JP3080823B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JP3080823B2
JP3080823B2 JP05281961A JP28196193A JP3080823B2 JP 3080823 B2 JP3080823 B2 JP 3080823B2 JP 05281961 A JP05281961 A JP 05281961A JP 28196193 A JP28196193 A JP 28196193A JP 3080823 B2 JP3080823 B2 JP 3080823B2
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耕太郎 岡田
俊一 内海
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モトローラ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インテリジェント・パ
ワー・MOS・ICにおいて、負荷電流を検出する半導
体集積回路装置に関する。本発明の半導体集積回路装置
は、例えばハードディスクドライブ(HDD)用3相ス
ピンドルモータドライバやボイスコイルモータドライ
バ、その他パワー・MOS・ICの切替えにより負荷を
駆動するためのドライバIC等に適用することができ
る。
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device for detecting a load current in an intelligent power MOS IC. The semiconductor integrated circuit device of the present invention can be applied to, for example, a three-phase spindle motor driver for a hard disk drive (HDD), a voice coil motor driver, and a driver IC for driving a load by switching between power, MOS, and IC. it can.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばモータ等の負荷に流れる電流を検
出する手段としては、従来、図7や図8に示す装置が知
られている。図7の装置では、負荷(Load)に流れ
る負荷電流ILoadのアース側の経路上に精度の良いセン
ス抵抗Rs を介挿し、その両端の電圧VRSH 、VRSL を
取り出すことにより、ILoad=(VRSH −VRSL )/R
s の計算式に基づいて、負荷電流ILoadを検出してい
る。VDDは電源電圧である。
2. Description of the Related Art As means for detecting a current flowing through a load such as a motor, for example, devices shown in FIGS. 7 and 8 are conventionally known. In the apparatus shown in FIG. 7, a high-precision sense resistor Rs is interposed on the earth-side path of the load current ILoad flowing through the load (Load), and the voltages VRSH and VRSL at both ends thereof are taken out, so that ILoad = (VRSH-VRSL). ) / R
The load current ILoad is detected based on the calculation formula of s. VDD is a power supply voltage.

【0003】図8の装置は、センス抵抗Rs を電源電圧
VDD側の経路上に設けたほかは図7の装置と同様の構成
である。これらの図7及び図8において、M1はNチャ
ネル・パワー・MOS・FETを示し、このパワー・M
OS・FET(M1)は、負荷(Load)に流れる電
流のオン/オフ又は大小を制御するためのインテリジェ
ント・パワー・MOS・ICに内蔵される。
The device of FIG. 8 has the same configuration as that of FIG. 7 except that a sense resistor Rs is provided on a path on the side of the power supply voltage VDD. 7 and 8, M1 denotes an N-channel power MOSFET.
The OS • FET (M1) is built in an intelligent power MOS • IC for controlling on / off or magnitude of a current flowing to a load (Load).

【0004】一方、負荷電流を無損失で検出する装置と
しては、図9に示す装置が知られている。この図9の装
置は、SENSEFET(モトローラ社の商品名)と称
されるものであり、パワー・MOS・FET(F)がパ
ワー部F1とセンス部F2に分割され、センス部F2の
オン抵抗とパワー部F1のオン抵抗とが一定の比率で関
係づけられている。そのため、SENSEFET(F)
がターンオンすると、電流の流れはセンス部F2のオン
抵抗とパワー部F1のオン抵抗に反比例して分割され、
センス電流(ミラー電流)IM とソース電流IS の比率
となって現れる。ソース電流IS とセンス電流IM の比
は、電流ミラー比nで規定され、このnは通常は100
0対1のオーダーとされるため、負荷電流はほぼソース
電流ISに等しく、電流ミラー比nも負荷電流とセンス
電流IM の比率を反映したものとなる。
On the other hand, as a device for detecting a load current without loss, a device shown in FIG. 9 is known. The device shown in FIG. 9 is called a SENSEFET (trade name of Motorola), in which a power MOSFET (F) is divided into a power portion F1 and a sense portion F2. The ON resistance of the power unit F1 is related at a fixed ratio. Therefore, SENSEFET (F)
Turns on, the current flow is divided in inverse proportion to the on-resistance of the sense unit F2 and the on-resistance of the power unit F1,
It appears as a ratio between the sense current (mirror current) IM and the source current IS. The ratio of the source current IS to the sense current IM is defined by the current mirror ratio n, which is typically 100
Since the current is on the order of 0: 1, the load current is substantially equal to the source current IS, and the current mirror ratio n also reflects the ratio between the load current and the sense current IM.

