KR100686457B1 - 스위칭 회로 - Google Patents

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KR100686457B1
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유키히로 노자키
히로유키 하가
마사노리 하야시
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신덴겐코교 가부시키가이샤
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Abstract

고속의 실시간 파형의 형태로 주 스위치 전류 파형을 검출하고, 저 임피던스로 출력하는 전류 검출 회로를 구비한 스위칭 회로를 제공한다. 온 전압이 저항 특성을 나타내는 메인 스위치(11)를 구비하고, 이 메인 스위치(11)의 게이트에 구동 회로(4)를, 드레인 또는 소스의 한쪽에 고정 전위(3)를, 이 다른쪽에 부하 회로(2)를 각각 접속하고 있고, 고정 전위(3)에 접속한 메인 스위치(11)의 온 저항보다 높은 저항치를 갖는 제 1의 저항 소자(21)와, 이 저항 소자(21)를 소스에 접속한 보조 스위치(12)와, 제 1의 저항 소자(21)에 발생하는 전압과 메인 스위치(11)의 온 전압을 비교 증폭하여, 보조 스위치(12)의 게이트에 출력하는 증폭기(6)와, 보조 스위치(11)의 드레인에 접속하여 메인 스위치(11)의 온 전류를 증폭시켜서 전압을 발생시키는 제 2의 저항 소자(22)를 구비하는 전류 검출 회로를 마련한 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
스위칭 회로

Description

스위칭 회로{SWITCHING CIRCUIT}
본 발명은, 전력용 스위치의 온 전압을 검출하여, 스위치의 전류를 검출하는 회로에 관한 것이다.
전류 검출 회로를 구비한 스위칭 회로의 제 1의 종래예를 도 10에 도시한다. 이 종래예는 온 전압이 저항 특성을 나타내는 MOSFET로 이루어지는 메인 스위치(111)를 구비하고, 이 메인 스위치(111)의 게이트 전극에 구동 회로(104)를 접속한다. 또한, 메인 스위치(111)의 드레인 전극에 고정 전위(103)를 접속하고, 소스 전극에 부하 회로(102)를 접속한다. 이 스위칭 회로에 구비하는 전류 검출 회로는 전류 검출용 스위치(114)를 구비하고, 이 전류 검출용 스위치(114)의 드레인 전극을 고정 전위에 접속하고, 게이트 전극에 구동 회로(104)를 접속하고 있다. 또한, 전류 검출용 스위치(114)의 소스 전극에 저항 소자(121)와 증폭기(106)의 정극을 접속하고, 메인 스위치(111)의 소스 전극에 증폭기(106)의 부극을 접속하고, 저항 소자(121)의 전압을 증폭하는 형태로 전류 검출하도록 구성하고 있다.
또한, 제 2의 종래예를 도 11에 도시한다. 이 종래예는 일본 특허 공고 평성 1년 제26250호 공보를 참조한 것이다. 이 종래예는 온 전압이 저항 특성을 나타내는 MOSFET로 이루어지는 메인 스위치(111)를 구비하고, 이 메인 스위치(111)의 게 이트 전극에 구동 회로(104)를 접속하고 있다. 또한, 메인 스위치(111)의 드레인 전극에 고정 전위(103)를 접속하고, 소스 전극에 부하 회로(102)를 접속하고 있다. 이 스위칭 회로에 구비하는 전류 검출 회로는, 전류 검출용 스위치(114)를 구비하고, 이 전류 검출용 스위치(114)의 드레인 전극을 고정 전위에 접속하고, 게이트 전극에 구동 회로(104)를 접속하고 있다. 또한, 전류 검출용 스위치(114)에 기준 전류를 흘리고, 전류 검출용 스위치(114)의 온 전압과 메인 스위치(111)의 온 전압을 증폭기(106)에서 비교 증폭하도록 하고 있다.
