專利名稱：過流檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測至直流電路的過流的過流檢測裝置，特別涉及一種用于將過渡狀態(tài)中的過流檢測的掩蔽時間(mask time)設(shè)置得短的技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如，在其中半導(dǎo)體開關(guān)如FET，設(shè)置在直流電源和負載如電機或燈之間，導(dǎo)通/斷開半導(dǎo)體開關(guān)以控制負載的驅(qū)動操作的直流電路中，提供一種過流檢測電路用于在有過流流過時檢測過流，如短路電流。當(dāng)檢測到過流時，半導(dǎo)體開關(guān)立即斷開以保護電路。
圖5是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝有過流檢測電路的負載驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)的電路圖。例如，圖5中所示的直流電源VB是要安裝在車輛上的電池，例如，負載101是要安裝在車輛上的用于電動窗驅(qū)動的電機或各種燈。直流電源VB和負載101通過MOS型的FET(T101)彼此連接。
而且，把直流電源VB正極側(cè)的輸出端設(shè)置為具有電壓V1，并通過包括電阻器R101和R102的串聯(lián)電路接地。因此，通過電阻器R101和R102對電壓V1進行分壓，得到電阻器R101和R102的節(jié)點的電壓V4。電壓V4施加給比較器(CMP101)負極側(cè)的輸入端。
而且，直流電源VB正極側(cè)的輸出端通過包括電阻器R103、FET(T102)以及電阻器R105的串聯(lián)電路接地，電阻器R103和FET(T102)的節(jié)點(電壓V3)連接至放大器(AMP101)正極側(cè)的輸入端，放大器(AMP101)負極側(cè)的輸入端連接至FET(T101)的源極(電壓V2)，放大器(AMP101)的一個輸出端連接至FET(T102)的柵極。
而且，F(xiàn)ET(T102)的源極(電壓V5)連接至比較器(CMP101)正極側(cè)的輸入端。
而且，提供用于驅(qū)動FET(T101)的驅(qū)動電路102。驅(qū)動電路102通過電阻器R112連接至FET(T101)的柵極。每個名稱下面描述的數(shù)值，例如，在電阻器R101下面描述的“20K”表示電阻器R101的電阻值是20KΩ的例子。
當(dāng)FET(T101)導(dǎo)通時，在FET(T101)的漏極和源極之間的電壓VDS可用下面的公式(1)表示，其中FET(T101)在導(dǎo)通狀態(tài)的電阻用Ron表示，漏電流用ID表示。
VDS＝V1-V2＝Ron*ID(1)放大器(AMP101)對應(yīng)于電壓VDS和電阻器R103上產(chǎn)生的電壓之間的差分電壓，向FET(T102)的柵極輸出控制信號，并控制流至由電阻器R103、T102和R105構(gòu)成的串聯(lián)電路的電流11。因此，控制使在電阻器R103兩端產(chǎn)生的電壓與漏極和源極之間的電壓VDS相等。
而且，例如，如果將電阻器R105的電阻值設(shè)置為電阻器R103的電阻值的100倍(如R103＝100Ω，R105＝10KΩ)，通過將電壓VDS放大100倍得到電壓V5。這可用下面的公式(2)表示。
V5＝(R105/R103)*VDS＝(R105/R103)*Ron*ID(2)向比較器(CMP101)正極側(cè)的輸入端施加電壓V5，將通過電阻器R101和R102對直流電源電壓VB分壓得到的電壓(基準(zhǔn)電壓)V4施加給負極側(cè)的輸入端。從而，當(dāng)電壓V5高于電壓V4時，比較器(CMP101)的輸出信號被翻轉(zhuǎn)。具體地說，當(dāng)過流流到負載101導(dǎo)致電流ID增加時，電壓V5按照公式(2)增加，并變得高于電壓V4，導(dǎo)致比較器(CMP101)的輸出信號翻轉(zhuǎn)。因此，通過檢測相同信號以斷開FET(T101)，可以與其連接的保護負載101及電路。
在電路中，即使負載電路是正常的，在導(dǎo)通狀態(tài)的電阻Ron也會增加，電壓V5按照公式(2)增加，從而得到V5＞V4，而對于FET(T101)從斷開狀態(tài)至導(dǎo)通狀態(tài)的過渡周期，比較器(CMP101)的輸出從L電平翻轉(zhuǎn)至H電平。因此，無法實現(xiàn)過流檢測功能。
