[go: up one dir, main page]

CN112448704B - 电流检测电路 - Google Patents

电流检测电路 Download PDF

Info

Publication number
CN112448704B
CN112448704B CN202010021092.7A CN202010021092A CN112448704B CN 112448704 B CN112448704 B CN 112448704B CN 202010021092 A CN202010021092 A CN 202010021092A CN 112448704 B CN112448704 B CN 112448704B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching element
circuit
current
voltage
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010021092.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112448704A (zh
Inventor
间岛秀明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN112448704A publication Critical patent/CN112448704A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112448704B publication Critical patent/CN112448704B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0826Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in bipolar transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current 
    • G05F1/46Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
    • G05F1/56Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G05F1/573Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2203/00Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45518Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more diodes and being coupled between the LC and the IC
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2203/00Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45528Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more passive resistors and being coupled between the LC and the IC
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

实施方式的电流检测电路具备主电流通路被串联地连接的常通型和常断型的开关元件;具有与上述常断型的开关元件的源极和栅极连接的源极和栅极及与恒流源连接的漏极的常断型的开关元件,使用上述2个常断型的开关元件的漏极电压,进行除法运算处理。

Description

电流检测电路
【关联申请】
本申请享受2019年8月27日申请的日本国专利申请号2019-154471的优先权的利益,该日本国专利申请的全部内容被引用于本申请。
技术领域
本实施方式一般而言涉及电流检测电路。
背景技术
以往,公开了将常通型的开关元件和常断型的开关元件共源共栅(cascode)连接的半导体装置。例如,常通型的开关元件通过将GaN(氮化镓)、SiC(碳化硅)作为材料的晶体管构成。通过使用以GaN、SiC构成的常通型的开关元件,提供高耐压且低损耗的半导体装置。另一方面,由于具备常通型的开关元件,因此例如存在响应于常通型的开关元件的漏电流,而无法正确地检测半导体装置的输出电流的情况。另外,开关元件的导通电阻等的特性会产生制造偏差。希望能够发挥具备常通型的开关元件的半导体装置的特性,并且能够减轻由制造偏差造成的影响而正确地检测输出电流的可靠性高的电流检测电路。
发明内容
一个实施方式提供能够减轻由开关元件的特性的制造偏差造成的影响,能够正确地检测输出电流的电流检测电路。
根据一个实施方式,电流检测电路具备:具有源极、漏极及栅极的常通型的第一开关元件;常断型的第二开关元件,具有源极、漏极及栅极,具有与上述第一开关元件的主电流通路串联地连接的主电流通路;常断型的第三开关元件,具有与上述第二开关元件的源极连接的源极和与恒流源连接的漏极,栅极被施加在电流检测时对上述第二开关元件的栅极施加的电压;及除法运算电路,使用上述第二开关元件的漏极电压和上述第三开关元件的漏极电压进行除法运算处理。
附图说明
图1是表示第一实施方式的电流检测电路的图。
图2是表示常通型的开关元件的特性的图。
图3是表示除法运算电路的一个构成例的图。
图4是表示对数变换电路的一个构成例的图。
图5是表示反对数变换电路的一个构成例的图。
图6是表示除法运算电路的另一个构成例的图。
图7是表示第二实施方式的电流检测电路的图。
图8是表示第三实施方式的电流检测电路的图。
图9是表示第四实施方式的电流检测电路的图。
具体实施方式
以下,参照附图,对实施方式的电流检测电路详细地进行说明。另外,本发明并不被这些实施方式所限定。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式的电流检测电路的图。本实施方式的电流检测电路具有常通型的开关元件Q1。开关元件Q1例如通过以GaN为材料的N沟道型的MOS晶体管构成。例如,以GaN为材料的MOS晶体管,漏极源极间的主电流通路由GaN构成。以下,存在称为GaN晶体管的情况。
