JP7348032B2 - 電流測定回路、電流測定方法 - Google Patents
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図1は、電流測定回路の第1実施形態(後出の第2実施形態以下と対比される比較例に相当)を示す図である。本実施形態の電流測定回路10は、スイッチ素子1(本図では、SiC-NMOSFET)に直列接続されたセンス抵抗11を有し、スイッチ素子1のドレイン・ソース間に流れるドレイン電流Ids(例えば100A)に応じたセンス信号S10を出力する。なお、スイッチ素子1は、ゲート抵抗Rg及びゲート容量Cg(いずれも不図示)を持つ。
図4は、電流測定回路の第2実施形態を示す図である。本実施形態の電流測定回路10は、先出のセンス抵抗11に加えて抵抗12とキャパシタ13をさらに有し、両素子間に現れるノード電圧VCSをセンス信号S10として出力する。なお、センス抵抗11は、先出の図2と同じく、単位抵抗素子R1(20mΩ)を2直列×6並列に接続して成るものとし、ここでは重複した説明は割愛する。
図6は、第3実施形態におけるセンス抵抗11の実装例を示す図である。本実施形態の電流測定回路10は、先出の第2実施形態(図4)と同一の回路構成であるが、センス抵抗11の実装パターンが異なる。
図9は、第4実施形態におけるセンス抵抗の実装例を示す図である。本実施形態の電流測定回路10は、先出の第2実施形態(図4)と同一の回路構成であるが、センス抵抗11の実装パターンが異なる。
上記の第2~第4実施形態を対比すれば明らかなように、スイッチ素子1のターンオン遷移期間τon及びターンオフ遷移期間τoffにおけるドレイン電流Idsの過渡電流波形を正確に測定するためには、センス抵抗11の抵抗成分RSENとインダクタンス成分LSENのバランスが非常に重要となる。
図11は、第5実施形態における電流測定回路の実装位置を示す図である。本実施形態の電流測定回路10は、先出の第2実施形態(図4)と同一の回路構成である。また、センス抵抗11は、先出の図9と同じく、単位抵抗素子R3(10mΩ)を3つ並列に接続して成るものとする。
図13は、第6実施形態における電流測定回路の実装位置を示す図である。本実施形態の電流測定回路10は、先出の第2実施形態(図4)と同一の回路構成である。また、センス抵抗11は、先出の図9と同じく、単位抵抗素子R3(10mΩ)を3つ並列に接続して成るものとする。
図15は、これまでに説明してきた電流測定回路10をスイッチング電源に導入した事例を示す図である。本図のスイッチング電源Xは、入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する降圧型スイッチ出力段の構成要素として、スイッチ素子1H及び1L(本図ではSiC-NMOSFET)と、キャパシタC1と、インダクタL1と、を有する。
例えば、スイッチ素子1Lのドレイン・ソース間に流れるスイッチ電流IswLの過渡電流波形を測定する場合には、パルス駆動されるスイッチ電圧Vwの影響を極力受けないように、スイッチ素子1Lのソースと接地端PGNDとの間に電流測定回路10を設けることが望ましい。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
2 信号調整部
3 ドライバ
4 コントローラ
10 電流測定回路
11 センス抵抗
12 抵抗
13 キャパシタ
C1 キャパシタ
L1 インダクタ
R1~R3 単位抵抗素子
RSEN 抵抗成分
LSEN インダクタンス成分
X スイッチング電源
Claims (9)
- スイッチ素子に直列接続されたセンス抵抗と、
第1端が前記センス抵抗の第1端に接続されて第2端がセンス信号の出力端に接続された抵抗と、
第1端が前記センス信号の出力端に接続されて第2端が前記センス抵抗の第2端に接続されたキャパシタと、
を有し、
前記センス抵抗は、所定の単位抵抗値を持つ単位抵抗素子又は前記単位抵抗素子が複数直列接続された単位抵抗素子列を複数並列に接続して成る、電流測定回路。 - 前記センス抵抗の抵抗値をRSENとし、前記センス抵抗のインダクタンス値をLSENとし、前記抵抗の抵抗値をRSとし、前記キャパシタの容量値をCSとすると、RSEN×RS=LSEN/CSが成立する、請求項1に記載の電流測定回路。
- 前記抵抗の抵抗値は、150~470Ωである、請求項1又は2に記載の電流測定回路。
- 前記キャパシタの容量値は、1000~2200pFである、請求項1~3のいずれか一項に記載の電流測定回路。
- 前記センス抵抗の抵抗値は、3.0~6.67mΩである、請求項1~4のいずれか一項に記載の電流測定回路。
- 前記センス抵抗のインダクタンス値は、0.5~2.84nHである、請求項1~5のいずれか一項に記載の電流測定回路。
- 前記スイッチ素子のゲート・ソース間に形成される信号ループから分離された位置に設けられている、請求項1~6のいずれか一項に記載の電流測定回路。
- 前記スイッチ素子と接地端または電源端との間に設けられている、請求項1~7のいずれか一項に記載の電流測定回路。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載の電流測定回路から出力される前記センス信号に基づいて、前記スイッチ素子のターンオン遷移期間及びターンオフ遷移期間における過渡電流波形を測定する、電流測定方法。
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