PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10009755A1 12.10.2000
Titel Überstromerfassungsschaltung
Anmelder NEC Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nakahara, Akihiro, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Glawe, Delfs, Moll & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 01.03.2000
DE-Aktenzeichen 10009755
Offenlegungstag 12.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2000
IPC-Hauptklasse H03K 17/08
IPC-Nebenklasse H03K 17/14   
Zusammenfassung Eine Überstromerfassungsschaltung (OCD-Schaltung) zum Vergleichen eines Spannungsabfalls durch den Widerstand eines Ausgangstransistors im EIN-Zustand mit einer Referenzspannung, um einen Überstromzustand des Ausgangstransistors zu erfassen. Diese OCD-Schaltung ist mit einer ersten Stromquelle und einer Referenzspannungserzeugungsschaltung (RVG-Schaltung) versehen, die eine erste Referenzspannung auf der Grundlage einer von der ersten Stromquelle gelieferten Spannung ausgibt. Die OCD-Schaltung ist auch mit einer Konstantstromquelle, die einen konstanten Strom mit einer zweiten Temperaturkennlinie auf der Grundlage der ersten Referenzspannung erzeugt, und einer Stromspiegelschaltung, die den konstanten Strom eingibt, versehen. Außerdem ist die OCD-Schaltung mit einer Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung versehen, die einen ausgegebenen Strom von der Stromspiegelschaltung in eine Spannung umwandelt und eine Referenzspannung mit der Temperaturkennlinie proportional zu der zweiten Temperaturkennlinie ausgibt. Eine erste Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors wird durch die Temperaturkennlinie der Referenzspannung kompensiert.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überstromerfassungsschaltung (im folgenden wird " Überstromerfassungsschaltung" als "OCD-Schaltung" (over-current detecting circuit) abgekürzt) zum Erfassen des Überstromzustands eines Ausgangstransistors mit einer offenen Drainstruktur und eine integrierte Halbleiterschaltung (SI-Schaltung) mit der eingebauten OCD-Schaltung.

In vielen Fällen weisen SI-Schaltungen, die eine Magnetspule oder dergleichen ansteuern, darin einen Ausgangstransistor mit einer offenen Drainstruktur auf. Bei derartigen SI-Schaltungen fließt ein großer Strom durch den Ausgangstransistor der häufig den Ausgangstransistor zerstört, wenn entweder eine externe Last, wie beispielsweise eine Magnetspule, einen katastrophalen Fehler zeigt, oder der Zustand einer externen Stromquelle abnormal variiert. Um einen derartigen Fehler zu verhindern, ist es notwendig, einen Mechanismus zu haben, der ständig den durch den Ausgangstransistor fließenden Strom überwacht und den Strom zu dem Ausgangstransistor sofort trennt, wenn die Tatsache erkannt wird, daß der Strom sich in einem Überstromzustand befindet. Eine Schaltung mit einem derartigen Mechanismus wird als OCD-Schaltung bezeichnet. Der folgende Text beschreibt eine herkömmliche SI-Schaltung, in die dieser Mechanismus eingebaut ist.

Fig. 1 ist eine herkömmliche Ansicht, die eine in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-87817 offenbarte SI-Schaltung zeigt.

Eine in der obenerwähnten Veröffentlichung offenbarte SI- Schaltung 70 ist eine Einrichtung zum Steuern, ob ein Treiberstrom einer Last RL' zugeführt wird, die einem Ausgangsanschluß 73 und eine externe Stromquelle VB' verbindet. Und die SI-Schaltung 70 arbeitet in Übereinstimmung mit einem Eingangssignal, das von außen dem Eingangsanschluß zugeführt wird. Ob der Treiberstrom der Last RL' zugeführt wird, wird aufgrund der Tatsache entschieden, ob sich ein Ausgangstransistor Q71, der eine offene Drainstruktur hat, im leitenden oder nichtleitenden Zustand befindet. Der Ausgangstransistor Q71 wird durch eine Logikschaltung 75 gesteuert, die das Eingangssignal empfängt. Das heißt, wenn die Logikschaltung 75 als Reaktion auf das Eingangssignal ein Signal mit hohem Pegel ausgibt, wird der Ausgangstransistor Q71 leitend und läßt folglich einen Treiberstrom durch die Last RL' fließen. Wenn andererseits die Logikschaltung 75 als Reaktion auf das Eingangssignal ein Signal mit niedrigem Pegel ausgibt, wird der Ausgangstransistor Q71 nichtleitend und unterbricht somit die Zufuhr des Ansteuerstroms zu der Last RL'.

