[发明专利]电流检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测流过功率半导体器件的电流值的电流检测电路。

背景技术

如半导体闸流管这样的功率半导体器件(以下，称作功率晶体管)是进行电力的转换及控制的半导体，例如，大多被用作电动机的逆变器控制用的驱动元件或开关电源用的电力控制元件。具体而言，为了产生电动机负载的驱动转矩，而使用流过功率晶体管的电流，并且在开关电源中，将功率晶体管用在响应性的改善中。特别是，与双极结晶体管(Bipolar Junction Transistor：BJT)或半导体闸流管相比，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅极双极性晶体管)和功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)能够实现高速开关功能，因此在以往使用了BJT或半导体闸流管的高耐压领域中，也开始使用IGBT和功率MOSFET。并且，近几年，代替以往的硅半导体而使用利用了碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)的宽禁带半导体(wide bandgap semiconductor)，开发了高耐压且可进行高速开关动作的功率半导体器件。

在产生异常时向负载施加过大的电流会恶化或破坏负载或与负载相连的功率晶体管。因此，在使用功率晶体管的电路中，检测流过功率晶体管的电流并基于检测出的电流控制流过负载的电流的技术、以及在检测出的电流的电流值比规定值大时阻断电流来保护功率晶体管的过电流检测技术是必需的技术。一般，为了检测流过功率晶体管的电流，与向负载提供电流的功率晶体管并列地设置具有与功率晶体管相同的结构且小尺寸的元件。由于该小尺寸的元件是用于检测(sense)流过功率晶体管的电流的器件，因此被称为检测晶体管(sense transistor)。具体而言，在功率晶体管和检测晶体管具有FET(Field Effect Transistor)结构，且具有相同的沟道长度和互不相同的沟道宽度的情况下，互相连接功率晶体管和检测晶体管的各栅极，将各栅极设为相同电位，且将功率晶体管和检测晶体管的各漏极或各源极设为相同电位，从而能够获得实质上与沟道的宽度成比例的电流。

例如，在将功率晶体管和检测晶体管的各漏极设为相同电位的情况下，流过与功率晶体管相连的负载的电流的一部分被提供给具有比功率晶体管的沟道宽度小的沟道宽度的检测晶体管并被检测。此时，流过检测晶体管的源极-漏极电流实质上与负载电流成比例。通过向电阻元件、或作为在电阻区域(也称作三极管区域或线性区域)进行工作的其他晶体管即测量电阻的一端施加该检测出的电流，从而检测出的电流被作为微小电压而获得。通常，为了将测量电阻的另一端设定为与功率晶体管的源极同电位，所以测量电阻的一端具有从检测晶体管的源极电位降低了测量电阻引起的压降的电位。

接着，参照图8，说明将功率晶体管和检测晶体管的各源极设为相同电位时的电流检测电路的动作。图8是现有技术所涉及的电流检测电路的电路图，被记载在专利文献1中。

图8的电流检测电路构成为具备与上述的功率晶体管对应的电力用MOSFET101、与上述的检测晶体管对应的检测MOSFET102、差动放大器(运算放大器)103、齐纳二极管133、齐纳二极管134、MOSFET106、增强型(normally-off type)MOSFET137和增强型MOSFET138。其中，电力用MOSFET101的源极被接地，漏极经由端子108、负载104、端子111与电源112相连。此外，检测MOSFET102的源极被接地，漏极经由MOSFET106、端子110、测量电阻105，与电源113相连。并且，电力用MOSFET101和检测MOSFET102的各栅极与用于施加控制电压的输入端子109相连。齐纳二极管133的阳极与电力用MOSFET101的源极相连，阴极与差动放大器103的同相输入端子相连。此外，齐纳二极管134的阳极与电力用MOSFET101的源极相连，阴极与差动放大器103的反相输入端子相连。并且，差动放大器103的输出端子与MOSFET106的栅极相连。增强型MOSFET137连接在电力用MOSFET101的漏极与差动放大器103的同相输入端子之间，增强型MOSFET138连接在检测MOSFET102的漏极与差动放大器103的反相输入端子之间，增强型MOSFET137和138的各栅极经由电压源135被接地。