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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特に高電圧電源供給制御装置に好適な半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電源供給制御装置に用いる半導体装置(電力用半導体装置)としては、例えば図5に示すようなものがある。図5に示す電源供給制御装置は、自動車においてバッテリからの電源を選択的に各負荷に供給して、負荷への電力供給を主半導体素子QAにより制御する装置である。主半導体素子QAは、温度センサ内蔵トランジスタQAである。出力電圧VBを供給する電源101に主半導体素子QAQAのドレイン端子Dが接続され、主半導体素子QAのソース端子SAには負荷102が接続されている。ここで、負荷102としては、自動車のヘッドライト、テールライト、ワイパーモーター、パワウインドモーターなど、自動車で使用される負荷が該当する。
【0003】
図5に示す電源供給装置は過電流検出・保護機能を備えている。主半導体素子QAには、端子TSを介して負荷102が接続されている。更に、この主半導体素子QAに並列に基準半導体素子(基準MOSトランジスタ)QBが接続され、基準半導体素子QBには、端子TRを介して抵抗Rrが接続されている。図5に示す回路構成においては、負荷電流が主半導体素子QAを流れることにより発生する主半導体素子QAのドレイン〜ソース間電圧と、抵抗Rrによって決まる基準半導体素子QBのドレイン〜ソース間電圧を比較器CMP1で比較することにより、あらかじめ設定された過電流判定値を超える過電流が流れたかどうかを常時チェックしている。そして、過電流が流れた場合は、駆動回路111を制御して主半導体素子QA、基準半導体素子QBをオン/オフ動作させ、オン/オフ動作が一定時間継続すると主半導体素子QAを遮断する。これにより、過電流による配線及び半導体デバイスの焼損を防止する構造になっている。
【0004】
図5に示される電源供給装置について以下に詳細に説明する。主半導体素子QA及び基準半導体素子QBは同一特性、構造を持つnMOSトランジスタからなるユニット素子をそれぞれ複数個並列接続して構成されている。主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのユニット素子の個数をそれぞれN1、N2とするとN1≫N2となるように構成する。この例ではN1:N2=1000:1とする。主半導体素子QAのドレイン電極D及び基準半導体素子QBのドレイン電極DBは互いに接続され、ゲート電極も互いに接続されている。基準半導体素子QBのソースSBと接地電位GND間には、端子TRを介して、抵抗Rrが接続されている。抵抗Rrの代わりに定電流回路、又は定電流回路と抵抗を並列接続した回路が接続されることもあるが、図5では抵抗Rrが接続された例について説明する。
【0005】
図5の点線で囲った範囲の回路は、通常同一半導体チップ110上に集積され、パワーICとして、モノリシックに集積化されている。半導体チップ110の外部に、一端を抵抗R10に接続し他端を接地電位GNDに接続したスイッチSW1があり、抵抗R10の他端は電源VBに接続されている。抵抗R10とスイッチSW1の接続点の電位が、端子TGを介して、半導体チップ110の内部の駆動回路111に加えられ、SW1がオンすると駆動回路111は主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのゲートに図示されていないチャージポンプ回路で昇圧された電圧VPを印加して、主半導体素子QA及び基準半導体素子QBをオンさせる。例えば、電源電圧をVBとするとVP=VB+10Vである。
【0006】
主半導体素子QA、基準半導体素子QBを構成するMOSトランジスタのユニット素子1個当たりのオン抵抗をRfetとし、主半導体素子QA、基準半導体素子QBのオン抵抗をそれぞれRonA、RonBとすると主半導体素子QA及び基準半導体素子QBが完全にオンしている場合、即ちオーミック領域では、
RonA=Rfet/N1 …(1)
RonB=Rfet/N2…(2)
RonA=RonB(N2/N1)=RonB/1000…(3)
となる。主半導体素子QAのオン抵抗RonAは通常30[mΩ]位である。このとき、基準半導体素子QBのオン抵抗RonB=30[Ω]となる。
【0007】
基準抵抗Rr=2.4[kΩ]とする。主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのドレイン電流をそれぞれIDA及びIDBとし、電源電圧VB=12[V]とすると、
となる。主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのドレイン〜ソース間電圧をそれぞれVDSA及びVDSBとすると、
VDSB=RonB×IDB
=30[Ω]×5[mA]=0.15[V]…(5)
VDSA=RonA×IDA=30[mΩ]×IDA…(6)
VDSA−VDSB=30[mΩ](IDA−5[A]) …(7)
となる。IDA=5[A]のときVDSB=VDSAとなり、IDA<5[A]ではVDSA<VDSBとなり、IDA>5[A]ではVDSA>VDSBとなる。
【0008】
電源電圧VBを基準にして比較器CMP1の(+)及び(−)入力端子電圧を考える。CMP1の(−)入力端子には基準半導体素子QBのドレイン〜ソース間電圧VDSBが加えられる。一方、CMP1の(+)入力端子には主半導体素子QAのドレイン〜ソース間電圧を抵抗R1とR2で分圧した電圧が加えられる。即ち抵抗R1の電圧降下をVR1とすると、
VR1=VDSA×(R1/(R1+R2)) …(8)
で決定される電圧VR1がCMP1の(+)入力端子に加えられる。VR1=VDSBとなるVDSAをVDSAthとすると、
VDSB=VDSAth×(R1/(R1+R2)) …(9)
VDSAth−VDSB=(R2/R1)×VDSB…(10)
となる。この例では(1)式より、IDA=5[A]のときにVDSA=VDSBとなり、(8)式よりVDSA>VR1となるから、この状態ではVR1<VDSBとなる。
【0009】
VR1<VDSBのときCMP1の出力は“H”となり駆動回路111内のソーストランジスタQ5がオンし、シンクトランジスタQ6がオフして主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのゲートにはチャージポンプ電圧VPが印加され、主半導体素子QA及び基準半導体素子QBはオンする。
【0010】