由于此原因，提供一種開始定時器103，用于與驅(qū)動電路102的輸出信號同步開始，從開始定時器103輸出L電平信號，而不考慮比較器(CMP101)的輸出，直至FET(T101)的過渡周期結(jié)束，并且用L電平輸出來確定過流。因此，可以防止錯誤地確定過渡周期。
但是，現(xiàn)有的過流檢測裝置具有下面(1)和(2)的問題。
(1)通過預(yù)先估計FET(T101)的過渡周期來設(shè)置開始定時器103的定時持續(xù)時間。即使使用同樣標(biāo)準(zhǔn)的單元，過渡周期并不總是相等的，而是有變化的。由于此原因，應(yīng)將定時器定時持續(xù)時間設(shè)置得比具有最大變化的過渡周期長。在此情況下，如果使用具有比設(shè)置的過渡周期短的過渡周期的FET(T101)，則開始定時器103執(zhí)行掩蔽，而不考慮實現(xiàn)過流檢測功能。結(jié)果，有一段時間無法使用寶貴的過流檢測功能。
(2)當(dāng)改變作為半導(dǎo)體開關(guān)的FET(T101)的類型時，F(xiàn)ET(T101)柵極電容改變，其過渡周期也因此改變。因此，過渡周期的改變?nèi)Q于FET柵極電路的結(jié)構(gòu)或柵極特性。相應(yīng)地，設(shè)置開始定時器103的定時持續(xù)時間。當(dāng)具有IC內(nèi)提供有過流檢測裝置的結(jié)構(gòu)時，需要將用于在IC的外部調(diào)節(jié)定時器定時持續(xù)時間的調(diào)節(jié)端增加至IC封裝，并需要增加至IC外部的調(diào)節(jié)電路。這造成了成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題，其目的是提供一種過流檢測裝置，該過流檢測裝置在過渡周期被改變時，還能夠為半導(dǎo)體開關(guān)的過渡周期設(shè)置適當(dāng)?shù)难诒纬掷m(xù)時間，并且當(dāng)過渡周期結(jié)束時，立即運行過流檢測功能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面是針對一種過流檢測裝置，其通過使用半導(dǎo)體開關(guān)，檢測在用于控制負載導(dǎo)通/斷開的負載電路中的過流，其包括驅(qū)動電路，其向半導(dǎo)體開關(guān)輸出驅(qū)動信號；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓(V4)；測量電壓產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生對應(yīng)于在半導(dǎo)體開關(guān)兩端產(chǎn)生的電壓(VDS)的測量電壓(V5)；第一比較器，其將測量電壓與基準(zhǔn)電壓作比較，當(dāng)測量電壓大于基準(zhǔn)電壓時，輸出過流確定信號；飽和確定電路，其確定在半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓(VG)和施加給半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓(V1)之間的差分電壓(VG-V1)大于預(yù)定電壓(δ)；以及過流信號切換電路(AND1)，當(dāng)飽和確定電路確定差分電壓(VG-V1)大于預(yù)定電壓(δ)時，其執(zhí)行切換操作以使過流確定信號輸出至驅(qū)動電路。
圖1中電路的過渡周期，即用于導(dǎo)通半導(dǎo)體開關(guān)(T1)以自由地使用過流檢測功能所需的周期，包括用于使半導(dǎo)體開關(guān)(T1)的漏極和源極之間的電壓VDS飽和所需的周期，以及然后用于增加延遲時間直到測量電壓產(chǎn)生電路正常操作所需的周期。通過使用半導(dǎo)體開關(guān)(T1)的柵極電壓來檢測用于使電壓VDS飽和所需的持續(xù)時間，使用具有和放大器(AMP1)的相同特性的比較器(CMP2)來估計測量電壓產(chǎn)生電路的延遲時間。因此，確定了半導(dǎo)體開關(guān)(T1)的過渡周期。而且，在確定過渡周期結(jié)束后，可立即運行過流檢測功能。
根據(jù)上述配置，在其中對于半導(dǎo)體開關(guān)從斷開改變到導(dǎo)通的過渡周期表現(xiàn)出單個的變化，而且，柵極電路的結(jié)構(gòu)和特性也變化的情況下，始終進行相等和適當(dāng)?shù)倪^渡周期的檢測和確定。此外，半導(dǎo)體開關(guān)正常操作時的過渡周期較短，即幾微秒。因此，通過與具有極好的響應(yīng)的運算放大器組合，在過渡周期結(jié)束后，也在其中在開始之前產(chǎn)生線路異常如完全短路的情況下，立即檢測過流以斷開電路。因此，可以可靠地保護線路和半導(dǎo)體開關(guān)自身。
