JPH04225168A - 電流検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電流検出回路に関し、特
に低抵抗の抵抗体で電流を検出する電流検出回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電流検出を行う手段の１つとして
ブリッジ回路がある。電流検出用のブリッジ回路は図４
の如く、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、電流検出用の抵抗Ｒ
０と、抵抗Ｒ０に直列に接続された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ
４と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の接続点と抵抗Ｒ３及び抵
抗Ｒ４の接続点に入力されたコンパレータ（２６）とか
ら構成されている。

【０００３】次に動作について簡単に説明すると、電流
検出用の抵抗Ｒ３に被測定電流Ｉ０が流れているとする
。この被測定電流Ｉ０の最大値が抵抗Ｒ３に流れた場合
、ブリッジ回路が平衡となる様に各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ
４を設定する。この様なブリッジ回路の抵抗Ｒ３に電流
Ｉ０の最大値以下の電流が流れたとするとコンパレータ
（２６）から例えば「Ｌ」レベルの信号が出力され被測
定電流Ｉ０は流れつづけ、抵抗Ｒ０に電流Ｉ０の最大値
の電流が流れたとするとコンパレータ（２６）の入力の
電圧が逆転し「Ｈ」レベルの信号が出力され、電流Ｉ０
が遮断され保護回路と成される。

【０００４】この様なブリッジ回路は特開昭５３−９７
４７０号公報に記載されている。上述のブリッジ回路を
厚膜ＩＣに用いた場合、電流Ｉ０を検出する抵抗Ｒ３の
抵抗体にＮｉメッキが主として用いられた。しかしなが
ら、Ｎｉメッキは溶断電流が小さいので小さい電流の検
出は行えるが大電流の検出を行う際には溶断電流を大と
するために抵抗体面積を大きくするか、あるいは厚みを
厚くしなければならないので、基板実装面積の縮小、メ
ッキ処理時間が長くなるという問題があり、例えば４０
Ａという大電流を検出するのは略不可能とされていた。

【０００５】斯上の問題を解消するために電流検出抵抗
Ｒ３の抵抗体に溶断電流の大きい銅箔あるいはＡｇペー
ストを用いることにより解消することができる。溶断電
流の大きいＡｇペーストあるいは銅箔を検出抵抗として
用いることで大電流を検出することは可能である。しか
しながら、銅箔及びＡｇペーストのＴＣＲ（抵抗温度係
数）が３８００±２００ｐｐｍ及び２１５０±１５０ｐ
ｐｍと非常に高いので温度変化に対して電流検出が正確
に行えない問題点があった。

【０００６】そこで、本願出願人は、かかる問題点を解
決するために図５に示す如く、電流検出回路を出願した
。かかる発明は、電流検出用ブリッジ回路の金属材料か
らなる検出抵抗Ｒ０と対向する辺に温度補正用のダイオ
ードを接続して上記問題を解決した（特開昭６３−１２
８２６７号公報参照）。

【０００７】即ち、検出抵抗Ｒ０に一定電流Ｉ０を流す
と、検出抵抗Ｒ０に発生する電圧は図６に示す如く、温
度上昇にともなって変化する。また、コンパレータに入
力されるＶ２は抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の比によって定めら
れるために検出抵抗Ｒ０に発生する電圧の変化にともな
って変化する。一方、コンパレータの基準電位となるＶ
１は、温度補正用のダイオードにより、図７に示す如く
、温度上昇によって変化するため、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２
の比によってＶ１を調整することができる。従って、抵
抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗比と抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗比を調整
することでコンパレータに入力するＶ１とＶ２を一致さ
せることで温度変化によるズレを防止することができる
。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た発明では、コンパレータに入力するＶ１とＶ２を上記
したように合わせるために、検出抵抗に発生する電圧を
分圧により所定のＶ２まで落とさなければならず、検出
レベルが小さくなる。その結果、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、
例えば、検出抵抗Ｒ０に１Ａの電流が流れ、２０ｍＶの
電圧が発生したとすると、抵抗Ｒ３とＲ４で１／２に分
圧されたとするとＶ２は１０ｍＶとなり、ノイズが２ｍ
Ｖあるとすると、Ｓ／Ｎ比は５となりＳ／Ｎ比を低下さ
せ精度の優れた電流検出が行えない問題がある。

【０００９】かかる問題は、ノイズの発生を完全に防止
できるものであれば考慮する必要はないが、このような
電流検出回路をパワーインバータ回路等に用いた場合、
内外部のスイッチングノイズはある程度抑制することは
できるものの完全に防止することはできないため、上述
したようにノイズの発生により、安定した電流検出がで
きないという問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本願発明は、定
電圧回路に第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続し、
第１の抵抗Ｒ１と直列に接続し、かつ第２の抵抗Ｒ２と
並列にダイオードと第３の抵抗Ｒ３を接続し、コンパレ
ータの一方の入力にダイオードと第３の抵抗との接続点
を接続し、他方の入力に被測定電流が流れる検出抵抗Ｒ
０を接続して上述した課題を解決する。

