JPH05241671A

JPH05241671A - 基準電圧発生装置および過電流防止機能付半導体装置

Info

Publication number: JPH05241671A
Application number: JP4360492A
Authority: JP
Inventors: Naoto Fujishima; 直人藤島
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】インテリジェントパワースイッチなどに搭載
されている過電流防止回路において、過電流判定のため
の抵抗は拡散などにより製造されているため、その抵抗
値に温度依存性、製造上のばらつきがある。そこで、温
度依存性、製造上のばらつきによる変動を補償して過電
流か否かを精度良く判定し、過電流を防止しながらスイ
ッチの能力を十分に発揮可能な半導体装置を実現する。【構成】正の温度依存性を有するツェナダイオード３
０２および負の温度依存性を有するダイオードのＰＮ接
合３０３〜３０５を用い、これらの基準電圧への寄与を
抵抗３０６、３０７の抵抗値の比率により制御すること
により、温度依存性を制御可能な基準電圧Ｖｒｅｆ０を
発生でき、この基準電圧を用いてモニタ用抵抗の温度に
よる抵抗値の変動を補償して精度良い電流値の判定が可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度依存性の有る抵抗
により電圧、電流などを判定する際に参照する基準電圧
を供給する基準電圧発生装置、およびこの基準電圧発生
装置を用いて過電流を防止する機能を有する半導体装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パワーＭＯＳＦＥＴと論理・アナ
ログ回路をワンチップ化し、低オン抵抗出力でありなが
ら、負荷の状態検出、異常の検知、素子の保護制御など
を行うことができるインテリジェントパワースイッチ
（ＩＰＳ）の開発が進んでいる。

【０００３】このような保護機能を有する半導体装置
は、主に自動車用や、電源用として用いられており、保
護機能の１つとして、過電流に対する保護機能がある。

【０００４】図５に、出力用パワーＭＯＳＦＥＴ１０１
を含む、従来のＩＰＳないの過電流保護回路を示してあ
る。本回路によりＩＰＳの出力端子の電源への短絡故障
時、あるいは、負荷異常による過電流の流入からパワー
ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を保護することが
できる。なお、ここで考えられる負荷としては、インダ
クタンスはじめ、抵抗、キャパシタなどがある。

【０００５】図５のＩＰＳにおいては、出力パワーＭＯ
ＳＦＥＴ１０１がゲートドライブ回路１０５により駆動
される。そして、この出力パワーＭＯＳＦＥＴ１０１を
流れる出力電流は、同じくゲートドライブ回路１０５に
より駆動される電流モニタ用のＭＯＳＦＥＴ１０２でモ
ニタされている。このモニタ用ＭＯＳＦＥＴ１０２は、
パワーＭＯＳＦＥＴ１０１と全く同一の製造方法で形成
されており、構造も同一である。しかし、オン抵抗を数
万〜数１０万倍とするために、チャネル幅を小さくして
いる。さらに、このモニタ用ＭＯＳＦＥＴ１０２は、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ１０１が接続されている負荷端子Ｐ
１、Ｐ２に接続されている。従って、このモニタ用ＭＯ
ＳＦＥＴ１０２を用いて、微小電流を検出することによ
り、パワーＭＯＳＦＥＴ１０１の主経路に流れる電流を
モニタできるようにしている。