VDSAがVDSBより大きくなり、(10)式で示されるVDSAthより大きくなるとVR1>VDSBとなる。このとき、IDAは5[A]より大きくなっているので、いわゆる過電流の状態にある。CMP1の出力は“L”となり、駆動回路111内のソーストランジスタQ5はオフし、シンクトランジスタQ6がオンして主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのゲート回路が接地されるので、主半導体素子QA及び基準半導体素子QBはオフ動作に入る。オフ動作に入るとVDSA及びVDSBは増大し、IDA及びIDBは減少する。そのためVDSAとVDSBの差が少なくなり、一方、(10)式から判るように、VDSBが大きくなるにつれて、VDSAth−VDSBはどんどん大きくなる。従って、VDSA及びVDSBが大きくなるにつれて、VR1<VDSBが再度成立し、CMP1の出力は“H”となり、主半導体素子QA及び基準半導体素子QBはオンする。即ち、過電流の状態では主半導体素子QA及び基準半導体素子QBはオン/オフ動作を行うことになる。オン/オフ動作が継続すると素子に内蔵した温度センサによる過熱遮断機能により主半導体素子QAを遮断する。或いは、オン/オフ継続時間をタイマーで計測することにより、主半導体素子QAを遮断する。このようにして図5に示す電力供給装置は主半導体素子QAを流れる負荷電流が所定値以下であれば、オン動作を継続して負荷に電力を供給し、所定値を超える過電流が流れると一定時間後に主半導体素子QAを遮断して過電流による配線及び電力供給装置自身の焼損を防止している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電源供給装置にあっては、電流検出を行うために、主半導体素子QAのソース電位と基準半導体素子QBのソース電位を比較器CMP1で比較している。比較器CMP1の(+)及び(−)入力端子には、主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのソース電位が入力されるが、主半導体素子QA及び基準半導体素子QBのソース電位は電源電圧VBの範囲で変化する。主半導体素子QAのソース電位については負荷電流が流れる配線のインダクタンスにより電源電圧範囲VBを超えて変化することも起こり得る。従って、CMP1及びこのCMP1の(+)、(−)入力端子は、電源電圧VB以上の耐圧を有するものでなければならない。一方、自動車の電源系は現状では12V系が主体で、その場合には電源電圧VBの最大値は18V程度を考えていれば良い。しかし、最近では負荷電流による電力損失を低減するため、電源電圧の昇圧が検討され、42V系の電源が具体的に検討され初めている。この場合には、主半導体素子QA及び基準半導体素子QBとその駆動回路は42V電源系に必要な耐圧まで耐圧を向上させねばならない。
【0012】
このとき従来の方式では比較器CMP1についても同様に耐圧アップが必要となる。比較器CMP1等の制御回路はCMOSプロセス又はBiCMOSプロセスで製造されるが、素子構造の高耐圧化や、これに伴うプロセスの改善が必要となる。高耐圧化の手法は、同じ耐圧を有する素子の数を増やす方法や、ゲート絶縁膜の厚さを厚くする、ガードリングやフィールドプレートを形成する等により、素子そのものの耐圧を向上させる等の手法がある。しかし、素子の数を増やす方法では、チップ面積の増大、プロセス工程の複雑化等が必要となり、部品コストの増大をもたらす。高耐圧化のために、ゲート絶縁膜の厚さを厚くすれば、素子の変換コンダクタンスgm等の性能(電気的特性)は低下する。又高耐圧の環境下で素子を使用することは、素子の信頼性低下の要因にもなる。
【0013】
電源電圧が高電圧化されても、制御回路は従来の耐圧の素子を使用することが出来れば、部品コストの増大を防ぐことが出来、又素子の信頼性確保の面からも好ましいことである。
【0014】
本発明の目的は、上記従来の問題点や事情を解決することにあり、電源電圧が従来の12V系から、例えば42V系のような高電圧電源系に移行した場合でも、第1及び第2の半導体素子の半導体素子の第2の主電極間の電位を比較する比較器として、従来の12V系の素子を使用することが可能な半導体装置を提供することである。
【0015】
本発明の他の目的は、制御回路に用いている比較器の高耐圧化を不要とし、高耐圧化に伴うコストアップを回避することが出来る半導体装置を提供することである。
【0016】
本発明の更に他の目的は、制御回路に用いている比較器の高電圧環境下での使用を避けることによる信頼性の向上が可能になる半導体装置を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、直流電源に接続した第1の主電極、負荷に接続した第2の主電極及び制御電極とを有する第1の半導体素子と、第1の半導体素子の第1の主電極に接続した第1の主電極、基準回路に接続した第2の主電極及び第1の半導体素子の制御電極に接続した制御電極とを有する第2の半導体素子と、高位電源端子と低位電源端子とを具備し、第1の半導体素子の第2の主電極に第1の入力端子を接続し、第2の半導体素子の第2の主電極に第2の入力端子を接続した比較器と、この比較器の出力に応じて、第1及び第2の半導体素子の制御電極にそれぞれ制御電圧を供給する駆動回路と、第1の入力端子と低位電源端子間に接続した第1のダイオードと、第2の入力端子と低位電源端子間に抵抗を介して接続した第2のダイオードとから少なくともなる半導体装置であることである。そして、基準回路で決まる所定電流値を上回る過電流が第1の半導体素子を流れたときは、第1の半導体素子をオン/オフ制御して電流振動を生成し、この電流振動により、第1の半導体素子の導通状態を遮断する。ここで、「基準回路」とは、基準抵抗の他に、定電流源、抵抗と定電流源との並列回路等の種々の回路が含まれる。そして、高位電源端子は系の電源電圧に保持され、高位電源端子と低位電源端子との間の電圧は系の電源電圧より小さい電圧に保持されている。又、第1及び第2の半導体素子としては、MOS電界効果トランジスタ(FET)、MOS静電誘導トランジスタ(SIT)等のMOSトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の絶縁ゲート型パワーデバイスが使用可能である。或いはエミッタ・スイッチド・サイリスタ(EST)等の種々のMOS複合型デバイスでもかまわない。これらの半導体素子はnチャネル型でもpチャネル型でもかまわない。又「第1の主電極」とは、IGBTにおいてはエミッタ電極又はコレクタ電極のいずれか一方、MOSトランジスタ等の絶縁ゲート型トランジスタにおいてはソース電極又はドレイン電極のいずれか一方を意味する。「第2の主電極」とは、IGBTにおいては上記第1の主電極とはならないエミッタ電極又はコレクタ電極のいずれか一方、絶縁ゲート型トランジスタにおいては上記第1の主電極とはならないソース電極又はドレイン電極のいずれか一方を意味する。即ち、第1の主電極が、エミッタ電極であれば、第2の主電極はコレクタ電極であり、第1の主電極がソース電極であれば、第2の主電極はドレイン電極である。又、「制御電極」とはIGBT及び絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極を意味することは勿論である。
【0018】
特に、比較器の第1の入力端子と低位電源端子間に第1のダイオードを、第2の入力端子と低位電源端子間に第2のダイオードを接続することにより、これらのダイオードの順方向降下電圧により、比較器の入力電圧をクランプすることが出来る。更に、比較器の高位電源端子と低位電源端子間にツェナーダイオード等の定電圧ダイオードを接続すれば、比較器を高電圧から保護出来る。又、直流電源と高位電源端子間に第3の半導体素子を接続することが好ましい。又、特に、第2の半導体素子の電流容量が第1及び第2の半導体素子の電流容量よりも小さくなるように、それぞれの半導体素子を構成するユニット素子数の比を決定すれば良い。このようなユニット素子数の選択を行って、パワーICの平面パターンのレイアウトを設定することにより、第2の半導体素子の回路構成を小型化出来、更に半導体チップの面積を縮小出来るとともに、高電圧条件対応の半導体装置の製造コストを大幅に削減出来る。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【0020】
