專(zhuān)利名稱(chēng)：電流控制用半導(dǎo)體元件和使用它的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流控制用半導(dǎo)體元件和使用它的控制裝置，特別涉及適合在IC芯片中內(nèi)置有電流檢測(cè)電路的電流控制用半導(dǎo)體元件和使用它的控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著各種控制對(duì)象被電子控制，為了將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)或油壓而廣泛使用電機(jī)和螺線(xiàn)管(so I eno i d )等電動(dòng)致動(dòng)器。這些電動(dòng)致動(dòng)器的改進(jìn)需要高精度的電流控制。近年來(lái)，為了進(jìn)行高精度的電流控制，一般使用數(shù)字反饋控制。為了進(jìn)行電流的數(shù)字反饋控制，需要取得控制對(duì)象即負(fù)載電流值Iout的數(shù)字值IOUtd0為此，首先對(duì)于電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出Vout用AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，得到AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓Vref和相對(duì)數(shù)字值Voutd (=Vout/Vref )。接著，對(duì)于AD轉(zhuǎn)換器的輸出Voutd，進(jìn)行與包括電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和AD轉(zhuǎn)換器的電流檢測(cè)電路的輸入輸出特性對(duì)應(yīng)的修正，得到電流的數(shù)字值Ioutd。電流檢測(cè)電路可以考慮各種結(jié)構(gòu)，但從控制算法簡(jiǎn)化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選電流檢測(cè)電路的輸入輸出特性是線(xiàn)性的，該情況下，電流數(shù)字值Ioutd可以用增益a和偏置b按照(式I)求出。Ioutd=a · Voutd+b...... (I)按照式(I)測(cè)定電流值的情況下，如何使增益a和偏置b與實(shí)際的電流檢測(cè)電路的特性精度良好地一致，對(duì)于提高電流測(cè)定精度是重要的。此外，在高精度的電流控制以外，控制裝置的小型化、低價(jià)格化的需求也較高，通過(guò)將電流檢測(cè)電路內(nèi)置在IC芯片內(nèi)對(duì)應(yīng)該需求。已知為了將電流檢測(cè)電路內(nèi)置在IC芯片內(nèi)，而在IC芯片內(nèi)內(nèi)置電流檢測(cè)用電阻的裝置(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1、專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2003-203805號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2006-165100號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題將電流控制用電阻內(nèi)置在IC芯片內(nèi)，能夠削減用于電流檢測(cè)的外部安裝部件，是在裝置的小型化、低價(jià)格化方面優(yōu)良的方法。但是，IC芯片內(nèi)形成的電阻的值因?yàn)闇囟榷儎?dòng)數(shù)十％，直接表現(xiàn)為式(I)的增益a的變動(dòng)。此外，用于檢測(cè)到的電流值的數(shù)字轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓Vref的變動(dòng)也是使增益a變動(dòng)數(shù)％的原因。進(jìn)而，因?yàn)殡娏鳈z測(cè)電路中使用的運(yùn)算放大器的輸入偏置，式(O的偏置b也變動(dòng)數(shù)％。這樣，將電流檢測(cè)電路內(nèi)置在IC芯片中的情況下，式(I)中的增益a和偏置b與設(shè)計(jì)值相比有較大變動(dòng)，存在電流檢測(cè)誤差增大的問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供一種電流控制用半導(dǎo)體元件和使用它的控制裝置，該電流控制用半導(dǎo)體元件能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)地修正增益a和偏置b的變動(dòng)，在單芯片的IC內(nèi)進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)。