JP2002280886A - 半導体装置 - Google Patents
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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- Protection Of Static Devices (AREA)
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Abstract
うことなく、電力素子を過電流及び過熱から保護するこ
とが可能となる半導体装置を提供すること。 【解決手段】 電力素子Q1と、この電力素子Q1を過
電流から保護する過電流保護回路10と、電力素子Q1
を過熱から保護する過熱保護回路20とを具備する。そ
して、過熱保護回路20の応答時間を、過電流保護回路
10からの過電流検出信号Sを利用し、電力素子Q1に
加わるエネルギーが抑制されるように変更するようにし
た。
Description
し、特に過熱保護機能付きの大電力用途の半導体装置に
関する。
3B及び図3Cはそれぞれ、従来の半導体装置の動作範
囲を示す図である。
は電力素子であり、例えばパワーMOSFET(Pw-MOSFET)
である。電力素子Q1は、入力信号INに応答してオン/
オフ制御される。
流から保護するものであり、過電流検出部11を有す
る。過電流検出部11は、電力素子Q1のドレイン電流
IDを、例えば過電流モニタ用トランジスタQ2に流れ
た電流を参照することで検出する。過電流検出部11
は、検出した電流が、過電流制限値に達したとき、短絡
用トランジスタQ3をオンさせ、入力信号INを強制的に
接地することで電力素子Q1をオフさせる。このように
して、電力素子Q1を過電流による破壊から保護する。
を過熱から保護するものである。過熱保護回路2はTS
D(Thermal ShutDown)検出部21を有し、このTSD検
出部21は、半導体装置の温度が過電流制限値に達した
とき、短絡用トランジスタQ4をオンさせ、上記過電流
保護の場合と同様に、入力信号INを強制的に接地するこ
とで電力素子Q1をオフさせる。このようにして、電力
素子Q1を過熱による破壊から保護する。
素子の許容電力で決まる。このため、過熱保護回路2の
応答だけでは、図3Bに示すように、許容電力が大きい
VDS大の領域において、電力素子が安全動作領域(Area
of Safety Operation;以下ASO)の範囲を超えて動
作することがあり、対応できない。
DS検出回路3を設け、図3Cに示すように、ドレイン−
ソース間電圧VDSが過電流検出値に達したとき、VDS検
出部31からの指示により、過電流保護回路1の電流過
電流制限値を下げ、許容電力が大きいVDS大の領域にお
いて消費電力を抑えるようにしている。
SOの範囲内のみで動作するようにしている。
装置では、VDSを検出するためのVDS検出回路3が別途
必要である。この検出回路3内には、VDSを検出するた
めに、ドレイン(Drain)〜ソース(Source)間に直列
接続された抵抗R1、R2が設けられる。このため、抵抗R
1、R2を介して流れるリーク電流、特に電力素子Q1が
オフしている時に流れるリーク電流が顕著になり、待機
電流が増加する。
の抵抗値を高め、リーク電流を減少させれば良いが、こ
のためには、例えば1個の抵抗の抵抗値では不足するほ
どの高い抵抗値を必要とする。このため、例えば複数の
抵抗を直列に接続しなければならず、チップサイズが増
大する。
で、その目的は、待機電流の増加や、チップサイズの増
大を伴うことなく、電力素子を過電流及び過熱から保護
することが可能となる半導体装置を提供することにあ
る。
に、本発明に係る半導体装置では、電力素子と、前記電
力素子を過電流から保護する過電流保護回路と、前記電
力素子を過熱から保護する過熱保護回路とを具備する。
そして、前記過熱保護回路の応答時間を、前記過電流保
護回路からの過電流検出信号を利用して変化させるよう
にした。
熱保護回路の応答時間を、過電流保護回路からの過電流
検出信号を利用して変化させることで、電力素子に加わ
るエネルギーを抑制することが可能となる。電力素子に
加わるエネルギーが抑制されれば、許容電力が大きいV
DS大の領域において、安全動作領域(ASO)の範囲が
見掛け上、広がるようになる。この結果、VDS検出回路
を設けなくても、電力素子を、ASOの範囲内のみで動
作させることができる。
の増大を伴うことなく、電力素子を過電流及び過熱から
保護することが可能な半導体装置を得ることができる。
面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわた
り、共通する部分には共通する参照符号を付す。
態に係る半導体装置の回路図、図1Bは同半導体装置の
動作範囲を示す図である。
素子であり、例えばパワーMOSFET(Pw-MOSFET)であ
る。電力素子Q1は、従来と同様に、入力信号INに応答
してオン/オフ制御される。過電流保護回路10は電力
素子Q1を過電流から保護するものであり、同じく過熱