【０００６】このモニタ用ＭＯＳＦＥＴ１０２には、過
電流測定用のモニタ用抵抗１０３が直列に接続されてい
る。このモニタ用抵抗１０３における電圧降下Ｎ１は、
ディプレッション形の負荷用ＭＯＳＦＥＴ１０７、およ
び検出用ＭＯＳＦＥＴ１０８により構成されているイン
バータに印加される。ＭＯＳＦＥＴ１０７および１０８
により構成されているインバータの出力結果は、増幅用
のインパータ１０６を介して電流制限用ＭＯＳＦＥＴ１
０９のゲート電極に印加される。この電流制限用ＭＯＳ
ＦＥＴ１０９は、ゲートドライブ回路１０５からパワー
ＭＯＳＦＥＴ１０１、およびモニタ用ＭＯＳＦＥＴ１０
２の間に、各ゲート電極に印加されている駆動用の信号
電位Ｎ２を低下可能なように接続されている。従って、
この回路においては、先ず、主経路であるパワーＭＯＳ
ＦＥＴ１０１を流れる電流が増加すると、モニタ用ＭＯ
ＳＦＥＴ１０２を流れる電流も増加し、モニタ用抵抗１
０３における電圧降下Ｎ１も増加する。そして、主経路
を流れる電流が一定値を越えると、電圧降下Ｎ１がＭＯ
ＳＦＥＴ１０７および１０８で構成されるインバータの
閾値電位を越え、その結果、インバータ１０６を介して
ＭＯＳＦＥＴ１０９が導通状態となる。このため、ゲー
トドライブ回路１０５からの駆動信号のレベルＮ２が低
下し、主経路を流れる電流を制限し、過電流が流れるこ
と防止することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＩ
ＰＳにおいて、過電流を検出するために、モニタ用抵抗
１０３は、半導体基板上に拡散抵抗として作り込まれる
ため、抵抗値にかなり大きな温度依存性がある。これは
ＭＯＳＦＥＴ１０７および１０８により構成されるイン
バータの閾値においても同様であるが、抵抗値の場合
は、２０００ｐｐｍ／°Ｃ以上のかなり大きな温度依存
性を示す。このため、モニタ用ＭＯＳＦＥＴ１０２を流
れ、モニタ用抵抗１０３の電圧降下Ｎ２により判定する
制限電流値の温度依存性もかなり大きくなってしまい、
温度によってパワーＭＯＳＦＥＴ１０１を過電流から防
止する機能が低下するという問題点がある。

【０００８】また、モニタ用抵抗１０３が半導体基板上
に拡散抵抗して作り込まれているため、製造ばらつきが
あり、抵抗値もばらついてしまう。このため、モニタ用
抵抗１０３における電圧降下量にもばらつきがあり、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ１０１を過電流から保護する制限電流
値にもばらつきが生じてしまう。これは、モニタ用抵抗
１０３の電圧降下が印加される検出用ＭＯＳＦＥＴ１０
８においても同様であり、このＭＯＳＦＥＴ１０８にお
いては、製造ばらつきのため、閾値電圧がばらつくとい
う問題がある。

【０００９】そこで、本発明においては、上記の温度、
あるいは製造ばらつきに起因する制限電流の変動を防止
し、より精度の良い過電流保護機能を有する半導体装置
を実現することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、温度補償機能を有する基準電
圧発生装置を用いて、制限電流の温度依存性を排除し、
さらに、モニタ抵抗などと同様の製造プロセスにより作
られた回路により基準電圧を設定し、製造ばらつきの影
響を抑制するようにしている。すなわち、本発明に係る
定電圧発生手段に直列に接続された少なくとも１つの定
電圧降下手段と、２以上の抵抗手段とを備え、これらの
抵抗手段により分割された電圧値を基準電圧として参照
可能な基準電圧発生部を有する基準電圧発生装置におい
ては、定電圧発生手段として、発生電圧の温度依存性が
単調な温度依存形定電圧発生手段を用い、定電圧降下手
段として、降下電圧の温度依存性が定電圧発生手段と逆
傾向で単調な温度依存形定電圧降下手段を用い、さら
に、記抵抗手段としては、これら２以上の抵抗手段の抵
抗値の比率を設定可能な比抵抗手段を用いることを特徴
としている。この温度依存形定電圧発生手段としては、
電源電位に接続された定電流機能を備えた負荷素子と、
この負荷素子と直列に接続されたツェナダイオードとか
らなり、ツェナダイオードのアノードが接地電位に接続
された回路を採用することが望ましい。

【００１１】また、温度依存形定電圧降下手段として
は、バイボーラトランジスタのベース・エミッタ間の電
圧降下、およびダイオードの順電圧降下の少なくともい
ずれかを用いることが有効である。

【００１２】さらに、所定の電流値を具備する基準電流
を発生する基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴと、この基準電
流による電圧降下を基準電圧として参照可能な基準抵抗
手段とを有する基準電圧発生装置においては、基準電流
制御用ＭＩＳＦＥＴのゲート電位に上記の基準電圧発生
部からの基準電圧を印加することが有効である。

【００１３】また、スッチング素子を通過する過電流を
検出するモニタ用ＭＩＳＦＥＴと、このモニタ用ＭＩＳ
ＦＥＴと直列に接続されたモニタ用抵抗手段と、このモ
ニタ用抵抗手段における電圧降下値と参照電圧とを比較
して過電流を検出する判定手段とを有する過電流防止機
能付半導体装置においては、上記の基準電圧発生装置を
有し、参照電圧としてその基準電圧発生装置からの基準
電圧を用いることが有効である。

