(57)【要約】【課題】過電流の検出閾値に満たないレベルの電流が流れ続けた場合にも、保護動作を行うことができる過電流保護回路を提供する。【解決手段】通電停止手段は、正常範囲にある通電電流に応じた検出電流と、閾値電流Ｉ１とが流入，流出する検出点において、検出電流が増加することでソース電流とシンク電流とのバランスが通常動作時の安定状態から許容範囲を超えて変化すると、ＦＥＴ２による通電を停止させる。この場合、検出点に直接コレクタが接続されるトランジスタ７を発熱源２０の遠隔に配置し、定電流減８を発熱源２０に近接させて配置して、発熱に応じて閾値電流を減少させるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を通電駆動する駆動用素子を介して流れる電流が過電流状態になったことを検出すると、前記駆動用素子による通電を停止させる通電停止手段を備える過電流保護回路において、
前記通電電流に応じた検出電流を通電する検出電流通電手段と、
正常範囲にある通電電流に応じた検出電流と同じレベルの閾値電流を通電する閾値電流通電手段とを備え、
前記通電停止手段は、前記検出電流と前記閾値電流との何れか一方がソース電流，他方がシンク電流となるように接続される検出点において、前記検出電流が増加することで前記ソース電流と前記シンク電流とのバランスが通常動作時の安定状態から許容範囲を超えて変化した場合に、前記駆動用素子による通電を停止させるように構成され、
前記閾値電流通電手段を構成する素子のうち、前記検出点に直接接続される端子を備える素子を、前記駆動用素子を介して流れる電流が増加することに伴い、回路中において相対的に高い熱を発している部分の遠隔に配置し、それ以外の素子を前記発熱部分に近接させて配置することで、発熱に応じて前記閾値電流を減少させるように構成したことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記閾値電流通電手段を構成する素子のうち、前記検出点に直接接続される端子を備える素子以外の素子を、前記発熱部分の内部に配置したことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
【請求項３】
前記閾値電流通電手段を構成する素子のうち、前記検出点に直接接続される端子を備える素子以外の素子を、それらの一部が前記発熱部分の配置領域に囲まれるように配置したことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
【請求項４】
前記検出電流通電手段は、前記駆動用素子に並列に接続され、当該駆動用素子と同時に通電されると、前記通電電流に対して所定比率の検出電流を通電する検出用素子を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の過電流保護回路。
【請求項５】
前記検出電流通電手段は、前記検出電流のミラー電流を通電するカレントミラー回路を備え、
前記閾値電流通電手段は、前記ミラー電流を通電するミラー側トランジスタと直列に接続されて、前記閾値電流を通電する出力段トランジスタを備えることを特徴とする請求項４記載の過電流保護回路。
【請求項６】
前記閾値電流通電手段は、前記出力段トランジスタが前記閾値電流を通電するように制御する定電流源を備えることを特徴とする請求項５記載の過電流保護回路。
【請求項７】
前記通電停止手段は、前記ミラー側トランジスタと前記出力段トランジスタとの共通接続点を前記検出点として、当該検出点において、通常動作時の安定状態から許容範囲を超える電流変動が生じたことを検出すると、前記駆動用素子による通電を停止させることを特徴とする請求項５又は６記載の過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷を通電駆動する駆動用素子を介して流れる電流が過電流状態になったことを検出すると、駆動用素子による通電を停止させる過電流保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は、過電流検出回路の一構成例を示すものである。負荷接続端子１とグランドとの間には、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ２の直列回路と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３及びＮＰＮトランジスタ４の直列回路とが並列に接続されている。この場合、図示しない負荷は、電源と上記負荷接続端子１との間に接続される（ロウサイド駆動方式）。２つのＦＥＴ２，３のゲートは共通に接続され、ドライブ回路５により出力されるゲート信号により制御される。ＦＥＴ３（検出電流通電手段）は、ＦＥＴ２に流れる電流を、「１」未満の電流比で検出するようになっている。ＮＰＮトランジスタ６は、トランジスタ４とミラー対，カレントミラー回路（検出電流通電手段）を構成しており、両者のベースは、トランジスタ４のコレクタに共通に接続されている。
