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JP2005268703A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2005268703A
JP2005268703A JP2004082591A JP2004082591A JP2005268703A JP 2005268703 A JP2005268703 A JP 2005268703A JP 2004082591 A JP2004082591 A JP 2004082591A JP 2004082591 A JP2004082591 A JP 2004082591A JP 2005268703 A JP2005268703 A JP 2005268703A
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Japan
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thermal protection
transistor
channel mosfet
voltage
protection circuit
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Pending
Application number
JP2004082591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Ishimaru
誠 石丸
Takuya Ishii
卓也 石井
Takashi Ryu
隆 龍
Hiroshi Saito
浩 齊藤
Hiroki Akashi
裕樹 明石
Hirohisa Tanabe
裕久 田辺
Tomoya Shigemi
智也 重見
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which has an n-channel MOSFET that could show a high-temperature abnormal operation, and a heat protection circuit capable of detecting an abnormal temperature accurately for a heat protection operation for the n-channel MOSFET. <P>SOLUTION: The semiconductor device has the heat protection circuit supplied with power voltage from a power supply 30. The heat protection circuit comprises a reference voltage source 31, a constant current source 2a that is a load circuit, a transistor 51 for heat protective detection which has a collector connected to the power supply 30, a base connected to the reference voltage source 31, and an emitter connected to the constant current source 2a, and is arranged near the n-channel MOSFET 52, and a comparator 1a which compares the emitter voltage of the transistor 51 with a voltage given by dividing a reference voltage VREF via resistances. The heat protection circuit secures a collector current for the transistor 51 for heat protective detection, and fixes the collector voltage of the transistor 51 to the power voltage. As a result, an abnormal temperature at the n-channel MOSFET 52 is detected accurately without receiving an effect of a parasitic element to enable a heat protection operation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高温異常動作の発生し得る、nチャンネルMOSFETとその熱保護回路を有する半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having an n-channel MOSFET and its thermal protection circuit that can cause abnormal operation at high temperature.

近年、半導体装置において、高温異常動作に起因する、回路の破壊、信頼性の低下を防ぐために、熱保護回路が付加されるようになってきた。   In recent years, in semiconductor devices, a thermal protection circuit has been added in order to prevent circuit destruction and deterioration in reliability due to abnormal operation at high temperature.

従来の熱保護回路として、図3に示すような熱保護回路が特許文献1で提案されている。以下、図3を参照しながら、特許文献1に記載されている、従来の熱保護回路について説明する。図3において、30は電源、1は制御回路、2は定電流源であり、この定電流源2はトランジスタ21〜24からなるカレントミラーによって構成される。VOUTは制御回路1の出力端子であり出力電圧VOUTが出力される。3,4は、基準電圧源31から入力される基準電圧値VREFを抵抗分割し、トランジスタ51を常温時にオフ状態とするバイアス抵抗であり、それぞれの抵抗値はR3,R4である。11,12はそれぞれnpnトランジスタ9,10に接続されたベース抵抗、13は定電流源2の電流値を決定する抵抗、25はダイオード14に流れる電流を決定する抵抗である。トランジスタ51は熱保護検出のためのものであり、トランジスタ9はバッファ用のものである。またトランジスタ10は、オン時にコレクタに接続された制御回路1をシャットダウンするためのものである。   As a conventional thermal protection circuit, a thermal protection circuit as shown in FIG. Hereinafter, a conventional thermal protection circuit described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, reference numeral 30 denotes a power source, 1 denotes a control circuit, and 2 denotes a constant current source. The constant current source 2 includes a current mirror composed of transistors 21 to 24. VOUT is an output terminal of the control circuit 1, and an output voltage VOUT is output. Reference numerals 3 and 4 denote bias resistors that resistance-divide the reference voltage value VREF input from the reference voltage source 31 and turn off the transistor 51 at room temperature. The resistance values are R3 and R4, respectively. Reference numerals 11 and 12 denote base resistors connected to the npn transistors 9 and 10, respectively. Reference numeral 13 denotes a resistor that determines the current value of the constant current source 2. Reference numeral 25 denotes a resistor that determines a current flowing through the diode 14. The transistor 51 is for thermal protection detection, and the transistor 9 is for a buffer. The transistor 10 is for shutting down the control circuit 1 connected to the collector when turned on.