本発明の実施の形態に係る高電圧用電流振動型遮断機能付き半導体装置は、図1に示すように、外部入力端子T1に接続された第1の主電極DA、第1の外部出力端子T3に接続された第2の主電極SA及び制御電極GAとを有する第1の半導体素子QAと、外部入力端子T1に接続された第1の主電極DBと、第2の外部出力端子T3に接続した第2の主電極SB及び第1の半導体素子QAの制御電極GAに接続した制御電極GBとを有する第2の半導体素子QBと、第2の半導体素子QBの第2の主電極SBと第2の外部出力端子T3を経由して接続された基準回路としての基準抵抗Rrと、高位電源端子NHと低位電源端子NLとを具備し、第1の半導体素子QAの第2の主電極に第1の入力端子を接続し、第2の半導体素子QBの第2の主電極に第2の入力端子を接続した比較器CMP1と、比較器CMP1の出力に応じて、第1の半導体素子QA及び第2の半導体素子QBの制御電極GA,GBにそれぞれ制御電圧を供給する駆動回路111と、第1の入力端子と低位電源端子NL間に接続された第1のダイオードD21と、第2の入力端子と低位電源端子NL間に抵抗R28を介して接続された第2のダイオードD22とから少なくとも構成されている。そして、第1の外部出力端子T3に接続される負荷102に流れる電流が、基準回路(基準抵抗)Rrで決まる所定の電流値を上回ったときには、第1の半導体素子QAをオン/オフ制御して電流振動を生成し、この電流振動により、外部入力端子T1と第1の外部出力端子T3間の導通状態を遮断する。
【0021】
なお、この例では、「基準回路」として基準抵抗Rrを用いたが、基準抵抗Rrの他に、定電流源(定電流回路)、或いは抵抗と定電流回路との並列回路等を使用することが可能である。基準回路として基準抵抗Rrを用いる場合は、基準抵抗Rを電流容量比n(この例ではn=1000)で割った値、即ちRr/n=Rr/1000と負荷抵抗の大小関係を比較して、負荷抵抗がRr/nより小さくなったら、第1の半導体素子QAをオン/オフ動作させる。一方、基準回路として定電流源Irefを用いる場合は、Irefを電流容量比倍した電流値、即ちn×Iref=1000×Irefと負荷電流の大小関係を比較して、n×Irefより負荷電流が大きくなったら、第1の半導体素子QAをオン/オフ動作させる。基準回路として抵抗と定電流源との並列回路で構成した場合は、抵抗基準と電流基準の合成された特性となる。これらの基準回路は、負荷側の異常状態を何により判定するかで使い分けるのが好ましい。
【0022】
図2に示すように、第1の半導体素子QAのゲート電極GAとソース電極SAとの間には、加熱遮断回路120を接続することが好ましい(なお、電流振動の振動の回数を計測する方式を採用すれば、加熱遮断回路120による感熱遮断機能は必須ではない。)。図2に示す加熱遮断回路120は、第1の半導体素子QAのゲート電極GAに接続された過熱遮断用MOSトランジスタQSと、この過熱遮断用MOSトランジスタQSのゲート電極に信号を入力するラッチ回路122と、ラッチ回路122の状態を制御する温度センサ121等から構成されている。つまり、半導体チップ110の表面温度が規定以上の温度まで上昇したことが温度センサ121によって検出された場合には、温度センサ121からの検出情報により、ラッチ回路122の状態が遷移し、この状態がラッチ回路122に保持される。この結果、過熱遮断用MOSトランジスタQSがオン動作となり、第1の半導体素子QAのゲート電極GAとソース電極SA間を短絡し、第1の半導体素子QAを強制的にオフ制御する。
【0023】
ここで、温度センサ121はポリシリコン等で構成した4個のダイオードが直列接続されてなり、温度センサ121は第1の半導体素子QAの近傍に集積化されている。第1の半導体素子QAの接合温度が上昇するにつれて、半導体チップの表面温度が上昇し、温度センサ121の4個のダイオードの順方向降下電圧が次第に低下する。そして、4個のダイオードの順方向降下電圧の総和が、nMOSトランジスタQ51のゲート電位が“L”レベルとされる電位まで下がると、nMOSトランジスタQ51がオン状態からターンオフする。これにより、nMOSトランジスタQ54のゲート電位が、第1の半導体素子QAのゲート制御端子Gの電位にプルアップされ、nMOSトランジスタQ54がターンオンする。このため、nMOSトランジスタQ53がターンオフし、nMOSトランジスタQ52がオフ状態からターンオンして、ラッチ回路122に“1”がラッチされることとなる。このとき、ラッチ回路122の出力が“H”レベルとなって、過熱遮断用素子QSがオフ状態からターンオンする。この結果、第1の半導体素子QAの真のゲートTGと第2主電極(ソース電極)SA間が短絡されて、第1の半導体素子QAがオン状態からターンオフして、過熱遮断されることとなる。
【0024】
本発明の高電圧条件に用いる半導体装置は、図1に示すように、第1の半導体素子QAとこの第1の半導体素子の制御回路とを同一基板上に集積化した半導体集積回路(パワーIC)である。制御回路は、第1の半導体素子QAに接続された負荷102中を流れる電流を検知して、異常電流発生時には第1の半導体素子QAとをオン/オフ制御して電流振動を生成し、この電流振動により、第1の半導体素子QAを遮断する機能を有する。パワーICを構成する基板として、セラミック、ガラスエポキシ等の絶縁性基板や絶縁金属基板等を用い、ハイブリッドICの形態でも良い。しかし、より好ましくは、同一半導体基板(同一チップ)上にモノリシックに集積化した「モノリシックパワーIC」とすべきである。
【0025】
第1の半導体素子QAとしては、例えば、DMOS構造、VMOS構造、或いはUMOS構造のパワーMOSトランジスタやこれらと類似な構造のMOSSITが使用可能である。又、EST、MOS制御サイリスタ(MCT)等のMOS複合型デバイスでも良い。更に、IGBT等の他の絶縁ゲート型パワーデバイスが使用可能である。更に、常にゲートを逆バイアスで使うのであれば、接合型MOSトランジスタ、接合型SITや静電誘導サイリスタ(SIサイリスタ)等も使用可能である。この高電圧用パワーICに用いる第1の半導体素子QAはnチャネル型でもpチャネル型でもかまわない。即ち、本発明の半導体装置は、nチャネル型及びpチャネル型の両方が存在する。以下の説明においては、nチャネル型の半導体装置をハイサイド(High-Side)素子として用いた場合について説明する。
【0026】
この第1の半導体素子QAは、例えば、複数個のユニット素子(単位セル)が並列接続されたマルチ・チャネル構造のパワーデバイスを採用すれば良い。そして、この第1の半導体素子QAに並列接続されるように、第2の半導体素子QBが、第1の半導体素子QAに隣接する位置に配置されている。この第2の半導体素子QBには、加熱遮断回路120は必須ではない。第2の半導体素子QBが、第1の半導体素子QAと同一プロセスで、隣接位置に配置されているので、温度ドリフトやロット間の不均一性の影響による互いの電気的特性のバラツキを除去(削減)できる。第2の半導体素子QBの電流容量が第1の半導体素子QAの電流容量よりも小さくなるように、第2の半導体素子QBを構成する並列接続のユニット素子数を調整している。例えば、第2の半導体素子QBのユニット素子数1に対して、第1の半導体素子QAのユニット素子数を1000となるように構成することにより、第2の半導体素子QBと第1の半導体素子QAのチャネル幅Wの比を1:1000としている。又、温度センサ121は、第2の半導体素子QB及び第1の半導体素子QAの上部に形成された層間絶縁膜の上部に堆積されたポリシリコン薄膜等で構成した複数個のダイオードが直列接続により構成され、温度センサ121を第1の半導体素子QAのチャネル領域の近傍の位置に集積化している。
【0027】
図1に基づいて本発明の半導体装置の動作を説明する。半導体チップ110の外部にある作動スイッチSW1をオンすると外部入力端子T2を経由してオン信号が駆動回路111に入力され、図示されていないチャージポンプ回路で昇圧された電圧VPが抵抗R8,R7を経由して第1及び第2の半導体素子QA,QBのゲートTGに加えられ、第1の半導体素子QA及び第2の半導体素子QBはオンする。電圧VPの値は、例えば電源電圧をVBとするとVB+10Vである。
【0028】