우선, 제 1의 종래예에서는 저항 소자(121)의 전류가 메인 스위치(111)의 온 전류에 비례하기 위해서는 저항 소자(121)의 전압이 전류 검출용 스위치(114)의 온 전압의 반분 이하일 필요가 있다. 이 때문에 제어 회로에 사용되는 레벨까지 파형을 증폭하는 데는, 고 이득의 증폭기가 필요하게 된다. 전류 파형에는 고주파 성분이 포함되어 있기 때문에, 고 이득으로 고주파까지 증폭할 필요가 있어, 실용상 곤란한 점으로 되어 있다.
또한, 제 2의 종래예에서는 전류 검출용 스위치(114)에 기준 전류를 흘리고, 전류 검출용 스위치(114)의 온 전압과 메인 스위치(111)의 온 전압을 비교 증폭하도록 하고 있기 때문에, 출력되는 신호는 실시간 전류 파형이 아니라, 1점의 전류치에 대한 상인지 하인지의 판정 결과가 된다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 고속의 실시간 파형의 형태로 주 스위치 전류 파형을 검출하고, 큰 신호의 형태로 저 임피던스 출력으로 출력하는 전류 검출 회로를 구비한 스위칭 회로를 염가로 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명은, 증폭기의 입력 전압차를 약 0V로 유지하면서, 큰 전류 파형 출력을 얻을 수 있는 전류 검출 회로를 얻을 수 있다. 또한, 제 1의 저항 소자와 보조 스위치 사이에, 게이트 신호가 메인 스위치의 게이트 신호와 동기하는 제 3의 스위치를 접속함에 의해, 제 2의 저항 소자의 전압 파형과 메인 스위치의 전류 파형이 서로 유사하게 되고, 고속의 전류 파형을 큰 전압 신호의 형태로 취급할 수 있다.
제 1의 저항 소자를 폴리실리콘 저항으로서 절연막상에 형성하면, 메인 스위치와의 절연도 간단하게 되고, 고집적화가 가능하고, 기생 용량 등이 작고, 보다 고속 동작이 가능해진다. 제 1의 저항 소자의 온도 계수를 메인 스위치보다 큰 정의 값을 갖도록 제 1의 저항 소자를 형성하면, 제 1의 저항 소자를 이용하는 전류 검출 회로는, 보다 강한 열폭주(熱暴走) 방지 기능을 가지며, 스위칭 회로를 간단하게 제공할 수 있다. 따라서, 많은 특징을 구비하는 전류 검출 회로를 용이하게 형성할 수 있다.
즉, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 구성을 갖는다.
본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로는 스위칭 소자를 갖는 스위칭 회로에 있어서, 온 전압이 저항 특성을 나타내는 MOSFET로 이루어지는 메인 스위치를 가지며, 이 메인 스위치의 게이트 전극에 구동 회로를 접속하고 있음과 함께, 마찬가지로 메인 스위치의 드레인 또는 소스의 한쪽의 전극을 고정 전위에 접속하고, 다른쪽에 부하 회로를 접속하고 있고, 상기 메인 스위치의 온 저항보다 높은 저항치를 갖는 제 1의 저항 소자와, 이 제 1의 저항 소자를 소스 전극에 접속한 MOSFET로 이루어지는 보조 스위치와, 상기 제 1의 저항 소자에 발생하는 전압과 상기 메인 스위치의 온 전압을 비교 증폭하여, 상기 보조 스위치의 게이트 전극에 출력하는 증폭기와, 상기 보조 스위치의 드레인 전극에 접속하고, 상기 메인 스위치의 온 전류를 증폭시켜서 전압을 발생시키는 제 2의 저항 소자를 구비하는 전류 검출 회로를 마련하고 있다.
본 발명의 제 2의 양태에 관한 스위칭 회로는 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자의 한쪽 단자를 상기 메인 스위치와 마찬가지로 고정 전위에 접속하고 있다.
본 발명의 제 3의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자와 상기 보조 스위치 사이에, 게이트 신호가 상기 메인 스위치의 게이트 신호와 동기하는 제 3의 스위치를 접속하고 있다.
본 발명의 제 4의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자의 한쪽 단자를 상기 메인 스위치와 마찬가지로 고정 전위에 접속하고 있고, 상기 제 1의 저항 소자와 상기 보조 스위치 사이에, 게이트 신호가 상기 메인 스위치의 게이트 신호와 동기하는 제 3의 스위치를 접속하고 있다.
