JPH1014099A - 過電流検出回路 - Google Patents
過電流検出回路Info
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- JPH1014099A JPH1014099A JP8161744A JP16174496A JPH1014099A JP H1014099 A JPH1014099 A JP H1014099A JP 8161744 A JP8161744 A JP 8161744A JP 16174496 A JP16174496 A JP 16174496A JP H1014099 A JPH1014099 A JP H1014099A
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- H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 任意の過電流検出値を設定でき、かつ、製造
上の特性ばらつきの影響を低減できる過電流検出回路を
提供することにある。 【解決手段】 負荷電流の変化によって変化するパワー
ＭＯＳトランジスタのドレインソース間電圧に等しいよ
うな電圧降下を、パワーＭＯＳトランジスタとゲートお
よびドレインを共通接続した検出用ＭＯＳトランジスタ
を通じる電流により、検出用ＭＯＳトランジスタソース
とパワーＭＯＳトランジスタソースとの間に接続された
検出用抵抗に発生させる。この電圧はオフセット付比較
器に入力されて、設定された入力オフセット電圧値を超
過したとき、比較器はパワーＭＯＳトランジスタを過電
流状態にあるものと判定する。
上の特性ばらつきの影響を低減できる過電流検出回路を
提供することにある。 【解決手段】 負荷電流の変化によって変化するパワー
ＭＯＳトランジスタのドレインソース間電圧に等しいよ
うな電圧降下を、パワーＭＯＳトランジスタとゲートお
よびドレインを共通接続した検出用ＭＯＳトランジスタ
を通じる電流により、検出用ＭＯＳトランジスタソース
とパワーＭＯＳトランジスタソースとの間に接続された
検出用抵抗に発生させる。この電圧はオフセット付比較
器に入力されて、設定された入力オフセット電圧値を超
過したとき、比較器はパワーＭＯＳトランジスタを過電
流状態にあるものと判定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
詳しくは過電流検出回路を内蔵したパワーＭＯＳ電界効
果トランジスタに関するものである。
詳しくは過電流検出回路を内蔵したパワーＭＯＳ電界効
果トランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子は非定常状態、すなわち、定
格以上の過電流や過温度に弱く、容易に特性劣化をきた
す。そこで、半導体素子としての特性劣化防止のために
は、非定常状態に対する半導体素子の保護回路が必要と
なり、従来、半導体素子の保護のための様々な過電流検
出回路が開示されている。
格以上の過電流や過温度に弱く、容易に特性劣化をきた
す。そこで、半導体素子としての特性劣化防止のために
は、非定常状態に対する半導体素子の保護回路が必要と
なり、従来、半導体素子の保護のための様々な過電流検
出回路が開示されている。
【０００３】例えば、その１つとして、米国特許明細書
４，５５３，０８４を図３に示す。パワーＭＯＳトラン
ジスタ３０は３，０００個以上の単位セルトランジスタ
のゲート、ドレインおよびソースがそれぞれ並列に接続
された構成よりなり、ソースは接地２５に、また、ドレ
インは負荷３１を介して電源２９に接続されている。Ｍ
ＯＳトランジスタ２４，２７はいずれも単一の同じ単位
セルより構成され、それらのドレインはＭＯＳトランジ
スタ３０のドレインと同様に負荷３１に接続される。ま
た、ＭＯＳトランジスタ２４，２７のソースは、それぞ
れ定電流源２６、検出用抵抗２８を介して接地２５に接
続されている。比較器３３はその第１の入力端子３４が
ＭＯＳトランジスタ２４のソースに、また、第２の入力
端子３５がＭＯＳトランジスタ２７のソースに、それぞ
れ接続され、比較器３３の出力は出力端子３６に接続し
ている。ゲートドライブ（不図示）はゲート端子１７を
介してこれらのＭＯＳトランジスタ３０，２４，２７の
ゲートを共通に制御する。単位セルのＭＯＳトランジス
タの抵抗値を１５００オームとするとパワーＭＯＳトラ
ンジスタ３０の抵抗値は約０．５オームであり、検出用
抵抗２８の抵抗値は３０Ωとする。
４，５５３，０８４を図３に示す。パワーＭＯＳトラン
ジスタ３０は３，０００個以上の単位セルトランジスタ
のゲート、ドレインおよびソースがそれぞれ並列に接続
された構成よりなり、ソースは接地２５に、また、ドレ
インは負荷３１を介して電源２９に接続されている。Ｍ
ＯＳトランジスタ２４，２７はいずれも単一の同じ単位
セルより構成され、それらのドレインはＭＯＳトランジ
スタ３０のドレインと同様に負荷３１に接続される。ま
た、ＭＯＳトランジスタ２４，２７のソースは、それぞ
