JPH1093355A - 高耐圧パワー集積回路 - Google Patents

高耐圧パワー集積回路

Info

Publication number
JPH1093355A
JPH1093355A JP8246439A JP24643996A JPH1093355A JP H1093355 A JPH1093355 A JP H1093355A JP 8246439 A JP8246439 A JP 8246439A JP 24643996 A JP24643996 A JP 24643996A JP H1093355 A JPH1093355 A JP H1093355A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
signal
output
overcurrent
output switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8246439A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukio Tsunetsugu
幸男 常次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8246439A priority Critical patent/JPH1093355A/ja
Publication of JPH1093355A publication Critical patent/JPH1093355A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高耐圧パワー集積回路の出力スイッチ素子の過
電流の検出を一定値で行い、外付け部品を極力省き、コ
スト削減および信頼性の向上を図る。 【解決手段】出力スイッチ素子10と、出力スイッチ素
子を駆動制御するための出力スイッチ駆動回路20と、
出力スイッチ素子の電流を電流検出用抵抗素子311に
より電圧変換して基準電圧値VREF(T)と比較し過電流時
を検出し、駆動回路をオフ状態に制御する出力スイッチ
保護回路30aと、基準電圧値が電流検出用抵抗素子に
よる変換電圧の温度係数と等しい温度係数を持つように
生成する基準電圧源とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高耐圧高電力のス
イッチ出力を必要とする高耐圧パワー集積回路に係り、
特に半導体主スイッチ素子と制御用集積回路とが同一ケ
ース内に収容された、あるいは、同一半導体チップ上に
集積化された高耐圧パワー集積回路における主スイッチ
素子を過電流から保護するための回路に関するものであ
り、例えばインテリジェント型のIGBT(絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタ)、MOSモジュール等に使
用される。
【0002】
【従来の技術】一般に、出力スイッチ素子およびその制
御用の半導体素子群が同一半導体チップ上にモノリシッ
クに集積化されたインテリジェント型の高耐圧パワー集
積回路には、過電流制限回路が設けられている。この過
電流制限回路は、出力スイッチ素子の過電流を検出して
過電流検出信号を出力し、この過電流検出信号をスイッ
チ素子用の駆動回路に伝達することにより、出力スイッ
チ素子をオフ状態にし、その破壊を防止する。
【0003】図4は、従来の高耐圧パワー集積回路の一
例の一部を示している。図4において、10は外部負荷
(本例ではモータコイル)に駆動電流を流すための出力
スイッチ素子、20は前記出力スイッチ素子10を駆動
するための出力スイッチ駆動回路、30は前記出力スイ
ッチ素子10を過電流による破壊から保護するための出
力スイッチ保護回路、40は診断出力回路である。
【0004】前記出力スイッチ素子10は、例えばマル
チエミッタ構造を有するNチャネル型のIGBTが用い
られている。このIGBT10は、コレクタが高電源端
子11に接続され、第1のエミッタ(電流出力端子)1
0aは接地端子12に接続されている。上記高電源端子
11は外部負荷13を介して集積回路外部の高電源14
に接続されている。
【0005】前記出力スイッチ駆動回路20は、集積回
路の通常の電源端子15から印加される通常の電源電圧
VBBが供給され、入力ロジック回路32の出力信号S2
に応じて前記出力スイッチ素子用のIGBT10のゲー
ト容量に対する充電電流の供給出力をオン/オフ制御す
るものである。
【0006】前記出力スイッチ保護回路30は、外部負
荷13が短絡して、過電流時を検出した時にIGBT1
0を保護するものである。この出力スイッチ保護回路3
0は、前記IGBT10の第2のエミッタ(電流検出用
端子)10bに流れる過電流を検出する過電流検出回路
31と、前記過電流検出回路31の過電流検出信号およ
び出力スイッチ駆動信号INに基づいて制御信号を生成
する入力ロジック回路32と、前記入力ロジック回路3
2の制御信号出力に基づいて前記GBT10のゲート・
エミッタ間電荷を引き抜くことにより前記IGBT10
のゲート電位を制御して過電流を制限する過電流制限回
路33とを有する。
【0007】前記過電流検出回路31は、IGBT10
の電流検出用端子10bに流れる検出用電流を電圧に変
換するための抵抗素子311と、上記抵抗素子311に
よる変換電圧を一定の基準値VREF1と比較し、上記変換
電圧が基準値VREF1を越えた過電圧時(IGBT10の
過電流時)を検出する電圧比較回路312と、前記電圧
比較回路312の出力を第1の遅延時間TD1だけ遅延さ