用于解決課題的方案(I)為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的電流控制用半導(dǎo)體元件，其在同一半導(dǎo)體芯片上具有驅(qū)動(dòng)負(fù)載的晶體管、將上述負(fù)載的電流轉(zhuǎn)換為電壓的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和將該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換器，該電流控制用半導(dǎo)體元件包括:參考電流生成部，其在上述負(fù)載的電流上疊加電流脈沖，使上述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)；增益偏置修正部，其對(duì)該參考電流生成部產(chǎn)生的上述電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，動(dòng)態(tài)地取得上述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與上述負(fù)載的電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益和偏置；和電流數(shù)字值運(yùn)算部，其使用由該增益偏置修正部取得的增益和偏置修正上述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓值。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)地修正增益a和偏置b的變動(dòng)，在單芯片的IC內(nèi)進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)。(2)在上述(I)中，優(yōu)選具備保存從外部高精度地測(cè)定的上述電流脈沖的電流值的修正用測(cè)定值保存部，上述增益偏置修正部使用該修正用測(cè)定值保存部保存的上述電流脈沖的電流值和上述電壓數(shù)字值的信號(hào)處理結(jié)果，動(dòng)態(tài)地取得上述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與上述負(fù)載的電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益。(3)在上述(2)中，優(yōu)選上述電流脈沖的電流利用電阻和參考電壓生成。(4)在上述(2)中，優(yōu)選上述電流脈沖的周期是上述AD轉(zhuǎn)換器的采樣周期的整數(shù) 倍。(5)在上述(2)中，優(yōu)選在用PWM控制電流的情況下，上述電流脈沖的周期是PWM周期的整數(shù)倍。( 6 )此外，為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的具有電流控制用半導(dǎo)體元件和控制該電流控制用半導(dǎo)體元件的微控制器的控制裝置中，上述電流控制用半導(dǎo)體元件在同一半導(dǎo)體芯片上具有驅(qū)動(dòng)負(fù)載的晶體管、將上述負(fù)載的電流轉(zhuǎn)換為電壓的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和將該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換器，該電流控制用半導(dǎo)體元件包括 參考電流生成部，其在上述負(fù)載的電流上疊加電流脈沖，使上述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)；增益偏置修正部，其對(duì)該參考電流生成部產(chǎn)生的上述電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，動(dòng)態(tài)地取得上述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與上述負(fù)載的電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益和偏置；和電流數(shù)字值運(yùn)算部，其使用由該增益偏置修正部取得的增益和偏置修正上述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓值。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)修正增益a和偏置b的變動(dòng)，在單芯片的IC內(nèi)進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)，能夠提高控制裝置的控制精度。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)修正增益a和偏置b的變動(dòng)，在單芯片的IC內(nèi)進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的電流檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的參考電流生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中的增益和偏置的修正方法的說(shuō)明圖。圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中的增益和偏置的其他修正方法的說(shuō)明圖。圖6是表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)的框圖。