JPH0774550A - 過熱検出回路 - Google Patents

過熱検出回路

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JPH0774550A
JPH0774550A JP5239269A JP23926993A JPH0774550A JP H0774550 A JPH0774550 A JP H0774550A JP 5239269 A JP5239269 A JP 5239269A JP 23926993 A JP23926993 A JP 23926993A JP H0774550 A JPH0774550 A JP H0774550A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電源電圧に対する検出温度の変動を抑えると共
に半導体集積回路製造上の素子特性変動に起因する検出
温度のバラツキを抑える過熱検出回路の提供。 【構成】正電源配線と負電源配線との間に接続され電源
電圧及び温度に依存しない略一定の電圧を出力するバン
ドギャップ電圧源回路と、バンドギャップ電圧源回路の
出力から定電流を生成する定電流源回路と、定電流源回
路の出力端と負電源配線との間に接続された所定の温度
係数を有する回路素子と、バンドギャップ電圧源回路の
出力電圧と所定の温度係数を有する回路素子に生じる電
圧とを比較する比較器とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に関し、
特に消費電力の大きい回路の過熱検出を行なうための半
導体集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、この種の従来の過熱検出回路を
示している。同図に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３１とＭ
ＯＳＦＥＴ３２はカレントミラーを構成しており、ＭＯ
ＳＦＥＴ３１のゲート端子−ドレイン端子が互いに接続
され抵抗３３を介して負電源ＶSS３８に接続されてい
る。
【０００３】ＭＯＳＦＥＴ３２のドレイン端子は６段の
ダイオード３４を介して負電源ＶSS３８に接続され、ダ
イオード６段分の電圧降下６ＶFとバンドギャップ電圧
源回路（以下「ＢＧＲ回路」という）３５の出力ＶＲと
がコンパレータ３６の入力端子にそれぞれ接続されてい
る。
【０００４】後述するように、ＢＧＲ回路３５の出力Ｖ
Ｒは、温度係数が負のＶBE依存型電圧源と温度係数が正
の熱電圧（＝kT/q）依存型電圧源とを合成して生成さ
れ、温度係数を有しないように構成できるため、出力Ｖ
Ｒは電源電圧変動及び温度変化に依存せず一定となる。
【０００５】定電流ＩＳは、抵抗３３の抵抗値をＲ３３
とし、カレントミラーを構成するＭＯＳＦＥＴ３１，３
２が同じ特性を有するものとして、次式（１）で与えら
れる。
【０００６】
【数１】 ここに、ＶTはＭＯＳＦＥＴ３１の閾値電圧である。
【０００７】この定電流ＩＳがダイオード３４に流れる
ときの電圧降下６ＶFとＢＧＲ回路３５の出力電圧ＶＲ
の関係は室温時下記の条件を満たすように設定する。
【０００８】ＶＲ ＜ ６ＶF
【０００９】ダイオード３４に電流を流したときの電圧
降下６ＶFは負の温度係数を持つため、周囲温度が高く
なると６ＶFの値が下がる。したがって、予め設定され
た周囲温度以上になると、電圧降下６ＶFはＢＧＲ回路
３５の出力ＶＲを下回り、コンパレータ３６の出力が反
転し、コンパレータ３６の出力信号の変化に基づき回路
の過熱状態が検出され、集積回路を保護するために例え
ば回路動作の遮断制御等が不図示の制御回路等により行
なわれる。
【００１０】ＢＧＲ回路３５として、例えば図４に示す
回路が用いられる。図４において、安定動作点では差動
増幅器の反転、非反転入力の差電圧は零となり、抵抗Ｒ
1とＲ2の電圧降下は等しく、電流Ｉ1とＩ2とはＩ1×Ｒ1
＝Ｉ2×Ｒ2の関係を満たし、節点電圧ＶAとＶBは互いに
等しい。なお、図示のダイオードの代わりにコレクタ−
ベースを接続したトランジスタで構成してもよい。
【００１１】ダイオードの順方向電圧ＶBEは、飽和電流
をＩSとすると、その整流特性から（kＴ／q）ln（Ｉ／
ＩS）で与えられ、抵抗Ｒ2の電圧降下ＶR2は下記の式
（２）で与えられる。
【００１２】
【数２】
【００１３】図４に示すように、ＢＧＲ回路の出力電圧
Ｖoutは、ダイオード２段の順方向電圧２ＶBEと抵抗Ｒ1
の電圧降下（＝Ｉ1×Ｒ1）の和となり、次式（３）で与
えられる。すなわち、Ｖoutは、負の温度係数のＶBE依
存型電圧源と正の温度係数の熱電圧依存型電圧源の合成
として与えられる。
【００１４】
【数３】
【００１５】出力電圧Ｖoutの温度係数を０とした時の
出力電圧は、次式（４）で与えられ、ＢＧＲ回路の出力
は、電源電圧、温度に依らず略一定値とすることができ
る。
【００１６】
【数４】
【００１７】ここに、ＶGOはシリコンのバンドギャップ
電圧で1.205Ｖ、ＶT0（＝kＴ0／q）は温度Ｔ0における
熱電圧（室温で26mV）また、α，γは所定の定数であ
