JP2008004833A - 電流検出装置及びこれを使用した電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高い電流検出装置を得ることが困難であった。
【解決手段】 本発明に従う電流検出装置は、被測定電流が流れる電流通路に接続され且つアルミニウムで形成された電流検出抵抗と、第１及び第２の入力端子を有し且つ第１の入力端子の信号と第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、電流検出抵抗の一端と増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つアルミニウムで形成された第１の入力抵抗と、
電流検出抵抗の他端と増幅器の第２の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムで形成された第２の入力抵抗と、増幅器の第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、増幅器の第１の入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗とを有している。電流検出抵抗と第１及び第２の入力抵抗とは互いに同一の温度係数を有するので、電流検出精度が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等の制御可能な半導体素子を流れる電流の検出に好適な電流検出装置及びこれを使用した電力供給装置に関する。

従来の過電流保護回路を伴なった電力供給装置は、例えば図１に示すように、直流電源１に接続される電源端子２と、共通電源端子即ちグランド端子３と、負荷４を接続するための出力端子５と、電源端子２と出力端子５との間に接続された制御可能な半導体素子Q１と、この半導体素子Q1の導通を制御するための制御回路６と、半導体素子Q1に流れる電流Iｓを検出するための電流検出回路７´と、半導体素子Q1に流れる電流Iｓ即ち負荷４に流れる電流Iｏが所定値（過電流レベル）よりも大きいか否かを判定するための基準電圧源８及び比較器９とを有する。

電流検出回路７´は、電流検出抵抗Rｓ´と、第１、第２及び第３の入力抵抗R１´、R２´、R3´と、帰還抵抗Rf´と、オペアンプから成る増幅器１０とから成る。電流検出抵抗Rs´の一端１１はFETから成る半導体素子Q1を介して電源端子２に接続され、他端１２は出力端子５と負荷４とを介してグランド端子３に接続されている。第１の入力抵抗R1´は電流検出抵抗Rs´の一端１１と増幅器１０の第１の入力端子（負入力端子）１３との間に接続されている。第２の入力抵抗R２´は電流検出抵抗Rs´の他端１2と増幅器１０の第２の入力端子（正入力端子）１４との間に接続されている。第３の入力抵抗R3´は増幅器１０の第２の入力端子（正入力端子）１４とグランド端子３との間に接続されている。帰還抵抗Rf´は、増幅器１０の出力端子１５と第１の入力端子１３との間に接続されている。

オペアンプから成る増幅器１０と第１、第２及び第３の入力抵抗R１´、R２´、R3´と帰還抵抗Rf´とは周知の差動増幅器を構成している。従って、第１、第２及び第３の入力抵抗R１´、R２´、R3´の抵抗値をこれ等と同一のR１´、R２´、R3´で示し、帰還抵抗Rf´の抵抗値をこれと同一のRf´で示せば、電流Isと出力電圧Voutとの間に次の式１の関係が成立する。
Vout＝｛（Rf´＋R3´）／（R1´＋R2´）｝（Rs´・Is）……（式１）
また、差動増幅にするために、R1´＝R２´及びRf´＝R3´に設定されているとすれば次の式２が成立する。
Vout＝（Rf´／R1´）（Rs´・Is）……………………………（式２）
従って、電流検出抵抗Rs´に流れる電流Isに比例した電圧Voutを電流検出回路７´から得ることができる。

過電流検出用の比較器９の一方の入力端子（正入力端子）は増幅器１０の出力端子１５に接続され、他方の入力端子（負入力端子）は基準電圧源８に接続されている。基準電圧源８は、電流検出抵抗Rs´に流れる電流Isの過電流レベルを示す基準電圧を発生しているので、比較器９は電流検出回路７´の出力電圧Vout が基準電圧より高い時に過電流を示す信号を出力する。

制御回路６は、制御信号形成回路１６と駆動回路１７と過電流停止スイッチ１８とを有する。制御信号形成回路１６は、半導体素子Q1をオン・オフ制御するための制御信号を形成する。制御信号形成回路１６と半導体素子Q1の制御端子Gとの間に接続された駆動回路１７は制御信号に対応するように半導体素子Q1をオン・オフ制御する。過電流停止スイッチ１８は、制御信号形成回路１６と駆動回路１７との間の信号伝送路とグランドとの間に接続され、比較器９の過電流を示す出力に応答してオンになり、制御信号の伝送を遮断し、半導体素子Q1をオフに制御する。図１では理解を容易にするために過電流停止スイッチ１８を独立に示したが、これ又はこれと同一の機能を有するものを制御信号形成回路１６又は駆動回路１７に含めることもできる。また、過電流停止スイッチ１８を独立に設けずに制御信号形成回路１６又は駆動回路１７に含まれている制御素子を過電流停止用に兼用して過電流停止制御することもできる。