圖7是表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的參考電流生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖8是表示使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的自動(dòng)變速器控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖9是表示使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的制動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖10是表示使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的無(wú)刷電機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖11是表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施例方式以下用圖1 圖5說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。首先用圖1說(shuō)明本實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)。圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)的框圖。電流控制用半導(dǎo)體元件I由高側(cè)M0SFET4、低側(cè)M0SFET5、參考電流生成電路6、電流檢測(cè)電路7、增益偏置修正部8、修正用測(cè)定值保存寄存器9、IF電路10、測(cè)試模式控制部11構(gòu)成。電流控制用半導(dǎo)體元件I與螺線(xiàn)管2和對(duì)螺線(xiàn)管2供給電壓的電池3連接，通過(guò)PWM (Pulse Width Modulation :脈沖寬度調(diào)制)使對(duì)螺線(xiàn)管2施加的電壓通斷，控制螺線(xiàn)管2中流過(guò)的電流，驅(qū)動(dòng)螺線(xiàn)管5。高側(cè)M0SFET4是螺線(xiàn)管2與電池3之間的開(kāi)關(guān)，高側(cè)M0SFET4的柵極信號(hào)Vg為高電平時(shí)接通，為低電平時(shí)斷開(kāi)。高側(cè)M0SFET4接通時(shí)且低側(cè)M0SFET5斷開(kāi)時(shí)，螺線(xiàn)管2中流過(guò)的電流上升，斷開(kāi)時(shí)減少。關(guān)于低側(cè)M0SFET5，在高側(cè)M0SFET4斷開(kāi)的期間中，低側(cè)M0SFET5接通，在高側(cè)M0SFET4斷開(kāi)時(shí)用作使螺線(xiàn)管2中流過(guò)的電流回流的通路。電流檢測(cè)電路7與高側(cè)M0SFET4并聯(lián)連接，將高側(cè)M0SFET4中流過(guò)的電流、即螺線(xiàn)管2中流過(guò)的電流轉(zhuǎn)換為電壓，輸出其數(shù)字值Voutd。電流檢測(cè)電路7中內(nèi)置有AD轉(zhuǎn)換器。
參考電流生成電路6發(fā)生用于修正表示螺線(xiàn)管2中流過(guò)的電流數(shù)字值與電流檢測(cè)電路7輸出的電壓數(shù)字值的關(guān)系的上述式(I)的增益a和偏置b的參考電流。修正用測(cè)定值保存寄存器9保存參考電流生成電路6發(fā)生的電流脈沖的電流值Ic,用于增益偏置修正部8修正增益a和偏置b。增益偏置修正部8根據(jù)電流檢測(cè)電路7的輸出Voutd和修正用測(cè)定值保存寄存器9保存的電流值，修正增益a和偏置b，將其值輸出到電流數(shù)字值運(yùn)算部12。電流數(shù)字值運(yùn)算部12根據(jù)從電流檢測(cè)電路7輸入的Voutd和從增益偏置修正部8輸入的增益a和偏置b，按照式(I)輸出電流的數(shù)字值Ioutd。IF電路10提供從電力控制用半導(dǎo)體元件I的外部讀、寫(xiě)修正用測(cè)定值保存寄存器9保存的值Ic的接口功能。測(cè)試模式控制部11經(jīng)由端子14從外部起動(dòng)。測(cè)試模式控制部11起動(dòng)時(shí)，用控制信號(hào)Cal_on控制參考電流生成電路6將參考電流生成電路6中流過(guò)的電流對(duì)端子13輸出，使得能夠從外部測(cè)定參考電流生成電路6中流過(guò)的電流值。測(cè)定的電流值Ic經(jīng)由IF電路10保存在修正用測(cè)定值保存寄存器9中。經(jīng)由端子14從外部的起動(dòng)，在電流控制用半導(dǎo)體元件I出廠前等進(jìn)行。此外，測(cè)試模式控制部11根據(jù)電流控制用半導(dǎo)體元件I的內(nèi)部的溫度T的信息輸出修正指令C，使增益偏置修正部8起動(dòng)。然后，增益偏置修正部8根據(jù)電流檢測(cè)電路7的輸出Voutd和修正用測(cè)定值保存寄存器9保存的電流值，修正增益a和偏置b，將其值輸出到電流數(shù)字值運(yùn)算部12。即，相對(duì)于上次修正增益a和偏置b時(shí)的溫度，現(xiàn)在的溫度變化了規(guī)定溫度以上時(shí)，測(cè)試模式控制部11使增益偏置修正部8起動(dòng)，修正增益a和偏置b，將其值輸出到電流數(shù)字值運(yùn)算部12。電流控制用半導(dǎo)體元件I內(nèi)部的溫度T用在電流控制用半導(dǎo)體元件I的內(nèi)部形成的電阻值的溫度依賴(lài)性計(jì)測(cè)。接著，用圖2說(shuō)明本實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的電流檢測(cè)電路7的結(jié)構(gòu)。圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的電流檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的框圖。電流檢測(cè)電路7具備傳感M0SFET21，在柵極信號(hào)Vg為高電平時(shí)、即高側(cè)M0SFET4通電時(shí)接通，在傳感電阻Rsns20中流通以由高側(cè)M0SFET4與傳感M0SFET21的接通電阻比決定的分流比分流的電流。差動(dòng)放大器22對(duì)傳感電阻Rsns20兩端的電位差進(jìn)行放大，輸出電壓值Vout。AD轉(zhuǎn)換器23以采樣周期Ts對(duì)差動(dòng)放大器22的輸出電壓Vout進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，輸出與參考電壓Vref的相對(duì)數(shù)字值Voutd=Vout/Vref。因?yàn)橐陨险f(shuō)明的電流檢測(cè)電路7的特性是線(xiàn)性的，所以電流的數(shù)字值Ioutd與電流檢測(cè)電路7的輸出Voutd的關(guān)系，能夠用增益a和偏置b由式(I)表示。接著，用圖3說(shuō)明本實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的參考電流生成電路6的結(jié)構(gòu)。圖3是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的參考電流生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。參考電流生成電路6具備M0SFET30，柵極信號(hào)Cal_on為高電平時(shí)，流通電流值Ic的恒定電流源31的電流。
接著，用圖4說(shuō)明本實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中的增益a和偏置b的修正方法。圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中的增益和偏置的修正方法的說(shuō)明圖。為了進(jìn)行增益a的修正，參考電流生成電路6在螺線(xiàn)管電流上疊加振幅Ic、AD轉(zhuǎn)換器23的采樣周期的二倍周期2.Ts的電流脈沖，使差動(dòng)放大器22的輸出Vout變動(dòng)。圖4所示的例子中，AD轉(zhuǎn)換器23輸出的相對(duì)數(shù)字值Voutd序列為電壓Vsl、Vs2、……、Vs9，其中擴(kuò)展位為偶數(shù)的電壓Vs2、Vs4、……、Vs8是用參考電流生成電路6施加了振幅Ic的電流脈沖時(shí)采樣的數(shù)字值。此處，根據(jù)擴(kuò)展位為奇數(shù)的Voutd序列，分別運(yùn)算中點(diǎn)電壓Vi2=Vsl+Vs3/2，Vi4=Vs3+Vs5/2,……，Vi8=Vs7+Vs9/2,進(jìn)而，分別運(yùn)算與擴(kuò)展位為偶數(shù)的電壓Vs2、Vs4、……、Vs8的差，取得電壓差A(yù)V2、AV4、……、AV8。這樣運(yùn)算的電壓差A(yù)V2、
AV4、......、AV8是因?yàn)閰⒖茧娏魃呻娐?在螺線(xiàn)管電流上疊加振幅Ic的電流脈沖而
產(chǎn)生的Vout變動(dòng)的數(shù)字值。為了抑制施加參考電流對(duì)螺線(xiàn)管電流的影響，參考電流生成電路6發(fā)生的電流脈沖的振幅Ic被限制為與螺線(xiàn)管電流值相比較小。結(jié)果，各電壓差M2、AV4、……、AV8的量化誤差較大，但通過(guò)運(yùn)算平均值ave Λ V能夠削減量化誤差。使用這樣得到的平均值ave Δ V和Ic,能夠用以下式(2)高精度地運(yùn)算式(I)的增益a。a=Ic/ave Δ V......(2)進(jìn)而，設(shè)高側(cè)M0SFET4斷開(kāi)時(shí)、即電流值為“O”時(shí)電流檢測(cè)電路7的輸出為斷開(kāi)電壓VoutcLoff，則根據(jù)式(I)和式(2 )，偏置b能夠根據(jù)以下式(3 )運(yùn)算。b=-a.Voutd_off......(3)此處，恒定電流源31的電流值Ic用測(cè)試模式控制部11從外部高精度地測(cè)定，預(yù)先將值保存在非易失性存儲(chǔ)器等中。電流控制用半導(dǎo)體元件I起動(dòng)時(shí)，經(jīng)由IF電路10對(duì)電流測(cè)定修正用測(cè)定值保存寄存器9傳輸Ic的值。由此，增益偏置修正部8能夠在需要修正的任意時(shí)刻(電流控制用半導(dǎo)體元件I的內(nèi)部溫度變動(dòng)了規(guī)定溫度以上時(shí))，測(cè)定相對(duì)數(shù)字值Voutd的變動(dòng)，用電流測(cè)定修正用測(cè)定值保存寄存器9中保存的Ic的值，根據(jù)式(2)、式(3)求出增益a和偏置b。以上說(shuō)明的增益偏置修正部8對(duì)增益a和偏置b的修正誤差，依賴(lài)于恒定電流源31的電流值Ic的絕對(duì)誤差，但恒定電流源的電流值不依賴(lài)于電源和溫度，原理上能夠使變動(dòng)接近0，所以能夠高精度地修正增益a和偏置b。因此，通過(guò)本實(shí)施例，能夠高精度地修正增益a和偏置b，進(jìn)行高精度的電流測(cè)定。其中，以上說(shuō)明中，參考電流生成電路6在螺線(xiàn)管電流上疊加AD轉(zhuǎn)換器23的采樣周期的二倍周期2.Ts的電流脈沖，但也可以在螺線(xiàn)管電流上疊加AD轉(zhuǎn)換器23的采樣周期的其他整數(shù)倍周期、例如三倍、四倍周期的電流脈沖。