而且，根據(jù)上述配置，可高精度地檢測過渡周期，而不會導(dǎo)致故障，并且，從半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通操作至實現(xiàn)過流檢測功能的過渡周期可設(shè)置為最短。因此，僅通過一種檢測半導(dǎo)體開關(guān)端之間的電壓的方法，可以實現(xiàn)過流檢測功能，簡化電路結(jié)構(gòu)，并降低成本而不使用另一裝置。
優(yōu)選地，將預(yù)定電壓設(shè)置為等于或大于半導(dǎo)體開關(guān)的閥值電壓(Vth1)的值。
根據(jù)上述配置，將用來確定在半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓(VG)和施加給半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓(V1)之間的差分電壓(VG-V1)的預(yù)定電壓設(shè)置為等于或大于半導(dǎo)體開關(guān)的閥值電壓(Vth1)的值。因此，在半導(dǎo)體開關(guān)可靠地進入飽和狀態(tài)時，可以運行過流檢測功能。因此，可以可靠地避免因浪涌電流(rush current)而造成的故障，并且設(shè)置短的掩蔽時間。
優(yōu)選地，測量電壓產(chǎn)生電路包括第一電阻器(R3)、電子開關(guān)(T2)、第二電阻器(R5)以及放大器(AMP1)。放大器(AMP1)控制提供給電子開關(guān)的控制輸入端的信號，從而使在第一電阻器上產(chǎn)生的電壓等于在半導(dǎo)體開關(guān)兩端產(chǎn)生的電壓VDS。將第二電阻器上產(chǎn)生的電壓設(shè)置為測量電壓V5。飽和確定電路包括第二比較器(CMP2)，其確定在半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓(VG)和施加給半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓(V1)之間的差分電壓(VG-V1)是否大于預(yù)定電壓(δ)。第二比較器在響應(yīng)特性上等于或大于該放大器。當(dāng)?shù)诙容^器確定差分電壓(VG-V1)大于預(yù)定電壓(δ)時，將切換信號輸出到過流信號切換電路。
根據(jù)上述配置，使用比較器(CMP2)來確定電壓(VG)和電壓(V1)之間的差分電壓(VG-V1)是否大于預(yù)定電壓。因此，可以可靠地確定半導(dǎo)體開關(guān)飽和。
而且，在使用具有相同特性的運算放大器來用于放大電路(AMP1)和比較器(CMP2)的情況下，可將它們的延遲時間設(shè)置成相等，并且在半導(dǎo)體開關(guān)飽和之后，可以可靠地運行過流檢測功能，并且同時，可以在最短的時間內(nèi)執(zhí)行過渡時間的檢測。
優(yōu)選地，將在半導(dǎo)體開關(guān)兩端產(chǎn)生的電壓VDS設(shè)置為測量電壓。飽和確定電路包括第二比較器(CMP2)，其確定在半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓(VG)和施加給半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓(V1)之間的差分電壓(VG-V1)是否大于預(yù)定電壓(δ)。第二比較器(CMP2)在響應(yīng)特性上等于或大于第一比較器。當(dāng)?shù)诙容^器確定差分電壓(VG-V1)大于預(yù)定電壓(δ)時，將切換信號輸出到過流信號切換電路。
根據(jù)上述配置，使用了其中在半導(dǎo)體開關(guān)的兩端產(chǎn)生的電壓(VDS)本身作為測量電壓而施加給第一比較器的結(jié)構(gòu)。因此，可以產(chǎn)生與本發(fā)明的第一方面所述的過流檢測裝置相同的優(yōu)點，而且簡化了電路的結(jié)構(gòu)。


