JP7163331B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

実施形態は、半導体装置に関する。

負荷に安定した電流を供給するための半導体装置が知られている。

特開平３－２００３８１号公報 特開２０１０－１５２５６６号公報 特開２０１２－２４３８８５号公報

温度変化に伴う負荷の出力変化を抑制する。

実施形態の半導体装置は、第１電流源と、上記第１電流源に接続された入力端と、第１ノードに接続された出力端と、を含む第１カレントミラーと、第２電流源と、上記第２電流源に接続された入力端と、第２ノードに接続された出力端と、を含む第２カレントミラーと、上記第２ノードに接続された入力端と、上記第１ノードに接続された出力端と、を含む第３カレントミラーと、上記第１ノードに接続された入力端を含む第４カレントミラーと、上記第４カレントミラーの出力端に流れる電流に基づく出力電流を生成する出力ドライバと、を備える。上記第１電流源の出力電流は、温度に対して第１割合で変化し、上記第２電流源の出力電流は、負の温度係数を有し、温度に対して第２割合で変化し、上記第１割合の絶対値は、上記第２割合の絶対値より小さい。

第１実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための回路図。 第１実施形態に係る半導体装置における電圧の温度特性を説明するための図。 第１実施形態に係る半導体装置における電流の温度特性を説明するための図。 第２実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための回路図。 変形例に係る半導体装置の構成を説明するための回路図。 変形例に係る半導体装置における電圧、及び電流の温度特性を説明するための図。 その他の実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための回路図。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。また、共通する参照符号を有する複数の構成要素を区別する場合、当該共通する参照符号に添え字を付して区別する。なお、複数の構成要素について特に区別を要さない場合、当該複数の構成要素には、共通する参照符号のみが付され、添え字は付さない。

１．第１実施形態
第１実施形態に係る半導体装置について説明する。

第１実施形態に係る半導体装置は、例えば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップであり、外付けダイオード等の負荷を駆動するための電流を供給するためのドライバである。

１．１ 構成
第１実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。

図１は、第１実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための回路図である。

半導体装置１は、電流ＩＯＵＴを、外部駆動ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）２０に供給するように構成される。半導体装置１、及び外部駆動ＬＥＤ２０は、例えば、車載システムの一部に相当し得る。電流ＩＯＵＴは、外部駆動ＬＥＤ２０を駆動するための電流である。

外部駆動ＬＥＤ２０は、例えば、直列接続された複数のＬＥＤを含み、半導体装置１と接地端との間に順方向に接続される。外部駆動ＬＥＤ２０は、半導体装置１からの電流ＩＯＵＴによって駆動される。なお、図１の例では、外部駆動ＬＥＤ２０は３つのＬＥＤを含むが、ＬＥＤの数は特に限定されず、１、又は２つでもよいし、４つ以上のＬＥＤを含んでもよい。

半導体装置１は、出力ドライバ１０、及び端子Ｐ１を備える。

端子Ｐ１は、外部駆動ＬＥＤ２０の入力端（アノード）に接続され、出力ドライバ１０からの電流ＩＯＵＴが出力される。

出力ドライバ１０は、信号ＩＩＮが供給される第１端と、電流Ｉｒｅｆを出力する第２端と、端子Ｐ１に接続され、電流ＩＯＵＴを出力する第３端と、を含む。出力ドライバ１０は、信号ＩＩＮを供給されることで、第２端から出力される電流Ｉｒｅｆに基づく電流ＩＯＵＴを第３端から端子Ｐ１に出力する。出力ドライバ１０は、例えば、増幅回路を含む。増幅回路は、電流Ｉｒｅｆに基づき、電流Ｉｒｅｆより大きな電流ＩＯＵＴを端子Ｐ１に出力するように構成される。

半導体装置１は、第１電流源ＩＣ１、第２電流源ＩＣ２、第１カレントミラーＣＭ１、第２カレントミラーＣＭ２、第３カレントミラーＣＭ３、及び第４カレントミラーＣＭ４を含む。

まず、第１電流源ＩＣ１の構成について説明する。

第１電流源ＩＣ１は、定電圧源ＶＳ１、オペアンプＡＭＰ１、スイッチ素子Ｑ１、及び抵抗Ｒ１を含む。

定電圧源ＶＳ１は、電圧Ｖ１を出力するよう構成され、接地された第１端と、オペアンプＡＭＰ１に接続される第２端と、を含む。定電圧源ＶＳ１は、例えば、ＢＧＲ（Ｂａｎｄ Ｇａｐ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）等を用いたものとすることができる。定電圧源ＶＳ１は、電圧Ｖ１の温度変化に対する変化の割合が、後述するダイオードＤの順方向電圧Ｖ２の温度変化に対する変化の割合より十分に小さくなるように構成された、温度変化の少ない電圧源である。