【0005】従って、センス抵抗Rをミラー端子91と
アース端子間に接続することにより、負荷電流の既知部
分は、図7や図8のようにパワー・センス抵抗RS を使
用するときのような大きな電圧損失を生ずることなく電
流検出することができる。このセンス抵抗Rがセンス部
F2のオン抵抗の10%以下であれば検出される電流
は、ほぼ負荷電流÷電流ミラー比、即ちILoad/nとな
る。92はソース端子である。
Therefore, by connecting the sense resistor R between the mirror terminal 91 and the ground terminal, the known portion of the load current becomes large as in the case of using the power sense resistor RS as shown in FIGS. Current detection can be performed without voltage loss. If the sense resistance R is 10% or less of the on-resistance of the sense unit F2, the detected current is substantially equal to load current / current mirror ratio, that is, ILoad / n. 92 is a source terminal.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図7や図8の
従来の装置では、負荷(Load)を高い効率で駆動す
るためには、その負荷の両端に十分な電圧を印加するこ
とが必要とされるが、パワー・センス抵抗RS における
電圧降下分の損失が生じ、負荷を駆動する効率が低下し
てしまうという問題がある。特に、電源電圧VDDが低電
圧である場合や負荷電流ILoadを大きくとりたい場合、
又はその両方である場合には、パワー・センス抵抗RS
での電圧損失の占める割合が大きくなるため、負荷駆動
効率の低下が顕著となり、負荷の性能によっては駆動が
不可能となる場合もある。
However, in the conventional devices shown in FIGS. 7 and 8, in order to drive a load with high efficiency, it is necessary to apply a sufficient voltage to both ends of the load. However, there is a problem that a loss corresponding to a voltage drop occurs in the power sense resistor RS and the efficiency of driving the load is reduced. In particular, when the power supply voltage VDD is low or when it is desired to increase the load current ILoad,
Or if both, the power sense resistor RS
In this case, since the ratio of the voltage loss in the load becomes large, the load driving efficiency is remarkably reduced, and driving may not be possible depending on the performance of the load.

【0007】一方、図9の装置では、電流ミラー比nを
正確にするためには、センス抵抗Rをセンス部F2のオ
ン抵抗の10%以下と十分に小さくする必要があるが、
そのため取り出し可能なセンス電圧が小さくなり検出し
にくいという問題がある。逆に、十分に大きなセンス電
圧を取り出そうとすると、センス抵抗Rを大きくする必
要があるが、この場合は電流ミラー比nが不正確になる
問題がある。
On the other hand, in the device shown in FIG. 9, in order to make the current mirror ratio n accurate, it is necessary to make the sense resistor R sufficiently smaller than 10% of the on-resistance of the sense portion F2.
Therefore, there is a problem that the sense voltage that can be taken out becomes small and it is difficult to detect. Conversely, in order to extract a sufficiently large sense voltage, it is necessary to increase the sense resistance R. In this case, however, there is a problem that the current mirror ratio n becomes inaccurate.

【0008】また、図7や図8の装置でモータをドライ
ブする場合には、回転起動時には定常回転時よりも大き
な負荷電流を流すため、負荷電流を電圧に変換して検出
する際に回転起動時と定常回転時のそれぞれに流れる負
荷電流の大きさに応じてゲインを変えたい場合に、パワ
ー・センス抵抗RS を切り替える必要が生じ、自由度が
低いという問題もある。図9の装置においても同様の問
題がある。
When the motor is driven by the apparatus shown in FIGS. 7 and 8, a larger load current flows at the time of rotation start than at the time of steady rotation, so that when the load current is converted into a voltage and detected, the rotation start is performed. When it is desired to change the gain according to the magnitude of the load current flowing during the normal rotation and during the normal rotation, it is necessary to switch the power sense resistor RS, and there is also a problem that the degree of freedom is low. There is a similar problem in the apparatus of FIG.

