JP2669177B2 - 負荷駆動制御装置 - Google Patents

負荷駆動制御装置

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JP2669177B2 JP3095621A JP9562191A JP2669177B2 JP 2669177 B2 JP2669177 B2 JP 2669177B2 JP 3095621 A JP3095621 A JP 3095621A JP 9562191 A JP9562191 A JP 9562191A JP 2669177 B2 JP2669177 B2 JP 2669177B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷に流れる負荷電流
を制御可能な負荷駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の負荷駆動制御装置
して、例えば特開平1−227520号公報に開示され
ている如く、負荷電流検出機能を有するN型チャネルの
二重拡散型MOSトランジスタ(以下、DMOSとい
う)を、負荷に対して高電位側に電気接続することによ
り、所謂ハイサイドスイッチとして構成した負荷駆動制
御装置が知られている。
【0003】この装置では、図2に示す如く、DMOS
101及びDMOS102を同一半導体基板内に形成
し、その内のDMOS101を負荷103の負荷電流を
制御するパワー素子、一部のDMOS102を電流検出
用として構成し、DMOS101及びDMOS102の
ソースSを演算増幅器105のネガティブフィードバッ
ク動作によって同電位とすることにより、DMOS10
2のソースSに電気接続された抵抗器106の両端電圧
から負荷電流を精度よく検出できるようにしている。
【0004】また近年では、大電流への対応,装置の小
型化の要請に対応して、パワー部での電力損失,発熱を
減少させることが考えられており、その一つとしてパワ
ー素子のON動作時の抵抗値を低減する低ON抵抗化が
進められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記電力用半
導体装置において、パワー素子(即ちDMOS101)
の低ON抵抗化を進めた場合、DMOS101のドレイ
ンD−ソースS間の電圧VDSが減少し、負荷103の電
位VS は電源電圧VDDに近づくため、演算増幅器105
への電源供給をDMOS101の電源電圧VDDによりそ
のまま行なうと、演算増幅器105が正常に動作せず、
負荷電流を良好に検出できなくなる虞があった。
【0006】即ち、まず演算増幅器105の正負の入力
端子電圧は、VS =VDD−VDSと表される。一方演算増
幅器105に供給される電源電圧VCCは、電源電圧VDD
が、電流制御用の回路(演算増幅器105,電流制御の
ための制御回路107,DMOS101及びDMOS1
02のゲート駆動のためのゲート駆動回路108,ゲー
ト駆動のために電源電圧を昇圧する昇圧回路109等)
を電源ラインのノイズから保護するために設けられた抵
抗や配線等からなる保護回路110により電圧降下VDR
を生じるため、VCC=VDD−VDRと表される。このため
図2に示す回路が正常に作動するためには、VCC≧VS
,つまりVDS≧VDRでなくてはならず、使用するDM
OSのON抵抗,負荷電流等によって、保護回路110
が制約を受け、場合によっては配線抵抗分のみでもこの
条件が成り立たなくなり、負荷電流を誤検出してしまう
ことが生じるのである。
【0007】そこで本発明は、こうした負荷駆動制御装
において、パワー素子のON抵抗や負荷電流に影響さ
れることなく、負荷電流を正確に検出して、負荷電流の
制御を実行できるようにすることを目的としてなされ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成す
るためになされた本発明の負荷駆動制御装置は、直流電
源の高電位側より負荷に電流を流す電流経路上に配置さ
れ、該負荷に流れる電流を制御する第1半導体素子と、
該第1半導体素子と同一半導体基板内に形成され、該第
1半導体素子と基板電位を共用する第2半導体素子と、
該第2半導体素子よりも低電位側に配置され、該第2半
導体素子により、流れる電流が制御される抵抗と、正側
入力端子が前記第1半導体素子と前記負荷との接続点に
接続されると共に、負側入力端子が前記第2半導体素子
と前記抵抗との接続点に接続され、しかも、出力端子が
前記抵抗を介して前記負側入力端子に接続された演算増
幅器と、前記抵抗の両端電圧に基づき前記各半導体素子
を駆動制御することにより、前記負荷に流れる電流を制
