JP7307654B2 - switch device - Google Patents
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Description
本明細書中に開示されている発明は、スイッチ装置に関する。 The invention disclosed in this specification relates to a switching device.
本願出願人は、以前より、車載IPD[intelligent power device]などのスイッチ装置に関して、数多くの新技術を提案している(例えば特許文献1を参照)。
The applicant of the present application has previously proposed many new technologies regarding switch devices such as in-vehicle IPDs (intelligent power devices) (see
しかしながら、従来のスイッチ装置では、その過電流保護機能について更なる改善の余地があった。 However, the conventional switch device has room for further improvement in its overcurrent protection function.
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、適切な過電流保護を掛けることのできるスイッチ装置を提供することを目的とする。 An object of the invention disclosed in the present specification is to provide a switching device capable of applying appropriate overcurrent protection in view of the above problems found by the inventors of the present application.
本明細書中に開示されているスイッチ装置は、負荷が接続される出力端子と、前記出力端子に接続されるスイッチ素子と、前記スイッチ素子に流れる出力電流を過電流制限値以下に制限する過電流保護回路と、を有し、前記過電流保護回路は、前記出力端子の短絡異常が生じていないときにはチップ温度に依ることなく前記過電流制限値を所定の基準値に設定する一方、前記出力端子の短絡異常が生じているときには前記チップ温度が高いほど前記過電流制限値を前記基準値から引き下げる構成(第1の構成)とされている。 A switch device disclosed in the present specification includes an output terminal to which a load is connected, a switch element connected to the output terminal, and an overcurrent limit for limiting an output current flowing through the switch element to an overcurrent limit value or less. a current protection circuit, wherein the overcurrent protection circuit sets the overcurrent limit value to a predetermined reference value irrespective of the chip temperature when a short-circuit abnormality of the output terminal does not occur; When a terminal short-circuit abnormality occurs, the higher the chip temperature, the lower the overcurrent limit value from the reference value (first configuration).
なお、上記第1の構成から成るスイッチ装置において、前記過電流保護回路は、前記チップ温度を検出する温度検出部と、前記出力端子の短絡異常を検出する短絡検出部と、前記温度検出部及び前記短絡検出部双方の検出結果に応じて前記過電流制限値を設定する制限値設定部と、前記出力電流が前記過電流制限値に達しているか否かを検出する過電流検出部と、を含む構成(第2の構成)にするとよい。 In the switch device having the first configuration, the overcurrent protection circuit includes a temperature detection section that detects the chip temperature, a short circuit detection section that detects a short circuit abnormality of the output terminal, the temperature detection section, and a a limit value setting unit that sets the overcurrent limit value according to detection results of both of the short circuit detection units; and an overcurrent detection unit that detects whether or not the output current has reached the overcurrent limit value. It is preferable to use a configuration (second configuration) that includes the
また、上記第2の構成から成るスイッチ装置において、前記温度検出部は、前記チップ温度の高温異常時に前記スイッチ素子を強制オフする温度保護回路の温度検出素子を流用する構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having the second configuration, the temperature detection unit uses a temperature detection element of a temperature protection circuit that forcibly turns off the switch element when the chip temperature is abnormally high (third configuration). should be
また、上記第2又は第3の構成から成るスイッチ装置において、前記スイッチ素子は、電源端子と前記出力端子との間に接続されるハイサイドスイッチであり、前記短絡検出部は、前記出力端子の地絡を検出する構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having the second or third configuration, the switch element is a high-side switch connected between the power supply terminal and the output terminal, and the short-circuit detection section is connected to the output terminal. A configuration for detecting a ground fault (fourth configuration) is preferable.
また、上記第2又は第3の構成から成るスイッチ装置において、前記スイッチ素子は、前記出力端子と接地端子との間に接続されるローサイドスイッチであり、前記短絡検出部は、前記出力端子の天絡を検出する構成(第5の構成)にしてもよい。 Further, in the switch device having the second or third configuration, the switch element is a low-side switch connected between the output terminal and the ground terminal, and the short-circuit detection section is connected between the output terminal and the ground terminal. A configuration (fifth configuration) for detecting a fault may be employed.
また、上記第2~第5いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記制限値設定部は、所定の第1設定電流を生成する第1設定電流生成部と、前記チップ温度が高いほど増大する第2設定電流を生成する第2設定電流生成部と、を含み、前記第1設定電流から前記第2設定電流を差し引いた差分電流を前記過電流制限値として設定する構成(第6の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having any one of the second to fifth configurations, the limit value setting unit includes a first set current generation unit that generates a predetermined first set current, and a limit value that increases as the chip temperature increases. a second set current generation unit that generates a second set current, and sets a differential current obtained by subtracting the second set current from the first set current as the overcurrent limit value (sixth configuration) should be
また、上記第6の構成から成るスイッチ装置において、前記制限値設定部は、前記出力端子の短絡異常が生じていないときに前記第2設定電流生成部をディセーブル状態とし、前記出力端子の短絡異常が生じているときに前記第2設定電流生成部をイネーブル状態とする構成(第7の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having the sixth configuration, the limit value setting unit disables the second set current generation unit when the output terminal is not short-circuited, and the output terminal is short-circuited. A configuration (seventh configuration) may be employed in which the second set current generator is enabled when an abnormality occurs.
また、本明細書中に開示されている電子機器は、上記第1~第7いずれかの構成から成るスイッチ装置と、前記スイッチ装置に接続される負荷と、を有する構成(第8の構成)とされている。 Further, the electronic equipment disclosed in this specification includes a switch device having any one of the first to seventh configurations, and a load connected to the switch device (eighth configuration). It is said that
なお、上記第8の構成から成る電子機器において、前記負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータである構成(第9の構成)にするとよい。 In the electronic device having the eighth configuration, the load may be a bulb lamp, a relay coil, a solenoid, a light-emitting diode, or a motor (ninth configuration).
また、本明細書中に開示されている車両は、上記8または第9の構成から成る電子機器を有する構成(第10の構成)とされている。 Further, the vehicle disclosed in this specification has a configuration (tenth configuration) having the electronic device having the above eighth or ninth configuration.
本明細書中に開示されている発明によれば、適切な過電流保護を掛けることのできるスイッチ装置を提供することが可能となる。 According to the invention disclosed in this specification, it is possible to provide a switch device capable of applying appropriate overcurrent protection.
<半導体集積回路装置(第1実施形態)>
図1は、半導体集積回路装置の第1実施形態を示す図である。本実施形態の半導体集積回路装置1は、ECU[electronic control unit]2からの指示に応じて電源電圧VBBの印加端と負荷3との間を導通/遮断する車載用ハイサイドスイッチLSI(=車載IPDの一種)である。
<Semiconductor Integrated Circuit Device (First Embodiment)>
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a semiconductor integrated circuit device. The semiconductor integrated
なお、半導体集積回路装置1は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子T1~T4を備えている。外部端子T1は、不図示のバッテリから電源電圧VBB(例えば12V)の供給を受け付けるための電源端子(VBBピン)である。外部端子T2は、負荷3(バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータなど)を外部接続するための負荷接続端子ないしは出力端子(OUTピン)である。外部端子T3は、ECU2から外部制御信号Siの外部入力を受け付けるための信号入力端子(INピン)である。外部端子T4は、ECU2に状態報知信号Soを外部出力するための信号出力端子(SENSEピン)である。なお、外部端子T4と接地端との間には、外部センス抵抗4が外付けされている。
The semiconductor integrated
また、半導体集積回路装置1は、NMOSFET10と、出力電流監視部20と、ゲート制御部30と、制御ロジック部40と、信号入力部50と、内部電源部60と、異常保護部70と、出力電流検出部80と、信号出力部90と、を集積化して成る。
The semiconductor
NMOSFET10は、ドレインが外部端子T1に接続されてソースが外部端子T2に接続された高耐圧(例えば42V耐圧)のパワートランジスタである。このように接続されたNMOSFET10は、電源電圧VBBの印加端から負荷3を介して接地端に至る電流経路を導通/遮断するためのスイッチ素子(ハイサイドスイッチ)として機能する。なお、NMOSFET10は、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート駆動信号G1がローレベルであるときにオフする。
The NMOSFET 10 is a high withstand voltage (for example, 42 V withstand voltage) power transistor having a drain connected to the external terminal T1 and a source connected to the external terminal T2. The NMOSFET 10 connected in this way functions as a switch element (high side switch) for conducting/interrupting a current path from the terminal to which the power supply voltage VBB is applied to the ground terminal via the
また、NMOSFET10は、オン抵抗値が数十mΩとなるように設計すればよい。ただし、NMOSFET10のオン抵抗値が低いほど、外部端子T2の地絡(=接地端ないしはこれに準ずる低電位端への短絡異常)が発生したときに過電流が流れやすくなり、異常発熱を生じやすくなる。従って、NMOSFET10のオン抵抗値を下げるほど、後述する過電流保護回路71や温度保護回路73の重要性が高くなる。
Also, the NMOSFET 10 may be designed to have an on-resistance value of several tens of mΩ. However, the lower the on-resistance value of the
出力電流監視部20は、NMOSFET21及び21’とセンス抵抗22を含み、NMOSFET10に流れる出力電流Ioに応じたセンス電圧Vs(=センス信号に相当)を生成する。
The output
NMOSFET21及び21’は、いずれもNMOSFET10に対して並列接続されたミラートランジスタであり、出力電流Ioに応じたセンス電流Is及びIs’を生成する。NMOSFET10とNMOSFET21及び21’とのサイズ比は、m:1(ただしm>1)である。従って、センス電流Is及びIs’は、出力電流Ioを1/mに減じた大きさとなる。なお、NMOSFET21及び21’は、NMOSFET10と同様、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート電圧G1がローレベルであるときにオフする。 NMOSFETs 21 and 21' are both mirror transistors connected in parallel with NMOSFET 10, and generate sense currents Is and Is' according to the output current Io. The size ratio between NMOSFET 10 and NMOSFETs 21 and 21' is m:1 (where m>1). Therefore, the sense currents Is and Is' have the magnitude of the output current Io reduced by 1/m. As with the NMOSFET 10, the NMOSFETs 21 and 21' are turned on when the gate drive signal G1 is at high level, and turned off when the gate voltage G1 is at low level.
