JP6724453B2 - Semiconductor control circuit - Google Patents
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Description
本明細書に開示する技術は、半導体制御回路に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor control circuit.
特許文献１に開示されている回路は、電流が流れるスイッチング素子と、スイッチング素子に流れる電流の電流値を検出する電流検出手段を備えている。スイッチング素子に流れる電流の電流値を検出することによって、スイッチング素子に過電流が流れないようにすることができる。
The circuit disclosed in
スイッチング素子の過電流を抑制するだけでなく、スイッチング素子の過熱を抑制したい場合がある。その場合、スイッチング素子に流れる電流の電流値を検出するだけでなく、スイッチング素子の温度を検出することがある。この場合、スイッチング素子の温度を検出する素子が別途必要になるので、回路規模が増大してしまうことがある。そこで本明細書は、回路規模が増大することを抑制しつつスイッチング素子を流れる電流の電流値とスイッチング素子の温度を併せて検出することができる技術を提供する。 In some cases, it is desired to suppress not only the overcurrent of the switching element but also the overheating of the switching element. In that case, the temperature of the switching element may be detected as well as the current value of the current flowing through the switching element. In this case, an element for detecting the temperature of the switching element is additionally required, which may increase the circuit scale. Therefore, the present specification provides a technique capable of detecting both the current value of the current flowing through the switching element and the temperature of the switching element while suppressing an increase in the circuit scale.
本明細書に開示する半導体制御回路は、半導体チップを備えている。半導体チップは、主電流が流れる第１スイッチング素子と、第１スイッチング素子に並列接続されて主電流に応じたセンス電流が流れる第２スイッチング素子を備えている。第１スイッチング素子のゲートと第２スイッチング素子のゲートが接続されている。また、半導体制御回路は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路と、第２スイッチング素子に流れるセンス電流の電流値を検出する電流検出手段と、第１スイッチング素子がオフ状態のときに第２スイッチング素子のソースの電位を下げて第２スイッチング素子に電流を流す電流源と、第１スイッチング素子がオフ状態のときに第２スイッチング素子のソースの電位を検出する電位検出手段を備えている。 The semiconductor control circuit disclosed in this specification includes a semiconductor chip. The semiconductor chip includes a first switching element through which a main current flows, and a second switching element that is connected in parallel with the first switching element and through which a sense current according to the main current flows. The gate of the first switching element and the gate of the second switching element are connected. The semiconductor control circuit includes a gate drive circuit that drives the gates of the first switching element and the second switching element, a current detection unit that detects a current value of a sense current flowing through the second switching element, and a first switching element. A current source that lowers the potential of the source of the second switching element to flow a current through the second switching element in the off state, and a potential that detects the potential of the source of the second switching element when the first switching element is in the off state Equipped with detection means.
このような構成によれば、ゲート駆動回路が第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のゲートを駆動することによって、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の動作状態が変化する。すなわち、ゲート駆動回路によって第１スイッチング素子のゲートがオン電位になると、第１スイッチング素子のゲート電圧（ゲートとソースの間の電圧）がゲート閾値電圧以上になり、第１スイッチング素子がオン状態になる。そうすると、第１スイッチング素子に主電流がながれる。また、第１スイッチング素子のゲートがオン電位になると、第２スイッチング素子のゲートにも同じ電位になる。これによって、第２スイッチング素子にセンス電流が流れる。第２スイッチング素子に流れるセンス電流の電流値は、第１スイッチング素子に流れる主電流に応じた値である。一方、第１スイッチング素子のゲートがオフ電位（０Ｖ）になると第１スイッチング素子がオフ状態になる。そうすると、第２スイッチング素子のゲートも同じ電位（第１スイッチング素子に対するオフ電位）になる。また、電流源によって、第２スイッチング素子のソースの電位が下がる。このため、第２スイッチング素子のゲート電圧（ゲートとソースの間の電圧）がゲート閾値電圧以上となり、第２スイッチング素子に電流が流れる。なお、ゲートがオン電位（第１スイッチング素子に対するオン電位）のときに第２スイッチング素子に流れるセンス電流と、ゲートがオフ電位（第１スイッチング素子に対するオフ電位）のときに第２スイッチング素子に流れる電流は、異なる大きさの電流である。 With such a configuration, the gate drive circuit drives the gates of the first switching element and the second switching element, so that the operating states of the first switching element and the second switching element change. That is, when the gate of the first switching element is turned on by the gate drive circuit, the gate voltage of the first switching element (voltage between the gate and the source) becomes equal to or higher than the gate threshold voltage, and the first switching element is turned on. Become. Then, the main current flows to the first switching element. Further, when the gate of the first switching element has the ON potential, the gate of the second switching element also has the same potential. As a result, a sense current flows through the second switching element. The current value of the sense current flowing through the second switching element is a value corresponding to the main current flowing through the first switching element. On the other hand, when the gate of the first switching element becomes the off potential (0V), the first switching element is turned off. Then, the gate of the second switching element also has the same potential (OFF potential with respect to the first switching element). Further, the current source reduces the potential of the source of the second switching element. Therefore, the gate voltage of the second switching element (voltage between the gate and the source) becomes equal to or higher than the gate threshold voltage, and a current flows through the second switching element. Note that a sense current that flows in the second switching element when the gate has an on-potential (on-potential for the first switching element) and a sense current that flows when the gate has an off-potential (off-potential for the first switching element). The current is a current of different magnitude.
