JPH0450772A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はパワー素子における電流検出を行う電流検出
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の電流検出装置として、例えば第２図に示
すように半導体装置に適用された技術が知られている。

即ち、半導体装置はパワ一部３１と検出部３２とを備え
、パワ一部３１は並列に接続されたパワー素子としての
一対のＮＰＮ形パワートランジスタ３３．３４によりマ
ルチソース・マルチゲート型に構成されている。又、パ
ワ一部３１の一方のパワートランジスタ３３のエミッタ
には電流を測定する測定用抵抗（抵抗値「ｒｌ」を有す
る）３５が直列に接続されている。

一方、検出部３２には電流検出器としてのコンパレータ
３６が設けられ、このコンパレータ３６の一端は、パワ
ートランジスタ３３と測定用抵抗３５との中間端子３７
に接続されている。又、コンパレータ３６の他端は、直
列に接続された一対の抵抗３８．３９の中間端子４０に
接続されている。

そして、パワ一部３１を流れる電流ＩＯは各パワートラ
ンジスタ３３．３４において一定比で電流ＩＩ、！２に
分流される。このとき、中間端子３７における発生電位
はｒＩＩＸｒｌＪとなってコンパレータ３６により検出
される。従って、コンパレータ３６では、その発生電位
と、中間端子４０にて抵抗分割により得られる基準電位
とを比較することにより、パワートランジスタ３３の電
流変化を判定し、パワ一部３１の過電流を検出するよう
になっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記従来例においては、検出部３２の中間端
子４０の基準電位は、半導体装置そのものの特性から両
抵抗３８．３９の相対精度によって決まる比較的精度の
高いものであるのに対して、パワ一部３１の測定用抵抗
３５は絶対精度を必要とするにもかかわらず、プロセス
バラツキや温度特性のために精度が良くなかった。この
ため、パワ一部３１の中間端子３７における発生電位を
目標値に合った高精度なものにすることができず、パワ
一部３１における過電流の検出精度を高めることができ
なかった。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、プロセスバラツキや温度特性に影響され
ることな（パワー素子における過電流を高精度で検出す
ることが可能な電流検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明においては、パ
ワー素子の電流を測定する測定用抵抗と、所定電流によ
り基準電位を発生させる基準抵抗と、測定用抵抗の発生
電位と基準抵抗の基準電位とを比較してパワー素子の過
電流を検出する電流検出器とを備えた電流検出装置にお
いて、測定用抵抗に対する抵抗値の相対比を保つように
その測定用抵抗に近接して設けられた第１の相対抵抗と
、基準抵抗に対する抵抗値の相対比を保つようにその基
準抵抗に近接して設けられた第２の相対抵抗と、一対の
トランジスタよりなり、その一方のトランジスタが基準
抵抗に直列接続され、他方のトランジスタが第２の相対
抵抗に直列接続された第１のカレントミラー回路と、一
対のトランジスタよりなり、その一方のトランジスタが
第１のカレントミラー回路の他方のトランジスタ及び第
２の相対抵抗に直列接続され、他方のトランジスタが第
１の相対抵抗に直列接続された第２のカレントミラー回
路とを備えている。

［作用］ 上記の構成によれば、第２のカレントミラー回路を構成
する各トランジスタには第１の相対抵抗及び第２の相対
抵抗がそれぞれ直列接続されていることから、各相対抵
抗を流れる電流の比は各相対抵抗の抵抗値の比に等しく
なる。更に、第１のカレントミラー回路を構成する各ト
ランジスタには第２の相対抵抗及び基準抵抗がそれぞれ
直列接続されていることから、第２の相対抵抗を流れる
電流と基準抵抗を流れる電流との比は第２の相対抵抗と
基準抵抗との抵抗値の比に等しくなる。

従って、基準抵抗を流れる電流と第１の相対抵抗を流れ
る電流との比は基準抵抗の抵抗値と第１の相対抵抗との
抵抗値の比に等しくなる。そして、測定用抵抗と第１の
相対抵抗とは近接して設けられて抵抗値の相対比が保た
れていることから、測定用抵抗の抵抗値がプロセスバラ
ツキや温度特性等によって変化したときには、第１の相
対抵抗の抵抗値も同等の倍率で変化し、基準抵抗の抵抗
値も同等の倍率で変化することになる。