通過結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明上述的目的和優(yōu)點將更加顯而易見，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的過流檢測裝置結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2是示出在FET(T1)導(dǎo)通后獲得的每個電壓變化的特性圖；圖3是示出當(dāng)最初產(chǎn)生完全短路時，在FET(T1)導(dǎo)通后獲得的每個電壓變化的特性圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的過流檢測裝置結(jié)構(gòu)的電路圖；以及圖5是示出常規(guī)的過流檢測裝置結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。圖1是示出負載電路結(jié)構(gòu)的電路圖，該負載電路使用了根據(jù)本發(fā)明實施例的過流檢測裝置。如圖1所示，該負載電路具有包括直流電源VB、MOS型的FET(T1；半導(dǎo)體開關(guān))以及負載1的串聯(lián)電路，并導(dǎo)通/斷開FET(T1)，從而控制負載1的驅(qū)動操作。
例如，直流電源VB是要安裝在車輛上的電池，而負載1是用于要安裝在車輛上的電動窗驅(qū)動的電機或各種燈。
FET(T1)的柵極通過電阻器R10連接至驅(qū)動電路2，F(xiàn)ET(T1)響應(yīng)驅(qū)動電路2輸出的驅(qū)動信號而導(dǎo)通/斷開。FET(T1)的柵極電壓(半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓)用VG表示。
作為直流電源VB正極側(cè)的輸出端的點P1(電壓V1)通過包括電阻器R1和R2的串聯(lián)電路接地，電阻器R1和R2的節(jié)點P4(電壓V4；基準(zhǔn)電壓)連接至比較器(CMP1；比較電路)負極側(cè)的輸入端。
并且，點P1通過包括電阻器R3(第一電阻器)、FET(T2電子開關(guān))以及電阻器R5(第二電阻器)的串聯(lián)電路接地，電阻器R3和FET(T2)的節(jié)點P3(電壓V3)連接至放大器(AMP1；放大電路)正極側(cè)的輸入端。
而且，放大器(AMP1)負極側(cè)的輸入端連接至作為FET(T1)源極的點P2(電壓V2)，放大器(AMP1)的輸出端連接至FET(T2)的柵極。作為FET(T2)源極的點P5(電壓V5；測量電壓)連接至比較器(CMP1)正極側(cè)的輸入端。比較器(CMP1)輸出端連接至與電路(AND1，過流信號切換電路)的其中一個輸入端。
此外，點P1通過包括電阻器R8和R9以及齊納二極管ZD的串聯(lián)電路接地。FET(T1)的柵極通過包括電阻器R6和R7的串聯(lián)電路接地。
電阻器R8和R9的連接點P7(電壓V7)連接至比較器(CMP2)正極側(cè)的輸入端，電阻器R6和R7的節(jié)點P6(電壓6)連接至比較器(CMP2)負極側(cè)的輸入端。比較器(CMP2)由具有與放大器(AMP1)相同特性的運算放大器構(gòu)成或由具有較慢響應(yīng)特性的單元構(gòu)成。
作為比較器(CMP2)的輸出端的點P8(電壓V8)通過包括電阻器R11和R12的串聯(lián)電路接地，并且電阻器R11和R12的節(jié)點連接至晶體管(T6)的基極，而晶體管(T6)的發(fā)射極接地，集電極通過電阻器R13連接至5V電源。而且，作為晶體管(T6)集電極的點P9(電壓V9)連接至與電路(AND1)的另一個輸入端。
電路中每個名稱下面描述的數(shù)值，例如，在電阻器R1下面描述的“20K”表示電阻器R的電阻值是20KΩ的示例。
而且，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路由圖1中所示的電阻器R1和R2構(gòu)成，測量電壓產(chǎn)生電路由電阻器R3、FET(T2)、電阻器R5以及放大器(AMP1)構(gòu)成，而飽和確定電路由比較器(CMP2)、晶體管(T6)以及與其連接的每一電阻器構(gòu)成。
下面將根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的實施例描述過流檢測裝置的操作。
選擇每個電阻器以設(shè)置電阻器R6＝R8，并且R7＝R9，作為比較器(CMP2)負極側(cè)的輸入端的點P6的電壓用V6表示，作為正極側(cè)的輸入端的點P7的電壓用V7表示，并且，齊納二極管ZD的齊納電壓用Vzd表示。而且，下面的公式(3)和(4)成立，其中設(shè)定R7/(R6+R7)＝R9/(R8+R9)＝a和VG-V1＝δ。
V6＝VG*a＝(V1+δ)a(3)V7＝(V1-Vzd)a+Vzd (4)當(dāng)以V6＝V7計算δ時，得到下面的公式(5)。