第1の半導体素子QA,第2の半導体素子QBを構成するMOSトランジスタユニット素子1個当たりのオン抵抗をRfetとし、第1の半導体素子QA,第2の半導体素子QBのオン抵抗をそれぞれRonA,RonBとすると第1の半導体素子QA及び第2の半導体素子QBが完全にオンしている場合、即ちオーミック領域では、上述した(1)式から(3)式が成立する。RonAは通常30[mΩ]位である。このときRonB=30[Ω]となる。ここで、Rr=8.4[kΩ]とする。第1の半導体素子QA及び第2の半導体素子QBのドレイン電流をそれぞれIDA及びIDBとし、電源電圧VB=42[V]とすると、
となる。第1の半導体素子QA及び第2の半導体素子QBのドレイン〜ソース間電圧をそれぞれVDSA及びVDSBとすると、前述した(5)式〜(7)式が成立する。
【0029】
IDA=5[A]のときVDSB=VDSAとなり、IDA<5[A]ではVDSA<VDSBとなり、IDA > 5[A]ではVDSA>VDSBとなる。
【0030】
スイッチSW1がオンするとpnpトランジスタQ11がオンし、比較器CMP1の高位電源端子NHに電源電圧が印加される。比較器CMP1の低位電源端子NLは抵抗R27を介して接地され、NHとNLの間はツェナーダイオードZD2が接続されているので、ZD2のツェナー電圧を12[V]とするとCMP1の高位電源端子と低位電源端子間の電圧は12[V]となり、電源電圧VB=42[V]より小さい電圧に保持されることになる。CMP1の低位電源端子NLの電位VNLは、
に保たれる。
【0031】
第1の半導体素子QAのドレイン電流IDAが5[A]以下のとき、VDSA<VDSBとなるため比較器CMP1の出力は“H”となり、pnpトランジスタQ12はオフして、駆動回路111は第1の半導体素子QA及び第2の半導体素子QBをオンし続ける。一方、第1の半導体素子QAのドレイン電流IDAが5[A]を超えるとVDSA>VDSBとなるため比較器CMP1の出力“L”となり、pnpトランジスタQ12がオンする。このため、駆動回路111のソーストランジスタQ5がオフし、シンクトランジスタQ6がオンして第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBのゲートは抵抗R7、R8を介して接地される。このため、第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBはオフ動作に入る。即ち、5[A]が電源電圧VB=42[V]のときの過電流判定値となる。このときの負荷抵抗は42[V]/5[A]=8.4[Ω]で、これはn×Rr=1000×8.4[mΩ]に等しい。即ち、8.4[Ω]が過負荷判定値となり、負荷抵抗が8.4[Ω]以下になると第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBはオフ動作に入る。過負荷判定値8.4[Ω]は電源電圧VBに関わらず一定である。これは基準回路として抵抗を用いているからであり、基準回路として定電流回路を用いれば、過電流判定値は電源電圧VBに関わらず一定になる。
【0032】
第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBがオフ動作に入ると第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBのドイン〜ソース間電圧VDSA、VDSBは増大する。第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBのソース電位をVSA、VSBとするとVSA、VSBは接地電位GNDに向かって低下して行く。駆動回路111のシンクトランジスタQ6がオンするため第1の半導体素子QAのソース→抵抗R81→抵抗R26→ダイオードD1→抵抗R8→シンクトランジスタQ6→GNDの経路で電流が流れ、CMP1の(+)入力端子電位を低下させるヒステリシス効果が発生し、CMP1の出力は安定して “L”を維持する。CMP1の入力端子電位も VSA、VSBの低下に伴って低下して行くが、CMP1(+)入力端子電位はCMP1低位電源端子の電位VNLとダイオードD21によりクランプされ、VNL−0.7[V](D21の順方向電圧降下)以下には下がらない。VNL=VB−12.3[V]だから、CMP1(+)入力端子電位はVB−13[V]以下には下がらない。一方、CMP1の(−)入力端子もダイオードD22によりクランプされるが、抵抗R28を介してクランプされるため、CMP1の(−)入力端子電圧はR28の電圧降下分だけ、(+)入力端子電位より低い電位にクランプされる。即ち(−)入力端子のクランプ電位はVB−13[V]−(R28電圧降下分)となる。このためVSA、VSBの電位が低下してクランプ電圧がCMP1に入力されるようになるとCMP1の出力は負荷側の状態に関わらず、“H”となり、駆動回路111は再び第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBをオンさせる。VSA、VSBがクランプ電圧を下回ると制御回路及びMOSトランジスタの遅れ時間後に第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBはオンし、VSA、VSBがクランプ電圧を上回ると制御回路及びMOSトランジスタの遅れ時間後に第1の半導体素子QA、第2の半導体素子QBはオフするため、オン/オフ動作を続けることになる。オン/オフ動作が一定時間継続すると第1の半導体素子QAの過熱遮断により、又はタイマー処理により第1の半導体素子QA及び第2の半導体素子QBを遮断する。
【0033】
(他の実施の形態)
上記の実施の形態による開示の一部を成す論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0034】
例えば、図1はnチャネルのハイサイドの回路を示したが、図3に示すようなpチャネルのハイサイドの回路も、pチャネル・第1の半導体素子QA(p)を用いれば、ほぼ同様な回路構成で実現可能である。
【0035】
又、一定の場合は、図4に示すように図1に示したツェナーダイオードZD2を省略した構成でも良い。
【0036】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【0037】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、電源電圧が従来の12V系から、例えば42V系のような高電圧電源系に移行した場合でも、第1及び第2の半導体素子の半導体素子の第2の主電極間の電位を比較する比較器として、従来の12V系の素子を使用することが可能となる。これにより、比較器の高耐圧化が不要となり、高耐圧化に伴うコストアップを回避することが出来る。
【0038】
更に、本発明の半導体装置によれば、比較器の高電圧環境下での使用を避けることによる信頼性の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る高電圧用の半導体装置の回路構成図である(nチャネルの場合)。
【図2】本発明の実施の形態に係る半導体装置に集積化する加熱遮断回路の回路構成図である。
【図3】本発明の他の実施の形態に係る高電圧用の半導体装置の回路構成図である(pチャネルの場合)。
【図4】本発明の更に他の実施の形態に係る高電圧用の半導体装置の回路構成図である(pチャネルの場合)。
【図5】従来の電源供給制御装置の回路構成図である。
【符号の説明】
101 低電圧電源
102 負荷
110、118,121,122 半導体チップ
111 駆動回路
120 加熱遮断回路
191 高電圧電源
CMP1 比較器
D1,D21,D22 ダイオード
QA 第1の半導体素子
QB 第2の半導体素子
