KR100190353B1 - Mos 형 전력 트랜지스터에서의 전류 검출회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MOS 형 전력 트랜지스터에서의 전류검출회로에 관한 것이다. MOS 형 전력 트랜지스터에서의 전류검출회로는 전력 트랜지스터(T1)에 공통으로 드레인과 게이트가 연결되고 이 전력 트랜지스터 (T1)를 통하여 흐르는 전류(I2)가 전력 트랜지스터(T1)를 통하여 흐르는 전류(I1)이 일부와 같은 정도의 특징을 갖는 검출 트랜지스터(T2)를 포함한다. 검출 트랜지스터 (T2) 아래로 검출 트랜지스터 (T2)를 통하여 흐르는 전류(I2)의 일부와 같은 제 1 전류(I3)를 프리세트된 값을 갖는 제 2 기준전류(Ig1)와 비교하고 상기 제 1 전류(I3)를 프리세트된 값을 갖는 제 2 기준전류(Ig1)와 비교하고 상기 제 1 전류(I3)와 기준전류(Ig1)사이의 차이와 관련하여 전력 트랜지스터(T1)에서 전류값의 검출신호를 발생시키는 수단(T6;T13)이 배열되어있다.

Description

MOS 형 전력 트랜지스터에서의 전류 검출회로
제1도 및 제2도는 각각 PNP 및 NPN 트랜지스터로 제어기능과 사용된 검출회로의 2실시예.
제3도 및 제4도는 각각 제3도의 PNP 트랜지스터 및 제4도의 NPN 트랜지스터로 진단 기능과 함께 사용된 검출회로의 2실시예.
제5도는 전력 트랜지스터의 온 타임과 오프타임 사이의 비를 조절하는데 사용될 수 있는 검출회로 실시예.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
T1 : 전력 트랜지스터 I1 : 전력 트랜지스터에서의 전류
T2 : 검출 트랜지스터 I2 : 검출 트랜지스터에 흐르는 전류
G1 :제1 전류 생성기 I3 : 제1 전류
G2 ; 제2 전류 생성기 Ig1 : 제2 기준전류
P1 : 구동소자 Ig2 : 또 다른 기준전류
본 발명은 MOS 형 전력 트랜지스터에서의 전류검출회로에 관한 것이다.
그러한 소자에 있어서, 과부하 또는 단락상태동안 소자자체를 파괴하지않도록 출력 전류를 제어하는 것이 필요하다.
또한, 출력전류가 프리세트된 최소값보다 낮을 때, 즉, 출력부하가 끊겼을 때, 또는 출력전류가 프리세트된 최대값 보다 높을 때 진단신호를 갖는 가능성에 대비한 것이 필요하다.
종래 기술에서, MOS 형 전력 트랜지스터에서의 출력전류 제어는 전력소모를 최소화하고 전력소자(power device) 양단의 전압 강하를 최소화하도록 전류검출기술을 이용하고 있다.
전력소자 n개의 셀(cell)로 이루어지는 경우에, 각 개개의 셀에서의 전류는 전체의 1/n이다. 전류검출 기술로, 이 전류는 전체의 MOS 전력소자를 통하여 흐르는 전류를 제어하는데 사용될 수 있다.
전류검출 기술에 따라 전력 트랜지스터를 통하여 전류를 제한시키기위한 공지의 회로 실시예는 드레인과 게이트가 공통으로 전력 트랜지스터에 연결되고 이를 통하여 흐르는 전류가 전력 트랜지스터 전류의 일부와 같은 정도의 특성을 갖는 검출 트랜지스터의 사용과 상기 검출 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류에 의하여 입력단에 생긴 전압과 관련하여 작동되는 제어회로의 사용을 위하여 제공된다.
공지된 기술에 따라, 제어회로는 일련의 저항과 이 저항들 사이에 연결된 일련의 전압생성기와 함께, 입력을 같이 연결시킨 한쌍의 비교기를 포함하고 있다. 전력 트랜지스터를 지나 검출 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류가 생길때, 그 저항양단의 전압은 전압생성기의 전압과 같아질 때까지 증가된다. 그리고나서 제어회로는 작동되어 전력 트랜지스터와 검출 트랜지스터의 공통 게이트를 제어하여 이 트랜지스터들을 통하여 흐르는 전류를 제어한다.
