JP3019624B2 - 電流検出装置 - Google Patents

電流検出装置

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JP3019624B2
JP3019624B2 JP4248977A JP24897792A JP3019624B2 JP 3019624 B2 JP3019624 B2 JP 3019624B2 JP 4248977 A JP4248977 A JP 4248977A JP 24897792 A JP24897792 A JP 24897792A JP 3019624 B2 JP3019624 B2 JP 3019624B2
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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、電力増幅器などの出力
電流を低損失かつ安価な金属箔(銅箔)パターンを利用
して負荷電流検出し、しかも集積回路化が可能な高精度
な電流検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電流検出装置は、電子機器などの
電力制御分野で使用される電力半導体の重要な保護機能
の一部として様々な形で組み入れられている。
【0003】以下、図面を参照しながら、上述した従来
の電流検出装置の一例について説明する。図4は従来の
電流検出装置の一例を示すものである。図4において、
1はフローティングされた電流検出の第1の入力端、2
はフローティングされた電流検出の第2の入力端、3は
金属箔または金属薄膜で形成された負荷電流検出用低抵
抗、4,5は比較器入力電圧を設定する電圧分割抵抗、
6は比較器、7は温度補償された基準電圧源、8は比較
器出力端、9は電力制御用トランジスタ、10は電力制
御用トランジスタのベース入力端、11は電力制御用ト
ランジスタの電源入力端、12は負荷で構成されてい
る。
【0004】以上のように構成された従来の電流検出装
置について、以下その動作について説明する。まず、電
力制御用トランジスタ9のベース入力端10に印加され
た信号電位に応じて、電源入力端11より、電力制御用
トランジスタ9,負荷電流検出用低抵抗3,負荷12の
経路で電流が流れる。この場合、電力制御用トランジス
タ9のエミッタに接続された電流検出の第1の入力端1
と負荷12に接続された電流検出の第2の入力端を流れ
る電流の値は、金属箔または金属薄膜により形成された
負荷電流検出用低抵抗3に発生する電圧降下に比例して
いる。比較器入力電圧を設定する電圧分割抵抗4,5の
値と、温度補償された基準電圧源7の値で決まる所定の
電圧が発生すると、比較器6はその出力端7に、所定の
電流を検知した信号を出力することとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の電流検出装置の構成では、金属箔または金属
薄膜で形成された負荷電流検出用低抵抗3の電力ロスを
小さくしようとすると、負荷電流検出用低抵抗3での電
圧降下は300mVから600mV位に設定する必要が
ある。そうすると、金属箔あるいは金属薄膜が持つ正の
大きな抵抗温度係数が問題になってくる。一般的には、
金属箔の銅の温度係数は約+4400ppm/℃と大き
な値を持っている。しかも比較器の一端に形成する温度
補償された基準電圧源は、300mVから600mVの
低電圧値で設定する必要があり、通常の半導体素子(例
えば、トランジスタのベース−エミッタ間電圧の温度係
数は、約−3300ppm/℃)で形成することは難し
く、完全に温度補償された基準電圧源の形成はほとんど
不可能であるし、たとえ何らかの特殊なデバイスで温度
補償ができたとしても、基準電圧値そのものが極めて低
いために、精密な電流検出は不可能であるという問題点
を有していた。
【0006】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、大電
力パワートランジスタなどの大出力電流の精密な電流検
出に対して、一例として、混成集積回路の基板の金属箔
(銅箔)の布線の一部の低抵抗を利用したり、あるいは
シリコン集積回路の一部のアルミの蒸着薄膜の布線の一
部を利用して、低損失でしかも精密な電流検出装置を提
供することを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電流検出装置は、金属箔または金属薄膜で形
成された負荷電流検出用低抵抗と、第1の電流検出用ト
ランジスタと、第1の電流検出用トランジスタと相補な
第2の電流検出用トランジスタと、負荷電流検出用低抵
抗の両端の電圧をモニターする電流変換用抵抗と、第1
の電流検出用トランジスタの基準バイアスを作る定電流
源と、第2の電流検出用トランジスタのコレクタに接続
された比較器入力抵抗と、比較器と、温度補償された基
準電圧源とで構成され、負荷電流検出用低抵抗の一端が
第1の電流検出用トランジスタのベースに接続され、負
荷電流検出用低抵抗の他端が上記電流変換用抵抗の一端
に接続され、上記電流交換用抵抗の他端が上記第1の電
