KR930010115B1 - 전류 검출 기능 부착 트랜지스터 - Google Patents

전류 검출 기능 부착 트랜지스터 Download PDF

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KR930010115B1
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가부시끼가이샤 도요다 지도쇽끼 세이사꾸쇼
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Description

전류 검출 기능 부착 트랜지스터
제 1 도는 본 발명의 전류 검출 기능 부착 트랜지스터의 한 실시예에 있어서의 상면의 전극 패턴을 도시하는 평면도.
제 2 도는 동실시예의 트랜지스터를 모식적으로 도시하는 회로도.
제 3 도는 동실시예의 트랜지스터를 쓴 과전류 보호회로의 1예를 도시하는 블럭도.
제 4 도는 제 3 도에 도시한 회로를 보다 상세하게 도시하는 회로도.
제 5 도는 본 발명의 전류 검출 기능부착 트랜지스터의 구성을 도시하는 모식도.
제 6 도는 전류 검출 기능 부착 트랜지스터의 등가 회로를 도시하는 구성도.
제 7 도는 본 발명의 전류 검출 기능 부착 트랜지스터의 다른 실시예를 도시하는 구성도.
제 8 도는 본 발명의 전류 검출 기능 부착 트랜지스터의 구성을 도시하는 모식도.
제 9 도는 전류 검출 기능 부착 트랜지스터에 있어서의 센스 저항의 구체예를 도시하는 평면 구조와 단면 구조를 대비적으로 나타낸 개략 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
S : 소스 전극 Rs: 전류 검출용의 저항
G : 게이트 전극 S1, S2: 전류 검출용의 단자
D : 드레인 전극
본 발명은 전류 검출 기능을 갖춘 트랜지스터에 관하며, 외부 저항을 부가함이 없이 전류 검출을 가능케 하며 또한 전류 검출에 따르는 여분의 전력 손실을 없애기 위해서, 주전류가 흐르는 전극 배선의 일부분을 전류 검출용의 저항으로 사용하고 이 저항에 의한 전압 강하에 기준하여 상기 주전류의 크기를 검출하도록 한것이다.
주전류를 흘리는 메인 트랜지스터와 그 메인 트랜지스터에 흐르는 전류를 검출하기 위한 센스 트랜지스터를 구비한 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 관하며, 주전류와 센스 전류의 배분의 비가 온도 변화에 의해 변화하지 않게하고, 센스 전압이 온도의 변화에 관계없이 바르게 주전류의 크기에 대응하여 확실하게 과전류를 검출할 수 있는 전류 검출 기능 부착 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 하며, 그 때문에 주전류와 센스 전류의 비가 온도 변화에 대해서 일정으로 되는데 적합하는 온도 계수를 가진 저항과 그 저항에 직렬로 접속되는 적의한 온도 특성을 가진 저항을 센스 트랜지스터의 에미터에 설치한 전류 검출 기능 부착 트랜지스터를 구성한다.
온도 변화의 영향을 받지 않고 안정된 센스 전압이 얻어지도록한 전류 검출 기능 부착 트랜지스터에 관하며, 센스 저항의 양단에 생기게 하는 센스 전압이 온도 변화에 의해서 변화하지 않게하고, 센스 전압이 온도 변화의 영향을 받지않고 메인 트랜지스터로 흐르는 주전류의 크기에 바르게 대응하며 확실하게 과전류를 검출할 수 있는 전류 검출 기능부착 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 하고, 그러기 위해서, 센스 트랜지스터의 에미터에 정의 온도계수를 가지는 저항과 부의 온도계수를 갖는 저항을 직렬로 배설해서 내장하고, 양저항이 온도에 대해서 상보적으로 변화하며 합성 저항의 온도계수가 영이되게 각각의 저항의 온도 계수와 저항치를 설정해서 전류 검출 기능부착 트랜지스터를 구성한다.
본 발명은, 주전류의 크기를 검출하는 전류 검출 기능을 구비한 트랜지스터에 관하며, 예컨대 바이폴라 트랜지스터, 정전유도 트랜지스터, 전계효과 트랜지스터 등의 각종 트랜지스터에 적용된다.
