CN111033988B - 电源模块以及dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

电源模块具有：第1开关元件；所述第1开关元件所输出的电流流入的电流电压转换电路；测量电流的大小的测量电路；以及输出端子，其输出表示所述测量电路测量到的所述电流的大小的输出信号，所述测量电路根据所述电流电压转换电路的电阻值来测量所述第1开关元件所输出的电流的大小，所述第1开关元件和所述测量电路形成在一个半导体封装内。

Description

电源模块以及DC-DC转换器
技术领域
本发明涉及电源模块以及DC-DC转换器。
背景技术
以往，已知如下技术：使流过电源电路内安装的场效应晶体管(例如，MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体)的电流向分流电阻流动，并对在分流电阻的两端产生的电压差进行检测，由此测量该电流。在该情况下，存在因从MOSFET至分流电阻为止的配线图案的影响而导致电流的测量精度下降的问题。配线图案的影响是指外来噪声对例如配线所具有的寄生电感、电阻以及电容分量或该配线的影响等。
为了解决该问题，在日本公开公报特开平11-265974号公报中，公开了在电源电路内安装罗高夫斯基线圈(Rogowski coil)来检测流过电源电路的电流的例。并且，在日本公开公报特开2016-163512号公报中，公开了具有检测部的例，该检测部检测流过电源电路的电流是否超过规定的阈值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开公报特开平11-265974号公报
专利文献2：日本公开公报特开2016-163512号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1的技术中，存在通过使用比较昂贵的罗高夫斯基线圈而无法降低电源电路的成本的问题。并且，在专利文献2的技术中，无法达到检测流过电源电路的电流的大小程度。
因此，本发明为了解决上述问题，其目的在于提供不使用昂贵的部件而能够测量电流的大小程度的电源模块以及DC-DC转换器。
用于解决课题的手段
本发明的电源模块的一个方式具有：第1开关元件；电流电压转换电路，所述第1开关元件所输出的电流流入该电流电压转换电路；测量电路，其测量电流的大小；以及输出端子，其输出表示所述测量电路测量到的所述电流的大小的输出信号，所述测量电路根据所述电流电压转换电路的电阻值来测量所述第1开关元件所输出的电流的大小，所述第1开关元件和所述测量电路形成在一个半导体封装内。
在本发明的电源模块的一个方式中，所述电流电压转换电路具有第2开关元件，所述第2开关元件由与所述第1开关元件不同的材料形成，与所述第1开关元件相比，所述第2开关元件的开关动作为低速。
在本发明的电源模块的一个方式中，所述第1开关元件与所述第2开关元件级联连接，所述测量电路由与所述第2开关元件相同的材料形成。
在本发明的电源模块的一个方式中，所述第1开关元件包含氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)，并由与形成所述第2开关元件的材料不同的材料形成。
在本发明的电源模块的一个方式中，所述测量电路根据通过所述电流电压转换电路的导通电阻产生的所述电流电压转换电路的两端的电位差来测量所述第1开关元件所输出的电流的大小。
本发明的电源模块的一个方式具有第2开关元件，所述第2开关元件由与所述第1开关元件不同的材料形成，与所述第1开关元件相比，所述第2开关元件的开关动作为低速，所述第2开关元件与所述第1开关元件级联连接，所述电流电压转换电路具有：第3开关元件，其在所述测量电路测量所述第1开关元件所输出的电流的大小时成为导通状态，在所述导通状态下，所述第3开关元件使所述电流的至少一部分流过与所述第2开关元件并联连接的路径；以及电阻，其与所述第3开关元件串联连接，所述测量电路根据所述电阻的两端的电位差和所述电阻的电阻值来测量所述第1开关元件所输出的电流的大小。
在本发明的电源模块的一个方式中，所述电流电压转换电路具有：电流供给部，其使与流过所述第1开关元件的电流成比例的电流流动；以及电阻，其与所述电流供给部串联连接，所述测量电路根据所述电阻的两端的电位差和所述电阻的电阻值来测量所述第1开关元件所输出的电流的大小。