れ定電流源２６、検出用抵抗２８を介して接地２５に接
続されている。比較器３３はその第１の入力端子３４が
ＭＯＳトランジスタ２４のソースに、また、第２の入力
端子３５がＭＯＳトランジスタ２７のソースに、それぞ
れ接続され、比較器３３の出力は出力端子３６に接続し
ている。ゲートドライブ（不図示）はゲート端子１７を
介してこれらのＭＯＳトランジスタ３０，２４，２７の
ゲートを共通に制御する。単位セルのＭＯＳトランジス
タの抵抗値を１５００オームとするとパワーＭＯＳトラ
ンジスタ３０の抵抗値は約０．５オームであり、検出用
抵抗２８の抵抗値は３０Ωとする。
【０００４】そこで電源２９から負荷３１を介してパワ
ーＭＯＳトランジスタ３０に１０アンペアの電流が流れ
るとき、ＭＯＳトランジスタ２７を流れる電流は約３ミ
リアンペアであり、したがって検出用抵抗２８の電圧降
下約１００ミリボルトが比較器３３の端子３５に供給さ
れる。このように検出用抵抗２８を流れる電流は僅小で
その電圧降下も小さく、負荷電流には殆んど影響を及ぼ
さない。しかもこの検出用抵抗２８の電圧降下値は流れ
る電流の値に比例し、この電流値はパワーＭＯＳトラン
ジスタ３０を流れる負荷電流値に比例している。したが
って、検出用抵抗２８を流れる電流をパワーＭＯＳトラ
ンジスタ３０を流れる負荷電流の過電流検出用として用
いることができる。そこで比較器３３を用いて、前者の
電流が定電流源２６を流れる電流に等しいか、またはそ
れ以下のとき、比較器３３の出力は０とする。もし、検
出用抵抗２８の電流値が定電流源２６の電流値を超えた
ときは比較器３３は高レベルの信号を出力して過電流警
報とする。警報基準となる定電流源２６の電流値は任意
に設定できる。
ーＭＯＳトランジスタ３０に１０アンペアの電流が流れ
るとき、ＭＯＳトランジスタ２７を流れる電流は約３ミ
リアンペアであり、したがって検出用抵抗２８の電圧降
下約１００ミリボルトが比較器３３の端子３５に供給さ
れる。このように検出用抵抗２８を流れる電流は僅小で
その電圧降下も小さく、負荷電流には殆んど影響を及ぼ
さない。しかもこの検出用抵抗２８の電圧降下値は流れ
る電流の値に比例し、この電流値はパワーＭＯＳトラン
ジスタ３０を流れる負荷電流値に比例している。したが
って、検出用抵抗２８を流れる電流をパワーＭＯＳトラ
ンジスタ３０を流れる負荷電流の過電流検出用として用
いることができる。そこで比較器３３を用いて、前者の
電流が定電流源２６を流れる電流に等しいか、またはそ
れ以下のとき、比較器３３の出力は０とする。もし、検
出用抵抗２８の電流値が定電流源２６の電流値を超えた
ときは比較器３３は高レベルの信号を出力して過電流警
報とする。警報基準となる定電流源２６の電流値は任意
に設定できる。
【０００５】次に、図４に公開実用新案公報平成４年第
３２５４３号に開示された半導体装置の要部等価回路図
を示す。
３２５４３号に開示された半導体装置の要部等価回路図
を示す。
【０００６】本従来例のパワーＭＯＳＦＥＴ４１は、前
述した第１の従来例のパワーＭＯＳトランジスタ３０と
同様に、多数の単位ＭＯＳＦＥＴ素子を並列配置すると
ともに単位素子の各ソース、ゲート、ドレインをそれぞ
れ並列結合して、単一素子としてのソース、ゲート、ド
レインを形成している。そこで、この出力用パワーＭＯ
ＳＦＥＴＱ1 のソースの配線抵抗４２の両端間の電圧降
下を検出することにより出力用パワーＭＯＳＦＥＴ４１
および負荷４７を流れる過電流を検出する過電流検出回
路部を、出力用パワーＭＯＳＦＥＴ４１と同一素子内に
形成したことを特徴としている。
述した第１の従来例のパワーＭＯＳトランジスタ３０と
同様に、多数の単位ＭＯＳＦＥＴ素子を並列配置すると
ともに単位素子の各ソース、ゲート、ドレインをそれぞ
れ並列結合して、単一素子としてのソース、ゲート、ド
レインを形成している。そこで、この出力用パワーＭＯ
ＳＦＥＴＱ1 のソースの配線抵抗４２の両端間の電圧降
下を検出することにより出力用パワーＭＯＳＦＥＴ４１
および負荷４７を流れる過電流を検出する過電流検出回
路部を、出力用パワーＭＯＳＦＥＴ４１と同一素子内に
形成したことを特徴としている。
【０００７】そこで、パワーＭＯＳＦＥＴ４１のソー
ス、ドレイン間に通常の電流が流れると、ソース配線抵
抗４２の両端に発生する電圧はしきい値以下となってこ
の電圧を入力する比較器４３の出力はロウレベルとな
る。次に、ソース、ドレイン間に過電流が流れると、上
記電圧はしきい値以上になってハイレベルとなる。そこ
で、比較器４３の出力から検出回路４４により過電流の
有無を検出し、更に検出信号より論理回路４５とドライ
ブ回路４６を用いてパワーＭＯＳＦＥＴ４１のオン、オ
フを制御する。
ス、ドレイン間に通常の電流が流れると、ソース配線抵
抗４２の両端に発生する電圧はしきい値以下となってこ
の電圧を入力する比較器４３の出力はロウレベルとな
る。次に、ソース、ドレイン間に過電流が流れると、上
記電圧はしきい値以上になってハイレベルとなる。そこ
で、比較器４３の出力から検出回路４４により過電流の
