TW201640126A - 電流檢測電路 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電流檢測電路，可抑制在差動放大電路的輸入端子間產生大的電位差，防止輸入電晶體的劣化。差動放大電路具備箝位電路，該箝位電路將主體與源極連接的一對PMOS電晶體的源極作為輸入端子，用於限制一對PMOS電晶體的閘極與源極間電壓。
Description
本發明是有關於一種對流經負載的負載電流進行檢測的電流檢測電路。
對習知的電流檢測電路進行說明。 圖4是專利文獻1所示的習知的電流檢測電路。習知的電流檢測電路包含第1電阻體201、具有與第1電阻體201相同的溫度特性的第2電阻體202、差動放大電路300、P通道金屬氧化物半導體（P channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS）電晶體（transistor）400、電阻元件500以及負載600。
流經負載600的負載電流流至第1電阻體201，因第1電阻體201而產生電壓降。差動放大電路300控制PMOS電晶體400的閘極（gate），以使第2電阻體的電壓降與第1電阻體的電壓降相等。藉此，生成由第1電阻體201與第2電阻體202的值之比、和負載電流的值所決定的檢測電流，並從PMOS電晶體的汲極（drain）輸出。該檢測電流流至電阻元件500，藉此被轉換為電壓信號而輸出。
此種電流檢測電路中，為了將電壓降抑制為較小，對於第1電阻體201使用電阻值小者。因而，要求同相輸入電壓寬，以使得差動放大電路300即使在接近電源電壓的輸入電壓下亦可正常地進行動作。
例如，專利文獻2中揭示了一種圖5所示的電壓檢測電路，其具備同相輸入電壓範圍寬的差動放大電路。差動放大電路300包含PMOS電晶體301、PMOS電晶體302以及NMOS電晶體351、NMOS電晶體352。
NMOS電晶體351及NMOS電晶體352的閘極共同連接，藉由被施加固定的偏壓電壓VBIS
而作為恆電流源來進行動作。PMOS電晶體301及PMOS電晶體302進行電流鏡（current mirror）連接，源極（source）分別連接於差動放大電路300的非反相輸入端子及反相輸入端子，作為差動放大電路300的輸入部進行動作。PMOS電晶體252作為基準電壓電路進行動作。PMOS電晶體251為輸出電晶體，電壓檢測電路對輸出電晶體的輸出電壓VOUT
進行檢測。
差動放大電路300對應於非反相輸入端子與反相輸入端子之間的電位差，使PMOS電晶體301及PMOS電晶體302的閘極與源極間電壓產生差異，並從輸出端子輸出與差電壓相應的信號VDET
。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-241411號公報 [專利文獻2]日本專利特開2007-166444號公報 [發明所欲解決之課題]
然而，習知的電流檢測電路中，例如當差動放大電路300的輸入端子發生接地等異常時，有可能會在輸入端子之間產生過大的電位差。於是，過大的電壓將被施加至差動放大電路300的輸入電晶體的閘極與源極間。對於PMOS電晶體，已知的是，若在高溫條件下對閘極與源極間施加負的電壓（閘極電位-源極電位＜0），則會產生Ids或Vth等特性發生變化的被稱作負偏壓溫度不穩定性（Negative Bias Temperature Instability，NBTI）的現象。由此，差動放大電路的輸入電晶體的特性有可能發生變化，從而產生輸入偏移（offset）電壓。其結果，存在電流檢測電路的檢測電流發生變化的課題。
而且，在輸入電晶體為閘極耐壓低的元件的情況下，元件特性有可能發生劣化而產生輸入偏移電壓。其結果，存在電流檢測電路的檢測電流發生變化的課題。
本發明是有鑒於所述課題而完成，提供一種電流檢測電路，該電流檢測電路具備差動放大電路，該差動放大電路即使在差動放大電路的輸入端子之間產生大的電位差，亦可緩和對輸入電晶體的閘極與源極間施加的過大的電壓，防止輸入電晶體的特性變化或劣化。 [解決課題之技術手段]