본 발명은 주전류를 흘리는 메인 트랜지스터와 그 메인 트랜지스터를 구비한 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 관하며, 특히 온도 변화의 영향을 받지 않고 안정된 센스 전압이 얻어지도록 한 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 관계한다.
본 발명은 주전류를 흘리는 메인 트랜지스터와 그 메인 트랜지스터에 흐르는 전류를 검출하기 위한 센스 트랜지스터를 구비한 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 관하여, 특히, 온도 변화의 영향을 받지않고 안정된 센스 전압이 얻어지도록 한 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 관계한다.
종래, 대전류를 흘릴 필요가 있는 전력용의 트랜지스터에선 과대 전류에 의한 손상을 방지하기 위해서 전류 검출기능을 구비한 것이 있다. 그 전류 검출 방법으로선 예컨대 에미터 전극이나 소스 전극과 같은 주전극에 대해서 외부 저항을 접속하고 이 외부 저항에 전압 강하를 측정해서 주전류의 크기를 검출하려는 것이 일반적이었다.
대전류를 흘릴 필요가 있는 전력용 트랜지스터에선 과대 전류가 흘렀을 때, 재빨리, 이것을 검출하고, 그것에 기준해서 상기 전력용 트랜지스터 자체에 전류 검출용의 센스 트랜지스터를 구비한 전류 검출용의 에미터 단자를 설치한 것이 제안되고, 실용에 제공되어 있다.
대전류를 흘릴 필요가 있는 전력용 트랜지스터에선 메인 트랜지스터에 과대 전류가 흘렀을 때, 재빨리 이것을 검출하고, 그것에 기준해서 상기 전력용 트랜지스터를 보호할 수 있는 전력용 트랜지스터 자체에 전류 검출용의 센스 트랜지스터를 구비하여 전류 검출용의 에미터 단자를 설치한 것이 제안되며 실용에 제공되어 있다.
상기 종래의 전류 검출법에선 트랜지스터에 대해서 새로히 외부 저항을 부가할 필요가 있으며, 게다가 이 저항에 의한 여분의 전력 손실이 크다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 이뤄진 것이며 그 목적은 외부 저항을 부가함이 없이 전류 검출을 가능케하며, 또한 전류 검출에 따르는 여분의 전력 손실을 없앨 수 있는 전류 검출 기능부착 트랜지스터를 제공하는데 있다.
그러한 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 있어선 상기 센스 트랜지스터에 흐르는 전류에 기준하여 센스 전압으로서의 전압 강하를 얻기 위한 저항(이하 센스 저항이라 한다)을 필요로 한다. 그리고, 이 센스 저항은 온도 변화에 따라서 그 저항값이 변하게 된다면, 비록, 상기 저항에 흐르는 전류가 일정하여도 검출 결과로서의 센스 전압이 고르지 않는 것으로 되며, 과전류의 기준이 바르게 정해지지 않는 것으로 된다. 그러한 이유로 상기 센스 저항을 온도 보상해서 결과적으로 온도의 변화에 관계하지 않고 일정한 저항값을 보이는 센스 저항을 갖는 전류 검출 기능 부착 트랜지스터를 본 발명의 발명자는 별도 제안하고 있다. 그러나, 트랜지스터의 콜렉터 에미터간 순방향 저항(이하 온저항이라 한다)은 그 자체 온도 변화에 따라서 그 저항값이 변화하는 성질이 있으므로 전술의 온도계수가 영의 센스 저항을 설치하면 메인 트랜지스터와 센스 트랜지스터로 흐르는 전류의 비 즉, 주전류와 센스 전류의 배분의 비가 온도 변화에 따라서 변화하게 되며, 그 결과, 온도 변화에 따라서 센스 전압이 변동된다는 문제가 있음을 알았다.