【００１４】また、基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴと、基
準抵抗手段とを有する基準電圧発生装置を用いる場合
は、基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴとしてはモニタ用ＭＩ
ＳＦＥＴと同じプロセスにより半導体基板上に形成され
た同プロセスＭＩＳＦＥＴを、また、基準抵抗手段とし
てはモニタ用抵抗手段と同じプロセスにより半導体基板
上に形成された同プロセス抵抗手段を用いることが望ま
しい。そして、基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴとモニタ用
ＭＩＳＦＥＴとを並列に接続することが有効である。

【００１５】

【作用】このような発生電圧の温度依存性が単調な温度
依存形定電圧発生手段と、降下電圧の温度依存性が定電
圧発生手段と逆傾向で単調な温度依存形定電圧降下手段
と、抵抗値の比率を設定可能な比抵抗手段を用いた基準
電圧発生手段において、抵抗値の比率を調整することに
より、所定の温度依存性を備えた基準電圧を発生させる
ことができる。従って、比較対象となる電圧が温度依存
性を有する場合であっても、その比較対象の温度依存性
に合わせた基準電圧を発生することが可能である。この
ため、温度による誤差などを除去して電圧を判定する場
合における基準電圧を発生させることが可能である。正
の温度依存性を備えた精度の良い温度依存形定電圧発生
手段としては、負荷素子により一定の電流が印加される
ツェナダイオードを用いることができ、また、負の温度
依存性を備えた精度の良い温度依存形定電圧降下手段と
しては、バイボーラトランジスタのベース・エミッタ間
の電圧降下、ダイオードの順電圧降下を採用することが
できる。

【００１６】従って、このような温度依存性を制御可能
な基準電圧と、モニタ用抵抗手段からの過電流監視用の
電圧降下値とを比較することにより、モニタ用抵抗手段
における抵抗値が温度に依存して変動しても、その変動
を補償して精度良く過電流を監視することが可能とな
る。

【００１７】さらに、このような温度依存性を備えた基
準電圧により基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴを制御するこ
とにより、この基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴの電流制御
における温度依存性を排除することも可能である。従っ
て、この基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴから温度に依存し
ない一定の電流を基準抵抗手段に供給でき、この基準抵
抗手段における電圧降下を基準電圧として用いることが
可能となる。そして、基準抵抗手段と、モニタ用抵抗手
段とを同じプロセスにより形成した場合は、双方の抵抗
手段は同じ温度依存性を有することとなるので、モニタ
用抵抗手段から発生する過電流監視用の電圧降下値を基
準電圧に基づき判定することにより、温度による誤差な
どの発生を防止でき、過電流の制限値と実際に流れてい
る電流値とを精度良く比較することが可能となる。従っ
て、このような構成の過電流防止機能付半導体装置にお
いては、温度偏差、製造ばらつきの影響を除いて過電流
を判定可能であり、過電流から本回路を確実に保護する
ことができる。さらに、基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴと
モニタ用ＭＩＳＦＥＴも同一プロセスにより製造し、こ
れらを並列に接続することにより、そして、基準電圧を
発生する回路と、過電流を監視する電圧降下値を発生す
る回路との同一性を高めることが可能となり、さらに精
度の良い過電流の判定が可能となる。

【００１８】

【実施例】以下に図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１９】〔実施例１〕図１に、本実施例に係る過電
流防止機能付半導体装置の構成を示してある。本例の装
置は、先に説明した従来の装置と略同様に、出力パワー
ＭＯＳＦＥＴ２０６がゲートドライブ回路２０５により
駆動される半導体装置である。そして、この出力パワー
ＭＯＳＦＥＴ２０６を流れる出力電流は、同じくゲート
ドライブ回路２０５により駆動される電流モニタ用のＭ
ＯＳＦＥＴ２０７でモニタされている。このモニタ用Ｍ
ＯＳＦＥＴ２０７は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０６と全く
同一の製造方法で形成されており、構造も同一である。
しかし、オン抵抗は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０６が５０
ｍΩ程度と非常に低く、１０Ａ程度の電流を駆動するの
に対し、モニタ用ＭＯＳＦＥＴ２０７は、チャネル幅を
小さくして、数万〜数１０万倍のオン抵抗を有してい
る。従って、このモニタ用ＭＯＳＦＥＴ２０７を用いて
微小電流を流し、モニタ用ＭＯＳＦＥＴ２０７と直列に
接続されているモニタ用抵抗２０４の電圧降下から、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ２０６に流れる電流を判定し、過電流
を検出できるようになっている。