本发明的DC-DC转换器的一个方式具有：上述的任意一项所述的电源模块；以及控制装置，其输出基于所述电源模块的输出信号的控制信号，来作为对所述电源模块所具有的所述第1开关元件进行控制的信号。
在本发明的DC-DC转换器的一个方式中，所述控制装置根据所述电源模块所测量的电流的大小来输出所述控制信号。
发明效果
不使用昂贵的部件，就能够测量电流的大小程度。
附图说明
图1是示出电源模块的概要的图。
图2是示出电源模块内部连接的一例的图。
图3是示出电源模块的基本结构的一例的图。
图4是示出第1实施方式所涉及的电源模块的结构的一例的图。
图5是示出第2实施方式所涉及的电源模块的结构的一例的图。
图6是示出第3实施方式所涉及的电源模块的结构的一例的图。
图7是示出第4实施方式所涉及的DC-DC转换器的结构的一例的图。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下，参照附图对本发明的第1实施方式进行说明。首先，参照图1对电源模块10的概要进行说明。
＜1-1.电源模块10的概要＞
图1是示出电源模块10的概要的图。电源模块10例如由不同种类的2个材料形成。在图1所示的一例中，电源模块10由第1材料WL1和第2材料WL2形成。第1材料WL1例如是氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)等材料。并且，第2材料WL2例如是硅(Si)等材料。在此，在第1材料WL1和第2材料WL2中，第1材料WL1的一方是能隙宽度宽或电子移动度高的材料。电源模块10具有与外部的电路连接的外部端子(以下，外部端子Te)。外部端子Te例如是电极。在图1所示的一例中，电源模块10具有外部端子Te1～Te7这些外部端子。外部端子Te中的外部端子Te1～Te6配置于第2材料WL2，外部端子Te7配置于第1材料WL1。并且，在电源模块10内的第1材料WL1以及第2材料WL2中，形成于第1材料WL1以及第2材料WL2的电极垫之间通过接合线来连接。在之后的说明中，还将电极垫记载为内部端子(以下，内部端子Ti)。
＜1-2.关于形成于第1材料WL1的电路＞
在第1材料WL1形成有第1开关元件F1。第1开关元件F1例如是FET(Field-EffectTransistor：场效应晶体管)。以下，对第1开关元件F1为常导通型FET的情况进行说明。第1开关元件F1具有栅极端子、源极端子以及漏极端子。在之后的说明中，将第1开关元件F1所具有的栅极端子记载为第1栅极端子，将漏极端子记载为第1漏极端子，将源极端子记载为第1源极端子。第1开关元件F1例如是根据输入到第1栅极端子的信号对大容量电力高速地进行开关的元件。第1材料WL1具有2个内部端子Ti(内部端子Ti1～Ti2)。第1漏极端子与外部端子Te7连接。第1栅极端子与内部端子Ti1连接。第1源极端子与内部端子Ti2连接。
＜1-3.关于形成于第2材料WL2的电路＞
在第2材料WL2形成有测量电路MC。并且，第2材料WL2具有内部端子Ti3～Ti4。栅极驱动器GD(未图示)是将控制装置(未图示)所产生的PWM(pulse width modulation：脉宽调制)信号转换成开关元件进行导通动作的电平的元件。栅极驱动器GD的输出端子与电源模块10的外部端子Te1连接。因而，从栅极驱动器GD的输出端子输出的信号(以下，栅极信号)被输入到外部端子Te1。栅极信号是将PWM信号转换成开关元件进行导通动作的电平而得到的信号。另外，在之后的说明中，有时将从控制装置(未图示)输出并输入到开关元件的信号(即，PWM信号以及栅极信号)统称为控制信号来记载。外部端子Te1与内部端子Ti3连接。内部端子Ti3与内部端子Ti1通过接合线来连接。因而，栅极驱动器GD所输出的栅极信号被输入到第1开关元件F1的第1栅极端子。