有無を検出し、更に検出信号より論理回路４５とドライ
ブ回路４６を用いてパワーＭＯＳＦＥＴ４１のオン、オ
フを制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した米国特許明細
書第４，５５３，０８４号の場合は、検出用抵抗２８の
ばらつきが過電流検出のばらつきに直接影響を及ぼす。
すなわち、検出用抵抗２８による電圧降下を比較器３３
で定電流源２６により設定された基準値と比較している
が、製造時に抵抗値がばらつくとこれに比例して電圧降
下もばらつき、過電流検出値がばらついてしまうため、
正確な過電流検出が行われないという欠点がある。
書第４，５５３，０８４号の場合は、検出用抵抗２８の
ばらつきが過電流検出のばらつきに直接影響を及ぼす。
すなわち、検出用抵抗２８による電圧降下を比較器３３
で定電流源２６により設定された基準値と比較している
が、製造時に抵抗値がばらつくとこれに比例して電圧降
下もばらつき、過電流検出値がばらついてしまうため、
正確な過電流検出が行われないという欠点がある。
【０００９】また、実開平４−３２５４３号においては
検出抵抗にソース配線抵抗４２を用いているため、設定
できる抵抗値には限界があり、かつ、米国特許４，５５
３，０８４号同様、抵抗値のばらつきが過電流検出のば
らつきに直接的に影響を及ぼすという欠点がある。
検出抵抗にソース配線抵抗４２を用いているため、設定
できる抵抗値には限界があり、かつ、米国特許４，５５
３，０８４号同様、抵抗値のばらつきが過電流検出のば
らつきに直接的に影響を及ぼすという欠点がある。
【００１０】本発明の目的は任意の過電流検出値を設定
でき、かつ、製造上の特性ばらつきの影響を低減できる
過電流検出回路を提供することにある。
でき、かつ、製造上の特性ばらつきの影響を低減できる
過電流検出回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の過電流検出回路
は、ドレインを電源に接続して、ソースより負荷に電力
を供給するパワーＭＯＳトランジスタの過電流状態を検
出するための半導体装置における過電流検出回路であっ
て、ドレインおよびゲートを、パワーＭＯＳトランジス
タのドレインおよびゲートにそれぞれ接続されたパワー
ＭＯＳトランジスタを流れる過電流の検出用ＭＯＳトラ
ンジスタと、検出用ＭＯＳトランジスタのソースとパワ
ーＭＯＳトランジスタのソースとの間に接続され、検出
用ＭＯＳトランジスタのオン抵抗値よりも十分に大きい
抵抗値を有する検出用抵抗と、２個の入力端子を検出用
抵抗の両端子にそれぞれ接続され、入力端子より検出用
抵抗を流れる検出電流による電圧降下値を入力して、こ
の電圧降下値が内部に設定された入力オフセット電圧値
を超えたとき、過電流検出信号を出力するオフセット付
比較器とを備えている。
は、ドレインを電源に接続して、ソースより負荷に電力
を供給するパワーＭＯＳトランジスタの過電流状態を検
出するための半導体装置における過電流検出回路であっ
て、ドレインおよびゲートを、パワーＭＯＳトランジス
タのドレインおよびゲートにそれぞれ接続されたパワー
ＭＯＳトランジスタを流れる過電流の検出用ＭＯＳトラ
ンジスタと、検出用ＭＯＳトランジスタのソースとパワ
ーＭＯＳトランジスタのソースとの間に接続され、検出
用ＭＯＳトランジスタのオン抵抗値よりも十分に大きい
抵抗値を有する検出用抵抗と、２個の入力端子を検出用
抵抗の両端子にそれぞれ接続され、入力端子より検出用
抵抗を流れる検出電流による電圧降下値を入力して、こ
の電圧降下値が内部に設定された入力オフセット電圧値
を超えたとき、過電流検出信号を出力するオフセット付
比較器とを備えている。
【００１２】本発明の実施態様としては、パワーＭＯＳ
トランジスタは、多数の単位セルトランジスタがそれら
のドレイン、ソースおよびゲートをそれぞれ並列接続さ
れて単一のＭＯＳトランジスタとして形成されており、
検出用ＭＯＳトランジスタは単一の同じ単位セルトラン
ジスタより形成されている。
トランジスタは、多数の単位セルトランジスタがそれら
のドレイン、ソースおよびゲートをそれぞれ並列接続さ
れて単一のＭＯＳトランジスタとして形成されており、
検出用ＭＯＳトランジスタは単一の同じ単位セルトラン
ジスタより形成されている。
【００１３】また、検出用抵抗の十分に大きい抵抗値と
は、パワーＭＯＳトランジスタのドレインソース間電圧
に等しくなるような電圧降下値が得られる値である。
は、パワーＭＯＳトランジスタのドレインソース間電圧
に等しくなるような電圧降下値が得られる値である。
【００１４】さらに、オフセット付比較器は少なくと
も、検出用抵抗の電圧降下を入力とする差動入力段と、
出力段と、バイアス回路とを含み、その差動入力段を構
成する対トランジスタのサイズのバランスを崩すことに
より、意図的に入力オフセット電圧を設定することがで
きる。
も、検出用抵抗の電圧降下を入力とする差動入力段と、
出力段と、バイアス回路とを含み、その差動入力段を構
成する対トランジスタのサイズのバランスを崩すことに