【0009】そこで、本発明の第1の目的は、負荷電流
の経路上にセンス抵抗を介挿することなく、無損失で精
度よく負荷電流を検出することができる半導体集積回路
装置を提供することにある。本発明の第2の目的は、負
荷電流を検出する際に負荷電流の大きさに応じてゲイン
を容易に切り替えることができる半導体集積回路装置を
提供することにある。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device capable of detecting a load current with no loss and high accuracy without interposing a sense resistor on a load current path. It is in. A second object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device capable of easily switching a gain according to the magnitude of a load current when detecting a load current.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
装置は、負荷電流を検出する半導体集積回路装置におい
て、パワー・MOS・FET(M1)及び負荷の第1の
直列回路と、パワー・MOS・FET(M2)及びパワ
ー・MOS・FET(M3)の第2の直列回路と、を互
いに並列に接続して第1の電源と第2の電源との間に介
挿すると共に、パワー・MOS・FET(M1)、(M
2)のゲ−トを互いに接続して負荷電流に対して一定の
比率の小電流を第2の直列回路に流すための第1の電流
ミラー回路と、前記パワー・MOS・FET(M1)、
(M2)の各ソ−ス、ドレイン間電圧が入力されると共
に出力側が前記パワー・MOS・FET(M3)のゲ−
トに接続され、前記パワー・MOS・FET(M1)、
(M2)の各ソ−ス、ドレイン間電圧が等しくなるよう
にパワー・MOS・FET(M3)に流れる電流を制御
するオペアンプと、前記第2の直列回路にドレイン、ソ
−スが介挿されたパワー・MOS・FET(M4)と、
このパワー・MOS・FET(M4)のゲ−トにそのゲ
−トが接続されたパワー・MOS・FET(M5)及び
パワー・MOS・FET(M6)と、このパワー・MO
S・FET(M5)、(M6)のソ−スまたはドレイン
に対して共通に接続されたパワ−・センス抵抗と、を含
み、前記パワー・MOS・FET(M4)に流れる電流
に対して所定のミラ−比で前記パワ−・センス抵抗に電
流を流す第2の電流ミラ−回路と、この第2の電流ミラ
−回路に設けられ、オン、オフによりパワー・MOS・
FET(M5)、(M6)の電流の流れ方を変えてミラ
−比を切り替えるためのスイッチ部と、を備えたことを
特徴とする。
A semiconductor integrated circuit device according to the present invention is a semiconductor integrated circuit device for detecting a load current, comprising: a first series circuit of a power MOSFET (M1) and a load; A second series circuit of an FET (M2) and a power MOS-FET (M3) connected in parallel with each other and inserted between a first power supply and a second power supply; -FET (M1), (M
A first current mirror circuit for connecting the gates of 2) to each other to flow a small current at a fixed ratio to a load current to a second series circuit; and the power MOSFET (M1);
The source-drain voltage of (M2) is input and the output side is the gate of the power MOSFET (M3).
The power MOSFET FET (M1),
An operational amplifier for controlling the current flowing through the power MOSFET (M3) so that the voltage between each source and drain of (M2) becomes equal, and the drain and source are inserted in the second series circuit. Power MOS FET (M4)
A power MOS-FET (M5) and a power MOS-FET (M6) whose gates are connected to the gate of the power MOS-FET (M4);
A power sense resistor commonly connected to the source or drain of the S-FETs (M5) and (M6); A second current mirror circuit for supplying a current to the power sense resistor at a mirror ratio of: and a power MOS.
And a switch section for changing a mirror ratio by changing a current flow manner of the FETs (M5) and (M6).

【0011】[0011]

【作用】本発明ではオペアンプにより2つのパワー・M
OS・FET(M1、M2)の電圧が一定化される。従
って、負荷電流制御用パワー・MOS・FET(M1)
から電流センス用パワー・MOS・FET(M2)にミ
ラーされる電流がFET(M1)とFET(M2)のサ
イズ比(n対1)で高精度で決定され、FET(M2)
には負荷電流ILoadの1/nの小電流が安定に流れる。
そのため、このFET(M2)の電流経路に抵抗が十分
で検出精度の高いパワー・センス抵抗を介挿して電流を
検出する際に、パワー・センス抵抗における電力損失を
小さく抑制できる。また、負荷電流制御用パワー・MO
S・FET(M1)にはパワー・センス抵抗を介挿する
必要がないので、負荷の両端に印加される電圧の損失が
小さい。そしてスイッチにより電流ミラー回路の一部を
オン・オフすることにより、電流センス用パワー・MO
S・FET(M2)に流れる電流をさらに異なる比率の
小電流にミラーして電流検出を行うことができる。従っ
て、例えばモータのように負荷の状態に応じて負荷電流
が大きく変化する場合に、変化した負荷電流の大きさに
対応したゲインで負荷電流を高精度で検出することがで
きる。
According to the present invention, two power M
The voltage of the OS • FET (M1, M2) is stabilized. Therefore, the power MOSFET for load current control (M1)
, The current mirrored to the current-sensing power MOS-FET (M2) is determined with high accuracy by the size ratio (n to 1) of the FET (M1) and the FET (M2), and the FET (M2)
, A small current of 1 / n of the load current ILoad flows stably.
Therefore, when a current is detected by inserting a power sense resistor having a sufficient resistance into the current path of the FET (M2) with high detection accuracy, power loss in the power sense resistor can be suppressed to a small value. In addition, the load current control power
Since it is not necessary to interpose a power sense resistor in the S-FET (M1), the loss of the voltage applied across the load is small. A part of the current mirror circuit is turned on / off by a switch, so that the power for current sensing MO
Current detection can be performed by mirroring the current flowing through the S.FET (M2) to a small current having a different ratio. Therefore, for example, when the load current greatly changes according to the state of the load like a motor, the load current can be detected with high accuracy using a gain corresponding to the magnitude of the changed load current.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、請求項1に対応する本発明の実施例
を示し、インテリジェント・パワー・MOS・ICにお
いて、負荷電流を無損失で検出する半導体集積回路装置
の一例である。負荷(Load)のアース側に負荷電流
ILoadを制御するためのパワー・MOS・FET(M
1)が介挿され、このFET(M1)に流れる負荷電流
ILoadを一定の比率で小電流にミラーする電流センス用
パワー・MOS・FET(M2)がコモンゲート接続さ
れている。この実施例のFET(M1)とFET(M
2)は、いずれもnチャネルMOSFETであって特性
が近似したものである。また、M1とM2のサイズ比は
n対1であり、一例においては1000対1である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention corresponding to claim 1, and is an example of a semiconductor integrated circuit device for detecting a load current without loss in an intelligent power MOS IC. A power MOSFET (M) for controlling the load current ILoad on the ground side of the load (Load).
1) is interposed, and a current sensing power MOSFET (M2) for mirroring a load current ILoad flowing through the FET (M1) to a small current at a constant ratio is connected to a common gate. The FET (M1) and the FET (M
2) are all n-channel MOSFETs whose characteristics are similar. The size ratio between M1 and M2 is n: 1, and in one example, 1000: 1.

