JPH02181663A - 電流センス回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、パワーＩＣでの過電流検知などに用いられる
電流センス回路に関する。

Ｂ、従来の技術 第４図は、例えば米国特許筒４，５５３，０８４号公報
で知られる従来の電流センス回路である。

図において、カレントミラーを構成するＭＯＳトランジ
スタ（Ｎチャネル）ｌａ、ｌｂのドレイン電極は電源端
子２に接続され、その共有のゲート電極はゲート端子３
に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ１ａのソ
ース電極はソース端子４に接続され、ＭＯＳトランジス
タ１ｂのソース電極は電流検知抵抗５を介してソース端
子４に接続されている。６は電流判定用の比較器で、そ
の一方の入力端には、抵抗５とＭＯＳトランジスタ１ｂ
のソース電極との接続点Ｐが接続され、他方の入力端に
は基準電圧Ｖ　ｒｅｆが加えられている。

なお、ＭＯＳトランジスタ１ａでオン・オフされる負荷
Ｌｏはソース端子４と接地間に接続される。

したがって、ＭＯＳトランジスタ１ａがゲート電圧の印
加によりオンすると、接続点Ｐの電圧は電源端子２の電
圧になると共に、ＭＯＳトランジスタ１ｂを流れる電流
ｉが抵抗５を通して流れることにより、１Ｒ（Ｒは抵抗
５の抵抗値）に相当する電圧降下が生じる。この電圧降
下による接続点Ｐの電圧を比較器６で基準電圧Ｖ　ｒｅ
ｆと比較し、その比較結果により過電流か否かの判定を
行い、その検出信号を比較器６の出力端子７から出力す
るようになっている。

このような電流センス回路では、ＭＯＳトランジスタ１
ｂのチャネル幅をＭＯＳトランジスタ１ａに比べて極め
て小さくして抵抗５を流れる電流を小さくすれば、パワ
ーＩＣでも低電流容量の抵抗５で電流検知を簡単な構成
で行うことができる。なお、パワーＩＣでは、ＭＯＳト
ランジスタ１ａに大きな電流が流れるため、その電流を
直接側ることは困難である。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述のような従来の電流センス回路では
、カレントミラーを構成するＭＯＳトランジスタ１ｂの
ソース電極に接続された抵抗素子の電圧降下を検知して
電流検知を行う方式になっているため、抵抗素子の電圧
降下をΔｖ＝ｉ−Ｒ（但し、Ｒは抵抗５の抵抗値、ｉは
ＭＯＳトランジスタ１ｂの電流値）とすると、検知され
た電流値は、半導体製造プロセスのばらつきにより抵抗
値Ｒが拡散抵抗やポリシリコン抵抗の場合、±１０％程
度ばらつき、精度の良い電流検知が難しいという問題が
あった。

本発明の技術的課題は、半導体製造プロセスのばらつき
に影響されることなく電流検知を正確に行うことにある
。

０６課題を解決するための手段 本発明は、ゲート電極を共有する第１および第２のＭＯ
Ｓトランジスタを有し、第１のＭＯＳトランジスタのソ
ース電極またはドレイン電極が負荷に接続された電流セ
ンス回路に適用される。

そして上述した技術的課題は次の構成により解決される
。

第１のＭＯＳトランジスタの負荷側の電極から得られる
電圧を基準にして第２のＭＯＳトランジスタに流れる電
流を電圧に変換する帰還抵抗付きの電流電圧変換手段と
、第１のＭＯＳトランジスタの負荷側の電極に接続され
る、帰還抵抗と同一抵抗値をもつように同一の製造プロ
セスで同時に形成される抵抗および基準電流源を有し、
その抵抗と基準電流源との間に基準電圧を発生させる基
準電圧発生手段を備える。また電流電圧変換手段から出
力される出力電圧と基準電圧発生手段からの基準電圧と
を比較判定する比較器とを備える。

８１作用 電流電圧変換手段は、これに加えられる第１のＭＯＳト
ランジスタの負荷側電極の電圧を基準にして第２のＭＯ
Ｓトランジスタを流れる電流を電圧に変換する。また、
基準電圧発生手段は、第１のＭＯＳトランジスタの負荷
側電極の電圧をもとに基準電圧を発生する。そして、上
記変換電圧と基準電圧とを比較器で比較することにより
カレントミラーを構成するＭＯＳトランジスタを流れる
電流を検知し判定する。電流電圧変換手段の帰還抵抗と
基準電圧発生手段に用いる抵抗が同一半導体基板上で同
一の製造プロセスにて同時に作成されるから、半導体製
造プロセスにばらつきがあっても、帰還抵抗および基準
電圧発生手段の抵抗の抵抗値は一様にばらつくため、Ｍ
ＯＳトランジスタを流れる電流を精度よく検知すること
が可能になる。