せる遅延回路313とを有する。ここで、上記第1の遅
延時間TD1は、主電流の不感時間における動作をマスク
する時間に設定されている。
【0008】前記入力ロジック回路32は、前記過電流
検出回路31の出力信号(遅延回路313の出力信号)
および外部から入力するリセットに基づいて、前記過電
流制限回路33を例えば時間的に二段階で制御するため
に所定の時間差TD2を有する第1の制御信号S1および
第2の制御信号S2を生成するものであり、例えば図5
に示すように構成されている。
【0009】図5に示す入力ロジック回路32は、前記
遅延回路313の出力信号ERRがセット信号としてセ
ット入力端に入力し、リセット入力端に出力スイッチ駆
動信号INが入力し、セット出力端のセット出力信号が
前記第1の制御信号S1として使用されるセット優先型
の第1のフリップフロップ回路321と、入力信号を第
2の遅延時間TD2だけ遅延させる第2の遅延回路322
と、前記第2の遅延回路322の出力信号と前記入力信
号との論理積をとる論理積回路323と、前記論理積回
路323から出力する信号がセット信号としてセット入
力端に入力し、リセット入力端に前記出力スイッチ駆動
信号INの反転信号が入力し、セット出力端Qのセット
出力信号が前記第2の制御信号S2として使用されるセ
ット優先型の第2のフリップフロップ回路324とを具
備する。
【0010】前記第2の遅延回路322は、RCの一次
遅れ要素を使用したり、電流源と容量を使用して第2の
遅延時間TD2を設定することができる。前記過電流制限
回路33は、前記入力ロジック回路32の制御信号出力
(第1の制御信号S1および第2の制御信号S2)に基
づいて前記IGBT10のゲート・エミッタ間電荷を例
えば二段階で引き抜くことにように構成されている。
【0011】即ち、前記過電流制限回路33は、前記I
GBT10のゲートと前記接地端子12との間に接続さ
れ、入力ロジック回路32からの第1の制御信号S1に
よりオン/オフ制御され、オン時には前記IGBT10
のゲート・エミッタ間電荷を引き抜く第1のプルダウン
用トランジスタ322と、前記IGBT10のゲートと
前記接地端子12との間に接続され、入力ロジック回路
32からの第2の制御信号S2によりオン/オフ制御さ
れ、オン時には前記IGBT10のゲート・エミッタ間
電荷を引き抜く第2のプルダウン用トランジスタ321
と、前記IGBT10のゲートと前記第1のプルダウン
用トランジスタ322との間に挿入接続された抵抗素子
323とを有する。
【0012】前記診断出力回路40は、前記過電流検出
回路31の出力信号(遅延回路313の出力信号)が入
力するインバータ回路41と、上記インバータ回路41
の出力がベースに入力し、エミッタが接地端子12に接
続されたオープン・コレクタ型のNPNトランジスタ4
2とを有する。
【0013】上記構成の図4の回路において、通常動作
時には、IGBT10が出力スイッチ駆動信号INに応
じてオン/オフ制御される。これに対して、負荷短絡時
などにIGBT10の出力電流が増加して基準電流を越
えた時(過電流時)には、出力スイッチ保護回路30
は、過電流時を検出して出力スイッチ駆動回路20をオ
ープンにして、IGBT10のゲートをオープンにし、
同時に第1のプルダウン用トランジスタ322をオンに
して、IGBT10のゲート・エミッタ間電荷を抵抗素
子323を介して放電し、前記第2の遅延時間TD2の経
過後に第2のプルダウン用トランジスタ321をオンに
し、完全にIGBT10をオフさせるような、二段階の
ゲート電圧制御を行うことにより、コレクタ電流を緩や
かに遮断する。このようにすることにより、サージ電圧
発生による破壊が防止される。
【0014】ところで、前記した図4の回路において、
IGBT10の第2のエミッタ(電流検出用端子)10
bに流れるセンス電流の温度係数について、図6に示す
センス電流温度係数測定回路を参照しながら考察する。
【0015】IGBT10のコレクタ電流Ic 、エミッ
タ電流Ie 、センス電流Is の間には次式の関係があ
る。 Ic =Ie +Is …(1) 過電流検出用抵抗素子311の抵抗値Rsen 、電圧降下
Vsen 、センス電流Is の間には次式の関係がある。
【0016】Vsen =Rsen ×Is …(2) 上式(1)、(2)を偏微分して整理すると、次式のよ
うになる。 (1/Is )(dIs /dt)=(1/Vsen )(dVsen /dt)…(3) (ただし、上記式中のdは偏微分の記号とする。以下同
様)図7は、あるIGBT10を使用した時のVsen と
接合温度TJ との関係(温度特性)を示している。
【0017】図7において、Vsen は正の温度係数を持
ち、TJ が25℃のVsent=0.11V、TJ が125
℃のVsen =0.15Vである。前式(3)に図7中の
値を代入する。
【0018】 (1/Vsen )(dVsen /dt) =(1/0.11)・(0.15−0.11)/(125−25)℃ =+3636(ppm/℃) …(4) このようにIGBT10のセンス電流Is が正の温度係
数を持つ理由は、IGBT10の断面構造による。
【0019】即ち、センス用エミッタ領域と主エミッタ
領域とは隣り合って配置され、耐圧をかせぐN型エピタ
キシャル層上のP型ボディ(島領域)上に高濃度のN型
不純物が拡散されて形成される。
【0020】このようなIGBT10をセンスFETと
して使うと、Vsen >Vemitter が成立し、寄生横方向
PNPセンス側のP型ボディがエミッタ領域、N型エピ
タキシャル層がベース領域、主エミッタ領域が浮かぶP