또한 이 회로 실시예는 전력 트랜지스터를 통하여 전류가 프리세트된 임계값 이하로 떨어질 때, 특히 부하의 연결이 끊어질 때 신호를 보내는데 사용될 수 있다.
신호가 비교기의 출력을 통하여 실행되는 경우에, 비교기 입력중 하나가 일정한 임계 전압에 유지되고 비교기의 다른 입력은 전력 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류에 비례하는 전압을 받는다.
이 기술은 많은 수의 부품, 달성하기 어려움 및 비교적 낮고 좀처럼 제어할 수 없는 정도의 정확성과 같은 여러 문제점이 있다.
EP-A-0 227 149는 청구항 제6항의 전제부에 따른 전류검출회로를 개시하고 있고, GB-A-2 186 140은 2개의 기준 전류원을 이용하는 전류원 회로를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 보다 적은 수의 부품으로 정확하고 회로외부의 파라메터 변화에 좀처럼 민감하지 않은 MOS 형 전력 트랜지스터에서의 전류검출회로를 달성하는데 있다.
본 발명에 따라, 그러한 목적은 드레인과 게이트가 전력 트랜지스터에 공통으로 연결되고 전력 트랜지스터 전류의 일부전류가 흐르는 검출 트랜지스터를 포함하는 MOS 형 전력 트랜지스터에서의 전류 검출회로로서 검출 트랜지스터 전류의 일부전류인 제1전류를 프리세트되는 값을 갖는 제2기준 전류와 비교하고 상기 제1 및 제2전류사이의 차이와 관련하여 전력 트랜지스터에서의 전류값 검출신호를 발생시킬 수단과, 전력 및 검출 트랜지스터의 게이트와 소오스사이의 전압이 같아질 정도로 또다른 기준 전류값을 발생시키시에 적당한 수단을 포함하는 특징이 있는 MOS 형 전력 트랜지스터에서의 전류검출 회로로 달성된다.
이렇게, 전압보다는 전류로 비교를 함으로써, 부품의 수가 줄어들어 회로의 복잡성도 줄어들게 한다. 동시에 온도의 정확성을 포함하여 내부적으로 프로그램될 수 있는 기준전류를 발생시키는데 사용된 소자의 정확성에 따른 높은 정확성이 얻어진다.
바람직하게는 그러한 회로는 전력 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류를 제어하는데 사용할 뿐만아니라 그 전력 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류가 최대 임계 값보다 높거나 프리세트된 최소 임계값 이하로 떨어질 때 진단기능을 갖는 신호표시 회로로서 사용될 수 있다.
본 발명의 특징은 첨부된 도면의 비제한적 예로서 기술된 몇몇 실시예에 의하여 더 명백하게 된다.
제1도를 참조하면, 예시된 회로는 MOS 형 전력 트랜지스터(T1)를 포함하고 있는데, 그것의 드레인은 전원(Vd)에 연결되고, 게이트는 구동소자(P1)에 연결되고 소오스는 회로노드(node)(S)에서 부하 (L)에 연결된다.
전력 트랜지스터(T1)는 MOS 형의 검출 트랜지스터 (T2)를 통하여 흐르는 전류가 전력 트랜지스터 전류의 일부전류인 특징을 갖는 MOS 형 검출 트랜지스터(T2)와 연결된다. 검출 트랜지스터(T2)는 전원(Vd)에 연결된 드레인, 전력 트랜지스터(T1)의 게이트에 연결되고 구동소자(P1)에 연결된 게이트와 베이스가 함께 연결되어 전류 미러 (current mirror)로서 배열된 한쌍의 PNP 형 양방향 트랜지스터(T3, T4) 의 에미터 소오스를 갖는다. 트랜지스터(T4)의 컬렉터는 자신의 베이스에 연결되고 PNP 형 양방향 트랜지스터(T5)의 에미터는 회로 노드(node)(S)에 연결되고 자신의 베이스와 전류생성기 (G2)를 통하여 접지에 연결된다. 트랜지스터(T3)의 컬렉터는 전류생성기(G1)를 통하여 접지에 연결됨과 아울러 NPN 형의 양방향 제어 트랜지스터(T6)의 베이스에 연결된다. 또한 트랜지스터(T6)의 에미터는 접지되어 있고, 그 켈렉터는 제어 기능과 함께 구동소자(P1)에 연결된다.