センス抵抗22(抵抗値:Rs)は、NMOSFET21のソースと外部端子T2との間に接続されており、センス電流Isに応じたセンス電圧Vs(=Is×Rs+Vo、ただし、Voは外部端子T2に現れる出力電圧)を生成する電流/電圧変換素子である。
The sense resistor 22 (resistance value: Rs) is connected between the source of the
ゲート制御部30は、ゲート制御信号S1の電流能力を高めたゲート駆動信号G1を生成してNMOSFET10及び21それぞれのゲートに出力することにより、NMOSFET10及び21のオン/オフ制御を行う。なお、ゲート制御部30は、過電流保護信号S71に応じて出力電流Ioを制限するようにNMOSFET10(並びにNMOSFET21及び21’)を制御する機能を備えている。
The
制御ロジック部40は、内部電源電圧Vregの供給を受けてゲート制御信号S1を生成する。例えば、外部制御信号Siがハイレベル(=NMOSFET10をオンさせるときの論理レベル)であるときには、内部電源部60から内部電源電圧Vregが供給されるので、制御ロジック部40が動作状態となり、ゲート制御信号S1がハイレベル(=Vreg)となる。一方、外部制御信号Siがローレベル(=NMOSFET10をオフさせるときの論理レベル)であるときには、内部電源部60から内部電源電圧Vregが供給されないので、制御ロジック部40が非動作状態となり、ゲート制御信号S1がローレベル(=GND)となる。また、制御ロジック部40は、各種の異常保護信号(過電流保護信号S71、オープン保護信号S72、温度保護信号S73、及び、減電圧保護信号S74)を監視している。なお、制御ロジック部40は、上記した異常保護信号のうち、過電流保護信号S71、オープン保護信号S72、及び、温度保護信号S73の監視結果に応じて出力切替信号S2を生成する機能も備えている。
The
信号入力部50は、外部端子T3から外部制御信号Siの入力を受け付けて制御ロジック部40や内部電源部60に伝達するシュミットトリガである。なお、外部制御信号Siは、例えば、NMOSFET10をオンさせるときにハイレベルとなり、NMOSFET10をオフさせるときにローレベルとなる。
The
内部電源部60は、電源電圧VBBから所定の内部電源電圧Vregを生成して半導体集積回路装置1の各部に供給する。なお、内部電源部60の動作可否は、外部制御信号Siに応じて制御される。より具体的に述べると、内部電源部60は、外部制御信号Siがハイレベルであるときに動作状態となり、外部制御信号Siがローレベルであるときに非動作状態となる。
The internal
異常保護部70は、半導体集積回路装置1の各種異常を検出する回路ブロックであり、過電流保護回路71と、オープン保護回路72と、温度保護回路73と、減電圧保護回路74と、を含む。
The
過電流保護回路71は、センス電圧Vsの監視結果(=出力電流Ioの過電流異常が生じているか否か)に応じた過電流保護信号S71を生成する。なお、過電流保護信号S71は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The
オープン保護回路72は、出力電圧Voの監視結果(=負荷3のオープン異常が生じているか否か)に応じたオープン保護信号S72を生成する。なお、オープン保護信号S72は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The
温度保護回路73は、半導体集積回路装置1(特にNMOSFET10周辺)の異常発熱を検出する温度検出素子(不図示)を含み、その検出結果(=異常発熱が生じているか否か)に応じた温度保護信号S73を生成する。なお、温度保護信号S73は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The
減電圧保護回路74は、電源電圧VBBないしは内部電源電圧Vregの監視結果(=減電圧異常が生じているか否か)に応じた減電圧保護信号S74を生成する。なお、減電圧保護信号S74は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The voltage
出力電流検出部80は、不図示のバイアス手段を用いてNMOSFET21’のソース電圧と出力電圧Voとを一致させることにより、出力電流Ioに応じたセンス電流Is’(=Io/m)を生成して信号出力部90に出力する。
The output
信号出力部90は、出力選択信号S2に基づいてセンス電流Is’(=出力電流Ioの検出結果に相当)と固定電圧V90(=異常フラグに相当、本図では明示せず)の一方を外部端子T4に選択出力する。センス電流Is’が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、センス電流Is’を外部センス抵抗4(抵抗値:R4)で電流/電圧変換した出力検出電圧V80(=Is’×R4)がECU2に伝達される。出力検出電圧V80は、出力電流Ioが大きいほど高くなり、出力電流Ioが小さいほど低くなる。一方、固定電圧V90が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、固定電圧V90がECU2に伝達される。なお、状態報知信号Soから出力電流Ioの電流値を読み取る場合には、状態報知信号SoをA/D[analog-to-digital]変換してやればよい。一方、状態報知信号Soから異常フラグを読み取る場合には、固定電圧V90よりもやや低い閾値を用いて状態報知信号Soの論理レベルを判定してやればよい。
The
<ゲート制御部(第1実施形態)>
図2は、第1実施形態におけるゲート制御部30の一構成例を示す図である。本構成例のゲート制御部30は、ゲートドライバ31と、オシレータ32と、チャージポンプ33と、クランパ34と、NMOSFET35と、抵抗36(抵抗値:R36)と、キャパシタ37(容量値:C37)と、ツェナダイオード38と、を含む。
<Gate control unit (first embodiment)>
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the
ゲートドライバ31は、チャージポンプ33の出力端(=昇圧電圧VGの印加端)と外部端子T2(=出力電圧Voの印加端)との間に接続されており、ゲート制御信号S1の電流能力を高めたゲート駆動信号G1を生成する。なお、ゲート駆動信号G1は、ゲート制御信号S1がハイレベルであるときにハイレベル(=VG)となり、ゲート制御信号S1がローレベルであるときにローレベル(=Vo)となる。
The
オシレータ32は、所定周波数のクロック信号CLKを生成してチャージポンプ33に出力する。なお、オシレータ32の動作可否は、制御ロジック部40からのイネーブル信号Saに応じて制御される。
The
チャージポンプ33は、クロック信号CLKを用いてフライングキャパシタを駆動することにより、電源電圧VBBよりも高い昇圧電圧VGを生成してゲートドライバ31に供給する昇圧部の一例である。なお、チャージポンプ33の動作可否は、制御ロジック部40からのイネーブル信号Sbに応じて制御される。
The
クランパ34は、外部端子T1(=電源電圧VBBの印加端)とNMOSFET10のゲートとの間に接続されている。外部端子T2に誘導性の負荷3が接続されるアプリケーションでは、NMOSFET10をオンからオフへ切り替える際、負荷3の逆起電力により、出力電圧Voが負電圧(<GND)となる。そのため、エネルギー吸収用にクランパ34(いわゆるアクティブクランプ回路)が設けられている。
The
NMOSFET35のドレインは、NMOSFET10のゲートに接続されている。NMOSFET35のソースは、外部端子T2に接続されている。NMOSFET35のゲートは、過電流保護信号S71の印加端に接続されている。また、NMOSFET35のドレイン・ゲート間には、抵抗36とキャパシタ37が直列に接続されている。
The drain of
ツェナダイオード38のカソードは、NMOSFET10のゲートに接続されている。ツェナダイオード38のアノードは、NMOSFET10のソースに接続されている。このように接続されたツェナダイオード38は、NMOSFET10のゲート・ソース間電圧(=VG-Vo)を所定値以下に制限するクランプ素子として機能する。
The cathode of
本構成例のゲート制御部30において、過電流保護信号S71がハイレベルに立ち上げられると、ゲート駆動信号G1が定常時のハイレベル(=VG)から所定の時定数τ(=R36×C37)で引き下げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に低下していくので、出力電流Ioに制限が掛けられる。一方、過電流保護信号S71がローレベルに立ち下げられると、ゲート駆動信号G1が所定の時定数τで引き上げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に上昇していくので、出力電流Ioの制限が解除される。
In the
このように、本構成例のゲート制御部30は、過電流保護信号S71に応じて出力電流Ioを制限するようにゲート駆動信号G1を制御する機能を備えている。
Thus, the
<過電流保護に関する考察>
ところで、車載IPDとして高い信頼性が要求される半導体集積回路装置1には、インダクタンス(例えば5μH)を持つ経路を介して外部端子T2(=出力端子)を天絡または地絡した状態で、NMOSFET10のオン/オフを複数サイクル(グレードに応じて300サイクル~100万サイクル)に亘って繰り返す負荷ショート信頼性試験(AEC-Q100-012)が課せられる。
<Study on overcurrent protection>
By the way, in the semiconductor integrated
ここで、近年におけるNMOSFET10の低オン抵抗化に伴い、過電流保護回路71の過電流制限値Iocdが数十A~100Aに設定されていた場合には、NMOSFET10で数百W~1000Wもの大電力が消費される。そのため、半導体集積回路装置1では、過熱検出状態(高温状態)でNMOSFET10のオン/オフが繰り返される。
If the overcurrent limit value Iocd of the
このような高温時には、熱の影響によりNMOSFET10の耐久性も低下していく。そのため、負荷ショート信頼性試験をクリアするためには、過電流制限値Iocdを引き下げて、NMOSFET10の消費電力(延いては発熱)を抑えることが一般的である。
At such a high temperature, the durability of the
しかしながら、半導体集積回路装置1には、非常に大きな出力電流Io(100A級)を必要とする負荷3も接続され得る。そのため、過電流制限値Iocdを単純に引き下げることは望ましくない。
However, the semiconductor integrated
上記の考察に鑑み、以下では、通常時の電流能力確保と高温時の安全性向上を両立することのできる過電流保護回路71を提案する。
In view of the above considerations, the following proposes an
<過電流保護回路(第1実施形態)>
図3は、過電流保護回路71の一構成例を示す図である。本構成例の過電流保護回路71は、温度検出部71Aと、短絡検出部71Bと、制限値設定部71Cと、過電流検出部71Dと、を含む。
<Overcurrent protection circuit (first embodiment)>
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the
温度検出部71Aは、チップ温度Tjを検出して温度検出信号SAを生成する。なお、チップ温度Tjは、例えば、NMOSFET10近傍のpnジャンクション温度である。また、温度検出信号SAは、例えば、チップ温度Tjに応じたアナログ電圧信号である。
The
短絡検出部71Bは、出力電圧Voを監視することにより、外部端子T2の地絡を検出して短絡検出信号SBを生成する。なお、短絡検出信号SBは、例えば、地絡検出時にローレベルとなり、地絡未検出時にハイレベルとなる2値信号である。
By monitoring the output voltage Vo, the short-
制限値設定部71Cは、温度検出信号SA及び短絡検出信号SBの双方に応じて過電流制限値Iocd(本明細書中では、過電流検出電流Iocdと呼ぶこともある)を設定する。より具体的に述べると、制限値設定部71Cは、外部端子T2の地絡が生じていないとき(SB=H)には、温度検出信号SA(延いてはチップ温度Tj)に依ることなく、過電流制限値Iocdを所定の基準値に設定する。一方、制限値設定部71Cは、外部端子T2の地絡が生じているとき(SB=L)には、温度検出信号SAに応じてチップ温度Tjが高いほど過電流制限値Iocdを基準値から引き下げる。例えば、過電流制限値Iocdは、チップ温度Tjに反比例する(Iocd∝1/Tj)。
The limit
過電流検出部71Dは、センス電圧Vsを監視することにより、センス電流Is(延いては出力電流Io)が過電流制限値Iocdに達しているか否かを検出して過電流保護信号S71を生成する。
The
上記構成から成る過電流保護回路71において、外部端子T2の地絡が生じていないときには、チップ温度Tjに依ることなく過電流制限値Iocdが所定の基準値に設定される。従って、NMOSFET10の電流能力を最大限に活かすことが可能となる。
In the
一方、外部端子T2の地絡が生じているときには、チップ温度Tjの上昇に伴い過電流制限値Iocdがその基準値から引き下げられる。従って、チップ温度Tjが高いほど出力電流Ioを小さく絞ることができるので、NMOSFET10の消費電力(延いては発熱)を抑制することが可能となる。
On the other hand, when the external terminal T2 is grounded, the overcurrent limit value Iocd is lowered from its reference value as the chip temperature Tj rises. Therefore, the higher the chip temperature Tj, the smaller the output current Io can be reduced, so that the power consumption (and the heat generation) of the
このように、温度検出信号SA及び短絡検出信号SBの双方に応じた過電流制限値Iocdの可変制御機能を実装することにより、通常時の電流能力確保と高温時の安全性向上を両立することが可能となる。 In this way, by implementing a variable control function for the overcurrent limit value Iocd in response to both the temperature detection signal SA and the short circuit detection signal SB, it is possible to ensure both normal current capacity and improved safety at high temperatures. becomes possible.