型ボディがコレクタ領域となる。高温では、上記寄生P
NPトランジスタのベースエミッタ間電圧VBEは下がる
ので、センス用エミッタ領域から主エミッタ領域に電流
が流れ易くなり、センス電流Is が増加する。
【0021】図6に示したセンス電流温度係数測定回路
においては、主コレクタ電流Ic が一定であるから、セ
ンス電流が増加することはエミッタ電流が減少すること
に等しい。
【0022】結論として、見掛け上の電流センス比(I
c /Is )は高温で小さくなり、前記過電流検出用抵抗
素子311の電圧降下Vsen を温度係数が零の基準電圧
VREF1と比較すると、高温では主コレクタ電流Ic の値
が低い領域で過電流検出を行うようになる。
【0023】そこで、前述した図4の回路では、前記過
電流検出用抵抗素子311として、前記センス電流温度
係数とは逆の負の温度係数を持つもの(例えばサーミス
タ)を使用している。
【0024】しかし、上記したように過電流検出用抵抗
素子としてサーミスタを使用する場合には、コストが高
くなり、その電極(通常、銀・バナジュームと半田)の
高温での信頼性が低い。
【0025】一方、IGBTの電流検出端子・エミッタ
電極間に温度補償用ダイオードのアノード・カソード間
を外付け接続してセンス電流の温度特性をキャンセルす
る方法があるが、外部使用部品が増え、組立て費、部品
代の上昇をまねく。この場合、温度補償用ダイオードと
してショットキーダイオードを必要とするので、例えば
125℃以上の高温での動作保証が難しい。
【0026】図8は、従来の高耐圧パワー集積回路の他
の例の一部であり、図4中に示した電流端子付きのIG
BT10(あるいは電流端子付きのFET)を使用でき
ない場合の回路例を示している。
【0027】図8の回路は、図4に示した回路と比べ
て、第2の電源端子15とIGBT90のコレクタとの
間に抵抗素子91および第2の高耐圧ダイオード92が
直列に接続されており、上記高耐圧ダイオード92のア
ノード電圧(高耐圧ダイオード92と抵抗素子91との
接続ノードの電圧)を電圧比較回路93で一定の基準値
VREF2と比較する点が異なる。
【0028】図8の回路において、主スイッチ90がオ
ンした時、 飽和電圧VCE(SAT) =RON・IC (RON …オン抵抗、IC …コレクタ電流)から電流
を検出する。高耐圧ダイオード92の順方向電圧降下を
VF(HD) で表わすと、VCE(SAT) +VF(HD) とVREF2が
比較され、 VCE(SAT) +VF(HD) >VREF2 …(4) が成立すると、過電流と判定する。
【0029】ここで、問題となるのは、(4)式は、過
電流状態だけでなく、主スイッチ90がオフ状態でも、
また、主スイッチ90のオン・オフの過渡状態でも成立
することである。
【0030】後者の対策としてはノイズフィルターを挿
入すればよく、主電流の不感時間(マスク時間)に相当
する第1の遅延時間TD1を有する前記第1の遅延回路3
13を挿入すればよい。
【0031】前者の対策としては、図8中の入力ロジッ
ク回路32aとして、図9に示すように、主スイッチ9
0がオフの期間に別途供給されるエラー信号ERRを反
転するインバータ回路191と、このインバータ回路1
91で反転した信号/ERRと入力信号との論理積をと
る第2の論理積回路192とを挿入することにより、主
スイッチ90がオン状態の時のみ入力信号(過電流検出
信号)を通すようにすればよい。
【0032】なお、図9中、図5と同一部分には同一符
号を付しており、図9の回路の動作波形の一例を図10
に示している。しかし、上記したように過電流検出用抵
抗素子として高耐圧ダイオード92を用いる場合には、
コストが割高になり、IGBT90のコレクタ電流を正
確に検出することが困難である。
【0033】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
高耐圧パワー集積回路における出力スイッチ素子の過電
流時を検出するための過電流検出回路において、過電流
検出用抵抗素子としてサーミスタを使用する場合には、
コストが高くなり、その電極(通常、銀・バナジウムと
半田)の高温での信頼性が低いという問題があった。
【0034】また、過電流検出素子として高耐圧ダイオ
ードを用いる場合には、コストが割高になり、また、I
GBTのコレクタ電圧を正確に検出することが困難であ
るという問題があった。
【0035】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、出力スイッチ素子の過電流時を検出するため
の過電流検出用抵抗素子としてサーミスタや高耐圧ダイ
オードを使用しなくても高温でも一定値の過電流検出を
行うことが可能になり、外付け部品を極力省き、コスト
削減および半田付け回数を減らして信頼性の向上を図り
得る過電流検出回路を有する高耐圧パワー集積回路を提
供することを目的とする。
【0036】
【課題を解決するための手段】本発明の高耐圧パワー集
積回路は、集積回路外部の高電源から負荷回路を介して
電源が印加される高電源端子と、前記高電源端子と接地
端子との間に接続された出力スイッチ素子と、前記出力
スイッチ素子を駆動制御するために駆動制御信号入力に
応じて上記出力スイッチ素子の制御電極に駆動信号を供
給する出力スイッチ駆動回路と、前記出力スイッチ素子
の過電流時を検出して過電流検出信号を出力し、前記駆
動回路の駆動信号をオフ状態に制御する出力スイッチ保
護回路とを具備し、前記出力スイッチ保護回路は、前記
出力スイッチ素子の電流検出用端子に流れる検出用電流
の過電流を検出する過電流検出回路と、前記過電流検出