以上のように、ゲート駆動回路によって第１スイッチング素子のゲートがオン電位になると、第１スイッチング素子に主電流が流れると共に第２スイッチング素子にセンス電流が流れる。また、ゲート駆動回路によって第１スイッチング素子のゲートがオフ電位になると、第１スイッチング素子がオフ状態になると共に第２スイッチング素子のソースの電位が下がり、第２スイッチング素子に電流が流れる。第１スイッチング素子と第２スイッチング素子は以上のような動作を繰り返す。また、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が以上のような動作を繰り返すと、それによって第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が発熱し、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の温度が上昇する。第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が同じ半導体チップに形成されているので、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の温度がほぼ同じ温度になる。 As described above, when the gate of the first switching element is turned on by the gate drive circuit, the main current flows through the first switching element and the sense current flows through the second switching element. Further, when the gate of the first switching element is turned off by the gate drive circuit, the first switching element is turned off and the source potential of the second switching element is lowered, so that a current flows through the second switching element. The first switching element and the second switching element repeat the above operation. Further, when the first switching element and the second switching element repeat the above operations, the first switching element and the second switching element generate heat, and the temperatures of the first switching element and the second switching element rise. .. Since the first switching element and the second switching element are formed on the same semiconductor chip, the temperatures of the first switching element and the second switching element are almost the same.
本明細書に開示する半導体制御回路では、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が以上のような動作を繰り返す過程で、電流検出手段が、第１スイッチング素子がオン状態のときに、第２スイッチング素子に流れるセンス電流を検出する。第２スイッチング素子のセンス電流は第１スイッチング素子の主電流に応じた電流であるので、第２スイッチング素子のセンス電流を検出することは、第１スイッチング素子の主電流を検出することに等しい。 In the semiconductor control circuit disclosed in the present specification, in the process in which the first switching element and the second switching element repeat the above-described operation, the current detection means causes the second switching element to switch when the first switching element is in the ON state. The sense current flowing in the device is detected. Since the sense current of the second switching element is a current corresponding to the main current of the first switching element, detecting the sense current of the second switching element is equivalent to detecting the main current of the first switching element.
また、上記の半導体制御回路では、電位検出手段が、第１スイッチング素子がオフ状態のときに、第２スイッチング素子のソースの電位を検出する。上述したように、第１スイッチング素子がオフ状態のときは、第１スイッチング素子のゲートにオフ電位が印加されており、第２スイッチング素子のゲートにも同じ電位（第１スイッチング素子に対するオフ電位）が印加されている。このとき、電流源によって第２スイッチング素子のソースの電位が下がっており、第２スイッチング素子に電流が流れている。ここで、第２スイッチング素子に電流が流れるとき、第２スイッチング素子のゲート電圧（ゲートとソースの間の電圧）は、そのときの第２スイッチング素子の温度に対応している。したがって、第２スイッチング素子のソースの電位は、そのときの第２スイッチング素子の温度に対応している。よって、第２スイッチング素子のソースの電位を検出することは、第２スイッチング素子の温度を検出することに等しい。また、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の温度がほぼ同じ温度なので、第２スイッチング素子の温度に基づいて第１スイッチング素子の温度を検出することができる。 Further, in the above semiconductor control circuit, the potential detecting means detects the potential of the source of the second switching element when the first switching element is in the off state. As described above, when the first switching element is in the off state, the off potential is applied to the gate of the first switching element, and the same potential (off potential for the first switching element) is also applied to the gate of the second switching element. Is being applied. At this time, the potential of the source of the second switching element is lowered by the current source, and the current is flowing through the second switching element. Here, when a current flows through the second switching element, the gate voltage (voltage between the gate and the source) of the second switching element corresponds to the temperature of the second switching element at that time. Therefore, the potential of the source of the second switching element corresponds to the temperature of the second switching element at that time. Therefore, detecting the potential of the source of the second switching element is equivalent to detecting the temperature of the second switching element. Further, since the temperatures of the first switching element and the second switching element are almost the same, the temperature of the first switching element can be detected based on the temperature of the second switching element.
