JPS63128267A - 電流検出用ブリツジ回路 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は電流検出用ブリッジ回路に関し、特に低抵抗の
抵抗体で電流検出する電流検出用ブリッジ回路の改良に
関するものである。

（ロ）従来の技術 従来、電流検出を行う手段の１つとしてブリッジ回路が
ある。電流検出用のブリッジ回路は第７図の如く、抵抗
Ｒ１（２２）と、抵抗Ｒ，（２３）と、電流検出用の抵
抗Ｒ，（２１）と、抵抗Ｒ８（２１）に直列に接続きれ
た抵抗Ｒ，（２５）と、抵抗Ｒ４（２４）と、抵抗Ｒ１
（２２）及び抵抗Ｒ，（２３）の接続点と抵抗Ｒ，（２
５）及び抵抗Ｒ４（２４）の接続点に入力されたコンパ
レータ（２６）とから構成きれている。

次に動作について簡単に説明すると、電流検出用の抵抗
Ｒ，（２５）に被測定電流Ｉ。が流れているとする。こ
の被測定電流Ｉ０の最大値が抵抗Ｒ，（２５）に流れた
場合、ブリッジ回路が平衡となる様に各抵抗Ｒ工（２２
）　、　Ｒ＊（２３）　、　Ｒ４（２４）を設定する。

この様なブリッジ回路の抵抗Ｒ，（２５）に電流Ｉ０の
最大値以下の電流が流れたとするとコンパレータ（２６
）から例えば「Ｌ」レベルの信号が出力詐れ被測定電流
工。は流れつづけ、抵抗Ｒ，（２１）に電流工。

の最大値の電流が流れたとするとコンパレータ（２６）
の入力の電圧が逆転しｒＨ」レベルの信号が出力され、
電流Ｉ０が遮断され保護回路と成される。

この様なブリッジ回路は特開昭５３−９７４７０号公報
に記載きれている。

上述のブリッジ回路を厚膜ＩＣに用いた場合、電流工。

を検出する抵抗Ｒ３の抵抗体にＮｉメッキが主として用
いられた。しかしながら、Ｎｉメッキは溶断電流がＪ−
さいので小きい電流の検出は行えるが大電流の検出を行
う際には溶断電流を大とするために抵抗体面積を大きく
するか、あるいは厚みを厚くしなければならないので、
基板実装面積の縮小、メッキ処理時間が長くなるという
問題があり、例えば４ＯＡという大電流を検出するのは
略不可能とされていた。

斯上の問題を解消するために電流検出抵抗Ｒ８の抵抗体
に溶断電流の大きい銅箔あるいはＡ、ペーストを用いる
ことにより解消することができる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 溶断電流の大きいＡｇペーストあるいは銅箔を検出抵抗
として用いることで大電流を検出することは可能である
。しかしながら、銅箔及びＡｇペーストのＴＣＲ（抵抗
温度係数）が３８００±２００ｐｐｍ及び２１５０±１
５０ｐｐｍと非常に高いので温度変化に対して電流検出
が正確に行えない問題点があった。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は上述した問題点に鑑みて成されたものであり、
第１図に示す如く、ブリッジ回路の第２の抵抗（７）に
ダイオード（１０）を直列に接続して解決するものであ
る。

（ホ）作用 本発明に依れば、ブリッジ回路の第２の抵抗（７）と直
列にダイオード（１０）を接続することで、検出抵抗と
なる第３の抵抗Ｒ８（４）の温度変化に対する電流検出
のバラツギを補正することができる。

くべ）実施例 以下に第１図乃至第４図に基づいて本発明の実施例を詳
細に説明する。

第１図に示す如く、本発明の電流検出回路はブリッジ回
路と、ブリッジ回路の第１及び第２の抵抗ＲＩ＋　Ｒｚ
、　（６）、　（７）の接続点と第４及び第５の抵抗Ｒ
ｓ、　Ｒ４，（８）、　（９）との接続点に接続詐れた
コンパレータ（１１）とから構成される。

ブリッジ回路は電流検出用の第３の抵抗Ｒｅ（４）と、
第３の抵抗Ｒ８り４）と直列に接続された第４の抵抗Ｒ
３（８）と第１及び第２の抵抗ＲＩ＋　Ｒｚ、（ｓ）。

（７）と、第２の抵抗Ｒ２（７）と直列に接続きれたダ
イオード（１０）と、第５の抵抗Ｒ４（９）とから構成
される。

コンパレータ（１１）は上述した如く、第１及び第２の
抵抗Ｒｔ、Ｒｚ、（ｓ）、＜７）の接続点と第４及び第
５の抵抗Ｒｘ、　Ｒ４，（８）、　（９）の接続点に入
力され、電流検出用の第３の抵抗Ｒｅ（４）に流れる電
流を遮断させるための遮断信号を出力する。

本発明の特徴はブリッジ回路における第２の抵抗Ｒ１（
７）と直列にダイオード（１０）を接続するところにあ
る。このことにより本発明では電流検出用の第３の抵抗
Ｒ，（４）の温度変化に対する抵抗のバラツキを補正す
ることができる。

