DE102007009731B4

DE102007009731B4 - Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit Überhitzungsschutzfunktion

Info

Publication number: DE102007009731B4
Application number: DE102007009731.1A
Authority: DE
Inventors: Hiroo Yabe
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP4732191B2; US20070210072A1; US7301129B1; DE102007009731A1; JP2007230278A

Abstract

Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung (4) mit integriertem Überhitzungsschutz, wobei die Halbleitervorrichtung (4) auf einem Chip ein Halbleiterelement (24), eine Temperaturerfassungsschaltung (21) zum Erfassen der Chiptemperatur und eine Unterbrechungsschaltung (23) zum Unterbrechen einer Eingabe in das Halbleiterelement (24) gemäß einer Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung (21) enthält, umfassend eine Ansteuerschaltung (3), die gemäß einem extern zugeführten Signal eine Ansteuerspannung (VG) an die Halbleitervorrichtung (4) anlegt, und eine Stromerfassungsschaltung (2) zur Überwachung des über die Halbleitervorrichtung (4) fließenden Ansteuerstroms, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungsschaltung (2) dazu eingerichtet ist, ein Erfassungssignal (VDEC) auszugeben, wenn der über die Halbleitervorrichtung (4) fließende Ansteuerstrom (IG) einen vorgegebenen Schwellenstrom (Ith) übersteigt, wobei der vorgegebene Schwellenstrom (Ith) so eingestellt ist, dass die Stromerfassungsschaltung (2) das Erfassungssignal (VDEC) dann ausgibt, wenn die Unterbrechungsschaltung (23) die Eingabe in das Halbleiterelement (24) unterbricht, und wobei die Ansteuerschaltung (3) die Ansteuerspannung (VG) auf eine vorgegebene Spannung ändert, wenn das Erfassungssignal (VDEC) von der Stromerfassungsschaltung (2) ausgegeben wird, und auf der vorgegebenen Spannung hält, solange das Erfassungssignal (VDEC) von der Stromerfassungsschaltung (2) ausgegeben wird, wobei die vorgegebene Spannung so eingestellt ist, dass der Ansteuerstrom (IG) den vorgegebenen Schwellenstrom (Ith) übersteigt, wenn die Unterbrechungsschaltung (23) eine Eingabe in das Halbleiterelement (24) unterbricht, und somit die Halbleitervorrichtung (4) den Unterbrechungsbetrieb fortsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Steuerschaltungen für Halbleitervorrichtungen und insbesondere eine Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion, die die überhitzungsbedingte Zerstörung eines Leistungshalbleiterelements, das z. B. zum Ansteuern eines Fahrzeugscheinwerfers verwendet wird, verhindert.
Es ist eine Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion bekannt, die eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion, eine Ausgangszustands-Erfassungseinrichtung und eine Steuereinrichtung enthält. Die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion ist so beschaffen, dass ein Halbleiterelement wie etwa ein MOSFET, eine Temperaturerfassungsschaltung, eine Zwischenspeicherschaltung und eine Gate-Unterbrechungsschaltung in einem Chip integriert sind. Die Temperaturerfassungsschaltung erfasst eine Temperaturzunahme des Chips und liefert eine Erfassungsausgabe an die Zwischenspeicherschaltung. Die Zwischenspeicherschaltung zwischenspeichert die Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung. Die Gate-Unterbrechungsschaltung unterbricht, gesteuert durch die Ausgabe der Zwischenspeicherschaltung, eine Gate-Eingabe in das Halbleiterelement. Die Ausgangszustands-Erfassungseinrichtung erfasst den Ausgangszustand der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion.
Die Steuereinrichtung, die eine CPU (Zentraleinheit) oder dergleichen ist, liefert an das Halbleiterelement ein PWM-Steuersignal (Impulsbreitenmodulations-Steuersignal) und überwacht regelmäßig mit einer Überwachungszeitgebung, d. h. zu jedem Anstiegszeitpunkt des PWM-Steuersignals zuzüglich einer vorgeschriebenen Zeitdauer, die Erfassungsausgabe der Ausgangszustands-Erfassungseinrichtung. Die Steuereinrichtung vergleicht den Logikwert (1 oder 0) der Erfassungsausgabe der Ausgangszustands-Erfassungseinrichtung mit dem des PWM-Steuersignals und führt eine Steuerung aus, um das Zuführen des PWM-Steuersignals zu dem Halbleiterelement anzuhalten, falls der Logikwert der Erfassungsausgabe der Ausgangszustands-Erfassungseinrichtung aufeinander folgend in einer vorgegebenen Anzahl oder über eine vorgeschriebene Zeitdauer von dem des PWM-Steuersignals verschieden ist (siehe z. B. Patentschrift 1).
Patentschrift 1: JP 3 585 105 B2 (Anspruch 1, Absätze [0002]–[0012] und [0029]–[0033], 1).
In der obigen herkömmlichen Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion wird die Ausgangsklemmenspannung des Halbleiterelements der Steuereinrichtung über eine Verbindung zugeführt, die von der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion zu der hierfür vorgesehenen Steuereinrichtung verläuft, um die Halbleitervorrichtung zu überwachen. Außerdem wird durch Messen der Ausgangsklemmenspannung des Halbleiterelements mit der Steuereinrichtung ein Überhitzungs/Ausschalt-Zustand der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion erfasst. Dies führt zu Problemen, dass die Schaltung kompliziert und groß ist und die Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion somit teuer ist.
Um in der obigen herkömmlichen Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion zu beurteilen, ob das Zufuhren des PWM-Steuersignals zu dem Halbleiterelement anzuhalten ist, werden die Zuführung des PWM-Steuersignals und eine Schutzfunktion mehrmals wiederholt ausgeführt. Dies führt zu einem Problem, dass dennoch eine Verschlechterung wegen Überhitzung des Halbleiterelements langsam fortschreitet.
Darüber hinaus kann eine Steuerung in der obigen herkömmlichen Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion in der Weise ausgeführt werden, dass die Zufuhr des PWM-Steuersignals zu dem Halbleiterelement angehalten wird, da die Steuereinrichtung wegen Störrauschen fehlerhaft arbeitet, obgleich das Halbleiterelement nicht überhitzt ist und abgeschaltet zu werden braucht. Dies führt zum Problem, dass durch eine Last kein Laststrom fließt und, falls die Last eine Lampe ist, diese ausgeschaltet wird.