【００２０】本例の装置は、このモニタ用抵抗２０４に
おける電圧降下を判定するために、差動型オペアンプ２
０２を用いている。すなわち、直列に接続されたモニタ
用ＭＯＳＦＥＴ２０７とモニタ用抵抗２０４との接続点
Ｎ２１が抵抗Ｒ２４を介してオペアンプ２０２の非反転
入力Ｎ２５に接続されており、一方、オペアンプ２０２
の反転入力Ｎ２３には、基準電圧発生回路２０１からの
基準電圧が印加されている。そして、オペアンプ２０２
の出力Ｎ２４は、電流制限用ＭＯＳＦＥＴ２０３のゲー
ト電極に接続されている。この電流制限用ＭＯＳＦＥＴ
２０３は、従来の電流制限用ＭＯＳＦＥＴ１０９と同様
に、ゲートドライブ回路１０５からパワーＭＯＳＦＥＴ
２０６およびモニタ用ＭＯＳＦＥＴ２０７の各ゲート電
極へ分岐する接続点Ｎ２２を持つ信号線に接続されてお
り、電流制限用ＭＯＳＦＥＴ２０３のゲート電位が高く
なるとこの接続点Ｎ２２を持つ信号線の電位が低下する
ようになっている。従って、主経路であるパワーＭＯＳ
ＦＥＴ２０６に流れる電流の増加と共に、モニタ用ＭＯ
ＳＦＥＴ２０７を介して接続点Ｎ２１の電位が上昇し、
接続点Ｎ２３の基準電位を越えるとオペアンプ２０２の
出力Ｎ２４の電位が反転する。このため、オペアンプ２
０２の出力Ｎ２４にゲート電極が接続されている電流制
限用ＭＯＳＦＥＴ２０３のインピータンスは低下し、信
号線Ｎ２２の電位を低下させる。このため、パワーＭＯ
ＳＦＥＴ２０６は電流制限動作に入り、モニタ用ＭＯＳ
ＦＥＴ２０７を流れる電流も低減する。従って、接続点
Ｎ２１の電位も低下し、オペアンプ２０２に入力される
接続点Ｎ２５と基準電位Ｎ２３との電位が等しくなると
ころでパワーＭＯＳＦＥＴ２０６を流れる電流が安定し
過電流を防止することができる。

【００２１】本例の装置において、ゲートドライブ回路
２０５から電流制限用ＭＯＳＦＥＴ２０３の接続点Ｎ２
６の間に挿入された抵抗Ｒ２１、接続点Ｎ２６と接続点
Ｎ２２の間に挿入された抵抗Ｒ２２、接続点Ｎ２２と接
続点Ｎ２５との間に挿入された抵抗Ｒ２３、接続点Ｎ２
５と接続点Ｎ２１との間に挿入された抵抗Ｒ２４は、そ
れぞれ、３ｋΩ、２ｋΩ、５００ｋΩ、１ｋΩ程度であ
る。そして、モニタ用抵抗２０４の抵抗値Ｒｓｅ２は４
００Ω程度である。従って、接続点Ｎ２１と、接続点Ｎ
２５との電位は略等しく、オペアンプ２２の接続点Ｎ２
５には、抵抗値Ｒｓｅ２における電圧降下値が入力され
ていることになる。このモニタ用抵抗２０４は、半導体
装置上に拡散により形成された抵抗を用いており、その
抵抗値Ｒｓｅ２は、役２０００ｐｐｍ／°Ｃ程度の負の
温度依存性を示す。従って、本例の装置においては、基
準電圧発生回路２０１に温度補償機能を有する基準電圧
発生回路を用いて、本例の装置の全動作温度範囲で、一
定の過電流を判定できるようにしている。すなわち、モ
ニタ用抵抗２０４の抵抗値Ｒｓｅ２が温度により変動す
るため、一定の過電流がこの抵抗２０４が流れても、電
圧降下値は抵抗値Ｒｓｅ２に比例して温度により変動す
る。従って、オペアンプ２０２においてこの電圧降下値
と比較する基準電圧が温度によらず一定であると、過電
流の判定結果が温度により変動し、過剰の電流がながれ
たり、あるいは、主経路の能力を発揮できないなどの不
具合が生ずる。このような不具合を防止するためには、
モニタ用抵抗２０４における電圧降下値と同様の温度依
存性を示す基準電圧をオペアンプ２０２に印加すれば良
い。従って、本例の装置においては、このような温度依
存性を備えた基準電圧を発生できる温度補償機能付の基
準電圧発生回路２０１を採用しているのである。