例如，AD轉(zhuǎn)換器23的采樣周期Ts為10 μ s程度。另一方面，疊加的參考電流Ic上升較快的情況下，根據(jù)圖4中說(shuō)明的原理，通過(guò)求出Λ V，能夠正確地檢測(cè)參考電流Ic產(chǎn)生的增加量。但是，疊加的參考電流Ic的上升較慢的情況下，AV可能不 能正確表示參考電流Ic產(chǎn)生的增加量。此時(shí)，通過(guò)在螺線(xiàn)管電流上疊加AD轉(zhuǎn)換器23的采樣周期的其他整數(shù)倍、例如三倍、四倍周期的電流脈沖，能夠更加正確地檢測(cè)參考電流Ic產(chǎn)生的增加量。接著，用圖5說(shuō)明本實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中的增益a和偏置b的其他修正方法。圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中的增益a和偏置b的其他修正方法的說(shuō)明圖。此處，圖2所示的AD轉(zhuǎn)換器23是Λ Σ調(diào)制方式的。為了進(jìn)行增益a的修正，參考電流生成電路6在螺線(xiàn)管電流上疊加振幅Ic、PWM周期的二倍周期的電流脈沖，按每個(gè)PWM周期使差動(dòng)放大器22的輸出Vout變動(dòng)。圖5所示的例子中，在ON區(qū)間2、4中，參考電流生成電路6施加振幅Ic的電流脈沖。用Λ Σ調(diào)制方式的AD轉(zhuǎn)換器，取得PWM的ON期間的Voutd平均值序列Vsavel、
Vsave2、......、Vsave5,其中,outd平均值序列Vsave2、Vsave4是用參考電流生成電路6施
加了振幅Ic的電流脈沖的PWM的ON期間中的相對(duì)數(shù)字值Voutd的平均值。此處，用擴(kuò)展位為奇數(shù)的Voutd平均值序列分別運(yùn)算中點(diǎn)Viave2=Vsavel+Vsave3/2, Viave4=Vsave3+Vsave5/2,進(jìn)而,分別取得與對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展位為偶數(shù)的 Vsave2、Vsave4 的差 Δ Vave2=Vsave2-Viave2, Δ Vave4=Vsave4-Viave40 這樣運(yùn)算的差A(yù)Vave2、AVave4是因?yàn)閰⒖茧娏魃呻娐?對(duì)螺線(xiàn)管電流施加振幅Ic的電流脈沖而產(chǎn)生的Voutd變動(dòng)的平均值。與圖5同樣，為了抑制施加參考電流對(duì)螺線(xiàn)管電流的影響，參考電流生成電路6發(fā)生的電流脈沖的振幅Ic被限制為與螺線(xiàn)管電流值相比較小。結(jié)果，各差A(yù)Vave2、AVave4的量化誤差較大，但能夠通過(guò)進(jìn)一步運(yùn)算平均值ave Λ Vave削減量化誤差。使用這樣得到的ave AVave和Ic,能夠用以下式(4)高精度地運(yùn)算式(I)的增益a。a=Ic/ave Δ Vn......(4)進(jìn)而，與圖4同樣地，能夠根據(jù)高側(cè)M0SFET4斷開(kāi)時(shí)的電流檢測(cè)電路7的輸出VoutcLoff，用式(I)和式(4)求出偏置b。通過(guò)以上方法，在使用原理上難以進(jìn)行峰值的采樣的Λ Σ調(diào)制方式的AD轉(zhuǎn)換器的情況下，也能夠高精度地運(yùn)算增益a和偏置b。Δ Σ調(diào)制方式的AD轉(zhuǎn)換器能夠使電路小型化，所以能夠通過(guò)本實(shí)施例降低電流控制用半導(dǎo)體元件的成本。如以上說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)在負(fù)載電流上疊加電流脈沖，使AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)，通過(guò)對(duì)電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，能夠動(dòng)態(tài)取得AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與負(fù)載電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益。然后，因?yàn)槟軌蛟谌我鈺r(shí)刻修正增益，所以能夠通過(guò)提高修正的頻度而提高電流檢測(cè)精度。接著，用圖6和圖7說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。圖6是表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)的框圖。其中，與圖1相同的符號(hào)表示相同的部分。圖7是表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件中使用的參考電流生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖6中，在本實(shí)施方式中，使用參考電流生成電路6A和電阻值Rref精度較高的外部電阻60實(shí)現(xiàn)圖1和圖3中說(shuō)明的參考電流生成電路6。