Aus der Druckschrift US 5 642 252 A ist eine Halbleitervorrichtung mit integriertem Überhitzungsschutz sowie eine Ansteuerschaltung für eine derartige Halbleitervorrichtung bekannt. Mit Hilfe eines Microcontrollers wird der Ansteuerstrom überwacht, um ein Ansprechen des Überhitzungsschutzes zu erkennen. In diesem Fall schaltet der Microcontroller die Halbleitervorrichtung dauerhaft ab, bis der Kurzschluss beseitigt ist.
In dieser herkömmlichen Schaltung steht aber die Verwendung eines Microcontrollers einer kostengünstigen Herstellung im Wege.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion zu schaffen, die kostengünstig ist und eine allmähliche Überhitzung des Halbleiterelements verhindert und somit die oben erwähnten Nachteile nicht besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuerschaltung zum Steuern einer Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist für die Überwachung der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion keine Steuereinheit vorgesehen, weshalb auch keine von der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion zu dieser Steuereinheit verlaufende Verbindung notwendig ist. Im Ergebnis kann die Schaltung einfach und klein hergestellt werden, sodass die Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion kostengünstig hergestellt werden kann. Ferner kann die Verschlechterung des Halbleiterelements wegen Überhitzung minimiert werden, um die Zuverlässigkeit des Halbleiterelements zu verbessern. Darüber hinaus erhält die Ansteuerschaltung die Ansteuerspannung selbst dann auf der vorgeschriebenen Spannung, wenn die Stromerfassungsschaltung wegen Störrauschen ein Erfassungssignal ausgibt, was das Problem verhindert, dass durch eine Last kein Ansteuerstrom fließt.
Somit kann die Erfindung eine Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion schaffen, die sehr zuverlässig ist, sodass die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung des Halbleiterelements sehr niedrig ist, und die trotz ihrer einfachen Konfiguration sehr zuverlässig arbeitet. Somit kann dort, wo die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion zum Ansteuern eines Fahrzeugscheinwerfers verwendet wird, z. B. das Auftreten eines Brands in dem Fahrzeug verhindert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
1 einen Blockschaltplan der Konfiguration einer Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen spezifischen Stromlaufplan der Konfiguration der in 1 gezeigten Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion;
3 ein Signalformdiagramm des Betriebs der in 2 gezeigten Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion;
4 einen Stromlaufplan der Konfiguration einer Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 einen Stromlaufplan der Konfiguration einer Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
6 einen Blockschaltplan der Konfiguration einer Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion mit automatischer Wiederherstellung.
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Steuerschaltung der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion dieses Beispiels enthält allgemein ein ODER-Gatter 1, eine Stromerfassungsschaltung 2, eine Ansteuerschaltung 3 und die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion.
Das ODER-Gatter 1 führt der Ansteuerschaltung 3 einen Logikwert (H-Pegel oder L-Pegel) zu, der die ODER-Verknüpfung eines PWM-Signals (H-Pegel oder L-Pegel), das extern zugeführt wird, und eines Erfassungssignals (H-Pegel oder L-Pegel), das von der Stromerfassungsschaltung 2 zugeführt wird, ist. Falls der Ansteuerstrom, der über die Ansteuerschaltung 3 von einer Leistungsquelle VP zu der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion fließt, einen vorgegebenen Schwellenstrom übersteigt, gibt die Stromerfassungsschaltung 2 ein H-Pegel-Erfassungssignal VDEC aus.
Die Ansteuerschaltung 3 verstärkt den von dem ODER-Gatter 1 zugeführten Logikwert und legt eine resultierende Ansteuerspannung an die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion an. Falls die Leistungszufuhr von der Leistungsquelle VP abgeschaltet wird, hält die Ansteuerschaltung 3 das Anlegen der Ansteuerspannung an die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion an. Die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion ist so konfiguriert, dass ein Halbleiterelement, eine Temperaturerfassungsschaltung, eine Unterbrechungsschaltung usw. in einem Chip vorgesehen sind. Die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion führt einer Last 5 einen Laststrom zu, wahrend die Ansteuerschaltung 3 die Ansteuerspannung an sie anlegt.
2 ist ein Stromlaufplan einer spezielleren Version von 1, d. h. des Blockschaltplans der Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion. Die Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion dieses Beispiels ist eine Vorrichtung (Schaltvorrichtung der oberen Seite), in der auf der Eingangsseite einer Lampe 11, die die Last 5 ist, ein n-Kanal-MOSFET 24 angeordnet ist. Die Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion dieses Beispiels ist z. B. in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. In 2 ist die in 1 gezeigte Last 5 die Lampe 11, die z. B. in einem Blinker verwendet wird, um ein Signal zu erzeugen, das das Abbiegen angibt.
Wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs einen in 2 gezeigten Schalter 12 betätigt, wird der Steuerschaltung ein von einer ECU (elektronischen Steuereinheit) 13 ausgegebenes PWM-Signal zugeführt. Der Tastgrad des PWM-Signals wird im Voraus eingestellt. Die ECU 13 steuert durch Bestimmen einer Kraftstoffeinspritzrate, einer Zündverstellung usw. den Motor des Kraftfahrzeugs. Ferner steuert die ECU 13 das Automatikgetriebe, führt sie eine Traktionssteuerung aus usw. In der ersten Ausführungsform ist keine CPU notwendig, wie sie herkömmlich als eine Vorrichtung für eine Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion vorgesehen ist.
Anhand von 2 bilden die Widerstände R1 und R2 das in 1 gezeigte ODER-Gatter 1. Ein pnp-Transistor Q1 und Widerstande R3 und R4 bilden die in 1 gezeigte Stromerfassungsschaltung 2. Ein npn-Transistor Q2, pnp-Transistoren Q3–Q5, Widerstände R5–R14 und eine Diode D1 bilden die in 1 gezeigte Ansteuerschaltung 3. Die Diode D1 ist zum Schutz der Basis des Transistors Q5 vorgesehen.