Wie beschrieben wird jedoch in dem Fall, daß entweder die Last RL' kurzgeschlossen ist, oder eine abnormal hohe Spannung in der externen Stromquelle VB' erzeugt wird, ein unerwarteter großer Strom in dem leitenden Zustand zum Ausgangstransistors Q71 gesendet und er kann zerstört werden. Um dies zu verhindern, weist die SI-Schaltung 70 eine OCD- Schaltung auf, die eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 71 (RVG-Schaltung), Widerstände R75 und R76, Dioden D71- D7n und einen Komparator 72 aufweist. Eine derartige OCD- Schaltung ist eine Schaltung zum Erfassen eines Überstromzustandes des Transistors Q71 und zum Vergleichen der Spannung an dem Ausgangsanschluß 73 mit einer Referenzspannung Vr'.

Die Referenzspannung Vr' zum Erfassen der Überspannung kann erhalten werden, indem die Ausgansspannung von der RVG- Schaltung 71 durch einen Spannungsteiler geteilt wird, wobei die Widerstände R75 und R76 und n Dioden D71-D7n in Reihe geschaltet sind. Der Komparator 72 vergleicht kontinuierlich die Referenzspannung Vr' mit der Ausgangsspannung von dem Ausgangstransistor Q71, so daß, wenn die Erzeugung eines Überstroms auf der Grundlage eines abnormalen Anstiegs der Ausgangsspannung von dem Ausgangstransistor Q71 erfaßt wird, ein Überstromerfassungsanschluß 74 ein Überstromerfassungssignal ausgibt. Das Überstromerfassungssignal wird zu der Logikschaltung 75 zurückgeführt, um den Ausgangstransistor Q71 in einen AUS-Zustand zu triggern. Folglich ist der Ausgangstransistor Q71 gegenüber Zerstörung auf der Grundlage eines etwaigen Überstroms geschützt.

Die Dioden D71-D7n sind so eingestellt, daß die Temperaturkennlinie des Widerstands des Ausgangstransistors Q71 im EIN-Zustand kompensiert wird. Aus diesem Grund wird ein etwaiger Überstrom unter guter Abhängigkeit bei jeder Temperatur erfaßt.

Eine Ausgangsspannung VBG' von der RVG-Schaltung 71 wird auch zum Erfassen von Temperatur durch eine Temperaturerfassungsschaltung verwendet. Deshalb muß die Abhängigkeit (Anteil der Ausgangsspannung VBG' von der RVG-Schaltung 71) von der Temperatur gering sein. Es ist unmöglich, zu bewirken, daß die Ausgangsspannung VBG' der RVG-Schaltung 71 an sich eine Temperaturkennlinie zum Kompensieren der Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors Q71 aufweist. Um eine Überspannungserfassung mit guter Temperaturabhängigkeit durchzuführen, werden aus diesem Grund die in Reihe geschalteten Dioden verwendet, um die Referenzspannung Vr' die die gleiche Temperaturkennlinie wie der Ausgangstransistor Q71 hat, zu erzeugen, indem die Ausgangsspannung VBG' ohne Temperaturabhängigkeit verwendet wird.

Die Referenzspannung Vr' zum Erfassen eines Überstroms wird jedoch von einem Spannungsteiler erzeugt, an dem die Dioden D71-D7n und die Widerstände R75 und R76 in Reihe angeschlossen sind, was ein Problem dahingehend hervorruft, daß der Bereich, in dem deren Erfassungswerte eingestellt sind, durch einen Spannungsabfall an den in Reihe geschalteten Dioden auf einen niedrigen Bereich begrenzt ist.

Beispielsweise ist in dem Fall, in dem 5 Dioden verwendet werden, die Referenzspannung Vr' zum Erfassen eines Überstroms auf weniger als die Ausgangsspannung VBG' von der RVG-Schaltung 71 begrenzt, und zwar dadurch, daß die Durchlaßrichtungsspannung durch die 5 Dioden reduziert ist.