본 발명의 제 5의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자의 한쪽의 단자가 상기 메인 스위치의 부하 회로와 접속되어 있는 단자와 접속되고, 제 1의 저항 소자의 다른쪽의 단자는 상기 보조 스위치의 소스 전극에 접속되어 있다.
본 발명의 제 6의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자가 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항이다.
본 발명의 제 7의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자는 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항이고, 이 제 1의 저항 소자의 한쪽의 단자를 상기 메인 스위치와 마찬가지로 고정 전위에 접속하고 있다.
본 발명의 제 8의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자는 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항이고, 이 제 1의 저항 소자와 상기 보조 스위치 사이에, 게이트 신호가 상기 메인 스위치의 게이트 신호와 동기하는 제 3의 스위치를 접속하고 있다.
본 발명의 제 9의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자는 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항이고, 이 제 1의 저항 소자의 한쪽 단자를 상기 메인 스위치와 마찬가지로 고정 전위에 접속하고 있고, 상기 제 1의 저항 소자와 상기 보조 스위치 사이에, 게이트 신호가 상기 메인 스위치의 게이트 신호와 동기하는 제 3의 스위치를 접속하고 있다.
본 발명의 제 10의 양태에 관한 스위칭 회로는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 스위칭 회로에 있어서, 상기 제 1의 저항 소자는 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항이고, 이 제 1의 저항 소자의 한쪽의 단자가 상기 메인 스위치의 부하 회로와 접속되어 있는 단자와 접속되고, 제 1의 저항 소자의 다른쪽의 단자는 상기 보조 스위치의 소스 전극에 접속되어 있다.
도 1은 본 발명에 관한 스위칭 회로의 제 1의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 2는 마찬가지로 제 2의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 3은 마찬가지로 제 3의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 4는 도 3 도시의 제 3의 실시 형태의 동작 파형도.
도 5는 마찬가지로 제 4의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 6은 마찬가지로 제 5의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 7은 마찬가지로 제 6의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 8은 마찬가지로 제 7의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 9는 마찬가지로 제 8의 실시 형태의 개요를 도시한 회로도.
도 10은 스위칭 회로의 제 1의 종래예의 개요를 도시한 회로도.
도 11은 제 2의 종래예의 개요를 도시한 회로도.
이하, 첨부 도면을 이용하여 본 발명에 관한 스위칭 회로의 실시 형태를 설명한다.
(실시 형태 1)
도 1은 본 발명에 관한 스위칭 회로의 제 1의 실시 형태를 도시한다. 1은 입력 전원, 2는 부하, 3은 고정 전위, 4는 구동 회로, 6은 증폭기, 11은 메인 스위치, 12는 보조 스위치, 13은 제 3의 스위치, 14는 전류 검출용 스위치, 15는 하이 사이드 스위치, 21은 제 1의 저항 소자, 22는 제 2의 저항 소자이다.
본 실시 형태에 관한 스위칭 회로는, 온 전압이 저항 특성을 나타내는 p채널 MOSFET로 이루어지는 메인 스위치(11)를 구비하고, 이 메인 스위치(11)의 게이트 전극에 구동 회로(4)를 접속하고 있다. 또한, 메인 스위치(11)의 소스 전극에 고정 전위(3)를 접속하고, 드레인 전극에 부하 회로(2)를 접속하고 있다. 또한, 고정 전위(3)를 메인 스위치(11)의 드레인 전극에 접속하고, 부하 회로(2)를 메인 스위치(11)의 소스 전극에 접속하고 있어서도 좋다. 이 스위칭 회로는 전류 검출 회로를 구비하고, 이 전류 검출 회로는 메인 스위치(11)의 온 저항보다 높은 저항치(예를 들면 10000배)를 갖는 제 1의 저항 소자(21)를 구비하고, 이 제 1의 저항 소자(21)는 고정 전위(3), 또는 부하 회로(2)에 접속하고 있다. 또한, 제 1의 저항 소자(21)는 통상의 확산 저항이라도 좋지만, 폴리실리콘 저항이라도 좋다. 또한, 제 1의 저항 소자(21)의 온도 계수를 메인 스위치(11)의 온 저항과 같게 하면 정확한 전류 검출 회로를 구성한다. 또한 이 전류 검출 회로를 이용한 스위칭 회로는, 온 도 상승과 함께 과전류 검출점이 보다 저 전류측으로 시프트하도록 설정할 수도 있다.