図4は、負荷ショート信頼性試験での過電流保護動作を示す図であり、上から順に、出力電流Io(実線)及び過電流制限値Iocd(大破線)、チップ温度Tj、並びに、短絡検出信号SBが描写されている。なお、出力電流Ioと過電流制限値Iocdは、本来直接的に比較されるものではないが、本図では、説明の便宜上、両者が直接的に比較されるものとして描写されている。 FIG. 4 is a diagram showing the overcurrent protection operation in the load short-circuit reliability test. From the top, output current Io (solid line), overcurrent limit value Iocd (large dashed line), chip temperature Tj, and short circuit detection. Signal SB is depicted. Although the output current Io and the overcurrent limit value Iocd are not originally directly compared, for convenience of explanation, they are depicted as being directly compared in this figure.
本図で示すように、負荷ショート信頼性試験において、外部端子T2が地絡された状態(SB=L)でNMOSFET10のオン/オフが繰り返されると、NMOSFET10が発熱するので、チップ温度Tjが上昇していく。このとき、過電流制限値Iocdは、チップ温度Tjの上昇に伴い基準値から引き下げられていくので、NMOSFET10の発熱が抑制される。従って、熱の影響によるNMOSFET10の耐久性劣化を防止し、負荷ショート信頼性試験の規格を十分に満足することが可能となる。
As shown in this figure, in the load short reliability test, when the
<短絡検出部の導入意義>
次に、短絡検出部71Bの導入意義について補足的に説明する。仮に、短絡検出部71Bを導入せず、温度検出信号SAのみに基づいて過電流制限値Iocdの可変制御を行う場合には、外部端子T2の地絡が生じていないときでも、チップ温度Tjの上昇に伴い、過電流制限値Iocdがその基準値から引き下げられることになる。そのため、半導体集積回路装置1の通常動作や起動動作に支障を来すおそれがある。以下、図面を参照しながら具体的に説明する。
<Significance of introduction of short-circuit detector>
Next, the significance of the introduction of the short-
図5及び図6は、それぞれ、短絡検出を行わない場合の過電流保護動作(第1例及び第2例)を示す図であり、上から順に、外部制御信号Si、出力電流Io(実線)及び過電流制限値Iocd(大破線)、並びに、チップ温度Tjが描写されている。なお、出力電流Ioと過電流制限値Iocdは、本来直接的に比較されるものではないが、各図では、説明の便宜上、両者が直接的に比較されるものとして描写されている。 5 and 6 are diagrams respectively showing overcurrent protection operations (first and second examples) when short-circuit detection is not performed. From the top, external control signal Si, output current Io (solid line) , the overcurrent limit value Iocd (large dashed line), and the chip temperature Tj are depicted. Although the output current Io and the overcurrent limit value Iocd are not originally directly compared, for the convenience of explanation, they are illustrated as being directly compared in each drawing.
例えば、図5で示すように、通常動作時におけるチップ温度Tjの上昇に伴い、過電流制限値Iocdが出力電流Ioの通常値(=負荷3から要求される電流値、図中の小破線を参照)を下回るまで引き下げられると、負荷3に十分な出力電流Ioを供給することができなくなる。
For example, as shown in FIG. 5, as the chip temperature Tj rises during normal operation, the overcurrent limit value Iocd changes to the normal value of the output current Io (=current value required by the
また、例えば、負荷3が容量性負荷(バルブランプなど)である場合には、図6で示すように、半導体集積回路装置1の起動時に大きな出力電流Io(=容量性負荷のチャージ電流、図中の小破線を参照)を出力する必要がある。しかし、起動時の発熱により過電流制限値Iocdが基準値から引き下げられると、出力電流Ioが小さく制限されるので、容量性負荷のチャージに長時間を要することになり、起動遅延の原因となり得る。
Further, for example, if the
一方、チップ温度Tjに応じた過電流制限値Iocdの可変制御を行うか否かのトリガ手段として、短絡検出部71Bを導入しておけば、外部端子T2の地絡が生じていない限り、過電流制限値Iocdが基準値から引き下げられることはないので、半導体集積回路装置1の通常動作や起動動作に支障を来さずに済む。
On the other hand, if the short-
続いて、過電流保護回路71の各部(温度検出部71A、短絡検出部71B、制限値設定部71C、及び、過電流検出部71D)について、それぞれ、図面を参照しながら具体的に詳述する。
Subsequently, each part of the overcurrent protection circuit 71 (the
<温度検出部(第1実施形態)>
図7は、温度検出部71Aの一構成例(=温度保護回路73の一部を温度検出部71Aとして流用した例)を示す図である。本構成例の温度検出部71A(ないし温度保護回路73)は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタA1~A3と、電流源A4と、ダイオードA5~A7と、抵抗A8及びA9と、コンパレータA10と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタA11と、インバータA12と、を含む。
<Temperature detector (first embodiment)>
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the
トランジスタA1~A3それぞれのソースは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。トランジスタA1~A3それぞれのゲートは、いずれもトランジスタA1のドレインに接続されている。トランジスタA1のドレインは、電流源A4(=基準電流IREFの生成手段)に接続されている。このように接続されたトランジスタA1~A3は、トランジスタA1のドレインに入力される基準電流IREFをミラーしてトランジスタA2及びA3それぞれのドレインから出力するカレントミラーを形成している。 The sources of the transistors A1 to A3 are all connected to the application end of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors A1 to A3 are all connected to the drain of the transistor A1. The drain of the transistor A1 is connected to the current source A4 (=means for generating the reference current IREF). The transistors A1 to A3 connected in this way form a current mirror that mirrors the reference current IREF input to the drain of the transistor A1 and outputs it from the drains of the transistors A2 and A3.
トランジスタA2のドレインとダイオードA5のアノードは、いずれもノード電圧VA1の印加端に接続されている。ダイオードA5のカソードは、ダイオードA6のアノードに接続されている。ダイオードA6のカソードは、ダイオードA7のアノードに接続されている。ダイオードA7のカソードは、接地端に接続されている。このように接続されたダイオードA5~A7は、チップ温度Tjに応じたノード電圧VA1(=温度依存電圧)を生成する温度検出素子として機能する。 The drain of transistor A2 and the anode of diode A5 are both connected to the application terminal of node voltage VA1. The cathode of diode A5 is connected to the anode of diode A6. The cathode of diode A6 is connected to the anode of diode A7. The cathode of diode A7 is connected to ground. The diodes A5 to A7 connected in this way function as temperature detection elements that generate a node voltage VA1 (=temperature dependent voltage) according to the chip temperature Tj.
より具体的に述べると、ノード電圧VA1は、ダイオードA5~A7それぞれの順方向降下電圧Vfを足し合わせた電圧(=3Vf)であり、チップ温度Tjに対して負の温度特性を持つ。すなわち、ノード電圧VAは、チップ温度Tjが高いほど低下し、チップ温度Tjが低いほど上昇する。なお、温度検出部71Aは、ノード電圧VA1を温度検出信号SAとして出力する。
More specifically, the node voltage VA1 is a voltage (=3Vf) obtained by adding forward voltage drops Vf of the diodes A5 to A7, and has a negative temperature characteristic with respect to the chip temperature Tj. That is, the higher the chip temperature Tj, the lower the node voltage VA, and the lower the chip temperature Tj, the higher the node voltage VA. Note that the
トランジスタA3のドレインと抵抗A8の第1端は、ノード電圧VA2の印加端に接続されている。抵抗A8の第2端は、抵抗A9の第1端に接続されている。抵抗A9の第2端は、接地端に接続されている。 The drain of transistor A3 and the first end of resistor A8 are connected to the application end of node voltage VA2. A second end of resistor A8 is connected to a first end of resistor A9. A second end of the resistor A9 is connected to the ground end.
コンパレータA10は、非反転入力端(+)に入力されるノード電圧VA1と、反転入力端(-)に入力されるノード電圧VA2とを比較して比較信号VA3を生成する。比較信号VA3は、VA1>VA2であるときにハイレベルとなり、VA1<VA2であるときにローレベルとなる。 The comparator A10 compares the node voltage VA1 input to the non-inverting input terminal (+) and the node voltage VA2 input to the inverting input terminal (-) to generate a comparison signal VA3. The comparison signal VA3 becomes high level when VA1>VA2, and becomes low level when VA1<VA2.
トランジスタA11のドレインは、抵抗A8及びA9相互間の接続ノードに接続されている。トランジスタA11のソースは、接地端に接続されている。トランジスタA11のゲートは、比較信号VA3の印加端に接続されている。トランジスタA11は、VA3=Hであるときにオンし、VA3=Lであるときにオフする。トランジスタA11がオンしているときには、抵抗A9の両端間が短絡されるので、ノード電圧VA2が低下する。一方、トランジスタA11がオフしているときには、抵抗A9の両端間が開放されるので、ノード電圧VA2が上昇する。このように比較信号VA3に応じてトランジスタA11をオン/オフすることにより、ノード電圧VA2にヒステリシスを持たせることができる。 The drain of transistor A11 is connected to the connection node between resistors A8 and A9. The source of transistor A11 is connected to the ground terminal. The gate of the transistor A11 is connected to the application terminal of the comparison signal VA3. The transistor A11 turns on when VA3=H and turns off when VA3=L. When the transistor A11 is on, the node voltage VA2 drops because the resistor A9 is short-circuited across both ends. On the other hand, when the transistor A11 is off, the node voltage VA2 rises because the resistor A9 is open across both ends. By turning on/off the transistor A11 in accordance with the comparison signal VA3 in this manner, the node voltage VA2 can have hysteresis.