回路の過電流検出信号および外部から入力するリセット
に基づいて制御信号を生成する入力ロジック回路と、前
記入力ロジック回路の制御信号出力に基づいて前記出力
スイッチ駆動回路の出力電流を引き抜くことにより前記
出力スイッチ素子の制御電極電位を制御して過電流を制
限する過電流制限回路とを有し、前記過電流検出回路
は、前記出力スイッチ素子の電流検出用端子に流れる検
出用電流を電圧に変換するための電流検出用抵抗素子
と、前記電流検出用抵抗素子による変換電圧を基準電圧
源から供給される所定の基準電圧値と比較し、前記変換
電圧が前記基準電圧値を越えた過電圧時を検出する電圧
比較回路と、前記電圧比較回路の出力を第1の遅延時間
だけ遅延させる第1の遅延回路とを有し、前記基準電圧
源は、前記基準電圧値が前記電流検出用抵抗素子による
変換電圧の温度係数と等しい温度係数を持つように生成
することを特徴とする。
【0037】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実
施の形態に係る高耐圧パワー集積回路の一部と集積回路
外部との接続関係を示している。
【0038】図1中に示す高耐圧パワー集積回路は、図
4を参照して前述した従来の高耐圧パワー集積回路と比
べて、過電流検出時の検出電圧と比較するために、セン
ス電流温度係数と等しい温度係数(+3636ppm/
℃)を有する基準電圧VREF(T)を生成するための基準電
圧源1をIC内に設けた点が異なる。
【0039】即ち、図1において、10は外部負荷(本
例ではモータコイル)に駆動電流を流すための出力スイ
ッチ素子、20は前記出力スイッチ素子10を駆動する
ための出力スイッチ駆動回路、30は前記出力スイッチ
素子10を過電流による破壊から保護するための出力ス
イッチ保護回路、40は診断出力回路である。
【0040】前記出力スイッチ素子10は、例えばマル
チエミッタ構造を有するNチャネル型のIGBT10が
用いられている。このIGBT10は、コレクタが高電
源端子11に接続され、第1のエミッタ(電流出力端
子)10aは接地端子12に接続されている。上記高電
源端子11は外部負荷13を介して集積回路外部の高電
源14に接続されている。
【0041】前記出力スイッチ駆動回路20は、集積回
路の通常の電源端子15から印加される通常の電源電圧
VBBが供給され、入力ロジック回路32の出力信号S2
に応じて前記出力スイッチ素子用のIGBT10のゲー
ト容量に対する充電電流の供給出力をオン/オフ制御す
るものである。
【0042】前記出力スイッチ保護回路30aは、外部
負荷13が短絡して、過電流時を検出した時にIGBT
10を保護するものである。この出力スイッチ保護回路
30aは、前記IGBT10の第2のエミッタ(電流検
出用端子)10bに流れる過電流を検出する過電流検出
回路31と、前記過電流検出回路31の過電流検出信号
および出力スイッチ駆動信号INに基づいて制御信号を
生成する入力ロジック回路32と、前記入力ロジック回
路32の制御信号出力に基づいて前記IGBT10のゲ
ート・エミッタ間電荷を引き抜くことにより前記IGB
T10のゲート電位を制御して過電流を制限する過電流
制限回路33とを有する。
【0043】前記過電流検出回路31は、IGBT10
の電流検出用端子10bに流れる検出用電流を電圧に変
換するための抵抗素子311と、上記抵抗素子311に
よる変換電圧を基準電圧源から供給される所定の基準電
圧値VREF(T)と比較し、IGBT10の過電流時に対応
する過電圧時に上記変換電圧が基準電圧値VREF(T)を越
えた時点を検出する電圧比較回路312と、前記電圧比
較回路312の出力を第1の遅延時間TD1だけ遅延させ
る第1の遅延回路313とを有する。
【0044】ここで、上記第1の遅延時間TD1は、電圧
比較回路312の出力(過電流時検出信号)の立上がり
(前縁)をIGBT10がオフ状態からオン状態になる
時間をマスクする時間だけ遅延させるものである。つま
り、主電流の不感時間の動作をマスクするために主電流
の不感時間に相当する時間に設定されている。
【0045】前記入力ロジック回路32は、前記過電流
検出回路31の出力信号(遅延回路313の出力信号)
および出力スイッチ駆動信号INに基づいて、前記過電
流制限回路33を例えば時間的に二段階で制御するため
に所定の時間差TD2を有する第1の制御信号S1および
第2の制御信号S2を生成するものであり、例えば図5
に示したように構成されている。
【0046】即ち、入力ロジック回路21は、前記第1
の遅延回路313の出力信号ERRがセット入力端に入
力し、リセット入力端に出力スイッチ駆動信号INが入
力し、セット出力端Qのセット出力信号が前記第1の制
御信号S1として使用されるセット優先型の第1のフリ
ップフロップ回路321と、入力信号を第2の遅延時間
TD2だけ遅延させる第2の遅延回路322と、前記第2
の遅延回路322の出力信号と前記入力信号との論理積
をとる論理積回路323と、前記論理積回路323から
出力する信号がセット信号としてセット入力端に入力
し、リセット入力端に出力スイッチ駆動信号INの反転
信号が入力し、セット出力端Qのセット出力信号が前記
第2の制御信号S2として使用されるセット優先型の第
2のフリップフロップ回路324とを有する。
【0047】前記第2の遅延回路322は、RCの一次
遅れ要素を使用したり、電流源と容量を使用して第2の
遅延時間TD2を設定することができる。前記過電流制限
回路33は、前記入力ロジック回路32の制御信号出力
(第1の制御信号S1および第2の制御信号S2)に基