测量电路MC是测量在第1开关元件F1进行导通动作时流动的电流(以下，漏极电流)的电路。在此，内部端子Ti2与内部端子Ti4通过接合线来连接。并且，内部端子Ti4与外部端子Te5通过形成于第2材料WL2的配线图案来连接。因而，第1开关元件F1进行导通动作时的漏极电流流过该配线图案。测量电路MC根据在电流电压转换电路TD的两端(图示的点P1以及点P2)产生的电位差和电流电压转换电路TD的电阻值来测量电流。测量电路MC输出表示所测量的测量结果的信号(以下，输出信号)。输出信号例如是利用电压表示漏极电流的变化的信号。测量电路MC具有输出端子(图示的out端子)和测试端子(图示的test端子)。测量电路MC的输出端子与外部端子Te3连接。因而，测量电路MC将输出信号作为从外部端子Te3测量到的测量结果来输出。测试端子与外部端子Te4连接。测量电路MC根据从外部端子Te4输入的信号(以下，测试信号)来进行测量漏极电流的动作。
并且，第2材料WL2具有：连接有施加于第2材料WL2的电压的外部端子Te2；以及作为该电压的GND侧的端子的外部端子Te6。形成于第2材料WL2的电路通过施加成如下电位(图示的电位VDD)的电压而被驱动，该电位是施加于第2材料WL2的电压的电位。
＜1-4.电源模块10的内部连接＞
图2是示出电源模块10的内部连接的一例的图。在电源模块10的封装内包含：由第1材料WL1形成的电路；以及由第2材料WL2部形成的电路。电源模块10的外部端子Te1～Te6分别通过接合线而与第2材料WL2的电极垫连接。并且，外部端子Te7通过接合线而与第1材料WL1的电极垫连接。在此，漏极电流所流过的端子也可以由多个电极和电极垫构成。在图2所示的一例中，外部端子Te5以及外部端子Te7分别由8个电极和电极垫构成。并且，内部端子Ti2以及内部端子Ti4分别由8个电极垫构成。由此，外部端子Te5、外部端子Te7、内部端子Ti2以及内部端子Ti4与没有由多个电极或电极垫构成的外部端子Te或内部端子Ti相比，能够使更大电流的漏极电流流动。
另外，在上述中，对外部端子Te5以及外部端子Te7分别由8个电极和电极垫构成的情况进行了说明，但是并不限于此。只要外部端子Te和电极垫的数量是与流过该外部端子Te的电流相应的数量，则也可以是任意数量。并且，在上述中，对内部端子Ti2以及内部端子Ti4分别由8个电极垫构成的情况进行了说明，但是并不限于此。只要内部端子Ti和电极垫的数量是与流过该内部端子Ti的电流相应的数量，则也可以是任意数量。
＜1-5.电源模块10的基本结构＞
以下，对电源模块10的基本结构进行说明。
图3是示出电源模块10的基本结构的一例的图。具体地说，图3是示出电流电压转换电路TD为第2开关元件F2的一例的图。在图3所示的一例中，在电源模块10的第2材料WL2形成有第2开关元件F2和控制信号输出电路CC。第2开关元件F2例如是常截止型FET。在之后的说明中，将第2开关元件F2所具有的栅极端子记载为第2栅极端子，将漏极端子记载为第2漏极端子，将源极端子记载为第2源极端子。在图3所示的一例中，第2漏极端子与内部端子Ti4连接。并且，第2源极端子与外部端子Te5连接。因而，第1开关元件F1与第2开关元件F2级联连接。第2开关元件F2例如是根据输入到第2栅极端子的信号(以下，控制信号)进行开关动作的元件。
控制信号输出电路CC具有输出控制信号的输出端子(图示的out端子)。输出端子与第2开关元件F2的第2栅极端子连接。因而，第2开关元件F2根据控制信号输出电路CC所输出的控制信号进行开关动作。
如上所述，由于第1开关元件F1是常导通型元件，因此无法根据通常在开关电源装置等中使用的常截止型元件所输出的信号进行截止动作。在此，在使常导通型第1开关元件F1进行截止动作的情况下，将常截止型第2开关元件F2的第2漏极端子连接于第1源极端子来构成级联电路(例如，图3)。由此，在第2开关元件F2根据控制信号输出电路CC的控制信号进行截止动作的情况下，第1开关元件F1与第2开关元件F2同样地进行截止动作。
在图3所示的一例中，第1开关元件F1进行导通动作时的漏极电流从内部端子Ti4经由第2漏极端子和第2源极端子而流至外部端子Te5(图示的路径RT1)。测量电路MC例如对流过路径RT1中的第2漏极端子与第2源极端子之间(即，图示的点P1与点P2之间)的漏极电流进行测量。测量电路MC输出表示所测量的测量结果的信号。
＜1-6.电源模块10的结构＞
以下，对第1实施方式的电源模块10(以下，电源模块10a)的细节进行说明。