Eine Temperaturerfassungsschaltung 21, eine Zwischenspeicherschaltung 22, eine Gate-Unterbrechungsschaltung 23, ein n-Kanal-MOSFET 24 und ein Gate-Widerstand R21 bilden die in 1 gezeigte Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion. Die Temperaturerfassungsschaltung 21, die Zwischenspeicherschaltung 22, die Gate-Unterbrechungsschaltung 23, der MOSFET 24 und der Gate-Widerstand R21 sind in einem Chip integriert.
Die zwischen einen Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion und die Source des MOSFET 24 geschaltete Temperaturerfassungsschaltung 21 erfasst die Temperaturzunahme des Chips und führt der Zwischenspeicherschaltung 22 eine Erfassungsausgabe zu. Die Zwischenspeicherschaltung 22 zwischenspeichert die Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung 21. Die zwischen das Gate und die Source des MOSFET 24 geschaltete Gate-Unterbrechungsschaltung 23 wird gesteuert durch die Ausgabe der Zwischenspeicherschaltung 22 eingeschaltet, wobei sie durch Kurzschließen des Gates und der Source des MOSFET 24 die Gate-Eingabe unterbricht. Zwischen das Gate des MOSFET 24 und den Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion ist der Gate-Widerstand R21 geschaltet. Der Drain des MOSFET 24 ist mit einem Drain-Anschluss D verbunden, an den eine Spannung VB der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion angelegt ist, während seine Source mit einem Source-Anschluss S der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion verbunden ist. Die Überhitzungsschutzfunktion der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion wird durch das Zusammenwirken der Temperaturerfassungsschaltung 21, der Zwischenspeicherschaltung 22, der Gate-Unterbrechungsschaltung 23 und des Gate-Widerstands R21 realisiert.
Nachfolgend wird anhand eines Signalformdiagramms aus 3 der Betrieb der wie oben konfigurierten Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion beschrieben. Das Symbol I_th bezeichnet in 3(2) einen Schwellenstrom, der zum Erfassen des Abschaltens des MOSFET 24 wegen Überhitzung verwendet wird. Es wird angenommen, dass die Spannung VP 12 V ist, die Spannung VB 22 V ist und die Widerstandswerte der Widerstände R4 und R14 und des Gate-Widerstands R21 in dieser Reihenfolge 1,2 kΩ, 10 kΩ und 10 kΩ sind.
Wenn in einem Normalbetriebszustand ein in 3(1) gezeigtes PWM-Signal von der ECU 13 zugeführt wird, erscheint das PWM-Signal so, wie es ist, bei dem Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2, die das ODER-Gatter 1 bilden. Wenn der Logikwert des PWM-Signals auf den H-Pegel ubergeht, wird der Transistor Q2 eingeschaltet und somit die Kollektorspannung des Transistors Q2 gleich dem L-Pegel, wodurch die Transistoren Q3 und Q4 gleichzeitig eingeschaltet werden. Im Ergebnis nimmt die Basisspannung des Transistors Q5 zu, wodurch der Transistor Q5 eingeschaltet wird und ein Gate-Strom IG von der Leistungsquelle VP auf dem Weg fließt, der aus dem Widerstand R4, aus dem Emitter und aus dem Kollektor des Transistors Q4 und aus dem Widerstand R14 besteht (siehe 3(2)). Die Gate-Kapazitäten C_GS und C_GD des MOSFET 24 werden in der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion über den Gate-Widerstand R21 aufgeladen.
Während das Laden fortgesetzt wird, nimmt die Gate-Source-Spannung V_GS des MOSFET 24 zu, wobei dieser eingeschaltet wird, wenn sie die Schwellenspannung übersteigt. Im Ergebnis steigt die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion auf etwa 22 V (siehe 3(3)), während die Spannung VS des Source-Anschlusses S der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion auf etwa 12 V steigt (siehe 3(5)). Somit fließt ein Laststrom über die Last 5, d. h. in diesem Fall über die Lampe 11.
In einer Einschalt-Anfangszeitdauer des MOSFET 24 fließt uber das Gate des MOSFET 24 mehrere Mikrosekunden bis mehrere 10 Mikrosekunden ein Gate-Strom IG von etwa 1 mA (siehe 3(2)). Der Gate-Strom IG von etwa 1 mA übersteigt den oben erwähnten Schwellenstrom I_th, der von der Stromerfassungsschaltung 2 zum Erfassen des Ausschaltens des MOSFET 24 wegen Überhitzung verwendet wird. In der Zeitdauer, in der dieser Gate-Strom IG fließt, ist der Spannungsabfall über den Widerstand R4, der Teil der Stromerfassungsschaltung 2 ist, höher als die Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors Q1 von etwa 0,7 V, wodurch der Transistor Q1 eingeschaltet wird und die Spannung VP (H-Pegel) an dem Kollektor des Transistors Q1 erscheint. Das heißt, die Stromerfassungsschaltung 2 gibt ein H-Pegel-Erfassungssignal VDEC aus (siehe 3(4)). Allerdings ist der Logikwert des PWM-Signals in der Zeitdauer, in der dieser Gate-Strom IG fließt, wie oben beschrieben auf dem H-Pegel. Somit bleibt die Spannung an dem Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2, die das ODER-Gatter 1 bilden, auf dem H-Pegel und beeinflusst somit in keiner Weise den Ein-Betrieb des MOSFET 24.
Andererseits wird der Transistor Q2 ausgeschaltet, wenn der Logikwert des PWM-Signals in einem Normalbetriebszustand auf den L-Pegel übergeht, sodass die Kollektorspannung des Transistors Q2 gleich der Spannung VP wird, wodurch die Transistoren Q3 und Q4 gleichzeitig ausgeschaltet werden. Im Ergebnis wird die Basis des Transistors Q5 über die Widerstände R11 und R12 auf Masse heruntergezogen. Somit wird der Transistor Q5 eingeschaltet und das Emitterpotential des Transistors Q5 gleich der Durchlassspannung des pn-Übergangs (etwa 0,7 V (L-Pegel)). Somit fließt ein Entladungsstrom von dem Gate des MOSFET 24 auf dem Weg, der aus dem Gate-Widerstand R21, aus dem Widerstand R14 und aus dem Emitter und aus dem Kollektor des Transistors Q5 besteht (siehe 3(2)). Somit wird die in dem Gate des MOSFET 24 gespeicherte Ladung zur Masse freigesetzt.