インバータA12は、比較信号VA3の論理レベルを反転させることにより、温度保護信号S73(=反転比較信号VA3B)を生成する。従って、温度保護信号S73は、VA1>VA2であるときにローレベル(=異常未検出時の論理レベル)となり、VA<VA2であるときにハイレベル(=異常検出時の論理レベル)となる。なお、チップ温度Tjの高温異常時(S73=H)には、NMOSFET10が強制オフされる。
Inverter A12 generates temperature protection signal S73 (=inverted comparison signal VA3B) by inverting the logic level of comparison signal VA3. Therefore, the temperature protection signal S73 becomes low level (=logical level when no abnormality is detected) when VA1>VA2, and becomes high level (=logic level when abnormality is detected) when VA<VA2. When the chip temperature Tj is abnormally high (S73=H), the
このように、温度検出部71Aは、温度保護回路73の温度検出素子であるダイオードA5~A7を流用して温度検出信号SA(=ノード電圧VA1)を生成するとよい。本構成によれば、回路規模の増大を招くことなく温度検出部71Aを実装することができる。
In this manner, the
<短絡検出部(第1実施形態)>
図8は、短絡検出部71B(地絡検出部)の一構成例を示す図である。本構成例の短絡検出部71Bは、抵抗B1及びB2と、電流源B3と、コンパレータB4と、論理ゲートB5と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタB6と、を含む。
<Short circuit detector (first embodiment)>
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the short-
抵抗B1の第1端は、電源電圧VBBの印加端(=外部端子T1)に接続されている。抵抗B1の第2端は、抵抗B2の第1端に接続されている。抵抗B2の第2端と電流源B3の第1端は、いずれもノード電圧VBの印加端に接続されている。電流源B3の第2端は、基準電圧VREG(=VBB-5V)の印加端に接続されている。 A first terminal of the resistor B1 is connected to an application terminal (=external terminal T1) of the power supply voltage VBB. A second end of the resistor B1 is connected to a first end of the resistor B2. The second end of the resistor B2 and the first end of the current source B3 are both connected to the application end of the node voltage VB. The second end of the current source B3 is connected to the application end of the reference voltage VREG (=VBB-5V).
コンパレータB4は、外部端子T2から非反転入力端(+)に入力される出力電圧Voと、反転入力端(-)に入力されるノード電圧VB1とを比較して比較信号VB2を生成する。比較信号VB2は、Vo>VB1であるときにハイレベルとなり、Vo<VB1であるときにローレベルとなる。 The comparator B4 compares the output voltage Vo input to the non-inverting input terminal (+) from the external terminal T2 with the node voltage VB1 input to the inverting input terminal (-) to generate a comparison signal VB2. The comparison signal VB2 becomes high level when Vo>VB1, and becomes low level when Vo<VB1.
論理ゲートB5は、比較信号VB2の入力を受け付けて短絡検出信号SBを出力する。なお、論理ゲートB5としてバッファを用いた場合、短絡検出信号SBは、VB2=Hであるときにハイレベル(=地絡未検出時の論理レベル)となり、VB2=Lであるときにローレベル(=地絡検出時の論理レベル)となる。 Logic gate B5 receives the input of comparison signal VB2 and outputs short-circuit detection signal SB. When a buffer is used as the logic gate B5, the short-circuit detection signal SB becomes high level (=logical level when no ground fault is detected) when VB2=H, and becomes low level (=logic level when the ground fault is not detected) when VB2=L. = logical level when ground fault is detected).
トランジスタB6のソースは、電源電圧VBBの印加端に接続されている。トランジスタB6のドレインは、抵抗B1及びB2相互間の接続ノードに接続されている。トランジスタB6のゲートは、短絡検出信号SB(または比較信号VB2でも可)の印加端に接続されている。トランジスタB6は、SB=Lであるときにオンし、SB=Hであるときにオフする。トランジスタB6がオンしているときには、抵抗B1の両端間が短絡されるので、ノード電圧VB1が上昇する。一方、トランジスタB6がオフしているときには、抵抗B1の両端間が開放されるので、ノード電圧VB1が低下する。このように、短絡検出信号SBに応じてトランジスタB6をオン/オフすることにより、ノード電圧VB1にヒステリシスを持たせることができる。 The source of the transistor B6 is connected to the application terminal of the power supply voltage VBB. The drain of transistor B6 is connected to the connection node between resistors B1 and B2. The gate of the transistor B6 is connected to the application end of the short-circuit detection signal SB (or the comparison signal VB2 is also possible). Transistor B6 turns on when SB=L and turns off when SB=H. When the transistor B6 is on, the node voltage VB1 rises because the resistor B1 is short-circuited across both ends. On the other hand, when the transistor B6 is off, the node voltage VB1 drops because the resistor B1 is opened across the two ends. Thus, by turning on/off the transistor B6 according to the short-circuit detection signal SB, the node voltage VB1 can have hysteresis.
図9は、短絡検出部71Bにおける短絡検出動作(地絡検出動作)の一例を示す図であり、上から順に、出力電圧Voと短絡検出信号SBが描写されている。短絡検出信号SBがハイレベル(=地絡未検出時の論理レベル)であるときには、トランジスタB6がオフするので、ノード電圧VB1が下側閾値VB1L(=地絡検出閾値)に設定される。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the short-circuit detection operation (ground fault detection operation) in the short-
外部端子T2に地絡が生じて出力電圧Voが下側閾値VB1Lを下回ると、短絡検出信号SBがローレベル(=地絡検出時の論理レベル)に立ち下がる。このとき、トランジスタB6がオンするので、ノード電圧VB1が上側閾値VB1H(=地絡解除閾値)に引き上げられる。 When a ground fault occurs in the external terminal T2 and the output voltage Vo falls below the lower threshold value VB1L, the short circuit detection signal SB falls to low level (=logical level at the time of ground fault detection). At this time, the transistor B6 is turned on, so the node voltage VB1 is raised to the upper threshold VB1H (=ground fault release threshold).
外部端子T2の地絡が解消して出力電圧Voが上側閾値VB1Hを上回ると、短絡検出信号SBがハイレベルに立ち上がる。このとき、トランジスタB6がオフするので、ノード電圧VB1が再び下側閾値VB1Lに引き下げられる。 When the ground fault of the external terminal T2 is resolved and the output voltage Vo exceeds the upper threshold value VB1H, the short circuit detection signal SB rises to high level. At this time, the transistor B6 is turned off, so the node voltage VB1 is again lowered to the lower threshold VB1L.
<制限値設定部(第1実施形態)>
図10は、制限値設定部71Cの一構成例を示す図である。本構成例の制限値設定部71Cは、第1設定電流生成部C1と、第2設定電流生成部C2と、レベルシフタC3と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタC4~C7と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタC8~C12と、を含む。
<Limit value setting unit (first embodiment)>
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the limit
第1設定電流生成部C1は、所定の固定電流値(例えば2μA)に設定された第1設定電流Iocd1を生成する。 The first set current generator C1 generates a first set current Iocd1 set to a predetermined fixed current value (eg, 2 μA).
第2設定電流生成部C2は、温度検出信号SAに応じてチップ温度Tjが高いほど増大する可変電流値(例えば最大1μA)の第2設定電流Iocd2を生成する。 The second set current generator C2 generates a second set current Iocd2 of a variable current value (for example, maximum 1 μA) that increases as the chip temperature Tj increases according to the temperature detection signal SA.
レベルシフタC3は、短絡検出信号SBを適切な信号レベルにシフトさせてトランジスタC8のゲートに出力する。 The level shifter C3 shifts the short circuit detection signal SB to an appropriate signal level and outputs it to the gate of the transistor C8.
トランジスタC4及びC5それぞれのソースは、いずれも電源電圧VBBの印加端に接続されている。トランジスタC4及びC5それぞれのゲートは、いずれもトランジスタC4のドレインに接続されている。トランジスタC4のドレインは、第2設定電流生成部C2の出力端に接続されている。このように接続されたトランジスタC4及びC5は、トランジスタC4のドレインに入力される第2設定電流Iocd2をミラーしてトランジスタC5のドレインから出力するカレントミラーCM1を形成している。 The sources of the transistors C4 and C5 are both connected to the application terminal of the power supply voltage VBB. The gates of transistors C4 and C5 are both connected to the drain of transistor C4. The drain of the transistor C4 is connected to the output terminal of the second set current generator C2. The transistors C4 and C5 connected in this manner form a current mirror CM1 that mirrors the second set current Iocd2 input to the drain of the transistor C4 and outputs it from the drain of the transistor C5.
トランジスタC6及びC7それぞれのソースは、いずれも電源電圧VBBの印加端に接続されている。トランジスタC6及びC7それぞれのゲートは、いずれもトランジスタC6のドレインに接続されている。トランジスタC6のドレインは、第1設定電流生成部C1の出力端に接続されている。このように接続されたトランジスタC6及びC7は、トランジスタC6のドレインに入力される第1設定電流Iocd1をミラーしてトランジスタC7のドレインから出力するカレントミラーCM2を形成している。 The sources of the transistors C6 and C7 are both connected to the application terminal of the power supply voltage VBB. The gates of transistors C6 and C7 are both connected to the drain of transistor C6. The drain of the transistor C6 is connected to the output terminal of the first set current generator C1. The transistors C6 and C7 connected in this manner form a current mirror CM2 that mirrors the first set current Iocd1 input to the drain of the transistor C6 and outputs it from the drain of the transistor C7.
トランジスタC9及びC10それぞれのソースは、いずれも基準電圧VBBM5(=VBB-5V)の印加端に接続されている。なお、基準電圧VBBM5は、先述の基準電圧VREG(=VBB-5V)と異なり、アクティブクランプ動作時に出力電圧Voと共に負電圧まで低下する。トランジスタC9及びC10それぞれのゲートは、いずれもトランジスタC9のドレインに接続されている。トランジスタC9のドレインは、トランジスタC5のドレイン(=第2設定電流Iocd2のミラー出力端)に接続されている。このように接続されたトランジスタC9及びC10は、トランジスタC9のドレインに入力される第2設定電流Iocd2をミラーしてトランジスタC10のドレインから出力するカレントミラーCM3を形成している。 The sources of the transistors C9 and C10 are both connected to the application terminal of the reference voltage VBBM5 (=VBB-5V). Note that the reference voltage VBBM5 drops to a negative voltage together with the output voltage Vo during the active clamp operation, unlike the reference voltage VREG (=VBB-5V) described above. The gates of transistors C9 and C10 are both connected to the drain of transistor C9. The drain of the transistor C9 is connected to the drain of the transistor C5 (=mirror output terminal of the second set current Iocd2). The transistors C9 and C10 connected in this manner form a current mirror CM3 that mirrors the second set current Iocd2 input to the drain of the transistor C9 and outputs it from the drain of the transistor C10.