전류 검출 회로는 p채널 MOSFET로 이루어지는 보조 스위치(12)를 구비하고, 이 제 1의 저항 소자(21)를 소스 전극에 접속하고 있다. 또한, 전류 검출 회로는 증폭기(6)를 구비하고 있다. 이 증폭기(6)는 정극에 메인 스위치(11)의 드레인 전극을 접속하고, 부극에 보조 스위치(12)의 소스 전극 및 제 1의 저항 소자(21)에 접속하고, 출력을 보조 스위치(12)의 게이트 전극을 접속하고 있다. 이상에 의해, 제 1의 저항 소자(21)에 발생하는 전압과 메인 스위치(11)의 온 전압을 비교 증폭하여, 보조 스위치(12)의 게이트 전극에 출력하도록 하고 있다. 또한, 전류 검출 회로는 제 2의 저항 소자(22)를 구비하고, 이 제 2의 저항 소자(22)는 보조 스위치(12)의 드레인 전극에 접속하여, 메인 스위치(11)의 온 전류를 증폭시켜서 전압을 발생시키도록 구성하고 있다.
전류 검출 회로를 구비한 스위칭 회로는 이상과 같이 구성하고, 이하와 같이 작용한다. 메인 스위치(11)가 온 하면, 메인 스위치(11)는 온 전압을 발생하고, 증폭기(6)에서 온 전압을 검출한다. 메인 스위치(11)가 온 함에 의해, 고정 전위(3)에 접속한 제 1의 저항 소자(21)에 전압이 발생하고, 증폭기(6)에서 이 전압을 검출한다. 증폭기(6)에서 검출된 온 전압과 제 1의 저항 소자(21)에 발생한 전압을 비교 증폭하여 전압을 발생시키고, 보조 스위치(12)의 게이트 단자에 출력한다. 즉 온 전류 검출시는 증폭기(6)의 입력단의 전위차는 약 0V이기 때문에, 2개의 저항 소자(21, 22), 보조 스위치 소자(12) 및 증폭기(6)로 이루어지는 전류 검출 회로는 고 이득화하기 쉽고, 고속의 신호까지 증폭할 수 있고, 메인 스위치(11)의 온 전류의 신호를 저 임피던스 출력으로 공급할 수 있다.
(실시 형태 2)
도 2에 제 2의 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태는 대강 제 1의 실시 형태와 마찬가지이지만, 이 실시 형태는 메인 스위치(11)가 n채널 MOSFET로 구성하고 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우의 전류 검출도, 제 1의 실시 형태와 마찬가지로 실행할 수 있다. 다만, 구동 회로(4)의 출력 전압 극성이 제 1의 실시 형태와 다르고, 제 1의 실시 형태에서는 소스 전위에 대해 부의 게이트 전위로 메인 스위치(11)가 도통하지만, 본 실시 형태에서는 소스 전위에 대해 정의 게이트 전위로 메인 스위치(11)가 도통한다.
(실시 형태 3)
도 3에 제 3의 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태는 제 1의 저항 소자(21)에 제 3의 스위치(13)의 소스 단자를 접속하고, 이 제 3의 스위치(13)의 드레인 단자를 보조 스위치(12)의 소스 단자에 접속하고 있다. 또한, 이 제 3의 스위치(13)의 게이트 단자를 구동 회로(4)에 접속하고 있고, 이 제 3의 스위치(13)의 게이트 신호가 메인 스위치(11)의 게이트 신호와 동기하도록 구성하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 메인 스위치(11)는 p채널 MOSFET이기 때문에, 제 3의 스위치(13)도 p채널 MOSFET이다.