【００２２】図２に、本例の温度補償機能付基準電圧発
生回路２０１の構成を示してある。

【００２３】本例の基準電圧発生回路２０１は、一定の
電圧を発生する定電圧発生部１０と、一定の電圧降下を
生ずる定電圧降下部２０、および定電圧発生部１０およ
び定電圧降下部２０の基準電圧への寄与を調整可能な比
抵抗部３０から構成されている。本例の定電圧発生部１
０は、アノード側が接地されたツェナダイオード３０２
が用いられており、カソード側Ｎ３１は、ディプレッシ
ョン型の電流調整用ＭＯＳＦＥＴ３０１を介して電源電
位Ｖｃｃに接続されている。この電流調整用ＭＯＳＦＥ
Ｔ３０１のゲート電極は、ツェナダイオード３０２のカ
ソード側Ｎ３１に接続されており、ツェナダイオード３
０２により制御された定電圧が印加され、所定の電流が
流れるように調整されている。これは、ツェナダイオー
ド３０２により発生される定電圧は、多少の電流依存性
があるため、電流調整用ＭＯＳＦＥＴ３０１を用いてツ
ェナダイオード３０２に所定の電流を流し、精度の良い
定電圧を発生させるためである。

【００２４】また、本例の装置の定電圧降下部２０は、
比抵抗部３０を挟んで直列に接続された２つのダイオー
ド３０４、３０５およびＮＰＮトランジスタ３０３から
構成されている。ＮＰＮトランジスタ３０３のベースは
ツェナダイオード３０２のカソード側Ｎ３１に接続され
ており、エミッタ側はダイオード３０４のアノード側Ｎ
３２に接続されている。また、コレクタ側には電源電位
Ｖｃｃが印加されている。ダイオード３０４のカソード
側Ｎ３３は、比抵抗部３０を構成する直列に接続された
抵抗３０６および３０７を介して、他方のダイオード３
０５のアノード側Ｎ３５に接続されており、このダイオ
ード３０５のカソード側は、接地されている。そして、
比抵抗部３０を構成する抵抗値Ｒ１の抵抗３０６、およ
び抵抗値Ｒ２の抵抗３０７との接続点Ｎ３４の電位が基
準電位Ｖｒｅｆ０として、オペアンプ２０２との接続点
Ｎ２３に供給される。

【００２５】このような回路構成により発生される基準
電位Ｖｒｅｆ０は、以下の式で表される。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、Ｖｚは、ツェナダイオード３０２
のツェナ電圧、Ｖｆは、ダイオード３０４、３０５およ
びトランジスタ３０３のＰＮ接合における順方向電圧を
示す。

【００２８】ここで、式（１）の温度依存性を示すため
に、温度Ｔにより微分すると以下のようになる。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、ツェナ電圧Ｖｚおよび順方向電圧
Ｖｆの温度依存性は、各々以下の通りである。

【００３１】

【数３】

【００３２】すなわち、ツェナ電圧Ｖｚは正の温度依存
性を示し、順方向電圧Ｖｆは負の温度依存性を示す。従
って、式（２）に示すように、抵抗値Ｒ１およびＲ２の
比率を変えることにより、基準電圧Ｖｒｅｆ０の温度依
存性を自由に制御することが可能である。また、Ｖｒｅ
ｆ０の値自体は、式（１）に示すように、ツェナ電圧Ｖ
ｚにより自由に調整することができる。このため、抵抗
値Ｒ１およびＲ２の比率を調整することにより、基準電
圧Ｖｒｅｆ０にモニタ用抵抗２０４と同様の温度依存性
を持たせることが可能である。