トランジスタC8のドレインは、トランジスタC9のドレインに接続されている。トランジスタC8のソースは、トランジスタC9のソースに接続されている。トランジスタC8のゲートは、レベルシフタC3を介して短絡検出信号SBの入力端に接続されている。トランジスタC8は、SB=H(地絡未検出時の論理レベル)であるときにオンし、SB=L(地絡検出時の論理レベル)であるときにオフする。 The drain of transistor C8 is connected to the drain of transistor C9. The source of transistor C8 is connected to the source of transistor C9. The gate of the transistor C8 is connected to the input end of the short circuit detection signal SB via the level shifter C3. The transistor C8 turns on when SB=H (logic level when ground fault is not detected) and turns off when SB=L (logic level when ground fault is detected).
トランジスタC8がオンしているときには、トランジスタC9のドレインに第2設定電流Iocd2が流れないので、カレントミラーCM3がディセーブル状態となる。一方、トランジスタC8がオフしているときには、トランジスタC9のドレインに第2設定電流Iocd2が流れるので、カレントミラーCM3がイネーブル状態となる。なお、カレントミラーCM3のイネーブル状態/ディセーブル状態は、それぞれ、第2設定電流生成部C2のイネーブル状態/ディセーブル状態と等価である。 When the transistor C8 is on, the second set current Iocd2 does not flow through the drain of the transistor C9, so the current mirror CM3 is disabled. On the other hand, when the transistor C8 is off, the current mirror CM3 is enabled because the second set current Iocd2 flows through the drain of the transistor C9. The enable state/disable state of the current mirror CM3 is equivalent to the enable state/disable state of the second set current generator C2, respectively.
このように、制限値設定部71Cは、短絡検出信号SBに応じてトランジスタC8のオン/オフ制御を行うことにより、外部端子T2の地絡が生じていないとき(SB=H)に第2設定電流生成部C2をディセーブル状態とし、外部端子T2の地絡が生じているとき(SB=L)に第2設定電流生成部C2をイネーブル状態とする。
In this manner, the limit
トランジスタC11及びC12それぞれのソースは、いずれも基準電圧VBBM5の印加端に接続されている。トランジスタC11及びC12それぞれのゲートは、いずれもトランジスタC11のドレインに接続されている。トランジスタC11のドレインは、トランジスタC7およびC10それぞれのドレインに接続されている。従って、トランジスタC11のドレインには、第1設定電流Iocd1から第2設定電流Iocd2を差し引いた差分電流(=Iocd1-Iocd2)が入力される。このように接続されたトランジスタC11及びC12は、トランジスタC11のドレインに入力される差分電流(=Iocd1-Iocd2)をミラーしてトランジスタC12のドレインから過電流検出電流Iocdとして出力するカレントミラーCM4を形成している。 The sources of the transistors C11 and C12 are both connected to the application end of the reference voltage VBBM5. The gates of the transistors C11 and C12 are both connected to the drain of the transistor C11. The drain of transistor C11 is connected to the drains of transistors C7 and C10, respectively. Therefore, a differential current (=Iocd1-Iocd2) obtained by subtracting the second set current Iocd2 from the first set current Iocd1 is input to the drain of the transistor C11. The transistors C11 and C12 connected in this manner form a current mirror CM4 that mirrors the differential current (=Iocd1-Iocd2) input to the drain of the transistor C11 and outputs the overcurrent detection current Iocd from the drain of the transistor C12. are doing.
上記構成から成る制限値設定部71Cにおいて、例えば、SB=H(地絡未検出時の論理レベル)であるときには、カレントミラーCM3がディセーブル状態となるので、過電流検出電流Iocdとして第1設定電流Iocd1(=2μA)がそのまま出力される。この状態は、過電流制限値Iocdが基準値に設定された状態に相当する。
In the limit
一方、SB=L(地絡検出時の論理レベル)であるときには、カレントミラーCM3がイネーブル状態となるので、過電流検出電流Iocdとして差分電流(=Iocd1-Iocd2)が出力される。すなわち、過電流検出電流Iocdは、チップ温度Tjの上昇(延いては第2設定電流Iocd2の増大)に伴って減少する。この状態は、過電流制限値Iocdが基準値から引き下げられた状態に相当する。 On the other hand, when SB=L (logical level at the time of ground fault detection), the current mirror CM3 is enabled, so the differential current (=Iocd1-Iocd2) is output as the overcurrent detection current Iocd. That is, the overcurrent detection current Iocd decreases as the chip temperature Tj rises (and thus the second set current Iocd2 increases). This state corresponds to a state in which the overcurrent limit value Iocd is lowered from the reference value.
なお、カレントミラーCM1~CM4は、第1設定電流Iocd1から第2設定電流Iocd2を差し引いて過電流検出電流Iocdを生成するだけでなく、前段の第1設定電流生成部C1及び第2設定電流生成部C2と後段の過電流検出部71Dとを繋ぐレベルシフタとしての機能も備えている。
Note that the current mirrors CM1 to CM4 not only generate the overcurrent detection current Iocd by subtracting the second set current Iocd2 from the first set current Iocd1, but also It also has a function as a level shifter that connects the part C2 and the subsequent
図11は、第1設定電流生成部C1及び第2設定電流生成部C2それぞれの一構成例を示す図である。本構成例の第1設定電流生成部C1(一点鎖線枠)は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP1及びP2と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN1及びN2と、電流源CSと、を含む。一方、本構成例の第2設定電流生成部C2(二点鎖線枠)は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP1及びP3~P6と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN3~N6と、抵抗R1と、電流源CSと、を含む。すなわち、トランジスタP1と電流源CSは、第1設定電流生成部C1と第2設定電流生成部C2の双方に共有されている。 FIG. 11 is a diagram showing one configuration example of each of the first set current generator C1 and the second set current generator C2. The first set current generator C1 (framed by a dashed line) in this configuration example includes P-channel MOS field effect transistors P1 and P2, N-channel MOS field effect transistors N1 and N2, and a current source CS. On the other hand, the second set current generator C2 (framed by a two-dot chain line) in this configuration example includes P-channel MOS field effect transistors P1 and P3 to P6, N-channel MOS field effect transistors N3 to N6, and a resistor R1. , a current source CS. That is, the transistor P1 and the current source CS are shared by both the first set current generator C1 and the second set current generator C2.
トランジスタP1~P4それぞれのソースは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。トランジスタP1~P4それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP1のドレインに接続されている。トランジスタP1のドレインは、電流源CS(基準電流IREFの生成手段)に接続されている。このように接続されたトランジスタP1~P4は、トランジスタP1のドレインに入力される基準電流IREFをミラーしてトランジスタP2~P4それぞれのドレインから出力するカレントミラーを形成している。なお、トランジスタP1及び電流源CSは、温度検出部71AのトランジスタA1及び電流源A4(図7を参照)を流用しても構わない。
The sources of the transistors P1 to P4 are all connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P1 to P4 are all connected to the drain of the transistor P1. A drain of the transistor P1 is connected to a current source CS (means for generating a reference current IREF). The transistors P1 to P4 connected in this way form a current mirror that mirrors the reference current IREF input to the drain of the transistor P1 and outputs it from the respective drains of the transistors P2 to P4. Note that the transistor P1 and the current source CS may be the transistor A1 and the current source A4 (see FIG. 7) of the
トランジスタN1及びN2それぞれのソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタN1及びN2それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN1のドレインに接続されている。トランジスタN1のドレインは、トランジスタP2のドレイン(=基準電流IREFのミラー出力端)に接続されている。このように接続されたトランジスタN1及びN2は、トランジスタN1のドレインに入力される基準電流IREFをミラーしてトランジスタN2のドレインから第1設定電流Iocd1として出力するカレントミラーを形成している。 The sources of the transistors N1 and N2 are both connected to the ground terminal. The gates of transistors N1 and N2 are both connected to the drain of transistor N1. The drain of transistor N1 is connected to the drain of transistor P2 (=mirror output of reference current IREF). The transistors N1 and N2 connected in this manner form a current mirror that mirrors the reference current IREF input to the drain of the transistor N1 and outputs the first set current Iocd1 from the drain of the transistor N2.
トランジスタP2のドレインと抵抗R1の第1端は、いずれもノード電圧VCの印加端に接続されている。抵抗R1の第2端は、接地端に接続されている。なお、ノード電圧VCは、温度ディレーティング用の閾値電圧に相当する。トランジスタP5及びP6それぞれのソースは、いずれもトランジスタP4のドレインに接続されている。トランジスタP5のゲートは、温度検出信号SAの入力端に接続されている。トランジスタP6のゲートは、ノード電圧VCの印加端に接続されている。トランジスタN3のドレインは、トランジスタP5のドレインに接続されている。トランジスタN4のドレインは、トランジスタP6のドレインに接続されている。トランジスタN3及びN4それぞれのソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタN3及びN4それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN4のドレインに接続されている。 The drain of the transistor P2 and the first end of the resistor R1 are both connected to the application end of the node voltage VC. A second end of the resistor R1 is connected to the ground end. Note that the node voltage VC corresponds to a threshold voltage for temperature derating. The sources of transistors P5 and P6 are both connected to the drain of transistor P4. A gate of the transistor P5 is connected to the input terminal of the temperature detection signal SA. The gate of the transistor P6 is connected to the application terminal of the node voltage VC. The drain of transistor N3 is connected to the drain of transistor P5. The drain of transistor N4 is connected to the drain of transistor P6. The sources of transistors N3 and N4 are both connected to the ground terminal. The gates of transistors N3 and N4 are both connected to the drain of transistor N4.
このように接続されたトランジスタP5及びP6並びにトランジスタN3及びN4は、温度検出信号SAとノード電圧VCとの差分(=VC-SA)に応じた電流信号ICを生成してトランジスタN3のドレインから出力するgmアンプ(トランスコンダクタンスアンプ)として機能する。 The transistors P5 and P6 and the transistors N3 and N4 connected in this way generate a current signal IC corresponding to the difference (=VC-SA) between the temperature detection signal SA and the node voltage VC and output it from the drain of the transistor N3. It functions as a gm amplifier (transconductance amplifier).