그래서, 본 발명은 전술과 같은 문제점을 감안, 주전류와 센스 전류의 배분의 비가 온도 변화에 의해서 변화하지 않게하고 센스 전압이 온도의 변화에 관계없이 바르게 주전류의 크기에 대응하여 확실하게 과전류를 검출할 수 있는 전류 검출 기능 부착 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전류 검출 기능부착 트랜지스터에 있어 센스 트랜지스터에 흐르는전류에 기준하여 센스 전압으로서의 전압 강하를 얻기 위한 저항(이하 센스 저항이라 한다)를 내장하는 것이 필요해진다. 종래, 이 센스 저항으로선 알루미늄 등의 금속, 폴리실리콘, 확산 저항 등이 쓰였다. 그런데, 저항체로서 이것들을 썼을 경우, 이것들은 온도 계수를 가지고 있으므로 온도가 변화하면 상기 센스 저항의 저항값도 변화된다. 그 때문에, 센스 전압이 온도의 변화에 따라서 변동된다는 문제점이 있다.
그래서, 본 발명은 전술과 같은 문제점을 감안하여, 센스 저항의 양단에 생기게 하는 센스 전압이 온도 변화에 의해서 변화하지 못하게 하고, 센스 전압이 온도 변화의 영향을 받지 않고 메인 트랜지스터에 흐르는 주전류의 크기에 바르게 대응하고 확실하게 과전류를 검출할 수 있는 전류 검출 기능부착 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전류 검출 기능부착 트랜지스터는 주전류가 흐르는 전극 배선의 일부분을 전류 검출용의 저항으로서 사용하며, 그 저항에 의한 전압 강하에 기준하여 상기 주전류의 크기를 검출하도록한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 주전류와 센스전류의 비가 온도 변화에 대해서 일정으로 되는데 적합한 온도계수를 가진 저항과 그 저항에 직렬로 접속되는 적의한 온도 특성을 갖는 저항을 센스 트랜지스터의 에미터에 설치해서 전류 검출 기능부착 트랜지스터를 구성한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 센스 트랜지스터의 에미터에 정의 온도계수를 가지는 저항과 부의 온도계수를 가지는 저항을 직렬로 배설해서 내장하고, 양저항이 온도에 대해 상보적으로 변화하고 합성 저항의 온도 계수가 영이되게 각각의 저항의 온도 계수와 저항값을 설정해서 전류 검출 기능부착 트랜지스터를 구성한다.
전극 배선에도 저항 성분이 포함되고 있으므로 그 일부분을 전류 검출용의 저항으로서 사용할 수 있다.
즉, 이 저항으로서 사용하는 전극 배선의 일부분의 양단부터는 주 전류에 대응하는 크기의 전압 강하가 얻어지므로 이 전압 강하에 주전류의 크기를 검출할 수 있다.
이 같이 본 발명에선 기존의 전극배선에 존재하는 저항 성분의 전압 강하를 이용해서 전류 검출을 행하므로서 새로히 외부 저항을 이용해서 전류 검출을 행하므로 새로히 외부 저항을 부가할 필요도 없고, 또, 전류 검출에 따르는 여분 전력 손실도 영으로 된다.
트랜지스터의 콜렉터 에미터간 온저항의 온도 특성에 대해서 적의한 온도 특성을 갖는 저항을 센스 트랜지스터의 에미터에 설치하고 있으므로 온도 변화에 따라 원래 주전류와 센스의 전류와의 비가 변화하는데를 상기 저항의 작용으로 주전류와 센스 전류와의 비를 일정으로 유지할 수 있게 된다.
센스 저항은 정의 온도계수를 가지는 저항과 부의 온도계수를 가지는 저항을 직렬로 접속하고 있으므로 온도의 상승에 따라서 한쪽의 저항의 저항값이 상승하면 다른쪽의 저항값이 저하된다. 역으로, 한쪽의 저항의 저항값이 저하되면 다른쪽의 저항의 저항값이 상승한다. 그 결과, 쌍방의 저항에 생기는 온도 변화에 대한 전압 강하의 변동분을 상호 상쇄되어 센스 저항 전체에 대해서의 전압 강하의 변동분은 없어진다. 따라서, 주전류가 바뀌지 않는한 센스 전압을 온도 변화에 관계하지않고 일정어로 유지시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 전류 검출 기능부착 트랜지스터의 한 실시예에 있어서의 상면의 전극 패턴을 도시하는 평면도이다. 또한, 본 실시예는 기존의 멀티 에미터 구조의 바이폴라형 정전유도 트랜지스터에 전유 검출기능을 갖게 한 것이다.