ところで、電流検出抵抗Rｓ´には負荷４の電流が流れる。このため、電流検出抵抗Rｓ´において電圧降下即ち電力損失が発生し、且つ発熱する。従って、電流検出抵抗Rs´の値は、電流検出可能な範囲においてできるだけ小さい方が望ましく、例えば数A以上の電流を検出するために数百ミリΩ以下にすることが望ましい。ところで、半導体集積回路では、抵抗が拡散抵抗やポリ抵抗（ポリシリコン抵抗）で形成される。しかし、これ等のシート抵抗は数百〜数千Ω／□であるため、もし数百ミリΩ以下の電流検出抵抗Rs´をこれ等で形成しようとすると、電流検出抵抗Rs´の面積が大きくなり、半導体集積回路のコストの上昇を招く。

この種の問題を解決するために例えば特開平２−３０１１５１号公報（特許文献１）に開示されているようにRs´をシート抵抗が数m〜数十mΩ／□のアルミニウム膜で形成することが考えられる。しかし、アルミニウム膜の温度係数は3000〜4000ppm／℃であり、拡散抵抗やポリシリコン抵抗の温度係数（０〜1500ppm／℃）に比べて大きいために電流検出精度が低下する。即ち、図1の電流検出抵抗Rs´をアルミニウム膜で形成し、第１、第２及び第３の入力抵抗R1´、R2´、R3´及び帰還抵抗Rf´を拡散抵抗又はポリシリコン抵抗で形成すると、前記式２から明らかなように電流Isが一定であっても温度が変化するとRs´、Rf´、R1´の値が変化し、出力電圧Voutも変化する。また、電流検出抵抗Rs´は、発熱によって比較的温度が高くなるが、第１、第２及び第３の入力抵抗R1´、R2´、R3´及び帰還抵抗Rf´には負荷電流に比例した電流が流れないためにRs´とR1´、R2´、R3´、Rf´との間に温度差が生じ、電流検出精度が低下するという問題がある。
特開平２−３０１１５１号公報

従って、本発明が解決しようとする課題は精度の高い電流検出装置を得ることが困難なことである。そこで、本発明の目的は高精度の電流検出装置及びこれを使用した電力供給装置を提供することにある。

上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、
被測定電流が流れる電流通路に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された電流検出抵抗と、
第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第１の入力抵抗と、
前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第２の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続された帰還抵抗と
から成る電流検出装置に係わるものである。