以下にダイオードによる温度補正法の動作原理を説明す
る。

第１図においてツェナーダイオードでツェナー電圧ｖ２
を一定にする（このときＯｖはツェナー電圧ｖ２のアノ
ード側）。電流Ｉ。が検出抵抗Ｒ０に流れているときの
ブリッジ回路の中点電圧Ｖ　１゜■、は以下の式で与え
られる。

上記（２）式は電流工。の依存性があり、電流Ｉ。が大
のとき中点電圧ｖ２は低い電圧となる。電流工。

が小きいときの中点電圧Ｖ＋、ＶｔはＶｌ＜Ｖ、となり
、電流Ｉ。が大となり工。。。、に到達したとき中点電
圧Ｖ、、Ｖ、はＶ　１＝　Ｖ　２と等しくなり、このと
きコンパレータの出力は反転し電流工。が遮断される。

検出抵抗Ｒ８の温度変化（ここでは銅箔の温度変化）は
第２図の如く、温度２５°Ｃのとき抵抗値はｒｏ。であ
り、これを式で表わすと下記の如く与えられる。

Ｒｏ　＝　ｒｅ　ｏ　（１＋α（Ｔ−２５））　　　　
　・旧・・・・−（３）ここでｒｏｏは２５℃のＣｕパ
ターン抵抗値、αハＣｕのＴＣＲである。上記（３）を
（２）式に代入するとＶ。

の温度変化が下記の如く与えられる。

・・・・・・（４） ダイオードの温度変化は第３図の如く、温度２５°Ｃの
とき電圧■ゎはＶゎ。であり、これを式で表わすと下記
の如く与えられる。

Ｖ、＝　ＶＤ、−β（Ｔ−２５）　　　　　　　−・・
−・・−（５）ここでβはＰ−Ｎ接合ｖＦの温度変化量
であり１つあたり約−２ｍＶ／’Ｃである。上記（５）
式を（１）に代入するとＶ、の温度変化が下記の如く与
えられる。

温度２５６ＣではＩ　ｂ＝Ｉ　Ｏ（Ｍ□、における中点
電圧Ｖ、、Ｖ、はＶ、＝Ｖ、と等しいので、中点電圧■
、。

■２の温度変化量が等しければ温度が変化しても■。＝
■。（ＭＡＸ）における中点電圧Ｖ、＝Ｖ、は成立する
。

先ず（４）式を温度Ｔで微分すると 次に（６）式を温度で微分すると また、温度２５℃における中点電圧Ｖ、＝Ｖ、を表わす
と下記の如く与えられる。

比で並べかえると下記の如く２元連立方程式が与えられ
る。

上記（１１）（１２）式の方程式を解くと下記の如く与
えられる。

となる。（１３）（１４）式は初期定数であるからＲＡ
。

Ｒ８も定数でただひとつ決まることになる。従って（１
３）（１４）式の如く、ＲＡ、ＲＢを定めれば中点電圧
Ｖ　＋　＝　Ｖ　ｔは温度変化に関係なく常に等しくな
り、第４図の如く、温度変化に関係すること無く一定し
た電流を検出することができる。

次に本発明の電流検出回路を厚膜ＩＣに用いた場合につ
いて説明する。

ここで厚膜ＩＣは第５図の如く、混成集積回路基板（１
）と、基板（１）上に固着されたパワー半導体素子（３
）と、パワー半導体素子（３）の近傍に形成された導電
路（２〉の一部分を用いた検出抵抗ＲＯＩ即ち、第３の
抵抗ＲＯ（４）（以下に第３の抵抗Ｒ０を検出抵抗Ｒ０
とする）とから構成される。

混成集積回路基板（１）はプリント基板あるいは金属基
板が用いられ、ここでは放熱性の優れた金属基板を用い
ることにする。

金属基板にはアルミニウム基板が用いられ、その表面は
陽極酸化により酸化アルミニウム膜が形成される。酸化
アルミニウム膜が形成きれた金属基板（１）の−主面に
はエポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂等樹脂で絶縁薄
層が形成詐れる。ここでは酸化アルミニウム膜を形成し
たが金属基板上に直接ポリイミド等の絶縁薄層を形成す
ることも可能である。

導電路（２）は金属基板上の絶縁薄層を介して厚き３５
μの銅箔が貼着され、ブリッジ回路を組む様な所定のパ
ターンにエツチング形成された後、ボンディングを行う
部分にＮｉメッキが施される。

導電路（２）上にはパワー半導体素子（３）や他の回路
素子例えばチップ抵抗、チップコンデンサー、モノリシ
ックＩＣ等が固着形成され、電流検出用ブリッジ回路を
構成する導電路（２）上には抵抗Ｒ１（６）　、　Ｒ２
（７）　、　Ｒ５（ｓ）　、　Ｒ４（９）　、ダイオー
ド（１０）及び集積ＩＣ（コンパレータ）　（１１）が
固着形成される。抵抗ＲＩ、Ｒｘ、Ｒｓ、Ｒａは抵抗ペ
ーストのスクリーン印刷で形成され、ダイオード（１０
）はチップ部品が用いられ、電流検出用ブリッジ回路を
構成する如く、近傍の導電路（２）上に超音波ポンディ
ング等でポンディング接続される。