より、意図的に入力オフセット電圧を設定することがで
きる。
【００１５】
【作用】検出用抵抗は検出用ＭＯＳトランジスタのオン
抵抗より十分大きな抵抗値を設定することにより、過電
流検出対象のパワーＭＯＳトランジスタのドレイン−ソ
ース間電圧に等しくなるような電圧降下を得ることがで
きる。
抵抗より十分大きな抵抗値を設定することにより、過電
流検出対象のパワーＭＯＳトランジスタのドレイン−ソ
ース間電圧に等しくなるような電圧降下を得ることがで
きる。
【００１６】パワーＭＯＳトランジスタのしきい値電圧
Ｖｔの製造上のばらつきは±０．３Ｖ程度であり、ゲー
ト−ソース間電圧を充分印加することにより、しきい値
電圧のばらつきによるオン抵抗のばらつきは無視でき
る。
Ｖｔの製造上のばらつきは±０．３Ｖ程度であり、ゲー
ト−ソース間電圧を充分印加することにより、しきい値
電圧のばらつきによるオン抵抗のばらつきは無視でき
る。
【００１７】パワーＭＯＳトランジスタが形成される半
導体基板の抵抗率のばらつきは±１０％程度に収まるた
め、オン抵抗のばらつきも±１０％程度となり、±３０
％程度のばらつきを有する拡散層抵抗に比べるとかなり
小さい。
導体基板の抵抗率のばらつきは±１０％程度に収まるた
め、オン抵抗のばらつきも±１０％程度となり、±３０
％程度のばらつきを有する拡散層抵抗に比べるとかなり
小さい。
【００１８】したがって、過電流検出値の素子間のばら
つきは比較器の入力オフセット電圧、すなわち、比較器
内のバイアス回路を流れる定電流の値を決定する抵抗値
のばらつきのみに影響されると考えてよい。
つきは比較器の入力オフセット電圧、すなわち、比較器
内のバイアス回路を流れる定電流の値を決定する抵抗値
のばらつきのみに影響されると考えてよい。
【００１９】ところで、コンパレータの入力オフセット
電圧はバイアス回路の定電流値の平方根に比例するた
め、この電圧はバイアス回路の抵抗値の平方根に比例す
ることになり、したがってパワーＭＯＳトランジスタの
過電流検出値のばらつきの低減を図ることが可能とな
る。
電圧はバイアス回路の定電流値の平方根に比例するた
め、この電圧はバイアス回路の抵抗値の平方根に比例す
ることになり、したがってパワーＭＯＳトランジスタの
過電流検出値のばらつきの低減を図ることが可能とな
る。
【００２０】また、比較器に入力オフセット電圧を設定
することで任意の過電流が検出可能となる。
することで任意の過電流が検出可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図１
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００２２】過電流検出対象のパワーＭＯＳトランジス
タ２は上述した従来例の場合と同様に、多数の単位セル
トランジスタのゲート、ドレインおよびソースがそれぞ
れ並列に接続された構成よりなり、ソースは負荷７を介
して接地８に接続され、ドレインは電源４に接続され
る。過電流検出回路は、検出用ＭＯＳトランジスタ３と
検出用抵抗５とオフセット付比較器６とから構成され、
検出用ＭＯＳトランジスタ３は１個の同じ単位セルより
なり、ドレインは電源４に、また、ソースは検出用抵抗
５を介してパワーＭＯＳトランジスタ２のソースに、そ
れぞれ接続される。ゲートドライブ（不図示）はゲート
端子１を介してパワーＭＯＳトランジスタ２および検出
用ＭＯＳトランジスタ３のゲートを共通に制御する。オ
フセット付比較器６は、その正入力端子と負入力端子と
を検出用抵抗５の両端にそれぞれ接続して、出力端子９
から検出信号を出力する。
タ２は上述した従来例の場合と同様に、多数の単位セル
トランジスタのゲート、ドレインおよびソースがそれぞ
れ並列に接続された構成よりなり、ソースは負荷７を介
して接地８に接続され、ドレインは電源４に接続され
る。過電流検出回路は、検出用ＭＯＳトランジスタ３と
検出用抵抗５とオフセット付比較器６とから構成され、
検出用ＭＯＳトランジスタ３は１個の同じ単位セルより
なり、ドレインは電源４に、また、ソースは検出用抵抗
５を介してパワーＭＯＳトランジスタ２のソースに、そ
れぞれ接続される。ゲートドライブ（不図示）はゲート
端子１を介してパワーＭＯＳトランジスタ２および検出
用ＭＯＳトランジスタ３のゲートを共通に制御する。オ
フセット付比較器６は、その正入力端子と負入力端子と
を検出用抵抗５の両端にそれぞれ接続して、出力端子９
から検出信号を出力する。
【００２３】ここで検出用抵抗５は検出用ＭＯＳトラン
ジスタ３のオン抵抗よりも十分大きな抵抗値をもつ。こ
こでの十分大きな抵抗値とはパワーＭＯＳトランジスタ
２のドレイン−ソース間電圧に等しくなるような電圧降
下を得ることができる値である。
ジスタ３のオン抵抗よりも十分大きな抵抗値をもつ。こ
こでの十分大きな抵抗値とはパワーＭＯＳトランジスタ
２のドレイン−ソース間電圧に等しくなるような電圧降
下を得ることができる値である。
【００２４】以上のように大きい抵抗値であれば、検出
用ＭＯＳトランジスタ３のオン抵抗のばらつきの影響を