이 제 3의 실시 형태에서는 메인 스위치(11)의 게이트 신호와 제 3의 스위치(13)의 게이트 신호가 동기하도록 구성하고 있기 때문에, 메인 스위치(11)가 오프 상태에 있으면, 제 3의 스위치(13)도 오프 하고, 메인 스위치(11)의 오프 상태에서 제 1의 저항 소자(21)에 큰 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 저소비 전력의 전류 검출 회로를 실현하고 있다. 또한, 이 제 3의 실시 형태에 관한 동작 파형을 다음 도 4에 도시한다.
도 4는 위로부터, 메인 스위치(11)의 게이트 소스간 전압(Vgs), 메인 스위치(11)의 드레인 소스간 전압(Vds), 메인 스위치(11)의 드레인 소스간 전류(Ids), 제 2의 저항 소자(22)에 발생하는 전류 신호 출력이다. 제 3의 실시 형태의 경우, 메인 스위치(11)는 p채널 MOSFET이기 때문에 Vgs, Vds 및 Ids 파형은 부전압, 부전류로 동작하고 있다. 메인 스위치(11)의 턴온시에 피크 전류(Idsp)가 발생하고 있는 것은, 부하에 기생 용량 성분이 포함된 경우를 상정하고 있다. 제 2의 저항 소자(22)의 전압은 메인 스위치(11)의 전류의 극성을 반전한 것에 서로 유사하게 된다. 또한, 도 3에 있어서 ton, toff는 턴온, 턴오프시의 지연 시간이고, t1, t2는 하강, 상승시의 시간이다.
또한, 이 실시 형태에서도, 메인 스위치(11)가 n채널 MOSFET라도 좋다. 다만, 제 3의 스위치(13)의 게이트 신호가 메인 스위치(11)의 게이트 신호와 동기하도록 구성하기 위해, 제 3의 스위치(13)도 n채널 MOSFET로 하는 경우가 많다. 이 경우, 구동 회로(4)의 출력 전압 극성은 소스 전위에 대해 정의 게이트 전위로 메인 스위치(11)가 도통한다.
(실시 형태 4)
도 5에 제 4의 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태에서는 제 3의 실시 형태 의 구성에 더하여, 제 3의 스위치(13)의 게이트 전극과 구동 회로(4) 사이에 지연 회로(5)를 접속하고 있다. 또한, 이 실시 형태에서는 제 1의 저항 소자로서 메인 스위치(11)와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET로 구성된 전류 검출용 스위치(14)를 이용하고 있다. 또한, 이 전류 검출용 스위치(14)는 메인 스위치(11)의 온 저항보다 높은 저항치(예를 들면 10000배)를 갖는다. 이 전류 검출용 스위치(14)의 게이트 전극에는 로우 레벨 게이트 전압 발생 회로(7)를 접속하고 있다.
이 실시 형태에서는, 이 제 3의 스위치의 게이트 전극과 구동 회로(4) 사이에 지연 회로(5)를 접속함에 의해, 하이 사이드의 메인 스위치(11)의 턴온시에, 부하 회로(2) 중의 기생 용량 충전 전류(Idsp)의 성분이 검출 신호 중에 파형으로서 나오는 것을 막을 수 있고, 과전류 보호 회로의 오동작을 방지할 수 있다. 또한, 이 경우 지연 시간은 t1 정도의 값을 이용하는 것이 보통이다. 따라서, 지연 회로(5)는 제 3의 스위치(13)의 턴온시만 t1 정도 지연되고, 제 3의 스위치(13)의 턴오프시의 지연 시간은 0으로 되는 특성이다.
또한, 제 1의 저항 소자로서, 메인 스위치(11)와 같은 셀 구조를 가지며, 메인 스위치(11)의 온 저항보다 높은 저항치를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 전류 검출용 스위치(14)를 이용함에 의해 이 전류 검출용 스위치(14)의 온 저항은 메인 스위치(11)와 동일한 온도 특성, 편차로 되고, 전류 검출 정밀도를 향상시키는 것이 용이해진다. 그 때문에, 정확도가 높은 전류 검출 회로를 용이하게 실현할 수 있다.
