KR0135532B1 - 반도체 디바이스 구동용 회로장치 - Google Patents

반도체 디바이스 구동용 회로장치

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KR0135532B1
KR0135532B1 KR1019880006672A KR880006672A KR0135532B1 KR 0135532 B1 KR0135532 B1 KR 0135532B1 KR 1019880006672 A KR1019880006672 A KR 1019880006672A KR 880006672 A KR880006672 A KR 880006672A KR 0135532 B1 KR0135532 B1 KR 0135532B1
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하비 비드 필립
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이반 밀러 레르너
필립스 일렉트로닉스 엔. 브이
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Abstract

내용 없슴

Description

반도체 디바이스 구동용 회로 장치
첨부 도면은 본 발명에 따른 회로 장치(circuit arrangement)의 실시예를 포함하는 회로에 대한 회로도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
1 : MOST2 : 드레인 전극
3 : 제 1 공급 단자4 : 소스 전극
5 : 부하6 : 제 2 공급 단자
9 : MOST의 게이트10 : 회로 장치
11, 12, 14, 18, 19 : 단자20 : 임계치 검출 회로
22 : 논리 회로24 : 전하 펌프(pump) 회로
29 : 제 1 브레이크다운(breakdown) 회로 장치
30 : 제 2 브레이크다운 회로 장치
118 : CMOS NOR 게이트120 : CMOS 인버터(inverter)
본 발명은 전원 양단의 부하와 직렬로 접속된 반도체 디바이스 구동용 회로 장치에 관한 것으로, 상기 회로 장치는, 반도체 디바이스의 원하는 도전 상태를 규정하는 제어 신호에 응답하여 반도체 디바이스의 제어 전극에 적절한 신호를 인가시키는 수단과, 전원 전압이 소정의 임계치를 초과하는지를 검출하기 위한 수단과, 공급 전압이 임계치를 초과하는 것을 임계치 검출 수단이 검출할 때 전원의 제1단자와 제어 전극을 접속시킴으로써 반도체 디바이스가 도전하게 하는 수단을 포함한다.
이와 같은 회로 장치들은 전력 회로에서 출력 트랜지스터, 사이리스터(thyristor), 3극관 교류 스위치(triac), 등을 구동하기 위한 다수의 응용 분야에서 요구된다. 특수한 예에서, 반도체 디바이스 및 그 관련 회로 장치는 램프(Lamp) 또는 전기 모터를 제어하는 전자 스위치로서 작용할 수도 있다.
특히 유도성 소자들이 이를테면 차량에서와 같은 시스템의 일부를 형성하는 몇몇 응용 분야에서 , 전압 공급원은 보통의 전자 기계적 스위치보다 더 쉽게 반도체 스위치를 손상시킬 수 있는 고전압 과도 현상 또는 '스파이크(spikes)'를 받기가 쉽다. 과도 전압은 반도체 디바이스 내의 접합을 브레이크다운시키고, 영구적인 손상을 줄 가능성이 있다.
영국 특허 제 1534206 호 명세서에는 이와 같은 회로 장치에 대해 기술되어 있으며, 공급 전압이 달리 원하는 상태와는 상관없이 임계치를 초과할 때 반도체 디바이스를 턴온시킴으로써 상기와 같은 문제점을 경감시키는 것을 목적으로 하고 있다.
공지된 회로 장치는 반도체 디바이스, 즉 트랜지스터가 턴오프(비도전)시 과도 현상에 의해 손상을 받기가 더욱 쉬운데, 왜냐하면 트랜지스터가 자체의 주전류 전송 단자들 양단에 인가된 공급원 및 과도 전류의 전전압을 갖기 때문이라는 사실을 이용한다. 브레이크다운 전류가 턴오프된 반도체 디바이스를 통해 흐르게 하는 고전압 과도 현상 동안, 이러한 커다란 전압 강하가 의미하는 바는 많은 양의 에너지가 반도체 내에서 소비되어 열에의해 손상을 초래할 수도 있다는 것이다. 반대로, 반도체 디바이스가 온(도전) 상태 시에, 공급 전압(따라서 모든 과도 현상이 공급 전압에 중첩됨)은 제어되는 부하 양단에 주로 인가되고, 그것의 정상 동작의 일부로서 과도 현상에 저항하도록 구성된다. 디바이스의 달리 원하는 상태가 '오프'상태일때에도, 과도한 고전압의 기간 동안 반도체 디바이스를 턴온시킴으로써, 부하는 적오도 과도 전압 중 일부를 강하하도록 되어 있다. 이것은 반도체 디바이스 내에서 발생된 열 에너지를 경감시켜 손상을 방지한다. 효과적인 보호를 위해 임계치 검출 수단은 가능한한 가장 짧은 시간 동안에 공급원의 제1 단자에 가능한한 직접적으로 제어 전극을 접속시켜 정상 구동회로와 무관하게 작용하여야 된다고 공지되어 있다.
