TWI249090B - Switching circuit - Google Patents

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1249090 關㈣之導通電麼以及主開關Qu之導通電麼比較放大。 (專利文獻1) 日本專利特開平^26250號公報（第2-4頁、第i圖） 【發明内容】 θ 首先’在第1習知例中，為了使電阻元件Rl 1之電流 與主開關Q11之導通電流成比例，電阻元件Ru之電壓必 須在電流檢測用開關Q12之導通電壓之一半以下。因此， 為：放大波形達到控制電路可以使用之位準，因此必須要 有高增益之放大器。因為在電流波形中包含有高頻成分， 因此必須以高增益來放大至高頻為止，在實用上成為困難 點。 匕外在第2 %知例中’因為必須使基準電流通過電 流檢測用開關Q12 ’並將電流檢測甩開關Q12之導通電壓 以及主開之導通電壓比較放大，因此輸出信號並不 是即時電流波形，而是對於某一時點的電流值之大小判斷 結果 ° 本發明有鑑於上述問題，其目的係提供一種開關電路 ’具備：t流檢測電路，係以高速之即時波形之形態檢測 出主開關電流波形，並以大信號形態、低阻抗輸出。 為了達成上述目的之本發明，具備：可以將放大器之 輸入電壓差保持在大致0V，並可以得到大電流波形輸出之 電流檢測電路。此外，在第1電阻元件與輔助開關之間， 連接閘極信號與主開關之閘極信號同步之f 3開關，藉此 ，來使第2電阻元件之電壓波形與主開關之電流波形相似 1249090 ’而可以以大電麼作辨夕π At七# 斗 °號之形恶來處理高速電流波形。 ^字第1電阻元件作為多晶矽電阻而形成於絕緣膜上 則可以將與主開關之絕緣變得簡單，而可以達到高集積 化、低寄生電容’而可以更高速地動作。若形成第1電阻 几件’使其溫度絲比主„還要Α之正值，則使用第」 電阻元件之電流檢測電路’會有更強之熱變防止功能，而 可以簡單地提供開關電路。因此，可以容易地形成有許多 優點之電流檢測電路。 【實施方式】 ρ以下，使用圖式來說明本發明之開關電路之實施例。 圖1係表示本發明之開關電路之第一實施例為輸入電 源，2為負載，3為固定電位，4為驅動電路，Q為開關，R 為電阻，Amp為放大器。 本實施例之開關電路，具備由以導通電麼來顯示電阻 特性之P通道M0SFET所構成之主開關Q1，此主開關以之 閘=連接到驅動電路4。此外’主開關Qi之源極與連接到 固疋電位3，汲極則連接到負載電路2。另外，亦可以將 以電位3連㈣主_ 極’負載電路2連接到主 開關Q1之源極。此開關電路具備電流檢測電路，此電流 檢測電路具備比主開關Q1之導通電阻還要高（例如1〇〇 = 倍）之電阻值之第1電阻元件R1，此第丨電阻元件ri連接 到固定電位3或是負載電路2。此外，第丨電阻元件Ri可 以是普通之擴散電阻，亦可以是多晶矽電阻。此外，若將 第1電阻元件R1之溫度係數設成與主開關Q1之導通電阻 1249090 相同’則可以構成正確之電流檢測電路。此外，使用此電 流檢測電路之開關電路，可以設定在溫度上昇之同時，過 電流檢出點可以移到較低電流側。 電流檢測電路包含有由p通道之M〇SFET所構成之辅助 =關Q2,第1電阻元件R1與源極連接。此外，電流檢測 包路亦具備放大器Amp。此放大器A叩之正極連接到主開 關Q1之汲極，負極與輔助開關Q2之源極以及第i電阻元 件R1連接，輸出則連接到輔助開關Q2之閘極。藉此，將 弟1電阻元件R1所產生之電壓與主開關Q1之導通電壓加 以比較放大，並輸出到輔助開關Q2之閘極。此外，電流 核/則電路具備第2電阻元件R2，此第2電阻元件R2連接 到輔助開關Q2之汲極’用來放大主開關Q1之導通電流並 產生電壓。 具備電流檢測電路之開關電路係如以上構成，並以以 方式來作用。首先，當主開關Q1導通時，則主開關 Q1產生導通電壓’放大器Amp檢測出導通電壓。藉由主開 關Qi之導通’使連接到固定電位3之第阻元件以產 生電壓，放大3 Amp檢測出此電麼。將放大器所檢測出之 導通«與第i電阻元化上所產生之電壓加以比較放大 二產生電壓’並輸出到輔助開關Q2之閘極…導通電 仏出日寸’放大益Amp之輪入端之電壓差約為〇v，因此由 兩個電阻元件R1、R2、輔助開關⑽、以及放大器AmP所構 成之電流檢測電路可以容易地高增益化，並且可以放大到 南速信號，而可以將主開關Q1 <導通電流信號以低阻抗 1249090 輸出來供應。 圖2係表示第二實施例。此實施例大致上與第一實施 例相同，但在此實施例中，主開關Q1係由N通道之 M0SFET所構成。在此情形之電流檢測，亦可以與第一實施 例同樣來實施。惟，驅動電路4之輸出電壓極性與第一實 施例不同，在第一實施例中，係以相對於源極電位為負的 間極電位來使主開關Q1導通，在本實施例中，係以相對 於源極電位為正的閘極電位來使主開關Q1導通。 圖3係表示第三實施例。此實施例中，第丨電阻元件 R1連接到第3開關Q3之源極，此第3開關q3之汲極則與 輔助開關Q2之源極連接。此外，此第3開關Q3之閘極連 接到驅動電路4，第3開關Q3之閘極信號與主開關Q1之 閘極信號同步。即，在本實施例中，由於主開關qi為？通 道之M0SFET，因此第3開關Q3亦為p通道M〇SFET。 在此第三實施例，由於主開關Q1之閘極信號係與第3 開關Q3之閘極信號同步，田士 “ ^ J ^因此右主開關Q1為斷開（off)狀 態，則第3開關亦斷開，而可 Ί而了以防止當主開關Q1在斷開狀 態時大電流通過第1電阻元件 1干κι。藉此，可貫現低消耗功 率之電流檢測電路。此外，技 — 此外接下來之圖4係表示關於此第 三貫施例之動作波形。 圖4由上面開始，分別兔 別為主開關Q1之閘源極間電壓 Vgs、主開關Q1之汲源極間 TH 、 間電渥Vds、主開關Q1之汲源極 間电，瓜Ids、以及在第2電阻 ,乂楚-奋A 件R2所產生之電流信號輸 出。在弟一只施例的情形， 月$由於主開關Q1為P通道之 1249090 M〇SF£T，因讲 i/ v , 千六 Vgs、Vds、以及ids之波形係以負電壓、負 Μ㈣。當主開關Q1開啟時所產生之峰值電流叫，' :假〜在負载中含有寄生電容成分的情形。第2電阻元件 2 H與將主開關Q1之電流極性反轉後之波形相似。 此外，在圖q由+ + , 隹ϋ 3中之ton、t0ff為開啟與關閉時之延遲時間 ，11、12為下降、上升時之時間。