はじめに、常温時の熱保護回路の動作について説明する。この熱保護回路において、熱保護検出用トランジスタ51は基準電圧のバイアス抵抗3,4による分割で、制御回路1の通常動作に影響のないように、常温時にはオフし得るベース・エミッタ間電圧にバイアスされている。したがって常温時には、熱保護検出用トランジスタ51がオフしているため、トランジスタ8はオンしており、トランジスタ9,10はオフしている。トランジスタ10がオフの状態にあるときにはトランジスタ10のコレクタ電流は流れないため、制御回路1が通常動作をし、正規の値の出力電圧VOUTが出力され、熱保護の対象となる回路の動作を許可する。トランジスタ9がオフ状態であるときには、コレクタ電流が流れないために、トランジスタ23のコレクタ電流はダイオード14を通って熱保護検出用トランジスタ51のコレクタに流れる。   First, the operation of the thermal protection circuit at normal temperature will be described. In this thermal protection circuit, the thermal protection detection transistor 51 is divided by a reference voltage bias resistor 3 and 4 and biased to a base-emitter voltage that can be turned off at room temperature so as not to affect the normal operation of the control circuit 1. Has been. Therefore, at room temperature, the transistor 51 for thermal protection detection is off, so that the transistor 8 is on and the transistors 9 and 10 are off. Since the collector current of the transistor 10 does not flow when the transistor 10 is in the OFF state, the control circuit 1 operates normally, and the output voltage VOUT having a normal value is output, allowing the operation of the circuit to be thermally protected. To do. Since the collector current does not flow when the transistor 9 is in the OFF state, the collector current of the transistor 23 flows through the diode 14 to the collector of the thermal protection detection transistor 51.

次に、雰囲気温度が上昇し異常温度となり、熱保護回路が動作する状態について述べる。熱保護検出用トランジスタ51がオンし得るベース・エミッタ間電圧は、負の温度特性を持つために、雰囲気温度の上昇により下降し、基準電圧のバイアス抵抗3,4の抵抗分割による電圧値[VREF・R4/(R3+R4)]に達すると、熱保護検出用トランジスタ51がオンし、トランジスタ8はオフ、トランジスタ9,10はオン状態となる。トランジスタ10がオン状態となれば、トランジスタ10のコレクタ電流が流れることで、制御回路1がシャットダウンされ、出力電圧VOUTは0V付近に下降し、熱保護の対象となる回路をシャットダウンする。トランジスタ9がオン状態であるときには、トランジスタ23のコレクタ電流はダイオード14を通ることなく、トランジスタ9のコレクタ電流となる。   Next, a state where the ambient temperature rises to an abnormal temperature and the thermal protection circuit operates will be described. Since the base-emitter voltage at which the thermal protection detecting transistor 51 can be turned on has a negative temperature characteristic, the voltage drops by the resistance division of the reference voltage bias resistors 3 and 4 [VREF]. When R4 / (R3 + R4)] is reached, the thermal protection detection transistor 51 is turned on, the transistor 8 is turned off, and the transistors 9 and 10 are turned on. When the transistor 10 is turned on, the collector current of the transistor 10 flows, so that the control circuit 1 is shut down, the output voltage VOUT is lowered to around 0 V, and the circuit to be thermally protected is shut down. When the transistor 9 is on, the collector current of the transistor 23 does not pass through the diode 14 and becomes the collector current of the transistor 9.