(V1+δ)a＝(V1-Vzd)a+Vzdδ＝Vzd*(1-a)/a (5)V6＝V7時δ的值，即在比較器(CMP2)的輸出信號的翻轉(zhuǎn)中δ的值，可通過齊納電壓Vzd和a，將其設(shè)為可選值。例如，當(dāng)設(shè)定Vzd＝4V，a＝0.5時，得到δ＝4V。
當(dāng)FET(T1)斷開時，由于驅(qū)動電路2的輸出端接地，因此，VG為0V。相應(yīng)地，得到VG＜V1，V6＜V7，從而在比較器(CMP2)的兩個輸入端之間產(chǎn)生較大的電壓差，比較器(CMP2)的輸出信號上升至上限電壓。此時，在放大器(AMP1)的輸入端也以同樣的方式產(chǎn)生較大的電壓差，輸出信號上升至上限電壓。因此，在類似的條件下設(shè)置放大器(AMP1)和比較器(CMP2)之間的輸入/輸出關(guān)系。
在FET(T1)為NMOS的情況下，當(dāng)FET(T1)導(dǎo)通時，柵極電壓VG上升超出電源電壓V1。如果用Vth1表示FET(T1)的閥值電壓，當(dāng)下面的公式(6)成立時，在FET(T1)中漏極和源極之間的電壓VDS飽和。
VG＞V1+Vth1 (6)具體地說，可根據(jù)柵極電壓VG和電源電壓V1的差確定電壓VDS是否飽和。當(dāng)電壓VDS飽和且線路沒有異常，沒有產(chǎn)生過流狀態(tài)時，放大器(AMP1)負極側(cè)的輸入端的電壓，即點P2的電壓V2，高于正極側(cè)的輸入端的電壓，即點P3的電壓V3。因此，放大器(AMP1)的輸出信號執(zhí)行到翻轉(zhuǎn)的過渡，并在產(chǎn)生響應(yīng)延遲的同時開始下降。另一方面，當(dāng)公式(7)成立時，比較器(CMP2)的輸出信號翻轉(zhuǎn)。
VG＞V1+δ (7)當(dāng)設(shè)置Vth1≤時，可以將用于開始翻轉(zhuǎn)比較器(CMP2)的輸出信號的定時，設(shè)置在電壓VDS完全飽和之后，然后完成關(guān)于放大器(AMP1)輸出信號從高電平到低電平的過渡。
當(dāng)Vth1和δ之間的差設(shè)置得較小時，比較器(CMP2)的輸出信號較放大器(AMP1)的輸出信號有輕微的延遲，并以與放大器(AMP1)同樣的方式執(zhí)行到翻轉(zhuǎn)的過渡，并在產(chǎn)生響應(yīng)延遲的同時開始下降。
通過使用具有與放大器(AMP1)相同特性的運算放大器，使比較器(CMP2)工作在相同的輸入/輸出條件下。因此，比較器(CMP2)的響應(yīng)延遲等于放大器(AMP1)的響應(yīng)延遲。具體地說，比較器(CMP2)高度精確地接近放大器(AMP1)的響應(yīng)延遲。
當(dāng)比較器(CMP2)輸出端P8的電壓V8下降時，處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管(T6)斷開。
晶體管(T6)由于比較器(CMP2)的輸出電壓而從導(dǎo)通至斷開的過渡，可以通過設(shè)置電阻器R11和R12的電阻比來調(diào)整。如果調(diào)整設(shè)置晶體管(T6)從導(dǎo)通至斷開的過渡的定時，將其設(shè)置在放大器(AMP1)的輸出完全收斂到由VDS和放大率m(＝R5/R3)確定的值(m*VDS)之后，即消除放大器(AMP1)的響應(yīng)延遲，用于斷開晶體管(T6)的定時可以表示緊接在電壓VDS飽和并且放大器(AMP1)隨后的響應(yīng)延遲完成之后的時間。
具體地說，可以用最小的延遲檢測在過流檢測功能開始建立之前的過渡周期。與電路(AND1)的輸出具有L電平，并且當(dāng)晶體管(T6)導(dǎo)通時，比較器(CMP1)的輸出被禁止。但是，當(dāng)晶體管(T6)斷開時，比較器(CMP1)的輸出信號，即過流檢測功能運行。
以上說明針對當(dāng)FET(T1)為NMOS的情況。在為PMOS的情況，當(dāng)FET(T1)設(shè)置為斷開狀態(tài)時，柵極電壓VGp等于源電壓V1，并且當(dāng)FET(T1)導(dǎo)通時，柵極電壓VGp向地電平下降。因此，如果用下面的公式(8)和(9)替換公式(6)和(7)，可以應(yīng)用相同的思路。
VGp＜V1-Vth1(8)VGp＜V1-δ (9)下面，將參照圖2的特性圖，描述直到FET(T1)執(zhí)行從斷開狀態(tài)過渡到導(dǎo)通狀態(tài)以及經(jīng)過過渡周期達到穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)，所進行的操作。圖2示出了圖1所示電路的模擬結(jié)果。