以上より、上記の半導体制御回路によれば、第１スイッチング素子に流れる主電流の電流値を検出するために設けられている第２スイッチング素子を利用して第１スイッチング素子の温度を検出することができる。これによって、第１スイッチング素子の温度を検出するための別途の構成（例えば温度センサ）が必要無くなるので、回路規模が増大することを抑制することができる。よって、回路規模が増大することを抑制しつつ第１スイッチング素子に流れる主電流の電流値と第１スイッチング素子の温度を併せて検出することができる。 As described above, according to the above semiconductor control circuit, the temperature of the first switching element is detected by using the second switching element provided for detecting the current value of the main current flowing through the first switching element. You can This eliminates the need for a separate configuration (for example, a temperature sensor) for detecting the temperature of the first switching element, so that an increase in circuit scale can be suppressed. Therefore, the current value of the main current flowing through the first switching element and the temperature of the first switching element can be detected together while suppressing an increase in the circuit scale.
図１に示すように、半導体制御回路１は、半導体チップ２を備えている。この半導体チップ２は、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０を備えている。また、半導体制御回路１は、ゲート駆動回路６０と温度モニタ７０（温度検出手段の一例）と電流モニタ８０（電流検出手段の一例）を備えている。
As shown in FIG. 1, the
第１スイッチング素子１０は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。第１スイッチング素子１０は、主電流が流れる素子である。第１スイッチング素子１０は、ゲート１１とドレイン１２とソース１３を備えている。第１スイッチング素子１０のゲート１１は、ゲート抵抗６１を介してゲート駆動回路６０に接続されている。第１スイッチング素子１０のドレイン１２は、負荷（例えば、モータ）を介して電源に接続されている。負荷と電源の図示は省略されている。電源によって、第１スイッチング素子１０のドレイン１２とソース１３の間にドレイン電圧が印加されている。第１スイッチング素子１０のソース１３は、グランド９０に接続されている。グランド９０の電位は０（ゼロ）Ｖである。また、第１スイッチング素子１０には還流ダイオード１５が逆並列で接続されている。
The
第２スイッチング素子２０は、第１スイッチング素子１０と同様に、例えばＭＯＳＦＥＴである。第２スイッチング素子２０は、センス電流が流れる素子である。センス電流は、主電流に応じた大きさの電流である。第２スイッチング素子２０は、第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値を検出するために設けられている。第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流に基づいて第１スイッチング素子１０に流れる主電流を検出することができる。主電流とセンス電流は、所定のセンス比で流れる。センス比は、第１スイッチング素子１０に流れる主電流と第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流の比である。第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流は、第１スイッチング素子１０に流れる主電流より小さい電流値である。
The
第２スイッチング素子２０は、ゲート２１とドレイン２２とソース２３を備えている。第２スイッチング素子２０のゲート２１は、ゲート抵抗６１を介してゲート駆動回路６０に接続されている。第２スイッチング素子２０のゲート２１と第１スイッチング素子１０のゲート１１が接続されている。したがって、第２スイッチング素子２０のゲート２１と第１スイッチング素子１０のゲート１１は同電位である。第２スイッチング素子２０のドレイン２２は、第１スイッチング素子１０のドレイン１２と同様に、負荷を介して電源に接続されている。この電源によって、第２スイッチング素子２０のドレイン２２とソース２３の間にドレイン電圧が印加されている。第２スイッチング素子２０のソース２３は、ダイオード４１と定電流源５１に接続されている。また、第２スイッチング素子２０には還流ダイオード２５が逆並列で接続されている。
The
第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０は、同一の半導体チップ２に形成されている。第１スイッチング素子１０のゲート１１と第２スイッチング素子２０のゲート２１は、同一のゲート駆動回路６０に接続されている。また、第１スイッチング素子１０のドレイン１２と第２スイッチング素子２０のドレイン２２は、互いに接続されている。
The
第２スイッチング素子２０のソース２３とグランド９０の間には、ダイオード４１と抵抗４２が配置されている。また、第２スイッチング素子２０とグランド９０の間には、定電流源５１が配置されている。ダイオード４１と抵抗４２は、直列接続されている。定電流源５１は、ダイオード４１と抵抗４２に並列接続されている。
A
ダイオード４１のアノードが第２スイッチング素子２０のソース２３に接続されている。ダイオード４１のカソードが抵抗４２の一端に接続されている。抵抗４２の他端がグランド９０に接続されている。定電流源５１の負極が第２スイッチング素子２０のソース２３に接続されている。定電流源５１の正極がグランド９０に接続されている。
The anode of the