图4是示出第1实施方式所涉及的电源模块10a的结构的一例的图。具体地说，图4是示出电流电压转换电路TD具有第3开关元件F3和分流电阻R1的结构的一例的图。第1实施方式的电源模块10a由第1材料WL1和第2材料WL2a形成。在第2材料WL2a形成有第2开关元件F2、控制信号输出电路CC、第3开关元件F3、分流电阻R1以及测量电路MCa。另外，在本实施方式中，栅极驱动器GD设置于半导体封装的外部，但是也可以设置在一个半导体封装内。
第3开关元件F3例如是常截止型FET。在之后的说明中，将第3开关元件F3所具有的栅极端子记载为第3栅极端子，将漏极端子记载为第3漏极端子，将源极端子记载为第3源极端子。内部端子Ti4、第2漏极端子以及第3漏极端子被连接。并且，第3栅极端子与外部端子Te4连接。第3源极端子与分流电阻R1的一端连接。分流电阻R1的另一端、第2源极端子以及外部端子Te5被连接。
在图4所示的一例中，控制信号输出电路CC具有测试端子(图示的test端子)。控制信号输出电路CC与外部端子Te4连接。控制信号输出电路CC根据从外部端子Te4输入的测试信号来输出控制信号，并将第2开关元件F2控制成导通状态或截止状态。
测量电路MCa具有运算放大器OP1、开闭器SW1、开闭器SW2、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5。开闭器SW1以及开闭器SW2分别具有2个端子，通过开闭来切换端子间的连接。开闭器SW1的一端连接于第3源极端子与分流电阻R1之间的连接点(图示的点P1)，另一端与电阻R2连接。开闭器SW2的一端连接于第2源极端子、分流电阻R1的另一端以及外部端子Te5之间的连接点(图示的点P2)，另一端与电阻R3连接。开闭器SW1以及开闭器SW2与外部端子Te4连接。开闭器SW1以及开闭器SW2根据测试信号进行开闭。电阻R2的另一端与运算放大器OP1的同相输入端子连接。并且，电阻R3的另一端与运算放大器OP1的反相输入端子连接。并且，电阻R4的一端与同相输入端子连接，另一端被接地。并且，电阻R5的一端与反相输入端子连接，另一端与运算放大器OP1的输出端子连接。运算放大器OP1的输出端子与外部端子Te3连接。
＜1-7.关于电源模块10的动作模式＞
在本实施方式中，电源模块10按照通常模式和测试模式进行动作。在通常模式下，测试信号例如是低电平的信号。在通常模式下，控制信号输出电路CC将第2开关元件F2作为将第1开关元件F1控制成截止状态或导通状态的开关元件来进行控制。并且，在通常模式下，第3开关元件F3随着低电平的测试信号的输入而被控制成截止状态。并且，在通常模式下，测量电路MCa不进行测量第1开关元件F1的漏极电流的动作。具体地说，开闭器SW1以及开闭器SW2随着低电平的测试信号的输入而被控制成开启状态。因而，在通常模式下，对运算放大器OP1的反相输入端子以及同相输入端子不输入信号。
在测试模式下，测试信号例如是高电平的信号。在测试模式下，控制信号输出电路CC将第2开关元件F2控制成截止状态。并且，在测试模式下，第3开关元件F3随着高电平的测试信号的输入而被控制成导通状态。因而，在测试模式下，第1开关元件F1的漏极电流从内部端子Ti4经由第3漏极端子、第3源极端子以及分流电阻R1而流至外部端子Te5(图示的路径RT2)。在此，路径RT1和路径RT2是并联连接的路径。
并且，在测试模式下，测量电路MCa进行测量第1开关元件F1的漏极电流的动作。具体地说，开闭器SW1以及开闭器SW2随着高电平的测试信号的输入而被控制成关闭状态。在该情况下，测量电路MCa从输出端子输出如下电压，该电压是利用由电阻R2～R5的电阻值规定的增益对在运算放大器OP1的反相输入端子与同相输入端子之间产生的电位差(在该一例中，通过分流电阻R1产生的电位差(即，点P1与点P2之间的电位差))进行放大而得到的电压。
＜1-8.第1实施方式的总结＞
如上所述，本实施方式的电源模块10具有：第1开关元件F1；流入第1开关元件F1所输出的电流(在该一例中，漏极电流)的电流电压转换电路TD；以及测量电流(在该一例中，漏极电流)的大小的测量电路MC，测量电路MC根据电流电压转换电路TD的电阻值来测量第1开关元件F1所输出的电流的大小，第1开关元件F1与测量电路MC形成在一个半导体封装内。在以往技术中，有时因从第1开关元件F1至分流电阻为止的配线图案的影响而很难高精度地测量漏极电流。在本实施方式的电源模块10中，第1开关元件F1和测量电路MC形成在同一封装内。因此，本实施方式的电源模块10能够降低因配线图案的影响而产生的测量误差。因而，本实施方式的电源模块10不使用昂贵的部件(例如，罗高夫斯基线圈)而能够高精度地测量电流。