电流检测电路具有常断型的开关元件Q2、Q3。常断型的开关元件Q2、Q3例如通过以Si为材料的N沟道型的MOS晶体管构成。例如,以Si为材料的MOS晶体管,漏极源极间的主电流通路由Si构成。以下,存在称为Si晶体管的情况。
开关元件Q1的漏极与端子11连接。端子11例如经由负载(未图示)而连接于被施加600V电压的电源线(未图示)。开关元件Q1的源极连接于开关元件Q2的漏极。开关元件Q1的栅极连接于开关元件Q2的源极。
开关元件Q2的源极连接于端子12。即,开关元件Q2的主电流通路即漏极源极路,与开关元件Q1的主电流通路即漏极源极路串联地连接。端子12例如被供给接地GND的电位。开关元件Q2的栅极连接于端子10。例如,在对端子10施加了驱动信号VG的状态下,进行电流检测。
开关元件Q3的源极连接于开关元件Q2的源极,漏极连接于供给恒定电流IREF的恒流源14。恒流源14例如使用带隙基准电路(未图示)而构成。恒流源14的另一端连接于电源线13。开关元件Q3的栅极连接于开关元件Q2的栅极。开关元件Q2的漏极连接于除法运算电路20的第一输入端(×)。开关元件Q3的漏极连接于除法运算电路20的第二输入端(÷)。
开关元件Q2和Q3形成于共用的半导体基板(未图示)。通过形成于共用的半导体基板,从而能够使两者的元件特性结合。即使发生制造偏差,开关元件Q2和Q3的元件特性也以相同的方式变动。例如,在以开关元件Q2的导通电阻增加的方式变动的情况下,开关元件Q3的导通电阻也同样地以增加的方式变动。
开关元件Q2和Q3的尺寸被设定为,栅极长度相同,且栅极宽度为n:m的尺寸比。根据尺寸比,开关元件Q2的导通电阻Ron2与开关元件Q3的导通电阻Ron3之比以式(1)表示。
Ron2:Ron3=1/n:1/m···(1)
开关元件Q2和Q3的漏极电压VX、VY以式(2)、(3)表示。示出以对端子12施加的接地GND的电位、零(0)V为基准的情况下的漏极电压VX、VY。以后是同样的。
VX=Ron2·ID···(2)
VY=Ron3·IREF···(3)
这里,ID表示在开关元件Q1流通的漏极电流ID。在开关元件Q2流通的电流与流到开关元件Q1的电流大致相等,因此在开关元件Q2流通的电流为输出电流ID大致相等的电流。以下,存在为了方便而将开关元件Q1的漏极电流ID用作输出电流ID的情况。
从除法运算电路20的输出端子15获得的输出γ以式(4)表示。
式(4)所示的输出γ用电流密度的比来表示输出电流ID是恒定电流IREF的几倍的值。例如,在将开关元件Q2和Q3的栅极宽度的尺寸比n:m设定为10000:1的情况下,在输出电流ID为恒定电流IREF的10000倍时,输出γ成为“1”。根据输出γ的值,能够高精度地检测输出电流ID
另外,能够采用如下构成,即,按照被容许的输出电流ID的最大电流IMAX的值和恒定电流IREF的值、及开关元件Q2、Q3的尺寸比n:m的设定,例如输出γ超过了“1”的情况下,检测为是输出电流ID超过最大电流IMAX的过大电流的状态的构成。
例如,在将开关元件Q2和Q3的栅极长度设为相同、将栅极宽度的比设为10000:1并将恒定电流IREF设为1mA的情况下,输出γ为“1”时表示输出电流ID为10A。因此,假定作为输出电流ID而被容许的最大电流IMAX为10A的情况下,在输出γ大于“1”的情况下,表示超过了被容许的最大电流IMAX的电流作为输出电流ID而流动。
另外,通过增大开关元件Q2和Q3的栅极宽度的比N(=n/m)(N是大于1的任意的正数),能够检测比恒定电流IREF大的值的输出电流ID。即,通过增大比N,从而能够通过较小的值的恒定电流IREF来检测大电流的输出电流ID,因此能够降低恒流源14的恒定电流IREF,能够谋求低耗电化。例如,恒定电流IREF的值被设定为作为输出电流ID而被容许的最大电流IMAX的1/N倍的值。
式(4)用开关元件Q2与Q3的尺寸比表示,不包括导通电阻Ron2、Ron3的项。即,通过采用漏极电压VX除以漏极电压VY的构成,输出γ不是以导通电阻Ron2、Ron3的值表示,而是以两电阻之比表示。如已叙述那样,在将开关元件Q2和Q3形成于同一半导体基板的情况下,开关元件Q2和Q3的导通电阻Ron2、Ron3有以相同的方式变动的倾向。因此,由制造偏差引起的导通电阻Ron2、Ron3的变动被抵消,因此导通电阻Ron2、Ron3的比不变动,而输出γ稳定化。为此,能够通过输出γ高精度且正确地检测输出电流ID
本实施方式具备使用开关元件Q2的漏极电压VX和开关元件Q3的漏极电压VY进行除法运算的除法运算电路20,通过除法运算所获得的输出γ能够高精度且正确地检测在常通型的开关元件Q1中流动的输出电流ID
图2是表示常通型的开关元件的特性的图。即,示出已叙述的第一实施方式的开关元件Q1的特性。横轴表示栅极源极间电压VGS,纵轴表示漏极电流ID。用栅极源极间电压VGS为零(0)V时也流通漏极电流ID、且栅极源极间电压VGS达到负的阈值电压VTH时漏极电流ID成为大致为零(0)A的特性曲线100表示。
图3是表示除法运算电路20的一个构成例的图。本构成例具有对数变换电路202、203。对数变换电路202的一端连接于输入端子200,另一端连接于减法运算电路204的一方的输入端(+)。对数变换电路202将对输入端子200的输入电压进行对数变换后输出。输入端子200对应于已叙述的除法运算电路20的输入端子(×)。
对数变换电路203的一端连接于输入端子201,另一端连接于减法运算电路204的他方的输入端子(-)。对数变换电路203将对输入端子201的输入电压进行对数变换后输出。输入端子201对应于已叙述的除法运算电路20的输入端子(÷)。
减法运算电路204从对数变换电路202的输出电压减去对数变换电路203的输出电压后输出差分信号。通过减法运算电路204对通过对数变换电路202、203进行了对数变换后的输出电压进行减法运算,从而从减法运算电路204输出将用对输入端子200的输入电压除以对输入端子201的输入电压而得到的值进行对数变换后的信号。
减法运算电路204的输出信号被供给至反对数变换电路205。通过反对数变换电路205对减法运算电路204的输出信号进行反对数变换,由此从输出端子15输出用被供给至输入端子200的输入电压除以被供给至输入端子201的输入电压而得到的信号。即,通过具备对数变换电路202、203、减法运算电路204及反对数变换电路205的构成,来构成除法运算电路20。
图4是表示对数变换电路202的一个构成例的图。对数变换电路203也具有同样的构成。本构成例具有输入端子200、211。输入端子211被接地GND。输入端子200对应于图3的输入端子200。对输入端子200与输入端子211间施加变换对象的输入电压。