この結果、測定用抵抗と基準抵抗との抵抗値の変化倍率
が常に均等に保たれ、電流検出器では常に同一の動作点
で過電流が検出される。

Ｕ実施例コ 以下、この発明を半導体装置に具体化した一実施例を図
面に基づいて詳細に説明する。

第１図はこの発明の電流検出装置を半導体装置に適用し
た電気回路図を示している。

半導体装置は同一のチップ上に造り込まれたパワ一部ｌ
と検出部２とを備えている。パワ一部１は並列に接続さ
れたパワー素子としての一対のＮＰＮ形パワートランジ
スタ３，４によりマルチソース・マルチゲート型に構成
されている。又、その一方のパワートランジスタ３のエ
ミッタには、同パワートランジスタ３の電流を測定する
測定用抵抗（抵抗値ｒｒｌＪを有する）５の一端が接続
されている。そして、その測定用抵抗５の一端、及び他
方のパワートランジスタ４のエミッタは、それぞれグラ
ンドライン６に接続されている。更に、グランドライン
６には、第１の相対抵抗（抵抗値「ｒ２」を有する）７
の一端が接続されている。この第１の相対抵抗７は測定
用抵抗５に対する抵抗値の相対比を保つように、測定用
抵抗５に近接して造り込まれている。

一方、検出部２には、電流検出器としてのコンパレータ
８が設けられている。そして、このコンパレータ８の一
方の入力側は、パワートランジスタ３と測定用抵抗５と
の中間端子１０に接続されている。

又、検出部２において、電源ライン９には一対をなす抵
抗（共に同じ抵抗値ｒＲ」を有する）ＩＣｌ３の一端が
それぞれ接続されている。同抵抗１１．１２の他端には
一対をなすＰＮＰＮ上形ンジスタ１３．１４のエミッタ
がそれぞれ接続されている。そして、両トランジスタ１
３．１４のベースが互いに接続され、その中間端子１５
と一方のトランジスタ１４のコレクタとが接続されて第
１のカレントミラー回路１６が構成されている。

この第１のカレントミラー回路１６のうち、方のトラン
ジスタ１３のコレクタには、そのトランジスタ１３を流
れる所定電流により基準電位を発生させる基準抵抗（抵
抗値ｒＲ２Ｊを有する）１７の一端が接続され、同抵抗
１７の他端はグランドライン６に接続されている。そし
て、そのトランジスタ１３と基準抵抗Ｉ７との中間端子
１８に対して、コンパレータ８の他方の入力側が接続さ
れている。

又、第１のカレントミラー回路１６の他方のトランジス
タ１４のコレクタは、別のＮＰＮ形トランジスタ１９の
コレクタに接続されている。このトランジスタ１９には
、隣接する他のＮＰＮ形トランジスタ２０が設けられて
いる。そして、両トランジスタ１９．２０のベースが互
いに接続され、その中間端子２１と一方のトランジスタ
２ｏのコレクタとが接続されて第２のカレントミラー回
路２２が構成されている。

この第２のカレントミラー回路２２のうち、−方のトラ
ンジスタ１９のエミッタには第２の相対抵抗（抵抗値「
Ｒ１」を有する）２３の一端が接続され、同抵抗２３の
他端はグランドライン６に接続されている。この第２の
相対抵抗２３は基準抵抗１７に対する抵抗値の相対比を
保つように基準抵抗１７に近接して造り込まれている。

又、第２のカレントミラー回路２２の他方のトランジス
タ２０のコレクタは、定電流回路２４を介して電源ライ
ン９に接続され、エミッタ側端子２５はパワ一部１の第
１の相対抵抗７の他端側端子２６に接続されている。

この実施例では、パワ一部１のグランドライン６に接続
された同抵抗５，７と、検出部２のグランドライン６に
接続された同抵抗１７．２３とが、相対精度を高めるた
めに互いに近接して造り込まれている。

又、第２のカレントミラー回路２２の一方のトランジス
−タ２０を流れる電流Ｉ３と、他方のトランジスタ１９
を流れる電流■４との間には、以下の式（１）に示す関
係が成り立つようになっている。

Ｉ　３　：　Ｉ　４＝Ｒ１：　ｒ　２　　＝ｉｌ）更に
、コンパレータ８は、一方の中間端子１８における基準
抵抗１７の基準電位Ｅ１と、他方の中間端子１０におけ
る測定用抵抗５の発生電位Ｅ２とが等しくなった時に作
動するようになっている。

そして、パワ一部ｌを流れる電流■０は各パワートラン
ジスタ３，４において一定比で電流ＩＩ。

Ｉ２に分流されるようになっている。この時、中間端子
１０における発生電位Ｅ２はｒｌｌＸｒｌＪとなってコ
ンパレータ８により検出される。又、検出部２の中間端
子１８における基準電位Ｅ１は、基準抵抗１７を流れる
電流■５と抵抗値Ｒ２とによりｌ”１５ＸＲ２」となっ
てコンパレータ８により検出される。よって、コンパレ
ータ８では、それら両電位Ｅｌ、Ｅ２が比較されて、パ
ワートランジスタ３を流れる電流■１の変化が判定され
、パワ一部１が過電流であるか否かの判定結果を出力端
子８ａから出力するようになっている。

ここで、第１のカレントミラー回路１６の両トランジス
タ１４．１３を流れる電流Ｉ４．Ｉ５は、抵抗１２．１
１が共に等しい抵抗値Ｒを有することから等しく、かつ
式（１）の関係が成り立つことから、以下に示すような
式（２）の関係が成り立つ。