抵抗Ｒ１は、抵抗値ｒ１を有する。抵抗Ｒ１は、例えば、ポリシリコン抵抗等であり、温度変化に対する抵抗値の変化の割合が無視できる程度に小さい。

スイッチ素子Ｑ１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ１のコレクタはノードＮ８に接続される。スイッチ素子Ｑ１のエミッタはノードＮ１に接続される。スイッチ素子Ｑ１のベースはオペアンプＡＭＰ１に接続される。

オペアンプＡＭＰ１は、非反転入力端子（＋）、反転入力端子（－）、及び出力端子を有する。非反転入力端子（＋）は、定電圧源ＶＳ１の第２端に接続され、電圧Ｖ１が入力される。反転入力端子（－）は、ノードＮ１に接続され、抵抗Ｒ１を介して接地される。出力端子は、スイッチ素子Ｑ１のベースに接続される。

次に、第１カレントミラーＣＭ１の構成について説明する。

第１カレントミラーＣＭ１は、スイッチ素子Ｑ２、及びＱ３、並びに抵抗Ｒ２、及びＲ３を含む。

スイッチ素子Ｑ２は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ２のコレクタは、スイッチ素子Ｑ２のベースと共にノードＮ８に接続される。スイッチ素子Ｑ２のエミッタは、抵抗Ｒ２を介してノードＮ２に接続される。

スイッチ素子Ｑ３は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ３のベースは、ノードＮ８に接続される。これにより、スイッチ素子Ｑ２のベース及びコレクタとの間の電圧と、スイッチ素子Ｑ３のベースの電圧が等しくなる。スイッチ素子Ｑ３のコレクタは、ノードＮ３に接続される。スイッチ素子Ｑ３のエミッタは、抵抗Ｒ３を介してノードＮ２に接続される。

抵抗Ｒ２、Ｒ３は、例えば、ポリシリコン抵抗等である。抵抗Ｒ２、及びＲ３は、第１カレントミラーＣＭ１の入力端から流れる電流と、その出力端から流れる電流とが温度によらず同等になるように構成される。

以上のような構成により、第１カレントミラーＣＭ１は、スイッチ素子Ｑ２を流れる電流（参照電流）に基づき、スイッチ素子Ｑ３に流れる電流（出力電流）を出力する。

なお、以下の説明では、第１乃至第４カレントミラーＣＭ１～ＣＭ４について、参照電流が流れるスイッチ素子のコレクタをカレントミラーの「入力端」とも呼び、出力電流が流れるスイッチ素子のコレクタをカレントミラーの「出力端」とも呼ぶ。

次に、第２電流源ＩＣ２の構成について説明する。

第２電流源ＩＣ２は、ダイオードＤ、定電流源Ｉ１、オペアンプＡＭＰ２、スイッチ素子Ｑ６、及び抵抗Ｒ６を含む。

定電流源Ｉ１は、ノードＮ４に電流を出力する。ダイオードＤは、例えば、直列接続された複数のダイオードを含み、ノードＮ４と接地端との間に順方向に接続されることにより、定電流源Ｉ１によって駆動される。ダイオードＤは、例えば、温度の上昇に伴って順方向電圧が減少する負の温度特性を有する。このため、ノードＮ４の電位は、温度上昇に伴って減少する。なお、図１の例では、ダイオードＤは、２つのダイオードを含むが、ダイオードの数は特に限定されず、１つでもよいし、３つ以上のダイオードを含んでもよい。

抵抗Ｒ６は、抵抗値ｒ６を有し、ノードＮ５と接地端との間に接続される。抵抗Ｒ６は、例えば、ポリシリコン抵抗等であり、抵抗Ｒ１と同様に、温度変化に対する抵抗値の変化の割合が無視できる程度に小さい。抵抗Ｒ６に流れる電流は、後述するように、ダイオードＤの順方向電圧及び抵抗値ｒ６により決定されるため、ダイオードＤの順方向電圧と同様の温度特性を有する。

スイッチ素子Ｑ６は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ６のコレクタはノードＮ９に接続される。スイッチ素子Ｑ６のエミッタはノードＮ５に接続される。スイッチ素子Ｑ６のベースはオペアンプＡＭＰ２に接続される。

オペアンプＡＭＰ２は、非反転入力端子（＋）、反転入力端子（－）、及び出力端子を有する。非反転入力端子（＋）は、ノードＮ４に接続され、ノードＮ４の電圧Ｖ２が入力される。反転入力端子（－）は、ノードＮ５に接続され、抵抗Ｒ６を介して接地される。出力端子は、スイッチ素子Ｑ６のベースに接続される。

次に、第２カレントミラーＣＭ２の構成について説明する。

第２カレントミラーＣＭ２は、スイッチ素子Ｑ７、Ｑ８、及び抵抗Ｒ７、Ｒ８を含む。

抵抗Ｒ７、Ｒ８は、例えば、ポリシリコン抵抗等である。抵抗Ｒ７、及びＲ８は、第２カレントミラーＣＭ２の入力端から流れる電流と、その出力端から流れる電流とが温度によらず同等になるように構成される。