Ｆ、実施例 以下１本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

一第１の実施例− 第１図は、本発明による電流センス回路の第１の実施例
を示す構成図である。

図において、カレントミラーを構成する第１および第２
のＭＯＳトランジスタ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
）ｌｏａ、１０ｂのドレイン電極は電源ＶＤの端子１１
に接続されて、その共有のゲート電極はゲート端子１２
に接続されている。

またｌＭＯＳトランジスタ１０ａのソース電極は負荷Ｌ
ｏが接続されるソース端子１３に接続されている。ここ
で、第１．第２のＭＯＳトランジスタは、第１のＭＯＳ
トランジスタを流れる電流に対して第２のＭＯＳトラン
ジスタに流れる電流を少なくするように設定する。設定
の仕方としては、第２のＭＯＳトランジスタのチャネル
幅を第１のＭＯＳトランジスタに対して小さくしてもよ
いし、第１．第２のＭＯＳトランジスタを複数のセルか
ら構成し、第１のＭＯＳトランジスタに比べて第２のＭ
ＯＳトランジスタのセル数を少なくしてもよい。

電流電圧変換器１４は、オペアンプ１４ａと、このオペ
アンプ１４ａの反転入力端と出力端間に接続した帰還抵
抗１４ｂとから構成され、そして、オペアンプ１４ａの
非反転入力端にはＭＯＳトランジスタ１０ａのソース側
の電圧Ｖｓが印加・され、反転入力端にはＭＯＳトラン
ジスタ１０ｂのソース側の電圧が印加されている。また
、ＭＯＳトランジスタ１０ａのソース端子１３とアース
間には、帰還抵抗１４ｂと同一の抵抗値を有するように
同一製造プロセスで同時に形成される抵抗１５ａと基準
電流源１５ｂとを直列接続して成る基準電圧発生回路１
５が接続されている。

比較器１６は、電流電圧変換器１４で変換された出力電
圧Ｖ　１４　Ａと基準電圧発生回路１５から出力される
基準電圧Ｖ工、Ａとを比較するもので。

出力電圧Ｖ　１４　Ａは比較器１６の反転入力端に加え
られ、基準電圧Ｖ　！　Ｓ　Ａは非反転入力端に加えら
れている。

次に、このように構成された本実施例の動作について説
明する。

ゲート端子１２にゲート電圧が印加されると、ＭＯＳト
ランジスタ１０ａ、１０ｂがオンし、それぞれのＭＯＳ
トランジスタ１０ａ、１０ｂに電流が流れる。この時、
ＭＯＳトランジスタ１０ａを流れる電流をｉａとすると
、ＭＯＳトランジスタ１０ｂに流れる電流ｉｂは、 ｘｂ＝＝ａ、ｉａ　　　　　　　　　　　・・・（１）
となる。但し、ａはＭＯＳ）−ランジスタ１０ａと１０
ｂの大きさの比である。ここで、ａ　＜　１ならば、ｉ
ｂ＜ｉａである。

ＭＯＳトランジスタ１０ｂを流れる電流ｉｂが電流電圧
変換器１４に加えられると、オペアンプ１４ａはＭＯＳ
）−ランジスタ１０ａのソース端子１３の電圧Ｖｓを基
準にして電流値ｉｂを、電圧ｖＬ４Ａ＝ｖｓ−１ｂ−Ｒ
１４・・・（２）ただし、Ｒ□は抵抗１４ｂの抵抗値 に変換する。

一方、基準電圧発生回路１５は、抵抗１５ａと電流ｉｒ
を流す基準電流源１５ｂとによって基準電圧ｖ１＠Ａ＝
　Ｖｓ−１ｒ　’　Ｒｌｓ　　　”’　（３）但し、Ｒ
１，は抵抗１５ａの抵抗値 を出力する。

電流電圧変換器１４からの電圧Ｖ　１４　Ａと基準電圧
発生回路１５からの基準電圧Ｖｔ５Ａが比較器１６に加
えられると、両電圧は比較され、その比較結果が検出信
号として出力される。即ち１ｂ）ｉｒ（７）とき、電圧
Ｖ　、　４Ａが基準電圧ｖ、ｓＡより大きくなるため、
比較器１６の出力に検知信号が現われ、過電流を検出す
ることになる。

上述のような本実施例にあっては、電流電圧変換器１４
の帰還抵抗１４ｂと基準電圧発生回路１５の抵抗１５ａ
は、共に同じ抵抗値を有する抵抗として同一の半導体基
板上に同時に形成されるものであるから、面抵抗の製造
プロセス上のばらつきは数％以内に抑えられる。したが
って、実質上同じ抵抗値となり、しかも（２）、（３）
式の電圧Ｖｓは共通であるため、ｉｂとｉｒが正確に比
較でき、これに伴い、ＭＯＳトランジスタを流れる電流
をプロセスのばらつき、温度特性に左右されることなく
精度良く過電流を検出し、判定することができる。