さらに、温度が下降して熱保護回路が解除される動作について説明する。解除前、熱保護検出用トランジスタ51がオン、トランジスタ8はオフ、トランジスタ9,10はオンしている。制御回路1はシャットダウンされ、出力電圧VOUTは0V付近まで下降している。同じくトランジスタ9がオン状態であるときには、トランジスタ23のコレクタ電流は、ダイオードD1(14)を通ることなく、トランジスタ9のコレクタ電流となる。温度下降により、熱保護検出用トランジスタ51のオンし得るベース・エミッタ間電圧は負の温度係数を持つために上昇し、基準電圧VREFがバイアス抵抗R3,R4によって抵抗分割された電圧値[VREF・R4/(R3+R4)]に達すると、熱保護検出用トランジスタ51はオフ、トランジスタ8はオンしてトランジスタ9,10はオフする。トランジスタ10がオフ状態であるときには、コレクタ電流が流れないために制御回路1は通常動作をし、正規の出力電圧VOUTが出力される。トランジスタ9がオフ状態になると、トランジスタ23のコレクタ電流はダイオード14を通って熱保護検出用トランジスタ51のコレクタに流れる。   Further, an operation in which the temperature is lowered and the thermal protection circuit is released will be described. Before the release, the thermal protection detection transistor 51 is on, the transistor 8 is off, and the transistors 9 and 10 are on. The control circuit 1 is shut down, and the output voltage VOUT drops to near 0V. Similarly, when the transistor 9 is in the ON state, the collector current of the transistor 23 becomes the collector current of the transistor 9 without passing through the diode D1 (14). As the temperature falls, the base-emitter voltage that can be turned on of the thermal protection detecting transistor 51 has a negative temperature coefficient, and thus rises, and the reference voltage VREF is divided by the bias resistors R3 and R4 [VREF · When R4 / (R3 + R4)] is reached, the thermal protection detection transistor 51 is turned off, the transistor 8 is turned on, and the transistors 9 and 10 are turned off. When the transistor 10 is in the off state, the collector current does not flow, so that the control circuit 1 performs a normal operation, and the normal output voltage VOUT is output. When the transistor 9 is turned off, the collector current of the transistor 23 flows through the diode 14 to the collector of the thermal protection detection transistor 51.

以上のように、特許文献1の熱保護回路によれば、トランジスタ9のオンオフ状態によって、トランジスタ10へのコレクタ電流が異なり、このことにより、熱保護検出用トランジスタ51のオン時とオフ時のベース・エミッタ間電圧が変化し、温度ヒステリシス幅を持たせることができる。
特開平6−121452号公報
As described above, according to the thermal protection circuit of Patent Document 1, the collector current to the transistor 10 varies depending on the on / off state of the transistor 9, and thus, the base when the thermal protection detection transistor 51 is turned on and off is changed. -The voltage between the emitters can be changed to provide a temperature hysteresis width.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-121452

しかしながら、前記のような構成の熱保護回路の構成では、被熱保護回路がnチャンネルMOSFETの場合、熱検出が不正確になるといった課題がある。図4は、nチャンネルMOSFETの熱保護に前記従来の熱保護回路を適用した場合の回路である。図4において、52はnチャンネルMOSFETであり、このnチャンネルMOSFET52のゲートには電圧Vg1が印加されており、ソースが接地され、ドレインは、他方が負荷40に接続されたインダクタL7及びpチャンネルMOSFET6のドレインに接続されている。pチャンネルMOSFET6のゲートには電圧Vg2が印加されており、ソースは電源30に接続されている。   However, the configuration of the thermal protection circuit configured as described above has a problem that heat detection becomes inaccurate when the thermal protection circuit is an n-channel MOSFET. FIG. 4 shows a circuit when the conventional thermal protection circuit is applied to the thermal protection of the n-channel MOSFET. In FIG. 4, reference numeral 52 denotes an n-channel MOSFET. A voltage Vg1 is applied to the gate of the n-channel MOSFET 52, the source is grounded, and the drain is an inductor L7 and the p-channel MOSFET 6 whose other is connected to the load 40. Connected to the drain. A voltage Vg <b> 2 is applied to the gate of the p-channel MOSFET 6, and the source is connected to the power supply 30.