Q71,Q72,Q131,Q221,Q311,Q312 MOSトランジスタ
RG ゲート抵抗
R1,R2,R5,R7,R8,R10,R21,R22,R81,R82 抵抗
Rr 基準抵抗
T1,T2,T3,T4 入出力端子
ZD1,ZD2 ツェナーダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device suitable for a high voltage power supply control device.
[0002]
[Prior art]
An example of a semiconductor device (power semiconductor device) used in a conventional power supply control device is shown in FIG. The power supply control device shown in FIG. 5 is a device that selectively supplies power from a battery to each load in an automobile and controls power supply to the load by the main semiconductor element QA. The main semiconductor element QA is a temperature sensor built-in transistor QA. The drain terminal D of the main semiconductor element QAQA is connected to the
[0003]
The power supply device shown in FIG. 5 has an overcurrent detection / protection function. The main semiconductor element QA has a terminal TSA load 102 is connected via Further, a reference semiconductor element (reference MOS transistor) QB is connected in parallel to the main semiconductor element QA, and the reference semiconductor element QB has a terminal TRA resistor Rr is connected via In the circuit configuration shown in FIG. 5, the drain-source voltage of the main semiconductor element QA generated by the load current flowing through the main semiconductor element QA is compared with the drain-source voltage of the reference semiconductor element QB determined by the resistor Rr. It is always checked whether or not an overcurrent exceeding a preset overcurrent determination value has flowed by comparing with the device CMP1. When an overcurrent flows, the
[0004]
The power supply apparatus shown in FIG. 5 will be described in detail below. The main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB are configured by connecting in parallel a plurality of unit elements each having nMOS transistors having the same characteristics and structure. When the number of unit elements of the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB is N1 and N2, respectively, N1 >> N2 is established. In this example, N1: N2 = 1000: 1. The drain electrode D of the main semiconductor element QA and the drain electrode DB of the reference semiconductor element QB are connected to each other, and the gate electrodes are also connected to each other. A terminal T is connected between the source SB of the reference semiconductor element QB and the ground potential GND.RA resistor Rr is connected via A constant current circuit or a circuit in which a constant current circuit and a resistor are connected in parallel may be connected instead of the resistor Rr. FIG. 5 illustrates an example in which the resistor Rr is connected.
[0005]
Circuits in a range surrounded by a dotted line in FIG. 5 are usually integrated on the
[0006]
The on-resistance per unit element of the MOS transistors constituting the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB is RfetAnd the on-resistances of the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB are RonA, RonBThen, when the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB are completely turned on, that is, in the ohmic region,
RonA= Rfet/ N1 (1)
RonB= Rfet/N2...(2)
RonA= RonB(N2 / N1) = RonB/1000...(3)
It becomes. On-resistance R of main semiconductor element QAonAIs usually about 30 [mΩ]. At this time, the on-resistance R of the reference semiconductor element QBonB= 30 [Ω].