【００３３】このように、本例の基準電圧発生回路２０
１は、正の温度依存性を有する定電圧発生部１０、およ
び逆の温度依存性である負の温度依存性を有する定電圧
降下部２０を備え、これらの温度依存性の基準電圧Ｖｒ
ｅｆ０への影響を比抵抗部３０により調整し、モニタ用
抵抗２０４と同様の温度依存性を備えた基準電圧を発生
することができる。従って、本例の基準電圧発生回路か
らの基準電圧と、モニタ用抵抗からの電圧降下値とを比
較することにより、本装置の動作温度全範囲において正
確な過電流の判定が可能となる。このため、本例の装置
においては、全温度範囲において過電流による主経路の
破壊などを防止でき、そして、スイッチング素子である
パワーＭＯＳＦＥＴに所定の機能を発揮させることがで
きる。

【００３４】〔実施例２〕図３に、本実施例に係る過電
流防止機能付半導体装置の基準電圧発生回路２０１を示
してある。基準電圧発生回路２０１以外は、実施例１と
同様につき図示および説明を省略する。

【００３５】本例の基準電圧発生回路２０１は、電源電
位Ｖｃｃにドレインが接続され、所定の基準電流Ｉｒｅ
ｆを流す基準電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４０８と、その基
準電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４０８と直列に接続された抵
抗値Ｒｒｅｆの基準抵抗４０９とからなる基準電圧発生
部５０を備えた基準電圧発生回路であり、基準抵抗４０
９における電圧降下値を基準電圧Ｖｒｅｆ１としてオペ
アンプ２０２の接続点Ｎ２３に供給している。このよう
な基準電圧発生回路２０１においては、基準電流制御用
ＭＯＳＦＥＴ４０８による基準電流Ｉｒｅｆが温度依存
性を有している。そこで、本例の基準電圧発生回路２０
１では、Ｉｒｅｆから温度依存性を排除するため、基準
電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４０８のゲート電極に、温度補
償機能を有する温度補償制御部４０からの制御電位を印
加している。この温度補償制御部４０の構成は、実施例
１の基準電圧発生回路と全く同じ構成で実現することが
できる。すなわち、基準電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４０８
のオン抵抗は、正の温度依存性があり、ゲート電極に印
加される制御電圧Ｖｒｅｆ０と、基準電流Ｉｒｅｆとの
間には以下の関係が成り立つ。

【００３６】

【数４】

【００３７】ここで、Ｇｍは、ＭＯＳＦＥＴ４０８の相
互コンダクタンスである。従って、温度補償制御部４０
において制御電圧Ｖｒｅｆ０を制御する比抵抗部３０の
抵抗値Ｒ１およびＲ２を、式（１）、（２）および
（４）を満たすように決定すれば、制御電圧Ｖｒｅｆ０
により、電流制御ＭＯＳＦＥＴ４０８から温度依存性の
ない基準電流Ｉｒｅｆを流すことができる。そして、本
例の装置の全動作温度範囲に渡って一定の基準電流Ｉｒ
ｅｆを基準抵抗４０９に供給でき、基準抵抗４０９の抵
抗値Ｒｒｅｆとして，モニタ用抵抗２０４と同じ温度依
存性を有する抵抗を用いることにより、全動作温度範囲
に渡って一定の過電流を判定可能な基準電圧Ｖｒｅｆ１
を供給することができる。

【００３８】さらに、本例の基準電圧発生回路２０１に
おいては、電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４０８から基準抵抗
４０９にかけての構成が、半導体装置のモニタ用ＭＯＳ
ＦＥＴ２０７とモニタ用抵抗２０４の構成と同一であ
る。従って、モニタ用抵抗２０４と同様のプロセスによ
り同じ半導体基板上に作り込むことが容易であり、これ
により、それぞれの抵抗値ＲｒｅｆおよびＲｓｅ２を同
じ値、同じ温度依存性とすることが可能となる。従っ
て、抵抗値ＲｒｅｆおよびＲｓｅ２に生ずる製造上のば
らつきを除くことが可能であり、本例の基準電圧発生回
路２０１からの基準電圧Ｖｒｅｆ１と接続点Ｎ２１との
電圧を比較することにより、基準電流Ｉｒｅｆとモニタ
用ＭＯＳＦＥＴ２０７を流れる過電流に係る電流を正確
に比較することができる。このように、本例の装置にお
いては、さらに精度良く電流値を判定することができ、
過電流を防止しながらパワーＭＯＳＦＥＴ２０６の能力
を十分に発揮させることができる。