본 실시예의 트랜지스터는 칩 표면부에 병렬로 다수 배치된 소스 영역(도시안됨)상에, 제 1 도에 나타나듯이, 알루미늄 등으로된 빗살모양의 소스 전극 S가 형성되며, 상기 소스 영역을 둘러싸게 배치된 게이트 영역(도시안됨)상에, 동일한 형상으로 알루미늄 등으로 할 수 있는 빗살 모양의 게이트 전극 G을 형성한다. 이들 소스 전극 S와 게이트 전극 G은 서로 맞물린 상태로 배치되어 있다. 또한, 제 1 도에는 나타나 있지 않으나 칩이면(드레인 영역)의 전면에는 드레인 전극 D가 형성되어 있다.
또한, 빗살모양의 소스 전극 S의 일부를 구성하는 1개의 전극 Sn의 선단부에 전류 검출용의 한쪽의 단자 S1이 설치되며 상기 전극 Sa로부터 어떤 거리를 뗀 위치에 있는 또 1개의 전극 Sb의 뿌리부분에 전류 검출용의 또 한쪽의 단자 S2가 설치되어 있다. 그리고, 소스 전극 S의 상기 2개의 단자 S1, S2로 끼어진 부분(사선부분)을 전류 검출용의 저항 Rs로서 사용한다. 이 같이 구성한 경우의 모식적인 회로도를 제 2 도에 도시한다. 단 여기에는 n채널의 정전유도 트랜지스터의 경우를 도시하고 있다.
상기 구성으로 되는 본 실시예의 트랜지스터에선 게이트 전극(C)를 거쳐서 흐르는 게이트 전류 IG에 따라서 드레인 전극 D에는 드레인 전류가 ID가 흐름과 더불어 소스 전극 S에는 소스 전류 Is(≒드레인 전류 ID)가 흐른다. 이때, 소스 전극 S의 일부인 전류 검출용의 저항 Rs에도, 단자 S1부터 단자 S2에 걸쳐서 전류(검출용 전류) Iss가 흐르므로 저항 Rs에 의한 전압강하, 즉 단자 S1, S2간의 전압 Vss를 측정하는 것으로 주전류(소스 전류 Is)의 크기를 검출할 수가 있다.
본 실시예에 의하면, 상술한 바와 같이 기존의 소스 전극 S에 존재하는 저항 성분의 전압 강하를 이용해서 전류 검출을 행할 수 있으므로 새로히 외부 저항을 부가할 필요도 없고 게디가 검출에 따르는 여분의 전력 손실을 영으로 할 수 있다.
또, 본 실시예와 같이 단자 S1을 전극 Sa의 선단부에 설치하고, 또한 단자 S를 다른 전극 Sb의 뿌리부분에 설치하므로서 단자 S2에는 전극 Sa부터의 전류만이 아니고 전극 Sa, Sb간에 낀 각 전극부터의 전류도 흘러들며, 이들 모두의 전류에 의한 전압 강하가 저항 Rs에 의한 전압 강하로서 검출되므로 노이즈의 영향을 받는 일이 없는 충분한 크기의 전압 강하를 검출할 수 있다. 예컨대, 소스 전극 S의 재료가 비저항이 작은 알루미늄이여도 그 일부를 구성하는 각 전극의 폭 W나 길이 α을 적당히 설정해서 약 0.1Ω정도의 저항 Rs를 얻을 수 있으므로 소스 전류 Is를 수십 A정도 흘리는 경우는 저항 Rs에 의해 100mV 근처의 충분한 전압 강하를 얻을 수 있다.
다음에 제 3 도는 상기 실시예의 전류 검출 기능부착 트랜지스터 T를 써서, 이 트랜지스터 T 자체를 과전류부터 보호하기 위한 과전류 보호 회로의 한 예를 도시하는 블럭도이며, 제 4 도는 제 3 도의 보다 상세한 회로도이다.
