JPH08334534A - 電力用半導体構成要素の負荷電流検出用回路装置 - Google Patents

電力用半導体構成要素の負荷電流検出用回路装置

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JPH08334534A
JPH08334534A JP8165204A JP16520496A JPH08334534A JP H08334534 A JPH08334534 A JP H08334534A JP 8165204 A JP8165204 A JP 8165204A JP 16520496 A JP16520496 A JP 16520496A JP H08334534 A JPH08334534 A JP H08334534A
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terminal
resistor
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load current
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Jenoe Tihanyi
チハニ イエネ
Adam-Istvan Koroncai
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Siemens AG
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    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電界効果により制御可能な電力用半導体構成
要素の負荷電流を検出するための回路装置を、負荷の大
きさに無関係に使用できるようにする。 【解決手段】 負荷電流を検出しようとする電界効果に
より制御可能な電力用半導体構成要素１に電界効果によ
り制御可能な別の半導体構成要素２を設け、両半導体構
成要素１、２のドレイン端子及びゲート端子をそれぞれ
互いに接続し、別の半導体構成要素２のソース端子に制
御可能な抵抗６を介して抵抗５を直列に接続し、抵抗５
の他方の端子は固定電位に接続し、別の半導体構成要素
２に流れる電流を制御可能な抵抗６により、両半導体構
成要素１、２のドレイン‐ソース間電圧が等しくなるよ
うに調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果により制
御可能な電力用半導体構成要素の負荷電流を検出するた
めの回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界効果により制御可能な電力用半導体
構成要素の負荷電流を検出するため、電界効果により制
御可能な別の半導体構成要素を有し、両半導体構成要素
のドレイン端子およびゲート端子がそれぞれ互いに接続
されており、別の半導体構成要素を通って負荷電流の一
部分が流れ、別の半導体構成要素に直列に接続されてい
る抵抗を有し、この抵抗から負荷電流に比例する電圧が
取り出され得るような回路装置は、例えばフランク（R.
Frank ）およびプシェニツヒ（A.Pshaenich ）の論文
「残存している短絡回路（Surviving Short Circuits)
」、Machine Design、１９９０年３月８日、第８９〜
９６頁に記載されている。この論文には、電力用ＭＯＳ
ＦＥＴの負荷電流が、電力用ＭＯＳＦＥＴにそれよりも
面積が小さい類似のＭＯＳＦＥＴが並列に接続され、こ
の小さいほうのＭＯＳＦＥＴ、いわゆるセンスＦＥＴに
ソース側に測定抵抗が直列に接続されることにより検出
され得る原理が示されている。電力用ＦＥＴがドレイン
側で負荷と接続されているならば、別のＦＥＴを通って
負荷電流にほぼ比例する電流が流れる。その際に比例係
数はセンスＦＥＴの電流を導く面積と電力用ＦＥＴのそ
れとの比に関係する。負荷、従ってまた電力用ＦＥＴを
通って負荷電流が流れると、負荷電流にほぼ比例する部
分がセンスＦＥＴおよび測定抵抗を通って流れる。その
測定抵抗から負荷電流にほぼ比例する電圧を取り出すこ
とができる。
【０００３】その際の前提条件は、測定抵抗が負荷に合
わされていることである。従って、他の負荷では測定抵
抗が変更されるか、電圧を検出する評価論理が変更され
るかしなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
のような回路を、負荷の大きさに無関係に使用可能であ
るように構成することである。さらに、本発明の課題は
ハイサイド（High-side)スイッチのたいていの場合に使
用可能なようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明によれば、測定抵抗が一方では固定電位にあ
る端子と接続されており、他方では制御可能な抵抗を介
して別の半導体構成要素のソース端子と接続されてお
り、別の半導体構成要素の電流が制御可能な抵抗によ
り、両半導体構成要素のドレイン‐ソース間電圧が互い
に等しいように調節される。
【０００６】回路装置が電力用ＭＯＳＦＥＴではなくＩ
ＧＢＴにより作動する場合には、用語“ソース”を“エ