スイッチ素子Ｑ７は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ７のコレクタは、第２カレントミラーＣＭ２の入力端であり、スイッチ素子Ｑ７のベースと共にノードＮ９に接続される。スイッチ素子Ｑ７のエミッタは、抵抗Ｒ７を介してノードＮ２に接続される。

スイッチ素子Ｑ８は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ８のベースは、ノードＮ９に接続される。これにより、スイッチ素子Ｑ７のベース及びコレクタとの間の電圧と、スイッチ素子Ｑ８のベースの電圧が等しくなる。スイッチ素子Ｑ８のコレクタは、第２カレントミラーＣＭ２の出力端であり、ノードＮ６に接続される。スイッチ素子Ｑ８のエミッタは、抵抗Ｒ８を介してノードＮ２に接続される。

以上のような構成により、第２カレントミラーＣＭ２は、スイッチ素子Ｑ７を流れる電流に基づき、スイッチ素子Ｑ８に流れる電流を生成する。

次に、第３カレントミラーＣＭ３の構成について説明する。

第３カレントミラーＣＭ３は、スイッチ素子Ｑ９、Ｑ１０、及び抵抗Ｒ９、Ｒ１０を含む。

抵抗Ｒ９、Ｒ１０は、例えば、ポリシリコン抵抗等である。抵抗Ｒ９、及びＲ１０は、第３カレントミラーＣＭ３の入力端に流れる電流と、その出力端に流れる電流とが温度によらず同等になるように構成される。

スイッチ素子Ｑ９は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ９のコレクタは、第３カレントミラーＣＭ３の入力端であり、ノードＮ６に接続される。スイッチ素子Ｑ９のエミッタは、抵抗Ｒ９を介して接地される。

スイッチ素子Ｑ１０は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ１０のコレクタは、第３カレントミラーＣＭ３の出力端であり、ノードＮ３に接続される。スイッチ素子Ｑ１０のエミッタは、抵抗Ｒ１０を介して接地される。

以上のような構成により、第３カレントミラーＣＭ３は、スイッチ素子Ｑ９を流れる電流に基づき、スイッチ素子Ｑ１０に流れる電流を生成する。また、第３カレントミラーＣＭ３の入力端は、ノードＮ６を介して第２カレントミラーＣＭ２の出力端に接続される。第３カレントミラーＣＭ３の出力端は、ノードＮ３を介して第１カレントミラーＣＭ１の出力端に接続される。

次に、第４カレントミラーＣＭ４の構成について説明する。

第４カレントミラーＣＭ４は、スイッチ素子Ｑ４、Ｑ５、抵抗Ｒ４、Ｒ５を含む。

抵抗Ｒ４、Ｒ５は、例えば、ポリシリコン抵抗等である。抵抗Ｒ４、及びＲ５は、第４カレントミラーＣＭ４の入力端に流れる電流と、その出力端に流れる電流とが温度によらず同等になるように構成される。

スイッチ素子Ｑ４は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ４のコレクタは、第４カレントミラーＣＭ４の入力端であり、スイッチ素子Ｑ４のベースと共にノードＮ３に接続される。スイッチ素子Ｑ４のエミッタは、抵抗Ｒ４を介して接地される。

スイッチ素子Ｑ５は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ５のベースは、ノードＮ３に接続される。スイッチ素子Ｑ５のコレクタは、第４カレントミラーＣＭ４の出力端であり、出力ドライバ１０の第２端に接続される。スイッチ素子Ｑ５のエミッタは、抵抗Ｒ５を介して接地される。

以上のような構成により、第４カレントミラーＣＭ４は、スイッチ素子Ｑ４を流れる電流に基づき、スイッチ素子Ｑ５に流れる電流を生成する。また、第４カレントミラーＣＭ４の入力端は、ノードＮ３を介して、第１カレントミラーＣＭ１の出力端と、第３カレントミラーＣＭ３の出力端と、に共通接続される。

１．２ 動作
次に、第１実施形態に係る半導体装置の動作について説明する。

第１電流源ＩＣ１は、オペアンプＡＭＰ１の働きにより、反転入力端子（－）の電位と非反転入力端子（＋）の電位とが等しくなるように動作する。これにより、反転入力端子（－）の電位は、オペアンプＡＭＰ１の非反転入力端子（＋）に入力される電圧Ｖ１と等しくなる。このため、反転入力端子（－）に接続されるノードＮ１の電位は、電圧Ｖ１と等しくなる。

スイッチ素子Ｑ１のベースにオペアンプＡＭＰ１の出力端からオン電圧が供給されることにより、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になり、スイッチ素子Ｑ１のコレクタからスイッチ素子Ｑ１のエミッタに向けて、下記式（１）で表される電流Ｉｒｅｆ１’が流れる。