流検出用トランジスタのコネクタに接続され、第1の電
流検出用トランジスタのコレクタとエミッタは、それぞ
れ第2の電流検出用トランジスタのエミッタとベースに
接続されて構成することによって、金属箔の低抵抗での
電圧降下を少なくすると同時に電流を精度よく検出する
ことを可能にすることを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明は上記した構成によって、第1の電流検
出用トランジスタのベースエミッタ間電圧と、第2の電
流検出用トランジスタのベースエミッタ間電圧をあらか
じめ相補な特性にしておけば、その絶対値は相殺させる
ことができる。そのため、金属箔または金属薄膜で形成
された低抵抗で検出された電圧は、ほとんど電流変換用
抵抗の両端に印加されるので、低電圧ロスで精度よく、
電流−電流変換されることとなる。ここで、電流−電流
変換された電流値が、第1の電流検出用トランジスタの
基準バイアスを作っている定電流源の電流値と比較して
十分に大きな値であるとすると、比較器の一端に加わる
電流値は、ほぼ低抵抗に比例した電流と見なすことがで
きる。そこで、希望の電圧利得を設定できる抵抗で電流
−電圧変換すれば、比較的に大きな比較器基準電圧が設
定できる。このことはピーク整流値の他に平均値整流す
る場合においては極めて大きな特徴で、電圧利得を増大
させるべく高抵抗を設定すれば、時定数が一定であると
した時の条件では、その抵抗の両端に接続するコンデン
サの容量はその分だけ小さく設定できる。この場合、温
度補償された比較器基準電圧源の値は自由に大きく設定
できるので、金属箔の持つ温度係数(約+4400pp
m/℃)や、半導体素子の持つ温度係数(例えば、ベー
ス・エミッタ間電圧:約−3300ppm/℃)など
は、適当に正負の温度係数を組み合わせることで、温度
係数の小さい、すなわち温度補償された基準電圧源を形
成することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の電流検出装置の実施例につい
て、図1(a),(b)、図2,図3(a),(b)を
参照しながら詳細に説明する。
【0010】図1(a),(b)は本発明の第1の実施
例における電流検出装置の基本構成を示すものである。
図1(a)において、1はフローティングされた電流検
出の第1の入力端、2はフローティングされた電流検出
の第2の入力端、3は金属箔または金属薄膜で形成され
た負荷電流検出用低抵抗、6は比較器、7は温度補償さ
れた基準電圧源、8は比較器出力端、13は第1の電流
検出用トランジスタ、14は第1の電流検出用トランジ
スタ13と相補な第2の電流検出用トランジスタ、15
は負荷電流検出用低抵抗3の両端電圧をモニターする電
流変換用抵抗、16は第1の電流検出用トランジスタ1
3の基準バイアスを作る定電流源、17は第2の電流検
出用トランジスタの電圧利得を決定する比較器入力抵
抗、18は比較器の基準電位を決定する第1の固定電源
端である。
【0011】また、図1(b)は、図1(a)の第1の
電流検出用トランジスタ13と、第2の電流検出用トラ
ンジスタ14の極性が逆の場合に相当し図1(a)と同
一の番号は同じものを示しており、まったく対象の動作
をする。
【0012】以上のように構成された電流検出装置につ
いて、以下その動作について説明する。まず、フローテ
ィングされた電流検出の第1の入力端1と第2の入力端
2を流れる電流の値は、その両端に接続された金属箔ま
たは金属薄膜により形成された負荷電流検出用低抵抗3
に発生する電圧降下に比例している。この電圧値は第1
の電流検出用トランジスタ13と第2の電流検出用トラ
ンジスタ14のベース・エミッタ電圧でレベルシフトさ
れるが、この電圧は互いに相補なトランジスタであるの
で、ほとんど相殺されている。したがって、負荷電流検
出用低抵抗3の両端電圧はそのまま電流変換用抵抗15
に現れる。ここで典型的な電流値を与えると、10A
(アンペア)の電流値を精度よく検出する場合について
説明する。低抵抗値を、仮に30mΩに設定すると、1
0Aの電流が負荷電流検出用低抵抗3に発生すると、そ
の両端電圧は300mVになり、そのまま、電流変換用
抵抗15の両端で検出される。電流変換用抵抗15を3
KΩに設定すると、10Aの電流は、100μAに変換
されることとなる。第1の電流検出用トランジスタ13
の基準バイアスを作る定電流源16の値を、例えばμA
に設定すると、比較器入力抵抗17には電流変換用抵抗
15で発生した大部分の電流が流れる。しかも比較器入
力抵抗17の値は自由に設定することができるので、電
圧利得を可変して、最適な温度補償された基準電圧源7
を形成することが可能になる。
【0013】図2は本発明の第2の実施例における電流
検出装置の基本構成を示すものである。図2において、
1はフローティングされた電流検出の第1の入力端、2
はフローティングされた電流検出の第2の入力端、3は
金属箔または金属薄膜で形成された負荷電流検出用低抵
抗、6は比較器、7は温度補償された基準電圧源、8は
比較器出力端、13は第1の電流検出用トランジスタ、
14は第1の電流検出用トランジスタ13と相補な第2
の電流検出用トランジスタ、15は負荷電流検出用低抵