예시된 회로를 참조하면, 검출 트랜지스터(T2)를 통하여 흐르는 전류(I2)는 전력 트랜지스터(T1)를 통하여 흐르는 전류의 1/1000이고, 트랜지스터(T3)는 트랜지스터(T4)와 동일하다고 가정한다.
이러한 조건하에서, 전류(I2)는 나누어져 트랜지스터(T3)에서의 전류(I3)와 트랜지스터(T4)에서의 전류(14)는 같아진다. 즉, I3=I4=I2/2가 된다.
I1이 최대값 I1max로 세트된다고 가정한다. 이전의 관계를 기초로하여, 전력 트랜지스터(T1)를 통하여 흐르는 전류가 최대치 일 때 I3=I1max/2000이다.
생성기(G1)의 전류(Ig1)가 I3=I1max/2000과 똑같은 값으로 세트된다면, I3가 생성기(G1)의 전류보다 적을때 트랜지스터(T6)는 오프된다. I3가 생성기 (G1)의 전류이상으로 상승할 때, 트랜지스터(T6)는 작동된다. 이렇게 되어 전력 트랜지스터(T1)에서의 전류를 I1max의 값에 세트되도록 구동소자(P1)가 트랜지스터(T1, T2)의 게이트를 제어하게 된다.
에미터 면적이 트랜지스터(T4)의 에미터 면적과 같은 트랜지스터(T5)에 트랜지스터(T4)에 흐르는 것과 같은 전류가 흐르게 하고, 트랜지스터(T4, T5)의 베이스-에미터 전압이 서로 같도록, 즉, Vbe(T5)=Vbe(T4)로 되게하고, 트랜지스터(T1, T2)의 게이트-소오스 전압도 같도록, 즉, Vgs(T1)=Vgs(T2)FH 되게하여 트랜지스터(T1, T2)를 통하여 흐르는 전류사이의 비에서 최대의 정확성을 갖도록 생성기 (G2)의 전류(Ig2)가 세트된다.
제2도는 제1도에 도시된 회로의 또다른 회로 실시예로서, 드레인이 전원(Vd)에 연결되고 소오스가 회로노드(S)에서 부하(L)에 연결되고 게이트는 구동소자(P1)에 연결된 전력 트랜지스터(T1)를 포함하고 있다. 트랜지스터(T1)는 검출 트랜지스터( T2)와 연결되는데, 이 검출 트랜지스터(T2)의 드레인은 전원(Vd)에 연결되고 게이트는 구동 소자(P1)에 연결되고 소오스는 다이오드(D3)를 통하여 NPN 형의 양방향 트랜지스터(T9)의 에미터는 회로노드(A)에 연결된다. 회로노드(A)와 회로노드(S)사이에는 다이오드(D2)와 다이오드(D1)가 직렬로 연결된다. NPN 형의 양방향 트랜지스터(T10)의 베이스는 트랜지스터(T9)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(T10)의 에미터는 회로노드(A)에 연결되고나서 전류생성기(G2)를 통하여 접지에 연결된다. 트랜지스터(T10)의 켈렉터는 PNP 형 양방향 트랜지스터(T11)의 컬렉터에 연결되고, 차례로 상기 트랜지스터(T11)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(T11)의 에미터 전원(Vd)에 연결된다. 트랜지스터(T11)의 베이스는 에미터가 전원(Vd)에 연결된 PNP 형 양방향 트랜지스터(T12)의 베이스에 연결되고 컬렉터는 전류생성기(G1)를 통하여 전원에 연결되는 한편 NPN 형의 양방향 트랜지스터(T13)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(T13)의 컬렉터는 구동소자(P1)에 제어 기능으로 연결되고, 에미터는 접지된다.