Ｉ３：ｌ４＝Ｉ３：１５＝Ｒ１：Ｉ２ 、゛、　Ｉ　　５　＝　　（ｒ　２／Ｒｌ）　　Ｘ　Ｉ
　　３　　　＝１２）従って、パワ一部１に電流工０が
流れている時、中間端子１８の基準電位Ｅ１は式（２）
の関係から、Ｅ１＝Ｉ５ＸＲ２ 、’、Ｅ１＝　（Ｉ２／Ｒ１）ｘＩ　３ｘＲ２となる。

又、中間端子１０の発生電位Ｅ２は、 Ｅ２＝Ｉ　ＩＸｒ　１ となる。

従って、今、プロセスバラツキや温度特性によって測定
用抵抗５の抵抗値ｒ１が、目標値からのズレを生じて「
ｋ倍」になったとする。この時、第１の相対抵抗７は測
定用抵抗５に近接して造り込まれていることから、その
抵抗値ｒ２は相対比に起因して「ｋ倍」となる。又、第
２の相対抵抗２３及び基準抵抗１７も近接して造り込ま
れていることから、それらの抵抗値Ｒ１及び抵抗値Ｒ２
についても、共に「ｊ倍」のズレが生じたものとする。

この時、中間端子１８における基準電位Ｅ１は、Ｅ１＝
　（ｋ−ｒ２／ｊ−Ｒ１）×■３×ｊ　−Ｒ２＝ｋＸ　
　（ｒ　２／Ｒ１）　　Ｘ　Ｉ　３　ＸＲ２となる。

又、中間端子１０の発生電位Ｅ２は、 Ｅ２＝１１×に−ｒ１ ＝ｋＸＩＩＸｒｌ となる。

つまり、中間端子１０の発生電位Ｅ２が「ｋ倍」になる
と、中間端子１８の基準電位Ｅ１も「ｋ倍」になること
がわかる。よって、この半導体装置における電流検出装
置は温度特性を持たない電流検出装置となり、プロセス
バラツキや温度変化があっても、コンパレータ８は予め
定められた設定値で作動することになる。即ち、半導体
装置にプロセスバラツキや温度変化が生じても、パワ一
部１における測定用抵抗５の抵抗値ｒ１の絶対精度が問
題になることはな（、パワ一部１を流れる電流ＩＯの過
電流変化を高精度で検出することができる。

尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
半導体チップ上の抵抗値測定用抵抗として用い、電流を
検出しようとするものであれば何にでも使うことができ
る。又、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一
部を適宜に変更して次のように実施することもできる。

（１）前記実施例では、パワ一部１を一対のパワートラ
ンジスタ３，４によって構成されたマルチソース・マル
チゲート型としたが、マルチソース型としてもよい。

（２）前記実施例では、パワ一部１と検出部２とを同一
チップ上に造り込んだ半導体装置に適用したが、マルチ
チップでパワ一部用チップと検出部用チップとが別々に
なった半導体装置に適用してもよい。この場合、要は測
定用抵抗、基準抵抗筒１及び第２の相対抵抗がそれぞれ
同一チップ上に近接して設けられていればよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、プロセスバラ
ツキや温度特性に影響されることなくパワー素子におけ
る電流を高精度で検出することができるという優れた効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した一実施例を示す電気回路
図、第２図は従来例を示す電気回路図である。 図中、３，４はパワー素子としてのパワートランジスタ
、５は測定用抵抗、７は第１の相対抵抗、８は電流検出
器としてのコンパレータ、１３，１４はトランジスタ、
１６は第１のカレントミラー回路、１７は基準抵抗、１
９．２０はトランジスタ、２２は第２のカレントミラー
回路、２３は第２の相対抵抗である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　パワー素子の電流を測定する測定用抵抗と、所定電
   流により基準電位を発生させる基準抵抗と、 前記測定用抵抗の発生電位と前記基準抵抗の基準電位と
   を比較して前記パワー素子の過電流を検出する電流検出
   器と を備えた電流検出装置において、 前記測定用抵抗に対する抵抗値の相対比を保つようにそ
   の測定用抵抗に近接して設けられた第１の相対抵抗と、 前記基準抵抗に対する抵抗値の相対比を保つようにその
   基準抵抗に近接して設けられた第２の相対抵抗と、 一対のトランジスタよりなり、その一方のトランジスタ
   が前記基準抵抗に直列接続され、他方のトランジスタが
   前記第２の相対抵抗に直列接続された第１のカレントミ
   ラー回路と、 一対のトランジスタよりなり、その一方のトランジスタ
   が前記第１のカレントミラー回路の他方のトランジスタ
   及び前記第２の相対抵抗に直列接続され、他方のトラン
   ジスタが前記第１の相対抵抗に直列接続された第２のカ
   レントミラー回路とを備えた電流検出装置。