상기 공지된 회로 장치에서는 문제점이 생기는데, 상기 응용은 반도체 디바이스가 제어 신호에 응답하여 신속하게 턴오프될 것을 요구한다는 것이다. 신속한 턴오프를 달성하기 위하여, 제어 전극에 신호를 인가시키는 수단은 원하는 도전 상태가 '오프(비도전)'일 때 전원의 제2단자에 제어 전극을 접속시키는 능동성 턴오프 수단을 구비할 수도 있다. 이것은 커다란 전력 디바이스들의 제어 전극들과 필연적으로 관련되는 커다란 캐패시턴스를 신속하게 방전시키는데 효과적이다. 예를 들면, 전력용 금속 산화물 반도체형 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs)들은 전력 디바이스의 크기 및 유형에 의존하여 수집 또는 수백 피코패럿(pF)의 게이트 캐패시턴스를 가질 수도 있다.
그러나 상술한 직접 작용하는 공지된 보호 회로 장치를 능동성 턴오프 수단과 조합하는 것은 상기 턴오프 수단이 스파이크의 발생시 고전류에 의해 손상될 수도 있는 문제점을 야기시키는데, 그 이유는 상기 보호 회로 장치가 상기 턴오프 수단(예, 전도성 풀다운 트랜지스터)의 양단에 전과도(full transient) 전압을 가하도록 작용하기 때문이다. 한 가지 해결책은 상기 턴오프 수단이 과도 전류가 안전 레벨에 제한되는 충분히 높은 저항을 갖도록 하는 것이다. 이와 같은 해결책을 채택한 공지된 회로는 1986년 I.E.E.E. Industrial Applications Socitey Annual Meeting의 Conference Record, 429-433쪽에서 J. Tihanyi 및 M. Glogolja에 의해 설명된 Siemens 사의 BTS412 인텔리전트 전력 스위치 집적 회로이다. 특히, 430쪽의 제2도에 도시되어 있는 저항 RG를 참조한다. 그러나, 필요한 고저항은 턴오프 회로장치에 의해 구동되는 반도체 디바이스의 신속한 턴오프를 달성하는데 있어서 턴오프 회로 장치를 효과적이지 못하게 한다.
본 발명의 목적은 반도체 디바이스의 신속한 턴오프를 달성할 수 있으면서 고전압 과도 현상으로 인한 손상의 가능성을 최소화시켜 주는 서두에 진술한 바와 같은 회로 장치의 제공을 가능하게 하는데 있다.
본 발명은, 전원 양단의 부하와 직렬로 접속된 반도체 디바이스를 구동하기 위한 것으로, 반도체 디바이스의 원하는 도전 상태를 규정하는 제어 신호에 응답하여 반도체 디바이스의 제어 전극에 적절한 신호를 인가시키는 수단과, 전원 전압이 소정의 임계치를 초과하는지를 검출하지 위한 수단과, 공급 전압이 임계치를 초과하는 것을 임계치 검출 수단이 검출할 대 전원의 제 1 단자와 제어 전극을 접속시킴으로써 반도체 디바이스가 도전하게 하는 수단을 포함하고, 제어 전극에 신호를 인가시키는 수단은 원하는 도전 상태가 '오프(비도전)' 일 때 전원의 제 2 단자에 제어 전극을 접속시키기 위한 능동성 턴오프 디바이스를 포함하는 회로 장치에 있어서, 공급 전압이 임계치를 초과할 때 턴오프 수단을 무능하게 하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치를 제공한다. 스파이크 동안에 턴오프 수단을 무능하게 함으로써, 그 기능의 심각한 손상 없이 상기 턴오프 수단에 대한 손상이 방지된다.