此外，在此實施例中，主開關Q1亦可以為N通道之 M0SFET。但疋，由於第3開關Q3之閘極係與主開關ο〗之 閘極同步，因此一般來說第3開關Q3亦大多使用N通道之 M0SFET。此時，驅動電路4之輸出電壓極性相對於源極電 壓為正之閘極電壓會使主開關Q1導通。

圖5係表示第四實施例。在此實施例中，在第三實施 例之構成之外，加上在第3開關Q3之閘極與驅動電路3之 間，連接延遲電路5。此外，在此實施例中，第丨電阻元 件與主開關Q1具有相同單元結構而固定閘極偏壓之 M0SFET所構成之電流檢測用開關q4。此外，此m〇sfet有 比主開關Q1之導通電阻還要高之電阻值（例如1〇〇〇〇倍）。 此電流檢測用開關Q4之閘電極連接到低位準閘極電壓產 生電路。 在此實施例中，由於在第3開關之閘極與驅動電路4 之間連接延遲電路5 ’因此在高側之主開關qi打開時，可 以防止負載電路2中寄生電容充電電流idsp之成分以波形 形態出現在檢測信號之中，而可以防止過電流保護電路之 誤動作。此外，在此情形，一般而言延遲時間係使用u 11 1249090 左右之值。因此，延遲電路5之特性為只有在Q3打開時延 遲11左右，Q3在關閉時之延遲時間為〇。 、此外，第1電阻元件與主開關Q1具有相同單元結構， - 並有比主開關之導通電阻還要高之電阻值，藉由使用固定 閘極偏壓之電流檢測用開關Q4，此電流檢測用開關以之 導通電阻與主開關Q3具有相同之溫度特性與誤差，因此 可以容易地提昇電流檢測精度。因此，可以容易地實現高 精度之電流檢測電路。 圖6係表示第五實施例。此實施例為逆向電流檢測電 % 路。從第一實施例到第四實施例之電流檢測電路，都是以 由^源2通過主開關Q1流到負載電路2之方向之電流為正 才為則提。此第五實施例係由負載電路2通過主開關⑴ 肌到^入電源丨之方向之電流為正值時之電流檢測電路。 器Amp只有在qi之源極、汲極間被施加正電壓時，才 使稀助開關Q2導通而動作。此時主開關Q1之逆電流波形 產生在第2電阻元件R2，使用第2電阻元件R2之電壓波 形來實行逆電流檢測。 此主開關Q1