なお、請求項２に示すように、電流検出装置を、
被測定電流が流れる電流通路に接続された電流検出抵抗と、
第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数（抵抗率の温度係数）を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第１の入力抵抗と、
前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第２の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続されている帰還抵抗とで構成することもできる。
また、請求項３に示すように、前記第３の入力抵抗は、前記増幅器の前記第２の入力端子と前記共通電源端子との間に接続され且つ正の温度係数を有している第１の抵抗と、前記第１の抵抗に対して直列に接続され且つ基準温度において前記第１の抵抗と同一又は同一と見なせる抵抗値を有し且つ負の温度係数を有している第２の抵抗とから成り、前記帰還抵抗は、前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続され且つ正の温度係数を有している第３の抵抗と、前記第３の抵抗に対して直列に接続され且つ前記基準温度において前記第３の抵抗と同一又は同一と見なせる抵抗値を有し且つ負の温度係数を有している第４の抵抗とから成ることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記電流検出抵抗と前記第１及び第２の入力抵抗とは、同一基板上に重ねて配置され且つ電気的に絶縁されていることが望ましい。
また、請求項５に示すように、請求項１の発明の電流検出装置を使用して電力供給装置を、
直流電源に接続される電源端子及び共通電源端子（グランド端子）と、
前記電源端子と前記共通電源端子との間に負荷を介して接続された制御可能な半導体素子と、
前記半導体素子に対して直列に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された電流検出抵抗と、
第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第１の入力抵抗と、
前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第２の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続された帰還抵抗と、
前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するための基準電圧を与える基準電圧源と、
前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するものであって、前記増幅器の出力端子に接続された一方の入力端子と前記基準電圧源に接続された他方の入力端子と前記増幅器の出力電圧が前記基準値電圧よりも高いか否かを示す信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
前記半導体素子の制御端子と前記比較器の前記出力端子とに接続され、且つ前記半導体素子をオン駆動するための制御信号を形成する手段と前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいことを示す前記比較器の出力に応答して前記半導体素子をオフに制御する手段とを有している制御回路と
で構成することができる。
また、請求項６に示すように、請求項２の発明の電流検出装置を使用して電力供給装置を、
直流電源に接続される電源端子及び共通電源端子（グランド端子）と、
前記電源端子と前記共通電源端子との間に負荷を介して接続された制御可能な半導体素子と、
前記半導体素子に対して直列に接続された電流検出抵抗と、
第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第１の入力抵抗と、
前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第２の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続されている帰還抵抗と
前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するための基準電圧を与える基準電圧源と、
前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するものであって、前記増幅器の出力端子に接続された一方の入力端子と前記基準電圧源に接続された他方の入力端子と前記増幅器の出力電圧が前記基準値電圧よりも高いか否かを示す信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
前記半導体素子の制御端子と前記比較器の前記出力端子とに接続され、且つ前記半導体素子をオン駆動するための制御信号を形成する手段と前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいことを示す前記比較器の出力に応答して前記半導体素子をオフに制御する手段とを有している制御回路と
で構成することができる。
また、請求項７に示すように、請求項５又は６記載の電力供給装置において、更に、前記半導体素子と前記電流検出抵抗との直列回路に対して並列に接続された別の制御可能な半導体素子を有し、
前記別の制御可能な半導体素子の制御端子は前記電流検出抵抗に直列に接続された前記半導体素子と同時にオン・オフ制御されるように前記制御回路に接続され、
前記電流検出抵抗に流れる電流値は前記別の制御可能な半導体素子に流れる電流値と所定の比率を有していることが望ましい。
また、請求項８に示すように、請求項５又は６又は７の電力供給装置において、前記半導体素子と前記増幅器と前記比較器と前記制御回路とは同一の半導体基板に形成され、前記電流検出抵抗と前記第１及び第２の入力抵抗とは、前記半導体基板上に重ねて配置され且つ電気的に絶縁されていることが望ましい。

本願の請求項１の発明によれば、電流検出抵抗と第１及び第２の入力抵抗との両方がアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属によって形成されているので、電流検出抵抗と第１及び第２の入力抵抗との温度係数を同一にすることができ、温度変化による電流検出精度の低下を抑えることができる。また、電流検出抵抗がアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属であるので、この小型化を図ることができる。
請求項２の発明によれば、電流検出抵抗と第１及び第２の入力抵抗とが熱結合されているので、これ等の温度を互いに近づけることができ、温度変化による電流検出精度の低下を抑えることができる。
請求項３の発明によれば、第３の入力抵抗と帰還抵抗の温度変化による電流検出精度の低下を抑えるという効果を有する。
請求項４の発明によれば、電流検出抵抗と第１及び第２の入力抵抗との熱結合を良好に達成することができる。
請求項５〜８の発明によれば、請求項１〜４の発明と同様な効果を得ることができ、更に、電力供給装置の過電流保護を高精度に行うことができる。
請求項７の発明によれば、電流検出抵抗に流れる電流を低減できる。

次に、図２〜図５を参照して本発明の実施形態を説明する。

図２に示す本発明の実施例１に従う電力供給装置は、直流電源１に接続される電源端子２と、共通電源端子即ちグランド端子３と、負荷４を接続するための出力端子５と、電源端子２と出力端子５との間に接続された制御可能な半導体素子Q１と、この半導体素子Q1の導通を制御するための制御回路６と、半導体素子Q1に流れる電流Iｓ即ち負荷４に流れる電流Iｏを検出するための電流検出回路７と、半導体素子Q1に流れる電流Iｓが所定値（過電流レベル）よりも大きいか否かを判定するための基準電圧源８及び比較器９とを有し、半導体集積回路で構成されている。なお、図２において、電流検出回路７以外は図１と同一に形成されている。