공급원의 제 1단자에 제어 전극을 접속시키는 수단은 제어 전극에 적절한 신호를 인가시키는 수단을 무효화하기 위해 전극에 비교적 직접적으로 작용하도록 배열하고, 턴오프 수단을 무능하게 하는 수단은 제어 전극에 적절한 신호를 인가하는 수단을 통해 비교적 간접적으로 작용하도록 배열된다. 이와 같은 회로 장치는 같은 순간에 턴오프 수단을 무능하게 하지 않고 직접 작용하는 공지된 보호 회로 장치의 신속한 응답을 유지한다. 턴오프 수단은 연속해서 정상 제어 회로에 의해 무능하게 되고, 이것은 턴오프 수단내의 과도 열소비를 안전 레벨로 제한하도록 스파이크의 개시 후에 실행된다.
전원 전압이 임계치를 초과하는지를 검출하여 반도체 디바이스가 도전하게 하는 수단은 전압 공급원의 제 1단자 및 제어 전극간의 접속을 위해 배열된 브레이크다운 회로 장치를 포함하며, 이 브레이크다운 회로 장치는 원하는 도전 상태가 '오프(비도전)'일 때 역바이어스되도록 직렬로 접속된 하나 이상의 반도체 브레이크다운 다이오드를 구비한다. 이것은 본 발명의 간단하고 신속한 동작의 실시예를 제공할 수 있게 한다. 반도체 디바이스 브레이크다운 다이오드는 제너(zener)형 또는 애벌런치형이다.
브레이크다운 회로 장치는 브레이크다운 다이오드와 직렬로 접속되어 있지만 브레이크다운 다이오드를 통해 순방향 도전을 저지하도록 반대 극성으로 되어 있는 반도체 다이오드를 더 포함한다. 이와 같은 형태는, 임의 동작 모드에서, 예를 들면 온 상태 동안, 브레이크다운 회로 장치가 만약 그렇지 않으면 도전 상태로 바이어스되어 회로 장치의 동작을 방해하는 경우 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 저지 다이오드가 없다면, 제어 출력은 제 1 공급원 단자의 전압을 거의 초월하는 전압까지 용이하게 상승될 수 없을 것이다.
턴오프 수단을 무능하게 하는 수단은 또다른 임계치 검출 수단의 출력으로 제어 신호를 게이트하는 논리 회로를 구비한다. 이것은 기본적인 구동 회로로 비교적 간단히 변형하여 필요한 보호 회로가 제공될 수 있게 한다. 상기 또다른 임계치 검출 수단은 먼저 설명한 임계치 검출 수단과 조합될 수도 있거나 독립될 수도 있다.
논리 회로의 동작에 포함되어 있는 전파(propagation) 지연 때문에, 직접 작용하는 간단한 브레이크다운 회로 장치는 과도 현상에 대해 더 즉각적인 응답을 제공하는 이점이 여전히 있지만, 상술한 변형이 추가로 이루어지는 경우, 오직 턴오프 수단만이 논리 신호가 논리 및 구동 회로를 통해 전파되는 동안에 짧은 주기 동안 고전류가 흐른다. 상기와 같은 변형의 또다른 이점은 임계치 검출 회로의 출력 역시 회로 장치가 예를 들어 풀업(pull-up) 트랜지스터에 의해 제1 공급원 단자에 제어 출력을 접속시키게 한다는 것이다. 이것은 간단한 브레이크다운 회로 장치보다 더 효과적으로 제어 출력에 접속된 전력 반도체 디바이스를 턴온시킬 수 있지만, 다만 신속한 동작은 풀업 트랜지스터 양단에서의 전압 강하와 비교하여 큰 브레이크다운 전압 이하로는 도전하지 않는다.
또는 임계치 검출 수단은 전원 양단에 접속된 전위 분할 회로 장치를 포함하고, 이 분할기의 한 지부(arm)는 임계치를 규정하는 하나 이상의 반도체 브레이크다운 디바이스를 포함한다. 이러한 전위 분할 회로 장치는 하나 이상의 역방향 바이어스된 제너 또는 애벌런치 다이오드와의 직렬의 저항 디바이스를 포함한다. 회로 장치가 MOS 트랜지스터를 이용하여 구성되는 경우, 저항은 MOS 저항 디바이스로서 제공되며, 임계치 검출 수단을 회로 장치의 나머지 부분과 집적화하는데 적합하게 한다.
제어 전극에 신호를 인가시키는 수단은 이용 가능한 공급 전압의 범위외 전압으로 신호를 제어 전극에 인가하는 전압원을 포함한다. 예를 들어 구동되는 반도체 디바이스가 공통 드레인 또는 공통 컬렉터의 형태로 접속된 MOS 또는 이극 트랜지스터인 경우, 전압원이 필요하게 되는데, 그 이유는 게이트 또는 베이스 전압이 디바이스를 완전하게 턴온시키기 위해 공급 전압보다 높게 상승되어야 하기 때문이다.