Aus diesem Grund ist der Spielraum zum Einstellen des Erfassungsbereichs niedrig. In jedem Fall ist es zum Erhalten einer gewünschten Referenzspannung notwendig, die Temperaturkennlinie bis zu einem gewissen Grad zu opfern. Um eine gewünschte Temperaturkennlinie zu erhalten, ist es als Alternative notwendig, die Referenzspannung von einem Sollwert um einen gewissen Grad zu verschieben.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer OCD-Schaltung, die es ermöglicht, den Wert für Überstromerfassung auf einen gewünschten Wert einzustellen, während die Temperaturkennlinie eines Ausgangstransistors ausreichend kompensiert wird; und einer SI- Schaltung mit der Erfassungsschaltung.

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine OCD-Schaltung eine Schaltung zum Vergleichen eines Spannungsabfalls durch den Widerstand eines Ausgangstransistors im EIN-Zustand mit einer Referenzspannung, um einen Überstromzustand des Ausgangstransistors zu erfassen. Die OCD-Schaltung umfaßt eine erste Stromquelle und eine RVG- Schaltung, die eine erste Referenzspannung auf der Grundlage einer von der ersten Stromquelle zugeführten Spannung ausgibt. Die OCD-Schaltung umfaßt auch eine Konstantstromquelle, die einen konstanten Strom mit einer zweiten Temperaturkennlinie auf der Grundlage der ersten Referenzspannung erzeugt, und eine Stromspiegelschaltung, die den konstanten Strom eingibt. Außerdem umfaßt die OCD-Schaltung eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung, die einen Ausgangsstrom von der Stromspiegelschaltung in eine Spannung umwandelt und dann eine Referenzspannung mit einer Temperaturkennlinie proportional zu der zweiten Temperaturkennlinie ausgibt. Eine erste Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors wird durch die Temperaturkennlinie der Referenzspannung kompensiert.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine OCD-Schaltung eine Schaltung zum Erfassen eines Überstroms, der durch einen Ausgangstransistor fließt, der einen Ausgangsanschluß und eine Stromquelle verbindet. Die OCD-Schaltung umfaßt eine Konstantstromquelle, die einen ersten konstanten Strom mit einer gegebenen Temperaturkennlinie auf der Grundlage einer Referenzspannung erzeugt. Die gegebene Temperaturkennlinie ist im wesentlichen gleich einer Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors. Die OCD- Schaltung umfaßt auch eine Stromspiegelschaltung, die einen zweiten konstanten Strom auf der Grundlage des ersten konstanten Stroms erzeugt, und eine Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltung, die eine Referenzspannung auf der Grundlage des zweiten konstanten Stroms erzeugt. Außerdem umfaßt die OCD-Schaltung einen Komparator, der die Referenzspannung mit der Spannung an dem Ausgangsanschluß vergleicht.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine SI-Schaltung einen Ausgangstransistor, der einen Ausgangsanschluß und eine Stromquelle verbindet, eine OCD-Schaltung, die einen durch den Ausgangstransistor fließenden Strom erfaßt, und eine Logikschaltung, die einen Leitungszustand des Ausgangstransistors auf der Grundlage eines Eingangssignals steuert. Die OCD-Schaltung weist eine Konstantstromquelle auf, die einen ersten konstanten Strom mit einer gegebenen Temperaturkennlinie auf der Grundlage einer Referenzspannung erzeugt. Die gegebene Temperaturkennlinie ist im wesentlichen gleich einer Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors. Die OCD-Schaltung weist auch eine Stromspiegelschaltung auf, die einen zweiten konstanten Strom auf der Grundlage des ersten konstanten Stroms erzeugt, und eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung, die eine Referenzspannung auf der Grundlage des zweiten konstanten Stroms erzeugt. Außerdem weist die OCD-Schaltung einen Komparator auf, der die Referenzspannung mit einer Spannung an dem Ausgangsanschluß vergleicht. Die Logikschaltung bewirkt, daß sich der Ausgangstransistor als Reaktion auf die Erzeugung eines Ausgangssignals von dem Komparator unabhängig davon in einem nichtleitenden Zustand befindet, ob das Eingangssignal eingegeben wird oder nicht.

Fig. 1 ist ein Beispiel für herkömmliche OCD-Schaltungen.

Fig. 2 ist ein Schaltplan, der eine OCD-Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist eine Ansicht, die eine SI-Schaltung mit der OCD-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist ein Graph, der die Temperaturkennlinie der Durchlaßrichtungsspannung VF an der in Fig. 2 gezeigten Diode zeigt.