제 3 도에 있어서, 트랜지스터 T의 드레인 전극 D는 부하(1)를 거쳐서 직류 전원(2)의 플러스측에 접속되며, 소스 전극 S는 공통 단자(3)를 거쳐서 직류 전원(2)의 마이너스측에 접속되어 있으며, 또, 게이트 전극 G에는 트랜지스터 구동회로(4)로부터 출력된 게이트 전류 IG가 흘러들게 되어 있다.
또한, 트랜지스터 T에 설치한 전류 검출용의 저항 Rs의 양단에 생기는 전압(단자 S1, S2간의 전압)은 직류 증폭기(5)에 입력되며 여기에서 증폭해서 얻어진 출력 전압은 기준 전압원(6)의 기준 전압 VREF와 더불어 판단 제어 회로(7)에 입력된다. 그리고, 이 판단 제어 회로(7)의 판단 결과에 따른 출력 전압이 상기 트랜지스터 구동회로(4)에 제어 입력으로서 공급되어 있다. 여기에서, 제 4 도에 분명하듯이 상기 직류 증폭기(5)는 편전원 동작의 연산증폭기로 구성되고 있으며, 상기 판단 제어 회로(7)는 오픈 콜렉터 출력의 비교기로 구성되어 있고 또, 기준 전압원(6)은 제너 다이오드, 저항 및 콘덴서로 구성되어 있다. 또, 트랜지스터 구동회로(4)는 트랜지스터 Q1에 의한 증폭회로와 트랜지스터 Q2및 Q3에 의한 전류 밀러 회로로 구성되어 있다.
상기 구성으로 되는 과전류 보호회로의 동작을 이하에 설명한다.
우선, 트랜지스터 구동회로(4)의 구동입력 단자(9)에 구동신호가 입력되면, 트랜지스터 구동 회로(4)는 트랜지스터 T의 게이트 전극 G에 게이트 전류 IG를 공급한다. 그 결과, 트랜지스터 T가 도통 상태로 되며, 소스 전류 Is(≒드레인 전류 ID)가 부하(1)를 거쳐서 흐른다. 이때, 전류 검출용의 저항 Rs에도 소스전류 Is의 일부인 검출용 전류 Iss가 흐르는 것에 의해, 저항 Rs의 양단에는 소스 전류 Is의 크기에 대응한 전압이 생긴다. 이 전압은 직류 증폭기(5)로 K(K는 정수)배로 증폭된다.
직류 증폭기(5)의 출력 전압은 판단 제어 회로(7)에 입력되며, 기준 전압 VREF와 비교된다. 만일, 어떤 원인으로 부하(1)가 단락해서 소스 전류 Is가 과대하게 되고 직류 증폭기(5)의 출력 전압이 기준 전압 VRPF보다 높아지면 판단 제어회로(7)가 트랜지스터 구동회로(4)의 제어단자 S에 제어 신호를 보낸다. 그 결과, 트랜지스터 구동회로(4)가 트랜지스터 T로의 게이트 전류 IG의 공급을 저감해서, 소스전류 Is(≒드레인 전류 ID)를 감소시킨다. 이 같은 부귀환 루프로, 트랜지스터 T, 부하(1) 및 직류 전원(2)이 과전류로부터 보호된다.
또한, 제 1 도에 도시한 전류 검출용의 단자 S1, S2의 위치는 그 위치에 한정될 필요는 없고, 이들 단자 S1, S2간에 만들어지는 저항 Rs로 전류 검출이 가능한 만큼의 충분한 전압 강하가 얻어지는 것이면 어느 위치여도 좋다.
또, 전극 재료는 상술한 알루미늄에 한정됨이 없고, 다른 금속이나 폴리실리콘 등도 사용된다.
또한, 제 2 도에는 n채널의 정전유도 트랜지스터만을 도시했는데 물론 p채널이여도 좋으며, 혹은 통상의 하이폴라 트랜지스터나 전계효과 트랜지스터 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
제 5 도는 본 발명의 전류 검출 기능부착 트랜지스터의 구성을 도시하는 모식도이다.