ダイオード４１は、抵抗４２側から第２スイッチング素子２０のソース２３側へ電流が流れることを防ぐ。抵抗４２は、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流の電流値を検出するために設けられている。定電流源５１は、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位を下げ、第２スイッチング素子２０に一定の電流を流す。定電流源５１は、電源の要素と抵抗の要素を内部に備えている（図示せず）。定電流源５１によって第２スイッチング素子２０に流れる定電流は、センス電流に比べて微小な電流である。
The
ゲート駆動回路６０は、第１スイッチング素子１０のゲート１１と第２スイッチング素子２０のゲート２１を駆動する。ゲート駆動回路６０は、第１スイッチング素子１０のゲート１１の電位Ｖｇを制御する。ゲート１１の電位Ｖｇは、所定のデューティー比でオン電位とオフ電位の間で切り換えられる。オン電位はオフ電位より高い電位である。オフ電位は０Ｖ（すなわち、ソース１３の電位）である。第２スイッチング素子２０のゲート２１が第１スイッチング素子１０のゲート１１に接続されているので、第２スイッチング素子２０のゲート２１にも第１スイッチング素子１０のゲート１１と同じ電位Ｖｇ（第１スイッチング素子１０に対するオン電位またはオフ電位）が印加される。
The
温度モニタ７０（電位検出手段の一例）は、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位（ソース２３とグランド９０の間の電圧）を検出する。温度モニタ７０は、第１スイッチング素子１０がオフ状態のときに、検出した第２スイッチング素子２０のソース２３の電位に基づいて第２スイッチング素子２０の温度を検出する。温度検出の詳細については後述する。
The temperature monitor 70 (an example of a potential detecting unit) detects the potential of the
電流モニタ８０は、抵抗４２の一端の電位を検出する。抵抗４２の他端がグランド９０に接続されているので、電流モニタ８０が検出する電位は、抵抗４２の両端の間の電圧に等しい。抵抗４２の両端の間の電圧は、抵抗４２を介して第２スイッチング素子２０に流れる電流（すなわち、センス電流）に比例する。電流モニタ８０は、第１スイッチング素子１０がオン状態のときに、抵抗４２の両端の間の電圧に基づいて抵抗４２に流れる電流の電流値を検出する。これに基づいて、電流モニタ８０は、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流の電流値を検出する。また、電流モニタ８０は、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流に基づいて第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値を検出する。電流検出の詳細については後述する。
The
次に、第２スイッチング素子２０のゲート電圧（ゲートとソースの間の電圧）の温度依存性について説明する。図２は、第２スイッチング素子２０に流れる電流が一定であるときの第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧の関係を示すグラフである。図２に示すように、第２スイッチング素子２０のゲート電圧は、温度依存性を有している。第２スイッチング素子２０に流れる電流が一定である場合、その電流が流れるときの第２スイッチング素子２０のゲート電圧（ゲート２１とソース２３の間の電圧）は、第２スイッチング素子２０の温度によって異なる値になる。図２に示すように、第２スイッチング素子２０に流れる電流が小さい場合は、第２スイッチング素子２０のゲート電圧と第２スイッチング素子２０の温度が負の相関を有している（グラフが負の傾きになる。）。図示していないが、第２スイッチング素子２０に流れる電流が大きい場合は、第２スイッチング素子２０のゲート電圧と第２スイッチング素子２０の温度が正の相関を有している（グラフが正の傾きになる。）。第２スイッチング素子２０のゲート電圧と第２スイッチング素子２０の温度が１対１で対応している。よって、第２スイッチング素子２０のゲート電圧から第２スイッチング素子２０の温度を算出することができる。
Next, the temperature dependence of the gate voltage (voltage between the gate and the source) of the
次に、上記の構成を備えている半導体制御回路１の動作について説明する。上記の半導体制御回路１では、ゲート駆動回路６０が、第１スイッチング素子１０のゲート１１と第２スイッチング素子２０のゲート２１を駆動する。より詳細には、ゲート駆動回路６０が、第１スイッチング素子１０のゲート１１の電位Ｖｇを所定のデューティー比でオン電位とオフ電位（０Ｖ）の間で切り換える。第２スイッチング素子２０のゲート２１にも、第１スイッチング素子１０のゲート１１と同じ電位Ｖｇが印加される。
Next, the operation of the
第１スイッチング素子１０のゲート１１の電位Ｖｇがオン電位になると、第１スイッチング素子１０のゲート電圧Ｖｇｓ１（ゲート１１とソース１３の間の電圧）がオン電圧になる。このオン電圧は、第１スイッチング素子１０のゲート閾値電圧以上の電圧である。よって、第１スイッチング素子１０のソース１３とドレイン１２の間にチャネルが形成され、第１スイッチング素子１０がオン状態になる。第１スイッチング素子１０がオン状態になると第１スイッチング素子１０に主電流が流れる。
When the potential Vg of the
一方、第１スイッチング素子１０のゲート１１の電位Ｖｇがオフ電位（０Ｖ）になると、第１スイッチング素子１０のゲート電圧Ｖｇｓ１がオフ電圧（０Ｖ）になる。このオフ電圧は、第１スイッチング素子１０のゲート閾値電圧より小さい電圧である。よって、第１スイッチング素子１０に形成されていたチャネルが消滅し、第１スイッチング素子１０がオフ状態になる。第１スイッチング素子１０がオフ状態になると第１スイッチング素子１０に主電流が流れなくなる。
On the other hand, when the potential Vg of the
以上のようにして、第１スイッチング素子１０のオン状態とオフ状態が交互に繰り返される。オン状態とオフ状態は所定のデューティー比で繰り返される。第１スイッチング素子１０がオン状態とオフ状態を交互に繰り返す過程で、第１スイッチング素子１０が発熱し、第１スイッチング素子１０の温度が上昇する。
As described above, the ON state and the OFF state of the