圖2中所示的V1至V9以及VG是圖1中所示的電壓，它們?nèi)缦耉1FET(T1)的漏極電壓，當(dāng)沒有過流電流流過時，其與源極電壓VB幾乎相等；V2FET(T1)的源極電壓；V3電阻器R3和FET(T2)漏極的連接點的電壓；
V4基準(zhǔn)電壓，用在通過在電阻器R1和R2對電壓V1分壓而得到的電壓來確定過流；V5通過將FET(T1)的漏極和源極之間的電壓VDS放大m倍而得到的電壓；V6比較器(CMP2)負極側(cè)的輸入端的電壓；V7比較器(CMP2)正極側(cè)的輸入端的電壓；V8比較器(CMP2)的輸出電壓；V9晶體管(T6)的集電極電壓；VGFET(T1)的柵極電壓；IDFET(T1)的漏電流。
而且，在圖2中，在相對于坐標(biāo)軸原點向上的方向上，電壓波形表示正電壓值，單位為伏(V)。另一方面，在相對于坐標(biāo)軸原點向下的方向上，漏電流ID表示正電流值，單位為安培(A)。
如圖2所示，當(dāng)FET(T1)設(shè)置在斷開狀態(tài)時，電壓V1等于12.5V的源極電壓，并且電壓V5比電壓V1低FET(T2)的閥值電壓Vth2。
由于R1＝20KΩ，R2＝40KΩ，因此，電壓V4是電壓V1的2/3。驅(qū)動電路2的輸出端接地，因而電壓VG幾乎為0V。由于V7＝(12.5-4)*0.5+4＝8.25V而V6＝0，因而設(shè)定V7-V6＝8.25V。
由于比較器(CMP2)的輸出信號具有H電平，因此電壓V8接近源極電壓，并設(shè)置V8V5。由于晶體管(T6)被導(dǎo)通，因此電壓V9為0V。
當(dāng)在時間t＝t0，從外部輸入FET(T1)的導(dǎo)通狀態(tài)信號時，驅(qū)動電路2的輸出信號升高，于是FET(T1)柵極電壓VG升高。由于電壓VG升高，F(xiàn)ET(T1)開始導(dǎo)通，于是漏電流ID開始流過。
在電流增加的同時，電壓V1與漏電流ID的變化(d1/dt)成比例地下降。電壓V2上升同時保持V2＝VG-Vth1的關(guān)系，其中FET(T1)的閥值電壓用Vth1表示。
FET(T1)為NMOS型，其具有導(dǎo)通狀態(tài)電阻Ron＝10mΩ，柵極串聯(lián)電阻器R10設(shè)置為500Ω。當(dāng)電壓V2升高使得在t1設(shè)置V1V2時，F(xiàn)ET(T1)漏極和源極之間的電壓VDS達到飽和狀態(tài)，于是可以運行使用電壓VDS的過流檢測功能。
而且，為了使V5收斂在值V5＝m*VDS，放大器(AMP1)控制輸入差分輸入電壓(V3-V2)為零。但是，放大器(AMP1)具有基于轉(zhuǎn)換率(slew rate)的響應(yīng)延遲。由于此原因，不能立即實現(xiàn)收斂。
如果線路沒有異常，電壓V5的目標(biāo)值小于基準(zhǔn)電壓V4。在時間t3，開始下降，并且在時間t4之后設(shè)置V5＜V4，在時間t6滿足V5＝m*VDS，從而達到控制目標(biāo)值。然后，有輕微的下降，達到比目標(biāo)值小很多的值。但是，放大器(AMP1)的響應(yīng)延遲幾乎完全消除。
另一方面，參照比較器(CMP2)，在時間t2設(shè)置V7-V6＝0V和VG-V1＝δ，這樣比較器(CMP2)的輸出信號開始翻轉(zhuǎn)。但比較器(CMP2)具有與放大器(AMP1)相等的響應(yīng)延遲。因此，在時間t5開始下降。由于翻轉(zhuǎn)操作在放大器(AMP1)之后進行，得到t3＜t5。
在時間t7，晶體管(T6)從導(dǎo)通轉(zhuǎn)變到斷開。此時，放大器(AMP1)要控制的電壓V5響應(yīng)延遲消除，并設(shè)置成正常的控制狀態(tài)。由于隨著晶體管(T6)的斷開狀態(tài)信號，對比較器(CMP1)輸出的禁止被釋放，即電壓V9從0V變?yōu)?V的定時，因此，過流檢測功能經(jīng)過過渡周期開始正常運行。因此，不會造成故障。
即使VDS的收斂特性根據(jù)FET單個的變化或FET類型的改變而改變，也可以通過取決于(VG-V1)的響應(yīng)延遲以及運算放大器(AMP1，CMP2)的技術(shù)來決定過渡周期的終止。因此，要經(jīng)常進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。具體地說，對應(yīng)于VDS的收斂特性自動地校正用于確定過渡周期終止的定時。
圖3示出模擬波形，該模擬波形是在完全短路最初產(chǎn)生的情況下獲得的，即在其中在FET(T1)導(dǎo)通之前，F(xiàn)ET(T1)的源極造成完全短路(接地電阻0.05Ω)的過流狀態(tài)開始時獲得的。電壓V1至V9以及VG與圖2中的相同。