ミッタ”により置換すればよい。
【０００７】本発明の他の構成は請求項２以下に記載さ
れている。
【０００８】
【実施例】以下、図面に示す実施例により本発明を一層
詳細に説明する。
【０００９】図１による回路は電力用ＭＯＳＦＥＴ１を
含んでおり、そのソース側に負荷４が直列に接続されて
いる。それによって電力用ＭＯＳＦＥＴ１はハイサイド
スイッチをなしている。回路はさらに別のＭＯＳＦＥＴ
２を含んでいる。このＭＯＳＦＥＴ２は前記のセンスＦ
ＥＴを形成しており、一般に電力用ＭＯＳＦＥＴ１のい
くつかのセルにより形成されている。それは例えば１０
のセルを含んでおり、他方において電力用ＭＯＳＦＥＴ
１は１００００のセルを有する。両ＭＯＳＦＥＴのドレ
イン端子Ｄもそれらのゲート端子も互いに接続されてい
る。それらのソース端子は互いに隔てられている。ＭＯ
ＳＦＥＴ２のソース端子には制御可能な抵抗６が接続さ
れている。この制御可能な抵抗は他方の側で端子１０を
介して測定抵抗５と接続されている。測定抵抗５の他方
の端子は固定電位、好ましくは接地点に接続されてい
る。この接地点は負荷４が接続されている接地点と同一
であってもよいし、同一でなくてもよい。
【００１０】制御可能な抵抗６がＭＯＳＦＥＴとして構
成されていることは目的にかなっている。その場合、そ
のソース端子は測定抵抗５と接続されており、そのドレ
イン端子はＭＯＳＦＥＴ２のソース端子と接続されてい
る。それはＭＯＳＦＥＴ２と逆のチャネル形式である。
ＭＯＳＦＥＴ６のゲート端子は差動増幅器３の出力端と
接続されている。この差動増幅器３は２つの入力端を有
し、その負の入力端はＭＯＳＦＥＴ２のソース端子と、
また正の入力端は電力用ＭＯＳＦＥＴ１のソース端子と
接続されている。
【００１１】装置全体は端子１１と接地点との間に与え
られる作動電圧＋Ｖbbに接続されている。端子１１はＭ
ＯＳＦＥＴ１および２のドレイン端子と接続されてい
る。両ＭＯＳＦＥＴのゲート端子は抵抗８を介して入力
端９と接続されており、この入力端９に例えばポンプ回
路を介して制御電圧が与えられ得る。
【００１２】今制御電圧が入力端９に与えられると、電
力用ＭＯＳＦＥＴ１および別のＭＯＳＦＥＴ２は導通状
態に制御される。負荷電流が負荷４を通って流れる。Ｍ
ＯＳＦＥＴ２、制御可能な抵抗６および測定抵抗５を通
って同じく電流が流れる。ＭＯＳＦＥＴ１および２のソ
ース端子に、差動増幅器３の負または正の入力端に与え
られるそれぞれ１つの電圧が生ずる。これらの電圧の差
に関係して差動増幅器３の出力端に、ＭＯＳＦＥＴ６を
制御する電圧が生ずる。
【００１３】最初に、ＭＯＳＦＥＴ２におけるソース‐
ドレイン間電圧がＭＯＳＦＥＴ１におけるそれよりも大
きいと仮定する。その場合、差動増幅器３の入力端にＭ
ＯＳＦＥＴ６をより高い抵抗の範囲に制御する電圧が生
ずる。ＭＯＳＦＥＴ２を通る電流がそれにより減ぜら
れ、それによってそのドレイン‐ソース間電圧が増大す
る。ＭＯＳＦＥＴ２を通る電流はいま、入力電圧の差が
零になるまで、すなわちＭＯＳＦＥＴ１および２のドレ
イン‐ソース間電圧が等しくなるまで調節される。この
ことは、調節された定常的な状態で測定抵抗５を通っ
て、負荷４の大きさに無関係に負荷電流に常に固定的に
比例している電流が流れることを意味する。すなわち、
作動の進行中に負荷４が例えば部分的な短絡により、ま
たはいくつかの並列に接続されている負荷の故障により
変化すると、電力用ＭＯＳＦＥＴ１におけるドレイン‐
ソース間電圧が増大または減少し、またそれによって可
変の抵抗６が減少または増大方向に、増幅器３の入力端
における電圧差が零になるまで制御される。
【００１４】固定的な比例性の前提条件は、ＭＯＳＦＥ
Ｔ１および２のＩD ／ＵDS特性曲線が互いに類似してい
ることである。すなわち、各電圧値ＵDSに対して別のＦ
ＥＴ２を通って、負荷電流の１つの固定的な一部分であ
る電流が流れることである。この電流は抵抗５に、接地
点を基準にして負荷電流に比例している電圧を発生し、
この電圧が端子１０から取り出され得る。類似性は前記
のようにＭＯＳＦＥＴ２が電力用ＭＯＳＦＥＴ１のいく
つかのセルにより形成されていることにより容易に達成
され得る。比はたとえば１０：１００００であってよ
い。
【００１５】特性曲線が互いに類似していないならば、
負荷電流に関係する調節誤差が生ずる。
【００１６】図２による回路装置が図１による回路装置
と相違する点は、付加の差動増幅器１４が設けられてい
ることであり、その第１の入力端は電力用ＭＯＳＦＥＴ
１のソース端子と接続されている。差動増幅器１４の他
方の入力端には固定的な電圧が与えられている。差動増
幅器１４の出力端はＭＯＳＦＥＴ１および２のゲート端
子と接続されている。付加の差動増幅器１４はＭＯＳＦ
ＥＴ１のドレイン‐ソース間電圧を差動増幅器３のオフ
セット電圧よりも高い値に設定する目的を有する。オフ
セット電圧が例えば５ｍＶであれば、増幅器１４の第２
の入力端に与えられている電圧は例えばＶbb−０．１Ｖ
であってよい。それによってＭＯＳＦＥＴ１のドレイン
‐ソース間電圧は０．１Ｖに設定される。オフセット電
圧の前記の大きさの際に調節誤差は５／１００ｍＶ＝５
％に過ぎない。ＭＯＳＦＥＴ１のドレイン‐ソース間電
圧が例えば０．１Ｖだけ高められても、電力用ＭＯＳＦ