并且，本实施方式的电源模块10的电流电压转换电路TD具有第2开关元件F2，该第2开关元件F2由与第1开关元件F1不同的材料形成，与第1开关元件F1相比，该第2开关元件F2的开关动作为低速。在本实施方式的电源模块10中，第1开关元件F1与第2开关元件F2级联连接，测量电路MC由与第2开关元件F2相同的材料(在该一例中，硅(Si))形成。在此，开关动作为高速的第1开关元件F1通常是常导通型FET。在该情况下，第1开关元件F1无法根据通常在开关电源装置等中使用的常导通型元件所输出的信号来进行截止动作。本实施方式的电源模块10通过将第2开关元件F2与第1开关元件F1进行级联连接，并使第2开关元件F2进行截止动作，能够将第1开关元件F1控制成截止状态。
并且，在本实施方式的电源模块10中，第1开关元件F1包含氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)，由与形成第2开关元件F2的材料(在该一例中，硅(Si))不同的材料形成。在此，在形成于第1材料WL1的开关元件(例如，第1开关元件F1)和形成于第2材料WL2的开关元件(例如，第2开关元件F2)中，形成于第1材料WL1的开关元件的一方能够使大电流的漏极电流流动，并且高速地进行开关动作。因而，本实施方式的电源模块10通过在氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)的第1材料WL1形成开关元件(在该一例中，第1开关元件F1)，能够使大电流的漏极电流流动，并且高速地进行开关动作。
并且，本实施方式的电源模块10a还具有：第3开关元件F3，其在测量电路MC测量第1开关元件F1所输出的电流(在该一例中，漏极电流)的大小时成为导通状态，在导通状态下，使漏极电流的至少一部分流过与第2开关元件F2并联连接的路径RT2；以及电阻(在该一例中，分流电阻R1)，其与第3开关元件F3串联连接，测量电路MCa根据分流电阻R1的两端的电位差和分流电阻R1的电阻值来测量第1开关元件F1所输出的电流的大小。由此，本实施方式的电源模块10a能够通过简便的电路结构测量第1开关元件F1的漏极电流。
＜2-1.电源模块10的结构＞
以下，对第1实施方式的电源模块10(以下，电源模块10b)的细节进行说明。另外，对与上述的第1实施方式相同的结构标注同一标号而省略说明。
图5是示出第2实施方式所涉及的电源模块10b的结构的一例的图。具体地说，图5是示出电流电压转换电路TD为第2开关元件F2的一例的图。第2实施方式的电源模块10b由第1材料WL1和第2材料WL2b形成。在第2材料WL2b形成有第2开关元件F2、控制信号输出电路CC以及测量电路MCa。另外，在本实施方式中，栅极驱动器GD设置于半导体封装的外部，但是也可以设置于一个半导体封装内。
本实施方式的控制信号输出电路CC与通常模式和测试模式无关地，将第2开关元件F2作为将第1开关元件F1控制成截止状态或导通状态的开关元件来进行控制。
在图5所示的一例中，开闭器SW1的一端连接于内部端子Ti4(第1源极端子)与第2漏极端子之间的连接点(图示的点P1)。并且，开闭器SW2的一端连接于第2源极端子与外部端子Te5之间的连接点(图示的点P2)。在通常模式下，测量电路MCa不进行测量第1开关元件F1的漏极电流的动作。具体地说，开闭器SW1以及开闭器SW2随着低电平的测试信号的输入而被控制成开启状态。因而，在通常模式下，对运算放大器OP1的反相输入端子以及同相输入端子不输入信号。并且，在测试模式下，测量电路MCa进行测量第1开关元件F1的漏极电流的动作。具体地说，开闭器SW1以及开闭器SW2随着高电平的测试信号的输入而被控制成关闭状态。在该情况下，测量电路MCa从输出端子输出如下电压，该电压是利用由电阻R2～R5的电阻值规定的增益对在运算放大器OP1的反相输入端子与同相输入端子之间产生的电位差(在该一例中，在第2漏极端子与第2源极端子之间产生的电位差(即，点P1与点P2之间的电位差))进行放大而得到的电压。在第2漏极端子与第2源极端子之间产生的电位差是指通过第2开关元件F2的导通电阻产生的电位差。