る。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来の過熱検出
回路においては、電源電圧の変動により定電流源の電流
値ＩＳに変動が生じ、検出温度も変動するという欠点を
有する。
【００１９】すなわち、前記従来の過熱検出回路では、
電源電圧の変動により上式（１）における（ＶDD−ＶS
S）の値が変化するため過熱検出温度が変動し、正確な
過熱検出ができないという問題があった。
【００２０】また、前記従来の過熱検出回路において
は、半導体集積回路製造上の素子特性変動、特にＢＧＲ
回路３５の出力電圧ＶＲのバラツキ（変動）に起因する
検出温度の変動を適切に抑えられないという問題があっ
た。
【００２１】したがって、本発明は前記問題点を解消
し、電源電圧に対する検出温度の変動を抑えると共に、
半導体集積回路製造上の素子特性変動に起因する検出温
度のバラツキを抑える過熱検出回路を提供することを目
的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、正電源配線と負電源配線との間に接続さ
れ電源電圧及び温度に依存せずに略一定の電圧を出力す
るバンドギャップ電圧源回路と、前記バンドギャップ電
圧源回路の出力から定電流を生成する定電流源回路と、
前記定電流源回路の出力端と負電源配線との間に接続さ
れた所定の温度係数を有する回路素子と、前記バンドギ
ャップ電圧源回路の出力電圧と前記回路素子に生じる電
圧とを比較する比較器と、を備えて成る過熱検出回路を
提供する。
【００２３】
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。
【００２４】
【実施例１】図１を参照して、本発明の第１の実施例を
以下に説明する。図１には、本発明の一実施例の過熱検
出回路の回路構成が示されている。
【００２５】図１に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１１はゲ
ート端子−ドレイン端子が相互に接続され、そのソース
端子は負電源ＶSS２０に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ
１２は、ＭＯＳＦＥＴ１１とカレントミラーを構成して
おり、各々のＭＯＳＦＥＴは同じ特性を有している。
【００２６】ＭＯＳＦＥＴ１１，１２のドレイン端子に
はそれぞれ抵抗１５の一端、ＭＯＳＦＥＴ１３が接続さ
れており、抵抗１５の他端はＢＧＲ回路１７の出力に接
続されている。
【００２７】ＭＯＳＦＥＴ１３はゲート端子−ドレイン
端子が相互に接続され、そのソース端子は正電源ＶDD１
９に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４はＭＯＳＦＥＴ
１３とカレントミラーを構成しており、各々のＭＯＳＦ
ＥＴは同じ特性を有している。
【００２８】ＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン端子にはダイ
オード１６が６段直列に接続されている。このダイオー
ド６段分の電圧６ＶFとＢＧＲ回路１７の出力ＶＲとが
コンパレータ１８に入力される。
【００２９】上記過熱検出回路において、ＢＧＲ回路１
７は、例えば図４に示す前述の回路構成が用いられ、出
力は温度係数を持たないように構成されており、周囲温
度、電源によらず常に一定の電圧ＶＲを出力する。
【００３０】また、ダイオード６段の電圧降下６ＶFは
次式（５）で求められる電流ＩＳを流したときの電圧値
で与えられる。
【００３１】
【数５】 ここに、ＶTはＭＯＳＦＥＴ１１の閾値電圧である。
【００３２】コンパレータ１８に入力される２つの電圧
ＶＲと６ＶFの関係は室温時下記の通り設定してある。
【００３３】ＶＲ ＜ ６ＶF
【００３４】ダイオードは負の温度係数を持っており周
囲温度が高くなると電圧降下６ＶFの値が小さくなる。
したがって、ダイオード１６の電圧降下６ＶFがＢＧＲ
回路１７の出力電圧ＶＲより低くなった時点でコンパレ
ータ１８の出力が反転し、過熱検出が行われる。
【００３５】ところで、集積回路製造上において、ＢＧ
Ｒ回路１７内の素子特性変動により、ＢＧＲ回路１７の
出力電圧ＶＲにバラツキが生じることがある。この場
合、ダイオード６段の電圧降下６ＶFは、上式（５）よ
りＢＧＲ回路１７の出力ＶＲと同じ向き（すなわち同
相）に変動することになる。
【００３６】例えば、製造プロセス上からＢＧＲ回路１
７の出力電圧ＶＲが増大した場合、上式（５）からカレ
ントミラー回路の出力電流が増大してダイオード１６に
流れ込む電流が増大するため、ダイオードの電圧降下６
ＶFはＢＧＲ回路１７の出力電圧ＶＲと同相に増大す
る。したがってＢＧＲ回路１７のバラツキによるコンパ
レータ１８の入力差電圧のバラツキは抑えられ、検出温
度の変動は最小限度にとどめることができる。
【００３７】このため、本実施例に係る過熱検出回路
は、モータ駆動回路等の消費電力の大きい回路を集積回
路化する場合に極めて有効である。なお、本実施例にお
いては、直列に６個接続したダイオードの電圧降下をコ
ンパレータ１８の一の入力に接続する構成が説明された
が、過熱検出の温度とＢＧＲ回路１７の出力電圧ＶＲと