如圖7所示，參考電流生成電路6A具備M0SFET30，柵極信號(hào)Cal_on為高電平時(shí)，M0SFET30為0N，運(yùn)算放大器70以GND2端子電壓與對(duì)運(yùn)算放大器的+端子輸入的參考電壓Vbgr相等的方式，控制M0SFET71的柵極電壓，結(jié)果流過(guò)Ic=Vbgr/Rref的電流。本例中，取得參考電流Ic時(shí)，不用測(cè)定GND2端子中流過(guò)的微小的電流值，只要測(cè)定參考電壓Vbgr的電壓值、具體而言在用帶隙穩(wěn)壓器(band gap regulator)生成參考電壓Vbgr的情況下為1.2V程度的電壓值即可，所以能夠簡(jiǎn)化取得參考電流Ic所需的測(cè)定器，進(jìn)一步提聞測(cè)定精度。如以上說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)在負(fù)載電流上疊加電流脈沖，使AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)，通過(guò)對(duì)電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，能夠動(dòng)態(tài)地取得AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與負(fù)載電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益。然后，因?yàn)槟軌蛟谌我鈺r(shí)刻修正增益，所以能夠通過(guò)提高修正的頻度而提高電流檢測(cè)精度。此外，恒定電流源的電流值可以預(yù)先使用從外部高精度地測(cè)定的值進(jìn)行修正，所以能夠提高修正精度。接著，用圖8說(shuō)明使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的自動(dòng)變速器控制裝置的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。圖8是表示使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的自動(dòng)變速器控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。其中，圖8中與圖1相同的符號(hào)表示相同的部分。自動(dòng)變速器控制裝置AT⑶由圖1所示的上級(jí)控制裝置即微控制器⑶和相當(dāng)于電流控制用半導(dǎo)體元件I的多個(gè)電流控制用半導(dǎo)體元件la、……、le構(gòu)成。微控制器I從發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器52、變速桿位置傳感器53、加速踏板位置傳感器54輸入傳感器值，根據(jù)輸入的傳感器值運(yùn)算最佳的變速比，運(yùn)算用于實(shí)現(xiàn)該變速比的變速器51具備的多個(gè)離合器(未圖示)的油壓指令值和與該油壓對(duì)應(yīng)的螺線(xiàn)管20a、……、20e的電流值指令值，對(duì)電流控制用半導(dǎo)體元件la、……、le輸出該電流值指令值la*、……、Ie*。如上述各實(shí)施方式中的說(shuō)明所述，因?yàn)槟軌蛴秒娏骺刂朴冒雽?dǎo)體元件la、……、le提高電流檢測(cè)精度，所以能夠進(jìn)行平滑的變速，提高汽車(chē)的乘坐舒適性。其中，圖8中微控制器CU從發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器52、變速桿位置傳感器53、加速踏板位置傳感器54這3個(gè)傳感器輸入傳感器值，但也可以根據(jù)變速控制方式改變輸入的傳感器的數(shù)量和種類(lèi)。此外，圖8中微控制器CU從傳感器直接輸入傳感器值，但也可以經(jīng)由其他微控制器或IC輸入。此外，圖8中表示了自動(dòng)變速器51具備5個(gè)離合器的例子，但也可以根據(jù)變速機(jī)構(gòu)改變離合器的數(shù)量和與其對(duì)應(yīng)的螺線(xiàn)管電流控制裝置的數(shù)量。接著，用圖9說(shuō)明使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的制動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。圖9是表示使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的制動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。其中，圖9中與圖1相同的符號(hào)表示相同的部分。制動(dòng)控制裝置BCU由圖1所示的微控制器CU和電流控制用半導(dǎo)體元件I構(gòu)成。微控制器⑶從制動(dòng)踏板位置傳感器63、車(chē)速傳感器64輸入傳感器值,根據(jù)輸入的傳感器值運(yùn)算最佳的制動(dòng)器的制 動(dòng)力，運(yùn)算用于實(shí)現(xiàn)該制動(dòng)力的油壓制動(dòng)器61的油壓指令值和與該油壓對(duì)應(yīng)的螺線(xiàn)管20的電流值指令值，對(duì)電流控制用半導(dǎo)體元件I輸出該電流值指令值I*。