Während die Entladung andauert, nimmt die Gate-Source-Spannung V_GS des MOSFET 29 ab, wobei dieser eingeschaltet wird, wenn sie niedriger als die Schwellenspannung wird. Im Ergebnis fällt die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion auf etwa 0 V (siehe 3(3)) und fällt die Spannung VS an dem Source-Anschluss S der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion ebenfalls auf etwa 0 V (siehe 3(5)). Somit fließt kein Laststrom über die Last 5, d. h. in diesem Fall über die Lampe 11.
Wenn der Logikwert des PWM-Signals auf dem L-Pegel ist, übersteigt der Spannungsabfall über den Widerstand R4, der Teil der Stromerfassungsschaltung 2 ist, nicht die Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors Q1 von etwa 0,7 V. Somit wird der Transistor Q1 ausgeschaltet gehalten, wobei die Stromerfassungsschaltung 2 weiter ein L-Pegel-Erfassungssignal VDEC ausgibt (siehe 3(4)). Somit bleibt die Spannung an dem Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2, die das ODER-Gatter 1 bilden, auf dem L-Pegel und beeinflusst in keiner Weise den Aus-Betrieb des MOSFET 24.
Der oben beschriebene Betrieb wird wiederholt ausgefuhrt, wodurch die Lampe 11 so angesteuert wird, dass sie gemäß dem zugeführten PWM-Signal blinkt.
Falls in der Lampe 11 als der Last 5 ein anomaler Zustand wie etwa ein Kurzschluss auftritt, wahrend die Steuerschaltung in der oben beschriebenen Weise arbeitet und der Logikwert des PWM-Signals auf dem H-Pegel ist, fließt zwischen dem Drain und der Source des MOSFET 24 ein hoher Strom, wodurch die Chiptemperatur erhoht wird. Die Zunahme der Chiptemperatur wird durch die Temperaturerfassungsschaltung 21 erfasst und eine resultierende Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung 21 durch die Zwischenspeicherschaltung 22 zwischengespeichert und daraufhin der Gate-Unterbrechungsschaltung 23 zugeführt. Die Gate-Unterbrechungsschaltung 23 wird, gesteuert durch die Ausgabe der Zwischenspeicherschaltung 22, eingeschaltet und fuhrt einen Schutzbetrieb aus, um die Gate-Eingabe (zum Zeitpunkt t₀ in 3) zu unterbrechen.
Wenn die Gate-Unterbrechungsschaltung 23 eingeschaltet wird, werden das Gate und die Source des MOSFET 24 kurzgeschlossen, wodurch ein Gate-Strom IG von der Leistungsquelle VP auf dem Weg fließt, der aus dem Widerstand R4, aus dem Emitter und aus dem Kollektor des Transistors Q4, aus dem Widerstand R14, aus dem Gate-Widerstand R21 und aus der Gate-Unterbrechungsschaltung 23 besteht. In diesem Beispiel ist die Spannung VP 12 V, ist die Spannung VB 22 V und sind die Widerstandswerte der Widerstände R4 und R14 und des Gate-Widerstands R21 in dieser Reihenfolge 1,2 kΩ, 10 kΩ und 10 kΩ. Somit ist der Gate-Strom IG etwa 1 mA (siehe 3(2)), wobei die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion von etwa 22 V auf etwa 10 V (= (etwa 1 mA) 10 kΩ) fällt (siehe 3(3)).
Da die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion von etwa 22 V auf etwa 10 V fällt, wird die in dem Gate des MOSFET 24 gespeicherte Ladung freigesetzt und der MOSFET 24 dadurch ausgeschaltet. Im Ergebnis fällt die Spannung VS an dem Source-Anschluss S der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion von etwa 12 V auf 0 V (siehe 3(5)). Somit fließt der hohe Strom zwischen dem Drain und der Source des MOSFET 24 nicht mehr, wobei die Chiptemperatur abnimmt. Im Ergebnis wird verhindert, dass der MOSFET 24 wegen der Temperaturzunahme zerstört wird.
Da zu dieser Zeit der Gate-Strom IG von etwa 1 mA über den Widerstand R4 fließt, der Teil der Stromerfassungsschaltung 2 ist, wird der Spannungsabfall über den Widerstand R4 etwa 1,2 V, d. h. höher als die Basis-Emitter-Spannung V_BE (etwa 0,7 V) des Transistors Q1, sodass der Transistor Q1 eingeschaltet wird. Am Kollektor des Transistors Q1 erscheint die Spannung VP (H-Pegel). Das heißt, die Stromerfassungsschaltung 2 gibt ein H-Pegel-Erfassungssignal VDEC aus (siehe 3(4)).
Da von der Stromerfassungsschaltung 2 an den einen Anschluss des Widerstands R2, der Teil des ODER-Gatters 1 ist, das H-Pegel-Erfassungssignal VDEC angelegt wird, bleibt die Spannung an dem Verbindungspunkt der Widerstande R1 und R2, die das ODER-Gatter 1 bilden, auf dem H-Pegel, selbst wenn sich der Logikwert des PWM-Signals in diesem Zustand von dem H-Pegel auf den L-Pegel ändert. Somit werden die Transistoren Q2–Q4, die Teil der Ansteuerschaltung 3 sind, eingeschaltet gehalten, während der Transistor Q5 ausgeschaltet gehalten wird. Somit fließt der Gate-Strom IG von etwa 1 mA weiter über die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion (siehe 3(2)), wobei die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G etwa 10 V bleibt (siehe 3(3)). Das heißt, die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion setzt den Unterbrechungsbetrieb fort.
Selbst wenn sich der Logikwert des PWM-Signals von dem L-Pegel auf den H-Pegel oder umgekehrt ändert, führen das ODER-Gatter 1, die Stromerfassungsschaltung 2 und die Ansteuerschaltung 3 von dieser Zeit an den oben beschrieben Betrieb aus, sodass die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion den Unterbrechungsbetrieb fortsetzt.