づいて前記IGBT10のゲート・エミッタ間電荷を例
えば二段階で引き抜くことにように構成されている。
【0048】即ち、前記過電流制限回路33は、前記I
GBT10のゲートと前記接地端子12との間に接続さ
れ、入力ロジック回路32からの第1の制御信号S1に
よりオン/オフ制御され、オン時には前記出力スイッチ
駆動回路20の出力電流を引き抜く第1のプルダウン用
トランジスタ322と、前記IGBT10のゲートと前
記接地端子12との間に接続され、入力ロジック回路3
2からの第2の制御信号S2によりオン/オフ制御さ
れ、オン時には前記IGBT10のゲート・エミッタ間
電荷を引き抜く第2のプルダウン用トランジスタ321
と、前記IGBT10のゲートと前記第1のプルダウン
用トランジスタ322との間に挿入接続された抵抗素子
323とを有する。
【0049】前記診断出力回路40は、前記過電流検出
回路31の出力信号(遅延回路313の出力信号)が入
力するインバータ回路41と、上記インバータ回路41
の出力がベースに入力し、エミッタが接地端子12に接
続されたオープン・コレクタ型のNPNトランジスタ4
2とを有する。
【0050】図2は、図1中の基準電圧値VREF(T)を供
給するための基準電圧源の一例を示している。図2にお
いて、VCCノードとGNDとの間には、第1の抵抗素子
R1、コレクタ・ベース相互が接続されたNPN型の第
1のトランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間およびN
PN型の第2のトランジスタQ2のコレクタ・エミッタ
間が直列に接続されている。
【0051】上記第1のトランジスタQ1のベースにN
PN型の第3のトランジスタQ3のベースが接続されて
おり、この第3のトランジスタQ3のエミッタとGND
との間にはNPN型の第4のトランジスタQ4のコレク
タ・エミッタ間および第2の抵抗素子R2が直列に接続
されている。この場合、前記第2のトランジスタQ2と
第4のトランジスタQ4とは、エミッタ面積比が1:N
であり、互いのコレクタ・ベース相互が接続されてい
る。
【0052】前記VCCノードと前記第3のトランジスタ
Q3のコレクタとの間には第4の抵抗素子R3およびベ
ース・コレクタ相互が接続されたPNP型の第5のトラ
ンジスタQ5のエミッタ・コレクタ間が直列に接続され
ている。
【0053】上記第5のトランジスタQ5のコレクタと
GNDとの間にはNPN型の第6のトランジスタQ6の
コレクタ・エミッタ間および第3の抵抗素子R3が直列
に接続されており、上記第6のトランジスタQ6のベー
スは前記第1のトランジスタQ1のベースおよび第3の
トランジスタQ3のベースに接続されている。
【0054】さらに、前記第5のトランジスタQ5のベ
ースにPNP型の第7のトランジスタQ7のベースが接
続されており、前記VCCノードと上記第7のトランジス
タQ7のエミッタとの間に第5の抵抗素子R5が接続さ
れている。そして、上記第7のトランジスタQ7のコレ
クタ(基準電圧出力ノード)とGNDとの間には第6の
抵抗素子R6が接続されている。上記第4の抵抗素子R
4と第5の抵抗素子R5とは、それぞれ等しい抵抗値R
E に設定されている。
【0055】図2の構成の基準電圧源は、抵抗素子の抵
抗値の重み付けにより正負の温度係数を実現するもので
あり、NPN型のトランジスタのベースエミッタ間電圧
をVBE、熱起電圧をVT で表わすと、基準電圧値VREF
(T)の温度係数は次式(8)で表わされる。
【0056】 (R/R3 )・VBE+(R/R2 )・VT ・lnN …(8) (ただし、Rは第6の抵抗素子R6の値である)上式
(8)を温度で偏微分して整理すると、 (dVREF(T)/dT)= (R/R3 2 )VBE{(dR/dT)/R−(dR3 /dT)/R3 } +(R/R3 )(dVBE/dT) +lnN[(VT /VREF(T))(R/R2 2 )・(dR/dT)/R −(dR2 /dT)/R2 +(R/R2 )(dVT /dT)] …(9) となる。
【0057】(9)式において、 (dR/dT)/R−(dR3 /dT)/R3 =0 …(10) (dR/dT)/R−(dR2 /dT)/R2 =0 …(11) の条件を代入すると、 dVREF(T)/dT =(R/R3 )(dVBE/dT)+(R/R2 )(dVT /dT)lnN …(12) となる。
【0058】(12)式は、基準電圧値VREF(T)はdV
BE/dT<0、dVT /dT>0であり、温度係数を正
負どちらでも実現できることを示している。即ち、dV
REF(T)/dT>0 の条件では、 (R/R3 )(dVBE/dT)< (R/R2 )(dVT /dT)lnN …(13) になる。
【0059】なお、前式(13)は、IGBTのセンス
電流の温度係数が正の場合に基準電圧源が正の温度係数
を持つ基準電圧値VREF(T)を生成する場合を考えたが、
センス電流の温度係数が負のデバイスが存在した場合に
は、前式(13)不等号の向きが逆となる。
【0060】上記した構成の高耐圧パワー集積回路によ
れば、前記電流検出用抵抗素子による変換電圧の温度係
数と等しい温度係数(+3636ppm/℃)を持つ基準電
圧値VREF(T)を生成するIC内に基準電圧源1を設ける
ことにより、高温でも一定値で過電流検出を行うことが
可能になる。さらに、外付け部品を極力省き、コスト削
減および半田付け回数を減らして信頼性の向上を図るこ
とが可能になる。
【0061】図3は、図1中の基準電圧値VREF(T)を供
給するための基準電圧源の他の例を示している。図3に