전압원은 전하 펌프(pump) 회로를 포함한다. 전하 펌프는 용이하게 저전류 전압원을 직접화하고, 예를 들어 회로 장치가 공통 드레인 접속의 MOSFET의 게이트를 구동하는데 사용되는 경우에 특히 유용하다. 회로 장치는 임계치가 초과된 외부 회로와 통신하기 위한 출력 신호를 발생시키는 수단을 포함한다.
본 발명은 또한 반도체 출력 디바이스 및 본 발명에 따른 회로 장치를 구비하고, 이 회로 장치가 상기 출력 디바이스의 제어 전극에 접속되는 전자 회로를 제공한다. 출력 디바이스는 예를 들어 DMOS 전력 트랜지스터이다. 적어도 회로 장치의 일부는 출력 디바이스와 동일한 반도체 상에 직접화된다.
본 발명은 또한 차량용이나 유사 응용 분야에 이용하기에 적합한 인텔리전트 전력 스위치를 제공한다. 이와 같이 인텔리전트 전력 스위치는 고전압 과도 현상에 대해 붙박이 보호 회로를 갖는 반도체 전력 스위치 회로 장치를 제공한다.
이제 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 예로서 기술되는데, 단일 도면은 본 발명에 따른 회로 장치의 실시예를 포함하는 회로도이다.
상기 도면은 n채널 금속 산화물 반도체 전력 트랜지스터, 즉 전력 MOST(1)를 구동시키는 본 발명에 따른 회로 장치(10)를 도시하는 도면이다. MOST(1)은 제 1 공급원 단자(3)에 접속된 드레인 전극(2), 및 제어되어야 할 부하(5)의 한 단자에 접속된 소스 전극(4)을 갖는다. 부하(5)의 또다른 단자는 제 2 공급원 단자(6)에 접속된다. 상기 단자(3)는 예를 들면, 차량 배터리의 포지티브 전극에 접속되고, 상기 단자(6)는 차량 샤시(chassis)또는 접지에 접속된다. MOST(1)는 또한 기술적으로 공지되어 있는 바와 같이 (8)에서 전류 감지 회로와 접속시키기 위해 또다른 소스 전극(4)을 갖는다.
MOST(1)의 게이트(9)는 단자(11)를 통해 회로 장치(10)의 제어 출력에 접속된다. 회로 장치(10)는 또한 단자(12)에 접속된 제어 입력을 가지며, 단자(14) 및 단자(18)를 통해 공급원 단자 (6)(OV) 및 (3)(VBATT)에 각각 접속된다. 상기 회로 장치(10)는 또한 저전압 공급원 단자(19)를 통해, 사용된 조정기에 따라 5내지 12볼트의 전압인 전압 조정기(도시 안됨)의 출력에 접속된다.
제 1 브레이크다운 회로 장치(29)는 단자(18)(VBATT)에 접속된 제 1 단, 및 제어 출력 단자(11)에 접속되어 MOST(1)의 게이트에 접속된 제 2 단을 갖는다. 제 1브레이크다운 회로 장치(29)는 다이오드들의 직렬 체인(chain)을 구비하며, 이것은 저지 다이오드(D13)에서 시작하고 이 저지 다이오드의 애노드(anode)는 제 1 단에서 단자(18)(VBATT)와 접속된다. 4개의 브레이크다운 다이오드(29a-29d)는 (D13)의 캐소드 및 출력 단자(11) 사이에 직렬로 접속된다. 브레이크다운 다이오드(29a-29b)는 다이오드(D13)와 반대 방향으로 접속되고, 이 때 다이오드(29a)의 캐소드는 (D13)의 캐소드에 접속되며 다이오드(29a)의 애노드는 단자(11)에 접속된다.
동작에 있어서 신호는 하기에서 기술되는 수단에 의해 단자(11)에서 발생되어, MOST(1)가 온(단자 11은 고전압)인지 또는 오프(단자 11은 저전압)인지를 규정하는 MOST(1)의 게이트(9)에 인가된다. 통상의 동작에 있어서, 브레이크다운 회로 장치는 다이오드(D13) 또는 다이오드(29a-29d)가 역방향 바이어스되므로, 실제로는 개방 회로이다. 그러나, 제 1 브레이크다운 회로 장치(29)는 지렬로 접속된 다이오드들의 수 및 각 다이오드들의 브레이크다운 전압에 의존하는 전압에서 물론 브레이크다운하게 한다. 다이오드(29a-29d)는 제너 또는 애벌런치 다이오드이고, 4개의 브레이크다운 다이오드들의 체인은 원하는 임계 전압을 달성하기 위해 그보다 적은 수의 다이오드들의 체인으로 대체 가능하다. 도시된 바와 같은 4개의 다이오드에서, 각각의 다이오드(29a-29d)가 약 12볼트의 브레이크다운 전압을 갖는 경우 VBATT의 검출 임계치는 약 50볼트가 된다.