【００３９】なお、本例の温度補償制御部４０の構成は
実施例１において説明した基準電圧発生回路と同様につ
き、同じ符号を付して説明を省略する。

【００４０】〔実施例３〕図４に、本実施例に係る過電
流防止機能付半導体装置の基準電圧発生回路２０１を示
してある。基準電圧発生回路２０１以外は、実施例１と
同様につき図示および説明を省略する。

【００４１】本例の基準電圧発生回路２０１は、実施例
２において説明した基準電圧発生回路２０１とほぼ同様
の構成につき、共通する部分においては、同じ符号を付
して説明を省略する。本例の基準電圧発生回路２０１に
おいて着目すべき点は、基準電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４
０８のドレインが、モニタ用ＭＯＳＦＥＴ２０７と同様
にパワーＭＯＳＦＥＴ２０６の負荷端子Ｐ１に接続され
ていることである。従って、本例の基準電圧発生回路２
０１においては、基準電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４０８か
ら基準抵抗４０９にかける基準電圧発生部５０を、モニ
タ用ＭＯＳＦＥＴ２０７からモニタ用抵抗２０４と全く
同様の構成で製造することが可能である。従って、基準
電圧発生部５０をモニタ用ＭＯＳＦＥＴ２０７およびモ
ニタ用抵抗２０４と同一のプロセスで、同じ半導体基板
上に形成することができ、製造上のばらつきを除いて、
モニタ用ＭＯＳＦＥＴ２０７の電流特性と同じ電流特性
を有する基準電流制御用ＭＯＳＦＥＴ４０８と、モニタ
用抵抗２０４と同じ抵抗特性を有する基準抵抗４０９を
実現すことが可能である。従って、基準電流制御用ＭＯ
ＳＦＥＴ４０８を温度補償制御部４０からの制御電圧Ｖ
ｒｅｆ０で制御することにより、モニタ用ＭＯＳＦＥＴ
２０７および基準抵抗２０４において生ずる製造用ばら
つき、あるいは、温度変化による影響を排除して、過電
流の制限電流値と実際に主回路を流れている電流値とを
比較することができる。これにより、半導体装置を過電
流から防護できると同時にパワーＭＯＳＦＥＴの能力を
充分発揮させることが可能となる。

【００４２】なお、実施例２および３において、基準電
流制御用ＭＯＦＳＥＴ４０８は、電源電圧の変動あるい
はパワーＭＯＳＦＥＴの出力電圧の変動からの影響を排
除するために、飽和領域で作動させている。また、本例
の温度補償機能を有する基準電圧発生回路は、パワーＭ
ＯＳＦＥＴなどを有するＩＰＳに限らず、一般のＩＣに
おける出力の過電流保護回路に適用可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る基
準電圧発生装置および過電流防止機能付半導体装置にお
いては、基準電圧発生部の比抵抗手段の抵抗比を変える
ことにより、基準電圧の温度特性を制御可能である。従
って、装置の全動作温度範囲において、モニタ用ＭＩＳ
ＦＥＴおよびモニタ用抵抗手段の温度依存性を補償し
て、一定の値の電流制限を行うことが可能となる。この
ため、過電流による損傷を完全に防止できると共に、ス
イッチング素子などの性能を充分に発揮可能な半導体装
置を実現することができる。

【００４４】また、モニタ用ＭＩＳＦＥＴおよびモニタ
用抵抗手段と、基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴおよび基準
抵抗手段とを同じプロセスにより半導体装置に組み込む
ことが可能であり、同一構造の素子による基準電圧発生
部を実現できる。従って、過電流の検出側と、基準電圧
の発生側との温度特性の差を抑制でき、また、製造プロ
セスによるばらつきも防止できる。このため、本発明に
係る過電流防止機能付半導体装置においては、過電流を
防止するための制限電流値との比較を安定に、精度良く
行うことができ、信頼性が高く、高性能の半導体装置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】過電流防止機能付半導体装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】実施例１に係る基準電圧発生回路の構成を示す
回路図である。