【００１１】

【作用】このように本発明に依れば、コンパレータの一
方の入力にダイオードと第３の抵抗Ｒ３を接続し他方の
入力に検出抵抗Ｒ０を接続することにより、検出抵抗Ｒ
０に発生する電圧を直接コンパレータで比較することが
できＳ／Ｎ比を低下させることなく電流検出を行うこと
ができる。

【００１２】さらに、電流検出と同時に検出抵抗Ｒ０の
温度補正が行えるために、温度変化及び発生ノイズに対
しても安定かつ精度の優れた電流検出が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下に図１乃至図３に基づいて本発明の実施
例を詳細に説明する。本発明の電流検出回路は、図１に
示す如く、定電圧回路（１）と、被測定電流が流れる低
抵抗の金属を抵抗体とする検出抵抗Ｒ０と、定電圧回路
（１）に接続された第１の抵抗Ｒ１および第２の抵抗Ｒ
２と、第１の抵抗Ｒ１と直列接続されかつ第２の抵抗Ｒ
２と並列接続された温度補正用のダイオードＤ、第３の
抵抗Ｒ３および第４の抵抗Ｒ４と、コンパレータ（２）
とから構成される。

【００１４】定電圧回路（１）は一定電圧を出力するも
のであればよく、本実施例では一般的なツェナダイオー
ドＶＺを用いている。検出抵抗Ｒ０は、ＴＣＲの大きな
低抵抗である銀ペーストあるいは銅箔等の金属抵抗材が
用いられ、本実施例では銅箔を用いている。温度補正用
のダイオードＤは検出抵抗Ｒ０のＴＣＲを補正するもの
であり、約−２ｍＶ／℃の温度変化率を有している。

【００１５】本実施例の回路動作を説明すると、図１に
おいて、ツェナダイオードＶＺにより与えられた所定電
圧を第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２で分圧し、さらに
、ダイオードＤ、第４の抵抗Ｒ４と第３の抵抗Ｒ３によ
り分圧した値を基準電圧ＶＲとしてコンパレータ（２）
の一方に入力する。一方、検出抵抗Ｒ０に流れる所定電
流Ｉ０により発生する検出電圧ＶＳをコンパレータ（２
）の他方に入力すると、ＶＲとＶＳが電位的に反転する
ことにより、コンパレータ（２）の出力が反転し、電流
Ｉ０が流れてある一定レベルを超えたことを検出し、検
出抵抗Ｒ０に流れる電流Ｉ０をカットする。

【００１６】本発明の特徴とするところは、検出抵抗Ｒ
０に発生する電圧を直接、コンパレータに入力するとと
もに、温度変化による検出抵抗Ｒ０の抵抗値をダイオー
ドＤで温度補正するところにある。以下にダイオードＤ
による温度補正の原理を説明する。本発明で用いる検出
抵抗Ｒ０は上述したように銅箔等の低抵抗の金属を用い
るためにＴＣＲが非常に大きく、その結果、温度変化に
より、電流Ｉ０が一定であっても検出抵抗Ｒ０に発生す
る電圧は変化する。電流Ｉ０の検出レベルの温度による
変化を抑制するためには、基準レベルであるＶＲも温度
と共に変化させればよい。

【００１７】ＶＳを式で示すと、

【００１８】

【数１】

【００１９】

【数２】

【００２０】

【数３】

【００２１】コンパレータの反転条件を

【００２２】

【数４】

【００２３】とすると、上記（１）（２）（３）（４）
式は（１）（２）式よりＩＲを消去する。即ち、

【００
２４】

【数５】

【００２５】ここで、Ｒ１／Ｒ２＝Ａ，Ｒ３／Ｒ４＝Ｂ
とすると、ＶＲは

【００２６】

【数６】

【００２７】となり、ＶＳ＝Ｒ０×Ｉ０＝ＶＲとなる電
流Ｉ０が流れたことを図１の回路は判定する。実際には
、まず電流Ｉ０による電力ロスを考慮して検出抵抗Ｒ０
の抵抗値を決めてＶＳを決定する。そのＶＳに一致する
ように式（６）からＶＺ，Ａ，Ｂを決めて回路構成すれ
ばよい。このとき、温度変化を考慮するとＲ０は、