_圖7係表示第六實施例。在此實施例，固定電位3係 2電壓為負極時之實施例。此開關電路，具備以導通電 廢來顯不電阻特性之N通道廳FET所構成之主開關q卜 。另外，當主開關Q1 l /¾極人驅動電路4連接。此外，主開關Q 1 ;及極與負載電路2連接。另外，當主龆關Q】 可以主開關Q1之汲極接地，主開關 2連接。此開關電路具備電流檢測電 12 1249090 路，此電流檢測電路具備電阻值比主開關Q1之導通電阻 還要高（例如1 0000倍）之第1電阻元件R1，此第〗電阻元 件R1接地。另外，第1電阻元件R1可以是普通之擴散電 阻，亦可以是多晶矽電阻。此外，將第丨電阻元件R1之溫 度係數係δ又成與主開關q 1相同，以構成正確之電流檢測 電路。此外，使用此電流檢測電路之開關電路可以設定使 得在溫度上昇之同時，過電流檢出點可以移到低電流側。 電流檢測電路具備由Ν通道M〇SFET所構成之輔助開關

Q2 ’此第1電阻元件R1與源極連接。此外，電流檢測電路 具備放大器Amp。此放大器Amp之正極與主開關Ql之汲極 連接，負極與輔助開關Q2之源極以及第丨電阻元件Ri連 接’輸出則連接到輔助開關q2 <閘極。藉由以上之構成 ’可將在第1電阻元件R1所產生之電壓與主開關qi之導 通電壓加以比較放大，並輸出至辅助開關Q2 t閘極。此 外，電流檢測電路具備第2電阻元件R2,此第2電阻元件

R2與輔助開關Q2之汲極連接，用來放大主_Q1之導通 電流並產生電壓。

此外’本實施例之負載電路’具備由P通道M0SFET 構成之南側_ Q5。此高側開關Q5之沒極盘主開關之 極、放…叩之正極、以及負載連接，源極則連接到 定電位3。此外’間極連接到驅動電路4，主開關盥 側開關Q5構成CMOS反相器。且備雷、、 ” 〃備電流檢測電路之開關 路如以上之構成，其基本動作原理盥一 '、乐貝知例大致相 ，僅極性為反轉後之動作。 13 1249090 ，圖8係表示第七實施例。此實施例為在第四實施例中 :當固定電位3為輸人電壓之負極時之應用實施例。此實 轭例之第1電阻元件連接到第3開關Q3之源極，此第3開 關Q3 ^及極與輔助開_ Q2之源極連接。此夕卜，在此實施 J中S 1電阻元件與主開關Q i具有相同單元構造，使用 固定閘極偏壓瞻ET所構成之電流檢出用開關I此外 ，此M0SFET具有比主開關Q1之導通電阻還要高之電阻值（ 例如1 0000倍）。

此苐3開關Q3之閘極連接到驅動電路$，此第3開關 Q3之閘極信號係與主開關Q1之閘極信號同步。即，在本 實施例中，由於主開關Q1為N通道M0SFET，因此第3開 關Q3亦為N通道MOSFET。在此實施例中，於第3開關Q3 之閘極與驅動電路4之間，連接延遲電路5。此電流檢測 用開關Q4之閘極連接到高位準閘極電壓產生電路。