전압 VBATT가 제 1 브레이크다원 회로 장치(29)의 브레이크다운 전압에 의해 규정된 임계치 이상의 전압까지 상승할 때, 통상 오프 상태에서 역방향 바이어스되는 다이오드(29a-29d)는 브레이크다운되어 제어 출력 단자 (11) 및 공급원(VBATT) 사이에서 순방향 바이어스된 다이오드(D13)를 통해 저저항 경로를 형성한다. 이것은 고전압 과도 현상 동안 MOST(1)을 턴온시키는 효과를 가지며, 거의 즉각적인 응답을 제공하여 MOST(1)의 게이트 보통 인가되는 신호들을 무효화한다. 회로 장치(29)는 VBATT이하 약 50볼트보다는 높지 않도록 MOST(1)의 게이트(9)에서 전압을 제한하는 범위 내로 도전시킨다는 것을 주목해야 한다. 그러므로, MOST(1)는 그 전압까지의 전압에서의 과도 전류에서 기인하는 전력 소비를 견딜 수 있어야 하지만, 이것이 본 실시예에서는 하기에서 설명되는 바와 같이, 스파이크의 검출에 이어지는 직후의 기간에 대해서만 성립한다. 다이오드(D13)는 단자(11)에서의 전압이 VBATT이상으로 상승할 때, 그렇지 않으면 온 상태에서 일어나는 다이오드 (29a-29d)를 통한 순방향 도전을 저지하도록 제공된다.
회로 장치(10)는 또한 임계치 검출 회로(20)와, 논리 회로(22)와, 전하 펌프 회로(24)를 포함한다. 임계치 검출 회로(20)는 직렬로 접속된 4개의 브레이크다운 다이오드(30a-30d)를 포함하는 제 2 브레이크다운 회로 장치(30)를 구비하고, 다이오드(30a)의 캐소드는 공급원 단자(18)(VBATT)에 접속된다. 다이오드(30d)의 애노드는 저항 디바이스(RD8)의 한 단에 접속되고, 상기 저항 디바이스(RD8)의 다른 한 단은 또다른 저항 디바이스(RD9)를 통해 공급원 단자(14)(OV)에 접속된다. 또다른 브레이크다운 다이오드(D7)가 (RD9)와 병렬로 접속되고, 상기 다이오드(D7)의 애노드는 공급원 단자 (14)에 접속되면 (D7)의 캐소드는 (RD9) 및 (RD8)의 접합점(112)에 접속된다. 저항 디바이스 (RD8) 및 (RD9)의 접합점(112)은 회로(20)의 출력(32)을 형성하고, 논리 신호(HV)를 전한다. 단자(33)(점선으로 표시)는 출력(32)(HV)에 접속되어, 필요한 경우 외부 회로에 상기 신호(HV)의 지시를 제공한다.
통상의 동작에서, 출력(32)은 역방향 바이어스된 다이오드(30a-30d) 양단의 전압이 브레이크단운을 일으키는데 충분하지 못하므로 저항 디바이스(RD9)에 의해 낮게 유지된다. 이와 같이, 출력(32)은 통상의 동작을 나타내는 신호 HV=0을 전한다. 그러나, 지나치게 높은 전압 과도 현상이 공급원 단자 (14) 및 (18) 양단에서 일어나는 경우, 다이오드(30a-30d)는 브레이크다운하여 도전하고, 출력(32)은 다이오드(30a-30d)의 낮은 브레이크 다운 저항 때문에 높개 된다. 이와 같이, 전압 공급에서의 고전압 과도 현상 또는 '스파이크' 동안 신호 HV=1이 출력(32)에 공급된다. 다이오드(D7)는 스파이크 동안 논리 회로(22)의 입력에 인가되는 전압을 제한하는데 소용되어 회로(22)ㅡ이 입력 트랜지스터의 손상을 방지한다.