由于電流ID大于圖2中的電流，其以圖2中1/10比例示出。電流ID的峰值接近50A。
當(dāng)在t＝t0從外部輸入導(dǎo)通狀態(tài)信號時，電壓VG上升使得電流ID開始流過。由于電流迅速增加，電壓V1急劇下降，使得電壓V4和V5也隨之下降。電壓V2上升，在時間t1得到V2V1。
電壓VDS飽和，于是放大器(AMP1)放大VDS。但是，電流ID超過了正常的電流范圍。因此，電壓V5的目標(biāo)值大于V4，并且電壓V5沒有下降，從比較器(CMP1)輸出的信號維持在H電平。另一方面，從比較器(CMP2)輸出的信號在時間t2執(zhí)行至翻轉(zhuǎn)操作的過渡，并在時間t5開始下降，晶體管(T6)在時間t7執(zhí)行從導(dǎo)通至斷開的過渡。結(jié)果，與電路(AND1)的兩個輸入端都被設(shè)置為具有H電平，于是與電路(AND1)輸出H電平信號，并產(chǎn)生過流檢測輸出。因此，F(xiàn)ET(T1)在時間t8斷開。
在FET(T1)導(dǎo)通后大約7.6μs短路電流被切斷。也是在最初造成完全短路的情況下，短路電流的峰值等于或小于50A，因此，可以可靠地保護線路和FET(T1)。該優(yōu)點是通過將開始運行過流檢測功能的定時接近開始點而獲得的。
因此，在該實施例中，從比較器(CMP2)輸出的信號被設(shè)置成，在FET(T1)的漏極和源極之間的電壓VDS飽和之后立即翻轉(zhuǎn)，并響應(yīng)比較器(CMP2)的翻轉(zhuǎn)信號，要輸入至與電路(AND1)其中一個輸入端的電壓V9被設(shè)置成具有H電平，因此，從比較器(CMP1)輸出的信號用于輸出過流確定信號。因此，可以將FET(T1)從斷開切換至導(dǎo)通的掩蔽時間設(shè)置成最短。
因此，在FET(T1)上產(chǎn)生變化的情況下，也可以一直設(shè)置對應(yīng)于FET(T1)的最短掩蔽時間。因此，當(dāng)產(chǎn)生過流時，可以立即斷開FET(T1)從而保護電路。
下面將描述本發(fā)明的第二實施例。圖4是示出根據(jù)第二實施例的過流檢測裝置結(jié)構(gòu)的電路圖。在此實施例中，從圖1中所示的過流檢測裝置中去除了放大電路(AMP1、T2、R3、R5)，構(gòu)成了這樣類型的過流檢測電路，其直接將FET(T1)的漏極和源極之間的電壓VDS(＝V1-V2)與過流確定電壓進行比較。
如果將V1經(jīng)電阻器R1和R2分壓后得到的電壓用V4表示，將過流確定電壓設(shè)置為(V1-V4)。有必要將R1和R2的電阻值設(shè)置成使(V1-V4)接近100mV。因此，由電阻器R1和R2獲得的分壓比與圖1中所示的電路中不同。電壓V4輸入到比較器(CMP1)正極側(cè)的輸入端，而FET(T1)的源極電壓V2輸入到負極側(cè)的輸入端。
當(dāng)FET(T1)的漏電流ID設(shè)置在正常范圍時，設(shè)置使得VDS＜(V1-V4)，從而設(shè)置比較器(CMP1)的輸出具有L電平。對于比較器(CMP1)，可以使用正常的比較器或運算放大器。
而且，用于比較FET(T1)控制端電壓(VG)和源極電壓(V1)的電路與圖1中所示的結(jié)構(gòu)相同。對于比較器(CMP2)，使用與比較器(CMP1)相同的單元，或具有比比較器(CMP1)更慢的響應(yīng)特性的單元。與過渡周期檢測相關(guān)的其他操作與圖1中所示的相同。
盡管已根據(jù)附圖中所示的實施例描述了本發(fā)明的過流檢測裝置，但本發(fā)明并不局限于此，而是每個部分的結(jié)構(gòu)可以由具有相同功能的可選結(jié)構(gòu)替換。
盡管本發(fā)明以MOS型FET用作半導(dǎo)體開關(guān)的情況作為示例，但本發(fā)明并不局限于此，而是可以使用其他半導(dǎo)體開關(guān)。
本發(fā)明對將用于導(dǎo)通半導(dǎo)體開關(guān)的掩蔽時間設(shè)置成最短非常有用。
盡管本發(fā)明是對特定的優(yōu)選實施例進行說明和描述，但是，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以進行各種變更和修改，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。顯而易見，這些變更和修改在權(quán)利要求書的精神、范圍和意圖之內(nèi)。