제1도에 예시된 회로동작과 관련하여 설명된 것과 비슷한 방법으로, 전력 트랜지스터(T1)에서 전류(I1)가 흐른다면, 검출 트랜지스터(T2)에 I1/n과 같은 전류 I2가 흐르게 되는데, 여기에서 n은 트랜지스터(T1)와 트랜지스터(T2)의 갯수비이다.
A9, A10, A11, A12 가 T9, T10, T11, T12의 에미터 영역이라면, 오프된 트랜지스터(T13)가 도통되도록 I2=I1/n, I10=I2×(A10/A9), I11=I10, I12=(A12/A11)×I11=(A12/A11)×(A10/A9)×(I1/n)이 되어, 전류(I1)있어서 (A12/A11)×(A10/A9)×(A10/A9)×(ㅣ1/n)이 Ig1보다 크거나 같은 정도인 전류생성기(G1)의 전류 (IG1)보다 전류(I2)가 크거나 같을 때, 그리하여 전류(I1)가 n×Ig1×(A11/A12)×(A9/A10)보다 크거나 같을 때 전력 트랜지스터(T1)가 오프된다. A12=A11이고, A9=10×A10이고, n=1000 및 Ig1=1mA일 때, 전류 (I1)은 대략 10A와 같다.
제1도의 회로 다이어그램에 대하여, 제2도의 회로 다이어그램은 트랜지스터(T9, T10)로 PNP 형 보다는 NPN 형을 사용한다. 이렇게하여 똑같은 출력전류로 트랜지스터(T2)에 대한 트랜지스터(T1) 셀 수의 낮은 비율을 가짐으로써, 보다 큰 전류전달이라는 관점에서 보면, 똑같은 크기에 있어서, PNP에 대하여 NPN의 검출 트랜지스터(T2)의 전류와 트랜지스터(T1)의 전류사이 비율이 더 큰 정확성을 갖는 것이 가능하다.
다이오드(D1, D2)는 2Vbe와 같은 점A(트랜지스터(T1)에 대하여)에서 전압강하를 얻는데 사용된다. 그리고 나서 이 전압강하는 다이오드(D3) 양단의 전압과 트랜지스터(T9)의 컬렉터-에미터간 전압(Vce)에 의하여 회복된다. 이러한 방법으로, 트랜지스터(T1, T2)의 소오스는 거의 같은 전위이다. 또한 후자의 공통게이트를 갖고 있기 때문에, Vgs는 양쪽 트랜지스터에 대하여 똑같고, 이리하여 1차전류(I1)와 검출트랜지스터(T2)의 전류사이의 비율에서 더 큰 정확성이 있다.
제3도에는 모든 면에서 제1도의 회로와 비슷하나 진단기능과 함께 최소한으로 프리세트된 임계이하의 전류값, 특히 연결이 끊어진 부하의 조건을 검출하는데 사용된 회로가 보여져 있다. 그러한 회로는 베이스 트랜지스터(T6)의 컬렉터에 연결되고 에미터가 접지된 트랜지스터(T20)가 더 있다는 것과 트랜지스터(T6, T20)의 컬렉터들이 각각의 저항(R6, R20)을 통하여 전원(Vd )에 연결되어 있으므로 제1도에 도시된 회로와 다르다.
소자는 다음과 같이 작동된다. 전력 트랜지스터에서의 전류(I1)가 상기 최소 임계이하로 떨어질 때 일단 전류(Ig1)는 연결이 끊어지는 부하에 의하여 검출될 최소 임계치에 대응한 적당히 낮은 값에 세트되면, 이에 대응하는 전류(I3)는 전류(Ig1)이하로 떨어져 트랜지스터(T6)가 오프되는데, 이는 차례로 트랜지스터(T20)를 온시킨다. 트랜지스터(T20)의 컬렉터에 있는 출력단자(U)에서 진단신호가 나타낸다.