一第２の実施例− 第２図は、本発明による電流センス回路の第２の実施例
を示す構成図である。

この実施例では、比較する電圧レベルを変更し、マージ
ンを増大した場合のもので、第１図と同一の部分には同
一符号を付して説明する。

第２図において、電流電圧変換器１４のオペア〆　“Ｆ
・−１ ンプ１４ａの非反転入力端に加えられる基準電圧ｖ′ｓ
は、電・源電圧Ｖ　ＢＡＴと、ＭＯＳトランジスタ１０
ａのソース端子１３間に直列接続された抵抗１７ａ、１
７ｂとから生成され、また、基準電圧発生回路１５に供
給される基準電圧Ｖ’ｓも、電源電圧Ｖ　ＢＡＴとＭＯ
Ｓトランジスタ１０ａのソース側の端子１３間に直列接
続された抵抗１８ａ。

１８ｂとから生成される。この基準電圧は。

で設定される。但し、Ｒ工は抵抗１７　ａ、１８　ａの
抵抗値、Ｒ２は抵抗１７ｂ、１８ｂの抵抗値である。

このようにして得られる電圧Ｖ’ｓは、ソース端子１３
の電位Ｖｓより高いレベルになり、Ｖｓが負荷の状態で
多少低下しても、比較器１６の判定レベルから越えてし
まうことがない。

したがって、上記実施例と同様に電流値ｉｂを正確に判
定できると共に、ソース側の電位Ｖｓが負荷により極端
に下がっても、これに対する比較器の電流検知判定を余
裕をもって正確に行うことができる。

なお１以上ではＮチャネルＭＯＳトランジスタをハイサ
イドスイッチとして用いた場合について説明したが、Ｎ
チャネルＭＯＳトランジスタをローサイドスイッチとし
て用いてもよい。その場合、例えば第１図の実施例は第
３図のように変形される。すなわち、電源端子１１とド
レイン端子２１との間に負荷ＬＯが接続され、ドレイン
端子２１と接地との間に第１のＭＯＳトランジスタ１０
ａが接続される。また、電源端子１１とドレイン端子２
１間に基準電圧発生回路１５が設けられる。

この場合、定電流源１５ｂの電流の向きは第１図とは逆
になる。

このようなＮチャネルローサイドスイッチの場合にも、
上述したと全く同様な動作で電流が精度よく計測できる
。

さらにＰチャネルＭＯＳトランジスタをハイサイドスイ
ッチあるいはローサイドスイッチとして用いる場合も、
上記各実施例と全く同様に構成できる。

Ｇ１発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、帰還抵抗を有する
電流電圧変換手段により第１のＭＯＳトランジスタの負
荷側端子の電圧を基準にして第２のＭＯＳトランジスタ
を流れる電流値を電圧に変換し、また、その帰還抵抗と
同一の製造プロセスで同時に同一抵抗値に形成される抵
抗と定電流源とを用いて第１のＭＯＳトランジスタの負
荷側端子の電圧により基準電圧を生成し、この基準電圧
と上記変換電圧を比校する方式にしたので、ＭＯＳトラ
ンジスタを流れる電流を、半導体プロセスのばらつきに
左右されることなく高精度に検知し判定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電流センス回路の第１の実施例を
示す構成図である。 第２図は本発明による電流センス回路の第２の実施例を
示す構成図である。 第３図は第１図の変形例を示す構成図である。 第４図は従来の電流センス回路の構成図である。 １０ａ。 ４ａ ５ａ １ｏｂ二ＭＯＳトランジスタ ：１！源端子　　　１３：ソース端子 ：電流電圧変換器 ：帰還抵抗 二基準電圧発生回路 ：抵抗　　　　１５ｂ＝基準電流源 特許出願人　　日産自動車株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ゲート電極を共有する第１および第２のＭＯＳトランジ
   スタを有し．第１のＭＯＳトランジスタのソース電極ま
   たはドレイン電極が負荷に接続された電流センス回路に
   おいて、 前記第１のＭＯＳトランジスタの負荷側の電極から得ら
   れる電圧を基準にして前記第２のＭＯＳトランジスタに
   流れる電流を電圧に変換する帰還抵抗付きの電流電圧変
   換手段と、 前記第１のＭＯＳトランジスタの負荷側の電極に接続さ
   れる、前記帰還抵抗と同一抵抗値をもつように同一の製
   造プロセスで同時に形成される抵抗および基準電流源を
   有し、その抵抗と基準電流源との間に基準電圧を発生さ
   せる基準電圧発生手段と、 前記電流電圧変換手段から出力される出力電圧と前記基
   準電圧発生手段からの基準電圧とを比較判定する比較器
   とを備えてなる電流センス回路。