(실시 형태 5)
도 6에 제 5의 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태는 역방향의 전류 검출 회로이다. 제 1의 실시 형태부터 제 4의 실시 형태까지의 전류 검출 회로는, 전원(3)으로부터 메인 스위치(11)를 통과하여 부하 회로(2)에 흐른 방향의 전류가 정의 값인 때를 전제로 하고 있다. 이 제 5의 실시 형태는 부하 회로(2)로부터 메인 스위치(11)를 통과하여 입력 전원(1)에 흐르는 방향의 전류가 정의 값인 때의 전류 검출 회로이다. 증폭기(6)는 메인 스위치(11)의 소스·드레인 사이에 정전압이 인가된 때만 보조 스위치(12)를 도통시키도록 동작한다. 그 때 메인 스위치(11)의 역전류 파형이 제 2의 저항 소자(22)에 발생하고, 제 2의 저항 소자(22)의 전압 파형을 이용하여 역전류 검출이 실행된다.
(실시 형태 6)
도 7에 제 6의 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태는 고정 전위(3)가 입력 전압의 부극인 경우의 실시 형태이다. 이 스위칭 회로는 온 전압이 저항 특성을 나타내는 n채널 MOSFET로 이루어지는 메인 스위치(11)를 구비하고, 이 메인 스위치(11)의 게이트 전극에 구동 회로(4)를 접속하고 있다. 또한, 메인 스위치(11)의 소스 전극을 접지하고, 드레인 전극에 부하 회로(2)를 접속하고 있다. 또한, 메인 스위치(11)가 p채널 MOS인 경우 메인 스위치(11)의 드레인 전극을 접지하고, 부하 회로(2)를 메인 스위치(11)의 소스 전극에 접속하고 있어서도 좋다. 이 스위칭 회로는 전류 검출 회로를 구비하고, 이 전류 검출 회로는 메인 스위치(11)의 온 저항보다 높은 저항치(예를 들면 10000배)를 갖는 제 1의 저항 소자(21)를 구비하고, 이 제 1의 저항 소자(21)는 접지하고 있다. 또한, 제 1의 저항 소자(21)는 통상의 확산 저항이라도 좋지만, 폴리실리콘 저항이라고 좋다. 또한, 제 1의 저항 소자(21)의 온도 계수를 메인 스위치(11)의 온 저항과 같게 하면 정확한 전류 검출 회로를 구성한다. 또한 이 전류 검출 회로를 이용한 스위칭 회로는, 온도 상승과 함께 과전류 검출점이 보다 저 전류측으로 시프트하도록 설정할 수도 있다.
전류 검출 회로는 n채널 MOSFET로 이루어지는 보조 스위치(12)를 구비하고, 이 제 1의 저항 소자(21)를 소스 전극에 접속하고 있다. 또한, 전류 검출 회로는 증폭기(6)를 구비하고 있다. 이 증폭기(6)는 정극에 메인 스위치(11)의 드레인 전극을 접속하고, 부극에 보조 스위치(12)의 소스 전극 및 제 1의 저항 소자(21)에 접속하고, 출력을 보조 스위치(12)의 게이트 전극을 접속하고 있다. 이상에 의해, 제 1의 저항 소자(21)에 발생하는 전압과 메인 스위치(11)의 온 전압을 비교 증폭하여, 보조 스위치(12)의 게이트 전극에 출력하도록 하고 있다. 또한, 전류 검출 회로는 제 2의 저항 소자(22)를 구비하고, 이 제 2의 저항 소자(22)는, 보조 스위치(12)의 드레인 전극에 접속하여, 메인 스위치(11)의 온 전류를 증폭시켜서 전압을 발생시키도록 구성하고 있다.