本构成例具有差动放大电路214。具有在差动放大电路214的反转输入端(-)与输入端子200间连接的电阻212。具有从差动放大电路214的反转输入端(-)向输出端子215侧正向地连接的二极管213。差动放大电路214的非反转输入端(+)被接地GND。对输入端子200与211间施加的输入电压,根据二极管213的电流电压特性、即输入电流与输出电压的关系为对数的关系的电流电压特性而被进行对数变换,对数变换后的电压被输出至输出端子215与被接地GND的输出端子216间。对数变换电路203也具有同样的构成。
图5是表示反对数变换电路205的一个构成例的图。本构成例具有输入端子220、221。输入端子221被接地GND。输入端子220与221间例如被施加减法运算电路204的输出电压。
本构成例具有差动放大电路224。在差动放大电路224的反转输入端(-)与输入端子220间,二极管222正向地连接。在差动放大电路224的反转输入端(-)与输出端子15间连接电阻223。差动放大电路224的非反转输入端(+)被接地GND。对输入端子220与221间施加的输入电压,根据二极管222的电压电流特性即输入电压与输出电流成为指数的关系的电压电流特性而被进行反对数变换,进行反对数变换后的电压被输出至输出端子15与被接地GND的输出端子226间。因此,能够通过用二极管213、222、差动放大电路214、224等构成的模拟电路构成除法运算电路20。由模拟电路构成,因此处理速度是高速的。
图6是表示除法运算电路20的另一个构成例的图。本构成例具有输入端子300、301。输入端子300例如被供给漏极电压VX,输入端子301被供给漏极电压VY。具有连接于输入端子300的AD变换器302。AD变换器302将被供给至输入端子300的输入电压变换为数字值后,供给至运算电路304的输入端(×)。
本构成例具有连接于输入端子301的AD变换器303。AD变换器303将被供给至输入端子301的输入电压变换为数字值后,供给至运算电路304的输入端(÷)。
运算电路304进行将来自AD变换器302的数字值使用来自AD变换器303的数字值来进行除法运算的运算处理后输出。作为运算电路304,例如使用CPU(Central ProcessingUnit)。从输出端子15-1输出数字信号,从输出端子15-2输出通过DA变换器306进行了模拟变换后的模拟信号。通过从输出端子15-1输出的输出γ的数字值,能够检测通过恒定电流IREF和开关元件Q2和Q3的尺寸比n:m而设定的电流的几倍的电流作为输出电流ID而流动。
在本构成例中,构成通过AD变换器302、303对漏极电压VX、VY进行数字变换,并通过运算电路304进行除法运算的运算处理后输出的除法运算电路20。另外,构成通过用DA变换器306对运算电路304的输出信号进行模拟变换从而能够同时获得模拟输出的除法运算电路20。进行使用了AD变换器302、303的数字处理,因此噪声等的影响得以降低。
(第二实施方式)
图7是表示第二实施方式的电流检测电路的图。对于与已叙述的实施方式对应的构成,附以同一符号,重复的记载仅在必要的情况下进行。以后是同样的。
本实施方式的除法运算电路20具有被供给漏极电压VX的乘法运算电路401和被供给漏极电压VY的乘法运算电路402。乘法运算电路402的输出电压VP被供给至减法运算电路403。减法运算电路403进行从参照电压VREF减去乘法运算电路402的输出电压VP的减法运算,并供给至放大电路404。参照电压VREF例如使用带隙基准电路(未图示)而生成。
放大电路404的输出G被供给至乘法运算电路401、402。乘法运算电路401进行对漏极电压VX乘以放大电路404的输出G的处理,并将通过乘法运算处理获得的输出电压VD供给至输出端子15。乘法运算电路402进行漏极电压VY与放大电路404的输出G的乘法运算处理,并将乘法运算处理而得到的输出电压VP供给至减法运算电路403。
本实施方式的开关元件Q2和Q3形成于共用的半导体基板(未图示)。开关元件Q2和Q3的尺寸被设定为,栅极长度相同、且栅极宽度的比为n:m。与栅极宽度的尺寸比对应地、开关元件Q2和Q3的导通电阻Ron2与Ron3之比用式(5)表示。
Ron2:Ron3=1/n:1/m···(5)
开关元件Q2和Q3的漏极电压VX、VY用式(6)、(7)表示。
VX=Ron2·ID···(6)
VY=Ron3·IREF···(7)
漏极电压VX通过乘法运算电路401而与来自放大电路404的输出G进行乘法运算。乘法运算电路401的输出电压VD用式(8)表示。
VD=VX·G···(8)
漏极电压VY,通过乘法运算电路402而与放大电路404的输出G进行乘法运算,从乘法运算电路402获得输出电压VP。放大电路404的输出G根据乘法运算电路402的输出电压VP与漏极电压VY的关系,以VP/VY表示。减法运算电路403进行输出电压VP与参照电压VREF的减法运算,并将通过减法运算获得的输出电压供给至放大电路404。
通过从减法运算电路403、经由放大电路404、乘法运算电路402并到达减法运算电路403的反馈环路,在放大电路404的增益B充分大的情况下乘法运算电路402的输出电压VP与参照电压VREF相等。因此,若对式(8)代入输出G(=VREF/VY),则获得式(9)。
VD=(VX/VY)·VREF···(9)
进而,若对式(9)代入式(6)、(7),则获得式(10)。
VD=(Ron2·ID·VREF)/(Ron3·IREF)···(10)
进而,若对式(10)代入式(5)并进行整理,则获得式(11)。
式(11)中的输出γ表示输出电流ID与恒定电流IREF的比。参照电压VREF例如是通过带隙基准电路而设定的固定电压,因此通过检测输出电压VD,能够检测是恒定电流IREF的几倍的电流作为输出电流ID而流动。
本实施方式如式(9)中所示那样,具备将漏极电压VX用漏极电压VY进行除法运算的除法运算电路20。为此,表示输出电压VD的式(11)包含开关元件Q2和Q3的尺寸比,但不包含导通电阻Ron2、Ron3的项。由此,由制造偏差引起的导通电阻Ron2、Ron3的变动的影响得以减轻。通过检测根据导通电阻Ron2与Ron3之比及表示输出电流ID与恒定电流IREF之比的输出γ而变化的输出电压VD,能够高精度且正确地检测输出电流ID
漏极电压VY如以式(7)所示さ那样,通过开关元件Q3的导通电阻Ron3和恒定电流IREF来确定。另外,根据参照电压VREF和漏极电压VY的值求出输出G的值,进而相应于除法运算电路20所必要的精度而求出必要的放大电路404的增益B。使用求出的各因数而设定乘法运算电路401、402、减法运算电路403及固定增益的放大电路404的电路定数,能够构成用漏极电压VX除以漏极电压VY的除法运算电路20。