なお、電流信号ICは、例えば、SA>VCであるときには0Aとなり、SA<VCであるときには上記差分(=VC-SA)に応じて0Aから最大1μAまで増大していく。 The current signal IC is, for example, 0 A when SA>VC, and increases from 0 A to a maximum of 1 μA according to the difference (=VC-SA) when SA<VC.
トランジスタN5及びN6それぞれのソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタN5及びN6それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN5のドレインに接続されている。トランジスタN5のドレインは、トランジスタN3のドレイン(電流信号SCの出力端)に接続されている。このように接続されたトランジスタN5及びN6は、トランジスタN5のドレインに入力される電流信号ICをミラーしてトランジスタN6のドレインから第2設定電流Iocd2として出力するカレントミラーを形成している。 The sources of transistors N5 and N6 are both connected to the ground terminal. The gates of transistors N5 and N6 are both connected to the drain of transistor N5. The drain of the transistor N5 is connected to the drain of the transistor N3 (the output end of the current signal SC). The transistors N5 and N6 connected in this manner form a current mirror that mirrors the current signal IC input to the drain of the transistor N5 and outputs it from the drain of the transistor N6 as the second set current Iocd2.
<過電流検出部(第1実施形態)>
図12は、過電流検出部71Dの一構成例を示す図である。本構成例の過電流検出部71Dは、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタD1~D3と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタD4及びD5と、抵抗D6と、を含む。
<Overcurrent detector (first embodiment)>
FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of the
トランジスタD1~D3それぞれのソースは、いずれも昇圧電圧VGの印加端に接続されている。トランジスタD1~D3それぞれのゲートは、いずれもトランジスタD1のドレインに接続されている。トランジスタD1のドレインは、過電流検出電流Iocd(=過電流制限値Iocdに相当)の入力端に接続されている。 The sources of the transistors D1 to D3 are all connected to the application end of the boosted voltage VG. Gates of the transistors D1 to D3 are all connected to the drain of the transistor D1. The drain of the transistor D1 is connected to the input terminal of the overcurrent detection current Iocd (=corresponding to the overcurrent limit value Iocd).
このように接続されたトランジスタD1~D3は、トランジスタD1のドレインに入力される過電流検出電流IocdをミラーしてトランジスタD2及びD3それぞれのドレインから基準電流Irefとして出力するカレントミラーを形成している。 The transistors D1 to D3 connected in this manner form a current mirror that mirrors the overcurrent detection current Iocd input to the drain of the transistor D1 and outputs the reference current Iref from the respective drains of the transistors D2 and D3. .
トランジスタD2のドレインは、トランジスタD4のドレインに接続されている。トランジスタD3のドレインは、トランジスタD5のドレインと過電流保護信号S71の出力端に接続されている。トランジスタD4及びD5それぞれのゲートは、いずれもトランジスタD4のドレインに接続されている。 The drain of transistor D2 is connected to the drain of transistor D4. The drain of the transistor D3 is connected to the drain of the transistor D5 and the output end of the overcurrent protection signal S71. The gates of transistors D4 and D5 are both connected to the drain of transistor D4.
トランジスタD4のソースは、抵抗D6(抵抗値:Rref)の第1端に接続されている。抵抗D6の第2端は、出力電圧Voの印加端(=外部端子T2)に接続されている。トランジスタD5のソースは、センス電圧Vsの印加端に接続されている。 The source of the transistor D4 is connected to the first end of the resistor D6 (resistance value: Rref). A second terminal of the resistor D6 is connected to an application terminal (=external terminal T2) of the output voltage Vo. The source of the transistor D5 is connected to the application terminal of the sense voltage Vs.
上記構成から成る過電流検出部71Dにおいて、トランジスタD4のソースには、基準電圧Vref(=Iref×Rref+Vo)が印加される。一方、トランジスタD5のソースには、センス電流Is(延いては出力電流Io)に応じたセンス電圧Vs(=Is×Rs+Vo)が印加される。従って、トランジスタD5のドレインから引き出される過電流保護信号S71は、センス電圧Vsが基準電圧Vrefよりも低いときにローレベル(=異常未検出時の論理レベル)となり、センス電圧Vsが基準電圧Vrefよりも高いときにハイレベル(=異常検出時の論理レベル)となる。
In the
<半導体集積回路装置(第2実施形態)>
図13は、半導体集積回路装置の第2実施形態を示す図である。本実施形態の半導体集積回路装置1は、負荷3と接地端との間を導通/遮断する車載用ローサイドスイッチLSI(=車載IPDの一種)である。
<Semiconductor Integrated Circuit Device (Second Embodiment)>
FIG. 13 is a diagram showing a second embodiment of a semiconductor integrated circuit device. The semiconductor integrated
なお、半導体集積回路装置1は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子T11~T13を備えている。外部端子T11は、負荷3(バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータなど)を外部接続するための負荷接続端子ないしは出力端子(OUTピン)である。外部端子T12は、接地端に接続される接地端子(GNDピン)である。外部端子T13は、外部制御信号INの外部入力を受け付けるための信号入力端子(INピン)である。
The semiconductor integrated
また、半導体集積回路装置1は、NMOSFET110と、出力電流監視部120と、ゲート制御部130と、過電流保護回路171と、を集積化して成る。また、半導体集積回路装置1には、これ以外の回路ブロック(例えば図1を参照)も集積化されているが、ここでは描写及び説明を割愛する。
The semiconductor integrated
NMOSFET110は、ドレインが外部端子T11に接続されてソースが外部端子T12に接続された高耐圧(例えば42V耐圧)のパワートランジスタである。このように接続されたNMOSFET110は、電源電圧VBBの印加端から負荷3を介して接地端に至る電流経路を導通/遮断するためのスイッチ素子(ローサイドスイッチ)として機能する。なお、NMOSFET110は、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート駆動信号G1がローレベルであるときにオフする。
The
また、NMOSFET110は、先出のNMOSFET10と同じく、オン抵抗値が数十mΩとなるように設計すればよい。ただし、NMOSFET110のオン抵抗値が低いほど、外部端子T11の天絡(=電源電圧VBBの印加端ないしはこれに準ずる高電位端への短絡異常)が生じたときに過電流が流れやすくなり、異常発熱を生じやすくなる。従って、NMOSFET110のオン抵抗値を下げるほど、過電流保護回路171や温度保護回路(不図示)の重要性が高くなる。
Also, the
出力電流監視部120は、NMOSFET121とセンス抵抗122を含み、NMOSFET110に流れる出力電流Ioに応じたセンス電圧Vsを生成する。
The output
NMOSFET121は、NMOSFET110に対して並列接続されたミラートランジスタであり、出力電流Ioに応じたセンス電流Isを生成する。NMOSFET110とNMOSFET121とのサイズ比は、m:1(ただしm>1)である。従って、センス電流Isは、出力電流Ioを1/mに減じた大きさとなる。なお、NMOSFET121は、NMOSFET110と同様、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート電圧G1がローレベルであるときにオフする。
The
センス抵抗122(抵抗値:Rs)は、NMOSFET121のソースと外部端子T12との間に接続されており、センス電流Isに応じたセンス電圧Vs(=Is×Rs)を生成する電流/電圧変換素子である。
The sense resistor 122 (resistance value: Rs) is connected between the source of the
ゲート制御部130は、外部制御信号INに応じてゲート駆動信号G1を生成することにより、NMOSFET110及び121のオン/オフ制御を行う回路ブロックであり、ゲートドライバ131と、クランパ134と、NMOSFET135と、抵抗136と、キャパシタ137と、を含む。
The
ゲートドライバ131は、スイッチ131aと、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ131bと、抵抗131c及び131dと、を含む。スイッチ131aの第1端とトランジスタ131bのゲートは、いずれも、外部端子T13に接続されている。スイッチ131aの第2端は、抵抗131cの第1端に接続されている。トランジスタ131bのソースと抵抗131cの第2端は、いずれもゲート駆動信号G1の出力端に接続されている。トランジスタ131bのドレインは、抵抗131dの第1端に接続されている。抵抗131dの第2端は、外部端子T12に接続されている。
The
スイッチ131aは、反転低電圧検出信号UVLOB(=低電圧検出信号UVLOの論理反転信号)に応じてオン/オフされる。より具体的に述べると、スイッチ131aは、UVLOB=H(UVLO=L)であるときにオンし、UVLOB=L(UVLO=H)であるときにオフする。
The
なお、ローサイドスイッチLSIである半導体集積回路装置1では、外部制御信号INが、NMOSFET110のオン/オフ制御信号として機能するだけでなく、半導体集積回路装置1の各部を駆動するための駆動電圧としても用いられている。
In the semiconductor integrated
従って、外部制御信号INが投入されているか否かに応じて反転低電圧検出信号UVLOB(及び低電圧検出信号UVLO)の論理レベルが切り替わり、延いては、スイッチ131aのオン/オフ状態が切り替わる。より具体的に述べると、IN=LであるときにはUVLOB=L(低電圧検出時の論理レベル)となり、スイッチ131aがオフする。一方、IN=HであるときにはUVLOB=H(低電圧未検出時の論理レベル)となり、スイッチ131aがオンする。
Therefore, the logic level of the inverted low voltage detection signal UVLOB (and the low voltage detection signal UVLO) is switched depending on whether the external control signal IN is input, and the ON/OFF state of the
また、トランジスタ131bは、外部制御信号INに応じてオン/オフされる。より具体的に述べると、トランジスタ131bは、IN=Hであるときにオフし、IN=Lであるときにオンする。
Also, the
すなわち、本構成例のゲートドライバ131において、IN=Hであるときには、スイッチ131aがオンしてトランジスタ131bがオフする。その結果、ゲート駆動信号G1がハイレベルに立ち上げられるので、NMOSFET110がオンする。なお、ゲート駆動信号G1の立上り速度(=オン時のスルーレート)は、抵抗131cを調整することにより任意に設定することができる。
That is, in the
一方、IN=Lであるときには、スイッチ131aがオフしてトランジスタ131bがオンする。その結果、ゲート駆動信号G1がローレベルに立ち下げられるので、NMOSFET110がオフする。なお、ゲート駆動信号G1の立下り速度(=オフ時のスルーレート)は、抵抗131dを調整することにより任意に設定することができる。
On the other hand, when IN=L, the
クランパ134は、外部端子T11(=出力電圧Voの印加端)とNMOSFET110のゲートとの間に接続されている。外部端子T11に誘導性の負荷3が接続されるアプリケーションでは、NMOSFET110をオンからオフへ切り替える際、負荷3の逆起電力により、出力電圧Voが電源電圧VBBよりも高い正電圧(>VBB)となる。そのため、エネルギー吸収用にクランパ134(いわゆるアクティブクランプ回路)が設けられている。