ほとんど受けずに、パワーＭＯＳトランジスタ２のドレ
イン−ソース間の電圧に等しい電圧降下が検出用抵抗５
の両端に発生し、オフセット付比較器６の正負入力端子
に入力される。
用ＭＯＳトランジスタ３のオン抵抗のばらつきの影響を
ほとんど受けずに、パワーＭＯＳトランジスタ２のドレ
イン−ソース間の電圧に等しい電圧降下が検出用抵抗５
の両端に発生し、オフセット付比較器６の正負入力端子
に入力される。
【００２５】次に、図１の過電流検出回路の動作につい
て説明する。パワーＭＯＳトランジスタ２と検出用ＭＯ
Ｓトランジスタ３の面積比がｎ：１の場合、これらのト
ランジスタを流れる電流比もｎ：１となる。検出用ＭＯ
Ｓトランジスタ３を流れる電流は検出用抵抗５を流れる
ため、オフセット付比較器６の入力電圧は検出用抵抗５
の電圧降下となる。検出用抵抗５は検出用ＭＯＳトラン
ジスタ３のオン抵抗に比較して十分大きい抵抗値を有し
ているため、その電圧降下はパワーＭＯＳトランジスタ
２のドレイン−ソース間電圧とほぼ等しくなる。従っ
て、パワーＭＯＳトランジスタ２が過電流状態となって
そのドレイン−ソース間電圧が変化し、オフセット付比
較器６の入力オフセット電圧以上となれば検出信号が反
転する。
て説明する。パワーＭＯＳトランジスタ２と検出用ＭＯ
Ｓトランジスタ３の面積比がｎ：１の場合、これらのト
ランジスタを流れる電流比もｎ：１となる。検出用ＭＯ
Ｓトランジスタ３を流れる電流は検出用抵抗５を流れる
ため、オフセット付比較器６の入力電圧は検出用抵抗５
の電圧降下となる。検出用抵抗５は検出用ＭＯＳトラン
ジスタ３のオン抵抗に比較して十分大きい抵抗値を有し
ているため、その電圧降下はパワーＭＯＳトランジスタ
２のドレイン−ソース間電圧とほぼ等しくなる。従っ
て、パワーＭＯＳトランジスタ２が過電流状態となって
そのドレイン−ソース間電圧が変化し、オフセット付比
較器６の入力オフセット電圧以上となれば検出信号が反
転する。
【００２６】図２は一般的な比較器の構成を示す回路図
である。ＭＯＳトランジスタ１０，１１，１２，１３，
１４から構成する差動入力段と、ＭＯＳトランジスタ１
５，１６から構成する出力段と、ＭＯＳトランジスタ１
７，１８，１９および抵抗２０から構成するバイアス回
路とよりなり、正入力端子２１と負入力端子２２にそれ
ぞれ電圧が入力され、これらの電圧を比較する１つの比
較器として動作して出力端子２３から出力信号を出力す
る。
である。ＭＯＳトランジスタ１０，１１，１２，１３，
１４から構成する差動入力段と、ＭＯＳトランジスタ１
５，１６から構成する出力段と、ＭＯＳトランジスタ１
７，１８，１９および抵抗２０から構成するバイアス回
路とよりなり、正入力端子２１と負入力端子２２にそれ
ぞれ電圧が入力され、これらの電圧を比較する１つの比
較器として動作して出力端子２３から出力信号を出力す
る。
【００２７】次に、この回路の動作を説明する。
【００２８】バイアス回路は差動入力段および出力段の
ためのバイアス源であり、これは、定電流源を構成して
いる。そのバイアス電流はＭＯＳトランジスタ１０およ
び１５の電流値を決定する。すなわち、ＭＯＳトランジ
スタ１０および１５は一定の動作状態となっている。
ためのバイアス源であり、これは、定電流源を構成して
いる。そのバイアス電流はＭＯＳトランジスタ１０およ
び１５の電流値を決定する。すなわち、ＭＯＳトランジ
スタ１０および１５は一定の動作状態となっている。
【００２９】次に、差動入力段および出力段の説明をす
る。
る。
【００３０】対トランジスタを構成するＭＯＳトランジ
スタ１１，１２の面積比Ｗ／Ｌの比が同じ、すなわち、
Ｗ11／Ｌ11＝Ｗ12／Ｌ12で、かつＭＯＳトランジスタ１
３，１４の面積比Ｗ／Ｌの比が同じ、すなわち、Ｗ13／
Ｌ13＝Ｗ14／Ｌ14であれば、ＭＯＳトランジスタ１３お
よび１４がカレントミラー接続のため、これらのＭＯＳ
トランジスタを流れる電流値はＩ13＝Ｉ14となる。した
がって、Ｉ11＝Ｉ12となり、その電流はＭＯＳトランジ
スタ１０を流れる電流Ｉ10の１／２ずつとなる。
スタ１１，１２の面積比Ｗ／Ｌの比が同じ、すなわち、
Ｗ11／Ｌ11＝Ｗ12／Ｌ12で、かつＭＯＳトランジスタ１
３，１４の面積比Ｗ／Ｌの比が同じ、すなわち、Ｗ13／
Ｌ13＝Ｗ14／Ｌ14であれば、ＭＯＳトランジスタ１３お
よび１４がカレントミラー接続のため、これらのＭＯＳ
トランジスタを流れる電流値はＩ13＝Ｉ14となる。した
がって、Ｉ11＝Ｉ12となり、その電流はＭＯＳトランジ
スタ１０を流れる電流Ｉ10の１／２ずつとなる。
【００３１】今、仮に負入力端子２２に印加される電圧
よりも大きい電圧が正入力端子２１に印加されていると
すると、ＭＯＳトランジスタ１１，１２はＰチャネルト
ランジスタであるため、ゲートソース間電圧ＶGSはＶ
GS11＞ＶGS12となる。ドレインソース間を流れる電流Ｉ
DSはＩDS11＝ＩDS12であるから、ドレインソース間電圧
ＶDSはＶDS11＜ＶDS12となり、ＭＯＳトランジスタ１２
のドレイン端子とＭＯＳトランジスタ１４のドレイン端