Fig. 5 ist ein Graph, der die Temperaturkennlinie des Widerstands Rein des in Fig. 2 gezeigten Ausgangstransistors Q1 im EIN-Zustand zeigt.

Fig. 6 ist ein Schaltplan, der eine OCD-Schaltung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist ein Schaltplan, der eine OCD-Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im folgenden OCD-Schaltungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und SI-Schaltungen, in die diese Erfassungsschaltungen eingebaut sind, spezifisch beschrieben.

Fig. 2 ist ein Schaltplan, der eine OCD-Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Skizze des Gesamtaufbaus einer SI-Schaltung mit der eingebauten Erfassungsschaltung zeigt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine SI-Schaltung 9 mit einem Eingangsanschluß 10 und einem Ausgangsanschluß 3 versehen. Ein Ausgangstransistor Q1 ist zwischen dem Ausgangsanschluß 3 und Masse angeschlossen. Mit anderen Worten weist der Ausgangstransistor Q1 eine offene Drainstruktur auf, und eine zu treibende externe Last RL ist zwischen dem dem Drain des Ausgangstransistors Q1 entsprechenden Ausgangsanschluß 3 und einer externen Stromquelle für eine Stromquellenspannung VB angeschlossen. Die externe Last RL ist beispielsweise eine Magnetspule (solenoid), ist aber nicht besonders darauf beschränkt.

Ein dem Eingangsanschluß 10 zugeführtes Eingangssignal wird zunächst in einen Eingangspuffer 11 eingegeben und dann einer gegebenen Verarbeitung bei einer Logikschaltung 12 unterzogen. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Logikschaltung 12 durch die Spannung zwischen Vcc1 und Masse getrieben, so daß die Amplitude des Ausgangssignals einen Pegel Vcc1 aufweist. Das von der Logikschaltung 12 abgeleitete Ausgangssignal mit der Amplitude des Vcc1-Pegels wird an eine Pegelverschiebungsschaltung 13 angelegt und hier in ein Signal mit einer Amplitude eines Vcc2-Pegels umgewandelt. Das auf diese Weise umgewandelte Signal wird an die Gateelektrode des Ausgangstransistors Q1 angelegt, um den Ausgangstransistor Q1 in einen leitenden oder nichtleitenden Zustand zu schalten.

Die Spannungen Vcc1 und Vcc2, die nicht besonders begrenzt sind, belaufen sich auf 5 V bzw. 12 V. Die externe Stromquellenspannung VB, die nicht besonders begrenzt ist, beträgt 12 V, was der Spannung Vcc2 gleich ist. Wenn die Stromquellenspannung VB an der an die externe Last RL angeschlossenen externen Stromquelle wie oben beschrieben so hoch ist, kann der Widerstand des Ausgangstransistors Q1 im EIN-Zustand ausreichend reduziert werden, indem die Pegelverschiebungsschaltung 13 verwendet wird, die die Amplitude des Signals zum Ansteuern des Ausgangstransistors Q1 groß macht. Dementsprechend ist für den Fall, daß die Stromquellenspannung VB nicht sehr hoch ist, oder der Widerstand des Ausgangstransistors Q1 im EIN-Zustand ausreichend klein ist, die Pegelverschiebungsschaltung 13 nicht notwendig. In einem derartigen Fall wird das Ausgangssignal von der Logikschaltung 12 direkt an die Gateelektrode des Ausgangstransistors Q1 angelegt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die SI-Schaltung 9 mit einer OCD-Schaltung versehen, um zu erfassen, ob sich der durch den Ausgangstransistor Q1 fließende elektrische Strom in einem zulässigen Bereich befindet. Die Einzelheiten der OCD-Schaltung sind wie in Fig. 2 gezeigt. Das heißt, die OCD-Schaltung ist mit einer RVG-Schaltung 1, einem Komparator 2, einer Konstantstromquellenschaltung 6, einer Stromspiegelschaltung 7 und einer Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 8 versehen.