ＥＴ１の順抵抗は問題とならない程度しか高くならな
い。それによって電力用ＭＯＳＦＥＴ１内の損失の増大
は無視できるほど僅かである。
【００１７】図３による実施例は図１による実施例にく
らべていくつかの構成部分が追加されている。増幅器３
の負の入力端はダイオード１５を介して端子１１と、ま
た電流源１８を介して接地点と接続されている。他方の
入力端はダイオード１６を介して端子１１と、また電流
源２０を介して接地点と接続されている。負の入力端は
さらにダイオード１７を介してＭＯＳＦＥＴ２のソース
端子と接続されており、正の入力端はダイオード１９を
介して電力用ＭＯＳＦＥＴ１のソース端子と接続されて
いる。これらのダイオードおよび電流源は、増幅器３に
正しい動作点を設定する役割をする。すべてのダイオー
ドはＭＯＳダイオードとして構成されていてよく、また
電流源は電流ミラー回路またはディプレッション形ＭＯ
ＳＦＥＴとして構成されてよい。
【００１８】増幅器３の出力端とＭＯＳＦＥＴ６のゲー
ト端子との間に抵抗２１が接続されていてよく、ＭＯＳ
ＦＥＴ６のゲート端子と接続されているその端子はコン
デンサ２２と接続されている。コンデンサ２２の他方の
端子は接地点に接続されている。このＲＣ組み合わせは
増幅器３が振動しようとするのを抑制する。増幅器３が
演算増幅器であることは目的にかなっている。
【００１９】本発明による回路は、測定抵抗５自体が温
度に無関係かまたは温度に僅かしか関係しないならば、
ほぼ温度に無関係に作動し得る。このことは例えば、測
定抵抗５がポリシリコンから成っているか、または温度
補償抵抗として構成されていることにより達成され得
る。
【００２０】本発明をハイサイドスイッチにより説明し
た。しかし本発明はローサイドスイッチににも応用可能
である。その場合、負荷は両ＭＯＳＦＥＴのドレイン側
に位置しており、また制御可能なスイッチ６および測定
抵抗５はＭＯＳＦＥＴ２のソース側に接続されたままで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の接続図である。
【図２】本発明の別の実施例の接続図である。
【図３】本発明の更に別の実施例の接続図である。
【符号の説明】
１ 電力用ＭＯＳＦＥＴ ２ 別のＭＯＳＦＥＴ ３、１４ 差動増幅器 ４ 負荷 ５ 測定抵抗 ６ 制御可能な抵抗

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電界効果により制御可能な電力用半導体
    構成要素の負荷電流を検出するための回路装置であっ
    て、電界効果により制御可能な別の半導体構成要素を有
    し、両半導体構成要素のドレイン端子およびゲート端子
    がそれぞれ互いに接続されており、前記別の半導体構成
    要素を通って負荷電流の一部分が流れ、前記別の半導体
    構成要素に直列に接続されている抵抗を有し、この抵抗
    から負荷電流に比例する電圧が取り出され得る回路装置
    において、 前記抵抗（５）が一方では固定電位にある端子と接続さ
    れており、他方では制御可能な抵抗（６）を介して前記
    別の半導体構成要素（２）のソース端子と接続されてお
    り、前記別の半導体構成要素の電流が制御可能な抵抗に
    より、両半導体構成要素のドレイン‐ソース間電圧が互
    いに等しいように調節されることを特徴とする電力用半
    導体構成要素の負荷電流検出用回路装置。
  2. 【請求項２】 制御可能な抵抗（６）がＭＯＳＦＥＴで
    あり、そのソース入力端が差動増幅器の出力端と接続さ
    れており、差動増幅器の第１の入力端が電力用半導体構
    成要素（１）のソース端子と接続されており、第２の入
    力端が別の半導体構成要素（２）のソース端子と接続さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
  3. 【請求項３】 差動増幅器（３）が演算増幅器であるこ
    とを特徴とする請求項２記載の回路装置。
  4. 【請求項４】 固定電位が接地電位であることを特徴と
    する請求項１記載の回路装置。
  5. 【請求項５】 半導体構成要素（１、２）が互いに類似
    のＩD ／ＵDS特性曲線を有することを特徴とする請求項
    １ないし４のいずれか１つに記載の回路装置。
  6. 【請求項６】 電力用半導体構成要素（１）および前記
    別の半導体構成要素（２）が単一のチップ上に集積され
    た多数のセルから成っていることを特徴とする請求項１
    ないし５のいずれか１つに記載の回路装置。
  7. 【請求項７】 電力用半導体構成要素（１）のドレイン
    端子が別の差動増幅器（１４）の第１の入力端と接続さ
    れており、その差動増幅器（１４）の第２の入力端に、
    第１の差動増幅器（３）のオフセット電圧より大きい電
    圧が与えられ得ることを特徴とする請求項１ないし６の
    いずれか１つに記載の回路装置。
JP8165204A 1995-06-07 1996-06-05 電力用半導体構成要素の負荷電流検出用回路装置 Pending JPH08334534A (ja)

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