今、コンパレータから「Ｌ」レベルの信号が出力された
とき、パワー半導体素子（３）に検出抵抗Ｒ０（４）を
介して流れる大電流を遮断制御する制御回路が構成され
る。第６図は制御回路を示す等価回路図であり、抵抗Ｒ
０はブリッジ回路に設けられた電流検出用の検出抵抗Ｒ
，（４）である。今、コンパレータ（１１）からｒ　Ｌ
　、レベルの信号が出力されたとすると、トランジスタ
Ｔｒｙ（１６）及びＴｒ、（１７）がオンし、トランジ
スタＴｒ、（１８）のベースに入力される信号がトラン
ジスタＴｒｚ（１７）のコレクタにバイパスされ、トラ
ンジスタＴｒ、（１８）はオフする。トランジスタｒｒ
ｓ（１８）がオフすることにより、トランジスタＴｒ４
（１９）がオフし大電流が遮断されパワー半導体素子（
３）が保護される。

検出抵抗Ｒ８（４）に導電路（２）の一部分を利用し、
ここではパワー半導体素子（３）の近傍の点ａ−ｂ間を
検出抵抗Ｒ０（４）に用いる。検出抵抗Ｒ６（４）の近
傍には電流検出用のブリッジ回路が形成され、更に検出
抵抗ＲＯ（４）の端部には検出抵抗Ｒ０（４）を調整す
るためのカギ状の突出部（１２）が形成される。この突
出部（１２〉は点ａ−ｂ間の検出抵抗Ｒ０（４〉の抵抗
の調整を行うものであり、以下その調整法について説明
する。

突出部（１２）と検出抵抗ＲＯ（４）とをＮｉメッキ等
の接続体く１３）で接続する。ここで接続体（１３）は
Ｎｉメッキが用いられるが、突出部（１２）と検出抵抗
Ｒ０（４）とを接続するものであれば任意である。接続
体（１２）で接続された部分の検出抵抗Ｒ８（４）の内
部抵抗は幅が広い為に略無視できる超低抵抗となり、検
出抵抗Ｒ，（４）全体の抵抗は接続体く１３）で接続き
れた距離、即ち、突出部（１２）Ｌの任意点乏エから点
ａまでの内部抵抗と任意点Ｊ２．から点すまで超抵抗値
の内部抵抗の和である。

従って検出抵抗Ｒ６（４）の突出部（１２）１１におけ
る任意点ｌｘを変化させることで検出抵抗Ｒｏ（４）の
抵抗を調整することができる。即ち、接続体（１２）の
トリミングスリット（１４）距離で任意点１、が定まり
、点ａから任意点りまでの距離の内部抵抗が検出抵抗Ｒ
，）（４）の抵抗値となり微調整が容易に行える。

本実施例では混成集積回路基板に金属基板を用いたが検
出抵抗Ｒ６（４）とダイオード（１ｏ）との温度を同じ
にすればプリント基板にも用いることが可能である。

（ト〉発明の効果 上述の如く、本発明に依れば電流検出回路の第２の抵抗
に直列にダイオードを接続することにより、検出抵抗の
抵抗体の温度変化に対する抵抗のバラツキを補正するこ
とができ、ＴｃＲ（抵抗温度係数）の大きい抵抗体を検
出抵抗として用いることができる。

また本発明の電流検出回路を厚膜ＩＣに使用することに
より、導電路の一部分を検出抵抗に用いることができ基
板実装面積を大きくとれる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は抵抗の
温度特性図、第３図は重圧の温度特性図、第４図は本発
明によって補正された検出電流の温度特性図、第５図は
本発明を厚膜ＩＣに用いた平面図、第６図は厚膜ＩＣに
用いられる制御回路を示す回路図、第７図は従来を例示
す回路図である。 （６）（７）（４）（８）（９）・・・第１、第２、第
３、第４、第５の抵抗、　（１０）・・・ダイオード、
（１１）・・・コンパレータ。 出願人　三洋電機株式会社外１名 代理人　弁理士　西野卓嗣　外１名 第１図 第２図 第３図 Ｄ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の抵抗及び第２の抵抗と被測定電流が流れる
   低抵抗の金属を抵抗体とする第３の抵抗と、前記第３の
   抵抗と直列に接続された第４の抵抗及び第５の抵抗とか
   ら構成されたブリッジ回路と、前記第１及び第２の抵抗
   の接続点と前記第４及び第５の抵抗との接続点に入力さ
   れたコンパレータとを備えた電流検出用ブリッジ回路に
   おいて、前記第２の抵抗と直列にダイオードを接続する
   ことを特徴とする電流検出用ブリッジ回路。