電流検出回路７は、被測定電流としての電流Iｓを検出するための電流検出抵抗Rｓと、第１、第２及び第３の入力抵抗R１、R２、R3と、帰還抵抗Rfと、オペアンプから成る増幅器１０とから成る。電流検出抵抗Rsの一端１１はFETから成る半導体素子Q1を介して電源端子２に接続され、他端１２は出力端子５と負荷４とを介してグランド端子３に接続されている。第１の入力抵抗R1は電流検出抵抗Rsの一端１１と増幅器１０の第１の入力端子（負入力端子）１３との間に接続されている。第２の入力抵抗R２は電流検出抵抗Rsの他端１2と増幅器１０の第２の入力端子（正入力端子）１４との間に接続されている。第３の入力抵抗R3は増幅器１０の第２の入力端子（正入力端子）１４とグランド端子３との間に接続されている。帰還抵抗Rfは、増幅器１０の出力端子１５と第１の入力端子１３との間に接続されている。

電流検出抵抗Rsは、図３及び図４に示すように半導体基板２１の上に第１の絶縁層２２を介して配置されたアルミニウム膜から成る。半導体基板２１の中には、図２に示す絶縁ゲート型FETから成る半導体素子Q1、制御回路６、比較器９及び電流検出回路７の増幅器１０が形成されている。半導体素子Q1と出力端子５との間の配線もアルミニウム形成されているので、電流検出抵抗Rsを配線導体の一部と考えることもできる。

図３及び図４に示すように第１及び第２の入力抵抗R1、R2の大部分は電流検出抵抗Rsの上に第２の絶縁層２３を介して配置され、電流検出抵抗Rsに対して熱結合されている。第１及び第２の入力抵抗R1、R2の電流検出抵抗Rsに対して重なる部分の割合は好ましくは５０％以上、より好ましくは８０％以上である。第２の絶縁層２３は、第１及び第２の入力抵抗R1、R2の温度が電流検出抵抗Rsの温度の好ましくは８０〜１００％、より好ましくは９０〜１００％、最も好ましくは同一に成るように形成される。本実施例の第１及び第２の入力抵抗R1、R2は、電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有するアルミニウム膜で形成されている。また、第１及び第２の入力抵抗R1、R2は基準温度（２５℃）において互いに同一又は同一と見なせる抵抗値を有するように形成されている。

本実施例の第３の入力抵抗R3は、第１及び第２の抵抗R3a、R3bの直列回路から成る。第１の抵抗R3aは正の温度係数を有するアルミニウムで形成されている。第２の抵抗R3ｂは負の温度係数を有するポリシリコンで形成されている。第１及び第２の抵抗R3a、R3bは、基準温度（２５℃）において互いに同一又は同一と見なせる抵抗値を有し、且つ互いに同一又は同一と見なせる温度係数の絶対値を有することが望ましい。しかし、第１及び第２の抵抗R3a、R3ｂの温度係数の絶対値が同一でない場合であっても、温度係数の相殺の効果が得られる。もし、第１及び第２の抵抗R3a、R3bの抵抗値が互いに同一であり、且つ第１の抵抗R3aの正の温度係数の絶対値と第２の抵抗R3bの負の温度係数の絶対値とが同一の場合には、温度変化に拘わらず、第１及び第２の抵抗R3a、R3bの合成抵抗から成る第３の入力抵抗R3の値は一定に保たれる。

図２の実施例の帰還抵抗Rfは、第３及び第４の抵抗Rfa、Rfbの直列回路から成る。第３の抵抗Rｆaは正の温度係数を有するアルミニウムで形成されている。第４の抵抗Rｆｂは負の温度係数を有するポリシリコンで形成されている。第３及び第４の抵抗Rｆa、Rｆbは、基準温度（２５℃）において互いに同一又は同一と見なせる抵抗値を有し、且つ互いに同一又は同一と見なせる温度係数の絶対値を有することが望ましい。しかし、第３及び第４の抵抗Rｆa、Rｆｂの温度係数の絶対値が同一でない場合であっても、温度係数の相殺の効果が得られる。もし、第３及び第４の抵抗Rｆa、Rｆbの抵抗値が互いに同一であり、且つ第３の抵抗Rｆaの正の温度係数の絶対値と第４の抵抗Rｆbの負の温度係数の絶対値とが同一の場合には、温度変化に拘わらず、第３及び第４の抵抗Rｆa、Rｆbの合成抵抗から成る帰還抵抗Rｆの値は一定に保たれる。