御する制御回路と、を備え、前記演算増幅器及び制御回
路が、前記直流電源から所定の給電経路を介して電源供
給を受けることにより動作する負荷駆動制御装置におい
て、前記給電経路を介して供給された電源電圧を昇圧す
る昇圧回路と、該昇圧回路にて昇圧された高電圧を電源
電圧として、前記演算増幅器に供給する電源供給手段
と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
【作用及び発明の効果】このように構成された本発明の
負荷駆動制御装置においては、演算増幅器の動作によっ
て、第1半導体素子と負荷との接続点電位と、第2半導
体素子と抵抗との接続点電位とが、同一電位に制御され
る。このため、抵抗には、第1半導体素子を介して負荷
に流れる負荷電流に対応した電流が流れることになる。
そして、制御回路が、抵抗の両端電圧(換言すれば、抵
抗に流れる電流)を検出して、その検出結果に基づき、
両半導体素子を駆動制御することから、負荷電流は、抵
抗の抵抗値とその両端電圧とから決まる電流値に対応し
た所定電流に制御されることになる。また本発明では、
演算増幅器及び制御回路が、直流電源から所定の給電経
路を介して電源供給を受けることにより動作するため、
前述したように、この給電経路における電圧降下VDR
が、第1半導体素子で生じる電圧降下VDSよりも大きく
なって、演算増幅器の電源電圧が、その入力端子電圧よ
りも低くなった場合には、演算増幅器が正常動作しなく
なり、抵抗の両端電圧から負荷電流を検出できなくなっ
てしまう。
【0010】しかし、本発明では、昇圧回路が、給電経
路を介して供給される電源電圧を昇圧し、電源供給手段
が、その昇圧された高電圧を電源電圧として、演算増幅
器に供給することから、演算増幅器の電源電圧がその入
力端子電圧よりも低くなるのを防止し、演算増幅器を常
に正常動作させることができる。つまり、本発明によれ
ば、例えば、第1半導体素子のON抵抗が小さくなっ
て、演算増幅器の各入力端子が直流電源の高電位側電位
に近づいたとしても、また、演算増幅器及び制御回路に
電源供給を行う給電経路の配線抵抗によって、この給電
経路での電圧降下が大きくなったとしても、或いは、こ
の給電経路に保護回路が設けられ、保護回路の動作によ
って給電経路での電圧降下が大きくなったとしても、演
算増幅器の電源電圧を、演算増幅器の各入力端子電圧よ
り高く保持することができ、電源電圧の低下に伴う演算
増幅器の誤動作を確実に防止することができる。従っ
て、本発明によれば、抵抗の両端電圧から負荷電流を常
に正確に検出することができ、負荷電流を所望電流に制
御することが可能となる。尚、図2に例示した従来装置
のように、制御回路において、第1及び第2半導体素子
を駆動制御するために、直流電源の高電位側電位よりも
高い電圧が必要である場合には、制御回路への電源供給
についても、昇圧回路を介して行うようにすればよい。
【0011】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図1は、N型チャネルのDMOSをハイサイドスイ
ッチとして使用した実施例の負荷駆動制御装置の構成を
表す電気回路図である。
【0012】図において、N型チャネルのDMOS1及
びDMOS2は、同一半導体基板内に同一製造工程にて
形成され、それらのドレイン電極(即ち基板電位)を共
用しており、そのドレイン電極には第1電圧供給端子a
より電源電圧VDDが供給されている。またDMOS1及
びDMOS2は、そのセル比を3000〜4000対1
に設定され、そのセル比に応じて第1電圧供給端子aよ
り流れる電流を分流するようにされている。
【0013】次にDMOS1及びDMOS2のゲートG
は、ともにゲート駆動回路8に電気接続されており、ゲ
ート駆動回路8からのハイレベルの信号供給によってO
N状態となる。なおDMOS1及びDMOS2をON状
態にするには、このハイレベル信号をVDD+VGS(但し
VGSは、ゲート,ソース間のしきい値電圧)以上にする
必要があるため、本実施例の負荷駆動制御装置には、保
護回路10を介して第1電圧供給端子aより供給された
電圧VDIを昇圧する昇圧回路9が設けられており、この
昇圧回路9にてVDD+VGS以上に昇圧された電圧VU を
ゲート駆動回路8に供給するようにされている。
【0014】一方DMOS1のソースSは、負荷3を介
して、第2電圧供給端子としての接地線(GND)に電
気接続され、DMOS1の動作状態により、負荷3に流
れる負荷電流を制御できるようにされている。またDM
OS1のソースSと負荷3との接続点bは、演算増幅器
(オペアンプ)5の正側入力端子に電気接続されてい