【0013】オペアンプOP1とMOS・FET(M
3)とによりフィードバック回路1が構成され、このフ
ィードバック回路1により2つのFET(M1、M2)
の端子電圧(ドレイン・ソース間電圧)が一定化され
る。即ち、オペアンプOP1の非反転入力端子がFET
(M1)のドレインに接続され、反転入力端子がFET
(M2)のドレインに接続され、出力端子がFET(M
3)のゲートに接続されている。このFET(M3)の
ソースはFET(M2)のドレインに接続され、FET
(M3)の電源電圧VDD側にパワー・センス抵抗RS が
介挿されている。このフィードバック回路1において
は、オペアンプOP1の非反転入力端子の電圧と反転入
力端子の電圧が常に一定となるように制御される。
An operational amplifier OP1 and a MOS FET (M
3) constitutes a feedback circuit 1. The feedback circuit 1 comprises two FETs (M1, M2).
Terminal voltage (drain-source voltage) is constant. That is, the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is an FET
(M1) is connected to the drain and the inverting input terminal is FET
(M2), and the output terminal is connected to the FET (M
3) It is connected to the gate. The source of the FET (M3) is connected to the drain of the FET (M2),
A power sense resistor RS is interposed on the power supply voltage VDD side of (M3). In the feedback circuit 1, control is performed such that the voltage of the non-inverting input terminal and the voltage of the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 are always constant.

【0014】次に図1の装置の作用について説明する。
MOSFETの電流式は、一般に、リニア領域で動作す
る場合は下記数1、飽和領域で動作する場合は下記数2
で示される。
Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described.
Generally, the current equation of a MOSFET is given by the following equation 1 when operating in the linear region, and by the following equation 2 when operating in the saturation region.
Indicated by

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】[0016]

【数2】 ここで、IDSはドレイン・ソース電流、βは構造係数で
あってμe ε/d(μe は移動度、εは絶縁体の誘電
率、dは絶縁体の厚さを示す。)、Wはチャネルの幅、
Lはチャネルの長さ、VGSはゲート・ソース間電圧、V
thはしきい値電圧、VDSはドレイン・ソース間電圧を示
す。
(Equation 2) Here, IDS is the drain-source current, β is the structural coefficient, μe ε / d (μe is the mobility, ε is the dielectric constant of the insulator, d is the thickness of the insulator), and W is the channel. The width of the
L is the channel length, VGS is the gate-source voltage, V
th indicates a threshold voltage, and VDS indicates a drain-source voltage.

【0017】従来から知られているカレントミラー回路
を用いて、あるMOS・FETに流れる電流を別のMO
S・FETにミラーする場合には、MOS・FETが飽
和領域で動作するため電流式は上記数2に従い、VDSの
影響を受けずに2つのMOS・FET間のW/Lの比で
電流がミラーされることはよく知られている。
Using a conventionally known current mirror circuit, the current flowing through a certain MOS.
In the case of mirroring to an S-FET, the current equation follows Equation 2 above because the MOS-FET operates in the saturation region, and the current is determined by the ratio of W / L between the two MOS-FETs without being affected by VDS. It is well known to be mirrored.