オペアンプから成る増幅器１０と第１、第２及び第３の入力抵抗R１、R２、R3と帰還抵抗Rfとは周知の差動増幅器を構成している。従って、第１、第２及び第３の入力抵抗R１、R２、R3の抵抗値をこれらと同一のR１、R２、R3で示し、帰還抵抗Rfの抵抗値をこれと同一のRfで示せば、電流Isと出力電圧Voutとの間に次の式３の関係が成立する。
Vout＝｛（Rf＋R3）／（R1＋R2）｝（Rs・Is） ……（式３）
また、差動増幅するために、R1＝R２及びRf＝R3に設定されているとすれば次の式４が成立する。
Vout＝（Rf／R1）（Rs・Is） ……………………（式４）
従って、電流検出抵抗Rsに流れる電流Isに比例した電圧Voutを電流検出回路７から得ることができる。

次に、図２の電流検出回路７によって温度依存性の低い電流検出が可能であることを説明する。
２５℃における電流検出抵抗Rsの抵抗値をRａ、第１及び第２の入力抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を互いに同一のＲｂ、電流検出抵抗Rsと第１及び第２の入力抵抗Ｒ１，Ｒ２との温度係数を互いに同一のαとすると、任意の温度Ｔにおける電流検出抵抗Rsの抵抗値Ｒｓ、第１及び第２の入力抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を次の式５、式６で示すことができる。
Ｒｓ＝Ｒａ｛１＋α（Ｔ―２５℃）｝ ……（式５）
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒｂ｛１＋α（Ｔ―２５℃）｝ ……（式６）
また、２５℃における、第３の入力抵抗Ｒ３を構成する第１及び第２の抵抗Ｒ３ａ、Ｒ３ｂと帰還抵抗Ｒｆを構成する第３及び第４の抵抗Ｒｆａ、Rｆｂとの抵抗値を互いに同一のRｃ、第１の抵抗Ｒ３ａと第３の抵抗Ｒｆａとの正の温度係数をそれぞれ同一の＋β、第２の抵抗Ｒ３ｂと第４の抵抗Ｒｆｂの負の温度係数を互いに同一の―βとすると、任意の温度Ｔにおける第１、第２、第３及び第４の抵抗Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒｆａ，Ｒｆｂの抵抗値Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒｆａ，Ｒｆｂを次の式７、式８で示すことができる。
Ｒ３ａ＝Ｒｆａ＝Ｒｃ{１＋β（Ｔ―２５℃）} ……（式７）
Ｒ３ｂ＝Ｒｆｂ＝Ｒｃ{１―β（Ｔ―２５℃）} ……（式８）
式３に従って電流検出回路７の出力電圧Voutを次の式９で示すことができる。
Vout＝｛（Rfａ＋Rfｂ＋R3ａ＋R3ｂ）／（R1＋R2）｝（Rs・Is） …（式９）
式９に式５〜式８を代入することによって次の式１０が得られる。
Vout＝４Ｒｃ［Ｒａ｛１＋α（Ｔ―２５℃）｝］Ｉｓ／[２Ｒｂ｛１＋α（Ｔ―２５℃）｝]
＝（２Ｒｃ／Ｒｂ）（Ｒａ・Ｉｓ） …（式１０）
この式１０から明らかなように、電流検出回路７の出力電圧Voutは温度に依存しなくなる。

過電流検出用の比較器９の一方の入力端子（正入力端子）は増幅器１０の出力端子１５に接続され、他方の入力端子（負入力端子）は基準電圧源８に接続されている。基準電圧源８は、電流検出抵抗Rsに流れる電流Isの過電流レベルを示す基準電圧を発生しているので、比較器９は電流検出回路７の出力電圧Vout が基準電圧より高い時に過電流を示す信号を出力する。

図２の制御回路６は、図１と同様に制御信号形成回路１６と駆動回路１７と過電流停止制御スイッチ１８とを有する。制御信号形成回路１６は、半導体素子Q1を制御（例えばオン・オフ制御）するための制御信号を形成する。制御信号形成回路１６と半導体素子Q1の制御端子Gとの間に接続された駆動回路１７は制御信号に対応するように半導体素子Q1を制御する。過電流停止スイッチ１８は、制御信号形成回路１６と駆動回路１７との間の信号伝送路とグランドとの間に接続され、比較器９の過電流を示す出力に応答してオンになり、制御信号の伝送を遮断し、半導体素子Q1をオフに制御する。図１では理解を容易にするために過電流停止スイッチ１８を独立に示したが、これ又はこれと同一の機能を有するものを制御信号形成回路１６又は駆動回路１７に含めることもできる。また、過電流停止スイッチ１８を独立に設けずに制御信号形成回路１６又は駆動回路１７に含まれている制御素子を過電流停止用に兼用して過電流停止制御することもできる。