また、図5(a)は、図4の二点鎖線で囲んだ部分5で示した、熱保護検出用トランジスタ51及びnチャンネルMOSFET52近傍を抽出した図であり、図5(b)は図5(a)の断面構造を示す図である。図5(a)において、51は熱保護検出用トランジスタであり、この熱保護検出用トランジスタ51のエミッタが接地されている。52はnチャンネルMOSFETであり、このnチャンネルMOSFET52のソースが接地されており、ゲートに電圧Vg1が印加されている。   FIG. 5A is a diagram in which the vicinity of the thermal protection detection transistor 51 and the n-channel MOSFET 52 shown by the portion 5 surrounded by a two-dot chain line in FIG. 4 is extracted, and FIG. It is a figure which shows the cross-section of (a). In FIG. 5A, reference numeral 51 denotes a thermal protection detection transistor, and the emitter of the thermal protection detection transistor 51 is grounded. 52 is an n-channel MOSFET, the source of the n-channel MOSFET 52 is grounded, and the voltage Vg1 is applied to the gate.

nチャンネルMOSFET52は被熱保護回路であるので、熱保護検出用トランジスタ51に接近させて配置されている。図5(b)に示すように、p型半導体を基板とし(図中のP−SUB)、n型半導体のウェル(図中のNW)内にnpnトランジスタである熱保護検出用トランジスタ51が形成され、その近傍にnチャンネルMOSFET52が形成される。しかし、熱保護検出用トランジスタ51の近傍に、nチャンネルMOSFET52が配置されると、図5(a)及び図5(b)に示すように、P−SUBをベース、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタをコレクタ、nチャンネルMOSFET52のドレインをエミッタとする、寄生のnpnトランジスタ53が生じる。通常、P−SUBは接地され、この寄生トランジスタ53のベース−エミッタは、nチャンネルMOSFET52のドレイン−ソース間に逆並列に接続されるボディダイオードと呼ばれる。   Since the n-channel MOSFET 52 is a thermal protection circuit, the n-channel MOSFET 52 is disposed close to the thermal protection detection transistor 51. As shown in FIG. 5B, a p-type semiconductor is used as a substrate (P-SUB in the figure), and a thermal protection detection transistor 51, which is an npn transistor, is formed in an n-type semiconductor well (NW in the figure). An n-channel MOSFET 52 is formed in the vicinity thereof. However, when the n-channel MOSFET 52 is arranged in the vicinity of the thermal protection detection transistor 51, as shown in FIGS. 5A and 5B, the P-SUB is used as a base, and the thermal protection detection transistor 51 A parasitic npn transistor 53 is generated with the collector as the collector and the drain of the n-channel MOSFET 52 as the emitter. Normally, the P-SUB is grounded, and the base-emitter of the parasitic transistor 53 is called a body diode connected in antiparallel between the drain and source of the n-channel MOSFET 52.

図4において、pチャンネルMOSFET6とnチャンネルMOSFET52は交互にオンオフを繰り返し、インダクタ7を介して負荷40へ電流を流して電力を供給する。pチャンネルMOSFET6がオン状態の時、インダクタ7に蓄えられた磁気エネルギーは、pチャンネルMOSFET6のターンオフとともに放出され始める。このとき、nチャンネルMOSFET52は、pチャンネルMOSFET6との同時オンを回避するために、わずかな遅延時間の後にターンオンする。この遅延時間の間に前述のnチャンネルMOSFET52のボディダイオードが導通する期間が生じる。すなわち、寄生トランジスタ53のベース−エミッタに電流が流れ、寄生トランジスタ53がオン状態となる。このことにより、定電流源2から供給される電流は、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタ電流と寄生トランジスタ53のコレクタ電流に分流され、寄生トランジスタ53のコレクタ電流はnチャンネルMOSFET52のドレインに流れる。   In FIG. 4, the p-channel MOSFET 6 and the n-channel MOSFET 52 are alternately turned on and off, and a current is supplied to the load 40 via the inductor 7 to supply power. When the p-channel MOSFET 6 is in the on state, the magnetic energy stored in the inductor 7 starts to be released when the p-channel MOSFET 6 is turned off. At this time, the n-channel MOSFET 52 is turned on after a slight delay time in order to avoid simultaneous ON with the p-channel MOSFET 6. During this delay time, a period in which the body diode of the n-channel MOSFET 52 is conducted occurs. That is, a current flows through the base-emitter of the parasitic transistor 53, and the parasitic transistor 53 is turned on. As a result, the current supplied from the constant current source 2 is divided into the collector current of the thermal protection detection transistor 51 and the collector current of the parasitic transistor 53, and the collector current of the parasitic transistor 53 flows to the drain of the n-channel MOSFET 52.