【0018】ところが、あるパワー・MOS・FETに
流れる電流を別のパワー・MOS・FETにミラーする
場合には、パワー・MOS・FETはオン抵抗が小さく
設計されるため、通常、VGSはVDSよりもはるかに大き
く、リニア領域で動作することになり電流式は上記数1
に従っている。つまり、IDSはVDSの影響を受けてしま
い、図1のFET(M1)とFET(M2)を流れる電
流の関係式は上記数1より、下記数3のようになる。
However, when a current flowing in a certain power MOS-FET is mirrored to another power MOS-FET, the power MOS-FET is designed to have a low on-resistance, so that VGS is usually higher than VDS. Is much larger, and operates in the linear region.
Follow. That is, IDS is affected by VDS, and the relational expression of the current flowing through the FET (M1) and the FET (M2) in FIG.

【0019】[0019]

【数3】 この数3から、FET(M1)のVDS(M1)とFET
(M2)のVDS(M2)とが等しくなるようにすれば
(VDS(M1)=VDS(M2))、FET(M1)のW
/LとFET(M2)のW/Lの比で電流をミラーする
ことができる。従って、オペアンプOP1とMOSFE
T(M3)からなるフィードバック回路1によりフィー
ドバックをかけてFET(M1)とFET(M2)のV
DSを常に等しくすると、FET(M1)とFET(M
2)のサイズ比がn対1であれば、FET(M2)側に
FET(M1)の負荷電流ILoadの1/nの電流が安定
に流れる。
(Equation 3) From equation (3), VDS (M1) of FET (M1) and FET
If VDS (M2) of (M2) is made equal (VDS (M1) = VDS (M2)), W of FET (M1)
The current can be mirrored by the ratio of / L and W / L of the FET (M2). Therefore, the operational amplifier OP1 and the MOSFE
Feedback is applied by the feedback circuit 1 composed of T (M3) and the V of the FET (M1) and the FET (M2).
If DS is always equal, FET (M1) and FET (M
If the size ratio of 2) is n: 1, a current 1 / n of the load current ILoad of the FET (M1) flows stably to the FET (M2) side.

【0020】以上のように図1に示した実施例によれ
ば、負荷(Load)の電流経路上にはパワー・センス
抵抗を介挿する必要がないため、負荷の両端に印加され
る電圧の損失を生ずることなく、電流センス用FET
(M2)により負荷電流ILoadを高精度で検出すること
ができる。しかも、FET(M2)の電流経路に検出精
度を高めるために十分な抵抗のパワー・センス抵抗RS
を介挿してもFET(M2)に流れる電流が負荷電流の
1/nと小電流であるため、パワー・センス抵抗RS に
よる電力の損失も小さく抑制される。
As described above, according to the embodiment shown in FIG. 1, since it is not necessary to interpose a power sense resistor on the current path of the load (Load), the voltage applied to both ends of the load can be reduced. Current sensing FET without loss
By (M2), the load current ILoad can be detected with high accuracy. Moreover, a power sense resistor RS sufficient for increasing the detection accuracy in the current path of the FET (M2).
, The current flowing through the FET (M2) is as small as 1 / n of the load current, so that the power loss due to the power sense resistor RS is suppressed to be small.

【0021】図2は、請求項1に対応する他の実施例を
示し、この例ではFET(M1)とFET(M2)を電
源電圧VDD側に介挿したほかは、図1の実施例と同等で
ある。このようにFET(M1)とFET(M2)を電
源電圧VDD側に介挿しても図1に示した実施例と同様の
作用効果が奏される。
FIG. 2 shows another embodiment corresponding to the first embodiment. In this embodiment, the FET (M1) and the FET (M2) are interposed on the power supply voltage VDD side. Are equivalent. Thus, even if the FET (M1) and the FET (M2) are interposed on the power supply voltage VDD side, the same operation and effect as those of the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.

【0022】図3は、請求項2に対応する本発明の実施
例を示し、インテリジェント・パワー・MOS・ICに
おいて、負荷電流を無損失で検出する半導体集積回路装
置の一例である。この実施例は、図1の実施例におい
て、電流センス用パワー・MOS・FET(M2)に流
れる電流をさらに一定の比率で小電流にミラーする電流
ミラー回路2と、当該比率を可変にするために電流ミラ
ー回路2の一部をオン・オフするスイッチ3とを付加し
たものである。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention corresponding to claim 2, and is an example of a semiconductor integrated circuit device for detecting a load current without loss in an intelligent power MOS IC. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that a current mirror circuit 2 for mirroring a current flowing through a current sensing power MOS FET (M2) to a small current at a constant ratio, and to make the ratio variable. And a switch 3 for turning on / off a part of the current mirror circuit 2.

