(57)【要約】【課題】電流検出の精度の悪化を防止できる電流検出装置を提供する。【解決手段】第１のソースと第１のドレインと第１のゲートとを有し、第１のソースに所定の電流を流すメイン素子Ｑ１と、第２のソースと第２のドレインと第２のゲートとを有し、第２のゲートがメイン素子の第１のゲートに接続されメイン素子の第１のソースに流れる電流と所定の電流比の電流を第２のソースに流すセンス素子Ｑ２と、メイン素子の第１のソース電位とセンス素子の第２のソース電位とを同電位にする電位制御部ＯＰ，Ｑ３とを備える。【選択図】図１
2016212005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のソースと第１のドレインと第１のゲートとを有し、前記第１のソースに所定の電流を流すメイン素子と、
第２のソースと第２のドレインと第２のゲートとを有し、前記第２のゲートが前記メイン素子の第１のゲートに接続され前記メイン素子の第１のソースに流れる電流と所定の電流比の電流を前記第２のソースに流すセンス素子と、
前記メイン素子の第１のソース電位とセンス素子の第２のソース電位とを同電位にする電位制御部と、
を備えることを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記電位制御部は、
前記メイン素子の第１のソース電位と前記センス素子の第２のソース電位とを比較するオペアンプと、
前記オペアンプの出力に応じて該オペアンプの入力に戻す電流を制御する半導体素子と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路に流れる電流を検出する電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電流検出装置の一種として、過電流判定値のばらつきと温度依存性とを緩和ないし解消する半導体装置が知られている（特許文献１参照）。図３は、図示しない半導体パワーモジュールに組み込まれた半導体装置の回路構成を示す図である。半導体装置は、半導体素子Ｑ、電流検出抵抗Ｒ１、電流保護判定回路１、ゲート駆動回路２、過電流判定基準電源６及び調整抵抗Ｒ２を備える。
【０００３】
半導体素子Ｑは、例えばＩＧＢＴ素子からなり、入力端子３からコレクタに供給される主電流Ｉｃに対し、所定の分流率で与えられるセンス電流Ｉｓをセンス端子７から出力するセル分離構造を有し、マルチエミッタとして実現されている。
【０００４】
半導体素子Ｑのゲートはゲート駆動回路２に接続され、半導体素子Ｑの一方のエミッタはメイン素子として機能し接地されている。半導体素子Ｑの他方のエミッタはセンス素子として機能し、センス端子７及び電流検出抵抗Ｒ１を介して接地されている。
【０００５】
電流保護判定回路１は、コンパレータＣ１からなる。コンパレータＣ１の一方の入力端子には電流検出抵抗Ｒ１の電圧Ｖ１が入力され、他方の入力端子には過電流判定基準電源６からの基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。コンパレータＣ１は、センス電流Ｉｓに応じた電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなった場合にゲート遮断信号をゲート駆動回路２に出力する。
【０００６】
ゲート駆動回路２は、電流保護判定回路１からゲート遮断信号を入力しない場合に、入力端子４から入力されたゲート駆動信号を半導体素子Ｑのゲートに出力し、半導体素子Ｑをオンさせる。過電流判定基準電源６は、直流電源５の電圧を調整抵抗Ｒ２で設定された値に応じた電圧に変換し、基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。
【０００７】
コンパレータＣ１は、センス電流Ｉｓの分流率や電流検出抵抗Ｒ１の抵抗値のばらつきによって半導体装置毎にばらつきを有する電圧Ｖ１と、調整抵抗Ｒ２によって適切に調整された後の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較することにより、主電流Ｉｃのレベルが本来の過電流判定レベルに達したか否かを判定する。
【０００８】
即ち、コンパレータＣ１は、電圧Ｖ１が予め定められた判定時間（例えば１０ｍｓ）内だけ基準電圧Ｖｒｅｆ以上にあることを検出した場合には、主電流Ｉｃのレベルが過電流判定レベル以上にあると判定して、ゲート遮断信号をゲート駆動回路２に出力する。これにより、ゲート駆動回路２は半導体素子Ｑのゲートの駆動を停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１９７７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の電流検出装置では、電流検出抵抗Ｒ１の影響によって、メイン素子のゲート−エミッタ間の電圧とセンス素子のゲート−エミッタ間の電圧が異なってしまう。このため、メイン素子とセンス素子との動作点が異なり、電流検出の精度が悪くなる。