【０００３】
トランジスタ６のコレクタは、ＰＮＰトランジスタ７（検出電流トランジスタ）のコレクタに接続され、トランジスタ７のエミッタは電源Ｖccに接続されている。トランジスタ７のベースは、定電流源８を構成するＰＮＰトランジスタ９のベースと共にトランジスタのコレクタに接続されている。トランジスタ９のエミッタは電源Ｖccに接続され、コレクタは、ＮＰＮトランジスタ１０及び抵抗素子１１を介してグランドに接続されている。また、定電流源８において、電源Ｖccとグランドとの間には、抵抗素子１２とＰＮＰトランジスタ１３との直列回路が接続されており、トランジスタ１０のベースは両者の共通接続点に接続されている。
トランジスタ１３のベースには、具体的には図示しないが、例えばバンドギャップリファンレンス回路などにより出力される定電圧が与えられてトランジスタ１３のコレクタ電流が決定され、それに基づいてトランジスタ９のコレクタ電流が決定される。そして、トランジスタ９とトランジスタ７との電流比により、トランジスタ７のコレクタ電流Ｉ１が決定される。
【０００４】
トランジスタ７及び６のコレクタ（検出点Ｐ）には、ＰＮＰトランジスタ１４のベースが接続されており、トランジスタ１４のエミッタは電源Ｖccに接続され、コレクタは、ＮＰＮトランジスタ１５のベースに接続されている。トランジスタ１５のコレクタは電源Ｖccに接続され、エミッタはドライブ回路５の通電停止信号入力端子に接続されている。以上の構成において、ドライブ回路５，トランジスタ１４及び１５が通電停止手段１６を構成しており、ＦＥＴ２を除いたものが過電流保護回路１７を構成している。
【０００５】
次に、過電流保護回路１７の動作について説明する。ドライブ回路５は、外部より与えられる負荷の駆動制御信号に応じて、ＦＥＴ２及び３を制御する（例えばリニア制御）。この時ＦＥＴ３には、ＦＥＴ２を介して流れる電流（負荷電流）に比例した検出電流Ｉ４が流れ、その検出電流Ｉ４は、トランジスタ４及び６のミラー対により折り返されて、トランジスタ６にコレクタ電流Ｉ２を流そうとする。
トランジスタ６のコレクタには、定電流源８及びトランジスタ７によって電流Ｉ１が供給されており、ＦＥＴ２を介して流れる負荷電流が正常な範囲では、電流Ｉ１，Ｉ２がバランスすることでトランジスタ１４はオフ状態に維持されている。したがって、トランジスタ１５もオフ状態である。
【０００６】
そして、負荷電流が増加するとそれに伴い電流Ｉ４，Ｉ２も増加するため、電流Ｉ１，Ｉ２のバランスが、通常動作時の安定状態から許容範囲を超えて変化した結果Ｉ２＞Ｉ１になると、トランジスタ１４にベース電流Ｉ３が流れ出してトランジスタ１４がオンするので、トランジスタ１５もオンする。すると、ドライブ回路５にトランジスタ１５のエミッタより電流が供給され、ドライブ回路５によるＦＥＴ２の駆動は停止される。
尚、過電流検出回路１７のように保護動作を行う構成ではないが、駆動用素子の電流を検出を行う類似の構成は、特許文献１等に開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１０６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように構成される過電流検出回路１７では、大電流が流れるパワーＭＯＳＦＥＴ２の発熱が非常に高い。そのため、各回路素子のレイアウトは、図３に示すように、電流Ｉ１を供給するトランジスタ７及び定電流源８が熱の影響を受けないように、ＦＥＴ２を中心とする発熱源２０から離れた位置に配置されるのが一般的である。また、トランジスタ７と定電流源８とは、両者間に温度差が発生しないように近接させて配置される。
しかしながら、上記構成の過電流検出回路１７では、過電流として検出される閾値に満たないレベルの電流がＦＥＴ２に流れ続けると、ＦＥＴ２の駆動が停止されないままとなり発熱温度が高くなることが想定され、場合によっては、配線用のワイヤが溶断する可能性がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過電流の検出閾値に満たないレベルの電流が流れ続けた場合にも、保護動作を行うことができる過電流保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の過電流保護回路によれば、通電停止手段は、正常範囲にある通電電流に応じた検出電流と、閾値電流通電手段により供給される閾値電流とが流入，流出する検出点において、検出電流が増加することでソース電流とシンク電流とのバランスが、通常動作時の安定状態から許容範囲を超えて変化すると駆動用素子による通電を停止させる。この場合、閾値電流通電手段を構成する素子のうち、前記検出点に直接接続される端子を備える素子を、駆動用素子を介して流れる電流が増加することに伴い相対的に高い熱を発している部分の遠隔に配置し、それ以外の素子を前記発熱部分に近接させて配置することで、発熱に応じて閾値電流を減少させるように構成する。