本実施例によれば次の効果が得られる。
（１）電流検出抵抗Ｒｓと第１及び第２の入力抵抗Ｒ１，Ｒ２とがアルミニウムによって形成されているので、電流検出抵抗Ｒｓと第１及び第２の入力抵抗Ｒ１，Ｒ２との温度係数を同一にすることができ、温度変化による電流Ｉｓの検出精度を向上させることができる。また、電流検出抵抗Ｒｓがアルミニウムであるので、この小型化を図ることができる。
（２）第１及び第２の入力抵抗Ｒ１，Ｒ２が電流検出抵抗Ｒｓの上に配置され、電流検出抵抗Ｒｓに対して熱結合されているので、これ等の温度を互いに近づけることができ、温度変化による電流検出精度の低下を抑えることができる。
（３）第３の入力抵抗Ｒ３は正の温度係数を有する第１の抵抗Ｒ３ａと負の温度係数を有する第２の抵抗Ｒ３ｂとから成り、且つ帰還抵抗Ｒｆは正の温度係数を第３の抵抗Ｒｆａと負の温度係数を有する第４の抵抗Ｒｆｂから成るので、温度変化による第３の入力抵抗Ｒ３の抵抗値及び帰還抵抗Ｒｆの抵抗値の変化がすくなくなり、電流検出精度が向上する。
（４）基準温度（２５℃）において、第３の入力抵抗Ｒ３の第１及び第２の抵抗Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ及び帰還抵抗Ｒｆの第３及び第４の抵抗Ｒｆａ、Ｒｆｂが互いに同一の抵抗値を有するので、電流検出回路７の出力Ｖｏｕｔの温度依存性を極めて小さくすることができる。
（５）電流検出抵抗Ｒｓ等の温度変化に拘わらず、電流Ｉｓを正確に検出できるので、過電流状態の正確な検出も可能になり、比較器９を使用して過電流時に半導体素子Ｑ１を正確にオフにすることができる。

次に、図５を参照して実施例２の電力供給装置を説明する。但し、図５において図２と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図５の実施例２の電力供給装置は、図２の電力供給装置に第２の半導体素子Ｑ２を付加し、その他は図２と同一に構成したものである。

第２の半導体素子Ｑ２は、第１の半導体素子Ｑ１と電流検出抵抗Ｒｓとの直列回路に対して並列に接続されている。即ち、第２の半導体素子Ｑ２としてのＦＥＴのドレインは電源端子２に接続され、そのソースはグランド端子３に接続され、そのゲートは駆動回路１７に接続されている。従って、第２の半導体素子Ｑ２は第１の半導体素子Ｑ１と同期してオンオフ制御される。第１の半導体素子Ｑ１の電流をＩｓ１，第２の半導体素子Ｑ２の電流をＩｓ２とすれば、負荷４に流れる電流Ｉｏは第１の半導体素子Ｑ１の電流をＩｓ１と第２の半導体素子Ｑ２の電流をＩｓ２との和になる。第１の半導体素子Ｑ１のオン時のドレイン・ソース間抵抗をＲ_Q1、第２の半導体素子Ｑ２のオン時のドレイン・ソース間抵抗をＲ_Q2とすれば、第１の半導体素子Ｑ１の電流をＩｓ１と第２の半導体素子Ｑ２の電流をＩｓ２と負荷４に流れる電流Ｉｏとの間に次の式１１及び式１２の関係が成立する。
Ｉｓ１＝｛Ｒ_Q2／（Ｒ_Q1＋Ｒｓ＋Ｒ_Q2）｝Ｉｏ ……（式１１）
Ｉｓ２＝｛（Ｒ_Q1＋Ｒｓ）／（Ｒ_Q1＋Ｒｓ＋Ｒ_Q2）｝Ｉｏ……（式１２）
従って、Ｉｓ１、Ｒ_Q1、Ｒｓ、Ｒ_Q2が既知であれば、負荷４の電流Ｉｏ及び第２の半導体素子Ｑ２の電流をＩｓ２を知ることができる。また、電流検出抵抗Ｒｓが第１の半導体素子Ｑ１のドレイン・ソース間抵抗をＲ_Q1よりも大幅に小さく、これを無視することができれば、第１の半導体素子Ｑ１の電流をＩｓ１と第２の半導体素子Ｑ２の電流をＩｓ２と負荷４に流れる電流Ｉｏとの間に次の式１３及び式１４の関係が成立する。
Ｉｓ１＝｛Ｒ_Q2／（Ｒ_Q1＋Ｒ_Q2）｝Ｉｏ ……（式１３）
Ｉｓ２＝｛Ｒ_Q1／（Ｒ_Q1＋Ｒ_Q2）｝Ｉｏ ……（式１４）
第１の半導体素子Ｑ１のオン時のドレイン・ソース間抵抗Ｒ_Q1及び第２の半導体素子Ｑ２のオン時のドレイン・ソース間抵抗Ｒ_Q2はそれぞれのソース領域の面積Ｓ１，Ｓ２にほぼ反比例し、第１及び第２の半導体素子Ｑ１，Ｑ2の電流Ｉｓ１、Ｉｓ２はそれぞれのソース領域の面積Ｓ１，Ｓ２にほぼ比例するので、第１の半導体素子Ｑ１の電流Ｉｓ１及び第２の半導体素子Ｑ２の電流Ｉｓ２を近似的に次の式１５及び式１６で示すことができる。
Ｉｓ１＝｛Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）｝Ｉｏ ……（式１５）
Ｉｓ２＝｛Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）｝Ｉｏ ……（式１６）

