いた、他の過電流検出回路２１を示す図である。
この過電流検出回路２１の動作は、基本的には図１の回路と同じである。異なる点は、駆動信号の電圧を抵抗Ｒ４とＲ５で分圧した電圧が、ＭＯＳトランジスタＱ３のゲートに印加されている点である。

駆動信号の電圧を抵抗Ｒ４とＲ５で分圧した電圧が、ＭＯＳトランジスタＱ３をオン状態にする電圧より低いときは、ＭＯＳトランジスタＱ３はオフ状態となる。ＭＯＳトランジスタＱ３がオフ状態のとき、ＭＯＳトランジスタＱ２はオン状態となり、共通のソースを基準とする出力端子Ｔ１の電圧はほぼ０Ｖとなる。

他方、駆動信号の電圧レベルが一定値以上となり、その電圧を抵抗Ｒ４とＲ５で分圧した電圧が、ＭＯＳトランジスタＱ３がオン状態になる電圧以上となると、ＭＯＳトランジスタＱ３がオンとなり、ＭＯＳトランジスタＱ２がオフ状態となる。ＭＯＳトランジスタＱ２がオフ状態となると、そのときのＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が、出力端子Ｔ１が出力される。

上述した過電流検出回路２１によれば、駆動信号の電圧レベルが一定値未満のときには、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧は出力端子Ｔ１から外部に出力されないので、過電流が流れていないときに高いドレイン・ソース間電圧が過電流検出回路２１から出力されるのを防止できる。これにより、過電流の誤検出を防止できる。

本発明は上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）実施の形態は、出力端子Ｔ１と共通のソースとの間にＭＯＳトランジスタＱ２を接続したが、出力端子Ｔ１とＭＯＳトランジスタＱ１のドレインとの間に直列にトランジスタを接続し、駆動信号の電圧レベルが一定値未満のとき、そのトランジスタをオフ状態にし、駆動信号の電圧レベルが一定値以上となったとき、そのトランジスタをオン状態にしても良い。
（２）実施の形態の回路は、ＭＯＳトランジスタＱ２をオン、オフする回路をＭＯＳトランジスタＱ３とツェナーダイオードで構成したが他の回路を用いても良い。例えば、駆動信号の電圧レベルと基準電圧を電圧比較器で比較し、電圧レベルが基準電圧以上のときＭＯＳトランジスタＱ２をオンするようにしても良い。
（３）本発明は、ＭＯＳトランジスタに限らず、バイポーラトランジスタ等の他のトランジスタにも適用できる。

実施の形態の過電流検出回路の回路図である。 他の実施の形態の過電流検出回路の回路図である。 従来の過電流検出回路の回路図である。

符号の説明

１１、１２ 過電流検出回路
１２ 駆動回路
Ｑ１〜Ｑ３，Ｑ１１ ＭＯＳトランジスタ
ＺＤ１ ツェナーダイオード

Claims (5)

1. スイッチング動作をする第１のトランジスタの過電流を検出する過電流検出回路であって、
   前記第１のトランジスタの駆動信号の電圧レベルが一定値未満のとき、前記第１のトランジスタの電圧を出力せず、前記駆動信号の電圧レベルが一定値以上のとき、前記第１のトランジスタの電圧を出力する過電流検出回路。
2. 前記第１のトランジスタの電圧を出力する出力端子に接続される第２のトランジスタを有し、前記駆動信号の電圧レベルが一定値未満のときには、前記第２のトランジスタをオン状態にして前記出力端子から前記第１のトランジスタの出力電圧が出力されないようにし、前記駆動信号の電圧レベルが一定値以上のときには、前記第２のトランジスタをオフ状態にして前記出力端子から前記第１のトランジスタの電圧を出力する請求項１記載の過電流検出回路。
3. 前記第１のトランジスタの電圧を出力する出力端子に接続される第２のＭＯＳトランジスタと、前記第２のＭＯＳトランジスタをオン、オフする第３のＭＯＳトランジスタと、前記駆動信号がカソードに印加され、前記第３のＭＯＳトランジスタのゲートにアノードが接続されたツェナーダイオードを有し、前記駆動信号の電圧レベルが前記一定値である前記ツェナーダイオードのツェナー電圧以上のとき、前記第３のＭＯＳトランジスタがオン状態となり、前記出力端子から前記第１のトランジスタの電圧を出力する請求項１記載の過電流検出回路。
4. 前記第２及び第３のＭＯＳトランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタからなり、前記ツェナーダイオードのアノードが抵抗の一端に接続され、前記抵抗の他端が第２及び第３のＭＯＳトランジスタのソースに共通接続されている請求項３記載の過電流検出回路。
5. 前記第２及び第３のトランジスタはＭＯＳトランジスタからなり、前記駆動信号が直列に接続された複数の抵抗の一端に印加され、前記複数の抵抗で分圧した電圧が第３のＭＯＳトランジスタのゲートに印加される請求項３記載の過電流検出回路。

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