おいて、スターター回路40は、VCCノードとGNDと
の間に第6の抵抗素子R6およびコレクタ・ベース相互
が接続されたNPN型の第1のトランジスタQ1のコレ
クタ・エミッタ間が直列に接続されている。上記第1の
トランジスタQ1のベースにNPN型の第2のトランジ
スタQ2のベースが接続されており、この第2のトラン
ジスタQ2のエミッタとGNDとの間には第5の抵抗素
子R5が接続されており、上記第2のトランジスタQ2
のコレクタ・エミッタに対応してNPN型の第3のトラ
ンジスタQ3のコレクタ・エミッタが接続されている。
【0062】一方、VCCノードと前記スターター回路4
0の第2のトランジスタ・第3のトランジスタのコレク
タ共通接続ノードとの間には、PNP型のマルチコレク
タ型の第4のトランジスタQ4のエミッタ・ベース間が
接続されている。上記第4のトランジスタQ4の第1の
コレクタは自身のベースに接続されている。
【0063】そして、上記第4のトランジスタQ4の第
2のコレクタとGNDとの間には第4の抵抗素子R4お
よびNPN型の第5のトランジスタQ5のコレクタ・エ
ミッタ間が直列に接続されており、上記第5のトランジ
スタQ5のコレクタ・ベース間にキャパシタCが接続さ
れている。
【0064】また、前記第4の抵抗素子R4に並列にP
NP型の第6のトランジスタQ6のエミッタ・コレクタ
間が接続されており、上記第6のトランジスタQ6のコ
レクタはGNDに接続されている。
【0065】また、前記第4のトランジスタQ4の第2
のコレクタにNPN型の第7のトランジスタQ7のベー
スが接続されており、上記第7のトランジスタQ7のコ
レクタはVCCノードに接続されている。そして、上記第
7のトランジスタQ7のエミッタ(基準電圧出力ノー
ド)とGNDとの間には第1の抵抗素子R1およびコレ
クタ・ベース相互が接続されたNPN型の第10のトラ
ンジスタQ10のコレクタ・エミッタ間が直列に接続さ
れている。
【0066】また、前記第7のトランジスタQ7のエミ
ッタ(基準電圧出力ノード)とGNDとの間には第2の
抵抗素子R2、NPN型の第8のトランジスタQ8のコ
レクタ・エミッタ間および第3の抵抗素子R3が直列に
接続されている。この場合、前記第10のトランジスタ
Q10と第8のトランジスタQ8とは、エミッタ面積比
が1:Nであり、第8のトランジスタQ8のコレクタは
前記第5のトランジスタQ5のベースに接続されてい
る。上記第3の抵抗素子R3の抵抗値はRである。
【0067】図3の構成の基準電圧源は、スターター回
路40を備えており、抵抗素子の抵抗値の重み付けを加
減することにより、VBEが持つ負の温度係数とVT が持
つ正の温度係数とを抵抗値で重み付けし、正負の温度係
数を実現するものである。
【0068】抵抗素子R1に流れる電流をI1、抵抗素
子R2およびR3に流れる電流をI2、トランジスタの
逆方向飽和電流をIs で表わすと、 R1・I1=R2・I2 …(14) VT ・ln(I1/Is )=VT ・ln(I2/N・Is )+R・I2 …(15) VREF(T)=VBE(Q10) +R2・I2 …(16) (14)式、(15)式を(16)式に代入すると、 VREF(T)=VBE+(R2/R)VT ・ln(N・R2/R1) …(17) ここで、R2、Rの温度係数は等しいと仮定した場合、
上式(17)を温度で偏微分して整理すると、 (dVREF(T)/dT)=(dVBE/dT) +(R2/R)(dVT /dT)ln(N・R2/R1) …(18) となる。ここで、R1=R2=RA、RA/R=Mとお
くと、 (dVREF(T)/dT)=(dVBE/dT) +M(dVT /dT)lnN …(19) となる。ここで、 VT =kT/q …(20) (ただし、k:ボルツマン定数=1.38×1023[J/
K]、q:電子の電荷量=1.6 ×10-19 [C]、T:
絶対温度である) また、dVBE/dT<0、dVT /dT>0の関係があ
り、Mを変えることにより、基準電圧値VREF(T)の温度
係数を正負どちらでも実現できる。
【0069】なお、本発明は、出力スイッチ素子とし
て、前記IGBTに限らず、マルチエミッタ構造を有す
るIGBT、MOSFET、マルチソース構造を有する
DMOSFESTなどの電圧駆動型のパワートランジス
タ、バイポーラトランジスタ、サイリスタなどを有する
高耐圧パワー集積回路に対しても適用可能である。
【0070】
【発明の効果】上述したように本発明の過電流検出回路
を有する高耐圧パワー集積回路によれば、出力スイッチ
素子の過電流時を検出するための過電流検出用抵抗素子
としてサーミスタや高耐圧ダイオードを使用しなくても
高温でも一定値の過電流検出を行うことが可能になり、
外付け部品を極力省き、コスト削減および半田付け回数
を減らして信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高耐圧パワー集積回路の実施の形態に
おける出力駆動回路および出力スイッチ保護回路を示す
構成説明図。
【図2】図1中の基準電圧値VREF(T)を供給するための
基準電圧源の一例を示す回路図。
【図3】図1中の基準電圧値VREF(T)を供給するための
基準電圧源の他の例を示す回路図。
【図4】従来の高耐圧パワー集積回路の一例の一部を示
す回路図。
【図5】図4中の入力ロジック回路の一例を示す回路
図。
【図6】図4の回路においてIGBTのセンス電流の温
度係数を測定する回路の一例を示す回路図。
【図7】IGBTを使用した時のVsen と接合温度TJ
との関係の一例を示す温度特性図。
【図8】従来の高耐圧パワー集積回路の他の例の一部を