図５の実施例２によれば、電流検出抵抗Ｒｓに負荷４の電流Ｉｏよりも小さい電流Ｉｓ１を流して、負荷４の電流Ｉｏを検知することができる。これにより、電流検出抵抗Ｒｓにおける電力損失が低減する。
なお、図５の実施例２において第２の半導体素子Ｑ２以外は図１の実施例１と同一に構成されているので、実施例１と同一の効果も得ることができる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく例えば次の変形が可能なものである。
（１）第３の入力抵抗Ｒ３を第１及び第２の抵抗Ｒ３ａ、Ｒ３ｂで構成しないで、１つの抵抗で構成することができる。また、帰還抵抗Ｒｆを第３及び第４の抵抗Ｒｆａ、Ｒｆｂで構成しないで、１つの抵抗で構成することができる。この場合には、第３の入力抵抗Ｒ３及び帰還抵抗Ｒｆをできるだけ小さい温度係数を有するように形成する。
（２）電流検出抵抗Ｒｓ、第１の入力抵抗Ｒ１、第２の入力抵抗Ｒ２をアルミニウムに限らずアルミニウム合金又はアルミニウムを主成分とする金属膜又は金属層で形成することができる。
（３）電流検出抵抗Ｒｓの一部又は全部を、半導体素子Ｑ１のソース電極の一部又は全部を兼用して形成することができる。
（４）図３及び図４では、第１の入力抵抗Ｒ１と第２の入力抵抗Ｒ２とを電流検出抵抗Ｒｓの上に平行に配置したが、この代わりに、第１の入力抵抗Ｒ１と第２の入力抵抗Ｒ２とを絶縁膜を介して重ねて配置することもできる。
（５）第３の入力抵抗Ｒ３の第１及び第２の抵抗Ｒ３ａ、Ｒ３ｂを絶縁膜を介して重ねて配置すること、また、帰還抵抗Ｒｆの第３及び第４の抵抗Ｒｆａ、Ｒｆｂを絶縁膜を介して重ねて配置することができる。
（５）第３の入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒｆとを重ねて配置し、両者の熱結合を強め、電流検出の温度依存性を弱めることができる。
（６）本発明の電流検出回路７をＤＣ−ＤＣ変換器等の別の電力供給装置にも適用可能である。
（７）半導体素子Ｑ１をＦＥＴ以外のトランジスタ、ＩＧＢＴ等の別の制御可能な半導体素子にすることができる。

従来の電力供給装置を示す回路図である。 本発明の実施例１の電力供給装置を示す回路図である。 図２の電力供給装置を構成する半導体集積回路の一部を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線を示す断面図である。 本発明の実施例２の電力供給装置を示す回路図である。

符号の説明

７ 電流検出回路
Ｑ１ 半導体素子
Ｒｓ 電流検出抵抗
Ｒ１ 第１の入力抵抗
Ｒ２ 第２の入力抵抗

Claims (8)