(第三实施方式)
图8是表示第三实施方式的电流检测电路的图。本实施方式具有可变增益放大电路503,该可变增益放大电路503为,非反转输入端(+)被供给开关元件Q2的漏极电压VX,反转输入端(-)被施加源极的电位。可变增益放大电路503的输出被供给至输出端子15。
本实施方式具有可变增益放大电路501,该可变增益放大电路501为,非反转输入端(+)被供给开关元件Q3的漏极电压VY,反转输入端(-)被施加源极的电位。可变增益放大电路501的输出被供给至差动放大电路502的反转输入端(-)。差动放大电路502的非反转输入端(+)被供给参照电压VREF。差动放大电路502,将参照电压VREF与可变增益放大电路501的输出电压VP的差分放大后输出,并作为增益控制信号而供给至可变增益放大电路501、503。例如,通过差动放大电路502的输出信号,控制可变增益放大电路501、503的偏置电流,并控制可变增益放大电路501、503的增益A。
本实施方式的开关元件Q2和Q3形成于共用的半导体基板(未图示)。例如,开关元件Q2和Q3的尺寸被设定为栅极长度相同,栅极宽度为n:m的比。通过设定为该比,开关元件Q2和Q3的导通电阻RonN2与Ron3之比用式(12)表示。
Ron2:Ron3=1/n:1/m···(12)
开关元件Q2和Q3的漏极电压VX、VY用式(13)、(14)表示。
VX=Ron2·ID···(13)
VY=Ron3·IREF···(14)
可变增益放大电路501的输出电压VP用式(15)表示。
VP=VY·A···(15)
这里,A表示可变增益放大电路501的增益。
可变增益放大电路503的输出电压VD用式(16)表示。
VD=A·Ron2·ID···(16)
可变增益放大电路501的输出电压VP与参照电压VREF的差分在差动放大电路502被放大,并被输出。若将可变增益放大电路501、503的增益A及差动放大电路502的增益B设定为充分大,则通过具有差动放大电路502和可变增益放大电路501的反馈环路,以可变增益放大电路501的输出电压VP与参照电压VREF相等的方式,根据差动放大电路502的输出来控制可变增益放大电路501、503的增益A。为此,根据式(15)所示的关系,增益A用VREF/VY表示。若将该关系代入到式(16),则获得式(17)。
VD=(VX/VY)·VREF···(17)
若对式(17)代入式(13)、(14),则获得式(18)。
VD=(Ron2·ID·VREF)/(Ron3·IREF)···(18)
若对式(10)代入式(12)并整理,则获得式(19)。
式(19)中的输出γ表示输出电流ID与恒定电流IREF之比。参照电压VREF是固定电压,因此通过检测输出电压VD,能够检测输出电流ID。另外,式(19)包含导通电阻Ron2、Ron3之比的项,但不包含导通电阻Ron2、Ron3的项。因此,由制造偏差引起的导通电阻Ron2、Ron3的变动的影响得以减轻,能够通过输出γ高精度且正确地检测输出电流ID
本实施方式具备如式(17)中所示那样、用漏极电压VX除以漏极电压VY的除法运算电路20。为此,表示输出电压VD的式(19)包含开关元件Q2和Q3的尺寸比,不包含导通电阻Ron2、Ron3的项。由此,由制造偏差引起的导通电阻Ron2、Ron3的变动的影响得以减轻。通过检测根据导通电阻Ron2与Ron3之比及表示输出电流ID与恒定电流IREF的比的输出γ而变化的输出电压VD,能够高精度且正确地检测输出电流ID
通过采用根据将参照电压VREF与可变增益放大电路501的输出电压VP的差分放大的差动放大电路502的输出信号来控制可变增益放大电路501、503的增益的构成,能够构成用漏极电压VX除以漏极电压VY的除法运算电路20。
(第四实施方式)
图9是表示第四实施方式的电流检测电路的图。本实施方式中,常通型的开关元件Q1的栅极连接于端子17,常断型的开关元件Q2的栅极连接于端子10。对端子10施加驱动信号VG2,对端子17施加驱动信号VG1,而分别控制开关元件Q2和开关元件Q1的导通/截止。
本实施方式的除法运算电路20具有与已叙述的图7的除法运算电路20相同的构成。本实施方式具有对输出端子15的输出电压VD和参照电压VCMP进行比较的比较电路601。参照电压VCMP例如用开关元件Q2的导通电阻Ron2和作为输出电流ID被容许的最大电流IMAX而确定的值、即Ron2·IMAX设定。
比较电路601,在输出电压VD大于参照电压VCMP时输出高电平的信号,在输出电压VD小于参照电压VCMP时将低电平的信号供给至输出端子16。输出电压VD如已叙述的式(11)所示那样,根据输出电流ID和恒定电流IREF之比而变化。因此,在比较电路601的输出为高电平时,表示输出电流ID为过流的状态。通过检测比较电路601的输出信号,能够正确地检测输出电流ID的状态。
在本实施方式中,开关元件Q1、Q2的导通/截止通过独立的驱动信号VG1、VG2来控制。因此,通过将驱动信号VG1的电压在例如比常通型的开关元件Q1的阈值电压VTH低的负的电压与正的电压之间切换而控制开关元件Q1的导通/截止,由此能够抑制在使开关元件Q1截止时的漏电流。由此,能够避免由开关元件Q1的漏电流造成的电流检测的误动作。
在已叙述的实施方式中,开关元件Q3的栅极连接于开关元件Q2的栅极,但也可以是如下构成,设定供给被设定为与对开关元件Q2的栅极施加的电压相同的值的电压的电源电路(未图示),在电流检测时,从该电源电路对开关元件Q3的栅极供给电压。即,只要是将与在电流检测时对开关元件Q2的栅极施加的电压相等的电压施加给开关元件Q3的栅极并使开关元件Q3导通的构成即可。通过使得使开关元件Q2和Q3导通时的两者的栅极源极间电压相同,从而能够根据栅极宽度的尺寸比n:m来设定开关元件Q2和Q3的导通电阻的比。另外,也可以使开关元件Q2和Q3的栅极宽度和栅极长度这两个尺寸不同地设定为规定的比,并调整导通电阻Ron2、Ron3的比。
对本发明的几个实施方式进行了说明,但这些实施方式是作为例子提示的,意图不是限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他的各种各样的方式实施,在不脱离发明的主旨的范围内,能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中,并且包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。