為了解決習知的課題，本發明的電流檢測電路採用了如下所述的結構。 一種電流檢測電路，包括差動放大電路，所述差動放大電路藉由對控制輸出電晶體的電壓進行調整而控制負載電流，並生成檢測電流，所述檢測電流基於跟與所述輸出電晶體成串聯關係配設的電阻體相關的電壓，所述電流檢測電路藉由監視檢測電流的值，從而檢測負載電流的值，其中，差動放大電路包括箝位（clamp）電路，所述箝位電路將主體（bulk）與源極連接的一對PMOS電晶體的源極作為輸入端子，用於限制一對PMOS電晶體的閘極與源極間電壓。 [發明的效果]
根據本發明的電流檢測電路，即使在差動放大電路的輸入端子之間產生了過大的電位差的情況下，亦可緩和對差動放大電路的輸入電晶體的閘極與源極間施加的過大的電壓。藉此，可提供一種防止因差動放大電路的輸入電晶體的特性變化或劣化引起的輸入偏移電壓的產生，從而精度良好的電流檢測電路。
以下，參照圖式來說明本發明的電流檢測電路。 圖1是本實施形態的電流檢測電路的電路圖。電流檢測電路包含接地端子100、電源端子110、輸出端子180、具有相同溫度特性的第1電阻體201及第2電阻體202、差動放大電路300以及PMOS電晶體400。
第1電阻體201將一端連接於電源端子110，將另一端連接於差動放大電路300的第1輸入端子150與輸出電晶體401的源極。第2電阻體202將一端連接於電源端子110，另一端連接於差動放大電路300的第2輸入端子160與PMOS電晶體400的源極及主體。輸出電晶體401將汲極連接於負載600，將閘極連接於控制端子130。PMOS電晶體400將閘極連接於差動放大電路300的輸出端子170，將汲極連接於電流檢測電路的輸出端子180。
設本實施形態的電流檢測電路為下述結構來進行說明，即，對電流從電源端子110經由輸出電晶體401流至負載600的高壓側開關（highside switch）的、輸出電晶體401的過電流進行檢測。
圖2是表示本實施形態的電流檢測電路的差動放大電路的一例的電路圖。差動放大電路300包含第1輸入端子150、第2輸入端子160、輸出端子170、一對輸入電晶體301及輸入電晶體302、第1恆電流源361、第2恆電流源362以及箝位電路310。箝位電路310包含PMOS電晶體311、PMOS電晶體312以及電阻元件313。
輸入電晶體301將主體與源極連接於第1輸入端子150。輸入電晶體302將主體與源極連接於第2輸入端子160。第1恆電流源361將一端連接於接地端子，將另一端連接於輸入電晶體301的汲極與輸出端子170。第2恆電流源362將一端連接於接地端子，將另一端連接於輸入電晶體302的汲極及閘極。箝位電路310將第1端子連接於輸入電晶體301的源極，將第2端子連接於輸入電晶體301的閘極，將第3端子連接於第2恆電流源362的另一端。
PMOS電晶體312將源極與主體連接於第1端子，將閘極與汲極連接於PMOS電晶體311的源極與主體。PMOS電晶體311將閘極與汲極連接於第2端子。電阻313連接於第2端子與第3端子之間。
接下來，對具備圖2的差動放大電路的電流檢測電路的動作進行說明。 在輸出電晶體401導通的狀態下，當負載電流流至負載600時，亦有相等的電流流至第1電阻體201，因第1電阻體201的電阻值與負載電流的值而產生電壓降。差動放大電路300控制PMOS電晶體400的閘極，以使第2電阻體202的電壓降與第1電阻體201的電壓降相等，藉此來調整流至第2電阻體202的電流。其結果，由第1電阻體的電阻值與第2電阻體的電阻值之比和負載電流的電流值所決定的檢測電流經由PMOS電晶體的汲極而從輸出端子180輸出。
此時，差動放大電路300的輸入電晶體301及輸入電晶體302的閘極與源極間的電壓為Vth+Vov。因而，箝位電路310的PMOS電晶體311與PMOS電晶體312均斷開，因此箝位電路310不會妨礙電流檢測動作。