【図３】実施例２に係る基準電圧発生回路の構成を示す
回路図である。

【図４】実施例３に係る基準電圧発生回路の構成を示す
回路図である。

【図５】従来の過電流防止機能付半導体装置の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１０・・・定電圧発生部２０・・・定電圧降下部３０・・・比抵抗部４０・・・温度補償制御部５０・・・基準電圧発生部１０１、２０６・・・パワーＭＯＳＦＥＴ１０２、２０７・・・モニタ用ＭＯＳＦＥＴ１０３、２０４・・・モニタ用抵抗１０４、２０８・・・レギュレータ１０５、２０５・・・ゲートドライブ回路１０６・・・インバータ１０７、１０８・・・ＭＯＳＦＥＴ１０９、２０３・・・電流制限用ＭＯＳＦＥＴ３０１・・・電流調整用ＭＯＳＦＥＴ３０２・・・ツェナダイオード３０３・・・ＮＰＮトランジスタ３０４、３０５・・・ダイオード３０６、３０７・・・抵抗４０８・・・基準電流調整用ＭＯＳＦＥＴ４０９・・・基準抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定電圧発生手段に直列に接続された少な
くとも１つの定電圧降下手段と、２以上の抵抗手段とを
備え、これらの抵抗手段により分割された電圧値を基準
電圧として参照可能な基準電圧発生部を有する基準電圧
発生装置において、前記定電圧発生手段は、発生電圧の
温度依存性が単調な温度依存形定電圧発生手段であり、
前記定電圧降下手段は、降下電圧の温度依存性が前記定
電圧発生手段と逆傾向で単調な温度依存形定電圧降下手
段であり、前記抵抗手段はこれら２以上の抵抗手段の抵
抗値の比率を設定可能な比抵抗手段であることを特徴と
する基準電圧発生装置。
【請求項２】請求項１において、前記温度依存形定電
圧発生手段は、電源電位に接続された定電流機能を備え
た負荷素子と、この負荷素子と直列に接続されたツェナ
ダイオードとからなり、このツェナダイオードのアノー
ドが接地電位に接続されていることを特徴とする基準電
圧発生装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記温度依
存形定電圧降下手段は、バイボーラトランジスタのベー
ス・エミッタ間の電圧降下、およびダイオードの順電圧
降下の少なくともいずれかであることを特徴とする基準
電圧発生装置。
【請求項４】所定の電流値を具備する基準電流を発生
する基準電流制御用ＭＩＳＦＥＴと、この基準電流によ
る電圧降下を基準電圧として参照可能な基準抵抗手段と
を有する基準電圧発生装置であって、前記基準電流制御
用ＭＩＳＦＥＴのゲート電位に請求項１ないし３のいず
れかに記載の基準電圧発生部からの基準電圧が印加され
ていることを特徴とする基準電圧発生装置。
【請求項５】スイッチング素子を通過する過電流を検
出するモニタ用ＭＩＳＦＥＴと、このモニタ用ＭＩＳＦ
ＥＴと直列に接続されたモニタ用抵抗手段と、このモニ
タ用抵抗手段における電圧降下値と参照電圧とを比較し
て過電流を検出する判定手段とを有する過電流防止機能
付半導体装置であって、請求項１ないし４のいずれかに
記載の基準電圧発生装置を有し、前記参照電圧としてそ
の基準電圧発生装置の基準電圧が用いられることを特徴
とする過電流防止機能付半導体装置。
【請求項６】スイッチング素子を通過する過電流を検
出するモニタ用ＭＩＳＦＥＴと、このモニタ用ＭＩＳＦ
ＥＴと直列に接続されたモニタ用抵抗手段と、このモニ
タ用抵抗手段における電圧降下値と参照電圧とを比較し
て過電流を検出する判定手段とを有する過電流防止機能
付半導体装置であって、請求項４に記載の基準電圧発生
装置を有し、前記参照電圧としてその基準電圧発生装置
の基準電圧が用いられ、前記基準電流制御用ＭＩＳＦＥ
Ｔは前記モニタ用ＭＩＳＦＥＴと同じプロセスにより半
導体基板上に形成された同プロセスＭＩＳＦＥＴであ
り、前記基準抵抗手段は前記モニタ用抵抗手段と同じプ
ロセスにより半導体基板上に形成された同プロセス抵抗
手段であることを特徴とする過電流防止機能付半導体装
置。
【請求項７】請求項６において、前記基準電流制御用
ＭＩＳＦＥＴと前記モニタ用ＭＩＳＦＥＴが並列に接続
されていることを特徴とする過電流防止機能付半導体装
置。