＜2-2.第2实施方式的总结＞
如上所述，在本实施方式的电源模块10a中，测量电路MCa根据通过第2开关元件F2的导通电阻产生的第2开关元件F2的两端(在该一例中，第2漏极端子与第2源极端子之间)的电位差，来测量第1开关元件F1所输出的电流(在该一例中，漏极电流)的大小。由此，本实施方式的电源模块10a能够通过不具有分流电阻R1的简便的电路结构测量第1开关元件F1的漏极电流。
＜3-1.电源模块10的结构＞
以下，对第3实施方式的电源模块10(以下，电源模块10c)的细节进行说明。另外，对与上述的第1实施方式以及第2实施方式相同的结构标注同一标号而省略说明。
图6是示出第3实施方式所涉及的电源模块10c的结构的一例的图。具体地说，图6是示出电流电压转换电路TD具有分流电阻R6、第4开关元件F4以及第5开关元件F5的结构的一例的图。第3实施方式的电源模块10c由第1材料WL1和第2材料WL2c形成。在第2材料WL2c形成有第2开关元件F2、控制信号输出电路CC以及测量电路MCc。另外，在本实施方式中，栅极驱动器GD设置于半导体封装的外部，但是也可以设置于一个半导体封装内。
测量电路MCc具有运算放大器OP2、开闭器SW3、开闭器SW4、第4开关元件F4、第5开关元件F5、分流电阻R6以及反相放大电路APC。第4开关元件F4以及第5开关元件F5例如是FET。第5开关元件F5选定第2开关元件F2与第5开关元件F5的栅极宽度之比例如为1000：1的FET。但是，栅极宽度之比并不限于此。在之后的说明中，将第4开关元件F4所具有的栅极端子记载为第4栅极端子，将漏极端子记载为第4漏极端子，将源极端子记载为第4源极端子。并且，将第5开关元件F5所具有的栅极端子记载为第5栅极端子，将漏极端子记载为第5漏极端子，将源极端子记载为第5源极端子。开闭器SW3以及开闭器SW4分别具有2个端子，通过开闭来切换端子间的连接。开闭器SW3的一端连接于内部端子Ti4(第1漏极端子)与第2漏极端子之间的连接点(图示的点P1)。并且，开闭器SW3的另一端与运算放大器OP2的同相输入端子连接。开闭器SW4的一端连接于第2源极端子与外部端子Te5之间的连接点(图示的点P2)。并且，开闭器SW4的另一端与第5源极端子连接。开闭器SW3以及开闭器SW4与外部端子Te4连接。开闭器SW3以及开闭器SW4根据测试信号进行开闭。
分流电阻R6的一端与施加于第2材料WL2的电压的电位(图示的电位VDD)连接。分流电阻R6的另一端与反相放大电路APC的输入端子以及第4漏极端子连接。第4源极端子、第5漏极端子以及运算放大器OP2的反相输入端子被连接。第5开关元件F5的第5栅极端子与外部端子Te4连接。
本实施方式的控制信号输出电路CC与通常模式和测试模式无关地，将第2开关元件F2作为将第1开关元件F1控制成截止状态或导通状态的开关元件来进行控制。
反相放大电路APC具有运算放大器OP3、电阻R7以及电阻R8。反相放大电路APC具有输入端子(图示的in端子)以及输出端子(图示的out端子)。电阻R7的一端与输入端子连接。电阻R7的另一端、电阻R8的一端以及运算放大器OP3的反相输入端子被连接。运算放大器OP3的同相输入端子和电阻R8的另一端被接地。运算放大器OP3的输出端子与反相放大电路APC的输出端子连接。并且，反相放大电路APC的输出端子与外部端子Te3连接。
＜3-2.关于电源模块10c的动作模式＞
在本实施方式中，电源模块10c按照通常模式和测试模式进行动作。在通常模式下，测试信号例如是低电平的信号。在通常模式下，第5开关元件F5随着低电平的测试信号输入到第5栅极端子而被控制成截止状态。并且，在通常模式下，测量电路MCa不进行测量第1开关元件F1的漏极电流的动作。具体地说，开闭器SW1以及开闭器SW2随着低电平的测试信号的输入而被控制成开启状态，对测量电路MCc(运算放大器OP2)不输入信号，不进行输出信号的输出。