동 도면에서 전류 검출 기능부착 트랜지스터 Tr는 주전류를 흘리는 메인 트랜지스터부와 그 메인 트랜지스터부에 흐르는 전류를 검출하기 위한 센스 트랜지스터부를 가지고 있다. 양 트랜지스터부의 콜렉터와 베이스는 각각 공통으로 결선하고 별개로 점선으로 도시하고 있는 용체의 외부에 끌어내고 있다(기호 C 및 기호 B). 메인 트랜지스터부의 에미터, 즉, 메인 에미터도 상기 콜렉터나 상기 베이스와 마찬가지로 상기 용체의 외부에 끌어내고 있다(기호 E).
센스 트랜지스터부의 에미터, 즉, 센스 에미터는 온도 계수와 영이되게 온도 보상하고 있는 센스 저항 Rs와, 동작시, 주전류와 센스 전류(센스 트랜지스터부에 흐르는 전류)의 비가 온도 변화에 대해서 일정하게 되는데 적합한 온도 계수를 가진 저항 RT를 거쳐서 상기 메인 에미터에 접속하고 있다. 또, 상기 센스 에미터와 상기 센스 저항 Rs와의 접부는 상기 용체의 외부에 한쪽의 센스 전압 검출단자(S1)로서 끌어내고 있으며, 다시 상기 센스 저항 Rs와 상기 저항 RT와의 접부는 상기 용체의 외부에 다른쪽의 센스 전압 검출단자(S2)로서 끌어내고 있다. 또한 본 실시예에선, 상기 센스 저항 Rs나 상기 저항 RT는 실리콘 기판상에 트랜지스터부와 더불어 형성하는 알루미늄 전극의 저항(정의 온도 계수를 가진다)이나 확산법으로 형성하는 폴리실리콘(부의 온도계수를 갖는다)이나 확산법으로 형성하는 폴리실리콘(부의 온도계수를 갖는다)의 확산 저항을 조합해서 형성하고 있다.
이하, 주전류와 센스 전류의 비가 온도 변화에 관계없이 일정으로 되기 위한 조건에 대해서 설명한다.
제 6 도는 상기 전류 검출 기능부착 트랜지스터 Tr의 등가회로를 도시하는 구성도이다.
동 도면에 있어서 메인 트랜지스터부의 콜렉터 에미터간 온 저항은 RCE/m로 나타내고 있으며, 나타내고 있으며, 센스 트랜지스터부의 콜렉터 센스 에미터가 온 저항은 RCE/n로 나타내고 있다. 그 콜렉터 센스 에미터간 온 저항에는 상기 저항 RT와 상기 센스 저항 Rs가 직렬로 연계되며 메인 에미터에 접속되어 있다. 여기에서 센스 트랜지스터부에 흐르는 전류를 Is로 하고, 메인 트랜지스터부에 흐르는 전류를 로 하면 전류 Is와 전류 IE의 비는
로 나타낼 수 있다. 여기에서 αk는 상기 전류 검출 기능부착 트랜지스터 Tr를 형성하는 반도체의 온 저항 RCE의 온도계수, αT는 상기 저항 RT의 온도계수, △T는 온도의 변화분, m와 n는 정의 정수이다.
만일, 온도 변화의 영향을 받지 않는다고 하면, 상기 △T는 영이므로 상기 (1)식에 T=0을 대입하면,
로 된다.
상기 (1) 식 및 상기 (2)식에서 온도 변화의 영향을 받지 않고 전류 Is와 전류 IE의 비가 일정이 되는 조건은,
(3) 식에서
로 된다.
상기 (4)식이 전류 Is와 전류 IE의 비가 일정하게 되기 위한 조건으로 된다. 따라서 상기 (4)식을 채우는 온도 보상 저항 RT를 상기 센스 에미터에 부가하면 전류 Is와 전류 IE의 비가 일정이 되며, 그 결과, 센스 전압 Vs의 온도 드리프트를 해소할 수 있다.