Claims (13)

1.一种电流检测电路,具备:
常通型的第一开关元件,具有源极、漏极及栅极;
常断型的第二开关元件,具有源极、漏极及栅极,具有与上述第一开关元件的主电流通路串联地连接的主电流通路;
常断型的第三开关元件,具有与上述第二开关元件的源极连接的源极和与恒流源连接的漏极,栅极被施加在电流检测时对上述第二开关元件的栅极施加的电压;以及
除法运算电路,使用上述第二开关元件的漏极电压和上述第三开关元件的漏极电压进行除法运算处理,从而输出与上述第一开关元件的漏极电流的电流密度相应的输出信号,
上述除法运算电路具备:
第一乘法运算电路,对上述第二开关元件的漏极电压乘以规定的系数;
第二乘法运算电路,对上述第三开关元件的漏极电压乘以上述规定的系数;
减法运算电路,输出上述第二乘法运算电路的输出与规定的参照电压的差分信号;以及
放大电路,将上述减法运算电路的差分信号放大,并对上述第一乘法运算电路和上述第二乘法运算电路供给上述规定的系数,
上述除法运算电路将上述第一乘法运算电路的输出作为上述输出信号输出。
2.根据权利要求1所述的电流检测电路,
上述除法运算电路输出通过上述第二开关元件的漏极电流与上述恒流源的电流值之比和上述第二开关元件与第三开关元件的尺寸比而设定的信号。
3.根据权利要求1所述的电流检测电路,
上述第一开关元件由GaN晶体管构成,
上述第二开关元件和第三开关元件由Si晶体管构成。
4.根据权利要求1所述的电流检测电路,
上述第二开关元件和上述第三开关元件形成于共用的半导体基板。
5.根据权利要求1所述的电流检测电路,
具备将上述除法运算电路的输出信号与规定的设定电压进行比较的比较电路。
6.根据权利要求5所述的电流检测电路,
上述规定的设定电压,通过上述第二开关元件的导通电阻的值和作为上述第二开关元件的输出电流而容许的最大电流的值而设定。
7.根据权利要求1所述的电流检测电路,
将上述第二开关元件的栅极宽度设定为上述第三开关元件的栅极宽度的N倍,N是大于1的任意的正数。
8.根据权利要求7所述的电流检测电路,
上述恒流源的电流值设定为作为上述第二开关元件的输出电流而容许的最大电流的值的1/N倍。
9.根据权利要求1所述的电流检测电路,
上述第二开关元件的栅极连接于上述第三开关元件的栅极。
10.根据权利要求1所述的电流检测电路,
上述第一开关元件的栅极连接于上述第二开关元件的源极。
11.根据权利要求1所述的电流检测电路,
对上述第一开关元件的栅极供给第一驱动信号,
对上述第二开关元件的栅极供给第二驱动信号。
12.根据权利要求11所述的电流检测电路,
上述第一驱动信号的电压在正的电压和比上述第一开关元件的阈值电压低的负的电压之间切换。
13.一种电流检测电路,具备:
常通型的第一开关元件,具有源极、漏极及栅极;
常断型的第二开关元件,具有源极、漏极及栅极,具有与上述第一开关元件的主电流通路串联地连接的主电流通路;
常断型的第三开关元件,具有与上述第二开关元件的源极连接的源极和与恒流源连接的漏极,栅极被施加在电流检测时对上述第二开关元件的栅极施加的电压;以及
除法运算电路,使用上述第二开关元件的漏极电压和上述第三开关元件的漏极电压进行除法运算处理,从而输出与上述第一开关元件的漏极电流的电流密度相应的输出信号,
上述除法运算电路具备:
第一可变增益放大电路,将上述第二开关元件的源极漏极间的电压放大后输出;
第二可变增益放大电路,将上述第三开关元件的源极漏极间的电压放大后输出;以及
差动放大电路,将上述第二可变增益放大电路的输出和规定的参照电压的差分信号放大,并将对上述第一可变增益放大电路和上述第二可变增益放大电路的增益进行控制的控制信号供给至上述第一可变增益放大电路和上述第二可变增益放大电路,
上述除法运算电路将上述第一可变增益放大电路的输出作为上述输出信号输出。
CN202010021092.7A 2019-08-27 2020-01-09 电流检测电路 Active CN112448704B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-154471 2019-08-27
JP2019154471A JP7237774B2 (ja) 2019-08-27 2019-08-27 電流検出回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112448704A CN112448704A (zh) 2021-03-05
CN112448704B true CN112448704B (zh) 2024-10-29