在测试模式下，测试信号例如是高电平的信号。开闭器SW3以及开闭器SW4随着高电平的测试信号的输入而被控制成关闭状态。在测试模式下，第5开关元件F5随着高电平的测试信号的输入而被控制成导通状态。测量电路MCc的运算放大器OP2从输出端子输出与在点P1与点P2之间产生的电位差相应的电压。并且，对第4开关元件F4的第4栅极端子施加与该电位差相应的电压，在第4开关元件F4的第4漏极端子与第4源极端子之间流过与该电位差相应的漏极电流。该漏极电流从分流电阻R6经由第4漏极端子、第4源极端子、第5漏极端子以及第5源极端子而流至外部端子Te5(图示的路径RT3)。如上所述，第2开关元件F2与第5开关元件F5的栅极宽度例如被设定为1000：1。因而，流过路径RT3的漏极电流是大小与流过路径RT1的漏极电流成比例的电流、且是流过路径RT1的漏极电流的1/1000的大小的电流。在此，第4开关元件F4以及第5开关元件F5是电流供给部的一例。另外，在以上说明中，对第2开关元件F2与第5开关元件F5的栅极宽度被设定为1000：1的情况进行了说明，但是并不限于此。在此，优选流过路径RT3的电流因流过分流电阻R6而被消耗的电力损耗比较小。第2开关元件F2与第5开关元件F5的栅极宽度的比率只要是该电力损耗比较小那样的值，则也可以是任意值。
如上所述，在该一例中，在测试模式下，流过路径RT1的漏极电流的1/1000的大小的漏极电流流过路径RT3。并且，在分流电阻R6的两端产生与该漏极电流相应的电位差(即，跟点P1与点P2之间的电位差相应的电位差)。反相放大电路APC的运算放大器OP3从输出端子输出利用由电阻R7～R8的电阻值规定的增益对该电位差进行反相放大而得到的电压。另外，代替进行反相放大的结构，反相放大电路APC也可以是对该电位差进行同相放大的结构。
＜3-3.第3实施方式的总结＞
如上所述，在本实施方式的电源模块10c中，电流电压转换电路TD具有：使与流过第1开关元件F1的电流(在该一例中，漏极电流)成比例的电流流动的电流供给部(在该一例中，第4开关元件F4以及第5开关元件F5)；以及与电流供给部串联连接的电阻(在该一例中，分流电阻R6)，测量电路MCc根据分流电阻R6的两端的电位差和分流电阻R6的电阻值来测量第1开关元件F1所输出的电流的大小。
在此，在测试模式下，当使漏极电流全部流过分流电阻(例如，图4所示的分流电阻R1)时，有时因热而产生电力损耗。与此相对，本实施方式的电源模块10c对第2开关元件F2与第5开关元件F5的栅极宽度进行调整，与流过路径RT1的漏极电流成比例的电流(在该一例中，1/1000)流过路径RT3。因而，根据本实施方式的电源模块10c，通过使与流过第1开关元件F1的漏极电流相应的(成比例的)少量的电流流过分流电阻R6，能够降低伴随电流测量而产生的电力损耗。并且，在根据第2开关元件F2的导通电阻来测量漏极电流的情况下，要求在将第2开关元件F2形成于第2材料WL2之后，对第2开关元件F2的导通电阻进行测量来获取电阻值。与此相对，本实施方式的电源模块10c由于通过在分流电阻R6的两端产生的电位差来测量电流，因此与根据第2开关元件F2的导通电阻来测量电流的情况相比，能够更高精度地测量漏极电流。
＜4-1.DC-DC转换器1的结构＞
以下，对第4实施方式的DC-DC转换器1进行说明。另外，对与上述的第1实施方式、第2实施方式以及第3实施方式相同的结构标注同一标号而省略说明。
图7是示出第4实施方式所涉及的DC-DC转换器1的结构的一例的图。第4实施方式的DC-DC转换器1具有电源模块10a、电源模块10b以及电源模块10c中的任意电源模块10、恒定电压源PW、电感器L、二极管D、电容器BC、第1分压电阻PR1、第2分压电阻PR2、负载LD以及控制装置30。外部端子Te1与栅极驱动器GD连接。对外部端子Te2施加电位VDD。外部端子Te3与控制装置30连接。电源模块10将输出信号从外部端子Te3输出到控制装置30。控制装置30与外部端子Te4连接。控制装置30对电源模块10(外部端子Te4)输入测试信号。控制装置30与栅极驱动器GD连接。控制装置30对栅极驱动器GD输入PWM信号。栅极驱动器GD与外部端子Te1连接。栅极驱动器GD对电源模块10(外部端子Te1)输入栅极信号。外部端子Te5与外部端子Te6被接地。电位VDD经由电感器L施加到外部端子Te7。并且，在外部端子Te7连接有二极管D的阳极。在二极管D的阴极连接有负载LD的一端。负载LD的另一端被接地。第1分压电阻PR1与第2分压电阻PR2串联连接。串联连接的第1分压电阻PR1以及第2分压电阻PR2与负载LD并联连接。并且，在负载LD并联连接有电容器BC。对负载LD施加第1开关元件F1进行开关的信号。控制装置30根据电源模块10所输出的输出信号来控制电源模块10的动作。具体地说，在输出信号表示成为过电流的漏极电流正流过负载LD的情况下，控制装置30将停止进行开关的PWM信号输入到栅极驱动器GD。