【００１１】
また、電流検出装置は、電流依存性が高く、メイン電流Ｉｃが大きくなればなるほど、メイン素子のゲート−エミッタ間の電圧とセンス素子のゲート−エミッタ間の電圧差が大きくなり、電流検出の精度が悪化する。
【００１２】
本発明の課題は、電流検出の精度の悪化を防止できる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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る電流検出装置は、第１のソースと第１のドレインと第１のゲートとを有し、前記第１のソースに所定の電流を流すメイン素子と、第２のソースと第２のドレインと第２のゲートとを有し、前記第２のゲートが前記メイン素子の第１のゲートに接続され前記メイン素子の第１のソースに流れる電流と所定の電流比の電流を前記第２のソースに流すセンス素子と、前記メイン素子の第１のソース電位とセンス素子の第２のソース電位とを同電位にする電位制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、メイン素子の第１のソース電位とセンス素子の第２のソース電位とを同電位にすることにより、メイン素子とセンス素子の動作点を同じにすることができるので、電流検出の精度の悪化を防止可能な電流検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る電流検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電流検出装置を三相交流発電機に適用した例を示す図である。
【図３】従来の電流検出装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る電流検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１に係る電流検出装置の構成を示す図である。この電流検出装置は、バッテリ端子Ｂ、バッテリＢＡＴ、メイン素子Ｑ１、センス素子Ｑ２、界磁電流出力端子Ｆ、オペアンプＯＰ、半導体素子Ｑ３、電流検出抵抗ＶＲ、Ａ／Ｄ変換器１０及び検出電流値出力端子Ｃを備えている。
【００１８】
バッテリ端子Ｂは直流電力の入出力に使用される。バッテリ端子ＢにはバッテリＢＡＴの正極が接続されるとともに、メイン素子Ｑ１のドレイン及びセンス素子Ｑ２のドレインが接続されている。
【００１９】
バッテリＢＡＴは、例えば１２ボルトの蓄電池からなり、正極はバッテリ端子Ｂに接続され、負極は接地されている。バッテリＢＡＴは、バッテリ端子Ｂを介して充放電される。
【００２０】
メイン素子Ｑ１は、負荷（オペアンプＯＰ及び界磁電流出力端子Ｆに接続された外部の素子）への通電経路をオン／オフするｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴからなる。このｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴは、ソース（第１のソース）とドレイン（第１のドレイン）とゲート（第１のゲート）とを有している。
【００２１】
センス素子Ｑ２は、負荷（オペアンプＯＰ及び半導体素子Ｑ３）への通電経路をオン／オフするｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴから構成されている。このｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴは、ソース（第２のソース）とドレイン（第２のドレイン）とゲート（第２のゲート）とを有している。
【００２２】
メイン素子Ｑ１及びセンス素子Ｑ２のゲートは共通接続され、ドレインはバッテリＢＡＴの正極に共通に接続されている。メイン素子Ｑ１とセンス素子Ｑ２とにより、電流比（ミラー比）が１０００：１のカレントミラー回路が形成されている。即ち、センス素子Ｑ２は、メイン素子Ｑ１のソースに流れる電流と所定の電流比の電流をソースに流す。
【００２３】
メイン素子Ｑ１のソースは、オペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されるとともに界磁電流出力端子Ｆに接続されている。センス素子Ｑ２のソースは、オペアンプＯＰの反転入力端子及びＭＯＳＦＥＴからなる半導体素子Ｑ３のドレインに接続されている。
【００２４】