신호 HV=1에 의해 지시된 VBATT의 임계치를 규정하는 브레이크다운 회로 장치(30)의 브레이크다운 전압은 상술한 제 1 브레이크다운 회로 장치 (29)의 경우에서와 같이 직렬 체인(30a-30d)의 다이오드들의 수 및 각 다이오드의 브레이크다운 전압에 의해 결정된다. 또한 또다른 브레이크다운 다이오드(D7)가 약 12볼트의 브레이크다운 전압을 갖는 경우, 그리고 단자 (14) 및 (19) 간의 저전업 공급 전압이 12볼트가 되도록 VLOW가 조정되는 경우, 다이오드(D7)는 거의 저전압 공급원의 범위 내에 있도록 저전압 논리 회로(22)에 대한 입력을 제한한다.
논리 회로(22)는 4 개의 트랜지스터(T57-T60)를 구비한 2 입력 CMOPS NOR 게이트(118), 및 두 개의 트랜지스터(T61, T62)를 구비하고 출력(124)을 갖는 CMOS 인버터(120)로 구성된다. 이런 CMOS 회로는 저전압 공급원 단자(14) 및 (19)에 접속된다. NOR 게이트(118)의 한 입력은 제어 입력 단자(12)에 접속되고, NOR 게이트(118)의 또다른 입력은 임계치 검출 회로(20)의 출력(32)에 접속된다. NOR 게이트(118)의 출력(122)은 인버터(120)의 입력에 접속된다.
동작에 있어서, 신호(ON)가 MOST(1)의 원하는 상태를 규정하도록 제어 입력 단자(12)에 인가된다. 신호(HV) 및 (ON)의 논리적 OR 조합은 출력(124)에서 유용한 반면, 상보성 신호, 즉 NOR 조합은 (122)에서 유용하다 . 상기 출력(122), 124)은 모두 논리 회로(22)의 출력을 형성한다.
전하 펌프 회로(24)는 두 개의 고전압 n채널 트랜지스터(T63, T65)를 포함한다. 상기 트랜지스터(T63, T65)의 소스는 공급원 단자(14)(OV)에 접속되고, 이들의 게이트는 회로(24)의 게이트 입력을 모드 형성하는 한 쌍의 상보성 입력을 형성한다. (T63)의 게이트는 논리 회로(22)의 출력(124)에 접속되는 반면, (T65)의 게이트는 라인(131)을 통해 논리 회로(22)의 상보성(NOR) 출력(122)에 접속된다. 또다른 고전압 n채널 트랜지스터(T67)는 라인(131)에 접속된 게이트를 갖고, 트랜지스터(T65, T67)의 소스는 공급원단자(14)(OV)에 접속된다.
발진기 회로(도시 안됨)에 의해 구동되는 또다른 입력 단자 (36)(CP)는 두 캐패시터(C1, C2)의 각 하나의 판에 접속된다. 캐패시터(C1)의 또다른 판은(126)에서 다이오드(D8)의 캐소드에 접속되고, 또한 (T65)의 드레인에 접속된다. 다이오드(D8)의 애노드는 고전압 p채널 트랜지스터 (T64)의 드레인에 접속되고, (T64)의 소스는 공급원 단자(18)(VBATT)에 접속된다. 캐패시터(C2)의 또다른 판은 (128)에서 다이오드(D10)의 캐소드에 접속되고, (D10)의 애노드는 공급원 단자(18)(VBATT)에 접속된다.
n채널 트랜지스터(T63)의 드레인은 저항 디바이스(RD10)의 한 단에 접속되고, 이것은 (RD10) 및 또다른 저항 디바이스(RD11)를 구비하는 전위 분할기의 입력을 형성한다. (RD10) 및 (RD11) 사이의 접합점은 전위 분할기의 출력, 라인(130)에 접속되는 반면, (RD11)의 또다른 단은 단자(18)(VBATT)에 접속된다. 라인(130)은 또한 트랜지스터(T64)의 게이트에 접속되는 반면에, 브레이크다운 다이오드(D9)는 (RD11)와 병렬로 접속되고, (D9)의 캐소드는 단자(18)(VBATT)에 접속되며 그 애노드는 라인(130)에 접속된다.