保護回路20は電力素子Q1を過熱から保護するもので
ある。
過電流保護回路10から出力された過電流検出信号を利
用して、その応答時間を変更するように構成されてい
る。
び過熱保護回路20の一例を、より詳細に説明する。
1を有する。過電流検出部101は、電力素子Q1のド
レイン電流IDを、例えば過電流モニタ用トランジスタ
Q2に流れた電流を参照することで検出する。そして、
過電流検出部101は、電流IDが過電流制限値に達し
たとき、短絡用トランジスタQ3をオンさせ、入力信号
INを強制的に接地することで電力素子Q1をオフさせ
る。これにより、従来と同様に電力素子Q1を過電流に
よる破壊から保護する。
て、本実施形態の過電流検出部101では、上記過電流
制限値よりも低いレベルにある過電流検出値を、さらに
検出する。この過電流検出値は、例えば図1B中のA点
に示すように、過電流制限値よりも低く、かつ第1の実
施形態に係る半導体装置の動作範囲が、応答時間変更前
のASOを超える範囲にある電流値の最低レベルに設定
される。電流IDが、この過電流検出値に達したときに
は、例えば負荷異常による電力素子Q1の過渡的な温度
上昇を伴うような過電流が流れている可能性があり、か
つこの過電流は、やがて電力素子Q1を熱破壊に至らし
める可能性がある、と推定される。従って、過電流検出
部101は、電流IDが上記過電流検出値に達したと
き、過電流検出信号Sを過熱保護回路20に対して出力
する。
tDown)検出部201を有し、このTSD検出部201
は、半導体装置の温度が初期設定温度に達したとき、短
絡用トランジスタQ4をオンさせることで、上記過電流
保護の場合と同様に、入力信号INを強制的に接地する。
これにより、電力素子Q1を過熱による破壊から保護す
る。
本実施形態のTSD検出部201は、上記過電流検出信
号Sを利用し、電力素子Q1に加わるエネルギーが抑制
されるように、その応答時間を変更する。具体的には、
応答時間を短くする。このようにTSD検出部201を
制御するためには、過熱保護回路20が働きだす設定温
度を下げれば良い。特に本実施形態のTSD検出部20
1には、過熱保護回路20が働きだす設定温度として、
上記初期設定温度とは別に、この初期設定温度よりも低
い第2の設定温度が設定されている。TSD検出部20
1は、温度が第2の設定温度に達し、かつ上記過電流検
出信号Sが入力されたとき、上記初期設定温度には係わ
らず、短絡用トランジスタQ4をオンさせ、入力信号IN
を強制的に接地する。
ことで、図1Bに示すように、許容電力が大きいVDS大
の領域において、ASOの範囲が見掛け上、広がるよう
になる。また、第2の設定温度は、例えば図1Bに示す
ように、第1の実施形態に係る半導体装置の動作範囲
が、応答時間変更後のASOの範囲内となるように設定
される。これにより、従来のようにVDS検出回路3を設
けなくても、電力素子Q1を熱破壊、例えば負荷異常に
よる電力素子Q1の過渡的な温度上昇による熱破壊から
保護することが可能となる。
が出力されない、あるいは温度が第2の設定温度に達し
ないため、TSD検出部201は、初期設定温度で動作
する。
流検出部101によって、電力素子Q1のドレイン電流
IDを検出し、この電流IDが、過電流検出値に達したと
き、過熱保護回路20の応答時間が短くなるように制御
し、電力素子Q1に加わるエネルギーを抑制する。これ
により、図1Bに示すように、許容電力が大きいVDS大
の領域において、ASOの範囲が見掛け上、広がるよう
になる。この結果、従来のようにVDS検出回路3を設け
なくても、電力素子Q1を、ASOの範囲内のみで動作
させることが可能となる。よって、VDS検出回路3を設
けることに起因した待機電流の増加、及びチップサイズ
の増大をそれぞれ伴うことなく、電力素子Q1を過電流
及び過熱から保護することが可能となる。
に係る半導体装置の回路図である。
熱保護回路20に、TSD検出部201を複数設けたも
のである。本実施形態では、その一例として、第1のT
SD検出部()201-1、及び第2のTSD検出部
()201-2の2つを設けた場合を示している。第1
のTSD検出部201-1には、初期設定温度が設定され
ており、温度が初期設定温度に達したとき、短絡用トラ
ンジスタQ4をオンさせ、入力信号INを接地するように働
きだす。また、第2のTSD検出部201-2には、初期
設定温度よりも低い第2の設定温度が設定されており、
温度が第2の設定温度に達し、かつ過電流検出部101
からの過電流検出信号Sが入力されたとき、短絡用トラ
ンジスタQ5をオンさせ、入力信号INを接地するように働
きだす。
電流検出信号Sにより、過熱保護回路20が働きだす設
定温度を切り換えることができるので、第1の実施形態
と同様の効果を得ることができる。
り説明したが、この発明は、これら実施形態それぞれに
限定されるものではなく、その実施に際しては、発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能であ
る。
度としては、初期設定温度と、この初期設定温度よりも
低い第2の設定温度の2つを設定したが、2つ以上設定