在此第七實施例中，由於主開關Q1之閘極信號與第3 開關Q3之閘極信號同步，因此當主開關qi為斷開狀態時 ，第3開關Q3亦斷開，故可防止當主開關qi為斷開狀態 時大電流通過電流檢測用開關Q4。藉此，可以實現低消耗 功率之電流檢測電路。此外，由於第3開關之閘極與驅動 電路4之間連接有延遲電路5，因此若只有在打開時加以 延遲，則在低位準之主開關Q1打開時，可以防止負載電 路2中之寄生電容充電電流I dsp之成分以波形之形態出現 在檢測信號之中，而可以防止過電流保護電路之誤動作。 此外，第1電阻元件與主開關Q1具有相同單元構造， 14 1249090 且具有比主開關Q1之導通電阻還要高之電阻值，並使用 固定閘極偏壓M0SFET所構成之電流檢出用開關糾，此電 流檢測用開關Q4之導通電阻與主開關Q3具有相同之溫度 特性與誤差，因此可以容易地提昇電流檢測精度。因此， 可以容易地實現高精確度之電流檢測電路。 圖9係表不第八實施例。此實施例為逆向電流檢測電 路’其係在第五實施例中固定電位3為輸入電壓之負極時 之應用實施例。在第六實施例、第七實施例之電流檢測電 路’都是以由負載電路2通過主開關Q1流到輸入電壓之負 極之方向之電流為正值時為前提。9為由輸入電壓之負 極通過主開關Q1流到負載電路2之方向之電流為正值時之 電流檢測電路。放大器—只有在主開關Q1之源極、沒極 間被施加負電壓時，才使輔助開關Q2導通而動作。此時 主開關Q1之逆電流波形產生在第2電阻元件R2，使用第2 電阻元件R2之電壓波形來實行逆電流檢測。 依本發明，可獲得將放大器之輸入電塵差保持在約叮 ’而可獲得大電流波形輸出之電流檢測電路。此外，在第 1電阻元件與輔助開關之間’藉由連接閘極信號與主開關 之閘極信號同步之帛3 關’因此第2電阻元件之電壓波 形與主開關之電流波形相似，而可獲得能以大電麼信號來 處理高速電流波形之效果。 若將第i電阻元件作為多晶石夕電阻而形成於絕緣膜上 ’則可以將與主開關之絕.緣變.得簡單，而可以達到高集積 化、低寄生電容’而可以更高速地動作。若形成第丨電阻 15 1249090 兀I使得帛1 t阻元件之溫度係數比主開關還要大之正值 ’則使用帛1電阻元件之電流檢測電路會有更強之熱變防 止功能，而可以簡單地提供開關電路。因&，可以容易地 形成有許多特長之電流檢測電路。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 圖 圖1為表示本發明開關電路之第i實施例概要之電路 圖 圖 :、表丁本*明開關電路之第2實施例概要之電路 圖3為表示本發明開關電路之第3實施例概要 之電路 圖4為第3實施例之動作波形圖。 圖0 圖5為表示本發明開關電路之第4實施例概要之電路 圖 圖 圖 圖6為表示本發 圖7為表示本發 開關電路之第5實施例概要之電路 汗’關電路之第6實施例概要之電路 圖8為表示本發明開關電路之第 7實施例概要之電路 圖9為表示本發 日月開關電路 圖。 格之第8實施例概要之電路 1習知例概要之電路圖 圖1 〇表示開關電路 16 1249090 圖11為表示開關電路之第2習知例概要之電路圖。 (二）元件代表符號

Ql、Q11 主開關 輔助開關 第3開關 電流檢測用開關 高側開關 電阻 Q2 Q3 Q4、Q12 Q5

ΙΠ、R2、R11

Amp 放大器 1 輸入電源 2 3 4 5 負載電源 固定電位 驅動電路 延遲電路

17

Claims (1)

1. I夢臀增0日修(更)止替換頁. ’ 钃 i ϊ〇110. 1 ί—- 請案第92134542號肩文申諳專利替拖太 拾、申請專利範圍： 1 · 一種開關電路，係具有開關元件，其特徵在於··係 具備由以導通電壓來顯示電阻特性之MOSFET所構成之主 開關，於該主開關之閘極電極連接驅動電路，且將該主開 關之汲極或源極之一方連接於固定電位，另一方連接到負 載電路；並且，設有電流檢測電路，其係具備： 第1電阻元件，係具有較該主開關之導通電阻高的電 阻值； 1電阻元件連接至源極之由 參 輔助開關，係將該第 MOSFET所構成者； 放大器，係將該第丨電阻元件所產生之電壓與該主開 關之導通電壓加以比較放大，並輸出至該輔助開關之閑: y 第2電阻元#，係連接於該辅助開關之沒才亟，將該主 開關之導通電流放大，並產生電壓；以及 第3開關，連接在該第！電阻元件與輔助開關之間， 且其閘極信號與該主開關之閘極信號同步。 “ 2 ·如專利申請範圍第i項之開關電路，其中，該第1

   電阻元件之一 3 ·如申言負 第1電阻元件之一端子係連接 端子，該第1電阻元件之另一 如申請專利範圍第1 項之開關電路，其中 ，該第1 18 卿0冊 、吏uL.皆谈負 電阻元件，係與該主開關具有相同單元構造而固定閘極偏 壓之MOSFET，或是多晶石夕電阻。 5 ·如專申請利範圍第4項之開關電路，其中，該第1 電阻元件之一端子與該主開關同樣地連接於固定電位。 6 ·如專利申請範圍第4或5項之開關電路，其中，該 第1電阻元件之一端子與該主開關之負載電路連接端子連 接，該第1電阻元件之另一端子則與該輔助開關之源極連 接。

   拾壹、圖式： 如次頁。

   19 1249090

   圖10

   圖11

   4 判定信號輸出

   ώ Ϊ