示す回路図。
【図9】図8中の入力ロジック回路の一例を示す回路
図。
【図10】図9の回路の動作の一例を示す波形図。
【符号の説明】
10…出力スイッチ素子、 10a…第1のエミッタ(電流出力端子)、 10b…第2のエミッタ(電流検出用端子)、 11…高電源端子、 12…接地端子、 13…外部負荷、 14…高電源、 15…通常の電源端子、 20…出力スイッチ駆動回路、 21…入力ロジック回路、 30a…出力スイッチ保護回路、 31…過電流検出回路、 311…電流検出用抵抗素子、 312…電圧比較回路、 313…遅延回路、 32…過電流制限回路、 321…第2のプルダウン用トランジスタ、 322…第1のプルダウン用トランジスタ、 323…短絡電流制限用の抵抗素子、 40…診断出力回路。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集積回路外部の高電源から負荷回路を介
    して電源が印加される高電源端子と、 前記高電源端子と接地端子との間に接続された出力スイ
    ッチ素子と、 前記出力スイッチ素子を駆動制御するために駆動制御信
    号入力に応じて上記出力スイッチ素子の制御電極に駆動
    信号を供給する出力スイッチ駆動回路と、 前記出力スイッチ素子の過電流時を検出して過電流検出
    信号を出力し、前記駆動回路の駆動信号をオフ状態に制
    御する出力スイッチ保護回路とを具備し、 前記出力スイッチ保護回路は、前記出力スイッチ素子の
    電流検出用端子に流れる検出用電流の過電流を検出する
    過電流検出回路と、前記過電流検出回路の過電流検出信
    号および外部から入力するリセットに基づいて制御信号
    を生成する入力ロジック回路と、前記入力ロジック回路
    の制御信号出力に基づいて前記出力スイッチ駆動回路の
    出力電流を引き抜くことにより前記出力スイッチ素子の
    制御電極電位を制御して過電流を制限する過電流制限回
    路とを有し、 前記過電流検出回路は、前記出力スイッチ素子の電流検
    出用端子に流れる検出用電流を電圧に変換するための電
    流検出用抵抗素子と、前記電流検出用抵抗素子による変
    換電圧を基準電圧源から供給される所定の基準電圧値と
    比較し、前記変換電圧が前記基準電圧値を越えた過電圧
    時を検出する電圧比較回路と、前記電圧比較回路の出力
    を第1の遅延時間だけ遅延させる第1の遅延回路とを有
    し、 前記基準電圧源は、前記基準電圧値が前記電流検出用抵
    抗素子による変換電圧の温度係数と等しい温度係数を持
    つように生成することを特徴とする高耐圧パワー集積回
    路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高耐圧パワー集積回路に
    おいて、 前記過電流制限回路は、前記入力ロジック回路からの第
    1の制御信号および第2の制御信号に基づいて前記出力
    スイッチ駆動回路の出力電流を時間的に二段階で引き抜
    く回路を有し、 前記過電流制限回路は、前記出力スイッチ素子の制御電
    極と前記接地端子との間に接続され、前記入力ロジック
    回路からの第1の制御信号によりオン/オフ制御され、
    オン時には前記出力スイッチ駆動回路の出力電流を引き
    抜く第1のプルダウン用トランジスタと、前記出力スイ
    ッチ素子の制御電極と接地端子との間に接続され、前記
    入力ロジック回路からの第2の制御信号によりオン/オ
    フ制御され、オン時には前記出力スイッチ駆動回路の出
    力電流を引き抜く第2のプルダウン用トランジスタと、
    前記出力スイッチ素子の制御電極と前記第1のプルダウ
    ン用トランジスタとの間に挿入接続された短絡電流制限
    用の抵抗素子とを有することを特徴とする高耐圧パワー
    集積回路。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の高耐圧パワー集
    積回路において、 前記入力ロジック回路は、前記過電流検出回路の出力信
    号および出力スイッチ駆動信号に基づいて所定の時間差
    を有する第1の制御信号および第2の制御信号を生成す
    ることを特徴とする高耐圧パワー集積回路。
  4. 【請求項4】 請求項1または2記載の高耐圧パワー集
    積回路において、 前記入力ロジック回路は、前記過電流検出回路の出力信
    号の反転信号がセット入力端に入力し、リセット入力端
    に前記出力スイッチ駆動信号の反転信号が入力し、セッ
    ト出力信号が前記第1の制御信号として使用されるセッ
    ト優先型の第1のフリップフロップ回路と、前記過電流
    検出回路の出力信号の反転信号を第2の遅延時間だけ遅
    延させる第2の遅延回路と、前記第2の遅延回路の出力
    信号と前記ゲート回路の出力信号との論理積をとる論理
    積回路と、前記論理積回路から出力する信号がセット信
    号としてセット入力端に入力し、リセット入力端に前記
    出力スイッチ駆動信号が入力し、セット出力端のセット
    出力信号が前記第2の制御信号として使用されるセット
    優先型の第2のフリップフロップ回路とを具備すること
    を特徴とする高耐圧パワー集積回路。
  5. 【請求項5】 請求項1または2記載の高耐圧パワー集
    積回路において、 前記入力ロジック回路は、前記過電流検出回路の出力信
    号と前記出力スイッチ駆動信号の反転信号との論理積を
