(57)【要約】【課題】電流監視における閾電流のばらつきを低減する。【解決手段】ＯＣＰ回路１４Ａは、カレントミラーを形成するトランジスタＱ１及びＱ２と、トランジスタＱ１及びＱ２の各コレクタに定電流を供給する定電流供給回路（Ｍ１０〜Ｍ１２）と、モータの駆動電流Ｉ２が流れるトランジスタＭ０と、トランジスタＭ０に並列接続され、駆動電流Ｉ２に応じたセンス電流Ｉ１が流れるトランジスタＭ１及びＭ２の直列回路と、トランジスタＱ１に直列接続されたトランジスタＭ３と、トランジスタＱ２に流れる電流に応じた過電流保護信号Ｓｏｃｐを出力する監視出力回路５０と、を備える。トランジスタＭ２及びＭ３は、トランジスタＱ１及びＱ２のエミッタ間に直列に設けられる。【選択図】図４
2015075364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カレントミラーを形成する第１及び第２ミラートランジスタと、
前記第１及び第２ミラートランジスタの夫々の一端に定電流を供給する定電流供給回路と、
監視対象電流が流れる対象トランジスタと、
前記対象トランジスタに並列接続され、前記監視対象電流に応じたセンス電流が流れる第１及び第２センストランジスタの直列回路と、
前記第１ミラートランジスタに直列接続された第３センストランジスタと、
前記第２ミラートランジスタに流れる電流に応じた監視結果信号を出力する監視出力回路と、を備え、
前記第１及び第２ミラートランジスタの他端間に、直列に、前記第２及び第３センストランジスタが設けられる
ことを特徴とする電流監視回路。
【請求項２】
前記第１〜第３センストランジスタの内、少なくとも１つのセンストランジスタは、自身のオン抵抗が可変となるように形成された調整可能トランジスタである
ことを特徴とする請求項１に記載の電流監視回路。
【請求項３】
前記調整可能トランジスタは、１以上のトランジスタから成る要素トランジスタが、複数、並列接続されて形成され、複数の要素トランジスタの内、オンとなっている１以上の要素トランジスタのオン抵抗にて前記調整可能トランジスタのオン抵抗が形成され、
各要素トランジスタのオン、オフを制御することで、前記調整可能トランジスタのオン抵抗が制御される
ことを特徴とする請求項２に記載の電流監視回路。
【請求項４】
前記監視対象電流と閾電流との大小関係で前記監視結果信号の論理が変化し、
前記閾電流は、前記対象トランジスタのオン抵抗と、前記第１〜第３センストランジスタのオン抵抗との比に応じた値を持つ
ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電流監視回路。
【請求項５】
前記第２ミラートランジスタの一端に供給される定電流は、前記監視対象電流に応じて前記第２ミラートランジスタと前記監視出力回路に分流され、前記監視出力回路は、前記監視出力回路に分流される電流に応じて前記監視結果信号を出力する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電流監視回路。
【請求項６】
前記監視結果信号に基づき、前記監視対象電流が過電流状態にあるか否かを判断し、判断結果に基づき所定の保護動作を行う制御回路を更に備えた
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電流監視回路。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の電流監視回路を集積化した集積回路を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
基準電圧源と抵抗素子を用いて前記定電流を生成する定電流生成回路を備え、
前記抵抗素子を、前記集積回路の外部に設けた
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記基準電圧源を、半導体のバンドギャップ電圧を用いて形成した
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れかに記載の半導体装置を備えた
ことを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流監視回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータドライバＩＣやスイッチング電源ＩＣなど、比較的大きな電流を取り扱う半導体装置には、過電流保護装置が搭載されていることが多い。
【０００３】
図１０に、モータの駆動電流などの監視対象電流が過電流状態にあるか否かを監視するための従来回路を示す（例えば特許文献１参照）。カレントミラーを形成するトランジスタ９０１及び９０２のコレクタに定電流９０３及び９０４を供給し、監視対象電流（モータの駆動電流等）に応じたセンス電流Ｉｓが流れるセンス抵抗９０５を、トランジスタ９０１及び９０２のエミッタ間に接続する。そうすると、監視対象電流の変化（従ってセンス電流Ｉｓの変化）に応じ、トランジスタ９０２に流れる電流の変化を通じてトランジスタ９０６がオン又はオフする。このため、監視対象電流の大きさに応じた過電流保護信号９０７をトランジスタ９０６から得ることができる。過電流保護信号９０７の論理値は、監視対象電流と閾電流との大小関係に応じて変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５６８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０の回路を内包する集積回路を形成する場合、センス抵抗９０５は集積回路上でポリシリコン抵抗や拡散抵抗として形成されるが、ポリシリコン抵抗等の抵抗値は温度によって比較的大きく変化する。また、監視対象電流が流れる出力トランジスタ（不図示）のオン抵抗も温度によって比較的大きく変化する。更に、センス抵抗９０５及び上記オン抵抗の絶対精度も、高いものではない。一方、上述の閾電流の値は、センス抵抗９０５及び上記オン抵抗に依存する（この点については後述の説明からも明らかとなる）。故に、図１０の回路では、閾電流に比較的大きなばらつきが生じる。閾電流のばらつきの増大は、監視対象電流の状態監視の高精度化を阻害する。
【０００６】
そこで本発明は、監視対象電流の状態監視の高精度化に寄与する電流監視回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電流監視回路は、カレントミラーを形成する第１及び第２ミラートランジスタと、前記第１及び第２ミラートランジスタの夫々の一端に定電流を供給する定電流供給回路と、監視対象電流が流れる対象トランジスタと、前記対象トランジスタに並列接続され、前記監視対象電流に応じたセンス電流が流れる第１及び第２センストランジスタの直列回路と、前記第１ミラートランジスタに直列接続された第３センストランジスタと、前記第２ミラートランジスタに流れる電流に応じた監視結果信号を出力する監視出力回路と、を備え、前記第１及び第２ミラートランジスタの他端間に、直列に、前記第２及び第３センストランジスタが設けられることを特徴とする。
【０００８】
そして例えば、前記第１〜第３センストランジスタの内、少なくとも１つのセンストランジスタは、自身のオン抵抗が可変となるように形成された調整可能トランジスタであって良い。
【０００９】
具体的には例えば、前記調整可能トランジスタは、１以上のトランジスタから成る要素トランジスタが、複数、並列接続されて形成され、複数の要素トランジスタの内、オンとなっている１以上の要素トランジスタのオン抵抗にて前記調整可能トランジスタのオン抵抗が形成され、各要素トランジスタのオン、オフを制御することで、前記調整可能トランジスタのオン抵抗が制御されても良い。
【００１０】
また例えば、前記監視対象電流と閾電流との大小関係で前記監視結果信号の論理が変化し、前記閾電流は、前記対象トランジスタのオン抵抗と、前記第１〜第３センストランジスタのオン抵抗との比に応じた値を持つことができる。
【００１１】
また例えば、前記第２ミラートランジスタの一端に供給される定電流は、前記監視対象電流に応じて前記第２ミラートランジスタと前記監視出力回路に分流され、前記監視出力回路は、前記監視出力回路に分流される電流に応じて前記監視結果信号を出力して良い。
【００１２】
また例えば、前記監視結果信号に基づき、前記監視対象電流が過電流状態にあるか否かを判断し、判断結果に基づき所定の保護動作を行う制御回路を、当該電流監視回路に更に設けておいても良い。
【００１３】
また、上記の電流監視回路を集積化した集積回路を含む半導体装置を形成すると良い。
【００１４】
当該半導体装置に、基準電圧源と抵抗素子を用いて前記定電流を生成する定電流生成回路を備えておくことができる。この際、前記抵抗素子を、前記集積回路の外部に設けておくと良い。
【００１５】
また例えば、前記基準電圧源を、半導体のバンドギャップ電圧を用いて形成しておくと良い。
【００１６】
また、上記の半導体装置を備えた電気機器を形成しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、監視対象電流の状態監視の高精度化に寄与する電流監視回路を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ駆動システムの概略ブロック図である。
【図２】参考実施例に係るＯＣＰ回路（過電流保護回路）及びその周辺回路を示す図である。
【図３】図２の回路の一部における抵抗値を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施例に係るＯＣＰ回路及びその周辺回路を示す図である。
【図５】図４の回路の一部における抵抗値を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る定電流生成回路の回路図である。
【図７】本発明の第３実施例に係り、ＯＣＰ回路の一部の例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例に係り、ＯＣＰ回路の一部の他の例を示す図である。
【図９】本発明に係る印刷用機器の外観図である。
【図１０】電流監視を行うための従来回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動システム１の概略ブロック図である。モータ駆動システム１は、モータドライバＩＣ１０（以下、単にＩＣ１０と呼ぶ）と、モータ２０と、を備える。ＩＣ１０は、制御回路１１、プリドライバ１２、ドライバ１３及び過電流保護回路１４（以下、ＯＣＰ回路１４と呼ぶ）を有する半導体集積回路であり、それらを集積化することで形成される。
【００２１】
制御回路１１は、モータ２０を所望の状態で回転駆動させることを指示するプリ駆動制御信号を生成する他、ＩＣ１０の動作を統括的に制御する。プリドライバ１２は、制御回路１１からのプリ駆動制御信号に対してレベルシフトや波形成形を施すことで、ドライバ１３に対する駆動制御信号を生成する。ドライバ１３は、プリドライバ１２からの駆動制御信号に基づいて、モータ２０を構成するコイルに駆動電流を供給する。この駆動電流は、ドライバ１３に設けられた出力段を介してモータ２０に供給される。出力段は、例えば、互いに直列接続されたハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチより成り、出力段に対して所定の直流電圧が印加される。ＯＣＰ回路１４は、モータ２０のコイルに流れる駆動電流を監視して、駆動電流の大きさに応じた過電流保護信号Ｓｏｃｐを生成する。
【００２２】
尚、図１に示されていないが、ＩＣ１０には、ＩＣ１０の電源電圧Ｖｃｃから所定の内部電圧Ｖｒｅｇを生成するレギュレータ、電源電圧Ｖｃｃの過電圧状態の発生有無を監視する過電圧保護回路、及び、ＩＣ１０の異常温度状態の発生有無を監視する温度保護回路など、種々の回路ブロックが集積化されて設けられている。
【００２３】
制御回路１１は、特に本発明に関連した機能として過電流保護機能を有する。過電流保護機能において、制御回路１１は、ＯＣＰ回路１４からの過電流保護信号Ｓｏｃｐに基づきモータ２０への駆動電流が過電流状態にあるか否かを判断し、その判断結果に基づいて所定の保護動作を行う。信号Ｓｏｃｐは、“１”又は“０”の論理値を持つデジタル信号であり、信号Ｓｏｃｐの論理値が“１”のときに保護動作が行われる。保護動作は、例えば、モータ２０の駆動停止や、ＩＣ１０に接続されたホスト装置（不図示）に対する所定の異常信号の送信を含む。
【００２４】
以下、ＯＣＰ回路１４の具体的な構成例、ＯＣＰ回路１４の関連回路の構成例などを、複数の実施例の中で詳説する。尚、以下の説明において、内部電圧Ｖｒｅｆ等の各電圧の基準となる０Ｖ（ボルト）の電位を基準電位と呼び、基準電位を有する配線、金属層又は点をグランドと呼ぶ。
【００２５】
＜参考実施例＞
まず、図２を参照して、参考実施例を説明する。図２に、参考実施例に係るＯＣＰ回路１４としてのＯＣＰ回路１４Ｚを示すと共に、ドライバ１３内の一部回路を示す。トランジスタＭ０は、上記ローサイドスイッチとして機能し、トランジスタＭ０のドレイン及びソース間にモータ２０の駆動電流Ｉ２が流れる。トランジスタＭ１には、駆動電流Ｉ２に応じたセンス電流Ｉ１が流れる。トランジスタＭ１のオン抵抗は、トランジスタＭ０のオン抵抗のＮ倍に設定されている。尚、図２は、後述の図４との対比に供される回路図であり、図２の回路の動作及び機能は、後述の図４の説明をも参照することで明確化される。
【００２６】
図２の回路において、トランジスタＭ０、Ｍ１及び抵抗Ｒ０から成る回路部分についての計算式を考える（図３も参照）。トランジスタＭ０のオン抵抗をＲ２で表し、トランジスタＭ０のドレイン−ソース間電圧をＶｏにて表す。そうすると、この回路部分については、下記式（１）及び（２）が成立し、式（１）及び（２）より式（３）が導かれる。
【００２７】
【数１】
2015075364.tif 000003
【００２８】
次に、トランジスタＱ１及びＱ２から成るカレントミラーの電流平衡状態、即ち、トランジスタＱ２のエミッタにトランジスタＭ１２からの定電流Ｉｒｅｆが流れている状態における、トランジスタＱ１及びＱ２並びに抵抗Ｒ０及びＲ１から成る回路部分についての計算式を考える。電流平衡状態では、当該回路部分に関して式（４）が成立する。式（４）をＩ１について解くと、式（５）が得られる。式（５）を式（３）に代入すると、式（６）が得られる。
【００２９】
【数２】
2015075364.tif 000004
【００３０】
例えば、定電流Ｉｒｅｆが３０μＡ（マイクロアンペア）、Ｎ＝２４１０であって、且つ、抵抗Ｒ０、抵抗Ｒ１、オン抵抗Ｒ２が、夫々、５００Ω（オーム）、４．５ｋΩ（キロオーム）、０．２２Ωである場合、式（６）に示される駆動電流Ｉ２は、１．１２Ａ（アンペア）となる。
【００３１】
図２において、実際の駆動電流Ｉ２が式（６）の右辺の値を持つ閾電流を超えると、センス電流Ｉ１が式（５）の右辺の値よりも大きくなるため、トランジスタＭ１２からの定電流Ｉｒｅｆの一部又は全部がトランジスタＱ３を介してトランジスタＱ４のベースに供給され、結果、トランジスタＱ４がオンとなって信号Ｓｏｃｐはローレベルとなる。駆動電流Ｉ２が閾電流よりも小さければ、トランジスタＭ１２からの定電流ＩｒｅｆはトランジスタＱ４のベースに供給されずにトランジスタＱ２を流れるため、トランジスタＱ４はオフとなって信号Ｓｏｃｐはハイレベルとなる。
【００３２】
図２の回路では、閾電流が、トランジスタＭ０のオン抵抗Ｒ２、並びに、抵抗Ｒ０及びＲ１に依存する。オン抵抗Ｒ２は、温度によって抵抗値が比較的大きく変化する。抵抗Ｒ０及びＲ１は、集積回路上でポリシリコン抵抗や拡散抵抗として形成されるが、そのような抵抗も温度によって抵抗値が比較的大きく変化する。また、オン抵抗Ｒ２並びに抵抗Ｒ０及びＲ１の絶対精度も、高いものではない。故に、図２の回路では、閾電流に比較的大きなばらつきが生じる。ここにおけるばらつきは、温度変化による閾電流のばらつきと、抵抗Ｒ０〜Ｒ２の抵抗値誤差による閾電流のばらつきを含む。
【００３３】
＜＜第１実施例＞＞
第１実施例として、ＯＣＰ回路１４の具体的構成例を説明する。図４に、第１実施例に係るＯＣＰ回路１４としてのＯＣＰ回路１４Ａを示すと共に、ドライバ１３内の一部回路を示す。
【００３４】
ドライバ１３にはトランジスタＭ０が設けられ、ＯＣＰ回路１４ＡにはトランジスタＭ１〜Ｍ３が設けられている。トランジスタＭ０〜Ｍ３は、夫々、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ；metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）にて形成されている。ＯＣＰ回路１４Ａには、更に、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ１〜Ｑ４と、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＭ１０〜Ｍ１２と、抵抗４１とが設けられる。トランジスタＱ３及びＱ４と抵抗４１とによって監視出力回路５０が形成される。ＯＣＰ回路１４Ａには、モータ駆動システム１の構成要素に含まれる定電流生成回路４２が接続されている。定電流生成回路４２の全体をＩＣ１０内に設けることも可能であるが、定電流生成回路４２の全部又は一部を、ＩＣ１０の外部に設けることが可能である。
【００３５】
定電流生成回路４２は定電流Ｉｒｅｆを生成する。定電流生成回路４２の出力端はトランジスタＭ１０のドレインに接続されており、定電流生成回路４２が生成した定電流ＩｒｅｆがトランジスタＭ１０のドレインに流れる。トランジスタＭ１０のドレインはトランジスタＭ１０、Ｍ１１及びＭ１２の各ゲートに共通接続されており、また、トランジスタＭ１０、Ｍ１１及びＭ１２のソースは、内部電圧Ｖｒｅｇが印加される端子４３に共通接続される。故に、トランジスタＭ１０〜Ｍ１２は、トランジスタＭ１０を電流の入力側、トランジスタＭ１１及びＭ１２を電流の出力側とするカレントミラーを形成する。結果、トランジスタＭ１１及びＭ１２の夫々のドレインには定電流Ｉｒｅｆが流れる。一方、トランジスタＭ１１、Ｍ１２のドレインは、夫々、トランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタに接続される。故に、トランジスタＭ１１、Ｍ１２は、夫々、定電流Ｉｒｅｆを、トランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタに供給する第１、第２定電流源として機能する。
【００３６】
また、トランジスタＱ１のベースは、トランジスタＱ１のコレクタ及びトランジスタＱ２のベースに共通接続され、トランジスタＱ１及びＱ２のエミッタ間にトランジスタＭ２及びＭ３の直列回路が設けられている。このように、トランジスタＱ１及びＱ２は、トランジスタＭ２及びＭ３での電圧降下がトランジスタＱ１及びＱ２のエミッタ間に印加される状態で、カレントミラーを形成している。より具体的には、トランジスタＱ１のエミッタがトランジスタＭ３のドレインに接続され、トランジスタＱ２のエミッタがトランジスタＭ２のドレインに接続され、トランジスタＭ２及びＭ３のソースはグランドに共通接続される。
【００３７】
トランジスタＭ０及びＭ１のドレインは、モータ２０のコイルに接続されるべき端子４４に共通接続される。トランジスタＭ０のソースはグランドに接続される。トランジスタＭ１のソース及びトランジスタＭ２のドレインは、トランジスタＱ２のエミッタに共通接続される。
【００３８】
また、トランジスタＱ３のコレクタ及びベースは互いに共通接続されていると共に、トランジスタＱ２のコレクタにも接続される。トランジスタＱ３のエミッタは、トランジスタＱ４のベースに接続されている。トランジスタＱ４のコレクタは抵抗４１を介して端子４３に接続され、トランジスタＱ４のエミッタはグランドに接続される。トランジスタＱ４のコレクタ電位が、過電流保護信号Ｓｏｃｐの電位である。トランジスタＱ４がオンのとき、信号Ｓｏｃｐの電圧レベルはローレベルとなり、トランジスタＱ４がオフのとき、信号Ｓｏｃｐの電圧レベルはハイレベルとなる。ローレベルの信号Ｓｏｃｐは、上述の保護動作が実行されるべき論理値“１”を有し、ハイレベルの信号Ｓｏｃｐは、保護動作が実行されない論理値“０”を有する。
【００３９】
周知の如く、任意のトランジスタは、第１端、第２端及び制御端を有し、オンとは当該トランジスタの第１端及び第２端が導通する状態を指し、オフとは当該トランジスタの第１端及び第２端が非導通となる（遮断される）状態を指す。トランジスタがバイポーラトランジスタの場合、第１端及び第２端の何れか一方がコレクタであって他方はエミッタであり、制御端はベースである。トランジスタが電界効果トランジスタの場合、第１端及び第２端の何れか一方がドレインであって他方はソースであり、制御端はゲートである。
【００４０】
ＯＣＰ回路１４Ａに設けられたゲート電圧供給回路５１により、トランジスタＭ０及びＭ１のゲートにゲート電圧Ｖｇａｔｅ１が印加され、且つ、トランジスタＭ２のゲートにゲート電圧Ｖｇａｔｅ２が印加され、且つ、トランジスタＭ３のゲートにゲート電圧Ｖｇａｔｅ３が印加される。トランジスタＭ０〜Ｍ３の夫々はスイッチとして機能し、トランジスタＭ０及びＭ１がオンとされるとき、トランジスタＭ２及びＭ３もオンになるように、ゲート電圧Ｖｇａｔｅ１〜Ｖｇａｔｅ３が生成及び印加される。ゲート電圧Ｖｇａｔｅ１〜Ｖｇａｔｅ３は互いに同じ電位を有している（即ち例えば、トランジスタＭ０〜Ｍ３のゲートは共通接続される）。但し、ゲート電圧Ｖｇａｔｅ１〜Ｖｇａｔｅ３は互いに異なっていても良い。ゲート電圧Ｖｇａｔｅ１〜Ｖｇａｔｅ３の内、２つの電圧（例えば、Ｖｇａｔｅ２及びＶｇａｔｅ３）のみが互いに共通であっても良い。トランジスタＭ０がオフであるときの信号Ｓｏｃｐは無効である。故に、以下では、トランジスタＭ０がオンである状態を考える。
【００４１】
トランジスタＭ０は、上記ローサイドスイッチとして機能し、トランジスタＭ０のドレイン及びソース間にモータ２０の駆動電流Ｉ２が流れる。トランジスタＭ１のソース及びドレイン間には、駆動電流Ｉ２に応じたセンス電流Ｉ１が流れる。上述したように、トランジスタＭ０のオン抵抗をＲ２で表す。この場合、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のオン抵抗が、夫々、“Ｎ・Ｒ２”、“Ｍ・Ｒ２”、“Ｌ・Ｒ２”となるように、トランジスタＭ０〜Ｍ３が形成されている。これを実現するために、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のソース面積が、夫々、トランジスタＭ０のソース面積の１／Ｎ倍、１／Ｍ倍、１／Ｌ倍となるように、ＩＣ１０上でトランジスタＭ０〜Ｍ３を形成すれば良い。Ｎ、Ｍ及びＬは、所定値を持ち、例えば数１００〜数１０００の値を持つ。当然であるが、トランジスタＭ０のオン抵抗とは、トランジスタＭ０がオンしているときの、トランジスタＭ０のソース及びドレイン間抵抗を指す（他の電界効果トランジスタについても同様）。
【００４２】
図４の回路の動作を説明する。まず、トランジスタＭ０〜Ｍ２から成る第１回路部分についての計算式を考える（図５も参照）。第１回路部分については、下記式（１Ａ）及び（２Ａ）が成立し、式（１Ａ）及び（２Ａ）より式（３Ａ）が導かれる。即ち、“Ｉ２＝（Ｎ＋Ｍ）・Ｉ１”が成立する。
【００４３】
【数３】
2015075364.tif 000005
【００４４】
次に、トランジスタＱ１及びＱ２から成るカレントミラーの電流平衡状態、即ち、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間にトランジスタＭ１２からの定電流Ｉｒｅｆが流れている状態における、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｍ２及びＭ３から成る第２回路部分についての計算式を考える。電流平衡状態では、第２回路部分に関して式（４Ａ）が成立する。式（４Ａ）をＩ１について解くと、式（５Ａ）が得られる。式（５Ａ）を式（３Ａ）に代入すると、式（６Ａ）が得られる。
【００４５】
【数４】
2015075364.tif 000006
【００４６】
例えば、定電流Ｉｒｅｆが３１．９μＡ（マイクロアンペア）であって、Ｎ＝２４１０、Ｍ＝２４１０且つＬ＝２１６９０である場合、式（６Ａ）に示される駆動電流Ｉ２は、１．２３Ａ（アンペア）となる。
【００４７】
式（６Ａ）の右辺の値は、駆動電流Ｉ２が過電流状態であるか否かを峻別する所定の閾電流ＩＴＨとして機能する。駆動電流Ｉ２が閾電流ＩＴＨよりも大きいとき、センス電流Ｉ１が式（５Ａ）の右辺の値よりも大きくなるため、トランジスタＭ１２からの定電流Ｉｒｅｆの一部又は全部がトランジスタＱ３を介してトランジスタＱ４のベースに供給され、結果、トランジスタＱ４がオンとなって信号Ｓｏｃｐはローレベルとなる。駆動電流Ｉ２が閾電流ＩＴＨよりも小さければ、トランジスタＭ１２からの定電流ＩｒｅｆはトランジスタＱ４のベースに供給されずにトランジスタＱ２を流れるため、トランジスタＱ４はオフとなって信号Ｓｏｃｐはハイレベルとなる。
【００４８】
このように、監視出力回路５０は、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間に流れる電流に応じた信号を、過電流保護信号Ｓｏｃｐとして出力する。この際、駆動電流Ｉ２と閾電流ＩＴＨとの大小関係で過電流保護信号Ｓｏｃｐの論理が変化する。より具体的には、トランジスタＭ１２からトランジスタＱ２のコレクタに向けて供給される定電流Ｉｒｅｆは、駆動電流Ｉ２に応じてトランジスタＱ２と監視出力回路５０に分流され、監視出力回路５０に分流される電流に応じて過電流保護信号Ｓｏｃｐの論理が変化する。制御回路１１は、ローレベルの信号Ｓｏｃｐを受けたとき、駆動電流Ｉ２が過電流状態にあると判断して上述の保護動作を行う。
【００４９】
第１実施例によれば、トランジスタＭ０のオン抵抗とトランジスタＭ１〜Ｍ３の夫々のオン抵抗との比（換言すれば、トランジスタＭ０とトランジスタＭ１〜Ｍ３の夫々との間におけるソース面積比）によって閾電流ＩＴＨを設定することが可能であり、図２の回路と違って、閾電流ＩＴＨが、オン抵抗Ｒ２及び集積回路上抵抗（ポリシリコン抵抗など：図２のＲ０及びＲ１）の温度特性や、それらの抵抗値誤差の影響を受けない。このため、閾電流ＩＴＨのばらつきを小さく抑えることが可能である。また、特許文献１に示されるような、ＩＣに対する外付け抵抗（特許文献１；図２の抵抗ＲＮＦ）も不要である。
【００５０】
尚、トランジスタＭ０〜Ｍ２から成る第１回路部分についての計算式を考える場合、実際には、トランジスタＱ２のエミッタ電流がトランジスタＭ２に流れるため、その計算式は、厳密には上述のもの（式（２Ａ）及び（３Ａ））と異なる。上述の説明では、第１回路部分についての計算式を考える場合、Ｉ２≒ＩＴＨにおいてトランジスタＱ２のエミッタ電流はセンス電流Ｉ１よりも十分に小さいと仮定し、トランジスタＱ２のエミッタ電流を無視した。この仮定が無かったとしても、閾電流ＩＴＨが、集積回路上抵抗（ポリシリコン抵抗など：図２のＲ０及びＲ１）の温度特性等の影響を受けないことに変わりはない。
【００５１】
＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。第２実施例にて述べられた事項は、第１実施例と組み合わせられる。
【００５２】
図４の定電流生成回路４２を、図６のように構成することができる。図６の定電流生成回路４２は、基準電圧Ｖｒｅｆを生成及び出力する基準電圧源６１と、抵抗６２と、増幅器６３と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタとして形成されたトランジスタ６４とを備え、トランジスタ６４のコレクタ電流が定電流Ｉｒｅｆとして生成される。故に、トランジスタ６４のコレクタは、トランジスタＭ１０のドレインに接続される（図４も参照）。増幅器６３の非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。トランジスタ６４のエミッタは抵抗６２を介してグランドに接続され、トランジスタ６４のエミッタと抵抗６２との接続点が増幅器６３の反転入力端子に接続される。増幅器６３の出力端子がトランジスタ６４のベースに接続される。結果、抵抗６２の抵抗値をＲ６２で表すと、Ｉｒｅｆ＝（Ｖｒｅｆ／Ｒ６２）、となる（但しトランジスタ６４のベース電流を無視）。トランジスタ６４のコレクタ電流で図４のトランジスタＭ１１及びＭ１２のドレイン電流が定まるため、定電流生成回路４２は、トランジスタＭ１１、Ｍ１２から供給される定電流Ｉｒｅｆの値を設定する機能を有する。
【００５３】
ここで、ＩＣ１０に抵抗６２を外付けするためのパッド（不図示）を設けておき、抵抗６２をＩＣ１０の外部に設けられた抵抗素子（金属皮膜抵抗等）にて形成しておく。これにより、図４及び図６の回路では、図２の回路と比べて、定電流Ｉｒｅｆの温度特性を改善させることができる（図２の回路では、ＩＣ１０上に形成されたポリシリコン抵抗等を用いて定電流Ｉｒｅｆが生成されるため、定電流Ｉｒｅｆの温度ばらつきが大きい）。加えて、基準電圧源６１を半導体のバンドギャップ電圧を用いて形成しておくと良い（即ち例えば、基準電圧源６１はバンドギャップリファレンスであると良い）。これにより、定電流Ｉｒｅｆの温度特性を更に改善させることができる。上記式（６Ａ）の右辺の値を持つ閾電流ＩＴＨは定電流Ｉｒｅｆに依存するため、定電流Ｉｒｅｆの温度特性の改善により、閾電流ＩＴＨの温度ばらつきを更に低減することができる。尚、基準電圧源６１、増幅器６３及びトランジスタ６４は、ＩＣ１０上に形成されていて良い。
【００５４】
閾電流の温度特性を、図２の回路と図４の回路との間で評価すると、以下の結果が得られた。図２の回路において、ＩＣ１０の周囲温度が−６０℃であるときに３．３Ａであった閾電流は、周囲温度が１５０℃になると１．７６Ａまで減少した（変動量は１．５４Ａ）。一方、図４及び図６の回路を用いた場合、ＩＣ１０の周囲温度が−６０℃であるときに１．６７４Ａであった閾電流は、周囲温度が１５０℃の状態で１．６３５Ａであった（変動量は０．０３０１Ａ）。このように、図２の回路構成では閾電流の温度ばらつきとして±１Ａ程度を見込む必要があったが、第１、第２実施例の技術によって、閾電流の温度ばらつきを±０．１Ａ以下に抑えることができた。また、抵抗６２を可変抵抗器にて形成するなどして、定電流Ｉｒｅｆを目標値に向けて調整できるよう構成しておけば、閾電流の精度を更に向上することができる。
【００５５】
＜＜第３実施例＞＞
第３実施例を説明する。第３実施例にて述べられた事項は、第１又は第２実施例と組み合わせられる。
【００５６】
図４のトランジスタＭ３を、図７のように構成しても良い。図７は、第３実施例に係るＩＣ１０内の一部の回路図である。図７において、トランジスタＭ３は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ１０１〜１０３にて形成される。トランジスタ１０１及び１０２のドレインはトランジスタＱ１のエミッタに共通接続され、トランジスタ１０１及び１０３のソースはグランドに共通接続される。トランジスタ１０２のソースとトランジスタ１０３のドレインは互いに接続される。トランジスタ１０１〜１０３間でソース面積を互いに異ならせることで、トランジスタ１０１〜１０３間で互いにオン抵抗を異ならせることも可能であるが、ここでは、トランジスタ１０１〜１０３の夫々のソース面積はトランジスタＭ０（図４参照）のソース面積の１／Ｌ’倍であり、結果、トランジスタ１０１〜１０３の夫々のオン抵抗は、トランジスタＭ０のオン抵抗Ｒ２のＬ’倍であるとする。
【００５７】
ゲート電圧供給回路５１は、各トランジスタ１０１〜１０３にゲート電圧を供給することで、各トランジスタ１０１〜１０３のオン、オフを制御する。この際、ゲート電圧供給回路５１は、図４のトランジスタＭ０をオンにするとき、トランジスタＭ３に対して第１オン制御、第２オン制御又は第３オン制御を選択的に行うことができる。第１オン制御では、トランジスタ１０１〜１０３の内、トランジスタ１０１のみがオンとされる。第２オン制御では、トランジスタ１０１〜１０３の内、トランジスタ１０２及び１０３のみがオンとされる。第３オン制御では、トランジスタ１０１〜１０３の全てがオンとされる。
【００５８】
従って、トランジスタＭ３のオン抵抗（Ｌ・Ｒ２）は、第１オン制御の実行時において“Ｌ’・Ｒ２”となり、第２オン制御の実行時において“２・Ｌ’・Ｒ２”となり、第３オン制御の実行時において“（２／３）・Ｌ’・Ｒ２”となる。つまり、トランジスタＭ３のオン抵抗を最大３段階で可変することができ、結果、閾電流ＩＴＨを最大３段階で可変設定できる。閾電流ＩＴＨを可変できれば、例えば、モータ２０の種類やモータ２０の動作モードに応じて適切な閾電流ＩＴＨを設定することができる。
【００５９】
このように、複数の要素トランジスタを並列接続することでトランジスタＭ３を形成しておくことができる。図７の例において、第１要素トランジスタはトランジスタ１０１そのものであり、第２要素トランジスタはトランジスタ１０２及び１０３から成る。トランジスタＭ３のオン抵抗は、複数の要素トランジスタの内、オンとなっている１以上の要素トランジスタのオン抵抗にて形成される。故に、ゲート電圧供給回路５１は、各要素トランジスタのオン、オフを制御することで、トランジスタＭ３のオン抵抗を制御することができる。
【００６０】
トランジスタＭ３を形成する要素トランジスタの個数は３以上でも良い。例えば、図８に示す如く、上述の第１及び第２要素トランジスタに加えて、第３要素トランジスタをトランジスタＭ３に加えても良い。第３要素トランジスタは、各々がトランジスタ１０１と同じ構造を持つトランジスタ１０４〜１０６の直列回路から成り、第１及び第２要素トランジスタと同様、トランジスタＱ１のエミッタとグランドとの間に直列に介在する。ゲート電圧供給回路５１は、各要素トランジスタにゲート電圧を供給することで、各要素トランジスタのオン、オフを個別に制御できる。尚、或る要素トランジスタのオンとは、当該要素トランジスタ内のトランジスタが全てオンとされる状態を指し、或る要素トランジスタのオフとは、当該要素トランジスタ内のトランジスタが全てオフとされる状態を指す。図８の回路を用いると、トランジスタＭ３のオン抵抗を最大７段階で可変することができ、結果、閾電流ＩＴＨを最大７段階で可変することができる。
【００６１】
図７又は図８の構成を用いることで、自身のオン抵抗が可変とされたトランジスタを調整可能トランジスタ（オン抵抗可変トランジスタ）と呼ぶ。図７及び図８の例では、トランジスタＭ３を調整可能トランジスタにしているが、トランジスタＭ１又はＭ２に、図７又は図８のトランジスタＭ３と同様の回路構成を持たせることで、トランジスタＭ１又はＭ２を調整可能トランジスタとして形成しておいても良い。トランジスタＭ１を調整可能トランジスタとして形成する場合、図７又は図８のトランジスタＭ３と同様、複数の要素トランジスタを並列接続することでトランジスタＭ１を形成すれば良く、トランジスタＭ１のオン抵抗は、複数の要素トランジスタの内、オンとなっている１以上の要素トランジスタのオン抵抗にて形成されことになる。ゲート電圧供給回路５１は、各要素トランジスタのオン、オフを制御することで、トランジスタＭ１のオン抵抗を制御できる。トランジスタＭ２を調整可能トランジスタにする場合も同様である。トランジスタＭ１、Ｍ２及びＭ３の内、任意の２以上のトランジスタを調整可能トランジスタにしておくことも可能である。
【００６２】
＜＜変形等＞＞
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。
【００６３】
上述のＩＣ１０内に、電流監視回路が内在している。ＩＣ１０は、電流監視回路を集積化した集積回路を含む半導体装置である。上述の実施形態において、電流監視回路は、ＯＣＰ回路１４を構成要素として含んでいる。ゲート電圧供給回路５１も電流監視回路に含まれていて良い。制御回路１１の一部又は全部も電流監視回路に含まれうる。定電流生成回路４２の一部又は全部も電流監視回路に含まれうる。
【００６４】
電流監視回路は、カレントミラーを形成する第１及び第２ミラートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）と、前記第１及び第２ミラートランジスタの夫々の一端に定電流を供給する定電流供給回路（Ｍ１０〜Ｍ１２）と、監視対象電流（Ｉ２）が流れる対象トランジスタ（Ｍ０）と、前記対象トランジスタに並列接続され、前記監視対象電流に応じたセンス電流（Ｉ１）が流れる第１及び第２センストランジスタ（Ｍ１、Ｍ２）の直列回路と、前記第１ミラートランジスタに直列接続された第３センストランジスタ（Ｍ３）と、前記第２ミラートランジスタに流れる電流に応じた監視結果信号（Ｓｏｃｐ）を出力する監視出力回路（５０）と、を備えており、前記第１及び第２ミラートランジスタの他端間に、直列に、前記第２及び第３センストランジスタが設けられる。
【００６５】
上述の実施形態においては、ドライバ１３内のローサイドスイッチとしてのトランジスタＭ０が対象トランジスタになっているが、対象トランジスタは、ドライバ１３内のハイサイドスイッチであっても良い。この他、任意のトランジスタを対象トランジスタにしても良い。
【００６６】
ＩＣ１０又は電流監視回路を形成する各トランジスタは、任意の種類のトランジスタであって良い。従って、上述の各回路におけるＭＯＳＦＥＴを、接合型ＦＥＴ又はバイポーラトランジスタに置き換えても良いし、上述の各回路におけるバイポーラトランジスタを、接合型ＦＥＴ又はＭＯＳＦＥＴに置き換えても良い。また、Ｎチャンネル型のＦＥＴとして形成されたトランジスタがＰチャンネル型のＦＥＴとして形成されるように上述の各回路を変形しても良いし、その逆も可能である。同様に、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタとして形成されたトランジスタがＰＮＰ型バイポーラトランジスタとして形成されるように上述の各回路を変形しても良い。
【００６７】
上述のＩＣ１０又はＩＣ１０を含むモータ駆動システム１を、任意の電気機器に搭載することができる。電流Ｉ２は、当該電気機器内の任意の電気部品に流れる電流であって良い。モータ２０は、任意の種類のモータであって良く、例えば、ステッピングモータ、ブラシ付きモータ、ブラシレスモータ（三相ブラシレスモータを含む）である。モータ駆動システム１を搭載した電気機器は、モータ２０を利用する任意の機器であり、例えば、図９に示すような印刷用機器（プリンタ又は複写機等）、スキャナ、ハードディスク装置、ハードディスク装置を内蔵するパーソナルコンピュータ、空調機器、監視カメラである。印刷用機器では、用紙を移動させる際（即ち紙送りの際に）モータ２０が利用される。監視カメラでは、カメラの首振り用の動力にモータ２０が利用される。
【００６８】
尚、監視対象電流はモータ２０の駆動電流以外でも良い。従って、上記電気機器にモータ２０が搭載されている必要は必ずしも無く、対象トランジスタを用いたスイッチングレギュレータ、ＬＥＤ装置等を形成しても良い。つまり例えば、対象トランジスタは、スイッチングレギュレータを形成するスイッチングトランジスタ又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）に電流を供給する出力トランジスタであっても良く、この場合、スイッチングトランジスタ又は出力トランジスタに流れる電流が監視対象電流となる。
【符号の説明】
【００６９】
１  モータ駆動システム  
１０  モータドライバＩＣ
１１  制御回路
１２  プリドライバ
１３  ドライバ
１４、１４Ａ、１４Ｚ  過電流保護回路（ＯＣＰ回路）
２０  モータ
４２  定電流生成回路
５０  監視出力回路
Ｍ０〜Ｍ３  トランジスタ（Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ）
Ｍ１０〜Ｍ１２  トランジスタ（Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ）
Ｑ１〜Ｑ４  トランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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