Ｉｒｅｆ１’＝Ｖ１／ｒ１ （１）
スイッチ素子Ｑ１のコレクタは、ノードＮ８を介してカレントミラーＣＭ１の入力端に接続される。

これにより、第１カレントミラーＣＭ１のスイッチ素子Ｑ２に電流Ｉｒｅｆ１’が流れ、第１カレントミラーＣＭ１のスイッチ素子Ｑ３に、当該電流Ｉｒｅｆ１’と同等の電流値を有する電流Ｉｒｅｆ１が流れる。なお、電流Ｉｒｅｆ１の大きさは、抵抗Ｒ２、及びＲ３の抵抗値を調整することで、電流Ｉｒｅｆ１’に対して所望の大きさに変更することが可能である。

第２電流源ＩＣ２は、オペアンプＡＭＰ２の働きにより、反転入力端子（－）の電位と非反転入力端子（＋）の電位とが等しくなるように動作する。これにより、反転入力端子（－）の電位は、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子（＋）に入力されるノードＮ４の電圧Ｖ２と等しくなる。このため、反転入力端子（－）に接続されるノードＮ５の電位は、電圧Ｖ２と等しくなる。

スイッチ素子Ｑ６のベースにオペアンプＡＭＰ２の出力端からオン電圧が供給されることにより、スイッチ素子Ｑ６がオン状態となり、スイッチ素子Ｑ６のコレクタからスイッチ素子Ｑ６のエミッタに向けて、下記式（２）で表される電流Ｉｒｅｆ２’’が流れる。

Ｉｒｅｆ２’’＝Ｖ２／ｒ６ （２）
スイッチ素子Ｑ６のコレクタは、ノードＮ９を介してカレントミラーＣＭ２の入力端に接続される。これにより、第２カレントミラーＣＭ２のスイッチ素子Ｑ７に電流Ｉｒｅｆ２’’が流れ、第２カレントミラーＣＭ２のスイッチ素子Ｑ８に、当該電流Ｉｒｅｆ２’’と同等の電流値を有する電流Ｉｒｅｆ２’が流れる。なお、電流Ｉｒｅｆ２’の大きさは、抵抗Ｒ７、及びＲ８の抵抗値を調整することで、電流Ｉｒｅｆ２’’に対して所望の大きさに変更することが可能である。

第３カレントミラーＣＭ３は、スイッチ素子Ｑ９のコレクタがスイッチ素子Ｑ８のコレクタに接続され、ノードＮ６に流れる電流Ｉｒｅｆ２’と同等の電流値を有する電流Ｉｒｅｆ２を、スイッチ素子Ｑ１０に流す。これにより、ノードＮ３からスイッチ素子Ｑ１０に向けて電流Ｉｒｅｆ２が流れる。なお、電流Ｉｒｅｆ２の大きさは、抵抗Ｒ９、及びＲ１０の抵抗値を調整することで、電流Ｉｒｅｆ２’に対して所望の大きさに変更することが可能である。

上述の通り、第２カレントミラーＣＭ２の出力端、第３カレントミラーＣＭ３の出力端、及び第４カレントミラーＣＭ４の入力端は、ノードＮ３に共通に接続される。このため、ノードＮ３からスイッチ素子Ｑ４に流れる電流Ｉｒｅｆ’は、下記式（３）で表されるように、電流Ｉｒｅｆ１から電流Ｉｒｅｆ２を減算した差分電流となる。

Ｉｒｅｆ’＝Ｉｒｅｆ１－Ｉｒｅｆ２ （３）
第４カレントミラーＣＭ４は、ノードＮ３からスイッチ素子Ｑ４に流れる電流Ｉｒｅｆ’と同等の電流値を有する電流Ｉｒｅｆを、スイッチ素子Ｑ５に流す。これにより、出力ドライバ１０からスイッチ素子Ｑ１０に向けて電流Ｉｒｅｆが流れる。なお、電流Ｉｒｅｆの大きさは、抵抗Ｒ４、及びＲ５の抵抗値を調整することで、電流Ｉｒｅｆ’に対して所望の大きさに変更することが可能である。

出力ドライバ１０は、電流Ｉｒｅｆに基づき、出力ドライバ１０の増幅回路等の働きにより電流Ｉｒｅｆより大きな電流ＩＯＵＴを端子Ｐ１に出力する。端子Ｐ１に出力された電流ＩＯＵＴは、外部駆動ＬＥＤ２０を駆動する。

１．３ 温度特性
次に、電流Ｉｒｅｆ１、Ｉｒｅｆ２、及びＩｒｅｆの温度特性について説明する。

図２は、第１実施形態に係る半導体装置における電圧の温度特性を説明するための図である。図３は、第１実施形態に係る半導体装置における電流、及び電流の温度特性を説明するための図である。

上述のように、電流Ｉｒｅｆ１は、上記式（１）と同様に、電圧Ｖ１、及び抵抗値ｒ１に基づいて決定され、温度に対して第１割合で変化する。電流Ｉｒｅｆ２は、上記式（２）と同様に、電圧Ｖ２、及び抵抗値ｒ２に基づいて決定され、温度に対して第２割合で変化する。