The
NMOSFET135のドレインは、NMOSFET110のゲート(=ゲート駆動信号G1の印加端)に接続されている。NMOSFET135のソースは、外部端子T12に接続されている。NMOSFET135のゲートは、過電流保護信号S171の印加端に接続されている。また、NMOSFET135のドレイン・ゲート間には、抵抗136とキャパシタ137が直列に接続されている。
The drain of the
本構成例のゲート制御部130において、過電流保護信号S171がハイレベル(=過電流検出時の論理レベル)に立ち上げられると、ゲート駆動信号G1が定常時のハイレベル(=IN)から所定の時定数τ(=R136×C137)で引き下げられていく。その結果、NMOSFET110の導通度が徐々に低下していくので、出力電流Ioに制限が掛けられる。一方、過電流保護信号S171がローレベル(=過電流未検出時の論理レベル)に立ち下げられると、ゲート駆動信号G1が所定の時定数τで引き上げられていく。その結果、NMOSFET110の導通度が徐々に上昇していくので、出力電流Ioの制限が解除される。
In the
このように、本構成例のゲート制御部130は、過電流保護信号S171に応じて出力電流Ioを制限するようにゲート駆動信号G1を制御する機能を備えている。この点については、第1実施形態(図2)のゲート制御部30と同様である。
Thus, the
過電流保護回路171は、センス電圧Vsの監視結果(=出力電流Ioの過電流異常が生じているか否か)に応じた過電流保護信号S171を生成する。なお、過電流保護信号S171は、例えば異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The
<過電流保護回路(第2実施形態)>
図14は、過電流保護回路171の一構成例を示す図である。本構成例の過電流保護回路171は、温度検出部171Aと、短絡検出部171Bと、制限値設定部171Cと、過電流検出部171Dと、を含む。
<Overcurrent Protection Circuit (Second Embodiment)>
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the
なお、上記の各機能部171A~171Dは、それぞれ、第1実施形態(図3)の過電流保護回路71を形成する各機能部71A~71Dに相当する。
The
このように、過電流保護回路171は、基本的に第1実施形態(図3)の過電流保護回路71と同様であり、温度検出信号SA及び短絡検出信号SBの双方に応じて過電流制限値Iocdの可変制御を行うことにより、通常時の電流能力確保と高温時の安全性向上を両立することが可能となる。
Thus, the
以下では、過電流保護回路171の各部(温度検出部171A、短絡検出部171B、制限値設定部171C、及び、過電流検出部171D)について、それぞれ、図面を参照しながら、第1実施形態からの変更点を中心に説明する。
Below, each part of the overcurrent protection circuit 171 (
<温度検出部(第2実施形態)>
図15は、温度検出部171Aの一構成例を示す図である。本構成例の温度検出部171Aは、チップ温度Tjを検出して温度検出信号SAを生成する機能部であり、第1実施形態の温度検出部71A(図7)を基本としつつ、いくつかの変更が加えられている。
<Temperature detector (second embodiment)>
FIG. 15 is a diagram showing a configuration example of the
第1の変更点は、先出のトランジスタA3、抵抗A8及びA9、コンパレータA10、並びに、トランジスタA11が割愛されている点である。このように、温度検出部171Aは、温度保護回路から独立して実装してもよい。
The first change is the omission of transistor A3, resistors A8 and A9, comparator A10, and transistor A11. Thus, the
第2の変更点は、温度検出部171Aの駆動電圧として、内部電源電圧Vregではなく、外部制御信号INが印加されている点である。このように、ローサイドスイッチLSIである半導体集積回路装置1では、外部制御信号INを温度検出部171Aの駆動電圧として用いることが可能である。
The second change is that the external control signal IN is applied instead of the internal power supply voltage Vreg as the drive voltage for the
第3の変更点は、トランジスタA1及びA2それぞれのソースと電源端(=外部制御信号INの印加端)との間に、抵抗A13が挿入されている点である。本構成によれば、外部制御信号INに重畳するノイズ成分やサージ成分の内部伝播を抑制することができる。 The third change is that a resistor A13 is inserted between the source of each of the transistors A1 and A2 and the power terminal (=application terminal of the external control signal IN). According to this configuration, internal propagation of noise components and surge components superimposed on the external control signal IN can be suppressed.
<短絡検出部(第2実施形態)>
図16は、短絡検出部171B(天絡検出部)の一構成例を示す図である。本構成例の短絡検出部171Bは、出力電圧Voを監視することにより、外部端子T2の天絡を検出して短絡検出信号SBを生成する機能部であり、コンパレータB7と、抵抗B8と、電圧源B9と、を含む。
<Short circuit detector (second embodiment)>
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of the short-
コンパレータB7は、外部端子T11から抵抗B8(=サージ保護素子)を介して反転入力端(-)に入力される出力電圧Voと、電圧源B9から非反転入力端(+)に入力されるノード電圧VB3とを比較して短絡検出信号SBを生成する。短絡検出信号SBは、Vo<VB3であるときにハイレベル(=天絡未検出時の論理レベル)となり、Vo>VB3であるときにローレベル(=天絡検出時の論理レベル)となる。 The comparator B7 has an output voltage Vo input to the inverting input terminal (-) from the external terminal T11 via the resistor B8 (=surge protection element), and a node input to the non-inverting input terminal (+) from the voltage source B9. A short-circuit detection signal SB is generated by comparing it with the voltage VB3. The short-circuit detection signal SB is at high level (=logical level when power fault is not detected) when Vo<VB3, and is at low level (=logic level when power fault is detected) when Vo>VB3.
なお、第1実施形態の短絡検出部71B(図8)に倣い、ノード電圧VB3にヒステリシスを持たせてもよいし、或いは、コンパレータB7の出力端に論理ゲート(バッファやインバータなど)を接続することも任意である。
Note that the node voltage VB3 may have hysteresis following the short-
図17は、短絡検出部171Bにおける短絡検出動作(天絡検出動作)の一例を示す図であり、上から順に、出力電圧Voと短絡検出信号SBが描写されている。
FIG. 17 is a diagram showing an example of the short circuit detection operation (supply fault detection operation) in the
外部端子T11に天絡が生じて出力電圧Voがノード電圧VB3を上回ると、短絡検出信号SBがローレベル(=天絡検出時の論理レベル)に立ち下がる。一方、外部端子T11の天絡が解消して出力電圧Voがノード電圧VB3を下回ると、短絡検出信号SBがハイレベル(天絡未検出時の論理レベル)に立ち上がる。 When a power fault occurs in the external terminal T11 and the output voltage Vo exceeds the node voltage VB3, the short-circuit detection signal SB falls to a low level (=logical level at the time of power fault detection). On the other hand, when the power supply fault of the external terminal T11 is eliminated and the output voltage Vo becomes lower than the node voltage VB3, the short circuit detection signal SB rises to high level (logical level when power supply fault is not detected).
<制限値設定部(第2実施形態)>
図18は、制限値設定部171Cの一構成例を示す図である。本構成例の制限値設定部171Cは、温度検出信号SA及び短絡検出信号SBの双方に応じて過電流制限値Iocd(過電流検出電流Iocd)を設定する機能部であり、先出の図11を基本としつつ、いくつかの変更が加えられている。
<Limit value setting unit (second embodiment)>
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of the limit
第1の変更点は、トランジスタN6のドレインがトランジスタN1のドレインに接続されている点である。このような回路変更により、第1設定電流Iocd1から第2設定電流Iocd2を差し引いた差分電流(=Iocd1-Iocd2)がトランジスタN1のドレインに入力されるので、トランジスタN2のドレインから上記の差分電流をミラーした過電流検出電流Iocdが出力される。 The first change is that the drain of transistor N6 is connected to the drain of transistor N1. With such a circuit change, a differential current (=Iocd1-Iocd2) obtained by subtracting the second set current Iocd2 from the first set current Iocd1 is input to the drain of the transistor N1. A mirrored overcurrent detection current Iocd is output.
すなわち、制限値設定部171Cは、第1実施形態の制限値設定部71C(図10)からレベルシフタC3とカレントミラーCM1~CM4を割愛し、第1設定電流生成部C1と第2設定電流生成部C2を直結した構成として理解することができる。
That is, the limit
第2の変更点は、第2設定電流生成部C2に含まれる構成要素として、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN7が追加されている点である。トランジスタN7のドレインは、トランジスタN3のドレインに接続されている。トランジスタN7のソースは、トランジスタN3のソースに接続されている。トランジスタN7のゲートは、短絡検出信号SBの入力端に接続されている。トランジスタN7は、SB=H(天絡未検出時の論理レベル)であるときにオンし、SB=L(天絡検出時の論理レベル)であるときにオフする。 The second change is that an N-channel MOS field effect transistor N7 is added as a component included in the second set current generator C2. The drain of transistor N7 is connected to the drain of transistor N3. The source of transistor N7 is connected to the source of transistor N3. The gate of the transistor N7 is connected to the input terminal of the short detection signal SB. The transistor N7 is turned on when SB=H (logical level when no power fault is detected) and turned off when SB=L (logic level when power fault is detected).
トランジスタN7がオンしているときには、トランジスタN5のドレインに電流信号ICが流れないので、トランジスタN6のドレインに第2設定電流Iocd2が流れなくなる。一方、トランジスタN7がオフしているときには、トランジスタN5のドレインに電流信号ICが流れるので、トランジスタN6のドレインにも第2設定電流Iocd2が流れるようになる。 When the transistor N7 is on, the current signal IC does not flow through the drain of the transistor N5, so the second set current Iocd2 does not flow through the drain of the transistor N6. On the other hand, when the transistor N7 is off, the current signal IC flows through the drain of the transistor N5, so the second set current Iocd2 also flows through the drain of the transistor N6.