트랜지스터(T67)의 드레인은 제어 출력 단자를 통해 전력 MOST(1)의 게이트(9)에 접속된다. 또다른 고전압 n채널 트랜지스터(T66)의 게이트는 (126)에서 캐패시터(C1)에 접속되고, (T66)의 드레인은 (128)에서 캐패시터(C2)에 접속되며, 그 소스는 단자(11)를 통해 전력 MOST(1)의 게이트(9)에 접속된다. 트랜지스터(T66)는 전력 MOST(1)의 소스(4)에 접속되는 분리 백케이트(back-gate) 전극 (132)을 갖는다. 브레이크다운 다이오드(D11)는 트랜지스터(T66)의 게이트와 소스 사이에 접속되며, (D11)의 애노드는 (T66)의 소스에 접속되는 반면, 또다른 브레이크다운 다이오드(D12)가 전력 MOST(1)의 게이트(9) 및 소스(4) 사이에 유사하게 접속된다.
동작에 있어서, (124)의 신호 및 (122)에서의 그의 상보성 신호는 전력 MOST(1)의 상태가 '온'(도전)인지 또는 '오프'(비도전)인지를 결정한다. '온' 상태에서, ON=1일 때, 단자(14) 및 (19)에서의 저전압 공급원을 기준으로 하여 (124)의 OR 신호는 높게 되고 (122)에서의 NOR 신호는 낮게 된다. 따라서, (T63)은 도전하고 (T65) 및 (T67)은 비도전한다. 전위 분할기(RD10/RD11)는 고전압 트랜지스터(T64)를 제어하도록 (130)에서의 신호를 유효하게 하는 레벨 시프팅(shkfting) 회로로서 동작하고, 따라서 '온'상태에서 (T64)는 VBATT를 (D8)의 애노드에 인가하도록 도전한다. 브레이크다운 다이오드(D9)는 높은 공급 전압 시에 (T64)에 인가된 게이트-소스 전압을 제한하여 (T64)의 손상을 방지하게 한다. 동시에, 링(ring) 발진기 등의 발진기(도시 안됨)에 접속되는 단자(36)(CP)는 발진기의 출력에 의해 결정된 두전압 간에 고주파수로 진동한다. 예를 들면, (CP)는 최대 이용가능 진폭을 이용하도록 공급 전압(VBATT) 및 (OV) 사이에서 거의 진동하지만, 보다 작은 신호를 원한다면 (CP)는 예를 들어 (VBATT) 및 소정의 중간 전압 사이에서 진동할 것이다. (CP)용 전압의 선택은 전력 MOST(1)의 게이트(9)에서 상기 트랜지스터를 확실하게 턴온시키기 위해 요구되는 특정 전압에 의존한다.
진동이 (CP)(36)에서 낮은 전압 예를 들면 OV 때에는, (C1) 및 (C2)가 이들의 각 다이오드(D8, D10)를 통해 충전하는데, 이 때까지는 (C1, C2)가 이들과 직렬로 접속된 구성 요소들 간의 전압 강하를 뺀 거의 전공급전압을 전하지 못한다. 그 다음에 (CP)가 (VBATT)로 높게 될 때, (C1, C2)는 다이오드(D8, D10)를 통해 방전할 수 없고, (D8, D10)은 (126, 128)에서의 전압이 (VBATT) 이상의 레벨로 상승할 때 역방향 바이어스된다. (C1)의 전하는 트랜지스터(T66)의 게이트 캐패시턴스로 분배되며, 따라서 (T66)은 턴온되고, (C2)의 전하는 (T66) 및 출력 단자(11)를 통해 흐를 수 있고 전력 MOST(1)의 게이트 캐패시턴스로 분배된다. 이 절차는 소정 수의 발진 후에 전력 MOST(1)의 게이트(9)가 (VBATT) 이상 수 볼트의 전압(VG)으로 유지되어 전력 MOST(1)을 확실히 턴온시킬 수 있을 때까지 입력(CP)의 각 사이클로 반복된다. (VG)의 궁극의 값은 하기의 식,
VG= VBATT+
Figure kpo00004
CP BE TH
Figure kpo00001
CP BE TH G BATT BATT BATT
BATT BATT BATT BATT BATT BATT

Claims (12)

  1. 전원(3, 6) 양단의 부ㅎ(5)와 직렬로 접속되는 반도체 디바이스(1)를 구동하는 회로 장치(10)에 있어서,
    상기 반도체 디바이스(1)의 제어 전극(9)에 결합되어서, 상기 반도체 디바이스(1)의 원하는 도전 상태를 규정하는 제어 신호에 응답하여 상기 제어 전극(9)에 적절한 신호를 인가하는 수단(22, 24)과,
    신호를 인가하는 상기 수단(22, 24)은 원하는 도전 상태가 '오프'인 것을 나타내는 제어 신호에 응답하여 상기 전원(3, 6)의 제2단자(6)에 상기 제어 전극(9)을 접속시키도록 배열되는 능동성 턴오프 디바이스(T67)를 포함하며, 상기 전원(3, 6)에 결합되어서 전력 공급 전압(VBATT)을 검출하고 이 공급 전압(VBATT)이 소정의 임계치를 초과하는 것을 검출할 때는 상기 전원 (3, 6)의 제1단자(3)에 상기 제어 전극(9)을 접속함으로써 상기 반도체 디바이스(1)가 도전하게 하는 수단(29)과,