如上述各實(shí)施方式中的說(shuō)明所述，因?yàn)殡娏骺刂朴冒雽?dǎo)體元件I能夠提高電流檢測(cè)精度，所以能夠進(jìn)行平滑的制動(dòng)，提高汽車(chē)的乘坐舒適性。其中，圖9中微控制器CU從制動(dòng)踏板位置傳感器63、車(chē)速傳感器64這2個(gè)傳感器輸入傳感器值，但也可以根據(jù)制動(dòng)方式改變輸入的傳感器的數(shù)量和種類(lèi)。此外，圖9中微控制器CU從傳感器直接輸入傳感器值， 但也可以經(jīng)由其他微控制器或IC輸入。接著，用圖10說(shuō)明使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的無(wú)刷電機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。圖10是表示使用本發(fā)明的各實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的無(wú)刷電機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。其中，圖9中與圖1相同的符號(hào)表示相同的部分。無(wú)刷電機(jī)控制裝置MCU由圖1所示的微控制器CU和電流控制用半導(dǎo)體元件I構(gòu)成。微控制器⑶運(yùn)算用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的對(duì)于電機(jī)71的三相線(xiàn)圈Cu、Cv、Cw的三相電流指令值,對(duì)電流控制用半導(dǎo)體元件la、......、lc輸出該電流值指令值Iu*、
IV氺、Iw氺。如上述各實(shí)施方式中的說(shuō)明所述，因?yàn)殡娏骺刂朴冒雽?dǎo)體元件la、……、lc能夠提高電流檢測(cè)精度，所以能夠進(jìn)行平滑的電機(jī)控制。如以上說(shuō)明，本實(shí)施方式中，通過(guò)在負(fù)載電流上疊加電流脈沖，使AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)，通過(guò)對(duì)電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，動(dòng)態(tài)地取得AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與上述負(fù)載電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益。因此，因?yàn)槟軌蛟谌我鈺r(shí)刻修正增益，所以通過(guò)提高修正的頻度，能夠進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)。即，通過(guò)動(dòng)態(tài)修正增益a和偏置b的變動(dòng)，能夠在單芯片的IC內(nèi)進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)。此外，恒定電流源的電流值使用預(yù)先從外部高精度測(cè)定的值進(jìn)行修正，所以能夠提高修正精度。接著，用圖11說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。圖11是表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式的電流控制用半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)的框圖。其中，與圖1相同的符號(hào)表不相同的部分。電流控制用半導(dǎo)體元件IA具備電流檢測(cè)電路7A代替圖1所示的電流檢測(cè)電路7。電流檢測(cè)電路7A是分路電阻構(gòu)成的電流檢測(cè)電路。電流檢測(cè)電路7A與1ut串聯(lián)連接，用電流檢測(cè)電路7A內(nèi)部具有的分路電阻將螺線(xiàn)管2中流過(guò)的電流轉(zhuǎn)換為電壓，輸出其數(shù)字值Voutd0與圖1所示的實(shí)施方式同樣，因?yàn)殡娏鳈z測(cè)電路7A的特性是線(xiàn)性的，所以電流的數(shù)字值1utd與電流檢測(cè)電路7A的輸出Voutd的關(guān)系，能夠用增益a和偏置b由上述式(I)表不。從而，如圖4和圖5中說(shuō)明，能夠使用施加了電壓脈沖的Vout高精度地修正增益
a。此外，對(duì)于偏置b，能夠通過(guò)在一定區(qū)間內(nèi)使AD轉(zhuǎn)換器的輸入短路，取得偏置值進(jìn)行修正。從而，根據(jù)本實(shí)施方式，也能夠高精度地修正增益a和偏置b，進(jìn)行高精度的電流測(cè)定。進(jìn)而，本實(shí)施方式中，因?yàn)闇y(cè)定螺線(xiàn)管2的總電流，所以能夠簡(jiǎn)化螺線(xiàn)管2的平均電流運(yùn)算，削減電流控制用半導(dǎo)體元件IA的邏輯部的面積。符號(hào)說(shuō)明I……電流控制用半導(dǎo)體元件2......螺線(xiàn)管3......電池4......高側(cè) MOSFET5......低側(cè) MOSFET6、6A......參考電流生成電路8......電流檢測(cè)電路9……修正用測(cè)定值保存寄存器10......1F 電路

11……測(cè)試模式控制部12……電流數(shù)字值運(yùn)算部
權(quán)利要求