또한, 본 실시 형태의 부하 회로는, p채널 MOSFET로 이루어지는 하이 사이드 스위치(15)를 구비하고 있다. 이 하이 사이드 스위치(15)의 드레인 전극은 메인 스위치(11)의 드레인 전극, 증폭기(6)의 정극 및 부하에 접속하고, 소스 전극은 고정 전위(3)에 접속하고 있다. 또한, 게이트 전극은 구동 회로(4)에 접속하고 있고, 메인 스위치(11)와 하이 사이드 스위치(15)로 CMOS 인버터에 구성하고 있다. 전류 검 출 회로를 구비한 스위칭 회로는 이상과 같이 구성하고 있지만, 기본 동작 원리는 제 1의 실시 형태와 거의 같은 모양이고, 극성만이 반전한 동작으로 된다.
(실시 형태 7)
도 8에 제 7의 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태는 제 4의 실시 형태에 있어서 고정 전위(3)가 입력 전압의 부극인 경우에 응용한 실시 형태이다. 이 실시 형태는 제 1의 저항 소자에 제 3의 스위치(13)의 소스 단자를 접속하고, 이 제 3의 스위치(13)의 드레인 단자를 보조 스위치(12)의 소스 단자에 접속하고 있다. 또한, 이 실시 형태에서는 제 1의 저항 소자로서 메인 스위치(11)와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET로 구성된 전류 검출용 스위치(14)를 이용하고 있다. 또한, 이 MOSFET는 메인 스위치(11)의 온 저항보다 높은 저항치(예를 들면 10000배)를 갖는다.
이 제 3의 스위치(13)의 게이트 단자는 구동 회로(4)에 접속하고 있고, 이 제 3의 스위치(13)의 게이트 신호가 메인 스위치(11)의 게이트 신호와 동기하도록 구성하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 메인 스위치(11)는 n채널 MOSFET이기 때문에, 제 3의 스위치(13)도 n채널 MOSFET이다. 이 실시 형태에서는 제 3의 스위치(13)의 게이트 전극과 구동 회로(4) 사이에 지연 회로(5)를 접속하고 있다. 이 전류 검출용 스위치(14)의 게이트 전극에는 하이 레벨 게이트 전압 발생 회로(8)를 접속하고 있다.
이 제 7의 실시 형태에서는 메인 스위치(11)의 게이트 신호와 제 3의 스위치(13)의 게이트 신호가 동기하도록 구성하고 있기 때문에, 메인 스위치(11)가 오프 상태에 있으면, 제 3의 스위치(13)도 오프 하고, 메인 스위치(11)의 오프 상태에서 전류 검출용 스위치(14)에 큰 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 저소비 전력의 전류 검출 회로를 실현하고 있다. 또한, 이 제 3의 스위치(13)의 게이트 전극과 구동 회로(4) 사이에 지연 회로(5)를 접속함에 의해, 턴온시만 지연되도록 할 수 있으면, 로우 사이드의 메인 스위치(11)의 턴온시에, 부하 회로(2) 중의 기생 용량 충전 전류(Idsp)의 성분이 검출 신호 중에 파형으로서 나오는 것을 막을 수 있고, 과전류 보호 회로의 오동작을 방지할 수 있다.
또한, 제 1의 저항 소자로서 메인 스위치(11)와 같은 셀 구조를 가지며, 메인 스위치(11)의 온 저항보다 높은 저항치를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 전류 검출용 스위치(14)를 이용함에 의해 이 전류 검출용 스위치(14)의 온 저항은 메인 스위치(13)와 동일한 온도 특성, 편차로 되고, 전류 검출 정밀도를 향상시키는 것이 용이해진다. 그 때문에, 제 4의 실시 형태와 마찬가지로 정확도가 높은 전류 검출 회로를 용이하게 실현할 수 있다.