Es kann ein Fall eintreten, dass die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion von außen erwärmt wird und die Chiptemperatur auf einen Zustand steigt, in dem der Logikpegel des PWM-Signals auf dem L-Pegel ist. Allerdings bleibt die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion selbst dann etwa 0,7 V, wenn die Chiptemperatur einen Überhitzungsschwellenwert der Temperaturerfassungsschaltung 21 übersteigt. Somit werden die Temperaturerfassungsschaltung 21, die Zwischenspeicherschaltung 22 und die Gate-Unterbrechungsschaltung 23, die interne Schaltungen der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion sind, jeweils wirkungslos gehalten.
Falls der Logikwert des PWM-Signals in dem Zustand, in dem die durch die Temperaturerfassungsschaltung 21 zu erfassende Chiptemperatur höher als der Überhitzungsschwellenwert ist, daraufhin auf den H-Pegel übergeht, wird durch die Temperaturerfassungsschaltung 21 die Chiptemperatur erfasst. Eine Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung 21 wird durch die Zwischenspeicherschaltung 22 zwischengespeichert und daraufhin der Gate-Unterbrechungsschaltung 23 zugeführt. Die Gate-Unterbrechungsschaltung 23, die durch die Ausgabe der Zwischenspeicherschaltung 22 gesteuert wird, wird eingeschaltet und führt einen Schutzbetrieb aus, um die Gate-Eingabe zu unterbrechen.
Der oben beschriebene Unterbrechungsbetrieb der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion kann dadurch abgebrochen werden, dass die Spannung VP tiefer als die Schwellenspannung der Transistoren Q3 und Q4 eingestellt wird. Falls die Spannung VP tiefer als die Schwellenspannung der Transistoren Q3 und Q4 eingestellt wird, werden die Transistoren Q3 und Q4 ausgeschaltet. Wenn der Transistor Q4 ausgeschaltet wird, fließt der Gate-Strom IG nicht mehr. Andererseits wird die Basis des Transistor Q5 über die Widerstände R11 und R12 auf Masse heruntergezogen, wenn der Transistor Q3 ausgeschaltet wird.
Da der Transistor Q4 ausgeschaltet wird und die Basis des Transistors Q5 über die Widerstände R11 und R12 auf Masse heruntergezogen wird, wird der Transistor Q5 eingeschaltet und das Emitterpotential des Transistors Q5 etwa gleich 0,7 V, d. h. gleich der Durchlassspannung des pn-Übergangs. Somit fällt die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion über den Widerstand R14 ebenfalls auf etwa 0,7 V. Im Ergebnis werden die Temperaturerfassungsschaltung 21, die Zwischenspeicherschaltung 22 und die Gate-Unterbrechungsschaltung 23, die interne Schaltungen der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion sind, wirkungslos gemacht. Das heißt, die Erfassungsausgabe in der Temperaturerfassungsschaltung 21 wird zurückgesetzt. In der Zwischenspeicherschaltung 22 wird die Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung 21, die zwischengespeichert worden ist, zurückgesetzt. Da die Zwischenspeicherschaltung 22 zurückgesetzt wird, wird die Gate-Unterbrechungsschaltung 23 ausgeschaltet, wobei sie den Gate-Eingabe-Unterbrechungsbetrieb anhält.
Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Verfahrens zum Einstellen des oben erwähnten Schwellenstroms I_th. Wenn der MOSFET 24 eingeschaltet wird, fließt wie oben beschrieben ein Gate-Strom IG von der Leistungsquelle VP über den Widerstand R4, den Emitter und den Kollektor des Transistors Q4, den Widerstand R14 und den Gate-Widerstand R21 der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion zum Gate des MOSFET 24, um die Kapazitaten C_GS und C_GD des MOSFET 24 aufzuladen (siehe 3(2)). Zu dieser Zeit fließen Teile des Gate-Stroms IG als Betriebsströme durch die Temperaturerfassungsschaltung 21, durch die Zwischenspeicherschaltung 22 und durch die Gate-Unterbrechungsschaltung 23, die interne Schaltungen der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion sind. Der Spitzenwert des Gate-Stroms IG ist gleich etwa 1 mA.
Nachdem der MOSFET 24 eingeschaltet worden ist, fließt der Gate-Strom IG innerhalb der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion nicht über den Gate-Widerstand R21 oder über das Gate des MOSFET 24, sondern lediglich als Betriebsströme über die Temperaturerfassungsschaltung 21, die Zwischenspeicherschaltung 22 und die Gate-Unterbrechungsschaltung 23. In diesem Zustand ist der Gate-Strom IG etwa 50 μA.
Andererseits wird die Gate-Unterbrechungsschaltung 23 eingeschaltet, um das Gate und die Source des MOSFET 24 kurzzuschließen, wenn die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion einen Unterbrechungsbetrieb ausführt. Somit fließt ein Gate-Strom IG von der Leistungsquelle VP auf dem Weg, der den Widerstand R4, den Emitter und den Kollektor des Transistors Q4 und den Widerstand R14 enthält, zu der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion. Der Gate-Strom IG fließt innerhalb der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion auf dem Weg, der den Gate-Widerstand R21 und die Gate-Unterbrechungsschaltung 23 enthält, und auf dem Weg, der die Temperaturerfassungsschaltung 21, die Zwischenspeicherschaltung 22 und die Gate-Unterbrechungsschaltung 23 enthält. In diesem Fall ist der Wert des Gate-Stroms IG durch den gemeinsamen Widerstand der Widerstandskomponente der Stromerfassungsschaltung 2 und des Widerstands des Gate-Widerstands R21 bestimmt und gleich etwa 1 mA.