【０
０２８】

【数７】

【００２９】従ってＶＳは、

【００３０】

【数８】

【００３１】となる。一方、ツェナダイオードＶＺの温
度による変化は少ないために無視する。従ってＶＤの値
は、

【００３２】

【数９】

【００３３】これによりＶＲは、

【００３４】

【数１０】

【００３５】となる。式（８），（１０）の右辺は式（
６），（３），（４）より等しいため、式（８），（１
０）を等しくすると、次の様になる。

【００３６】

【数１１】

【００３７】Ｒ００，Ｉ０，αは既に決定されているた
め、式（１１）を成立させるためには、

【００３８】

【数１２】

【００３９】

【数１３】

【００４０】によりＢを決め、Ａ，ＶＺの値を決めれば
よい。仮に、今、ＶＺを決めたとすると、

【００４１】

【数１４】

【００４２】によりＡを決定すれば、電流検出回路の検
出抵抗Ｒ０の温度補正回路が実現できる。次に本発明の
電流検出回路を厚膜ＩＣに用いた場合について、図２に
基づいて簡単に説明する。混成集積回路基板（３）は放
熱性の優れたプリント基板あるいは金属基板が用いられ
るが、特に放熱性の優れた金属基板が好ましい。

【００４３】金属基板にはアルミニウム基板が用いられ
、その表面は陽極酸化により酸化アルミニウム膜が形成
される。酸化アルミニウム膜が形成された金属基板（３
）の一主面にはエポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂等
樹脂で絶縁薄層が形成される。ここでは酸化アルミニウ
ム膜を形成したが金属基板上に直接ポリイミド等の絶縁
薄層を形成することも可能である。

【００４４】導電路（４）は金属基板上の絶縁薄層を介
して厚さ３５μの銅箔が貼着され、所定の回路を組む様
に所定のパターンにエッチング形成された後、ボンディ
ングを行う部分にＮｉメッキが施される。導電路（４）
上にはパワー半導体素子（５）や他の回路素子例えばチ
ップ抵抗、チップコンデンサー、モノリシックＩＣ等が
固着形成され、電流検出回路を構成する導電路（４）上
には抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，ダイオード及び集積
ＩＣ（コンパレータ）（２）が固着形成される。抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は抵抗ペーストのスクリーン印刷
あるいはチップ部品で形成され、ダイオードはチップ部
品が用いられ、電流検出回路を構成する如く、近傍の導
電路（４）上に超音波ボンディング等でボンディング接
続される。

【００４５】図３は、コンパレータから「Ｈ」レベルの
信号が出力されたとき、パワー半導体素子（５）に検出
抵抗Ｒ０を介して流れる大電流を遮断制御する制御回路
を示す等価回路図であり、抵抗Ｒ０は電流検出回路に設
けられた電流検出用の検出抵抗Ｒ０である。今、コンパ
レータ（２）から「Ｈ」レベルの信号が出力されたとす
ると、トランジスタＴｒ１（６）がオンし、トランジス
タＴｒ２（５）はオフすることにより、大電流が遮断さ
れパワー半導体素子（５）が保護される。

【００４６】

【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明に依れば、
検出抵抗Ｒ０の抵抗体の温度変化に対する抵抗のバラツ
キを補正することができる。その結果、ＴＣＲ（抵抗温
度係数）の大きい低抵抗の抵抗体を検出抵抗として用い
ることができる。また、本発明では上述したように温度
補正を行うとともに検出抵抗Ｒ０に発生する電圧をダイ
レクトにコンパレータに入力するために、発生ノイズに
対しても精度の優れた電流検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】本発明を厚膜ＩＣに用いた平面図である。

【図３】厚膜ＩＣに用いられる制御回路を示す回路図で
ある。

【図４】従来例を示す回路図である。

【図５】従来例を示す回路図である。

【図６】図５を説明するための特性図である。

【図７】図５を説明するための特性図である。

【符号の説明】

（１）　　定電圧回路 （２）　　コンパレータ （３）　　混成集積回路基板 （４）　　導電路 （５）　　パワー半導体素子 Ｒ０　　検出抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定の一定電圧を有する定電圧回路と
   、被測定電流が流れる低抵抗の金属を抵抗体とする検出
   抵抗と、前記定電圧回路に接続された第１の抵抗および
   第２の抵抗と、前記第１の抵抗と直列接続されかつ前記
   第２の抵抗と並列接続されたダイオードおよび第３の抵
   抗と、前記ダイオードと前記第３の抵抗との接続点と前
   記検出抵抗に入力されたコンパレータとを備えたことを
   特徴とする電流検出回路。
2. 【請求項２】　　前記検出抵抗として銅箔あるいはＡｇ
   ペーストを用いたことを特徴とする請求項１記載の電流
   検出回路。
3. 【請求項３】　　前記ダイオードと前記第３の抵抗間に
   第４の抵抗が接続され、前記第３の抵抗と前記第４の抵
   抗の接続点に前記コンパレータの一端が入力されること
   を特徴とする請求項１記載の電流検出回路。