1.一種電流控制用半導(dǎo)體元件，其在同一半導(dǎo)體芯片上具有驅(qū)動(dòng)負(fù)載的晶體管、將所述負(fù)載的電流轉(zhuǎn)換為電壓的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和將該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換器，該電流控制用半導(dǎo)體元件的特征在于，包括: 參考電流生成部，其在所述負(fù)載的電流上疊加電流脈沖，使所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)； 增益偏置修正部，其對(duì)該參考電流生成部產(chǎn)生的所述電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，動(dòng)態(tài)地取得所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與所述負(fù)載的電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益和偏置；和 電流數(shù)字值運(yùn)算部，其使用由該增益偏置修正部取得的增益和偏置修正所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓值。
2.如權(quán)利要求1所述的電流控制用半導(dǎo)體元件，其特征在于: 具備保存從外部高精度地測(cè)定的所述電流脈沖的電流值的修正用測(cè)定值保存部， 所述增益偏置修正部使用該修正用測(cè)定值保存部保存的所述電流脈沖的電流值和所述電壓數(shù)字值的信號(hào)處理結(jié)果，動(dòng)態(tài)地取得所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與所述負(fù)載的電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益。
3.如權(quán)利要求2所述的電流控制用半導(dǎo)體元件，其特征在于: 所述電流脈沖的電流利用電阻和參考電壓生成。
4.如權(quán)利要求2所述的電流控制用半導(dǎo)體元件，其特征在于: 所述電流脈沖的周期是所述AD轉(zhuǎn)換器的采樣周期的整數(shù)倍。
5.如權(quán)利要求2所述的電流控制用半導(dǎo)體元件，其特征在于: 在用PWM控制電流的情況下，所述電流脈沖的周期是PWM周期的整數(shù)倍。
6.一種具有電流控制用半導(dǎo)體元件和控制該電流控制用半導(dǎo)體元件的微控制器的控制裝置，其特征在于: 所述電流控制用半導(dǎo)體元件在同一半導(dǎo)體芯片上具有驅(qū)動(dòng)負(fù)載的晶體管、將所述負(fù)載的電流轉(zhuǎn)換為電壓的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和將該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換器， 該電流控制用半導(dǎo)體元件包括: 參考電流生成部，其在所述負(fù)載的電流上疊加電流脈沖，使所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)； 增益偏置修正部，其對(duì)該參考電流生成部產(chǎn)生的所述電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，動(dòng)態(tài)地取得 所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與所述負(fù)載的電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益和偏置；和 電流數(shù)字值運(yùn)算部，其使用由該增益偏置修正部取得的增益和偏置修正所述AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓值。
全文摘要
提供一種電流控制用半導(dǎo)體元件和使用它的控制裝置，該電流控制用半導(dǎo)體元件能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)修正增益(a)和偏置(b)的變動(dòng)，而在單芯片的IC內(nèi)進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)。在同一半導(dǎo)體芯片上，具有晶體管(4)、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和AD轉(zhuǎn)換器。參考電流生成電路(6)在負(fù)載(2)的電流上疊加電流脈沖，使AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值變動(dòng)。增益偏置修正部(8)對(duì)參考電流生成電路(6)產(chǎn)生的電壓數(shù)字值的變動(dòng)進(jìn)行信號(hào)處理，動(dòng)態(tài)取得AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓數(shù)字值與負(fù)載的電流數(shù)字值的線(xiàn)性關(guān)系式中的增益(a)和偏置(b)。電流數(shù)字值運(yùn)算部(12)使用增益偏置修正部(8)取得的增益和偏置修正AD轉(zhuǎn)換器輸出的電壓值。
文檔編號(hào)H01L27/04GK103080863SQ201180040380
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者廣津鐵平, 金川信康, 田邊至 申請(qǐng)人:日立汽車(chē)系統(tǒng)株式會(huì)社