一方、第２スイッチング素子２０についてみると、第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇがオン電位（第１スイッチング素子１１に対するオン電位）になると、第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２（ゲート２１とソース２３の間の電圧）がオン電圧になる。このときのオン電圧を第１オン電圧と呼ぶ場合がある。第１オン電圧は、第２スイッチング素子２０のゲート閾値電圧以上の電圧である。よって、第２スイッチング素子２０のソース２３とドレイン２２の間にチャネルが形成され、第２スイッチング素子２０がオン状態になる。第２スイッチング素子２０がオン状態になると第２スイッチング素子２０にセンス電流が流れる。センス電流は、主電流に対して所定のセンス比で流れる。
On the other hand, regarding the
一方、第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇがオフ電位（第１スイッチング素子１１に対するオフ電位（０Ｖ））になると、第２スイッチング素子２０が次のように動作する。半導体制御回路１では、第２スイッチング素子２０のソース２３とグランド９０の間に定電流源５１が配置されている。この定電流源５１によって、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１が下げられる。このときのソース２３の電位Ｖｓ１（すなわち、定電流源５１によって引き下げられた電位）は、グランド９０の電位（０Ｖ（すなわち、このときのゲート２１の電位Ｖｇ））より低い電位である。第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１がることによって、第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２（ゲート２１とソース２３の間の電圧）がオン電圧になる。このときのオン電圧を第２オン電圧と呼ぶ場合がある。第２オン電圧は、上記の第１オン電圧と異なる電圧である。定電流源５１は、定電流が流れるように、ソース２３の電位Ｖｓ１を制御する。
On the other hand, when the potential Vg of the
以上のように、第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇが０Ｖになっても、第２スイッチング素子２０のオン状態が維持される。つまり、第２スイッチング素子２０のソース２３とドレイン２２の間にチャネルが形成され、第２スイッチング素子２０に定電流が流れる。第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２は、第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇとソース２３の電位Ｖｓ１との電位差である。第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇが０Ｖであるので、ソース２３の電位Ｖｓ１の絶対値がゲート電圧Ｖｇｓ２になる。
As described above, the ON state of the
以上のようにして、第１スイッチング素子１０がオン状態のときに第２スイッチング素子２０にセンス電流が流れ、第１スイッチング素子１０がオフ状態のときに第２スイッチング素子２０に定電流が流れる。この動作によって、第２スイッチング素子２０が発熱し、第２スイッチング素子２０の温度が上昇する。
As described above, the sense current flows through the
上述したように、第１スイッチング素子１０が動作すると第１スイッチング素子１０に主電流が流れる。また、第２スイッチング素子２０が動作すると第２スイッチング素子２０にセンス電流と定電流が流れる。また、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０の動作によって、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０の温度が上昇する。第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０が同じ半導体チップ２に形成されているので、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０と半導体チップ２の温度がほぼ同じ温度になる。
As described above, when the
上記の半導体制御回路１では、温度モニタ７０が、第２スイッチング素子２０の温度を検出する。また、温度モニタ７０が、第２スイッチング素子２０の温度に基づいて第１スイッチング素子１０と半導体チップ２の温度を検出する。また、電流モニタ８０が、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流の電流値を検出する。また、電流モニタ８０が、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流に基づいて第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値を検出する。これについて以下に詳細に説明する。
In the
図３に示すように、任意の時刻ｔ０において、第１スイッチング素子１０のゲート１１と第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇが０Ｖ（第１スイッチング素子１０に対するオフ電位）であるとする。このため、時刻ｔ０において、第１スイッチング素子１０のゲート電圧Ｖｇｓ１が０Ｖ（オフ電圧）であり、第１スイッチング素子１０がオフ状態である。第１スイッチング素子１０に主電流が流れておらず、その電流値Ｉｄが０Ａである。
As shown in FIG. 3, it is assumed that the potential Vg of the
このとき第２スイッチング素子２０についてみると、ゲート２１の電位Ｖｇが０Ｖである。また、定電流源５１によって第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１が低下している。このため、第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２がオン電圧（第２オン電圧）であり、第２スイッチング素子２０がオン状態である。定電流源５１によって第２スイッチング素子２０に定電流が流れている。
At this time, regarding the