제4도에 도시된 회로는 제2도의 회로와 유사하나 제3도의 회로와 비슷한 진단기능으로 사용된다. 제2도의 회로와 다른점은 에미터가 접지된 트랜지스터(T13)의 컬렉터에 베이스가 연결된 또다른 트랜지스터(T21)가 있고, 이 두개의 트랜지스터(T13, T21)의 컬렉터가 각각의 저항 (R13, R21)을 통하여 전원(Vd)에 연결되어 있다는 것이다.
제3도의 회로에서 언급된 것과 비슷한 방법으로, 전류(Ig1)은 원하는 최소 임계치에 대응하는 낮은 값으로 세트된다. 전류(I1)가 상기 임계아래로 떨어질 때, 전류(I12)는 출력단(U)에 진단신호가 나타나는 트랜지스터(T21)를 온시키고 트랜지스터(T13) 를 오프시키면서 전류(Ig1)아래로 떨어진다.
제5도를 참조하면, 제2도와 제4도의 회로에서 트랜지스터(T13)와 전류생성기(G1)가 없고, 트랜지스터(T12)의 컬렉터에 저항(R)이 더해진 상태의 회로이다.
이 회로는 트랜지스터(T12)의 컬렉터에 연결된 츨력단자(U)에서 전류(I1)에 비례하는 신호를 결정하여, 저항 R 양단의 전압강하를 통하여 전력 트랜지스터(T1) 의 온타임 및 오프타임 사이의 비를 조절하는데 사용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 전력 트랜지스터(T1)의 드레인 및 게이트 단자에 연결된 드레인 및 게이트 단자를 가지며 전력 트랜지스터(T1) 전류(I1)의 일부 전류(I2)가 흐르는 MOS 형 검출 트랜지스터(T2), 검출 트랜지스터(T2) 전류(I2)의 일부전류인 제 1전류(I12)를 전류생성기(G1)에 의해 생성되며 소정 설정값을 갖는 제 2기준전류(Ig1)와 비교하는 제 1트랜지스터(T13)를 포함하여 제 1전류 (I12) 및 제 2기준전류(Ig1)의 차이에 관련된 전력 트랜지스터 (T1)전류(I1)값에 대한 검출신호를 생성하는 비교수단, 그리고 전력 및 검출 트랜지스터(T1, T2)의 게이트 및 소스 가능 전압을 동일하게 하는 소정값의 기준전류(Ig2)를 생성하는 전류생성수단(G2)을 포함하는 MOS 형 전력트랜지스터(T1)용 전류검출회로에 있어서, 다이오드(D3)는, 검출 트랜지스터(T2)의 소스-드레인 채널과 직렬로 연결되고, 다이오드(D3)의 캐소드는 제 2트랜지스터(T9)의 컬렉터 및 베이스에 연결되고, 제 2트랜지스터(T9)의 베이스는 제 3트랜지스터 (T10)의 베이스에 연결되며, 제 3트랜지스터(T10)는 검출 트랜지스터(T2), 다이오드 (D3), 및 제 2트랜지스터(T9)의 컬렉터-에미터 경로의 직렬 연결에 브랜치 병렬로 연결되며, 그리고 상기 브랜치는 제 4트랜지스터(T11)의 컬렉터-에미터 경로를 포함하며, 제 4트랜지스터(T11)의 베이스는 제 5트랜지스터(T12)의 베이스에 연결되고, 제 5트랜지스터(T12)의 컬레터-에미터 경로는 전류생성기(G1)와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 MOS 형 전력트랜지스터용 전류검출회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1트랜지스터(T13)는 전력 및 검출 트랜지스터(T1, T2)의 게이트 전압용 구동회로(P1)를 제어하는 것을 특징으로 하는 MOS형 전력트랜지스터용 전류검출회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 1트랜지스터(T13)는 전력트랜지스터(T1) 전류가 소정 최대 임계값 이상으로의 상승이나 소정 최소 임계값 이하로의 하강과 관련한 진단신호를 제공하는 제 6트랜지스터(T21)를 제어하는 것을 특징으로 하는 MOS 형 전력트랜지스터용 전류검출회로.
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