【0023】この実施例の電流ミラー回路2は、従来公
知のカレントミラー回路を利用して構成されている。即
ち、pチャネルMOS・FET(M4)が電流センス用
パワー・MOS・FET(M2)の電流経路上に介挿さ
れ、このFET(M4)に流れる電流をさらに一定の比
率で小電流にミラーするためのpチャネルMOS・FE
T(M5)及びpチャネルMOS・FET(M6)がそ
れぞれFET(M4)にコモンゲート接続され、FET
(M5)とFET(M6)とがコモンドレイン接続され
ている。そして、スイッチ3を構成するトランスファー
ゲートTG1がFET(M6)のドレイン電流経路上に
介挿されている。このトランスファーゲートTG1はゲ
インコントロール信号によりFET(M6)をオン・オ
フ制御するためのものである。なお、G1はゲートであ
る。また、パワー・センス抵抗RS はFET(M5)の
ドレイン電流経路上に介挿されている。
The current mirror circuit 2 of this embodiment is constructed using a conventionally known current mirror circuit. That is, the p-channel MOSFET (M4) is interposed on the current path of the power MOSFET (M2) for current sensing, and the current flowing through the FET (M4) is further mirrored into a small current at a constant ratio. P-channel MOS ・ FE for
T (M5) and p-channel MOS FET (M6) are connected to FET (M4) by common gate, respectively.
(M5) and the FET (M6) are connected to a common drain. The transfer gate TG1 constituting the switch 3 is inserted on the drain current path of the FET (M6). The transfer gate TG1 is for controlling on / off of the FET (M6) by a gain control signal. G1 is a gate. Further, the power sense resistor RS is inserted on the drain current path of the FET (M5).

【0024】この実施例においては、さらに一定の比率
で小電流にミラーする電流ミラー回路2と当該比率を可
変にするためのスイッチ3を付加しているため、ゲイン
コントロール信号によりスイッチ3をオン・オフ制御す
ることにより、電流ミラー比を切り替えることができ
る。従って、図1の実施例では、電流検出量の自由度が
制限されるが、この実施例では、電流検出量の自由度が
大きく、そのため、パワー・センス抵抗RS を取り替え
たり、切り替えたりすることをせずに、負荷電流が大き
く変化する場合に、変化した負荷電流の大きさに対応し
たゲインで負荷電流を高精度で検出することができる。
In this embodiment, since a current mirror circuit 2 for mirroring a small current at a fixed ratio and a switch 3 for changing the ratio are added, the switch 3 is turned on and off by a gain control signal. By performing the off control, the current mirror ratio can be switched. Therefore, in the embodiment of FIG. 1, the degree of freedom of the current detection amount is limited. In this embodiment, however, the degree of freedom of the current detection amount is large, and therefore, the power sense resistor RS must be replaced or switched. If the load current greatly changes without performing the above operation, the load current can be detected with high accuracy using a gain corresponding to the magnitude of the changed load current.

【0025】この実施例は、特に、ハードディスクドラ
イブ(HDD)用スピンドルモータドライバやボイスコ
イルモータドライバに使用されるインテリジェント・パ
ワー・MOS・ICに適用する場合に顕著な効果を奏す
る。即ち、モータの回転起動時には大きな負荷電流を流
し、モータの定常回転時には小さな負荷電流を流すた
め、電流ミラー回路2によりモータの回転起動時には検
出電流を小さく切り替えて検出精度を高くすることがで
きる。
This embodiment has a remarkable effect particularly when applied to an intelligent power MOS IC used in a spindle motor driver for a hard disk drive (HDD) or a voice coil motor driver. That is, a large load current flows when the motor starts rotating, and a small load current flows when the motor rotates at a steady speed. Therefore, the detection current can be switched to a small value by the current mirror circuit 2 when the motor starts rotating to increase the detection accuracy.

【0026】図4は、請求項2に対応する他の実施例を
示し、この例は、図2の実施例に対して図3の電流ミラ
ー回路2及びスイッチ3を付加したものである。即ち、
カレントミラー回路を構成するFET(M4)を電流セ
ンス用パワー・MOS・FET(M2)のアース側に接
続した例である。この図4の実施例においても図3の実
施例と同様の作用効果が奏される。
FIG. 4 shows another embodiment corresponding to claim 2, which is obtained by adding the current mirror circuit 2 and the switch 3 of FIG. 3 to the embodiment of FIG. That is,
This is an example in which the FET (M4) constituting the current mirror circuit is connected to the ground side of the current sensing power MOSFET (M2). In the embodiment shown in FIG. 4, the same operation and effect as those in the embodiment shown in FIG. 3 are obtained.