熱保護検出用トランジスタ51のベース−エミッタ間電圧の負の温度特性を利用した熱保護回路においては、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタ電流を調整することにより、検出温度を調整することや、特許文献1のように温度ヒステリシスを設けることを可能としていたが、前記のように熱保護検出用トランジスタ51のコレクタ電流が調整不能となると、それらの機能が損なわれる。   In the thermal protection circuit using the negative temperature characteristic of the base-emitter voltage of the thermal protection detection transistor 51, the detection temperature can be adjusted by adjusting the collector current of the thermal protection detection transistor 51, Although it has been possible to provide temperature hysteresis as in Document 1, if the collector current of the thermal protection detection transistor 51 becomes unadjustable as described above, these functions are impaired.

さらに、寄生トランジスタ53がオンにより、定電流源2から供給される電流より大きな電流が、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタからnチャンネルMOSFET52のドレインに流れると、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタ電位が下降し、異常温度でないにもかかわらず熱保護動作を起こすといった誤動作を起こす。   Further, when the parasitic transistor 53 is turned on and a current larger than the current supplied from the constant current source 2 flows from the collector of the thermal protection detection transistor 51 to the drain of the n-channel MOSFET 52, the collector potential of the thermal protection detection transistor 51 is increased. Will fall and cause a malfunction such as causing a thermal protection operation even if the temperature is not abnormal.

以上のように、ボディダイオードが導通する可能性のあるnチャンネルMOSFETを内蔵した半導体装置の場合、そのnチャンネルMOSFETを被熱保護回路とする熱保護回路を、被熱保護回路の近傍に配置できず、被熱保護回路の熱保護を正確に検出することが困難であるという問題点を有していた。   As described above, in the case of a semiconductor device including an n-channel MOSFET in which a body diode may be conducted, a thermal protection circuit using the n-channel MOSFET as a thermal protection circuit can be disposed in the vicinity of the thermal protection circuit. However, there is a problem that it is difficult to accurately detect the thermal protection of the heat protection circuit.

前記問題に鑑み、本発明は、寄生トランジスタがオンすることによる誤動作を防止し、熱保護検出用トランジスタを被熱保護回路の近傍に配置することのできる熱保護回路を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thermal protection circuit in which a malfunction due to a parasitic transistor being turned on can be prevented, and a thermal protection detection transistor can be disposed in the vicinity of a thermal protection circuit. .

前記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、基準電圧源と、負荷回路と、コレクタを電源に接続し、ベースを前記基準電圧源に接続し、エミッタを前記負荷回路に接続し、前記nチャンネルMOSFETの近傍に設置したnpnトランジスタと、前記トランジスタのエミッタ電圧を所定の電圧と比較するコンパレータとを有する熱保護回路を有している。   In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention includes a reference voltage source, a load circuit, a collector connected to a power source, a base connected to the reference voltage source, an emitter connected to the load circuit, It has a thermal protection circuit having an npn transistor installed in the vicinity of the n-channel MOSFET and a comparator for comparing the emitter voltage of the transistor with a predetermined voltage.

また、この熱保護回路の前記負荷回路は定電流源であってもよい。また、この熱保護回路の前記所定の電圧は、前記基準電圧源の電圧を分割して得られる構成としてもよい。さらに、この熱保護回路の前記npnトランジスタのコレクタは、前記電源の代わりに別に設けられた電源に接続されてもよい。   The load circuit of the thermal protection circuit may be a constant current source. The predetermined voltage of the thermal protection circuit may be obtained by dividing the voltage of the reference voltage source. Furthermore, the collector of the npn transistor of the thermal protection circuit may be connected to a power source provided separately from the power source.