(실시 형태 8)
도 9에 제 8의 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태는 역방향의 전류 검출 회로에서, 제 5의 실시 형태에서 고정 전위(3)가 입력 전압의 부극인 경우에 응용한 실시 형태이다. 제 6의 실시 형태, 제 7의 실시 형태의 전류 검출 회로는, 부하 회로(2)로부터 메인 스위치(11)를 통과하여 입력 전압의 부극으로 흐르는 방향의 전류가 정의 값일 때를 전제로 하고 있다. 도 9는 입력 전압의 부극으로부터 메인 스위치(11)를 통과하여 부하 회로(2)로 흐르는 방향의 전류가 정의 값일 때의 전류 검출 회로이다. 증폭기(6)는 메인 스위치(11)의 소스·드레인 사이에 부전압이 인가된 때만 보조 스위치(12)를 도통시키도록 동작한다. 그 때 메인 스위치(11)의 역전류 파형이 제 2의 저항 소자(22)에 발생하고, 제 2의 저항 소자(22)의 전압 파형을 이용하여 역전류 검출이 실행된다.
본 발명에 의하면, 증폭기의 입력 전압차를 약 0V로 유지하면서, 큰 전류 파형 출력을 얻을 수 있는 전류 검출 회로를 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1의 저항 소자와 보조 스위치 사이에 게이트 신호가 메인 스위치의 게이트 신호와 동기하는 제 3의 스위치를 접속함에 의해 제 2의 저항 소자의 전압 파형과 메인 스위치의 전류 파형이 서로 유사하게 되고, 고속의 전류 파형을 큰 전압 신호의 형태로 취급할 수 있는 효과가 있다.
제 1의 저항 소자를 폴리실리콘 저항으로서 절연막상에 형성하면, 메인 스위치와의 절연도 간단하게 되고, 고집적화가 가능하고, 기생 용량 등이 작고, 보다 고속 동작 가능해진다. 제 1의 저항 소자의 온도 계수를 메인 스위치보다 큰 정의 값을 갖도록 제 1의 저항 소자를 형성하면, 제 1의 저항 소자를 이용하는 전류 검출 회로는, 보다 강한 열폭주 방지 기능을 가지며, 스위칭 회로를 간단하게 제공할 수 있다. 따라서, 많은 특징을 구비하는 전류 검출 회로를 용이하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 스위칭 소자를 갖는 스위칭 회로에 있어서, 온 전압이 저항 특성을 나타내는 MOSFET로 이루어지는 메인 스위치를 가지며, 이 메인 스위치의 게이트 전극에 구동 회로를 접속하고 있음과 함께, 마찬가지로 메인 스위치의 드레인 또는 소스의 한쪽 전극을 고정 전위에 접속하고, 다른쪽에 부하 회로를 접속하고 있고, 상기 메인 스위치의 온 저항보다 높은 저항치를 갖는 제 1의 저항 소자와, 이 제 1의 저항 소자를 소스 전극에 접속한 MOSFET로 이루어지는 보조 스위치와, 상기 제 1의 저항 소자에 발생하는 전압과 상기 메인 스위치의 온 전압을 비교 증폭하여, 상기 보조 스위치의 게이트 전극에 출력하는 증폭기와, 상기 보조 스위치의 드레인 전극에 접속하여, 상기 메인 스위치의 온 전류를 증폭시켜서 전압을 발생시키는 제 2의 저항 소자와, 상기 제 1의 저항 소자와 상기 보조 스위치 사이에 접속되고, 게이트 신호가 상기 메인 스위치의 게이트 신호와 동기하는 제 3의 스위치를 구비하는 전류 검출 회로를 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 저항 소자의 한쪽 단자를 상기 메인 스위치와 마찬가지로 고정 전위에 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 저항 소자의 한쪽 단자가 상기 메인 스위치의 부하 회로와 접속되어 있는 단자와 접속되고, 제 1의 저항 소자의 다른쪽의 단자는 상기 보조 스위치의 소스 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 저항 소자는 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항인 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 저항 소자는 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항이고, 이 제 1의 저항 소자의 한쪽의 단자를 상기 메인 스위치와 마찬가지로 고정 전위에 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 저항 소자는 상기 메인 스위치와 같은 셀 구조를 가지며, 고정 게이트 바이어스된 MOSFET이거나, 또는 폴리실리콘 저항이고, 이 제 1의 저항 소자의 한쪽의 단자가 상기 메인 스위치의 부하 회로와 접속되어 있는 단자와 접속되고, 제 1의 저항 소자의 다른쪽의 단자는 상기 보조 스위치의 소스 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
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