JPH0754336B2 - 電流センス回路 - Google Patents
電流センス回路Info
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- JPH0754336B2 JPH0754336B2 JP68989A JP68989A JPH0754336B2 JP H0754336 B2 JPH0754336 B2 JP H0754336B2 JP 68989 A JP68989 A JP 68989A JP 68989 A JP68989 A JP 68989A JP H0754336 B2 JPH0754336 B2 JP H0754336B2
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- JP
- Japan
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- current
- voltage
- mos transistor
- reference voltage
- resistor
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- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
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。
流センス回路に関する。
B.従来の技術 第４図は、例えば米国特許第4,553,084号公報で知られ
る従来の電流センス回路である。
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）1a,1b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Vref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。
タ（Ｎチャネル）1a,1b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Vref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、iR（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Vref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。
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、iR（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Vref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1b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、その電流を直接測ることは困
難である。
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、その電流を直接測ることは困
難である。
C.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△Ｖ＝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。
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△Ｖ＝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。
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。
D.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
回路に適用される。
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。
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。
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。
E.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MOS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、MOS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。
ンジスタの負荷側電極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、MOS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、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
−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。
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）10a,
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、MOSトランジスタ10aのソース電極は負荷Lo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MOSトランジスタのセル数を少なくし
てもよい。
のMOSトランジスタ（ＮチャネルMOSトランジスタ）10a,
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、MOSトランジスタ10aのソース電極は負荷Lo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MOS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15が接続されている。
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15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
14Aと基準電圧発生回路15から出力される基準電圧V15A
とを比較するもので、出力電圧V14Aは比較器16の反転入
力端に加えられ、基準電圧V15Aは非反転入力端に加えら
れている。
14Aと基準電圧発生回路15から出力される基準電圧V15A
とを比較するもので、出力電圧V14Aは比較器16の反転入
力端に加えられ、基準電圧V15A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。
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10
a,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、 ib＝ａ・ia …（１） となる。但し、ａはMOSトランジスタ10aと10bの大きさ
の比である。ここで、ａ≪１ならば、ib≪iaである。
ジスタ10a,10bがオンし、それぞれのMOSトランジスタ10
a,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、 ib＝ａ・ia …（１） となる。但し、ａはMOSトランジスタ10aと10bの大きさ
の比である。ここで、ａ≪１ならば、ib≪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トランジスタ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V14A＝Vs−ib・R14 …（２） ただし、R14は抵抗14bの抵抗値に変換する。
に加えられると、オペアンプ14aはMOSトランジスタ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V14A＝Vs−ib・R14 …（２） ただし、R14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V15A＝Vs−ir・R15 …（３） 但し、R15は抵抗15aの抵抗値を出力する。
基準電流源15bとによって 基準電圧V15A＝Vs−ir・R15 …（３） 但し、R15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V14Aと基準電圧発生回路15
からの基準電圧V15A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ib＞irのとき、電圧V14Aが基準電圧V15A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。
からの基準電圧V15A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ib＞irのとき、電圧V14Aが基準電圧V15A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、両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。
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、両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。
−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。
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。
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
VBATと、MOSトランジスタ10aのソース端子13間に直列接
続された抵抗17a,17b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MOS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、R1は抵抗17a,18aの抵抗値、R2は
抵抗17b,18bの抵抗値である。
非反転入力端に加えられる基準電圧Ｖ′ｓは、電源電圧
VBATと、MOSトランジスタ10aのソース端子13間に直列接
続された抵抗17a,17b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MOS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、R1は抵抗17a,18a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。
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。
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、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10aが接続される。ま
た、電源端子11とドレイン端子21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。
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10aが接続される。ま
た、電源端子11とドレイン端子21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。
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。
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。
G.発明の効果 以上説明したように、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
記変換電圧を比較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。
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
記変換電圧を比較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。
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,10b:MOSトランジスタ 11:電源端子、13:ソース端子 14:電流電圧変換器 14a:帰還抵抗 15:基準電圧発生回路 15a:抵抗、15b:基準電流源
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,10b:MOSトランジスタ 11:電源端子、13:ソース端子 14:電流電圧変換器 14a:帰還抵抗 15:基準電圧発生回路 15a:抵抗、15b:基準電流源
Claims (1)
- 【請求項１】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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP68989A JPH0754336B2 (ja) | 1989-01-04 | 1989-01-04 | 電流センス回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP68989A JPH0754336B2 (ja) | 1989-01-04 | 1989-01-04 | 電流センス回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02181663A JPH02181663A (ja) | 1990-07-16 |
| JPH0754336B2 true JPH0754336B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=11480725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP68989A Expired - Fee Related JPH0754336B2 (ja) | 1989-01-04 | 1989-01-04 | 電流センス回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754336B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0580923B1 (en) * | 1992-07-30 | 1997-10-15 | STMicroelectronics S.r.l. | Device comprising an error amplifier, a control portion and a circuit for detecting voltage variations in relation to a set value |
| JPH0915271A (ja) * | 1995-04-24 | 1997-01-17 | Advantest Corp | 過電流検出回路 |
| JP5089536B2 (ja) | 2008-09-10 | 2012-12-05 | 株式会社リコー | 電流制限回路及び電流制限回路の駆動方法 |
| JP5510660B2 (ja) | 2010-09-02 | 2014-06-04 | セイコーエプソン株式会社 | 駆動回路、物理量測定装置 |
| JP5666694B2 (ja) * | 2011-04-05 | 2015-02-12 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 負荷電流検出回路 |
| JP5790958B2 (ja) * | 2014-03-28 | 2015-10-07 | セイコーエプソン株式会社 | 駆動回路、物理量測定装置 |
-
1989
- 1989-01-04 JP JP68989A patent/JPH0754336B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02181663A (ja) | 1990-07-16 |
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