上述したように、第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２は、温度依存性を有している。図２に示すように、第２スイッチング素子２０に流れる電流が一定である場合、その電流が流れるときの第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２は、第２スイッチング素子２０の温度によって異なる値になる。第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２と第２スイッチング素子２０の温度は１対１で対応している。したがって、第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２から第２スイッチング素子２０の温度を算出することができる。
As described above, the gate voltage Vgs2 of the
第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２は、第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇとソース２３の電位Ｖｓ１との電位差である。第２スイッチング素子２０のゲート２１の電位Ｖｇが０Ｖである場合は、ソース２３の電位Ｖｓ１の絶対値が第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２の値になる。そこで、温度モニタ７０が、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１を検出し、検出した電位Ｖｓ１に基づいて第２スイッチング素子２０の温度を算出する。このようにして、温度モニタ７０は、第１スイッチング素子１０がオフ状態であるときに、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１（第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２）に基づいて、第２スイッチング素子２０の温度を検出する。また、第２スイッチング素子２０の温度と第１スイッチング素子１０と半導体チップ２の温度がほぼ同じ温度なので、温度モニタ７０は、第２スイッチング素子２０の温度に基づいて、第１スイッチング素子１０と半導体チップ２の温度を検出する。
The gate voltage Vgs2 of the
次に、図３に示すように、任意の時刻ｔ１以降に、第１スイッチング素子１０のゲート１１の電位Ｖｇが０ＶからＶＣＣ（第１スイッチング素子１０に対するオン電位）に変化したとする。この場合、第１スイッチング素子１０のゲート電圧Ｖｇｓ１が０Ｖ（オフ電圧）からＶＣＣ（オン電圧）に変化する。ＶＣＣ（オン電圧）は、第１スイッチング素子１０のゲート閾値電圧Ｖｔｈより大きい電圧である。第１スイッチング素子１０のゲート電圧Ｖｇｓ１は、ミラー電圧Ｖｍｒを経てオン電圧ＶＣＣに達する。これによって、第１スイッチング素子１０がオン状態になり、第１スイッチング素子１０に主電流が流れる。また、第１スイッチング素子１０のドレイン電圧ＶｄがＶｏｎになる。
Next, as shown in FIG. 3, it is assumed that the potential Vg of the
このとき第２スイッチング素子２０についてみると、第１スイッチング素子１０と同様に、ゲート２１の電位Ｖｇが０ＶからＶＣＣに変化する。そうすると、第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２が第２オン電圧から第１オン電圧に変化する。これによって、第２スイッチング素子２０にセンス電流が流れる。第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流は、第２スイッチング素子２０に接続されているダイオード４１と抵抗４２に流れる。
At this time, regarding the
抵抗４２に電流が流れると、電流モニタ８０が、抵抗４２に流れる電流の電流値を検出する。より詳細には、電流モニタ８０が、抵抗４２の一端の電位Ｖｓ２（すなわち、抵抗４２の両端の間の電圧）を検出し、検出した電位Ｖｓ２に基づいて抵抗４２に流れる電流の電流値を算出する。なお、抵抗４２の一端の電位Ｖｓ２は、ドレイン電圧Ｖｏｎからダイオード４１の順方向電圧ＶＦを差し引いた値である。
When a current flows through the
抵抗４２に流れる電流は、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流と同等である。よって、電流モニタ８０は、抵抗４２に流れる電流の電流値から、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流の電流値を検出することができる。なお、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流は、抵抗４２だけでなく、抵抗４２に並列接続されている定電流源５１にも流れるが、定電流源５１に流れる電流は微小であるため無視することができる。
The current flowing through the
以上のようにして、上記の半導体制御回路１では、第１スイッチング素子１０がオン状態のときに、第１スイッチング素子１０に主電流が流れ、第２スイッチング素子２０にセンス電流が流れる。主電流とセンス電流は、所定のセンス比で流れる。センス比は、第１スイッチング素子１０に流れる主電流と第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流の比である。電流モニタ８０は、第２スイッチング素子２０に流れるセンス電流の電流値を検出すると、その電流値とセンス比に基づいて、第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値を算出する。このようにして、第１スイッチング素子１０がオン状態のときに、電流モニタ８０が、第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値を検出することができる。
As described above, in the
以上より、上記の半導体制御回路１によれば、第１スイッチング素子１０の温度と第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値を検出することができる。第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値を検出するために設けられている第２スイッチング素子２０を利用して第１スイッチング素子１０の温度を検出することができる。これによって、第１スイッチング素子１０の温度を検出するための別途の構成（例えば別途のスイッチング素子）が必要無いので、装置の回路規模が増大することを抑制することができる。よって、装置の回路規模が増大することを抑制しつつ第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値と第１スイッチング素子１０の温度を併せて検出することができる。