另外，也可以是如下结构：在第2开关元件F2与通常模式和测试模式无关地作为将第1开关元件F1控制成截止状态或导通状态的开关元件来进行动作、并且第2开关元件F2持续使第1开关元件F1成为导通状态的情况下，对外部端子Te4施加电位VDD。
＜4-2.第4实施方式的总结＞
如上所述，本实施方式的DC-DC转换器1具有：电源模块10；控制装置30，其将基于电源模块10的输出信号的控制信号作为对电源模块10所具有的第1开关元件F1进行控制的信号(在该一例中，对栅极驱动器GD进行控制的PWM信号)来输出；以及电力转换电路，其通过第1开关元件F1的开关动作来转换被输入的电力并输出。并且，本实施方式的控制装置30根据电源模块10所测量的电流的大小来输出控制信号。另外，在以上说明中，示出控制装置30将PWM信号作为对开关元件进行控制的控制信号的一例来输出的例，但是控制装置30也可以代替PWM信号而输出PAM信号。在以往技术中，通过电源模块测量漏极电流，有时只能输出所测量的电流是否为过电流的二值化的信息。在本实施方式的DC-DC转换器1中，控制装置30能够将电源模块10所输出的与漏极电流的变化相应的输出信号用于第1开关元件F1的控制。
另外，在以上说明中，对电源模块10由不同种类的2个材料(在该一例中，第1材料WL1以及第2材料WL2)形成的情况进行了说明，但是并不限于此。例如，电源模块10也可以是由第1材料WL1形成的结构。在该情况下，形成于第2材料WL2的各电路形成于第1材料WL1。
并且，上述实施方式以及各变形例中的结构也可以在互不矛盾的范围内适当地组合。
标号说明
1…DC-DC转换器、10、10a、10b、10c…电源模块、30…控制装置、APC…反相放大电路、CC…控制信号输出电路、F1…第1开关元件、F2…第2开关元件、F3…第3开关元件、F4…第4开关元件、F5…第5开关元件、MC、MCa、MCc…测量电路、OP1、OP2、OP3…运算放大器、R1、R6…分流电阻、RT1、RT2、RT3…路径、WL1…第1材料、WL2、WL2a、WL2b、WL2c…第2材料。

Claims (5)

1.一种电源模块，其具有：
第1开关元件；
电流电压转换电路，所述第1开关元件所输出的电流流入该电流电压转换电路；
测量电路，其测量电流的大小；
输出端子，其输出表示所述测量电路测量到的所述电流的大小的输出信号；以及
第2开关元件，其由与所述第1开关元件不同的材料形成，与所述第1开关元件相比，所述第2开关元件的开关动作为低速，所述第2开关元件与所述第1开关元件级联连接，
所述测量电路根据所述电流电压转换电路的电阻值来测量所述第1开关元件所输出的电流的大小，
所述第1开关元件和所述测量电路形成在一个半导体封装内，
所述电流电压转换电路具有：
第3开关元件，其在所述测量电路测量所述第1开关元件所输出的电流的大小时成为导通状态，在所述导通状态下，所述第3开关元件使所述电流的至少一部分流过与所述第2开关元件并联连接的路径；以及
电阻，其与所述第3开关元件串联连接，
所述测量电路根据所述电阻的两端的电位差和所述电阻的电阻值来测量所述第1开关元件所输出的电流的大小。
2.根据权利要求1所述的电源模块，其中，
所述测量电路由与所述第2开关元件相同的材料形成。
3.根据权利要求2所述的电源模块，其中，
所述第1开关元件包含氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)。
4.一种DC-DC转换器，其具有：
权利要求1至3中的任意一项所述的电源模块；以及
控制装置，其输出基于所述电源模块的输出信号的控制信号，来作为对所述电源模块所具有的所述第1开关元件进行控制的信号。
5.根据权利要求4所述的DC-DC转换器，其中，
所述控制装置根据所述电源模块所测量的电流的大小来输出所述控制信号。
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