本発明は、前記した構成を有することにより、熱保護検出用トランジスタに流れる電流は、寄生トランジスタがオンすることによる影響を受けず、熱保護回路の誤動作を防止することが可能である。このため、熱保護検出用トランジスタを被熱保護素子であるnチャンネルMOSFETの近傍に配置することができ、nチャンネルMOSFETの異常温度を的確に検出して熱保護動作を行うことが可能となる。   According to the present invention having the above-described configuration, the current flowing through the thermal protection detection transistor is not affected by the parasitic transistor being turned on, and the thermal protection circuit can be prevented from malfunctioning. For this reason, the transistor for thermal protection detection can be disposed in the vicinity of the n-channel MOSFET that is the thermal protection element, and the abnormal temperature of the n-channel MOSFET can be accurately detected to perform the thermal protection operation.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態における熱保護回路の回路図である。図1において、1aはコンパレータであり、このコンパレータ1aの出力がLレベルの時には正常動作、Hレベルの時には熱保護動作するものとする。2aは定電流源であり、定電流I2を流す。51は熱保護検出用トランジスタであり、この熱保護検出用トランジスタ51のベースが基準電圧源31に、コレクタが電源30に、エミッタが定電流源2a及びコンパレータ1aの非反転入力端子に、それぞれ接続されている。3,4は、基準電圧源31から入力される基準電圧値VREFを抵抗分割し、コンパレータ1aの反転入力端子に入力される電圧を決定する分割抵抗であり、各々の抵抗値をR3,R4とする。52はnチャンネルMOSFETであり、このnチャンネルMOSFET52のゲートには電圧Vg1が印加されており、ソースが接地され、ドレインは、他方が負荷40に接続されたインダクタ7及びpチャンネルMOSFET6のドレインに接続されている。pチャンネルMOSFET6のゲートには電圧Vg2が印加されており、ソースは電源に接続されている。   FIG. 1 is a circuit diagram of a thermal protection circuit according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1a denotes a comparator. When the output of the comparator 1a is at L level, normal operation is performed, and when the output is H level, thermal protection is performed. Reference numeral 2a denotes a constant current source that allows a constant current I2 to flow. Reference numeral 51 denotes a thermal protection detection transistor. The base of the thermal protection detection transistor 51 is connected to the reference voltage source 31, the collector is connected to the power supply 30, and the emitter is connected to the non-inverting input terminal of the constant current source 2a and the comparator 1a. Has been. Reference numerals 3 and 4 are divided resistors for resistance-dividing the reference voltage value VREF input from the reference voltage source 31 and determining a voltage input to the inverting input terminal of the comparator 1a. The respective resistance values are R3 and R4. To do. Reference numeral 52 denotes an n-channel MOSFET. A voltage Vg1 is applied to the gate of the n-channel MOSFET 52, the source is grounded, and the drain is connected to the inductor 7 connected to the load 40 and the drain of the p-channel MOSFET 6. Has been. A voltage Vg2 is applied to the gate of the p-channel MOSFET 6, and the source is connected to the power supply.

はじめに、常温時の熱保護回路の動作について説明する。図1の熱保護回路において、熱保護検出用トランジスタ51のベースには基準電圧値VREFが印加されており、常時オンするベース・エミッタ間電圧Vbeにバイアスされている。従って、コンパレータ1aの非反転入力端子には、(VREF−Vbe)が印加される。また、コンパレータ1aの反転入力端子には、基準電圧値VREFを分割抵抗3,4により分割した電圧、すなわち、[VREF・R4/(R3+R4)]で表される電圧が印加される。常温時においては、次式(数1)であり、コンパレータ1aの出力電圧がLレベルとなるように設定されている。
(数1)
VREF−Vbe < VREF・R4/(R3+R4)
すなわち、常温時の通常動作に影響のないように設定されており、常温時において、コンパレータ1aからはLレベルが出力され、熱保護の対象となる回路の動作を許可する。
First, the operation of the thermal protection circuit at normal temperature will be described. In the thermal protection circuit of FIG. 1, a reference voltage value VREF is applied to the base of the thermal protection detection transistor 51 and is biased to a base-emitter voltage Vbe that is always on. Therefore, (VREF−Vbe) is applied to the non-inverting input terminal of the comparator 1a. A voltage obtained by dividing the reference voltage value VREF by the dividing resistors 3 and 4, that is, a voltage represented by [VREF · R4 / (R3 + R4)] is applied to the inverting input terminal of the comparator 1a. At normal temperature, the following equation (Equation 1) is established and the output voltage of the comparator 1a is set to L level.
(Equation 1)
VREF−Vbe <VREF · R4 / (R3 + R4)
That is, it is set so as not to affect the normal operation at normal temperature, and at the normal temperature, the L level is output from the comparator 1a to permit the operation of the circuit to be thermally protected.