如上所述，只要根據檢測出的負載電流的值，來調整與輸出電晶體401的閘極連接的控制端子130的電壓，便可控制負載電流以使其不會達到固定值以上。而且，對於控制端子130的電壓，只要使輸出電晶體401斷開，便可阻止負載電流。
接下來，對差動放大電路300的第1輸入端子150接地時的動作進行說明。 若設在差動放大電路300的第2輸入端子160處無異常而為接近電源電壓的電壓，則會在第1輸入端子150與第2輸入端子160之間產生過大的電壓差。此時，對於輸入電晶體302而言，由於閘極與汲極相連接，汲極電流成為恆電流源362，因此閘極與源極間的電壓為Vth+Vov（閘極電位-源極電位＜0）。因而，不會對輸入電晶體302的閘極與源極間施加過大的電壓。
另一方面，對於輸入電晶體301而言，藉由構成箝位電路310的PMOS電晶體311的汲極與主體間的寄生二極體，閘極與源極間的電壓被限制為寄生二極體的順向電壓（閘極電位-源極電位＞0）。因而，不會對輸入電晶體301的閘極與源極間施加過大的電壓。因而，可防止因差動放大電路300的輸入電晶體的特性變化或劣化造成的輸入偏移電壓的產生。
接下來，對差動放大電路300的第2輸入端子160接地時的動作進行說明。 若設在差動放大電路300的第1輸入端子150處無異常而為接近電源電壓的電壓，則會在第1輸入端子150與第2輸入端子160之間產生過大的電壓差。此時，對於輸入電晶體302而言，由於閘極與汲極相連接，因而因自身的汲極與主體間的寄生二極體，閘極與源極間的電壓被限制為寄生二極體的順向電壓（閘極電位-源極電位＞0）。因而，不會對輸入電晶體302的閘極與源極間施加過大的電壓。另一方面，儘管構成箝位電路310的PMOS電晶體311及PMOS電晶體312導通，但由於具備限制電流的電阻元件313，因此輸入電晶體301的閘極與源極間的電壓被限制為2×（Vth+Vov）（閘極電位-源極電位＜0）。因而，不會對輸入電晶體301的閘極與源極間施加過大的電壓。因而，可防止因差動放大電路300的輸入電晶體的特性變化或劣化造成的輸入偏移電壓的產生。
如以上所說明般，在差動放大電路300中，即使第1輸入端子150或第2輸入端子160發生接地，亦不會對輸入電晶體301及輸入電晶體302的閘極與源極間施加過大的電壓，可防止因輸入電晶體301及輸入電晶體302的特性變化或劣化造成的輸入偏移電壓的產生，提供精度良好的電流檢測電路。
另外，設箝位電路310為將閘極與汲極予以連接的2個PMOS電晶體與電阻元件的串聯連接而進行了說明，但PMOS電晶體的串聯連接的元件數並不限於此。亦可採用將3個以上的PMOS電晶體串聯連接的結構，還可為臨限電壓高的1個PMOS電晶體。只要在通常時不會妨礙電流檢測電路的動作，而在異常時可將輸入電晶體的閘極與源極間電壓限制為所期望的值以內的結構即可。
圖3是表示本實施形態的電流檢測電路的差動放大電路的另一例的電路圖。 箝位電路310包含PMOS電晶體314與PMOS電晶體315。PMOS電晶體314將閘極、源極與主體連接於第2輸入端子160，將汲極連接於第1輸入端子150。PMOS電晶體315將閘極、源極與主體連接於第1輸入端子150，將汲極連接於第2輸入端子160。
接下來，對具備圖3的差動放大電路的電流檢測電路的動作進行說明。 通常狀態的動作與具備圖2的差動放大電路的電流檢測電路同樣。差動放大電路300的第1輸入端子150的電壓與第2輸入端子160的電壓大致相等。因而，由於構成箝位電路310的PMOS電晶體314、PMOS電晶體315斷開，因此不會妨礙電流檢測動作。
接下來，對差動放大電路300的第1輸入端子150接地時的動作進行說明。 此時，因PMOS電晶體315的主體與汲極間的寄生二極體，第1輸入端子150與第2輸入端子160之間的電壓被限制為寄生二極體的順向電壓。因而，輸入電晶體301及輸入電晶體302的閘極與源極間的電壓成為比順向電壓更小的電壓。因而，可防止因輸入電晶體的特性變化或劣化造成的輸入偏移電壓的產生。