Aus der obigen Diskussion folgt, dass im Prinzip zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden können, solange der Schwellenstrom I_th zwischen etwa 50 μA und etwa 1 mA eingestellt wird. Zum Beispiel kann er auf 500 μA eingestellt werden. Es wird eine genaue Betrachtung eines Schwellenstromwerts I_th gegeben, der eingestellt werden sollte, wenn die Spannung VP gleich 12 V ist und der Widerstand R4 einen Widerstandswert von 1,2 kΩ besitzt. Es wird angenommen, dass der Transistor Q1 eingeschaltet wird, wenn seine Basis-Emitter-Spannung V_BE höher als etwa 0,65 V ist. Damit die Stromerfassungsschaltung 2 ein Abschalten des MOSFET 24 wegen Überhitzung erfasst, muss dann ein Gate-Strom IG von 540 μA (= 0,65 V/1,2 kΩ) fließen. Dieser Gate-Strom IG enthält einen Basisstrom des Transistors Q4. Falls angenommen wird, dass er 40 μA beträgt, wird ein wahrer Schwellenstrom I_th als 500 μA berechnet.
Wie oben beschrieben wurde, sind gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung das ODER-Gatter 1, die Stromerfassungsschaltung 2 und die Ansteuerschaltung 3 vorgesehen, wobei die Ansteuerschaltung 3 gemäß dem extern zugeführten PWM-Signal und dem Erfassungssignal VDEC, das auf den H-Pegel übergeht, wenn der Gate-Strom IG, der der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion zugeführt wird, den voreingestellten Schwellenstrom I_th übersteigt, an die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion eine Gate-Spannung VG anlegt. Falls die Leistungszufuhr von der Leistungsquelle VP abgeschaltet wird, hält die Ansteuerschaltung 3 das Anlegen der Gate-Spannung VG an die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion an.
Somit ist gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung anders als in der herkömmlichen Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion, die in dem oben erwahnten Patentschrift 1 erwähnt ist, keine Steuereinrichtung, die für das Überwachen der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion vorgesehen ist, und damit auch keine Verbindung, die von der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion zu der Steuereinrichtung verläuft, notwendig. Im Ergebnis kann die Schaltung einfach und klein gemacht werden und die Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion somit kostengünstig hergestellt werden.
Gemaß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird der MOSFET 24 nicht mehr eingeschaltet, wenn die Gate-Unterbrechungsschaltung 23 einen Schutzbetrieb ausführt. Somit kann eine Verschlechterung des MOSFET 24 wegen Überhitzung minimiert werden, um die Zuverlässigkeit des MOSFET 24 zu verbessern. Darüber hinaus halt die Ansteuerschaltung die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung selbst dann auf etwa 10 V, wenn die Stromerfassungsschaltung 2 wegen Störrauschen ein H-Pegel-Erfassungssignal VDEC ausgibt, obgleich der MOSFET 24 nicht wegen Überhitzung ausgeschaltet ist, was das Problem verhindert, dass die Lampe 11 ausgeschaltet wird.
Somit kann die erste Ausführungsform der Erfindung eine Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion schaffen, die mit hoher Zuverlässigkeit sicherstellt, dass die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung des MOSFET 24 sehr niedrig ist, und die trotz ihrer einfachen Konfiguration zuverlässig arbeitet. Somit kann dort, wo die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion zum Ansteuern eines Fahrzeugscheinwerfers verwendet wird, z. B. das Auftreten eines Brands in dem Fahrzeug verhindert werden.
Ausführungsform 2
4 ist ein Stromlaufplan, der die Konfiguration einer Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bauelemente, die Bauelementen aus 2 entsprechen, tragen in 4 dieselben Bezugszeichen und werden nicht noch einmal beschrieben. Die in 4 gezeigte Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion unterscheidet sich von der in 2 gezeigten nur dadurch, dass die Lampe 11 zwischen der Leistungsquelle VB und dem Drain-Anschluss D der Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion vorgesehen ist. Die Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 4 mit einer Überhitzungsschutzfunktion dieses Beispiels arbeitet näherungsweise in der gleichen Weise wie die in der ersten Ausführungsform, sodass der Betrieb nicht beschrieben wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Erfindung gemäß der zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung auf die Vorrichtung (Schaltvorrichtung der unteren Seite), in der der n-Kanal-MOSFET 24 auf der Ausgangsseite der Lampe 11 als einer Last vorgesehen ist, in der gleichen Form wie in der ersten Ausführungsform angewendet werden.
Ausführungsform 3
5 ist ein Stromlaufplan, der die Konfiguration einer Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion gemäß einer dritten Ausfuhrungsform der Erfindung zeigt. Bauelemente in 5, die Bauelementen in 2 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht noch einmal beschrieben. Die Steuerschaltung fur die Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion dieses Beispiels ist eine Vorrichtung (Schaltvorrichtung der hohen Seite), in der ein p-Kanal-MOSFET 34 auf der Eingangsseite einer Lampe 11 als einer Last angeordnet ist. Die Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion dieses Beispiels ist z. B in ein Kraftfahrzeug integriert. Die Last in 5 ist die Lampe 11, die z. B. als ein Blinker zum Erzeugen eines Signals verwendet wird, das ein Abbiegen angibt.
Ein Widerstand R31 und ein pnp-Transistor Q11 in 5 bilden ein ODER-Gatter. Der pnp-Transistor Q11 und die Widerstände R32 und R33 bilden eine Stromerfassungsschaltung. Außerdem bilden die npn-Transistoren Q12–Q15, die Widerstande R34–R43 und eine Diode D2 eine Ansteuerschaltung. Die Diode D2 ist zum Schutz der Basis des Transistors Q14 vorgesehen.
Eine Temperaturerfassungsschaltung 31, eine Zwischenspeicherschaltung 32, eine Gate-Unterbrechungsschaltung 33, der p-Kanal-MOSFET 34 und ein Gate-Widerstand R51 bilden die Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion. Die Temperaturerfassungsschaltung 31, die Zwischenspeicherschaltung 32, die Gate-Unterbrechungsschaltung 33, der MOSFET 34 und der Gate-Widerstand R51 sind in einem Chip vorgesehen.