【００１０】
すなわち、閾値電流通電手段を構成する素子のうち、発熱部分に近接させて配置されているものは熱の影響をより受け易くなるため、素子の接合電圧等に熱の影響を積極的に与えることができる。そして、駆動用素子を介して流れる電流が増加することで発熱部分の温度が高くなった場合に閾値電流を減少させれば、検出点におけるソース電流とシンク電流とのバランスが崩れ易くなるため、本来の過電流検出レベルに達していないレベルの電流が流れ続けた場合でも、通電停止手段を動作させて駆動用素子による通電を停止させることができる。
【００１１】
請求項２記載の過電流保護回路によれば、閾値電流通電手段を構成する素子のうち、検出点に直接接続される端子を備える素子以外の素子を、発熱部分の内部に配置するので、後者の素子に対して熱の影響をより与え易くすることができる。
【００１２】
請求項３記載の過電流保護回路によれば、閾値電流通電手段を構成する素子のうち、検出点に直接接続される端子を備える素子以外の素子を、それらの一部が発熱部分の配置領域に囲まれるように配置するので、請求項２と同様に、後者の素子に対して熱の影響をより与え易くすることができる。
【００１３】
請求項４記載の過電流保護回路によれば、検出電流通電手段に、駆動用素子に並列に接続され、当該駆動用素子と同時に通電されるとその通電電流に対して所定比率の検出電流を通電する検出用素子を備えるので、駆動用素子が比較的大きな電流を流す場合でも、検出電流を小さな比率で得ることができる。
【００１４】
請求項５記載の過電流保護回路によれば、閾値電流通電手段は、検出電流のミラー電流を通電するミラー側トランジスタと直列に接続されて、閾値電流を通電する出力段トランジスタを備えるので、その出力段トランジスタを介して検出点に閾値電流を作用させることができる。
【００１５】
請求項６記載の過電流保護回路によれば、閾値電流通電手段は、出力段トランジスタが閾値電流を通電するように制御する定電流源を備えるので、定電流源によって閾値電流値を設定することができる。
【００１６】
請求項７記載の過電流保護回路によれば、通電停止手段は、ミラー側トランジスタと出力段トランジスタとの共通接続点を検出点として、当該検出点において通常動作時の安定状態から許容範囲を超える電流変動が生じたことを検出すると駆動用素子による通電を停止させる。したがって、検出点に作用するミラー側トランジスタと出力段トランジスタとの電流供給バランス、すなわち、検出電流と閾値電流とのバランスにより、通電停止手段に停止指令を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例について図１を参照して説明する。尚、図２及び図３と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１は、図３相当図であり、過電流保護回路１７を半導体集積回路として構成する場合の回路素子レイアウトをモデル的に示すものである。尚、図示されているもの以外の素子のレイアウトについては任意である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように本実施例では、従来の一般的なレイアウトとは異なり、トランジスタ７（閾値電流通電手段，出力段トランジスタ）は、ＦＥＴ２（駆動用素子）を中心とする発熱源２０（発熱部分）の遠隔側に配置し、定電流源８（閾値電流通電手段）は発熱源２０の近傍に配置して、発熱源２０が発する熱の影響を積極的に与えるようにする。
また、図１（ｂ），（ｃ）はレイアウトのバリエーションであり、（ｂ）は定電流源８を、発熱源２０が形成されている領域の内部に配置した場合、（ｃ）は発熱源２０の形成領域に凹部２０ａを形成し、その凹部２０ａに嵌合するように定電流源８を形成した場合である。尚、これらのバリエーションについては、発熱源２０を構成する素子が複数ある場合には、それらの素子の形成領域を、定電流源８の周囲を全て取り囲むように配置したり、一部を囲むように配置することで実現する。
【００１９】