接下來，對差動放大電路300的第2輸入端子160接地時的動作進行說明。 此時，因PMOS電晶體314的主體與汲極間的寄生二極體，第1輸入端子150與第2輸入端子160之間的電壓被限制為寄生二極體的順向電壓。因而，輸入電晶體301及輸入電晶體302的閘極與源極間的電壓成為比順向電壓更小的電壓。因而，可防止因輸入電晶體的特性變化或劣化造成的輸入偏移電壓的產生。
如以上所說明般，即使差動放大電路300的第1輸入端子150或第2輸入端子160發生接地，亦不會對輸入電晶體301及輸入電晶體302的閘極與源極間施加過大的電壓，從而可防止因輸入電晶體301及輸入電晶體302的特性變化或劣化造成的輸入偏移電壓的產生，提供精度良好的電流檢測電路。 另外，第1電阻體201與第2電阻體202並不限定於電阻。例如，即便是MOS電晶體的導通電阻，亦可獲得同樣的效果。
100‧‧‧接地端子
110‧‧‧電源端子
130‧‧‧控制端子
150‧‧‧第1輸入端子
160‧‧‧第2輸入端子
170、180‧‧‧輸出端子
201、202‧‧‧電阻體
251、252、311、312、314、315、400‧‧‧PMOS電晶體
300‧‧‧差動放大電路
301、302‧‧‧輸入電晶體
310‧‧‧箝位電路
313、500‧‧‧電阻元件
351、352‧‧‧NMOS電晶體
361‧‧‧第1恆電流源
362‧‧‧第2恆電流源
401‧‧‧輸出電晶體
600‧‧‧負載
VBIS
‧‧‧偏壓電壓
VDET
‧‧‧信號
VOUT
‧‧‧輸出電壓
圖1是本實施形態的電流檢測電路的電路圖。 圖2是表示本實施形態的電流檢測電路的差動放大電路的一例的電路圖。 圖3是表示本實施形態的電流檢測電路的差動放大電路的另一例的電路圖。 圖4是電流檢測電路的電路圖。 圖5是習知的差動放大電路的電路圖。
100‧‧‧接地端子
150‧‧‧第1輸入端子
160‧‧‧第2輸入端子
170‧‧‧輸出端子
300‧‧‧差動放大電路
301、302‧‧‧輸入電晶體
310‧‧‧箝位電路
311、312‧‧‧PMOS電晶體
313‧‧‧電阻元件
361‧‧‧第1恆電流源
362‧‧‧第2恆電流源
Claims (3)
- 一種電流檢測電路，包括差動放大電路，所述差動放大電路藉由對控制輸出電晶體的電壓進行調整而控制負載電流，並生成檢測電流，所述檢測電流基於跟與所述輸出電晶體成串聯關係配設的電阻體相關的電壓，所述電流檢測電路藉由監視檢測電流的值，從而檢測所述負載電流的值，所述電流檢測電路的特徵在於， 所述差動放大電路包括箝位電路，所述箝位電路將主體與源極連接的一對P通道金屬氧化物半導體電晶體的源極作為輸入端子，用於限制所述一對P通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極與源極間電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的電流檢測電路，其中 所述箝位電路包含使閘極與汲極連接的至少一個金屬氧化物半導體電晶體和電阻元件的串聯電路， 使用汲極電流經所述金屬氧化物半導體電晶體的汲極與主體間的寄生二極體及所述電阻元件所限制的、所述金屬氧化物半導體電晶體的閘極與源極間的電壓，來限制所述一對P通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極與源極間電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的電流檢測電路，其中 所述箝位電路包含2個金屬氧化物半導體電晶體，所述2個金屬氧化物半導體電晶體將其閘極、源極與主體予以連接，且彼此與另一個逆向地並聯連接， 使用所述2個金屬氧化物半導體電晶體的寄生二極體來限制所述一對P通道金屬氧化物半導體電晶體的閘極與源極間電壓。
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