オペアンプＯＰの出力は、半導体素子Ｑ３のゲートに接続され、半導体素子Ｑ３のソースは、電流検出抵抗ＶＲを介して接地されている。電流検出抵抗ＶＲは、可変抵抗からなる。
【００２５】
オペアンプＯＰは、メイン素子Ｑ１のソース電位とセンス素子Ｑ２の第２のソース電位とを比較する。半導体素子Ｑ３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴからなり、オペアンプＯＰの出力に応じてオペアンプＯＰの入力に戻す電流を制御する。オペアンプＯＰ及び半導体素子Ｑ３は、本発明の電位制御部に対応し、メイン素子Ｑ１のソース電位とセンス素子Ｑ２のソース電位とを同電位にする。
【００２６】
また、半導体素子Ｑ３のソースと電流検出抵抗ＶＲとの接続点にはＡ／Ｄ変換器１０が接続されている。Ａ／Ｄ変換器１０は、接続点の電圧をデジタル信号に変換し、得られたデジタル値を検出された電流値として検出電流値出力端子Ｃを介して外部に出力する。
【００２７】
次に、このように構成された本発明の実施例１に係る電流検出装置の動作を説明する。この電流検出装置では、メイン素子Ｑ１に電流が流れた場合、センス素子Ｑ２にはその電流に比例した電流が流れる。
【００２８】
この場合、メイン素子Ｑ１及びセンス素子Ｑ２を流れる電流がオペアンプＯＰを介してイマジナリショートすることにより、メイン素子Ｑ１のソース電位とセンス素子Ｑ２のソース電位が同電位になる。
【００２９】
これにより、メイン素子Ｑ１とセンス素子Ｑ２の動作点を同じにすることができるので、電流検出装置としての精度を上げることができる。センス素子Ｑ２からの電流は電流検出抵抗ＶＲにより電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器１０によりデジタル信号に変換されて検出電流値出力端子Ｃから出力される。この検出電流値出力端子Ｃから出力されたデジタル信号は、電子制御ユニット（ＥＣＵ１６、図２参照）に読み込まれ、電流の制御に使用される。
【００３０】
具体的には、「メイン素子Ｑ１：センス素子Ｑ２」のミラー比は「１０００：１」に構成されているので、メイン素子Ｑ１に１０Ａの電流が流れた場合、センス素子Ｑ２には１０ｍＡの電流が流れる。この場合、２００Ωの電流検出抵抗ＶＲに１０ｍＡの電流が流れるので２Ｖの電圧が出力される。この２Ｖの電圧は、Ａ／Ｄ変換器１０によりデジタル信号に変換され、検出された電流値として検出電流値出力端子Ｃから出力される。
【００３１】
図２は、上述した実施例１に係る電流検出装置を三相交流発電機に適用した例を示す図である。以下、電流検出装置について簡単に説明する。三相交流発電機は、ＩＣとして構成されている電流検出装置１１、ステータからなる電機子コイル１２、ロータからなる界磁コイル１３、全波整流回路１４、バッテリＢＡＴ及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６を備えている。
【００３２】
この三相交流発電機は、例えば図示しない機関により駆動される。この機関による駆動によって界磁コイル１３が回転し、電機子コイル１２に電力が発生する。この電機子コイル１２に発生された電力は、全波整流回路１４により整流され、バッテリ１５に供給される。これにより、バッテリ１５が充電される。また、全波整流回路１４により整流された電力は、電力検出装置１１のバッテリ端子Ｂに供給される。
【００３３】
電流検出装置１１は、三相交流発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を検出し、界磁電流値をＥＣＵ１６に出力する。ＥＣＵ１６は、電流検出装置１１からの検出結果に応じて界磁コイル１３に流す界磁電流を制御する。これにより、三相交流発電機の界磁電流値を所定値に制御することができる。
【００３４】
以上説明したように、実施例１に係る電流検出装置によれば、メイン素子Ｑ１のソース電位とセンス素子Ｑ２のソース電位とを同電位にすることにより、メイン素子Ｑ１とセンス素子Ｑ２の動作点を同じにすることができるので、電流検出の精度の悪化を防止できる。
【符号の説明】
【００３５】
Ｂ  バッテリ端子
Ｆ  界磁電流出力端子
Ｃ  検出電流値出力端子
Ｑ１  メイン素子
Ｑ２  センス素子
Ｑ３  半導体素子
ＢＡＴ、１５  バッテリ
ＯＰ  オペアンプ
ＶＲ  調整抵抗
１０  Ａ／Ｄ変換器
１１  電流検出装置
１２  電機子コイル
１３  界磁コイル
１４  全波整流回路
１６  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2016212005.tif 000003
【図２】
2016212005.tif 000004
【図３】
2016212005.tif 000005