Die zwischen einen Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion und die Source des MOSFET 34 geschaltete Temperaturerfassungsschaltung 31 erfasst die Temperaturzunahme des Chips und führt der Zwischenspeicherschaltung 32 eine resultierende Erfassungsausgabe zu. Die Zwischenspeicherschaltung 32 zwischenspeichert die Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung 31. Die zwischen das Gate und die Source des MOSFET 34 geschaltete Gate-Unterbrechungsschaltung 33 wird gesteuert durch die Ausgabe der Zwischenspeicherschaltung 32 eingeschaltet und unterbricht die Gate-Eingabe durch Kurzschließen des Gates und der Source des MOSFET 34. Der Gate-Widerstand R51 ist zwischen das Gate des MOSFET 34 und den Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion geschaltet. Der Drain des MOSFET 34 ist mit einem Drain-Anschluss D der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion verbunden und seine Source ist mit einem Source-Anschluss S verbunden, an den eine Spannung VB der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion angelegt ist. Die Überhitzungsschutzfunktion der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion wird durch das Zusammenwirken der Temperaturerfassungsschaltung 31, der Zwischenspeicherschaltung 32, der Gate-Unterbrechungsschaltung 33 und des Gate-Widerstands R51 realisiert.
Nachfolgend wird der Betrieb der wie oben konfigurierten Steuerschaltung für die Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion skizziert. Wenn der Logikwert eines PWM-Signals in einem Normalbetriebszustand auf den L-Pegel übergeht, wird der Transistor Q12 ausgeschaltet. Somit werden die Transistoren Q13 und Q15 gleichzeitig eingeschaltet und wird der Transistor Q14 ausgeschaltet. Im Ergebnis fließt ein Gate-Strom IG von dem Gate des MOSFET 34, der Teil der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion ist, auf dem Weg, der aus dem Gate-Widerstand R51, aus dem Widerstand R43, aus dem Kollektor und aus dem Emitter des Transistors Q15 und aus dem Widerstand R33 besteht, wodurch der MOSFET 34 eingeschaltet wird. Somit fließt ein Laststrom über die Lampe 11.
Andererseits wird der Transistor Q12 in einem Normalbetrieb eingeschaltet, wenn der Logikpegel des PWM-Signals auf den H-Pegel übergeht. Somit werden die Transistoren Q13 und Q15 gleichzeitig ausgeschaltet und wird der Transistor Q14 eingeschaltet. Im Ergebnis fließt ein Gate-Strom IG von der Leistungsquelle VP auf dem Weg, der aus dem Kollektor und aus dem Emitter des Transistors Q14 und aus dem Widerstand R43 besteht, wodurch der MOSFET 34 ausgeschaltet wird. Somit fließt kein Laststrom über die Lampe 11.
Der oben beschriebene Betrieb wird wiederholt ausgeführt, wodurch die Lampe 11 so angesteuert wird, dass sie gemaß dem zugeführten PWM-Signal blinkt.
Falls in der Lampe 11 ein anomaler Zustand wie etwa ein Kurzschluss auftritt, während der Logikwert des PWM-Signals auf dem L-Pegel ist, fließt zwischen der Source und dem Drain des MOSFET 34 ein hoher Strom, wodurch die Chiptemperatur erhöht wird. Die Zunahme der Chiptemperatur wird durch die Temperaturerfassungsschaltung 31 erfasst und eine resultierende Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung 31 durch die Zwischenspeicherschaltung 32 zwischengespeichert und daraufhin der Gate-Unterbrechungsschaltung 33 zugeführt. Die Gate-Unterbrechungsschaltung 33 wird gesteuert durch die Ausgabe der Zwischenspeicherschaltung 32 eingeschaltet und führt einen Schutzbetrieb aus, um die Gate-Eingabe zu unterbrechen.
Wenn die Gate-Unterbrechungsschaltung 33 eingeschaltet wird, werden das Gate und die Source des MOSFET 34 kurzgeschlossen, wodurch auf dem Weg, der aus der Source und aus dem Gate des MOSFET 34, aus dem Gate-Widerstand R51, aus dem Widerstand R43, aus dem Kollektor und aus dem Emitter des Transistors Q1 und aus dem Kollektor und aus dem Emitter des Transistors Q15 besteht, ein Gate-Strom IG von der Leistungsquelle VB fließt. Im Ergebnis nimmt die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion zu.
Da die Spannung VG an dem Gate-Anschluss G der Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion zunimmt, wird der MOSFET 34 ausgeschaltet. Im Ergebnis fließt der hohe Strom zwischen dem Drain und der Source des MOSFET 34 nicht mehr, wobei die Chiptemperatur abnimmt. Im Ergebnis wird verhindert, dass der MOSFET 34 wegen Temperaturzunahme zerstört wird.
Zu dieser Zeit übersteigt der Gate-Strom IG, der über den Widerstand R33 fließt, der Teil der Stromerfassungsschaltung ist, eine Schwellenspannung, die durch die Stromerfassungsschaltung zum Erfassen des Ausschaltens des MOSFET 34 wegen Überhitzung zu verwenden ist. Somit wird der Transistor Q11 eingeschaltet, um den Verbindungspunkt der Widerstände R31 und R34 herunterzuziehen.
Selbst wenn sich der Logikwert des PWM-Signals in diesem Zustand von den L-Pegel auf den H-Pegel ändert, bleibt die Spannung an dem Verbindungspunkt der Widerstände R31 und R34 auf dem L-Pegel, da der Verbindungspunkt der Widerstande R31 und R34 durch den Transistor Q11 heruntergezogen wird. Somit werden die Transistoren Q12 und Q14 ausgeschaltet gehalten und werden die Transistoren Q13 und Q15 eingeschaltet gehalten. Somit fließt der Gate-Strom IG, der den Schwellenstrom übersteigt, weiter über die Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion, wobei die Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion den Unterbrechungsbetrieb beibehält. Der oben beschriebene Betrieb wird selbst dann ausgeführt, wenn sich der Logikwert des PWM-Signals anschließend von dem H-Pegel auf den L-Pegel oder umgekehrt ändert, sodass die Halbleitervorrichtung 6 mit einer Überhitzungsschutzfunktion den Unterbrechungsbetrieb beibehält.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Erfindung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls auf die Vorrichtung (Schaltvorrichtung der hohen Seite) angewendet werden, in der der p-Kanal-MOSFET 34 auf der Eingangsseite der Lampe 11 als einer Last vorgesehen ist.