しても良いことは勿論である。
0、及び過熱保護回路20は、1つの半導体チップ内に
集積されていることが望ましいが、過電流保護回路1
0、及び過熱保護回路20を、電力素子Q1の外付け回
路として構成することも可能である。
SFETを想定したが、電力素子Q1は、パワーMOS
FET以外の電力素子、例えばIGBTや、バイポーラ
トランジスタ等に変更されても良い。なお、電力素子Q
1をバイポーラトランジスタ等にした場合には、例えば
図1Bのドレイン−ソース間電圧VDSをコレクタ−エミ
ッタ間電圧VCEと読み替え、また、ドレイン電流IDを
コレクタ電流ICと読み替えれば良い。
発明が含まれており、各実施形態において開示した複数
の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発
明を抽出することも可能である。
ば、待機電流の増加や、チップサイズの増大を伴うこと
なく、電力素子を過電流及び過熱から保護することが可
能となる半導体装置を提供できる。
路図、図1Bは同半導体装置の動作範囲を示す図。
図。
び図3Cはそれぞれ従来の半導体装置の動作範囲を示す
図。
Claims (9)
- 【請求項1】 電力素子と、 前記電力素子を過電流から保護する過電流保護回路と、 前記電力素子を過熱から保護する過熱保護回路とを具備
し、 前記過熱保護回路は、前記過電流保護回路からの過電流
検出信号を利用して、その応答時間を変更することを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記過熱保護回路の応答時間は、この過
熱保護回路が働きだす設定温度を変化させることで、変
更されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 前記過熱保護回路が働きだす設定温度
は、第1の設定温度と、この第1の設定温度よりも低い
第2の設定温度との少なくとも2つがあり、 前記過熱保護回路は、温度が第1の設定温度に達したと
き、あるいは温度が前記第2の設定温度に達し、かつ前
記過電流検出信号が入力されたときに働きだすことを特
徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記過熱保護回路は、 第1の設定温度を検出するとともに、温度がこの第1の
設定温度に達したときに働きだす第1の検出部と、 前記第1の設定温度よりも低い第2の設定温度を検出す
るとともに、温度がこの第2の設定温度に達し、かつ前
記過電流検出信号が入力されたときに働きだす第2の検
出部との少なくとも2つの検出部を有することを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記第2の設定温度は、前記電力素子の
動作範囲が、応答時間変更後の安全動作領域の範囲内と
なるように設定されることを特徴とする請求項3及び請
求項4いずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記過電流保護回路は、前記電力素子に
流れる電流の制限値と、この制限値よりも低い検出値と
を少なくとも検出し、前記電力素子に流れる電流が前記
検出値に達したとき、前記過電流検出信号を出力するこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項5いずれか一項に記
載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記検出値は、前記制限値よりも低く、
かつ前記電力素子の動作範囲が、応答時間変更前の安全
動作領域の範囲外となる電流値の最低レベルに設定され
ることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記電力素子、前記過電流保護回路、及
び前記過熱保護回路は、1つの半導体チップ内に集積さ
れていることを特徴とする請求項1乃至請求項7いずれ
か一項に記載の半導体装置。 - 【請求項9】 前記電力素子は、パワーMOSFETで
あることを特徴とする請求項1乃至請求項8いずれか一
項に記載の半導体装置。
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JP2001079196A JP2002280886A (ja) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001079196A Pending JP2002280886A (ja) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | 半導体装置 |
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-
2001
- 2001-03-19 JP JP2001079196A patent/JP2002280886A/ja active Pending
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