このように、制限値設定部171Cは、短絡検出信号SBに応じたトランジスタN7のオン/オフ制御により、外部端子T11の天絡が生じていないとき(SB=H)に第2設定電流生成部C2をディセーブル状態とし、外部端子T11の天絡が生じているとき(SB=L)に第2設定電流生成部C2をイネーブル状態とする。
In this manner, the limit
第3の変更点は、制限値設定部171Cの駆動電圧として、内部電源電圧Vregではなく、外部制御信号INが印加されている点である。このように、ローサイドスイッチLSIである半導体集積回路装置1では、外部制御信号INを制限値設定部171Cの駆動電圧として用いることが可能である。
The third point of change is that the external control signal IN is applied instead of the internal power supply voltage Vreg as the drive voltage for the limit
第4の変更点は、トランジスタP1~P4それぞれのソースと電源端(=外部制御信号INの印加端)との間に抵抗R2が挿入されている点である。本構成によれば、外部制御信号INに重畳するノイズ成分やサージ成分の内部伝播を抑制することができる。なお、トランジスタP1、電流源CS及び抵抗R2は、それぞれ、温度検出部171AのトランジスタA1、電流源A4及び抵抗A13(図15を参照)を流用しても構わない。
A fourth change is that a resistor R2 is inserted between the source of each of the transistors P1 to P4 and the power terminal (=application terminal of the external control signal IN). According to this configuration, internal propagation of noise components and surge components superimposed on the external control signal IN can be suppressed. Note that the transistor P1, current source CS, and resistor R2 may be the transistor A1, current source A4, and resistor A13 (see FIG. 15) of the
<過電流検出部(第2実施形態)>
図19は、過電流検出部171Dの一構成例を示す図である。本構成例の過電流検出部171Dは、センス電圧Vsを監視することにより、センス電流Is(延いては出力電流Io)が過電流制限値Iocdに達しているか否かを検出して過電流保護信号S171を生成する機能部であり、第1実施形態の過電流検出部71D(図12)を基本としつつ、いくつかの変更が加えられている。
<Overcurrent detector (second embodiment)>
FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of the
第1の変更点は、先出の昇圧電圧VG及び出力電圧Voに代えて、それぞれ、外部制御信号IN及び接地電圧GNDが印加されている点である。このように、過電流検出部171Dは、VG-Vo間ではなくIN-GND間で動作する。
The first change is that the external control signal IN and the ground voltage GND are applied instead of the aforementioned boosted voltage VG and output voltage Vo, respectively. Thus, the
第2の変更点は、トランジスタD1~D3それぞれのソースと電源端(=外部制御信号INの印加端)との間に、抵抗D7が挿入されている点である。本構成によれば、外部制御信号INに重畳するノイズ成分やサージ成分の内部伝播を抑制することができる。 The second change is that a resistor D7 is inserted between the source of each of the transistors D1 to D3 and the power terminal (=the terminal to which the external control signal IN is applied). According to this configuration, internal propagation of noise components and surge components superimposed on the external control signal IN can be suppressed.
<車両への適用>
図20は、車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、バッテリ(本図では不図示)と、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器X11~X18とを搭載している。なお、本図における電子機器X11~X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
<Application to vehicles>
FIG. 20 is an external view showing one configuration example of the vehicle. A vehicle X of this configuration example is equipped with a battery (not shown in the drawing) and various electronic devices X11 to X18 that operate with power supplied from the battery. Note that the mounting positions of the electronic devices X11 to X18 in this figure may differ from the actual ones for convenience of illustration.
電子機器X11は、エンジンに関連する制御(インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など)を行うエンジンコントロールユニットである。 The electronic device X11 is an engine control unit that performs engine-related controls (injection control, electronic throttle control, idling control, oxygen sensor heater control, auto-cruise control, etc.).
電子機器X12は、HID[high intensity discharged lamp]やDRL[daytime running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。 The electronic device X12 is a lamp control unit that controls lighting and extinguishing of HID [high intensity discharged lamps] and DRL [daytime running lamps].
電子機器X13は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。 The electronic device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.
電子機器X14は、車両Xの運動に関連する制御(ABS[anti-lock brake system]制御、EPS[electric power steering]制御、電子サスペンション制御など)を行うボディコントロールユニットである。 The electronic device X14 is a body control unit that performs control related to the motion of the vehicle X (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.).
電子機器X15は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。 The electronic device X15 is a security control unit that drives and controls door locks, security alarms, and the like.
電子機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー(ショックアブソーバー)、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Xに組み込まれている電子機器である。 Electronic device X16 includes wipers, electric door mirrors, power windows, dampers (shock absorbers), electric sunroofs, electric seats, and other electronic devices built into vehicle X at the factory shipment stage as standard equipment or manufacturer options. is.
電子機器X17は、車載A/V[audio/visual]機器、カーナビゲーションシステム、及び、ETC[electronic toll collection system]など、ユーザオプション品として任意で車両Xに装着される電子機器である。 The electronic device X17 is an electronic device arbitrarily mounted on the vehicle X as a user option, such as an in-vehicle A/V [audio/visual] device, a car navigation system, and an ETC [electronic toll collection system].
電子機器X18は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。 The electronic device X18 is an electronic device having a high withstand voltage motor, such as an in-vehicle blower, an oil pump, a water pump, and a battery cooling fan.
なお、先に説明した半導体集積回路装置1、ECU2、及び、負荷3は、電子機器X11~X18のいずれにも組み込むことが可能である。
The semiconductor integrated
<その他の変形例>
また、上記の実施形態では、車載用のハイサイドスイッチLSIないしはローサイドスイッチLSIを例に挙げて説明を行ったが、本明細書中に開示されている発明の適用対象は、これに限定されるものではなく、例えば、その他の車載用IPD(車載用電源LSIなど)はもちろん、車載用途以外の半導体集積回路装置(例えば汎用的な電源制御回路)にも広く適用することができる。
<Other Modifications>
Further, in the above-described embodiments, a high-side switch LSI or a low-side switch LSI for vehicle use has been described as an example, but the scope of application of the invention disclosed herein is limited to this. For example, it can be widely applied not only to other vehicle-mounted IPDs (such as vehicle-mounted power supply LSIs), but also to semiconductor integrated circuit devices (for example, general-purpose power supply control circuits) for applications other than vehicle-mounted applications.
また、上記の実施形態では、出力端子の短絡異常を検出したときにチップ温度に応じて過電流の制限値を引き下げる例を挙げたが、これと同様の安全設計思想に基づき、何らかの異常(短絡異常や温度異常など)が検出されたときに、別の異常を検出するための判定値(過電圧検出値など)をより安全性の高い値に切り替えるといった応用も考えられる。 In the above embodiment, an example was given in which the overcurrent limit value is lowered according to the chip temperature when a short-circuit abnormality of the output terminal is detected. An application is also conceivable in which, when an abnormality, temperature abnormality, etc.) is detected, the judgment value (overvoltage detection value, etc.) for detecting another abnormality is switched to a value with higher safety.
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 In addition to the above-described embodiments, the various technical features disclosed in this specification can be modified in various ways without departing from the gist of the technical creation. That is, the above-described embodiments should be considered as examples and not restrictive in all respects, and the technical scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments. It should be understood that all changes that fall within the meaning and range of equivalency to the claims are included.
本明細書中に開示されている発明は、車載用IPDなどに利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The invention disclosed in this specification can be used for an in-vehicle IPD and the like.
1 半導体集積回路装置(スイッチ装置)
2 ECU
3 負荷
4 外部センス抵抗
10、110 NMOSFET(スイッチ素子)
20、120 出力電流監視部
21、21’、121 NMOSFET
22、122 センス抵抗
30、130 ゲート制御部
31、131 ゲートドライバ
131a スイッチ
131b Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
131c、131d 抵抗
32 オシレータ
33 チャージポンプ(昇圧部)
34、134 クランパ
35、135 NMOSFET
36、136 抵抗
37、137 キャパシタ
38 ツェナダイオード(クランプ素子)
40 制御ロジック部
50 信号入力部
60 内部電源部
70 異常保護部
71、171 過電流保護回路
71A、171A 温度検出部
71B、171B 短絡検出部
71C、171C 制限値設定部
71D、171D 過電流検出部
72 オープン保護回路
73 温度保護回路
74 減電圧保護回路
80 出力電流検出部
90 信号出力部
A1~A3 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
A4 電流源
A5~A7 ダイオード
A8、A9 抵抗
A10 コンパレータ
A11 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
A12 インバータ
A13 抵抗
B1、B2 抵抗
B3 電流源
B4 コンパレータ
B5 論理ゲート
B6 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
B7 コンパレータ
B8 抵抗
B9 電圧源
C1 第1設定電流生成部
C2 第2設定電流生成部
C3 レベルシフタ
C4~C7 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
C8~C12 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
CM1~CM4 カレントミラー
CS 電流源
D1~D3 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
D4、D5 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
D6、D7 抵抗
N1~N6 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
P1~P6 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
R1、R2 抵抗
T1~T4、T11~T13 外部端子
X 車両
X11~X18 電子機器
1 Semiconductor integrated circuit device (switch device)
2 ECUs
3
20, 120 Output
22, 122
34, 134
36, 136
40
Claims (10)
前記出力端子に接続されるスイッチ素子と、
前記スイッチ素子に流れる出力電流を過電流制限値以下に制限する過電流保護回路と、
を有し、
前記過電流保護回路は、前記出力端子の短絡異常が生じていないときにはチップ温度に依ることなく前記過電流制限値を所定の基準値に設定する一方、前記出力端子の短絡異常が生じているときには前記チップ温度が高いほど前記過電流制限値を前記基準値から引き下げることを特徴とするスイッチ装置。 an output terminal to which a load is connected;
a switch element connected to the output terminal;
an overcurrent protection circuit that limits an output current flowing through the switch element to an overcurrent limit value or less;
has
The overcurrent protection circuit sets the overcurrent limit value to a predetermined reference value irrespective of the chip temperature when the short-circuit abnormality of the output terminal does not occur, and when the short-circuit abnormality of the output terminal occurs. A switching device, wherein the higher the chip temperature, the lower the overcurrent limit value from the reference value.
前記チップ温度を検出する温度検出部と、
前記出力端子の短絡異常を検出する短絡検出部と、
前記温度検出部及び前記短絡検出部双方の検出結果に応じて前記過電流制限値を設定する制限値設定部と、
前記出力電流が前記過電流制限値に達しているか否かを検出する過電流検出部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のスイッチ装置。 The overcurrent protection circuit is
a temperature detection unit that detects the chip temperature;
a short-circuit detection unit that detects a short-circuit abnormality of the output terminal;
a limit value setting unit that sets the overcurrent limit value according to detection results of both the temperature detection unit and the short circuit detection unit;
an overcurrent detection unit that detects whether the output current has reached the overcurrent limit value;
2. The switch device of claim 1, comprising:
所定の第1設定電流を生成する第1設定電流生成部と、
前記チップ温度が高いほど増大する第2設定電流を生成する第2設定電流生成部と、
を含み、
前記第1設定電流から前記第2設定電流を差し引いた差分電流を前記過電流制限値として設定することを特徴とする請求項2~請求項5のいずれか一項に記載のスイッチ装置。 The limit value setting unit
a first set current generator that generates a predetermined first set current;
a second set current generator for generating a second set current that increases as the chip temperature increases;
including
6. The switch device according to claim 2, wherein a differential current obtained by subtracting the second set current from the first set current is set as the overcurrent limit value.
前記スイッチ装置に接続される負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。 a switch device according to any one of claims 1 to 7;
a load connected to the switch device;
An electronic device comprising:
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