As described above, according to the
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 Although one embodiment has been described above, the specific mode is not limited to the above embodiment. In the following description, the same components as those in the above description will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
上記の実施例は、第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０がＭＯＳＦＥＴであったが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記の構成を備えている半導体制御回路１では、定電流源５１によって第２スイッチング素子２０に流す定電流の大きさを調整することによって、第２スイッチング素子２０の温度を検出するときの検出精度を調整することができる。上述したように、第２スイッチング素子２０に流れる電流が一定である場合、その電流が流れるときの第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２は、第２スイッチング素子２０の温度によって異なる値になる。また、図４に示すように、第２スイッチング素子２０に流れる電流の大きさが異なると、第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧の関係を示すグラフが異なるグラフになる。図４におけるグラフ１０１は、第２スイッチング素子２０に流れる電流が小さい場合における第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧Ｖｇｓ２の関係を示している。一方、グラフ１０２は、グラフ１０１と比較して、第２スイッチング素子２０に流れる電流が大きい場合における第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧Ｖｇｓ２の関係を示している。図４に示すように、第２スイッチング素子２０に流れる電流が小さいほど、第２スイッチング素子２０の温度に対するゲート電圧Ｖｇｓ２の変動が大きくなる（グラフの傾きが大きくなる。）。よって、第２スイッチング素子２０の温度を検出するときに、第２スイッチング素子２０の温度の変動に対するゲート電圧Ｖｇｓ２の変動を明確に把握することができ、検出精度を高めることができる。そのため、定電流源５１によって第２スイッチング素子２０に流す定電流は微小であることが好ましい。第２スイッチング素子２０に流す定電流が微小であるときの第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２は、第２スイッチング素子２０のゲート閾値電圧に近い値になる。
Further, in the
また、上記の実施例では、定電流源５１を用いていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、図５に示すように、定電流源５１に代えて負電源５２と抵抗５４を用いてもよい。負電源５２の正極がグランド９０に接続されている。抵抗５４の一端が第２スイッチング素子２０のソース２３に接続されている。抵抗５４の他端が負電源５２の負極に接続されている。負電源５２と抵抗５４の組み合わせによって、第１スイッチング素子１０がオフ状態のときに第２スイッチング素子２０のソース２３の電位を下げ、第２スイッチング素子２０に電流を流す。負電源５２と抵抗５４によって第２スイッチング素子２０に流れる電流は、センス電流に比べて微小な電流である。抵抗５４の抵抗値は、並列接続されている抵抗４２の抵抗値と比較して非常に大きい。
Further, although the constant
このような構成では、第１スイッチング素子がオフ状態のときに抵抗５４に流れる電流が、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１によって変動する。また、上述したように、ソース２３の電位Ｖｓ１（つまり、第２スイッチング素子２０のゲートとソース間の電圧Ｖｇｓ）は、第２スイッチング素子２０の温度によって変動する。図６に示すように、第２スイッチング素子２０に流れる電流の大きさが異なると、第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧の関係を示すグラフが異なるグラフになる。図６におけるグラフ１０１は、第２スイッチング素子２０に流れる電流が小さい場合における第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧Ｖｇｓ２の関係を示している。一方、グラフ１０２は、グラフ１０１と比較して、第２スイッチング素子２０に流れる電流が大きい場合における第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧Ｖｇｓ２の関係を示している。また、グラフ１０３は、グラフ１０２と比較して、第２スイッチング素子２０に流れる電流が大きい場合における第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧Ｖｇｓ２の関係を示している。なお、第２スイッチング素子２０に流れる電流は、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１、抵抗５４の抵抗値、負電源５２の電圧、及びグランド９０の電位（０Ｖ）に基づいて算出される。
In such a configuration, the current flowing through the
温度モニタ７０は、第２スイッチング素子２０の温度を検出するときに、第２スイッチング素子２０に流れる電流に応じて、第２スイッチング素子２０の温度とゲート電圧の関係を示すグラフを選択する。温度モニタ７０は、選択したグラフを用いて、第２スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇｓ２から第２スイッチング素子２０の温度を算出する。すなわち、温度モニタ７０は、選択したグラフを用いて、第２スイッチング素子２０のソース２３の電位Ｖｓ１に基づいて第２スイッチング素子２０の温度を検出する。また、温度モニタ７０は、第２スイッチング素子２０の温度に基づいて、第１スイッチング素子１０と半導体チップ２の温度を検出する。このような構成によっても、上記と同様に、装置の回路規模が増大することを抑制しつつ第１スイッチング素子１０に流れる主電流の電流値と第１スイッチング素子１０の温度を併せて検出することができる。