子とＭＯＳトランジスタ１６のゲート端子の接続点はロ
ウレベルとなる。
よりも大きい電圧が正入力端子２１に印加されていると
すると、ＭＯＳトランジスタ１１，１２はＰチャネルト
ランジスタであるため、ゲートソース間電圧ＶGSはＶ
GS11＞ＶGS12となる。ドレインソース間を流れる電流Ｉ
DSはＩDS11＝ＩDS12であるから、ドレインソース間電圧
ＶDSはＶDS11＜ＶDS12となり、ＭＯＳトランジスタ１２
のドレイン端子とＭＯＳトランジスタ１４のドレイン端
子とＭＯＳトランジスタ１６のゲート端子の接続点はロ
ウレベルとなる。
【００３２】このように出力段ＭＯＳトランジスタ１６
のゲート信号がロウレベルであれば、このトランジスタ
はＮチャネルトランジスタであるためオフ状態となる。
ＭＯＳトランジスタ１５は動作しているから、出力端子
２３はハイレベルを出力する。
のゲート信号がロウレベルであれば、このトランジスタ
はＮチャネルトランジスタであるためオフ状態となる。
ＭＯＳトランジスタ１５は動作しているから、出力端子
２３はハイレベルを出力する。
【００３３】それとは逆に、負入力端子２２に印加され
る電圧より小さい電圧が正入力端子２１に印加された場
合は、ゲートソース間電圧ＶGSはＶGS11＜ＶGS12とな
る。電流ＩDSについてはＩDS11＝ＩDS12であるから、ド
レインソース間電圧ＶDSはＶDS 11＞ＶDS12となり、ＭＯ
Ｓトランジスタ１２のドレイン端子とＭＯＳトランジス
タ１４のドレイン端子とＭＯＳトランジスタ１６のゲー
ト端子の接続点はハイレベルとなる。
る電圧より小さい電圧が正入力端子２１に印加された場
合は、ゲートソース間電圧ＶGSはＶGS11＜ＶGS12とな
る。電流ＩDSについてはＩDS11＝ＩDS12であるから、ド
レインソース間電圧ＶDSはＶDS 11＞ＶDS12となり、ＭＯ
Ｓトランジスタ１２のドレイン端子とＭＯＳトランジス
タ１４のドレイン端子とＭＯＳトランジスタ１６のゲー
ト端子の接続点はハイレベルとなる。
【００３４】したがって、出力段ＭＯＳトランジスタ１
６のゲート信号がハイレベルなので、このトランジスタ
はオン状態となる。ＭＯＳトランジスタ１５は動作して
いるもののＭＯＳトランジスタ１６の駆動能力が大であ
るため、出力端子２３はロウレベルを出力する。
６のゲート信号がハイレベルなので、このトランジスタ
はオン状態となる。ＭＯＳトランジスタ１５は動作して
いるもののＭＯＳトランジスタ１６の駆動能力が大であ
るため、出力端子２３はロウレベルを出力する。
【００３５】次にオフセット電圧が存在する場合のこの
比較器の動作を説明する。例えば、負入力端子２２側に
＋１０ｍＶのオフセット電圧が外部からかけられている
とすると、出力端子２３をハイレベルにしたいなら、負
入力端子２２へのオフセット電圧＋１０ｍＶ以上の電圧
を正入力端子２１に印加しなければいけない。
比較器の動作を説明する。例えば、負入力端子２２側に
＋１０ｍＶのオフセット電圧が外部からかけられている
とすると、出力端子２３をハイレベルにしたいなら、負
入力端子２２へのオフセット電圧＋１０ｍＶ以上の電圧
を正入力端子２１に印加しなければいけない。
【００３６】つまり、正入力端子２１への入力電圧が負
入力端子２２のオフセット電圧を超えたとき、出力端子
２３は反転するレベルとなる。
入力端子２２のオフセット電圧を超えたとき、出力端子
２３は反転するレベルとなる。
【００３７】ところで、本発明の場合は上述したように
比較器に外部からオフセット電圧を設定する代りに、比
較器内部に予め入力オフセット電圧を設定しておき、正
負両入力端子間に入力される入力電圧値がこの入力オフ
セット電圧値を超えたとき、出力端子のレベルを反転さ
せることとしている。
比較器に外部からオフセット電圧を設定する代りに、比
較器内部に予め入力オフセット電圧を設定しておき、正
負両入力端子間に入力される入力電圧値がこの入力オフ
セット電圧値を超えたとき、出力端子のレベルを反転さ
せることとしている。
【００３８】次に、過電流状態を判断する比較器内に入
力オフセット電圧を設定する設計手法を以下に述べる。
力オフセット電圧を設定する設計手法を以下に述べる。
【００３９】いま、飽和領域で動作するＭＯＳトランジ
スタのゲートソース間電圧ＶGSは次式で決定される。
スタのゲートソース間電圧ＶGSは次式で決定される。
【００４０】 Ｉ＝μＣOX（Ｗ／Ｌ）・（ＶGS−ＶT ）2 ／２
【００４１】
【数１】 但し、Ｌ ：チャネル長さ Ｗ ：チャネル幅 Ｉ ：バイアス回路の電流値 μ ：易動度 ＣOX：ゲート酸化膜の容量 ＶT ：トランジスタのしきい値
【００４２】トランジスタ１１のＬ＝Ｌ11、Ｗ＝Ｗ11、
トランジスタ１２のＬ＝Ｌ12、Ｗ＝Ｗ12、（Ｗ11／
Ｌ11）／（Ｗ12／Ｌ12）＝Ａとすれば、入力オフセット
電圧ＶOSは
トランジスタ１２のＬ＝Ｌ12、Ｗ＝Ｗ12、（Ｗ11／
Ｌ11）／（Ｗ12／Ｌ12）＝Ａとすれば、入力オフセット
電圧ＶOSは
【００４３】
【数２】
【００４４】すなわち、この方法は対トランジスタ１