電圧Ｖ２はノードＮ４の電位であり、ノードＮ４は、定電流源Ｉ１から電流を供給され、ダイオードＤを介して接地される。このため、電圧Ｖ２は、ダイオードＤの順方向電圧であり、ダイオードＤが２つの直列接続されたダイオードによって構成される場合、当該２つのダイオードの各々の順方向電圧Ｖｆを用いて、下記式（４）のように表すことができる。

Ｖ２＝２×Ｖｆ （４）
ダイオードに流す電流を温度に関わらず一定としたとき、ダイオードの順方向電圧は、負の温度特性を有し、温度が上昇すると減少する。このため、ノードＮ４の電圧Ｖ２は、図２に示すように、負の温度特性を有し、温度が上昇すると減少する。

一方、電圧源ＶＳ１は、温度変化に対する電圧変化の割合の絶対値が、ダイオードＤより無視できる程度に小さくなるように構成される。これにより、図２に示すように、温度変化に対する電圧変化の割合は、電圧Ｖ１の方が、電圧Ｖ２よりも無視できる程度に小さい。

上述の通り、電流Ｉｒｅｆ１’は電圧値Ｖ１及び抵抗値ｒ１に基づいて決定され、電流Ｉｒｅｆ２’’は電圧値Ｖ２及び抵抗値ｒ６に基づいて決定されるが、抵抗値ｒ１及びｒ６は温度変化に対する変動が小さい。このため、電流Ｉｒｅｆ１’及びＩｒｅｆ２’’はそれぞれ、電圧値Ｖ１及びＶ２の温度特性と同等の温度特性を有する。すなわち、電流Ｉｒｅｆ１’は温度変化に対してほとんど変化せず、電流Ｉｒｅｆ２’’は負の温度特性を有する。このため、電流Ｉｒｅｆ２は、図３に示すように、負の温度特性を有し、温度が上昇すると減少する。一方、電流Ｉｒｅｆ１の大きさは、温度が上昇しても、電流Ｉｒｅｆ２の場合に対して無視できる程度の大きさしか変化しない。

電流Ｉｒｅｆは、温度変化に対してほとんど大きさが変化しない電流Ｉｒｅｆ１から、負の温度特性を有する電流Ｉｒｅｆ２を減算した差分電流である。このため、電流Ｉｒｅｆは、図３に示すように、正の温度特性を有する。したがって、電流ＩＯＵＴは、電流Ｉｒｅｆと同様に、正の温度特性を有し、温度が上昇するとその値は増加する。

１．４ 本実施形態に係る効果
外部駆動ＬＥＤ２０を駆動するための半導体装置１においては、外部駆動ＬＥＤ２０の輝度を一定に保つために、外部駆動ＬＥＤ２０の温度が常温（例えば、２５℃）より高いときに、外部駆動ＬＥＤ２０に出力する電流を、常温のときより大きくすることが有効である。すなわち、外部駆動ＬＥＤ２０の温度が常温より高いときに、外部駆動ＬＥＤ２０を駆動するための電流を常温のときより大きくすることで、外部駆動ＬＥＤ２０の輝度の低下を抑制することができる。そのため、半導体装置１の外部駆動ＬＥＤ２０への電流ＩＯＵＴを、外部駆動ＬＥＤ２０、及び半導体装置１の温度の上昇に応じて増加させることが好ましい。

第１実施形態によれば、第１カレントミラーＣＭ１は、定電流源と見なし得る第１電流源ＩＣ１に接続された入力端を含む。第２カレントミラーＣＭ２は、負の温度特性を有する電流を出力する第２電流源ＩＣ２に接続された入力端と、第３カレントミラーＣＭ３の入力端に接続された出力端と、を含む。第４カレントミラーＣＭ４は、第１カレントミラーＣＭ１の出力端、及び第３カレントミラーＣＭ３の出力端に共通接続された入力端と、出力ドライバに接続された出力端と、を含む。これにより、電流Ｉｒｅｆ、及び外部駆動ＬＥＤ２０を駆動するための電流ＩＯＵＴは、正の温度特性を有し、温度の上昇に応じて増加する。例えば、車載システムにおいて、半導体装置１は外部駆動ＬＥＤ２０と隣接して設置されており、半導体装置１内部のダイオードＤの温度は、外部駆動ＬＥＤ２０の温度と同様に変化する。これにより、電流Ｉｒｅｆは、半導体装置１及び外部駆動ＬＥＤ２０の温度変化に応じて変化する。このため、半導体装置１及び外部駆動ＬＥＤ２０の温度が常温より高くなった場合に、外部駆動ＬＥＤ２０に供給する電流を常温の時より大きくすることができる。したがって、半導体装置１及び外部駆動ＬＥＤ２０温度の上昇に起因する外部駆動ＬＥＤ２０の輝度の低下を抑制することができる。