Ausführungsform 4
Obgleich die obigen Ausführungsformen auf den Fall gerichtet sind, dass die Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion die Zwischenspeicherschaltung enthalt, ist die Erfindung nicht auf diesen Fall beschrankt. Zum Beispiel kann die Erfindung ebenfalls auf eine Halbleitervorrichtung 7 mit einer Überhitzungsschutzfunktion mit automatischer Wiederherstellung angewendet werden, die in 6 gezeigt ist. Die Halbleitervorrichtung 7 enthält anstelle der in 2 gezeigten Zwischenspeicherschaltung 22 eine Schwellenwert-Schaltschaltung 42 zum Schalten des Schwellenwerts der durch eine Temperaturerfassungsschaltung 41 erfassten Temperatur. Falls die durch die Temperaturerfassungsschaltung 41 erfasste Temperatur hoher als 150°C ist, führt eine Gate-Unterbrechungsschaltung 43 einen Unterbrechungsbetrieb aus, wahrend sie den Unterbrechungsbetrieb abbricht, falls die durch die Temperaturerfassungsschaltung 41 erfasste Temperatur niedriger als 120°C wird.
Während die Halbleitervorrichtung 7 mit einer Überhitzungsschutzfunktion in diesem Fall einen Unterbrechungsbetrieb ausführt, behält sie den Unterbrechungsbetrieb selbst dann bei, wenn extern ein PWM-Signal zugeführt wird. Allerdings wird eine Ansteuerung derart ausgeführt, dass die Lampe 11 gemaß dem extern zugeführten PWM-Signal blinkt, wenn die Gate-Unterbrechungsschaltung 43 den Unterbrechungsbetrieb abgebrochen hat, da die Chip-Temperatur durch den Unterbrechungsbetrieb gefallen ist. Das heißt, diese Ausführungsform ist frei von dem Betrieb des Abrechens eines Unterbrechungsbetriebs in der Halbleitervorrichtung 7 mit einer Überhitzungsschutzfunktion wie etwa dem, dass die Spannung VP niedriger als die Schwellenspannung der Transistoren Q3 und Q4 gemacht wird, wie er in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Obgleich die Ausführungsformen der Erfindung oben anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben worden sind, ist die spezifische Konfiguration nicht auf die in den Ausführungsformen beschriebenen beschränkt und umfasst im Erfindungsgedanken und im Umfang der Erfindung liegende Entwurfsänderungen usw.
Zum Beispiel ist die folgende Konfiguration möglich. In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird in der Ansteuerschaltung 3, die aus den Transistoren Q2–Q5, aus den Widerständen R5–R14 und aus der Diode D1 besteht (siehe 2), eine Rücksetzschaltung zum Kurzschließen der Basis und des Emitters des Transistors Q2 hinzugefügt. Um einen Unterbrechungsbetrieb der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion abzubrechen, wird von der ECU 13 ein Rücksetzsignal zugeführt. Diese Konfiguration ermöglicht, einen Unterbrechungsbetrieb der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion leichter abzubrechen.
Ein Erfassungssignal VDEC der Stromerfassungsschaltung 2 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform kann nach außen ausgegeben werden, um für eine weitere Steuerung verwendet zu werden.
Obgleich in jeder der obigen Ausführungsformen ein PWM-Signal von der ECU 13 zugeführt wird, ist die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt. Es kann ein Signal beliebiger Art extern zugeführt werden, solange sein Logikwert zwischen dem H-Pegel und dem L-Pegel variiert.
Obgleich das Halbleiterelement, das Teil der Halbleitervorrichtung mit einer Überhitzungsschutzfunktion ist, in jeder der obigen Ausführungsformen der MOSFET ist, ist die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt. Das Halbleiterelement kann ein Bipolartransistor sein.

Claims

Steuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung (4) mit integriertem Überhitzungsschutz, wobei die Halbleitervorrichtung (4) auf einem Chip ein Halbleiterelement (24), eine Temperaturerfassungsschaltung (21) zum Erfassen der Chiptemperatur und eine Unterbrechungsschaltung (23) zum Unterbrechen einer Eingabe in das Halbleiterelement (24) gemäß einer Erfassungsausgabe der Temperaturerfassungsschaltung (21) enthält, umfassend eine Ansteuerschaltung (3), die gemäß einem extern zugeführten Signal eine Ansteuerspannung (VG) an die Halbleitervorrichtung (4) anlegt, und eine Stromerfassungsschaltung (2) zur Überwachung des über die Halbleitervorrichtung (4) fließenden Ansteuerstroms, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungsschaltung (2) dazu eingerichtet ist, ein Erfassungssignal (VDEC) auszugeben, wenn der über die Halbleitervorrichtung (4) fließende Ansteuerstrom (IG) einen vorgegebenen Schwellenstrom (I_th) übersteigt, wobei der vorgegebene Schwellenstrom (I_th) so eingestellt ist, dass die Stromerfassungsschaltung (2) das Erfassungssignal (VDEC) dann ausgibt, wenn die Unterbrechungsschaltung (23) die Eingabe in das Halbleiterelement (24) unterbricht, und wobei die Ansteuerschaltung (3) die Ansteuerspannung (VG) auf eine vorgegebene Spannung ändert, wenn das Erfassungssignal (VDEC) von der Stromerfassungsschaltung (2) ausgegeben wird, und auf der vorgegebenen Spannung hält, solange das Erfassungssignal (VDEC) von der Stromerfassungsschaltung (2) ausgegeben wird, wobei die vorgegebene Spannung so eingestellt ist, dass der Ansteuerstrom (IG) den vorgegebenen Schwellenstrom (I_th) übersteigt, wenn die Unterbrechungsschaltung (23) eine Eingabe in das Halbleiterelement (24) unterbricht, und somit die Halbleitervorrichtung (4) den Unterbrechungsbetrieb fortsetzt.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (3) das Anlegen der Ansteuerspannung (VG) an die Halbleitervorrichtung (4) anhält, wenn die Zufuhr von Leistung von einer Leistungsquelle (VP) abgeschaltet wird oder wenn der Ansteuerschaltung (3) extern ein Rücksetzsignal zugeführt wird.
Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungsschaltung (2) so konfiguriert ist, dass sie das Erfassungssignal (VDEC) nach außen ausgeben kann.