本申請以申請?zhí)枮镹o.2005-044398、于2005年2月21日提交的日本專利申請為基礎(chǔ)，在此結(jié)合其內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種過流檢測裝置，其通過使用半導(dǎo)體開關(guān)，檢測在用于控制負載的導(dǎo)通/斷開的負載電路中的過流，該裝置包括驅(qū)動電路，其向半導(dǎo)體開關(guān)輸出驅(qū)動信號；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓；測量電壓產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生對應(yīng)于半導(dǎo)體開關(guān)兩端產(chǎn)生的電壓的測量電壓；第一比較器，其比較測量的電壓和基準(zhǔn)電壓，并且當(dāng)測量的電壓大于基準(zhǔn)電壓時，輸出過流確定信號；飽和確定電路，其確定在半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓和施加到半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓之間的差分電壓大于預(yù)定電壓；以及過流信號切換電路，當(dāng)飽和確定電路確定該差分電壓大于預(yù)定電壓時，其執(zhí)行切換操作以使過流確定信號輸出至驅(qū)動電路。
2.如權(quán)利要求1所述的過流檢測裝置，其中將所述預(yù)定電壓設(shè)置成等于或大于所述半導(dǎo)體開關(guān)的閥值電壓的值。
3.如權(quán)利要求1所述的過流檢測裝置，其中所述測量電壓產(chǎn)生電路包括第一電阻器、電子開關(guān)、第二電阻器以及放大器；其中該放大器控制提供給電子開關(guān)的控制輸入端的信號，從而使得在該第一電阻器上產(chǎn)生的電壓等于在該半導(dǎo)體開關(guān)兩端產(chǎn)生的電壓；其中將在該第二電阻器上產(chǎn)生的電壓設(shè)置為該測量電壓；其中該飽和確定電路包括第二比較器，其確定在該半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓和施加給該半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓之間的差分電壓是否大于所述預(yù)定電壓；其中該第二比較器在響應(yīng)特性上等于或大于該放大器；其中當(dāng)該第二比較器確定該差分電壓大于預(yù)定電壓時，將切換信號輸出至該過流信號切換電路。
4.如權(quán)利要求1所述的過流檢測裝置，其中將在該半導(dǎo)體開關(guān)兩端產(chǎn)生的電壓設(shè)置為該測量電壓；其中該飽和確定電路包括第二比較器，其確定在該半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓和施加到該半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓之間的差分電壓是否大于該預(yù)定電壓；其中該第二比較器在響應(yīng)特性上等于或大于該第一比較器；其中當(dāng)該第二比較器確定該差分電壓大于預(yù)定電壓時，將切換信號輸出到過流信號切換電路。
全文摘要
一種過流檢測裝置，其通過使用半導(dǎo)體開關(guān)，檢測用于控制負載的導(dǎo)通/斷開的負載電路中的過流，該裝置包括驅(qū)動電路，其向半導(dǎo)體開關(guān)輸出驅(qū)動信號；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓；測量電壓產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生對應(yīng)于在半導(dǎo)體開關(guān)兩端產(chǎn)生的電壓的測量電壓；第一比較器，其將測量電壓與基準(zhǔn)電壓作比較，當(dāng)測量電壓大于基準(zhǔn)電壓時，輸出過流確定信號；飽和確定電路，其確定在半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓和施加給半導(dǎo)體開關(guān)正極側(cè)的電壓之間的差分電壓大于預(yù)定電壓；以及過流信號切換電路，當(dāng)飽和確定電路確定差分電壓大于預(yù)定電壓時，其執(zhí)行切換操作以使過流確定信號輸出至驅(qū)動電路。
文檔編號H03K17/00GK1825761SQ20061000868
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日
發(fā)明者大島俊藏 申請人:矢崎總業(yè)株式會社