Die RVG-Schaltung 1 ist eine Schaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung VBG. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Referenzspannung VBG nicht nur für die Stromerfassungsschaltung verwendet, sondern auch für eine Temperaturerfassungsschaltung. Die Referenzspannung VBG weist deshalb keine Temperaturabhängigkeit auf und ist eine stabile Spannung. Es sei darauf hingewiesen, daß die Temperaturerfassungsschaltung ein Beispiel für eine weitere Verwendung der Referenzspannung VBG ist, und für die vorliegende Ausführungsform ist es nicht wesentlich, die Temperaturerfassungsschaltung zu haben. Es ist möglich, die Referenzspannung VBG nur für die OCD-Schaltung zu verwenden.

Die Konstantstromquellenschaltung 6 ist eine Schaltung zur Erzeugung eines konstanten Stroms I1 auf der Grundlage der Referenzspannung VBG. Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht die Konstantstromquellenschaltung 6 beispielsweise aus Transistoren Q2 und Q4, Widerständen R1, R3 und R4, einem Operationsverstärker 5 und n Dioden D1-Dn zum Kompensieren der Temperatur. Die Dioden D1-Dn sind temperaturkompensierende Elemente, um die Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors Q1 und die des konstanten Stroms I1 miteinander in Übereinstimmung zu bringen.

Die Stromspiegelschaltung 7 ist eine Schaltung, in die der durch die Konstantstromquellenschaltung 6 erzeugte konstante Strom I1 eingegeben wird und die einen konstanten Strom I2 auf der Grundlage des eingegebenen Stroms I1 an die Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 8 liefert. Wenn die Größen der Transistoren Q2 und Q3 zueinander gleich sind, wird der Strom I1 deshalb gleich dem Strom I2. Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht unbedingt wesentlich, die Größen der Transistoren Q2 und Q3 einander gleich zu machen.

Die Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 8 ist eine Schaltung zum Umwandeln des von der Stromspiegelschaltung 7 gelieferten konstanten Stroms I2 unter Verwendung eines Widerstands R2 in eine Referenzspannung Vr.

Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, wird die durch die Strom- Spannungs-Umwandlungsschaltung 8 erzeugte Referenzspannung Vr in einen invertierenden Eingangsanschluß (-) des Komparators 2 eingegeben, und die an dem Ausgangsanschluß 3 erzeugte Spannung wird in einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (+) des Komparators 2 eingegeben. Der Komparator 2 erzeugt auf der Grundlage dieser Spannungen ein Erfassungssignal 4. Das heißt, der Komparator 2 bewirkt, daß sich das Erfassungssignal 4 auf einem niedrigen Pegel befindet, wenn die Spannung an dem Ausgangsanschluß 3 unter der Referenzspannung Vr liegt, und der Komparator 2 bewirkt, daß sich das Erfassungssignal 4 auf einem hohen Pegel befindet, wenn die Spannung an dem Ausgangsanschluß 3 über der Referenzspannung Vr liegt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Erfassungssignal 4 der Logikschaltung 12 zugeführt.

Der folgende Text beschreibt ausführlicher die Funktionsweise der OCD-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Ausgangsspannung VBG von der RVG-Schaltung 1 wird durch die Widerstände R3 und R4 geteilt, um eine Referenzspannung zu erzeugen. Die Referenzspannung wird in den Operationsverstärker 5 eingegeben, und die Ausgabe von dem Operationsverstärker 5 wird in den Gateanschluß des Transistors Q4 eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird das Signal an dem Sourceanschluß des Transistors Q4 zu dem Operationsverstärker 5 zurückgeführt, so daß die Sourcespannung konstant gehalten wird. Da die Dioden D1-Dn und der Widerstand R1 zwischen der Source und Masse angeschlossen sind, fließt der durch die folgende Gleichung (1) dargestellte konstante Strom I1:



I1 = ((R4/(R3 + R4)) VBG - nVF)/R1 [A] (1)



wobei n die Anzahl der Dioden ist und VF eine Durchlaßrichtungsspannung an der Diode ist. Da die Transistoren Q2 und Q3 die Stromspiegelschaltung 7 bilden, fließt durch den Transistor Q3 der dem Flächenverhältnis dieser Transistoren entsprechende Spiegelstrom I2. Wenn das Flächenverhältnis des Transistors Q3 zu dem Transistor Q2 durch m dargestellt ist, wird der Spiegelstrom I2 durch den Widerstand R2 in die durch die folgende Gleichung (2) erhaltene Referenzspannung Vr umgewandelt.