제 7 도는 본 발명의 전류 검출 기능부착 트랜지스터의 다른 실시예를 도시하는 구성이다.
동 도면에 있어서, 전류 검출 기능부착 트랜지스터 TR의 콜렉터 C, 베이스 B 및 메인 에미터 E는 제 5 도에 도시한 것과 마찬가지로 구성하고 있다. 센스 에미터는 주전류와 센스전류의 비가 온도 변화에 대해서 일정하게 되는데 적합하는 온도계수를 갖는 저항 RT를 거쳐서 용체의 외부에 센스 전압 검출 단자 S로서 끌어내고 있다. 그리고, 그 센스 전압 검출 단자 S와 메인 에미터 E와 사이에 영의 온도 계수를 갖는 센스 저항 Rs를 외부착할 수 있게 하고 있다. 이 같이 구성한 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 있어서도 제 5 도에 도시한 것과 전혀 마찬가지로 상기 센스 저항 Rs의 양단에서 온도 드리프트가 거의 없는 센스 전압 Vs를 얻을 수 있다. 또한 실시예에선 통상의 트랜지스터에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명했는데 본 발명은 FET, 정전유도 트랜지스터(SIT) 등에도 당연 적용되는 것이며 그 경우에는 콜렉터가 드레인에, 에미터가 소스에, 베이스가 게이트에 각각 대응해서 호칭되고 있는 것은 주지와 같다.
제 8 도는 본 발명의 전류 검출 기능부착 트랜지스터의 구성을 도시하는 모식도이다. 동 도면에 있어서, 전류 검출 기능부착 트랜지스터 Tr는 주전류를 흘리는 메인 트랜지스터와 그 메인 트랜지스터부에 흐르는 전류를 검출하기 위한 센스 트랜지스터부를 가지고 있다. 양 트랜지스터부의 콜렉터와 베이스는 각각 공통으로 결선하며 별개로 점선을 가지고 나타내고 있는 용체의 외부에 끌어내고 있다(기호 C 및 B). 메인 트랜지스터부의 에미터 즉, 메인 에미터도 상기 콜렉터나 상기 베이스와 마찬가지로 상기 용체의 외부에 끌어내고 있다(기호 E).
센스 트랜지스터부의 에미터, 즉, 센스 에미터에는 정의 온도계수를 가지는 저항 Rs1과 부의 온도를 가지는 저항 Rs2을 직렬로 접속해서 구성한 센스 저항의 일단을 접속하고 있으며, 타단은 상기 메인 에미터에 접속하고 있다. 또, 상기 센스 에미터와 상기 센스 저항 Rs1과의 접부는 상기 용체의 외부에 한쪽의 센스 전압 검출 단자(S1)로서 끌어대고 있으며, 상기 메인 에미터와 상기 센스 저항 Rs2와의 접부는 다른쪽의 센스 전압 검출단자(S2)로서 상기 용체의 외부에 끌어내고 있다. 또한, 본 실시예에선 상기 저항 RS1에 정의 온도계수를 가지는 저항을 배치하고, 상기 저항 RS2에 부의 온도계수를 가지는 저항을 배치했는데, 역으로 상기 저항 RS2에 정의 온도계수를 가지는 저항을 배치하고, 상기 저항 RS1에 부의 온도계수를 가지는 저항을 배치해도 마찬가지의 기능을 다하게 된다. 그 경우엔 이하의 설명에 있어서 Rs1은 Rs2와, Rs2는 Rs1로 바꿔읽으므로서 설명을 이해할 수 있다.
이하, 저항 Rs1과 저항Rs2에 의한 센스 저항의 합성 저항값이 온도 변화에 관계없이 일정하게 되기 위한 조건에 대해 설명한다.
RS=Rs1+Rs2…………………………………………(1)
(1) 식을 온도 변화를 고려하여 나타내면,
RS=Rs1(1+αk1ΔT)+Rs2(1+αk2ΔT) (2)
와 같이 나타낼 수 있다.