Family

ID=74678377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010021092.7A Active CN112448704B (zh) 2019-08-27 2020-01-09 电流检测电路

Country Status (3)

Country Link
US (3) US11063582B2 (zh)
JP (1) JP7237774B2 (zh)
CN (1) CN112448704B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102530011B1 (ko) * 2018-10-11 2023-05-10 삼성디스플레이 주식회사 비교기 및 이를 포함하는 수신기
JP7237774B2 (ja) 2019-08-27 2023-03-13 株式会社東芝 電流検出回路
JP7434129B2 (ja) * 2020-09-24 2024-02-20 株式会社東芝 電流検出回路、電流検出システム、および電源回路
CN113848366B (zh) * 2021-08-10 2023-07-18 广东朝阳电子科技股份有限公司 关机漏电流检测电路
CN114355021B (zh) * 2022-03-17 2022-06-10 广东希荻微电子股份有限公司 电流检测电路及其控制方法、装置、放大器和存储介质
CN116359590B (zh) * 2023-06-02 2023-08-15 希荻微电子集团股份有限公司 电流检测电路与电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5467219A (en) * 1993-04-13 1995-11-14 Nec Corporation Control device for an optical amplifier
JP2016201693A (ja) * 2015-04-10 2016-12-01 シャープ株式会社 半導体装置