１，１２それぞれの面積比であるＷ11／Ｌ11とＷ12／Ｌ
12の比Ａを、種々に変化させることにより、それぞれ対
応する入力オフセット電圧値を選別して設定しようとす
るものである。
１，１２それぞれの面積比であるＷ11／Ｌ11とＷ12／Ｌ
12の比Ａを、種々に変化させることにより、それぞれ対
応する入力オフセット電圧値を選別して設定しようとす
るものである。
【００４５】比較器の出力反転を規定する入力オフセッ
ト電圧は（１）式で決定されるため、Ｉ＝１２．５μ
Ａ、μ＝５００ｃｍ2 ／Ｖｓ、ＣOX＝３．９×８．８５
Ｅ−１４Ｆ／ｃｍ、Ｌ11＝Ｌ12＝７．５μｍ、Ｗ11＝３
０μｍ、Ｗ12＝３３μｍ（Ａ＝１．１）のとき、ＶOS＝
２０ｍＶとなる。
ト電圧は（１）式で決定されるため、Ｉ＝１２．５μ
Ａ、μ＝５００ｃｍ2 ／Ｖｓ、ＣOX＝３．９×８．８５
Ｅ−１４Ｆ／ｃｍ、Ｌ11＝Ｌ12＝７．５μｍ、Ｗ11＝３
０μｍ、Ｗ12＝３３μｍ（Ａ＝１．１）のとき、ＶOS＝
２０ｍＶとなる。
【００４６】また、Ｗ11＝３０μｍ、Ｗ12＝６０μｍ
（Ａ＝２）に変更したとき、ＶOS＝１２５ｍＶとなる。
ペアトランジスタＷの比Ａと入力オフセット電圧ＶOSの
関係を下の表−１に示す。 さらに定電流源のバイアス電流Ｉを大きくすれば、入力
オフセット電圧ＶOSはバイアス電流Ｉの平方根に比例し
て大きくなるため表−１以上に大きくすることが可能で
ある。
（Ａ＝２）に変更したとき、ＶOS＝１２５ｍＶとなる。
ペアトランジスタＷの比Ａと入力オフセット電圧ＶOSの
関係を下の表−１に示す。 さらに定電流源のバイアス電流Ｉを大きくすれば、入力
オフセット電圧ＶOSはバイアス電流Ｉの平方根に比例し
て大きくなるため表−１以上に大きくすることが可能で
ある。
【００４７】精度については、比較器の入力オフセット
電圧は（１）式で決定され、Ｗ起因の入力オフセット電
圧はバイアス電流Ｉのばらつきに影響される。
電圧は（１）式で決定され、Ｗ起因の入力オフセット電
圧はバイアス電流Ｉのばらつきに影響される。
【００４８】バイアス電流のばらつきは、バイアス回路
の抵抗２０の抵抗値のばらつきによるものである。いま
仮に３０％の抵抗値のばらつきがあるとする。そのとき
の意図的に付けたオフセット電圧のばらつきは（１）式
より、バイアス電流Ｉの平方根に比例するので１．３０
の平方根＝１．１４すなわち、ばらつきは１４％とな
る。
の抵抗２０の抵抗値のばらつきによるものである。いま
仮に３０％の抵抗値のばらつきがあるとする。そのとき
の意図的に付けたオフセット電圧のばらつきは（１）式
より、バイアス電流Ｉの平方根に比例するので１．３０
の平方根＝１．１４すなわち、ばらつきは１４％とな
る。
【００４９】従来例のような構成であれば抵抗が３０％
ばらつけば検出ばらつきも３０％ばらつくのに対し、比
較器のオフセットで電流検出を設計するような本発明の
過電流検出回路にすれば検出ばらつきは１４％に低減で
きる。過電流検出値のばらつきは正規分布となるので、
例えば過電流検出目標値（平均値）Ｉｔ＝１．０Ａ、最
小規格値Ｉｍ＝０．９Ａの場合、過電流検出値のばらつ
きが３０％では３σ＝０．３Ａ、σ＝０．１Ａとなり、
製造時の選別工程における不良率は１５．９％となる。
これに対し過電流検出値のばらつきが１４％では、３σ
＝０．１４Ａ、σ＝０．０４７Ａとなり、製造時の選別
工程における不良率は１．７％に低減することができ、
本発明による製造時の歩留向上が期待できる。
ばらつけば検出ばらつきも３０％ばらつくのに対し、比
較器のオフセットで電流検出を設計するような本発明の
過電流検出回路にすれば検出ばらつきは１４％に低減で
きる。過電流検出値のばらつきは正規分布となるので、
例えば過電流検出目標値（平均値）Ｉｔ＝１．０Ａ、最
小規格値Ｉｍ＝０．９Ａの場合、過電流検出値のばらつ
きが３０％では３σ＝０．３Ａ、σ＝０．１Ａとなり、
製造時の選別工程における不良率は１５．９％となる。
これに対し過電流検出値のばらつきが１４％では、３σ
＝０．１４Ａ、σ＝０．０４７Ａとなり、製造時の選別
工程における不良率は１．７％に低減することができ、
本発明による製造時の歩留向上が期待できる。
【００５０】
【発明の効果】以上のように、比較器内に入力オフセッ
ト電圧を設定して電流検出をする回路構成にすれば、任
意の過電流検出値を設定できるので設計の自由度が大き
くなり、かつ、製造上の特性ばらつきの影響を低減して
製造時の歩留を向上するという大きな経済的効果を期待
できる。
ト電圧を設定して電流検出をする回路構成にすれば、任
意の過電流検出値を設定できるので設計の自由度が大き
くなり、かつ、製造上の特性ばらつきの影響を低減して
製造時の歩留を向上するという大きな経済的効果を期待
できる。
【図１】本発明の過電流検出回路の一実施例を示す回路
図である。
図である。
【図２】一般的なコンパレータの等価回路図である。
【図３】従来の過電流検出回路の一実施例を示す回路図
である。
である。
【図４】従来の過電流検出回路の他の実施例を示す回路
図である。
図である。