When detecting the temperature of the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving the one purpose among them has technical utility.
１ ：半導体制御回路
２ ：半導体チップ
１０ ：第１スイッチング素子
１１ ：ゲート
１２ ：ドレイン
１３ ：ソース
１５ ：還流ダイオード
２０ ：第２スイッチング素子
２１ ：ゲート
２２ ：ドレイン
２３ ：ソース
２５ ：還流ダイオード
４１ ：ダイオード
４２ ：抵抗
５１ ：定電流源
５２ ：負電源
５４ ：抵抗
６０ ：ゲート駆動回路
６１ ：ゲート抵抗
７０ ：温度モニタ
８０ ：電流モニタ
９０ ：グランド
1 :semiconductor control circuit 2 :semiconductor chip 10 :first switching element 11 :gate 12 :drain 13 :source 15 :reflux diode 20 :second switching element 21 :gate 22 :drain 23 :source 25 :reflux diode 41 :diode 42: resistance 51: constant current source 52: negative power supply 54: resistance 60: gate drive circuit 61: gate resistance 70: temperature monitor 80: current monitor 90: ground
Claims (1)
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路と、
前記第２スイッチング素子に流れる前記センス電流の電流値を検出する電流検出手段と、
前記第１スイッチング素子がオフ状態のときに前記第２スイッチング素子のソースの電位を下げて前記第２スイッチング素子に電流を流す電流源と、
前記電流源に並列接続されているダイオード及び抵抗と、
前記第１スイッチング素子がオフ状態のときに前記第２スイッチング素子の前記ソースの電位を検出する電位検出手段を備えており、
前記電流源の負極が前記第２スイッチング素子のソースに接続され、前記電流源の正極がグランドに接続されており、
前記ダイオードのアノードが前記第２スイッチング素子のソースに接続され、前記ダイオードのカソードが前記抵抗の一端に接続されており、
前記抵抗の他端がグランドに接続されており、
前記電流検出手段は、前記抵抗に流れる電流の電流値を検出することによって前記第２スイッチング素子に流れる前記センス電流の電流値を検出する半導体制御回路。 A first switching element through which a main current flows, and a second switching element connected in parallel to the first switching element and through which a sense current according to the main current flows are provided, and a gate of the first switching element and the second switching element are provided. A semiconductor chip to which the gate of the switching element is connected,
A gate drive circuit for driving the gates of the first switching element and the second switching element;
Current detecting means for detecting a current value of the sense current flowing through the second switching element;
A current source that lowers the potential of the source of the second switching element to flow a current through the second switching element when the first switching element is in an off state;
A diode and a resistor connected in parallel to the current source,
And a potential detection unit that detects a potential of the source of the second switching element when the first switching element is off .
The negative electrode of the current source is connected to the source of the second switching element, the positive electrode of the current source is connected to the ground,
The anode of the diode is connected to the source of the second switching element, and the cathode of the diode is connected to one end of the resistor,
The other end of the resistor is connected to ground,
The semiconductor control circuit , wherein the current detection means detects the current value of the sense current flowing through the second switching element by detecting the current value of the current flowing through the resistor .
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