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0666600B2 (ja) * 1989-10-02 1994-08-24 株式会社東芝 電流検出回路
US5646520A (en) * 1994-06-28 1997-07-08 National Semiconductor Corporation Methods and apparatus for sensing currents
US5861736A (en) * 1994-12-01 1999-01-19 Texas Instruments Incorporated Circuit and method for regulating a voltage
US6642738B2 (en) * 2001-10-23 2003-11-04 Fairchild Semiconductor Corporation Method and apparatus for field-effect transistor current sensing using the voltage drop across drain to source resistance that eliminates dependencies on temperature of the field-effect transistor and/or statistical distribution of the initial value of drain to source resistance
US6700360B2 (en) * 2002-03-25 2004-03-02 Texas Instruments Incorporated Output stage compensation circuit
US10734896B2 (en) * 2003-07-07 2020-08-04 Rohm Co., Ltd. Load driving device, and lighting apparatus and liquid crystal display device using the same
US8519680B2 (en) * 2003-07-07 2013-08-27 Rohm Co., Ltd. Load driving device, and lighting apparatus and liquid crystal display device using the same
JP2005295360A (ja) 2004-04-02 2005-10-20 Toshiba Corp 電流検出回路およびそれを用いた半導体集積装置、レギュレータ装置
US7035131B2 (en) * 2004-05-06 2006-04-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Dynamic random access memory cell leakage current detector
JP2006018774A (ja) * 2004-07-05 2006-01-19 Seiko Instruments Inc ボルテージレギュレータ
US7535305B1 (en) * 2006-05-18 2009-05-19 Marvell International Ltd. Quiescent current detecting circuit for class AB amplifier
US8242429B2 (en) * 2006-09-25 2012-08-14 Rahul Sarpeshkar Ultra-low-power pulse oximeter implemented with an energy-efficient photoreceptor
US7838809B2 (en) * 2007-02-17 2010-11-23 Ludwig Lester F Nanoelectronic differential amplifiers and related circuits having carbon nanotubes, graphene nanoribbons, or other related materials
JP2008225952A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Ricoh Co Ltd ボルテージレギュレータ
US7839703B2 (en) * 2007-06-15 2010-11-23 Micron Technology, Inc. Subtraction circuits and digital-to-analog converters for semiconductor devices
US7960997B2 (en) * 2007-08-08 2011-06-14 Advanced Analogic Technologies, Inc. Cascode current sensor for discrete power semiconductor devices
JP5169498B2 (ja) 2008-06-02 2013-03-27 株式会社リコー 電流検出回路及びその電流検出回路を備えたスイッチングレギュレータ
JP5407510B2 (ja) * 2008-08-29 2014-02-05 株式会社リコー 定電圧回路装置
JP4837111B2 (ja) * 2009-03-02 2011-12-14 株式会社半導体理工学研究センター 基準電流源回路
US9325282B2 (en) * 2009-09-08 2016-04-26 California Institute Of Technology Self-healing technique for high frequency circuits
JP5691158B2 (ja) 2009-11-13 2015-04-01 ミツミ電機株式会社 出力電流検出回路および送信回路
US20110234311A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Current detection circuit and information terminal
US8482266B2 (en) * 2011-01-25 2013-07-09 Freescale Semiconductor, Inc. Voltage regulation circuitry and related operating methods
US20120262220A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 Semisouth Laboratories, Inc. Cascode switches including normally-off and normally-on devices and circuits comprising the switches
JP6038516B2 (ja) * 2011-09-15 2016-12-07 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 ボルテージレギュレータ
WO2013046485A1 (ja) * 2011-09-27 2013-04-04 パナソニック株式会社 定電圧回路
US20130181752A1 (en) * 2012-01-17 2013-07-18 Industrial Technology Research Institute Timing control circuit for switching capacitor dynamic switch and control method thereof
JP5870763B2 (ja) * 2012-03-02 2016-03-01 ミツミ電機株式会社 二次電池監視装置および電池パック
JP5814892B2 (ja) * 2012-08-31 2015-11-17 日立オートモティブシステムズ株式会社 電流検出回路及びそれを用いた電流制御装置
US9223329B2 (en) * 2013-04-18 2015-12-29 Stmicroelectronics S.R.L. Low drop out voltage regulator with operational transconductance amplifier and related method of generating a regulated voltage
JP6298671B2 (ja) * 2013-05-31 2018-03-20 エイブリック株式会社 ボルテージレギュレータ
WO2014199816A1 (ja) * 2013-06-11 2014-12-18 富士電機株式会社 過電流検出回路
WO2015166523A1 (ja) 2014-04-28 2015-11-05 株式会社日立産機システム 半導体装置および電力変換装置
DE102014112001A1 (de) * 2014-08-21 2016-02-25 Infineon Technologies Austria Ag Integrierte Schaltung mit einem Eingangstransistor einschließlich einer Ladungsspeicherstruktur
US9804205B2 (en) * 2015-04-27 2017-10-31 Power Integrations, Inc. Current sense ratio compensation
CN104849537B (zh) * 2015-04-28 2017-08-22 成都芯源系统有限公司 开关变换器及其控制器和零电流检测方法
US20190334491A1 (en) * 2018-01-29 2019-10-31 Circuit Seed, Llc Control circuit
US10284191B2 (en) * 2015-07-31 2019-05-07 Texas Instruments Incorporated Protective circuit enabling different bias levels responsive to event faults
JP6354720B2 (ja) * 2015-09-25 2018-07-11 株式会社デンソー 保護回路付きのレギュレータ回路
JP2017126285A (ja) * 2016-01-15 2017-07-20 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 ボルテージレギュレータ
CN105548672B (zh) * 2016-01-27 2023-10-27 深圳市瑞之辰科技有限公司 功率开关的过流检测电路
JP2017139906A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 株式会社ジェイテクト モータ制御装置及びパワーステアリング装置
US9983239B2 (en) * 2016-05-13 2018-05-29 Power Integrations, Inc. Integrated linear current sense circuitry for semiconductor transistor devices
JP6690433B2 (ja) * 2016-06-28 2020-04-28 日立金属株式会社 電流センサ
US9954461B1 (en) 2017-06-12 2018-04-24 Power Integrations, Inc. Multiple stage gate drive for cascode current sensing
JP2019033414A (ja) * 2017-08-09 2019-02-28 富士電機株式会社 差動回路およびopアンプ
US11133663B2 (en) * 2017-12-20 2021-09-28 Apple Inc. Reverse current protection circuit
JP6805192B2 (ja) * 2018-02-06 2020-12-23 株式会社東芝 電流検出回路
US10581448B1 (en) * 2018-05-28 2020-03-03 Ali Tasdighi Far Thermometer current mode analog to digital converter
US10958167B2 (en) * 2018-08-08 2021-03-23 Qualcomm Incorporated Current sensing in an on-die direct current-direct current (DC-DC) converter for measuring delivered power
JP6989462B2 (ja) * 2018-08-24 2022-01-05 株式会社東芝 電流検出回路
US11275909B1 (en) * 2019-06-04 2022-03-15 Ali Tasdighi Far Current-mode analog multiply-accumulate circuits for artificial intelligence
JP7237774B2 (ja) * 2019-08-27 2023-03-13 株式会社東芝 電流検出回路
JP7378372B2 (ja) * 2020-09-18 2023-11-13 株式会社東芝 半導体装置
US11437911B2 (en) * 2020-12-22 2022-09-06 Power Integrations, Inc. Variable drive strength in response to a power converter operating condition