Vr = (mR2/R1) × ((R4/(R3 + R4)) VBG - nVF) [V] (2)

Damit die Transistoren Q2 und Q3 als die Stromspiegelschaltung betrieben werden, ist es erforderlich, die folgende Ungleichung (3) zu erfüllen.



(R3/(R3 + R4))VBG < UBG - VT [V] (3)

Der Temperaturkoeffizient der Referenzspannung Vr wird aus der Gleichung (2) durch die folgende Gleichung dargestellt.



(δVr/δT) = -(nmR2/R1) × (δVF/δT) [V/°C] (4)

Fig. 4 ist ein Graph, der die Temperaturkennlinie der Durchlaßrichtungsspannung VF an der Diode zeigt. Die Referenzspannung Vr weist eine Temperaturkennlinie einer derartigen Diode wie in Fig. 4 gezeigt auf.

Wenn der Wert eines Erfassungsstroms durch Is dargestellt wird, wird der Spannungsabfall VDS an dem Ausgangstransistor Q1 durch Is × Rein dargestellt. Der Temperaturkoeffizient des Spannungsabfalls VDS wird durch die folgende Gleichung (5) dargestellt.



(δVDS/δT) = -Is × (δRein/δT) [V/°C] (5)

Fig. 5 ist ein Graph, der die Temperaturkennlinie eines EIN-Zustands-Widerstands Rein, gemessen an einem N-Kanal- MOSFET, zeigt. Der Spannungsabfall VDS am Ausgangstransistor Q1 weist eine derartige Temperaturkennlinie des EIN- Zustands-Widerstands wie in Fig. 5 gezeigt auf. Um eine Temperaturkompensation durchzuführen, reicht es aus, daß der Temperaturkoeffizient des Spannungsabfalls VDS am Ausgangstransistor Q1 gleich dem Temperaturkoeffizienten der Referenzspannung ist. Aus den Gleichungen (4) und (5) kann deshalb die Anzahl der Dioden als eine ganze Zahl ausgewählt werden, die dem durch die folgende Gleichung (6) erhaltenen Wert N am nächsten liegt.



N = -(R1 × Is (mR2) × (δRein/δT)/(δVF/δT) (6)

Die Referenzspannung Vr kann durch Verstellen von Parametern innerhalb des die Ungleichung (3) erfüllenden Bereichs erhalten werden.

Wie oben beschrieben, wird die Referenzspannung Vr entschieden durch den Spiegelstrom I2 des konstanten Stroms I1 mit der Temperaturkennlinie der Dioden, erzeugt an der Konstantstromquellenschaltung 6 zum Erhalten eines konstanten Stroms, und dem Widerstand R2. Aus diesem Grund kann der Bereich der Referenzspannung Vr ohne jegliche Beeinflussung durch den Spannungsabfall an den Dioden frei eingestellt werden. Der Erfassungsstrombereich kann deshalb ungeachtet der Anzahl der Dioden durch Verstellen des Stromspiegelverhältnisses und des Widerstandsverhältnisses groß gemacht werden.

Wenn der Komparator 2 auf der Grundlage der auf diese Weise erzeugten Referenzspannung Vr und der an dem Ausgangsanschluß 3 erzeugten Spannung einen Überstrom erfaßt, der durch den Ausgangstransistor Q1 fließt, bewirkt der Komparator 2, wie oben beschrieben, daß sich das Erfassungssignal 4 auf einem hohen Pegel befindet. Als Reaktion darauf zwingt die Logikschaltung 12 die Ausgabe ungeachtet des Eingangssignals auf dieser Grundlage auf einen niedrigen Pegel, so daß der Ausgangstransistor Q1 nichtleitend wird. Die Zufuhr jedes Stroms zu der externen Last RL wird somit unterbrochen, um den Ausgangstransistor Q1 gegenüber der Zerstörung auf der Grundlage eines etwaigen Überstroms zu schützen.