る。そして演算増幅器5の負側入力端子は、DMOS2
のソースSと負荷電流検出用の抵抗器6との接続点cに
電気接続され、また演算増幅器5の出力端子は、その抵
抗器6を介して負側入力端子に電気接続されている。
【0015】従ってDMOS1のソースSと負荷3との
接続点bの電位,及びDMOS2のソースSと抵抗器6
との接続点cの電位は、演算増幅器5のネガティブフィ
ードバック動作によって同電位に保持され、抵抗器6に
は、負荷電流に対応した電流が流れることとなる。この
ため本実施例では、制御回路7が、抵抗器6の両端電圧
を取り込み、その電圧に応じた制御信号をゲート駆動回
路8に出力して、DMOS1及びDMOS2を駆動する
ことにより、負荷電流を制御する。
【0016】また次に本実施例の負荷駆動制御装置
は、昇圧回路9によりVDD+VGS以上に昇圧されたゲー
ト駆動用の電圧VU を定電圧化する定電圧回路20が備
えられている。そしてこの定電圧回路20によって定電
圧化された電圧VCC(但し、電圧VCCは、少なくともc
点及びb点よりも高い電圧に設定されている)は、演算
増幅器5に電源電圧として供給される。
【0017】このように本実施例の負荷駆動制御装置
おいては、昇圧回路9にて昇圧され、更に定電圧回路2
0にて定電圧化された電圧VCCを電源電圧として演算増
幅器5に供給するようにされている。このため本実施例
負荷駆動制御装置によれば、演算増幅器5の入力端子
電圧が電源電圧VCCを越えることはなく、演算増幅器5
を常に正常に動作させて、負荷電流の制御を正常に実行
することが可能となる。
【0018】なお本発明は上記実施例に限定されること
なく、以下に示すように変形可能である。即ち、上記実
施例では、第1半導体素子及び第2半導体素子としてD
MOS1,2を用いたが、第1半導体素子及び第2半導
体素子としては、縦方向に電流経路をもつ半導体素子
で、基板電位を共用できれば何でもよく、例えばVMO
S,或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等を用
いることができる。
【0019】また上記実施例では、昇圧回路9にて昇圧
されたゲート駆動用の電圧VU を電源供給手段としての
定電圧回路20にて更に定電圧化して演算増幅器5に供
給するようにしたが、昇圧回路9にて昇圧されたゲート
駆動用の電圧VU をそのまま演算増幅器5の電源電圧と
して使用するようにしてもよい。なおこの場合、昇圧回
路9と演算増幅器5とを結ぶ電源ラインが電源供給手段
となる。
【0020】また更に演算増幅器5の電源電圧VCCは、
演算増幅器5の入力端子電圧に対して単に高くするだけ
ではなく、電源ラインのノイズも考慮して、電源電圧V
CCに、演算増幅器5の入力端子電圧に電源ラインのノイ
ズリップル分をプラスした電圧値を設定するようにすれ
ば、演算増幅器5の誤動作をより確実に防止でき、より
信頼性の高い負荷駆動制御装置を提供することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の負荷駆動制御装置の構成を表す電気
回路図である。
【図2】 従来の負荷駆動制御装置の構成を表す電気回
路図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源の高電位側より負荷に電流を流
    す電流経路上に配置され、該負荷に流れる電流を制御す
    る第1半導体素子と、 該第1半導体素子と同一半導体基板内に形成され、該第
    1半導体素子と基板電位を共用する第2半導体素子と、 該第2半導体素子よりも低電位側に配置され、該第2半
    導体素子により、流れる電流が制御される抵抗と、 正側入力端子が前記第1半導体素子と前記負荷との接続
    点に接続されると共に、負側入力端子が前記第2半導体
    素子と前記抵抗との接続点に接続され、しかも、出力端
    子が前記抵抗を介して前記負側入力端子に接続された演
    算増幅器と、 前記抵抗の両端電圧に基づき前記各半導体素子を駆動制
    御することにより、前記負荷に流れる電流を制御する制
    御回路と、 を備え、前記演算増幅器及び制御回路が、前記直流電源
    から所定の給電経路を介して電源供給を受けることによ
    り動作する負荷駆動制御装置において、 前記給電経路を介して供給された電源電圧を昇圧する昇
    圧回路と、 該昇圧回路にて昇圧された高電圧を電源電圧として、前
    記演算増幅器に供給する電源供給手段と、 を備えたことを特徴とする負荷駆動制御装置。
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