[0007]
The reference resistance Rr is 2.4 [kΩ]. The drain currents of the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB are respectively IDAAnd IDBAssuming that the power supply voltage VB = 12 [V],
It becomes. The drain-source voltages of the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB are V, respectively.DSAAnd VDSBThen,
VDSB= RonB× IDB
= 30 [Ω] x 5 [mA] = 0.15 [V] (5)
VDSA= RonA× IDA= 30 [mΩ] x IDA(6)
VDSA-VDSB= 30 [mΩ] (IDA-5 [A]) (7)
It becomes. IDAWhen V = 5 [A], VDSB= VDSAAnd IDA<5 [A] for VDSA<VDSBAnd IDA> 5 [A] for VDSA> VDSBIt becomes.
[0008]
Consider the (+) and (−) input terminal voltages of the comparator CMP1 with reference to the power supply voltage VB. The (−) input terminal of CMP1 has a drain-source voltage V of the reference semiconductor element QB.DSBIs added. On the other hand, a voltage obtained by dividing the drain-source voltage of the main semiconductor element QA by the resistors R1 and R2 is applied to the (+) input terminal of CMP1. That is, when the voltage drop of the resistor R1 is VR1,
VR1= VDSA× (R1 / (R1 + R2)) (8)
The voltage V determined byR1Is added to the (+) input terminal of CMP1. VR1= VDSBV becomesDSAVDSAthThen,
VDSB= VDSAth× (R1 / (R1 + R2)) (9)
VDSAth-VDSB= (R2 / R1) × VDSB(10)
It becomes. In this example, from equation (1), IDA= 5 [A] when VDSA= VDSBFrom equation (8), VDSA> VR1Therefore, in this state, VR1<VDSBIt becomes.
[0009]
VR1<VDSBAt this time, the output of CMP1 becomes “H”, the source transistor Q5 in the
[0010]
VDSAIs VDSBV becomes larger and is expressed by the equation (10).DSAthV becomes largerR1> VDSBIt becomes. At this time, IDAIs larger than 5 [A], and is in a so-called overcurrent state. The output of CMP1 is “L”, the source transistor Q5 in the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional power supply apparatus, in order to detect current, the source potential of the main semiconductor element QA and the source potential of the reference semiconductor element QB are compared by the comparator CMP1. The source potentials of the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB are input to the (+) and (−) input terminals of the comparator CMP1, but the source potentials of the main semiconductor element QA and the reference semiconductor element QB are the power supply voltage VB. It varies in the range. The source potential of the main semiconductor element QA may change beyond the power supply voltage range VB due to the inductance of the wiring through which the load current flows. Accordingly, the CMP1 and the (+) and (−) input terminals of the CMP1 must have a breakdown voltage equal to or higher than the power supply voltage VB. On the other hand, the power supply system of automobiles is mainly a 12V system at present, and in that case, the maximum value of the power supply voltage VB may be about 18V. However, recently, in order to reduce power loss due to load current, boosting of the power supply voltage has been studied, and a 42V power supply has been specifically studied. In this case, the main semiconductor element QA, the reference semiconductor element QB, and the driving circuit thereof must improve the breakdown voltage to the breakdown voltage required for the 42V power supply system.
[0012]
At this time, in the conventional method, the breakdown voltage of the comparator CMP1 needs to be increased as well. A control circuit such as the comparator CMP1 is manufactured by a CMOS process or a BiCMOS process. However, it is necessary to increase the breakdown voltage of the element structure and improve the process associated therewith. The method of increasing the breakdown voltage is to increase the number of elements having the same breakdown voltage, or to increase the breakdown voltage of the element itself by increasing the thickness of the gate insulating film, forming a guard ring or a field plate, etc. There is. However, the method of increasing the number of elements necessitates an increase in chip area, a complicated process step, and the like, resulting in an increase in component costs. If the thickness of the gate insulating film is increased to increase the breakdown voltage, the conversion conductance g of the element is increased.mSuch performance (electrical characteristics) is degraded. In addition, using the device in a high withstand voltage environment causes a decrease in the reliability of the device.
[0013]
Even if the power supply voltage is increased, if the control circuit can use a conventional withstand voltage element, it is possible to prevent an increase in the component cost and also from the viewpoint of ensuring the reliability of the element. .
[0014]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and circumstances, and even when the power supply voltage is shifted from the conventional 12V system to a high voltage power supply system such as a 42V system, the first and the second. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of using a conventional 12V element as a comparator for comparing potentials between second main electrodes of a semiconductor element.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device that does not require a high breakdown voltage of a comparator used in a control circuit and can avoid an increase in cost due to the high breakdown voltage.
[0016]
Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving reliability by avoiding use of a comparator used in a control circuit in a high voltage environment.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first semiconductor element having a first main electrode connected to a DC power source, a second main electrode connected to a load, and a control electrode; A second semiconductor element having a first main electrode connected to the main electrode, a second main electrode connected to the reference circuit, and a control electrode connected to the control electrode of the first semiconductor element; a high-level power supply terminal; A low-level power supply terminal, a first input terminal connected to the second main electrode of the first semiconductor element, and a second input terminal connected to the second main electrode of the second semiconductor element , A drive circuit for supplying a control voltage to the control electrodes of the first and second semiconductor elements according to the output of the comparator, and a first input terminal connected between the first input terminal and the lower power supply terminal, respectively. A diode and a second die connected via a resistor between the second input terminal and the lower power supply terminal It is that at least comprising a semiconductor device and a over de. When an overcurrent exceeding a predetermined current value determined by the reference circuit flows through the first semiconductor element, the first semiconductor element is controlled to be turned on / off to generate a current vibration. The conduction state of the semiconductor element is cut off. Here, the “reference circuit” includes various circuits such as a constant current source and a parallel circuit of a resistor and a constant current source in addition to the reference resistor. The high-level power supply terminal is held at the system power supply voltage, and the voltage between the high-level power supply terminal and the low-level power supply terminal is held at a voltage smaller than the system power supply voltage. The first and second semiconductor elements include MOS field effect transistors (FETs), MOS transistors such as MOS static induction transistors (SIT), and insulated gate power devices such as insulated gate bipolar transistors (IGBT). It can be used. Alternatively, various MOS composite devices such as an emitter-switched thyristor (EST) may be used. These semiconductor elements may be n-channel type or p-channel type. The “first main electrode” means either an emitter electrode or a collector electrode in the IGBT, and either a source electrode or a drain electrode in an insulated gate transistor such as a MOS transistor. The “second main electrode” means either an emitter electrode or a collector electrode that does not become the first main electrode in the IGBT, or a source electrode that does not become the first main electrode in the insulated gate transistor. It means either one of the drain electrodes. That is, if the first main electrode is an emitter electrode, the second main electrode is a collector electrode, and if the first main electrode is a source electrode, the second main electrode is a drain electrode. The “control electrode” naturally means the gate electrode of the IGBT and the insulated gate transistor.