Gemäß der ersten Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, die Referenzspannung Vr ohne jegliche Beeinflussung durch den Spannungsabfall an den Dioden, die temperaturkompensierende Elemente sind, eingestellt werden. Deshalb kann der Überstromerfassungswert auf einen Sollwert eingestellt werden, während die Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors Q1 ausreichend kompensiert wird.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die Referenzspannung VBG als Betriebsspannung für die Stromspiegelschaltung 7 verwendet, doch ist die Betriebsspannung in der vorliegenden Erfindung nicht darauf begrenzt. Wie in Fig. 6 gezeigt, kann eine Spannung Vcc2 verwendet werden. In diesem Fall kann der Bereich der eingestellten Referenzspannung Vr auf eine hohe Spannung in der Nähe der Spannung Vcc2 eingestellt sein. Die Betriebsspannung ist bei der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Spannungen begrenzt. Die Betriebsspannung für die Stromspiegelschaltung 7 können andere Spannungen sein, wie beispielsweise eine Spannung Vcc1.

Der folgende Text beschreibt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 ist ein Schaltplan, der eine OCD-Schaltung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die OCD-Schaltung gemäß der zweiten Ausführungsform besteht aus einer RVG-Schaltung 1, einem Transistor Q1, bipolaren Transistoren Q5 und Q6, Widerständen R1 und R2, einem Komparator 2 und n Dioden D1-Dn zum Kompensieren der Temperatur.

Die Kollektorspannung an dem eine Stromspiegelschaltung bildenden Transistor Q5 wird gleich der Spannung zwischen der Basis und dem Emitter. Da diese Spannung eine Konstante ist, die nur durch physikalische Parameter festgelegt ist, wird die Kollektorspannung konstant. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist deshalb ein etwaiger Operationsverstärker nicht notwendig. Infolgedessen wird der durch die Dioden und die Widerstände fließende Strom I1 stabil, um einen konstanten Spiegelstrom mit einer Temperaturkennlinie proportional zu der Temperaturkennlinie der Dioden zu erzeugen. Da der Spiegelstrom I2 die Temperaturkennlinie proportional zu der Temperaturkennlinie der Dioden aufweist, weist auch die Referenzspannung Vr die gleiche Temperaturkennlinie auf. Dementsprechend kann der Erfassungsstrombereich ungeachtet der Anzahl der Dioden durch Verstellen des Stromspiegelverhältnisses und des Widerstandsverhältnisses groß gemacht werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform können andere Ströme als Betriebsspannung für die Stromspiegelschaltung 7 verwendet werden.

Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Referenzspannung ohne irgendeine Beeinflussung durch den Spannungsabfall an den Dioden, die temperaturkompensierende Elemente sind, eingestellt werden. Der Wert für eine Überstromerfassung kann deshalb auf einen Sollwert eingestellt werden, während die Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors ausreichend kompensiert wird. Mit anderen Worten kann die Referenzspannung durch Verstellen der Anzahl der Dioden, des Stromspiegelverhältnisses und des Widerstandsverhältnisses leicht geändert werden, so daß der Spielraum zum Einstellen des Erfassungsstrombereichs vergrößert ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Überstromerfassungsschaltung zum Vergleichen eines Spannungsabfalls durch einen Widerstand eines Ausgangstransistors im EIN-Zustand mit einer Referenzspannung, um einen Überstromzustand des Ausgangstransistors zu erfassen, mit:

    einer ersten Stromquelle;

    einer Referenzspannungserzeugungsschaltung, die eine erste Referenzspannung auf der Grundlage einer von der ersten Stromquelle gelieferten Spannung ausgibt;

    einer Konstantstromquelle, die einen konstanten Strom mit einer zweiten Temperaturkennlinie auf der Grundlage der ersten Referenzspannung erzeugt;

    einer Stromspiegelschaltung, die den konstanten Strom eingibt; und

    einer Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung, die einen ausgegebenen Strom von der Stromspiegelschaltung in eine Spannung umwandelt und eine Referenzspannung mit einer Temperaturkennlinie proportional zu der zweiten Temperaturkennlinie ausgibt, wobei eine erste Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors durch die Temperaturkennlinie der Referenzspannung kompensiert wird.
  2. 2. Überstromerfassungsschaltung gemäß Anspruch 1, bei der ein Ausgangsanschluß des Ausgangstransistors an einen an ein Ende einer Last angeschlossenen Ausgangsanschluß angeschlossen ist, wobei das andere Ende der Last an eine zweite Stromquelle angeschlossen ist.
  3. 3. Überstromerfassungsschaltung gemäß Anspruch 1, bei der die Konstantstromquelle folgendes aufweist:

    eine Umwandlungsschaltung, die die erste Referenzspannung in eine zweite Referenzspannung umwandelt;