このように配置を行うことで、ＦＥＴ２を介して図示しない負荷に流れる電流が、本来過電流状態が検出されて、通電停止手段１６によりＦＥＴ２の制御を停止させるレベルに達しない状態で流れ続けた場合を想定する。この時、ＦＥＴ２の温度はある程度上昇することになる。すると、過電流保護回路１７を構成するトランジスタ９のベース−エミッタ間電圧ＶBE（接合電圧）が、発熱源２０が発する熱の影響を受けて負の温度特性により低下するので、トランジスタ７を介して供給される閾値電流Ｉ１が減少する。
その結果、検出電流Ｉ２が本来の過電流レベルに満たない状態でも、検出点Ｐにおいて（シンク電流）＞（ソース電流）となり、トランジスタ１４にベース電流Ｉ３が流れ、トランジスタ１４及び１５をオンさせて、ドライブ回路５に停止指令を与えることが可能となる。
【００２０】
以上のように本実施例によれば、通電停止手段１６は、正常範囲にある通電電流に応じた検出電流Ｉ２と、トランジスタ７を介して供給される閾値電流Ｉ１とが流入，流出する検出点Ｐにおいて、検出電流Ｉ２が増加することでソース電流とシンク電流とのバランスが通常動作時の安定状態から許容範囲を超えて変化し、Ｉ２＞Ｉ１になると、ＦＥＴ２による通電を停止させる。この場合、検出点Ｐに直接コレクタが接続されるトランジスタ７を発熱源２０の遠隔に配置し、定電流源８を発熱源２０に近接させて配置することで、発熱に応じて閾値電流Ｉ１を減少させるように構成した。
【００２１】
したがって、ＦＥＴ２に、本来の過電流検出レベルに達していないレベルの電流が流れ続けた場合でも、通電停止手段１６を動作させてＦＥＴ２による通電を停止させることができる。この場合、ＦＥＴ２にＦＥＴ３を並列に接続して、そのＦＥＴ３にＦＥＴ２の通電電流に対し所定比率（電流比「１」未満）となる検出電流Ｉ４を通電するので、ＦＥＴ２が比較的大きな電流を流す場合でも、検出電流Ｉ４を小さな比率で得ることができる。
そして、トランジスタ７を、検出電流Ｉ４のミラー電流Ｉ２を通電するミラー側トランジスタ６と直列に接続して閾値電流Ｉ１を通電するので、トランジスタ７を介して検出点Ｐに閾値電流Ｉ１を作用させることができる。また、定電流源８によって、トランジスタ７に閾値電流Ｉ１を通電されるように制御するので、定電流源８により閾値電流Ｉ１を設定することができる。
【００２２】
加えて、通電停止手段１６は、トランジスタ６とトランジスタ７との共通接続点を検出点Ｐとして、当該検出点Ｐにおいて許容範囲を超える電流変動が生じたことを検出するとＦＥＴ２による通電を停止させるので、検出点Ｐに作用するトランジスタ６，７の電流供給バランス、すなわち、検出電流Ｉ２と閾値電流Ｉ１とのバランスにより、ドライブ回路５に停止指令を与えることができる。
また、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、定電流源８を発熱源２０の内部に配置したり、定電流源８の一部が発熱源２０の配置領域に囲まれるように配置すれば、定電流源８に対して熱の影響をより与え易くすることができる。
【００２３】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
ハイサイド駆動方式に適用しても良い。
駆動用素子は、ＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴやパワートランジスタ，ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などであっても良い。
発熱源は、駆動用素子に限ることなく、駆動用素子を介して通電される電流によって発熱する素子等であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例であり、過電流保護回路を半導体集積回路として構成する場合の回路素子レイアウトをモデル的に示す図
【図２】過電流保護回路の構成を示す図
【図３】従来技術を示す図１相当図
【符号の説明】
【００２５】
図面中、２はＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ（駆動用素子）、３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（検出電流通電手段）、４はＮＰＮトランジスタ（検出電流通電手段）、６はＮＰＮトランジスタ（検出電流通電手段，ミラー側トランジスタ）、７はＰＮＰトランジスタ（出力段トランジスタ）、８は定電流源、１６は通電停止手段、１７は過電流保護回路、２０は発熱源（発熱部分）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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