１ ゲート端子 ２ パワーＭＯＳトランジスタ ３ 検出用ＭＯＳトランジスタ ４ 電源 ５ 検出用抵抗 ６ オフセット付比較器 ７ 負荷 ８ 接地 ９ 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｈ 3/087 Ｈ０１Ｌ 27/08 １０２Ｆ Ｈ０３Ｆ 1/52
Claims (4)
- 【請求項１】 ドレインを電源に接続して、ソースより
負荷に電力を供給するパワーＭＯＳトランジスタの過電
流状態を検出するための半導体装置における過電流検出
回路であって、 ドレインおよびゲートを、パワーＭＯＳトランジスタ
（２）のドレインおよびゲートにそれぞれ接続された、
パワーＭＯＳトランジスタ（２）を流れる過電流の検出
用ＭＯＳトランジスタ（３）と、 検出用ＭＯＳトランジスタ（３）のソースとパワーＭＯ
Ｓトランジスタ（２）のソースとの間に接続され、検出
用ＭＯＳトランジスタ（３）のオン抵抗値よりも十分に
大きい抵抗値を有する検出用抵抗（５）と、 ２個の入力端子を検出用抵抗（５）の両端子にそれぞれ
接続され、該入力端子より、検出用抵抗（５）を流れる
検出電流による電圧降下値を入力して、該電圧降下値が
内部に設定された入力オフセット電圧値を超えたとき、
過電流検出信号を出力するオフセット付比較器（６）
と、よりなる過電流検出回路。 - 【請求項２】 前記パワーＭＯＳトランジスタ（２）
は、多数の単位セルトランジスタがそれらのドレイン、
ソースおよびゲートをそれぞれ並列接続されて単一のＭ
ＯＳトランジスタとして形成されており、前記検出用Ｍ
ＯＳトランジスタ（３）は単一の同じ単位セルトランジ
スタより形成されている請求項１記載の過電流検出回
路。 - 【請求項３】 前記検出用抵抗（５）の十分に大きい抵
抗値とは、パワーＭＯＳトランジスタ（２）のドレイン
ソース間電圧に等しくなるような電圧降下値が得られる
値である請求項１記載の過電流検出回路。 - 【請求項４】 前記オフセット付比較器（６）は少なく
とも、検出用抵抗の電圧降下を入力とする差動入力段
と、出力段と、バイアス回路とを含み、その差動入力段
を構成する対トランジスタのサイズのバランスを崩すこ
とにより、意図的に入力オフセット電圧を設定すること
ができる請求項１記載の過電流検出回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161744A JPH1014099A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 過電流検出回路 |
| US08/877,647 US5903422A (en) | 1996-06-21 | 1997-06-17 | Overcurrent sensing circuit for power MOS field effect transistor |
| EP97109957A EP0814395A3 (en) | 1996-06-21 | 1997-06-18 | Overcurrent sensing circuit for power mos field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161744A JPH1014099A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 過電流検出回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1014099A true JPH1014099A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15741069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8161744A Pending JPH1014099A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 過電流検出回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5903422A (ja) |
| EP (1) | EP0814395A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1014099A (ja) |
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| CN113495184A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-12 | 苏州贝克微电子有限公司 | 一种电流检测装置 |
| WO2022181581A1 (ja) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | オン電圧測定回路 |
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