【0027】図5は、図3の実施例において電流ミラー
比を切り替える場所をゲート側に変更した場合の実施例
である。即ち、図3では電流ミラー比の切り替えはドレ
イン側で行っているが、この実施例では、2つのトラン
スファーゲート(TG1、TG2)とゲートG1を用い
て、FET(M5、M6)のゲート側で電流ミラー比を
切り替えるようにしている。この実施例においても図3
の実施例と同様の作用効果が奏される。
FIG. 5 shows an embodiment in which the location where the current mirror ratio is switched is changed to the gate side in the embodiment of FIG. That is, in FIG. 3, the switching of the current mirror ratio is performed on the drain side, but in this embodiment, two transfer gates (TG1, TG2) and the gate G1 are used, and the gate side of the FET (M5, M6) is used. The current mirror ratio is switched. Also in this embodiment, FIG.
The same operation and effect as those of the embodiment can be obtained.

【0028】図6は、図4の実施例において電流ミラー
比を切り替える場所をゲート側に変更した場合の実施例
である。この実施例においても図4の実施例と同様の作
用効果が奏される。
FIG. 6 shows an embodiment in which the switching position of the current mirror ratio is changed to the gate side in the embodiment of FIG. In this embodiment, the same operation and effect as those of the embodiment of FIG. 4 can be obtained.

【0029】なお、図3から図6の実施例において、3
つのFET(M4、M5、M6)からなるカレントミラ
ー回路に対してさらに同様のカレントミラー回路を多段
に接続すれば、ゲインの切り替え段数をさらに増加させ
ることができる。
In the embodiment shown in FIGS.
If the same current mirror circuit is further connected in multiple stages to the current mirror circuit composed of one FET (M4, M5, M6), the number of gain switching stages can be further increased.

【0030】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明においては、カレントミラー回路を用いて電
流ミラー回路を構成したが、電流ミラー回路は、カレン
トミラー回路を用いる場合に制限されず、他の代替手段
を用いることができる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, in the present invention, the current mirror circuit is formed using the current mirror circuit. However, the current mirror circuit is not limited to the case where the current mirror circuit is used. Other alternatives can be used.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が奏され
る。 (1)負荷電流制御用パワー・MOS・FET(M1)
の電流経路上にはパワー・センス抵抗を介挿する必要が
ないので、負荷の両端に印加される電圧の損失が小さ
い。 (2)電流センス用パワー・MOS・FET(M2)に
流れる電流が小さいので、この電流経路に抵抗が十分で
検出精度の高いパワー・センス抵抗を介挿して電流検出
する際のパワー・センス抵抗における電力損失が小さ
い。 (3)負荷電流の経路とは別の経路に負荷電流をミラー
して検出電流を取り出すため、検出電流を処理する自由
度が高い。 (4)さらに一定の比率で小電流にミラーする電流ミラ
ー回路と当該比率を可変にするためのスイッチを設け
て、電流センス用パワー・MOS・FET(M2)に流
れる電流を異なる比率の小電流にミラーして電流検出を
行うので、負荷電流が大きく変化する場合に変化した負
荷電流の大きさに対応したゲインに切り替えて負荷電流
を高精度で検出することができる。 (5)負荷電流制御用パワー・MOS・FET(M1)
のサイズを電流センス用パワー・MOS・FET(M
2)のサイズよりもはるかに大きくできるので、電流セ
ンス用パワー・MOS・FET(M2)における消費電
力は小さい。
According to the present invention, the following effects can be obtained. (1) Power MOSFET for load current control (M1)
It is not necessary to interpose a power sense resistor on the current path of the load, so that the loss of the voltage applied across the load is small. (2) Since the current flowing through the power MOS FET (M2) for current sensing is small, a power sense resistor for detecting current by inserting a power sense resistor with sufficient resistance and high detection accuracy in this current path is used. The power loss at is small. (3) Since the detected current is extracted by mirroring the load current on a path different from the path of the load current, the degree of freedom in processing the detected current is high. (4) Further, a current mirror circuit for mirroring a small current at a constant ratio and a switch for changing the ratio are provided, so that the current flowing through the current-sensing power MOS-FET (M2) has a small current having a different ratio. Therefore, when the load current changes greatly, the gain can be switched to a gain corresponding to the magnitude of the changed load current, and the load current can be detected with high accuracy. (5) Power MOSFET for load current control (M1)
The size of the power MOSFET for current sensing (M
Since the size can be made much larger than the size of 2), the power consumption of the current sensing power MOSFET (M2) is small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1に対応する本発明の実施例の説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention corresponding to claim 1;

【図2】請求項1に対応する本発明の他の実施例の説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention corresponding to claim 1;

【図3】請求項2に対応する本発明の実施例の説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory view of an embodiment of the present invention corresponding to claim 2;

【図4】請求項2に対応する本発明の他の実施例の説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory view of another embodiment of the present invention corresponding to claim 2;

【図5】請求項2に対応する本発明のさらに他の実施例
の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view of still another embodiment of the present invention corresponding to claim 2;

【図6】請求項2に対応する本発明のさらに他の実施例
の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view of still another embodiment of the present invention corresponding to claim 2;

【図7】従来の電流検出装置の一例を示す説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a conventional current detection device.