[0018]
In particular, by connecting a first diode between the first input terminal and the lower power supply terminal of the comparator and a second diode between the second input terminal and the lower power supply terminal, the forward drop of these diodes is achieved. The input voltage of the comparator can be clamped by the voltage. Further, if a constant voltage diode such as a Zener diode is connected between the high level power supply terminal and the low level power supply terminal of the comparator, the comparator can be protected from a high voltage. Further, it is preferable to connect the third semiconductor element between the DC power supply and the high-level power supply terminal. In particular, the ratio of the number of unit elements constituting each semiconductor element may be determined so that the current capacity of the second semiconductor element is smaller than the current capacity of the first and second semiconductor elements. By selecting the number of unit elements and setting the layout of the planar pattern of the power IC, the circuit configuration of the second semiconductor element can be reduced, the area of the semiconductor chip can be further reduced, and the high voltage can be reduced. The manufacturing cost of the semiconductor device that meets the conditions can be greatly reduced.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
[0020]
As shown in FIG. 1, the semiconductor device with a high-voltage current oscillation type cutoff function according to the embodiment of the present invention has an external input terminal T1The first main electrode DA connected to the first external output terminal T3A first semiconductor element QA having a second main electrode SA and a control electrode GA connected to each other, and an external input terminal T1The first main electrode DB connected to the second external output terminal T3The second semiconductor electrode QB having the second main electrode SB connected to the control electrode and the control electrode GB connected to the control electrode GA of the first semiconductor element QA, and the second main electrode SB of the second semiconductor element QB And a second external output terminal T3And a reference resistor Rr as a reference circuit connected via a high-level power supply terminal NHAnd low power supply terminal NLA comparator having a first input terminal connected to the second main electrode of the first semiconductor element QA and a second input terminal connected to the second main electrode of the second semiconductor element QB The driving circuit 111 that supplies control voltages to the control electrodes GA and GB of the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB according to the output of the CMP1 and the comparator CMP1, respectively, and the first input terminal and the lower level Power terminal NLA first diode D21 connected in between, a second input terminal and a low power supply terminal NLIt comprises at least a second diode D22 connected between them through a resistor R28. The first external output terminal T3When the current flowing through the load 102 connected to the current exceeds a predetermined current value determined by the reference circuit (reference resistance) Rr, the first semiconductor element QA is controlled to be turned on / off to generate a current vibration. External input terminal T due to vibration1And a first external output terminal T3The conduction state between is cut off.
[0021]
In this example, the reference resistor Rr is used as the “reference circuit”. However, in addition to the reference resistor Rr, a constant current source (constant current circuit) or a parallel circuit of a resistor and a constant current circuit is used. Is possible. When the reference resistor Rr is used as the reference circuit, a value obtained by dividing the reference resistor R by the current-capacitance ratio n (n = 1000 in this example), that is, Rr / n = Rr / 1000 is compared with the magnitude relation of the load resistance. When the load resistance becomes smaller than Rr / n, the first semiconductor element QA is turned on / off. On the other hand, a constant current source I as a reference circuitrefWhen usingrefIs a current value obtained by multiplying the current capacity ratio, that is, n × Iref= 1000 × IrefAnd the magnitude relationship between the load current and n × IrefWhen the load current becomes larger, the first semiconductor element QA is turned on / off. When the reference circuit is composed of a parallel circuit of a resistor and a constant current source, the combined characteristic of the resistance reference and the current reference is obtained. These reference circuits are preferably used depending on what determines the abnormal state on the load side.
[0022]
As shown in FIG. 2, the gate electrode GA and the source electrode of the first semiconductor element QASAIt is preferable to connect a heat shut-off
[0023]
Here, the
[0024]
As shown in FIG. 1, the semiconductor device used for the high voltage condition of the present invention is a semiconductor integrated circuit (power IC) in which a first semiconductor element QA and a control circuit for the first semiconductor element are integrated on the same substrate. ). The control circuit detects a current flowing through the load 102 connected to the first semiconductor element QA, and when an abnormal current occurs, the control circuit controls on / off of the first semiconductor element QA to generate a current vibration. It has a function of cutting off the first semiconductor element QA by current oscillation. As a substrate constituting the power IC, an insulating substrate such as ceramic or glass epoxy, an insulating metal substrate or the like may be used, and a hybrid IC may be used. However, more preferably, it should be a “monolithic power IC” monolithically integrated on the same semiconductor substrate (same chip).
[0025]
As the first semiconductor element QA, for example, a power MOS transistor having a DMOS structure, a VMOS structure, or a UMOS structure or a MOSSIT having a similar structure can be used. Also, a MOS composite type device such as an EST or a MOS control thyristor (MCT) may be used. Furthermore, other insulated gate power devices such as IGBTs can be used. Furthermore, if the gate is always used with a reverse bias, a junction MOS transistor, a junction SIT, an electrostatic induction thyristor (SI thyristor), or the like can be used. The first semiconductor element QA used in the high voltage power IC may be an n-channel type or a p-channel type. That is, the n-channel type and the p-channel type exist in the semiconductor device of the present invention. In the following description, a case where an n-channel semiconductor device is used as a high-side element will be described.