抗3の両端の電圧をモニターする電流変換用抵抗、16
は第1の電流検出用トランジスタ13の基準バイアスを
作る定電流源、17は第2の電流検出用トランジスタの
電圧利得を決定する比較器入力抵抗、18は比較器の基
準電位を決定する第1の固定電源端、19,20はそれ
ぞれ電流反転のためのレベルシフト段用トランジスタ、
21は平均値整流用コンデンサ、22は電流反転のため
のレベルシフト段のバイアスを決定する第2の固定電源
端である。
【0014】この実施例では、比較器の基準電位を決定
する第1の固定電源端18は、電流反転のためのレベル
シフト段用トランジスタ19,20のバイアスを決定す
る第2の固定電源端22とは独立して動作する以外は、
第1の実施例と同様な動作をさせることができる。これ
は、第2の固定電源端22が比較的に高電圧で動作させ
る場合でも、レベルシフト用トランジスタ19,20を
介して、第1の固定電源端18を自由に設定することが
可能となる。例えば、第1の固定電源端18をグランド
電位にすると、比較器6や温度補償された基準電圧源7
を汎用の集積回路プロセスで構成することができる。
【0015】図3(a)は、図1(a)の基本構成を使
用した実装形態の一例を示すもので、図1(a)と同一
番号は、同じものを示している。3は混成集積回路基板
上に形成された金属箔パターン形成による負荷電流検出
用低抵抗、15はチップ抵抗を使用した電流変換用抵
抗、23は混成集積回路基板、24は集積回路チップ、
25はボンディングワイヤーである。
【0016】図3(b)は、図1(a)の基本構成を使
用した実装形態の第2の例を示すもので、図1(a)と
同一番号は、同じものを示している。3は集積回路上に
形成されたアルミ蒸着膜パターン形成による負荷電流検
出用低抵抗、24は集積回路チップ、26はボンディン
グパッドである。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明は、金属箔または金
属薄膜で形成された低抵抗を用いて、極めて小さな電力
損失と、精密に温度補償された精度の高い電流検出装置
を可能にするもので、混成集積回路のみならず、モノリ
シック集積回路用としても応用が可能で、電力制御産業
分野の全般にわたって、広範囲の応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例における電流検
出装置の基本構成図 (b)は本発明の第1の実施例における電流検出装置の
基本構成図
【図2】本発明の第2の実施例における電流検出装置の
基本構成図
【図3】(a)は本発明の第1の実施例における電流検
出装置の第1基本構造図 (b)は本発明の第1の実施例における電流検出装置の
第2基本構造図
【図4】従来の電流検出装置の基本構成図
【符号の説明】
1 フローティングされた電流検出の第1の入力端 2 フローティングされた電流検出の第2の入力端 3 金属箔または金属薄膜で形成された負荷電流検出
用低抵抗 6 比較器 7 温度補償された基準電圧源 8 比較器出力端 9 電力制御用トランジスタ 10 電力制御用トランジスタのベース入力端 11 電力制御用トランジスタの電源入力端 12 負荷 13 第1の電流検出用トランジスタ 14 第2の電流検出用トランジスタ 15 低抵抗3の両端電圧をモニターする電流変換用
抵抗 16 第1の電流検出用トランジスタ9の基準バイア
スを作る定電流源 17 第2の電流検出用トランジスタの電圧利得を決
定する比較器入力抵抗 18 比較器の基準電位を決定する第1の固定電源端 19 電流反転のためのレベルシフト段用トランジス
タ 20 電流反転のためのレベルシフト段用トランジス
タ 21 平均値整流用コンデンサ 22 第2の固定電源端 23 混成集積回路用基板 24 モノリシック集積回路チップ 25 ボンディングワイヤー 26 ボンディングパッド

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属箔または金属薄膜で形成された負荷
    電流検出用低抵抗と、第1の電流検出用トランジスタ
    と、上記第1の電流検出用トランジスタと相補な第2の
    電流検出用トランジスタと、上記負荷電流検出用低抵抗
    の両端の電圧をモニターする電流変換用抵抗と、上記第
    1の電流検出用トランジスタの基準バイアスを作る定電
    流源と、上記第2の電流検出用トランジスタのコレクタ
    に接続された比較器入力抵抗と、比較器と、温度補償さ
    れた基準電圧源とで構成され、上記負荷電流検出用低抵
    抗の一端が第1の電流検出用トランジスタのベースに接
    続され、上記負荷電流検出用低抵抗の他端が上記電流変
    換用抵抗の一端に接続され、上記電流交換用抵抗の他端
    が上記第1の電流検出用トランジスタのコネクタに接続
    され、上記第1の電流検出用トランジスタのコレクタと
    エミッタは、それぞれ上記第2の電流検出用トランジス
    タのエミッタとベースに接続されて構成することを特徴
    とする電流検出装置。
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