단, αk1은 저항 Rs1의 온도계수(αk1〉0), αk2는 저항 Rs2의 온도계수(αk2〈0), T는 온도 변화분이다.
상기 센스 저항 Rs가 온도의 영향을 받지않기 위해선 상기 (2)식의 온도 변화에 항이 영이되면 되므로,
αk1·Δ·T Rs1+αk2·ΔT·RS2=0……………………………(3)
으로 된다.
상기 (1), (3) 식이 센스 저항의 합성 저항값이 온도 변화에 관계없이 일정하게 되기 위한 조건이 된다. 그러므로 상기 (1), (3) 식을 만족하는 것같은 온도계수 αk1, 온도계수 αk2, 저항 Rs1및 저항 Rs2를 설정함으로서 센스 저항의 온도 드리프트를 해소 할 수 있다.
제 9 도는 상기 전류 검출 기능부착 트랜지스터에 있어서 상기 센스 저항의 구체예를 도시하는 평면구조와 단면구조를 대비적으로 나타낸 개략 구성도이다.
동 도면에 있어서 산화 실리콘 기판(SiO2)의 일면에는 폴리실리콘(부의 온도계수를 갖는다)을 적층하고 있으며, 또한, 그 폴리실리콘(Poly-Si)의 상면의 요소에 알루미늄(정의 온도계수를 갖는다)를 적층하고 있다. 그리고, 이 알루미늄(Al)에 의해서 전극(1) 및 저항체부(2a)를 갖는 전극(2)을 형성하고 있다. 또, 상기 전극(1)과 상기 전극(2)의 사이에는 상기 폴리 실리콘의 띠상부(3)를 개재시키고 있다.
도면외의 센스 에미터 및 센스 전압 검출단자(S1)에 연계하는 패드(4)는 상기 전극(1)에 접속하고 있으며, 그 패드(4)에서 유입하는 전류는 화살표로 도시하듯이 상기 전극(1), 상기 띠상부(3), 상기 전극(2)을 지나며, 상기 저항체부(2a)를 거쳐서 센스 전압 검출 단자(S2)가 연계하는 패드(5)에 유출되어 간다.
그리고, 상기 알루미늄의 상기 전극(1), 상기 저항체부(2a)를 포함하는 상기 전극(2)의 전체가 상기 저항(RS1)로서 기능하며, 상기 폴리 실리콘의 띠상부(3)가 상기 저항(RS2)로서 기능한다. 또한, 실시예에선 통상의 트랜지스터에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명했는데 본 발명은 FET, 정전유도 트랜지스터(SIT)등에도 당연 적용되는 것이며, 그 경우에는 콜렉터가 드레인에, 에미터가 소스에, 베이스가 게이트에 각각 대응해서 호칭되고 있음은 주지와 같다.
본 발명에 의하면 기존의 전극 배선에 존재하는 저항 성분의 전압 강하를 이용해서 주전류의 검출을 행하므로 새로히 외부 저항을 부가할 필요도 없고 또, 전류 검출에 따르는 여분 전력 손실을 영으로 할 수도 있다.
주전류와 센스 전류의 비가 온도 변화에 의해서 거의 변화하지 않게 되고, 센스 전압이 온도의 변화에 관계없이 바르게 주전류의 크기를 반영하도록 되어서 확실하게 과전류를 검출할 수 있다.
센스 저항을 온도 보상했으므로 온도 변화에 의한 센스 저항의 저항값의 변동이 거의 생기지 않게 되므로 주전류의 크기에 바르게 대응한 센스 전압을 얻을 수 있다. 그 결과, 메인 트랜지스터에 과전류가 흘렀을 때에는 확실히 과전류를 검출할 수 있게 된다.

Claims (1)

  1. 센스 트랜지스터의 에미터에 정의 온도계수를 가지는 저항과 부의 온도계수를 가지는 저항을 직렬로 배설해서 내장하고, 양저항이 온도에 대해서 상보적으로 변화하여 합성 저항과 온도계수가 영이되게 각각의 저항의 온도 계수와 저항값을 한정한 것을 특징으로 하는 전류 검출 기능 부착 트랜지스터.
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