1. 被測定電流が流れる電流通路に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された電流検出抵抗と、
   第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
   前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第１の入力抵抗と、
   前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第２の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続された帰還抵抗と
   を備えていることを特徴とする電流検出装置。
2. 被測定電流が流れる電流通路に接続された電流検出抵抗と、
   第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
   前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第１の入力抵抗と、
   前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第２の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続されている帰還抵抗と
   を備えていることを特徴とする電流検出装置。
3. 前記第３の入力抵抗は、前記増幅器の前記第２の入力端子と前記共通電源端子との間に接続され且つ正の温度係数を有している第１の抵抗と、前記第１の抵抗に対して直列に接続され且つ基準温度において前記第１の抵抗と同一又は同一と見なせる抵抗値を有し且つ負の温度係数を有している第２の抵抗とから成り、
   前記帰還抵抗は、前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続され且つ正の温度係数を有している第３の抵抗と、前記第３の抵抗に対して直列に接続され且つ前記基準温度において前記第３の抵抗と同一又は同一と見なせる抵抗値を有し且つ負の温度係数を有している第４の抵抗とから成ることを特徴とする請求項１又は２記載の電流検出装置。
4. 前記電流検出抵抗と前記第１及び第２の入力抵抗とは、同一基板上に重ねて配置され且つ電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の電流検出装置。
5. 直流電源に接続される電源端子及び共通電源端子と、
   前記電源端子と前記共通電源端子との間に負荷を介して接続された制御可能な半導体素子と、
   前記半導体素子に対して直列に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された電流検出抵抗と、
   第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
   前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第１の入力抵抗と、
   前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属で形成された第２の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続された帰還抵抗と、
   前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するための基準電圧を与える基準電圧源と、
   前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するものであって、前記増幅器の出力端子に接続された一方の入力端子と前記基準電圧源に接続された他方の入力端子と前記増幅器の出力電圧が前記基準値電圧よりも高いか否かを示す信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
   前記半導体素子の制御端子と前記比較器の前記出力端子とに接続され、且つ前記半導体素子をオン駆動するための制御信号を形成する手段と前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいことを示す前記比較器の出力に応答して前記半導体素子をオフに制御する手段とを有している制御回路と
   を備えていることを特徴とする電力供給装置。
6. 直流電源に接続される電源端子及び共通電源端子と、
   前記電源端子と前記共通電源端子との間に負荷を介して接続された制御可能な半導体素子と、
   前記半導体素子に対して直列に接続された電流検出抵抗と、
   第１及び第２の入力端子を有し且つ前記第１の入力端子の信号と前記第２の入力端子の信号との差を示す出力を得るための出力端子を有する増幅器と、
   前記電流検出抵抗の一端と前記増幅器の前記第１の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第１の入力抵抗と、
   前記電流検出抵抗の他端と前記増幅器の前記第２の入力端子との間に接続され且つ前記電流検出抵抗と同一又は同一と見なせる温度係数を有し且つ前記電流検出抵抗に熱結合されている第２の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第２の入力端子と共通電源端子との間に接続された第３の入力抵抗と、
   前記増幅器の前記第１の入力端子と前記出力端子との間に接続されている帰還抵抗と
   前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するための基準電圧を与える基準電圧源と、
   前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいか否かを判定するものであって、前記増幅器の出力端子に接続された一方の入力端子と前記基準電圧源に接続された他方の入力端子と前記増幅器の出力電圧が前記基準値電圧よりも高いか否かを示す信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
   前記半導体素子の制御端子と前記比較器の前記出力端子とに接続され、且つ前記半導体素子をオン駆動するための制御信号を形成する手段と前記電流検出抵抗に流れる電流が所定値よりも大きいことを示す前記比較器の出力に応答して前記半導体素子をオフに制御する手段とを有している制御回路と
   を備えていることを特徴とする電力供給装置。
7. 更に、前記半導体素子と前記電流検出抵抗との直列回路に対して並列に接続された別の制御可能な半導体素子を有し、
   前記別の制御可能な半導体素子の制御端子は前記電流検出抵抗に直列に接続された前記半導体素子と同時にオン・オフ制御されるように前記制御回路に接続され、
   前記電流検出抵抗に流れる電流値は前記別の制御可能な半導体素子に流れる電流値と所定の比率を有していることを特徴とする請求項５又は６記載の電力供給装置。
8. 前記半導体素子と前記増幅器と前記比較器と前記制御回路とは同一の半導体基板に形成され、前記電流検出抵抗と前記第１及び第２の入力抵抗とは、前記半導体基板上に重ねて配置され且つ電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項５又は６又は７記載の電力供給装置。

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