    とる第1の論理積回路と、前記第1の論理積回路の出力
    信号がセット信号としてセット入力端に入力し、リセッ
    ト入力端に前記出力スイッチ駆動信号の反転信号が入力
    し、セット出力端のセット出力信号が前記第1の制御信
    号として使用されるセット優先型の第1のフリップフロ
    ップ回路と、前記第1の論理積回路の出力信号を第2の
    遅延時間だけ遅延させる第2の遅延回路と、前記第2の
    遅延回路の出力信号と前記第1の論理積回路の出力信号
    との論理積をとる第2の論理積回路と、前記第2の論理
    積回路から出力する信号がセット信号としてセット入力
    端に入力し、リセット入力端に前記出力スイッチ駆動信
    号の反転信号が入力し、セット出力端のセット出力信号
    が前記第2の制御信号として使用されるセット優先型の
    第2のフリップフロップ回路とを具備することを特徴と
    する高耐圧パワー集積回路。
JP8246439A 1996-09-18 1996-09-18 高耐圧パワー集積回路 Pending JPH1093355A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8246439A JPH1093355A (ja) 1996-09-18 1996-09-18 高耐圧パワー集積回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8246439A JPH1093355A (ja) 1996-09-18 1996-09-18 高耐圧パワー集積回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1093355A true JPH1093355A (ja) 1998-04-10

Family

ID=17148486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8246439A Pending JPH1093355A (ja) 1996-09-18 1996-09-18 高耐圧パワー集積回路

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1093355A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010160140A (ja) * 2008-12-12 2010-07-22 Nissan Motor Co Ltd 過電流検出装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010160140A (ja) * 2008-12-12 2010-07-22 Nissan Motor Co Ltd 過電流検出装置
US8760889B2 (en) 2008-12-12 2014-06-24 Nissan Motor Co., Ltd. Over-current detecting apparatus for switching element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6269011B1 (en) Power supply system having semiconductor active fuse
US6054890A (en) Electronic switching circuit with reduction of switching transients
US5635823A (en) Current detector circuit
EP0166581A2 (en) Cmos circuit overvoltage protection
CA1322023C (en) Power transistor drive circuit with improved short circuit protection
WO2022111240A1 (zh) 一种智能低边功率开关的控制电路及芯片
JPH05308717A (ja) 短絡保護回路
JPH07298602A (ja) パワー素子駆動回路
CN111030431B (zh) 半导体装置
JP3075007B2 (ja) スイッチング装置及びダブルゲート型半導体装置の制御装置
JPH0220116A (ja) 半導体デバイスの過熱検出回路装置
JP4223375B2 (ja) 半導体装置
USRE34107E (en) Power transistor drive circuit with improved short circuit protection
US4788459A (en) Bi-CMOS voltage level conversion circuit
US11448178B2 (en) Switch control circuit and igniter
JP3036423B2 (ja) 半導体装置
JPH1093355A (ja) 高耐圧パワー集積回路
JP3679297B2 (ja) 電力供給系
CN214707671U (zh) 一种智能低边功率开关的控制电路及芯片
JP3325303B2 (ja) 保護機能を備えたスイッチ装置
JPH04280670A (ja) スイッチ回路およびゲート電圧クランプ型半導体装置
JPH08316472A (ja) 電流供給回路
JP3468067B2 (ja) 電圧駆動型半導体素子の過電流抑制回路
JP2914408B2 (ja) 高耐圧集積回路
JP2000299627A (ja) 負荷電流微分検出・制御回路