    상기 능동성 턴오프 디바이스(T67)에 결합되어 공급 전압(VBATT)이 임계치를 초과할 때 상기 턴오프 디바이스(T67)를 무능하게 하는 수단(20, 30, 118)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    전력 공급 전압(VBATT)을 검출하고 상기 전원(3, 6)의 제 1 단자(3)에 상기 제어 전극(9)을 접속하는 상기 수단(29)은 제어 전극(9)에 적절한 신호를 인가하는 상기 수단(22, 24)을 무효화하도록 상기 제어 전극(9)에 비교적 집적적으로 작용하도록 배치되고, 반면에 턴오프 디바이스(T67)를 무능하게 하는 상기 수단(20, 30, 118)은 신호를 인가하는 상기 수단(22, 24)을 통해 비교적 간접적으로 작용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    공급 전압(VBATT)을 검출하고 반도체 디바이스(1)가 도전하게 하는 상기 수단(29)은 제어 전극(9) 및 전압 공급원(3, 6)의 제 1 단자(3)사이에 접속되어 있는 브레이크다운 회로 장치를 포함하고, 이 브레이크다운 회로 장치는 원하는 도전 상태가 '오프'(비도전)'일 때는 역방향 바이어스되도록 직렬로 접속되는 하나 이상의 반도체 브레이크다운 다이오드(29a-29d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 브레이크다운 회로 장치는 브레이크다운 다이오드(29a-29d)를 통한 순방향 도전을 저지하도록 하나 이상의 브레이크다운 다이오드(29a-29d)와 반대 극성으로 직렬 접속되어 있는 반도체 다이오드(D13)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 턴오프 디바이스(T67)는 상기 제어 전극(9) 및 제 2 공급 단자(6) 사이에 접속된 트랜지스터를 포함하고, 제어 전극(9)에 신호를 인가하는 상기 수단(22, 24)은 제어 신호에 응답하여 상기 트랜지스터(T67)를 구동하기 위해 상기 트랜지스터(T67)에 결합된 수단(118, 120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제어 전극(9)에 신호를 인가하는 상기 수단(22, 24)은 또다른 임계치 검출 수단(30)을 포함하고, 턴오프 디바이스(T67)무능하게 하는 상기 수단(20, 30, 118)은 제어 신호를 상기 또다른 임계치 검출 수단(30)의 출력 신호로 게이트하기 위해 상기 임계치 검출 수단(30)에 결합되어 있는 논리 회로(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임계치 검출 수단(30)은 상기 전원(3, 6) 양단에 접속된 전위 분할 회로 장치를 포함하고, 이 분할기는 전압 임계치를 규정하는 하나 이상의 반도체 브레이크다운 디바이스(30a-30d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    신호를 인가하는 상기 수단(22, 24)은 이용 가능한 공급 전압의 범위외 전압 레벨로 신호를 상기 제어 전극(9)에 인가하기 위해 상기 제어 전극(9)에 결합된 전압원(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    임계치가 초과된 외부 회로와 통신하기 위한 출력 신호를 발생시키기 위해 상기 임계치 검출 수단(30)에 결합된 수단(RD8, RD9, 33)을 더포함 하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 회로 장치(10)의 일부는 집적 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 구동용 회로 장치.
  11. 반도체 출력 디바이스91), 및 이 반도체 디바이스(1)의 제어 전극(9)에 접속되는 제1항에서 청구된 회로 장치(10)를 조합하여 구비하는 전자 회로 장치에 있어서,
    적어도 상기 회로 장치(10)의 일부는 상기 반도체 디바이스(1)와 동일한 기판 상에 집적화되는 것을 특징으로 하는 전자 회로 장치.
  12. 인텔리전트 전력 스위치에 있어서, 제11항에서 청구된 바와 같은 전자 회로 장치(1, 10)를 구비한 차량용으로 적합한 것을 특징으로 하는 인텔리전트 전력 스위치.
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