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5467219A (en) * 1993-04-13 1995-11-14 Nec Corporation Control device for an optical amplifier
JP2016201693A (ja) * 2015-04-10 2016-12-01 シャープ株式会社 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11569810B2 (en) 2023-01-31
US20210067153A1 (en) 2021-03-04
JP2021034929A (ja) 2021-03-01
CN112448704A (zh) 2021-03-05
US20210305977A1 (en) 2021-09-30
US11838008B2 (en) 2023-12-05
JP7237774B2 (ja) 2023-03-13
US11063582B2 (en) 2021-07-13
US20230123382A1 (en) 2023-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112448704B (zh) 电流检测电路
US8061894B2 (en) Temperature detection circuit and semiconductor device
JP5093037B2 (ja) 負荷駆動回路
JP4800371B2 (ja) レンジ切り替え回路
JP6204772B2 (ja) カスコード増幅器
US20160013763A1 (en) Amplifier circuit, cmos inverter amplifier circuit, comparator circuit, delta-sigma analog-to-digital converter, and semiconductor device
CN110297515B (zh) 电压调节器
CN113359916B (zh) 电流电压信号转换器
JP5454366B2 (ja) パワーアンプモジュール及び携帯情報端末
US20080042748A1 (en) Db-linear variable voltage gain amplifier
CN112311332B (zh) 具有高电源抑制比的信号放大电路及其中的驱动电路
US7397265B2 (en) MOS transistor characteristic detection apparatus and CMOS circuit characteristic automatic adjustment apparatus
US9294044B2 (en) Bias circuit and amplifier
US11646659B2 (en) Signal processor and method
US20060028366A1 (en) Fixed offset digital-to-analog conversion device and method
US6417702B1 (en) Multi-mode current-to-voltage converter
US9729113B2 (en) Constant transconductance bias circuit
JP6306413B2 (ja) レギュレータ回路
US20240313720A1 (en) Amplifier circuit and system
US6583670B2 (en) CMOS current amplifier
CN113016137A (zh) 偏移校正电路
JP7446747B2 (ja) 半導体回路
US7800432B2 (en) Semiconductor circuit and controlling method thereof
JP5092727B2 (ja) カレントミラー回路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant