(57)【要約】  【課題】  大電流が生じる場合であっても発熱などの弊害を生じさせることがなく，またパワー素子の回路に十分なスペースがない場合であっても前記パワー素子の過電流を検知することが可能な過電流判定装置を提供すること。  【解決手段】  前記シャントレギュレータ７により出力された定電圧Ｖｒｅｆを出力する。また，該定電圧Ｖｒｅｆを前記抵抗６ｄ，６ｅにより分圧し，その分圧後の定電圧Ｖｔｈが基準電圧として用いる。また，ダイオード５ａのアノード側の電圧Ｖｄと前記Ｖｔｈとをコンパレータ８により比較する。【選択図】図１
2007036097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子を構成する電流経路に過電流が流れたか否かを検知するパワー素子の過電流検知装置であって，
第１の定電圧を出力するシャントレギュレータと，
直列接続された複数の抵抗素子からなり前記シャントレギュレータにより印加される前記第１の定電圧を分圧して第２の定電圧を出力する分圧回路と，
前記パワー素子を構成する前記電流経路にカソード側が接続されたダイオードと，
前記ダイオードのアノード側と前記分圧回路における分圧点とに接続され，前記ダイオードのアノード側の電圧である検出電圧と，前記分圧回路における前記第２の定電圧と，を比較して前記電流経路に過電流が流れたか否かを表す検知信号を出力するコンパレータと，
を具備してなることを特徴とするパワー素子の過電流検知装置。
【請求項２】
前記パワー素子にＦＥＴが用いられてなる請求項１に記載のパワー素子の過電流検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，所定の電流経路に接続されたパワー素子に過電流が流れたか否かを検知する，パワー素子の過電流検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，種々の目的で，パワートランジスタ半導体素子等のパワー素子が回路に組み込まれ，用いられている。また，前記パワー素子を過大な電流から保護するための技術も盛んに開発されている（例えば，特許文献１）。
過電流からの保護は，従来例においては以下のように行われていた。即ち，前記パワー素子に接続されているラインの電流を検知する。また，その電流値と予め定められた閾値となる電流値とを比較することで，前記ラインの過電流を検知する。一方，コンパレータ（比較器）を用いて前記パワー素子の電圧と所定の基準電圧とを比較する方法も知られている（特許文献１）。過電流が検知された場合には，例えば前記パワー素子への通電を遮断する等して，前記パワー素子を保護する。
図２は，従来例に係るパワー素子の過電流の検出方法を説明する回路図である。以下，図２を参照しつつ，従来例に係るパワー素子の過電流の検出方法を説明する。
図２に示される如く，パワー素子Ｙ１は素子部１と電解コンデンサ２とが接続された閉回路を有する。また，前記素子部１と前記電解コンデンサ２との間には，電流計３が接続されている。
前記電流計３により，電流経路４の電流が測定される。また，その測定結果は図外の制御部に入力される。該制御部により，例えば前記測定結果の電流値と予め定められた閾値との比較等により，前記電流経路４に過電流が流れているか否かが検知される。
尚，前記電流計３を用いる代わりに，シャント抵抗を接続して電流を測定する技術も知られている。
【特許文献１】特開２０００−２９９６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら，上述の従来例の技術は，以下の問題を有する。
まず，図２に示される，素子部１と電解コンデンサ２との間に，電流計３を設けるだけのスペースを確保することは，場合によっては困難である。また，無理にそのようなスペースを設けたとしても，回路の物理的なサイズが増大するという問題がある。
ところで，前記電流計３の代わりにシャント抵抗を用いる場合も，それらの問題は同様である上に，更に以下の問題を有する。即ち，前記素子部１に接続される電流経路４には，しばしば大電流が生じることがあるため，前記シャント抵抗が発熱し，様々な悪影響が生じる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，大電流が生じる場合であっても発熱などの弊害を生じさせることがなく，またパワー素子の回路に十分なスペースがない場合であっても前記パワー素子の過電流を検知することが可能なパワー素子の過電流判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は，パワー素子を構成する電流経路に過電流が流れたか否かを検知する過電流検知装置であって，シャントレギュレータにより第１の定電圧を出力し，直列接続された複数の抵抗素子からなる分圧回路により前記第１の定電圧を分圧することにより第２の低電圧を出力し，また，前記電流経路にカソード側が接続されたダイオードを具備し，前記第２の電圧と前記ダイオードのアノード側の電圧である検出電圧とを比較してその比較結果の検知信号をコンパレータにより出力するパワー素子素の過電流検知装置として構成される。
これにより，素子部と電解コンデンサとの間等，前記パワー素子の回路に電流計を設けるだけのスペースを確保しなくとも，前記パワー素子に過電流が流れたか否かを検知することが可能である。また，直接大電流を抵抗に流す必要がなく，過電流の検出の際に大きな発熱が生じることもない。
また，前記抵抗各々の交換により，前記パワー素子への印加電圧との比較対象となる前記第２の電圧を簡単に調節することが可能であり，例えば前記第２の定電圧として低電圧を出力することも可能である。更に，例えば電池を用いて前記第１の定電圧を生成する場合には，消耗による前記電池の交換が必要となるが，シャントレギュレータにより前記第１の定電圧を生成する場合には，該シャントレギュレータの交換を必要としない。
ところで，前記パワー素子の素子部としてＦＥＴがしばしば用いられる。この場合，前記パワー素子による電圧（いわゆるＯＮ電圧）には温度に依存して変化が生じる。しかし，前記電流経路にカソード側が接続された前記ダイオードの順電圧には，前記ＯＮ電圧の変化とは逆方向の変化が生じるので，両者の変化が互いに相殺され，前記コンパレータによる検出電圧の変動（つまり，過電流か否かの検知結果の変動）を防止することが可能である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば，物理的に電流計を設けるだけのスペースを確保することが困難な場合であっても，パワー素子に流れる過電流が検知可能である。また，直接大電流を抵抗に流す必要がなく，過電流の検出の際に大きな発熱が生じることもない。更に，分圧を生じさせる２つの抵抗の抵抗比を変更することにより，簡単に比較対象の基準電圧を変更することが可能である等のメリットを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の一実施形態に係る過電流検知装置の回路図，図２は従来例に係る過電流検知方法を説明する回路図である。
【０００７】
１．本発明の一実施形態に係る過電流検知装置Ａの概略について。
以下，図１を参照しつつ，本発明の一実施形態に係る過電流検知装置Ａについて説明する。
図１に示される如く，例えばパワートランジスタ半導体素子等のパワー素子Ｘ１は，ＦＥＴ等の素子部１と電解コンデンサ２とを備えた閉回路を有して概略構成されるものであり，前記閉回路における前記素子部１と前記電解コンデンサ２との間の電流経路４がしばしば信号の伝送経路として用いられる。本発明の一実施形態に係る過電流検知装置Ａは，前記パワー素子Ｘ１と接続され，前記パワー素子Ｘ１における前記電流経路４に過電流が流れたか否かを検知するものである。
当該過電流検知装置Ａは，ダイオード５ａ，５ｂ，抵抗６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，シャントレギュレータ７，コンパレータ８等を有して概略構成される。また，当該過電流検知装置Ａは，その高電位ライン９が一定電圧Ｖｃに保たれるように外部の電源等に接続されており，更に接地ライン１０において接地されている。
【０００８】
前記コンパレータ８は，前記高電位ライン９及び前記接地ライン１０に接続されている。また，前記コンパレータ８は，検出ライン１１と基準ライン１２とにも接続されている。前記検出ライン１１には前記抵抗６ａが，前記基準ライン１２には前記抵抗６ｂが，それぞれ前記コンパレータ８の入力保護（ラッチアップ等の防止）の目的でそれぞれ設けられている。
前記検出ライン１１には，前記パワー素子Ｘ１における前記電流経路４にカソード側が接続されたダイオード５ａが設けられている。これにより，前記検出ライン１１における前記ダイオード５ａのアノード側の電位は，前記電流経路４における電位Ｖｏｎ（前記素子部１に作用する，いわゆるＯＮ電圧）と，前記ダイオード５ｂによる前記順電圧Ｖｆとを加えた電位と略同じ電位になる。また，前記基準ライン１２の電位は，詳しくは後述のように，基準電位Ｖｔｈ（基準電圧Ｖｔｈ）に保たれている。
前記コンパレータ８は，前記素子部１への印加電圧（つまり，ＯＮ電圧Ｖｏｎ）と前記順電圧Ｖｆとの和の電圧と，前記基準電圧Ｖｔｈと，を比較するものである。以下，前記ダイオード５ａのアノード側の電圧である，前記ＯＮ電圧Ｖｏｎと前記順電圧Ｖｆとの和の電圧を検出電圧Ｖｄという。
ところで，前記ＯＮ電圧Ｖｏｎと前記電流経路４に流れる電流とは略比例関係にあり，前記ＯＮ電圧Ｖｏｎが大きい場合には，前記電流経路４に過電流が流れていると考えられる。そこで，前記基準電圧Ｖｔｈを適当な電圧に定めておくことにより，前記ＯＮ電圧Ｖｏｎと前記順電圧Ｖｐとの和である前記検出電圧Ｖｄと，前記基準電圧Ｖｔｈとを比較することで，前記電流経路４に過電流が流れているか否かを検知することが可能である。
前記コンパレータ８は，それらの比較結果に応じて，出力ライン１３より，前記検出電圧Ｖｄが前記基準電圧Ｖｔｈを超えている場合に，前記パワー素子Ｘ１に過電流が流れたことを示す検知信号を出力する。該検知信号は，例えば前記パワー素子Ｘ１への通電を制御する図外の制御装置などに入力される。
尚，前記高電位ライン９と前記検出ライン１１との間には，前記抵抗６ｃ及び前記ダイオード５ｂが並列的に設けられている。前記抵抗６ｃは，前記シャントレギュレータ７に流れ込む電流を制限する目的で設けられる。前記ダイオード５ｂの役割については後述する。
【０００９】
２．基準電圧Ｖｔｈについて。
前記検出ライン１１と前記接地ライン１０との間には，前記シャントレギュレータ７が設けられている。また，前記シャントレギュレータ７と並列して，２つの抵抗６ｄ，６ｅが互いに直列接続されて設けられ，分圧回路が形成されている。これにより，定電圧Ｖｒｅｆ（第１の電圧の一例）が前記シャントレギュレータ７により出力され前記２つの抵抗６ｄ，６ｅに印加される。また，前記抵抗６ｄ，６ｅは分圧回路として作用する。これにより，前記抵抗６ｄと前記抵抗６ｅとの間の分圧点及びそれに接続された前記基準ライン１２における前記基準電位（電圧）Ｖｔｈは，以下の式（１）で表される電位（電圧）に保たれる。但し，Ｒｄ，Ｒｅはそれぞれ前記抵抗６ｄ，６ｅの抵抗値であるとする。
Ｖｔｈ＝（Ｒｅ／Ｒｄ＋Ｒｅ）×Ｖｒｅｆ  …（１）
前記基準電圧Ｖｔｈは，（１）式に基づいて，前記抵抗６ｄ，６ｅによる抵抗値を調節することにより，前記パワー素子Ｘ１に過電流が流れているか否かの基準となる適切な電圧に定めることが可能である。例えば，前記抵抗６ｄとして抵抗値の小さいものを，前記抵抗６ｅとして抵抗値の大きいものを，それぞれ用いる場合には，既存の電池等では得ることの出来ない低電圧を基準電圧Ｖｔｈとして出力することが可能である。
【００１０】
３．ダイオードの役割について。
上述のように，前記検出ライン１１（所定の電流経路とコンパレータとの間の一例）には，前記コンパレータ８から前記電流経路４へと向かう方向を順方向とするダイオード５ａが設けられている。また，前記高電位ライン９と前記検出ライン１１との間には，前記検出ライン１１から前記高電位ライン９へと向かう方向を順方向とするダイオード５ｂが設けられている。
以下，それぞれのダイオードの役割について説明する。
前記パワー素子Ｘ１における素子部１には，ＦＥＴが用いられている。前記ＦＥＴに作用する電圧には温度に依存する変化が生じ，具体的には，温度が高くなるに従って増大する。一方，前記ダイオード５ｂの順電圧Ｖｐには，前記温度上昇に伴って低下するような，前記ＦＥＴによる前記ＯＮ電圧Ｖｏｎとは逆方向の変化が生じる。
従って，前記検出ライン１１に前記ダイオード５ａを設けておく場合には，前記ＯＮ電圧Ｖｏｎが温度に依存して変化したとしても，前記順電圧Ｖｐがその変化を相殺するように変化する。これにより，前記ＯＮ電圧Ｖｏｎと前記順電圧Ｖｐとの和である前記検出電圧Ｖｄの変化が生じにくくなるので，前記コンパレータ８による過電流の検出結果の変動を防止することが可能である。
また，前記ダイオード５ａは，前記コンパレータ８に過電圧が印加されるのを防止する役割も果たす。
一方，前記ダイオード５ｂは，前記ダイオード５ａのリカバリ特性による電流を前記高電位ライン９に逃がす目的で設けられる。
以上，本発明の一実施形態に係る過電流検知装置Ａでは，前記シャントレギュレータ７により出力された定電圧Ｖｒｅｆが前記抵抗６ｄ，６ｅにより分圧され，その分圧後の定電圧Ｖｔｈが基準電圧として用いられる。これにより，前記電流経路４に電流計を設けるだけのスペースを確保することが困難な場合であっても，パワー素子Ｘ１に流れる過電流が検知可能である。また，直接大電流を抵抗に流す必要がなく，過電流の検出の際に大きな発熱が生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る過電流検知装置の回路図。
【図２】従来例に係る過電流検知方法を説明する回路図。
【符号の説明】
【００１２】
Ａ…本発明の一実施形態に係る過電流検知装置
Ｘ１…パワー素子
１…素子部
２…電解コンデンサ
３…電流計
４…電流経路
５…ダイオード
６…抵抗
７…シャントレギュレータ
８…コンパレータ
９…高電位ライン
１０…接地ライン
１１…検出ライン
１２…基準ライン
１３…出力ライン
【図１】
2007036097.tif 000003
【図２】
2007036097.tif 000004