の関係、及びダイオードの温度係数等によりダイオード
の段数は適宜設定される。
【００３８】
【実施例２】次に、図２を参照して、本発明の第２の実
施例について説明する。図２に示すように、第２の実施
例は、図１に示す前記第１の実施例のダイオード１６を
抵抗２１で置き換えたものであり、図２において図１と
同一の機能を有する回路素子には同一の符号が付されて
いる。なお、前記第１の実施例と同一の回路素子につい
ての説明は省略する。
【００３９】図２に示すように、カレントミラーの出力
をなすＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン端子には抵抗２１が
接続されている。そして、コンパレータ１８はこの抵抗
２１の電圧降下とＢＧＲ回路１７の出力ＶＲとを比較す
る。
【００４０】抵抗１５と抵抗２１とは互いに異なる正の
温度係数を持ち、抵抗２１の温度係数が高く設定してあ
る。
【００４１】上記過熱検出回路において、ＢＧＲ回路１
７の出力ＶＲは温度係数を持たないため周囲温度、電源
によらずつねに一定の電圧ＶＲを出力している。また、
抵抗２１の電圧降下Ｖ２１は次式（６）で与えられる。
【００４２】
【数６】 ここに、ＶTはＭＯＳＦＥＴ１１の閾値電圧である。
【００４３】コンパレータ１８に入力されるＢＧＲ回路
１７の出力電圧ＶＲと、抵抗２１の電圧降下Ｖ２１との
関係は室温時下記の通り設定してある。 ＶＲ ＞ Ｖ２１
【００４４】周囲温度が高くなると抵抗２１の抵抗値が
増大し電圧降下Ｖ２１が増大する。この電圧降下Ｖ２１
がＢＧＲ回路１７の出力ＶＲより高くなった時点でコン
パレータの出力が反転し、過熱検出が行われる。
【００４５】集積回路製造上において、ＢＧＲ回路１７
内の素子特性変動により、ＢＧＲ回路１７の出力電圧Ｖ
Ｒにバラツキが生じることがある。この場合、抵抗Ｒ２
１の電圧降下Ｖ２１は、上式（６）よりＢＧＲ回路１７
の出力電圧ＶＲの変動と同じ向き（すなわち同相）に変
動することになる。このため、コンパレータ１８の入力
差電圧のバラツキは抑えられ、検出温度の変動は最小限
度にとどめることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の過熱検出
回路は、ＢＧＲ回路の出力を定電流源の電圧源としてい
るため、電源電圧の変動に影響されずに過熱検出を行う
ことができるという利点を有する。
【００４７】また、本発明によれば、製造上のバラツキ
によりＢＧＲ回路の出力電圧に変動が生じた場合でも、
コンパレータの入力源が共に同じ向きに変動を生じるよ
うに構成されているため、検出温度のバラツキを抑える
ことができる。このため、本発明の過熱検出回路は、モ
ータ駆動回路等の消費電力の大きい回路を集積回路化す
る場合に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の過熱検出回路の第１の実施例の回路構
成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例の回路構成を示す図であ
る。
【図３】従来の過熱検出回路の回路構成を示す図であ
る。
【図４】バンドギャップ電圧源回路の回路構成の一例を
示す図である。
【符号の説明】
１１〜１４ ＭＯＳＦＥＴ １５ 抵抗 １６ ダイオード６段 １７ ＢＧＲ回路 １８ コンパレータ １９ 正電源（ＶDD） ２０ 負電源（ＶSS） ２１ 抵抗 ３１〜３４ ＭＯＳＦＥＴ ３３ 抵抗 ３４ ダイオード６段 ３５ ＢＧＲ回路 ３６ コンパレータ ３７ 正電源（ＶDD） ３８ 負電源（ＶSS）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】正電源配線と負電源配線との間に接続され
    電源電圧及び温度に依存せずに略一定の電圧を出力する
    バンドギャップ電圧源回路と、前記バンドギャップ電圧
    源回路の出力から定電流を生成する定電流源回路と、前
    記定電流源回路の出力端と負電源配線との間に接続され
    た所定の温度係数を有する回路素子と、前記バンドギャ
    ップ電圧源回路の出力電圧と前記回路素子に生じる電圧
    とを比較する比較器と、を備えて成る過熱検出回路。
  2. 【請求項２】前記定電流源回路が、前記バンドギャップ
    電圧源回路の出力に抵抗を介して入力端を接続した第１
    の電流ミラー回路と、前記第１の電流ミラー回路の出力
    端に入力端を接続した第２の電流ミラー回路から成る請
    求項１記載の過熱検出回路。
  3. 【請求項３】前記温度係数を有する回路素子が所定個数
    直列に接続されたダイオード又は抵抗から成る請求項１
    又は２記載の過熱検出回路。
  4. 【請求項４】前記バンドギャップ電圧源回路の素子特性
    のバラツキに因る出力電圧の変動に対応して前記定電流
    源回路の出力電流が変化し、前記比較器の入力差電圧に
    おいて該変動が相殺されるように構成されたことを特徴
    とする請求項１記載の過熱検出回路。
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