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る半導体装置について説明する。第２実施形態は、第２電流源ＩＣ２において、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子（＋）に出力する電圧を、半導体装置１内部のダイオードＤの電圧降下を用いて決定するのではなく、外部駆動ＬＥＤ２０の電圧降下を用いて決定する点において、第１実施形態と異なる。以下では、第１実施形態と同等の構成及び動作についてはその説明を省略し、第１実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。

２．１ 構成
図４は、第２実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための回路図である。図４は、第１実施形態における図１に対応する。

図４に示すように、半導体装置１は、図１において説明したダイオードＤ、及び定電流源Ｉ１に代えて、外部駆動ＬＥＤ２０に接続された端子Ｐ２を備える。端子Ｐ２は、外部駆動ＬＥＤ２０の入力端（アノード）に接続された第１端と、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子（＋）に接続された第２端と、を含む。このような構成により、端子Ｐ２は、外部駆動ＬＥＤ２０により決定される端子Ｐ２の電圧Ｖ２を非反転入力端子（＋）に出力するように構成される。

２．２ 動作、及び温度特性
第２電流源ＩＣ２以外の動作は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

第２電流源ＩＣ２において、オペアンプＡＭＰ２の働きにより、反転入力端子（－）の電位は、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子（＋）に入力される端子Ｐ２の電圧Ｖ２と等しくなる。これにより、反転入力端子（－）に接続されるノードＮ５の電位は、電圧Ｖ２と等しくなる。したがって、第１実施形態と同様に、上記式（２）で表される電流Ｉｒｅｆ２’’が、スイッチ素子Ｑ６のコレクタに出力される。

外部駆動ＬＥＤ２０は、複数のＬＥＤが順方向に接続されるため、端子Ｐ２の電圧Ｖ２は、外部駆動ＬＥＤ２０内の複数のＬＥＤの各々の順方向電圧を加算した電位となる。複数のＬＥＤの各々の順方向電圧は、ＬＥＤの温度特性により、第１実施形態におけるダイオードＤ内と同様に、温度が上昇すると低下する。これにより、電圧Ｖ２は負の温度特性を有し、外部駆動ＬＥＤ２０の温度が上昇すると低下する。このため、電流Ｉｒｅｆ２’’は負の温度特性を有し、温度が上昇するとその値は減少する。

上述のように、ノードＮ３からスイッチ素子Ｑ１０のコレクタに流れる電流Ｉｒｅｆ２は、電流Ｉｒｅｆ２’’と同等の温度特性を有する。このため、電流Ｉｒｅｆ２は、温度が上昇するとその値は減少する。したがって、電流Ｉｒｅｆは、第１実施形態と同様に、正の温度特性を有し、温度が上昇すると増加する。

２．３ 第２実施形態に係る効果
第２実施形態によれば、端子Ｐ２は、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子（＋）、及び外部駆動ＬＥＤ２０の入力端（アノード）に接続される。これにより、電流Ｉｒｅｆ２の電流値を、半導体装置１に備えられたダイオードＤの温度特性を利用して決定する代わりに、外部駆動ＬＥＤ２０の温度特性を利用して決定することによっても、第１実施形態と同等の効果を奏することができる。

３． 変形例
以上、種々の実施形態について説明したが、第１実施形態及び第２実施形態は、これに限られず、種々の変形が適宜適用可能である。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、温度が上昇すると、電流ＩＯＵＴの値が増加する場合について説明したが、これに限られない。より具体的には、例えば、所定の温度以上となった場合に、電流ＩＯＵＴの値が減少するように構成することができる。

３．１ 構成
図５は、変形例に係る半導体装置の構成を説明するための回路図である。図５は、第１実施形態における図１に対応する。

図５に示すように、半導体装置１は、第３電流回路ＩＣ３を更に備える点において、第１実施形態と異なる。以下では、第１実施形態と同等の構成及び動作についてはその説明を省略し、第１実施形態と異なる構成及び動作について主に説明する。

第３電流回路ＩＣ３は、スイッチ素子Ｑ１１、抵抗Ｒ１１、及び定電流源Ｉ２を含む。

スイッチ素子Ｑ１１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Ｑ１１のコレクタは、第３電流回路ＩＣ３の入力端であり、ノードＮ３に接続される。スイッチ素子Ｑ１１のエミッタは接地される。スイッチ素子Ｑ１１のベースは、定電流源Ｉ２と抵抗Ｒ１１との間のノードＮ７に接続される。

定電流源Ｉ２は、ノードＮ７に電流を供給する。

抵抗Ｒ１１は、例えば、ポリシリコン抵抗等である。

定電流源Ｉ２、及び抵抗Ｒ１１は、ノードＮ７の電圧ＶＮ７の温度変化に対する変化の割合が、スイッチ素子Ｑ１１のオン電圧の温度変化に対する変化の割合よりも十分に小さくなるように構成される。例えば、定電流源Ｉ２の出力する電流、及び抵抗Ｒ１１の抵抗値の温度変化に対する変化の割合を小さくすることで、ノードＮ７の電圧ＶＮ７の温度変化に対する変化の割合を十分に小さくすることができる。