【図8】従来の電流検出装置の他の例を示す説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another example of a conventional current detection device.

【図9】従来の電流検出装置のさらに他の例を示す説明
図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing still another example of the conventional current detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M1 負荷電流を制御するためのパワー・MOS・
FET M2 電流センス用パワー・MOS・FET M3 MOS・FET OP1 オペアンプ Load 負荷 1 フィードバック回路 2 電流ミラー回路 3 スイッチ M4、M5、M6 MOS・FET
M1 Power MOS for controlling load current
FET M2 Power MOS • FET for current sensing M3 MOS • FET OP1 Operational amplifier Load Load 1 Feedback circuit 2 Current mirror circuit 3 Switch M4, M5, M6 MOS • FET

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 19/00 - 19/32 G05F 1/56 310 G05F 3/26 H03F 3/343 H03F 3/345 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 19/00-19/32 G05F 1/56 310 G05F 3/26 H03F 3/343 H03F 3/345

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 負荷電流を検出する半導体集積回路装置
において、 パワー・MOS・FET(M1)及び負荷の第1の直列
回路と、パワー・MOS・FET(M2)及びパワー・
MOS・FET(M3)の第2の直列回路と、を互いに
並列に接続して第1の電源と第2の電源との間に介挿す
ると共に、パワー・MOS・FET(M1)、(M2)
のゲ−トを互いに接続して負荷電流に対して一定の比率
の小電流を第2の直列回路に流すための第1の電流ミラ
ー回路と、 前記パワー・MOS・FET(M1)、(M2)の各ソ
−ス、ドレイン間電圧が入力されると共に出力側が前記
パワー・MOS・FET(M3)のゲ−トに接続され、
前記パワー・MOS・FET(M1)、(M2)の各ソ
−ス、ドレイン間電圧が等しくなるようにパワー・MO
S・FET(M3)に流れる電流を制御するオペアンプ
と、 前記第2の直列回路にドレイン、ソ−スが介挿されたパ
ワー・MOS・FET(M4)と、 このパワー・MOS・FET(M4)のゲ−トにそのゲ
−トが接続されたパワー・MOS・FET(M5)及び
パワー・MOS・FET(M6)と、このパワー・MO
S・FET(M5)、(M6)のソ−スまたはドレイン
に対して共通に接続されたパワ−・センス抵抗と、を含
み、前記パワー・MOS・FET(M4)に流れる電流
に対して所定のミラ−比で前記パワ−・センス抵抗に電
流を流す第2の電流ミラ−回路と、 この第2の電流ミラ−回路に設けられ、オン、オフによ
りパワー・MOS・FET(M5)、(M6)の電流の
流れ方を変えてミラ−比を切り替えるためのスイッチ部
と、を備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。
1. A semiconductor integrated circuit device for detecting a load current.
, A first series of a power MOSFET (M1) and a load
Circuit, power MOS FET (M2) and power
And a second series circuit of the MOS-FET (M3)
Connect in parallel and interpose between the first power supply and the second power supply
Power MOS FET (M1), (M2)
Are connected to each other and a constant ratio to the load current.
Current mirror for flowing a small current through the second series circuit
Circuit and the power / MOS / FET (M1) and (M2)
-The source-drain voltage is input and the output side is
Connected to the gate of the power MOS FET (M3),
The source of each of the power MOSFETs (M1) and (M2)
Power and MO so that the voltage between
Operational amplifier that controls the current flowing through S-FET (M3)
And a capacitor having a drain and a source interposed in the second series circuit.
The word · MOS · FET (M4), the gate of the power · MOS · FET (M4) - the gate to the door
Power MOS-FET (M5) connected to
Power MOS FET (M6) and this power MO
Source or drain of S-FET (M5), (M6)
And a power sense resistor commonly connected to
And the current flowing through the power MOSFET (M4)
To the power sense resistor at a predetermined mirror ratio.
A second current mirror circuit for flowing a current; and a second current mirror circuit provided in the second current mirror circuit for turning on and off the current.
Of the current of the power MOSFET (M5) and (M6)
Switch section for changing the mirror ratio by changing the flow
And a semiconductor integrated circuit device.
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