[0026]
The first semiconductor element QA may be, for example, a power device having a multi-channel structure in which a plurality of unit elements (unit cells) are connected in parallel. The second semiconductor element QB is disposed at a position adjacent to the first semiconductor element QA so as to be connected in parallel to the first semiconductor element QA. The
[0027]
The operation of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. When the operation switch SW1 outside the
[0028]
The on-resistance per MOS transistor unit element constituting the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB is RfetAnd the on-resistances of the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB are RonA, RonBThen, when the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB are completely turned on, that is, in the ohmic region, the above-described expressions (1) to (3) are established. RonAIs usually about 30 [mΩ]. At this time RonB= 30 [Ω]. Here, Rr = 8.4 [kΩ]. The drain currents of the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB are respectively expressed as IDAAnd IDBAnd power supply voltage VB = 42 [V],
It becomes. The drain-source voltage of each of the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB is VDSAAnd VDSBThen, the above-described equations (5) to (7) are established.
[0029]
IDAWhen V = 5 [A], VDSB= VDSAAnd IDA<5 [A] for VDSA<VDSBAnd IDA > 5 [A] is VDSA> VDSBIt becomes.
[0030]
When the switch SW1 is turned on, the pnp transistor Q11 is turned on, and the higher power supply terminal N of the comparator CMP1 is turned on.HA power supply voltage is applied to. Low power supply terminal N of comparator CMP1LIs grounded through resistor R27 and NHAnd NLSince the Zener diode ZD2 is connected between the two terminals, if the Zener voltage of ZD2 is set to 12 [V], the voltage between the high power supply terminal and the low power supply terminal of CMP1 becomes 12 [V], and the power supply voltage VB = 42 [V ] Is held at a smaller voltage. Low power supply terminal N of CMP1LPotential VNLIs
To be kept.
[0031]
Drain current I of the first semiconductor element QADAIs less than 5 [A], VDSA<VDSBTherefore, the output of the comparator CMP1 becomes “H”, the pnp transistor Q12 is turned off, and the
[0032]
When the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB are turned off, the voltage V between the source and source of the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB VDSA, VDSBWill increase. The source potential of the first semiconductor element QA and the second semiconductor element QB is VSA, VSBVSA, VSBDecreases toward the ground potential GND. Since the sink transistor Q6 of the
[0033]
(Other embodiments)
It should not be understood that the description and the drawings, which form part of the disclosure according to the above-described embodiments, limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
[0034]
For example, FIG. 1 shows an n-channel high-side circuit, but a p-channel high-side circuit as shown in FIG. 3 is almost the same if a p-channel first semiconductor element QA (p) is used. It can be realized with a simple circuit configuration.
[0035]
In a fixed case, as shown in FIG. 4, the Zener diode ZD <b> 2 shown in FIG. 1 may be omitted.
[0036]
As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
[0037]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device of the present invention, even when the power supply voltage shifts from the conventional 12V system to a high voltage power supply system such as the 42V system, the second main elements of the semiconductor elements of the first and second semiconductor elements are used. A conventional 12V element can be used as a comparator for comparing the potential between the electrodes. Thereby, it is not necessary to increase the breakdown voltage of the comparator, and it is possible to avoid an increase in cost due to the increase in breakdown voltage.
[0038]
Furthermore, according to the semiconductor device of the present invention, the reliability can be improved by avoiding the use of the comparator in a high voltage environment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a high-voltage semiconductor device according to an embodiment of the present invention (in the case of n-channel).
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a heat cutoff circuit integrated in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a high-voltage semiconductor device according to another embodiment of the present invention (in the case of p-channel).
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a high-voltage semiconductor device according to still another embodiment of the present invention (in the case of p-channel).
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a conventional power supply control device.
[Explanation of symbols]
101 Low voltage power supply
102 load
110, 118, 121, 122 Semiconductor chip
111 Drive circuit
120 Heat shutdown circuit
191 High voltage power supply
CMP1 comparator
D1, D21, D22 Diode
QA first semiconductor element
QB second semiconductor element
Q71, Q72, Q131, Q221, Q311, Q312 MOS transistors
RG gate resistance
R1, R2, R5, R7, R8, R10, R21, R22, R81, R82 resistors
Rr Reference resistance
T1, T2, T3, T4 I / O terminal
ZD1, ZD2 Zener diode
Claims (5)
前記第1の半導体素子の第1の主電極に接続した第1の主電極、基準回路に接続した第2の主電極及び前記第1の半導体素子の制御電極に接続した制御電極とを有する第2の半導体素子と、
高位電源端子と低位電源端子とを具備し、前記高位電源端子は系の電源電圧に保持され、前記高位電源端子と前記低位電源端子との間の電圧は系の電源電圧より小さい電圧に保持され、前記第1の半導体素子の第2の主電極に第1の入力端子を接続し、前記第2の半導体素子の第2の主電極に第2の入力端子を接続した比較器と、
前記比較器の出力に応じて、前記第1及び第2の半導体素子の制御電極にそれぞれ制御電圧を供給する駆動回路と、
前記第1の入力端子と前記低位電源端子間に接続した第1のダイオードと、
前記第2の入力端子と前記低位電源端子間に抵抗を介して接続した第2のダイオード
とから少なくともなり、前記基準回路で決まる所定電流値を上回る過電流が前記第1の半導体素子を流れたときは、前記第1の半導体素子をオン/オフ制御して電流振動を生成し、この電流振動により、前記第1の半導体素子の導通状態を遮断することを特徴とする半導体装置。A first semiconductor element having a first main electrode connected to a DC power source, a second main electrode connected to a load, and a control electrode;
A first main electrode connected to the first main electrode of the first semiconductor element; a second main electrode connected to a reference circuit; and a control electrode connected to the control electrode of the first semiconductor element. Two semiconductor elements;
A high-level power supply terminal and a low-level power supply terminal, wherein the high-level power supply terminal is held at a system power supply voltage, and a voltage between the high-level power supply terminal and the low-level power supply terminal is held at a voltage smaller than the system power supply voltage. A comparator in which a first input terminal is connected to the second main electrode of the first semiconductor element, and a second input terminal is connected to the second main electrode of the second semiconductor element;
A driving circuit for supplying control voltages to the control electrodes of the first and second semiconductor elements, respectively, in accordance with the output of the comparator;
A first diode connected between the first input terminal and the lower power supply terminal;
An overcurrent exceeding at least a predetermined current value determined by the reference circuit flows through the first semiconductor element, comprising at least a second diode connected via a resistor between the second input terminal and the lower power supply terminal. In some cases, the semiconductor device is characterized in that current oscillation is generated by controlling on / off of the first semiconductor element, and the conduction state of the first semiconductor element is interrupted by the current oscillation.
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