３．２ 動作、及び温度特性
第３電流回路ＩＣ３以外の動作は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図６は、変形例に係る半導体装置における電圧、電流、及び電流の温度特性を説明するための図である。

スイッチ素子Ｑ１１の閾値電圧ＶｆＱ１１は、負の温度特性を有し、図６（ａ）に示すように、温度が上昇すると低下する。

ノードＮ７は、定電流源Ｉ２から電流を供給され、抵抗Ｒ１１を介して接地される。このため、ノードＮ７の電圧は、定電流源Ｉ２、及び抵抗Ｒ１１の抵抗値により決定される。

上述のように、定電流源Ｉ２、及び抵抗Ｒ１１は、電圧ＶＮ７が温度変化に応じて変化する割合が、閾値電圧ＶｆＱ１１が温度変化に応じて変化する割合より十分に小さくなるように構成される。具体的に、抵抗Ｒ１１は、その抵抗値が抵抗値ｒ１、及びｒ６と同程度に小さい温度変化しか示さないように構成される。また、定電流源Ｉ２は、供給する電流が、定電流源Ｉ１と同程度に小さい温度変化しか示さないように構成される。

上述のような定電流源Ｉ２、及び抵抗Ｒ１１であれば、所定の温度Ｔ１より低い温度ではＶｆＱ１１＞ＶＮ７、所定の温度Ｔ１以上の温度ではＶｆＱ１１≦ＶＮ７となるように設計することができる。これにより、スイッチ素子Ｑ１１を、所定の温度Ｔ１より低い温度ではオフ状態となり、所定の温度Ｔ１以上の温度ではオン状態となるように制御できる。

半導体装置１の温度が所定の温度Ｔ１より低い場合、図６（ｂ）に示すように、ノードＮ３及びスイッチ素子Ｑ１１のコレクタの間には電流Ｉｒｅｆ３が流れない。このため、半導体装置１は実質的に第１実施形態と同様の動作をする。したがって、電流Ｉｒｅｆは、所定の温度Ｔ１より低い温度において、第１実施形態と同様に正の温度特性を有し、温度が上昇するとその値は増加する。

半導体装置１の温度が所定の温度Ｔ１以上の場合、ノードＮ３及びスイッチ素子Ｑ１１のコレクタの間には、電流Ｉｒｅｆ３が流れる。スイッチ素子Ｑ３のコレクタからノードＮ３には、電流Ｉｒｅｆ１が流れる。ノードＮ３からスイッチ素子Ｑ１０のコレクタには、電流Ｉｒｅｆ２が流れる。ノードＮ３からスイッチ素子Ｑ４のコレクタには、電流Ｉｒｅｆ’が流れる。このため、電流Ｉｒｅｆ’は、電流Ｉｒｅｆ１から、電流Ｉｒｅｆ２、及び電流Ｉｒｅｆ３の加算電流を減算した、差分電流となる。したがって、電流Ｉｒｅｆは、電流Ｉｒｅｆ１、電流Ｉｒｅｆ２、及び電流Ｉｒｅｆ３を用いて、下記式（５）で表される。

Ｉｒｅｆ＝Ｉｒｅｆ１－（Ｉｒｅｆ２＋Ｉｒｅｆ３） （５）
ここで、電流Ｉｒｅｆ３の温度特性について説明する。

上述のように、温度が温度Ｔ１以上の場合、スイッチ素子Ｑ１１は、オン状態になる。このため、温度が温度Ｔ１以上の場合、電流Ｉｒｅｆ３は、図６（ｂ）に示すように、正の温度特性を有し、第３割合で変化する。

ここで、第３電流回路ＩＣ３を、第３割合の絶対値が、第２割合の絶対値より大きくなるように構成する。これにより、電流Ｉｒｅｆ２、及び電流Ｉｒｅｆ３の加算電流は、正の温度特性を有する。このため、電流Ｉｒｅｆは、図６（ｂ）に示すように、所定の温度Ｔ１以上において負の温度特性を有し、温度が上昇するとその値は減少する。

３．３ 変形例に係る効果
変形例によれば、スイッチ素子Ｑ１１のコレクタは、ノードＮ３に接続される。これにより、半導体装置１の温度が所定の温度Ｔ１以上の場合、ノードＮ３及びスイッチ素子Ｑ１１の間に電流Ｉｒｅｆ３が流れる。これにより、電流Ｉｒｅｆ’は、温度Ｔ１未満の場合には正の温度特性を有するが、温度Ｔ１以上の場合には負の温度特性を有する。このため、電流Ｉｒｅｆ’に基づいて生成される電流Ｉｒｅｆ及び電流ＩＯＵＴも同様に、温度Ｔ１未満の場合には正の温度特性を有するが、温度Ｔ１以上の場合には負の温度特性を有する。したがって、例えば、温度が温度Ｔ１以上となった場合には、電流ＩＯＵＴを速やかに減少させることができ、電流ＩＯＵＴの過剰な増加によって出力ドライバ１０等が故障することを防ぐことができる。