    einen Operationsverstärker, der die zweite Referenzspannung eingibt;

    einen Transistor, an dessen Gate eine Ausgangsspannung von dem Operationsverstärker angelegt wird, wobei eine Sourcespannung an dem Transistor zu dem Operationsverstärker zurückgeführt wird; und

    mehrere Dioden und einen Widerstand, die in Reihe zwischen der Source des Transistors und Masse angeschlossen sind.
  4. 4. Überstromerfassungsschaltung gemäß Anspruch 2, bei der die Konstantstromquelle folgendes aufweist:

    eine Umwandlungsschaltung, die die erste Referenzspannung in eine zweite Referenzspannung umwandelt; einen Operationsverstärker, der die zweite Referenzspannung eingibt;

    einen Transistor, an dessen Gate eine Ausgangsspannung von dem Operationsverstärker angelegt wird, wobei eine Sourcespannung an dem Transistor zu dem Operationsverstärker zurückgeführt wird; und

    mehrere Dioden und einen Widerstand, die in Reihe zwischen der Source des Transistors und Masse angeschlossen sind.
  5. 5. Überstromerfassungsschaltung nach Anspruch 1, bei der

    die Stromspiegelschaltung mehrere Transistoren aufweist und

    die Überstromerfassungsschaltung eine dritte Stromquelle aufweist, die an Sourceanschlüsse der jeweiligen Transistoren angeschlossen ist, die die Stromspiegelschaltung bilden.
  6. 6. Überstromerfassungsschaltung nach Anspruch 2, bei der

    die Stromspiegelschaltung mehrere Transistoren aufweist und

    die Überstromerfassungsschaltung eine dritte Stromquelle umfaßt, die an Sourceanschlüsse der jeweiligen Transistoren angeschlossen ist, die die Stromspiegelschaltung bilden.
  7. 7. Überstromerfassungsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Stromspiegelschaltung einen PNP-Transistor aufweist.
  8. 8. Überstromerfassungsschaltung nach Anspruch 2, bei der die Stromspiegelschaltung einen PNP-Transistor aufweist.
  9. 9. Überstromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Überstroms, der durch einen zwischen einem Ausgangsanschluß und einer Stromquelle angeschlossenen Ausgangstransistor fließt, mit:

    einer Konstantstromquelle, die einen ersten konstanten Strom mit einer gegebenen Temperaturkennlinie auf der Grundlage einer Referenzspannung erzeugt, wobei die gegebene Temperaturkennlinie im wesentlichen gleich einer Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors ist;

    einer Stromspiegelschaltung, die einen zweiten konstanten Strom auf der Grundlage des ersten konstanten Stroms erzeugt;

    einer Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung, die eine Referenzspannung auf der Grundlage des zweiten konstanten Stroms erzeugt; und

    einem Komparator, der die Referenzspannung mit einer Spannung an dem Ausgangsanschluß vergleicht.
  10. 10. Integrierte Halbleiterschaltung mit:

    einem zwischen einem Ausgangsanschluß und einer Stromquelle angeschlossenen Ausgangstransistor;

    einer Überstromerfassungsschaltung, die einen Strom erfaßt, der durch den Ausgangstransistor fließt, wobei die Überstromerfassungsschaltung aufweist:

    eine Konstantstromquelle, die einen ersten konstanten Strom mit einer gegebenen Temperaturkennlinie auf der Grundlage einer Referenzspannung erzeugt, wobei die gegebene Temperaturkennlinie im wesentlichen gleich einer Temperaturkennlinie des Ausgangstransistors ist;

    eine Stromspiegelschaltung, die einen zweiten konstanten Strom auf der Grundlage des ersten konstanten Stroms erzeugt;

    eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung, die eine Referenzspannung auf der Grundlage des zweiten konstanten Stroms erzeugt; und

    einen Komparator, der die Referenzspannung mit einer Spannung an dem Ausgangsanschluß vergleicht; und

    eine Logikschaltung, die einen Leitungszustand des Ausgangstransistors auf der Grundlage eines Eingangssignals steuert, wobei die Logikschaltung als Reaktion auf die Erzeugung eines Ausgangssignals von dem Komparator unabhängig davon, ob das Eingangssignal eingegeben wird oder nicht, bewirkt, daß sich der Ausgangstransistor in einem nichtleitenden Zustand befindet.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com