４． その他
また、第１実施形態、第２実施形態、及び変形例では、抵抗Ｒ１、Ｒ６が半導体装置１の内部に備えられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、半導体装置１に更なる端子を設けることで、抵抗Ｒ１及びＲ６を半導体装置１の外部に備えることもできる。

図７は、抵抗Ｒ１及びＲ６を半導体装置１の外部に備えた、その他の実施形態に係る半導体装置１の構成を説明するための回路図である。図７は、第一実施形態における図１に対応する。

図７に示すように、半導体装置１は、端子Ｐ３及びＰ４を更に備える。抵抗Ｒ１は、半導体装置１の外部において、端子Ｐ３と接地端との間に接続される。抵抗Ｒ６は、半導体装置１の外部において、端子Ｐ４と接地端との間に接続される。

このような構成によっても、第１実施形態と同等の効果を奏することができる。また、半導体装置１の外部に設けられた抵抗Ｒ１、Ｒ６を変更することで、電流ＩＯＵＴの電流値、及びその温度特性を容易に調整することができる。

なお、第１実施形態、第２実施形態、及び変形例において、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４～Ｑ６及びＱ９～Ｑ１１はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ７、及びＱ８はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであるが、それに限られない。例えば、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４～Ｑ６及びＱ９～Ｑ１１はＮ型のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタであり、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ７、及びＱ８はＰ型のＭＯＳトランジスタであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…半導体装置、１０…出力ドライバ、ＩＣ１…第１電流源、ＩＣ２…第２電流源、ＣＭ１…第１カレントミラー、ＣＭ２…第２カレントミラー、ＣＭ３…第３カレントミラー、ＣＭ４…第４カレントミラー。

Claims (9)

1. 第１電流源と、
   前記第１電流源に接続された入力端と、第１ノードに接続された出力端と、を含む第１カレントミラーと、
   第２電流源と、
   前記第２電流源に接続された入力端と、第２ノードに接続された出力端と、を含む第２カレントミラーと、
   前記第２ノードに接続された入力端と、前記第１ノードに接続された出力端と、を含む第３カレントミラーと、
   前記第１ノードに接続された入力端を含む第４カレントミラーと、
   前記第４カレントミラーの出力端に流れる電流に基づく電流を生成する出力ドライバと、
   を備え、
   前記第１電流源に流れる電流は、温度に対して第１割合で変化し、
   前記第２電流源に流れる電流は、温度に対して負の相関を有する第２割合で変化し、
   前記第１割合の絶対値は、前記第２割合の絶対値より小さい、
   半導体装置。
2. 前記第１電流源は、
   第１電圧源と、
   第３ノードに接続された第１端と、前記第１カレントミラーの入力端に接続された第２端と、を含む第１スイッチ素子と、
   前記第１電圧源に接続された第１入力端と、前記第３ノードに接続された第２入力端と、前記第１スイッチ素子の第３端に接続された出力端と、を含む第１オペアンプと、を含む、
   請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第２電流源は、
   第２電圧源と、
   第４ノードに接続された第１端と、前記第２カレントミラーの入力端に接続された第２端と、を含む第２スイッチ素子と、
   前記第２電圧源に接続された第１入力端と、前記第４ノードに接続された第２入力端と、前記第２スイッチ素子の第３端に接続された出力端と、を含む第２オペアンプと、を含み、
   前記第２電圧源は、温度に対して負に相関した電圧を出力するように構成された、
   請求項１記載の半導体装置。
4. 前記第２電圧源は、
   直列接続された第３電流源及び第１素子を含み、
   前記第２オペアンプの前記第１入力端は、前記第３電流源と前記第１素子との間に接続され、
   前記第１素子は、温度に対して負に相関した電圧降下量を有するように構成された、
   請求項３記載の半導体装置。
5. 前記半導体装置は、
   前記出力ドライバと接続された第１端子と、
   前記第２オペアンプの第１入力端と接続された第２端子と、
   を更に含み、
   前記第１端子及び前記第２端子を、前記半導体装置の外部の第２素子に共通接続するように構成された、
   請求項３記載の半導体装置。
6. 前記第１電流源は、
   前記第３ノードに接続された第１抵抗を更に含む、
   請求項２記載の半導体装置。
7. 前記第２電流源は、
   前記第４ノードに接続された第２抵抗を更に含む、
   請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記第２電流源は、
   前記第４ノードに接続された第３端子を更に含み、
   前記第３端子を前記半導体装置の外部の第２抵抗に接続するように構成された、
   請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記半導体装置は、
   前記第１ノードに接続された入力端を含む第４電流源を更に含み、
   前記第４電流源の入力端に流れる電流は、温度に対して正の相関を有する第３割合で変化し、
   前記第３割合の絶対値は、前記第２割合の絶対値より大きい、
   請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。

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