次に、雰囲気温度が上昇し異常温度となり、熱保護回路が動作する状態について説明する。コンパレータ1aの非反転入力端子に入力される、熱保護検出用トランジスタ51のエミッタ電圧は、熱保護検出用トランジスタ51のオンし得るベース・エミッタ間電圧Vbeが負の温度特性を持っているために、温度の上昇に伴い低下する。やがて異常温度となって動作温度の制限値を超えると、コンパレータ1aの反転入力端子に入力される電圧は反転入力端子の電位を上回り、次式(数2)となり、コンパレータ1aの出力電圧の信号がHレベルに反転し、その信号により熱保護の対象となる回路をシャットダウンさせる。
(数2)
VREF−Vbe > VREF・R4/(R3+R4)
逆に、雰囲気温度が動作温度の制限値以上の値から下降した場合には、同じ雰囲気温度において、熱保護検出用トランジスタ51のベース−エミッタ間電圧Vbeの上昇によって、コンパレータ1aの非反転入力端子の電圧が低下して反転入力端子の電圧を下回り、コンパレータ1aの出力はLレベルに反転する。このことにより、回路のシャットダウンが解除され、回路を再起動させることができる。
Next, a state where the ambient temperature rises to an abnormal temperature and the thermal protection circuit operates will be described. The emitter voltage of the thermal protection detection transistor 51 input to the non-inverting input terminal of the comparator 1a is because the base-emitter voltage Vbe that can be turned on by the thermal protection detection transistor 51 has a negative temperature characteristic. It decreases with increasing temperature. When an abnormal temperature is reached and the operating temperature limit is exceeded, the voltage input to the inverting input terminal of the comparator 1a exceeds the potential of the inverting input terminal and is given by the following equation (Equation 2). Is inverted to H level, and the signal to be thermally protected is shut down by the signal.
(Equation 2)
VREF−Vbe> VREF · R4 / (R3 + R4)
Conversely, when the ambient temperature falls from a value equal to or higher than the limit value of the operating temperature, the non-inverting input terminal of the comparator 1a is increased by the rise of the base-emitter voltage Vbe of the thermal protection detection transistor 51 at the same ambient temperature. And the voltage of the inverting input terminal falls below the voltage of the inverting input terminal, and the output of the comparator 1a is inverted to the L level. As a result, the shutdown of the circuit is canceled and the circuit can be restarted.

図2(a)は、図1の二点鎖線で囲んだ部分5で示した、熱保護回路における熱保護検出用トランジスタ51及びnチャンネルMOSFET52近傍を抽出した図、図2(b)に図2(a)の断面構造を示す図である。図2(a)において、51は熱保護検出用トランジスタである。52はnチャンネルMOSFETであり、ソースが接地されており、ゲートに電圧Vg1が印加されている。nチャンネルMOSFET52は、被熱保護回路であるので、熱保護検出用トランジスタ51に接近させて配置されている。図2(b)に示すように、p型半導体を基板とし(図中のP−SUB)、n型半導体のウェル(図中のNW)内にnpnトランジスタである熱保護検出用トランジスタ51が形成され、その近傍にnチャンネルMOSFET52が形成される。   2A is a diagram in which the vicinity of the thermal protection detection transistor 51 and the n-channel MOSFET 52 in the thermal protection circuit, which is shown by the portion 5 surrounded by a two-dot chain line in FIG. 1, is extracted, and FIG. It is a figure which shows the cross-section of (a). In FIG. 2A, reference numeral 51 denotes a thermal protection detection transistor. An n-channel MOSFET 52 has a source grounded and a voltage Vg1 applied to the gate. Since the n-channel MOSFET 52 is a thermal protection circuit, the n-channel MOSFET 52 is arranged close to the thermal protection detection transistor 51. As shown in FIG. 2B, a p-type semiconductor is used as a substrate (P-SUB in the figure), and a thermal protection detection transistor 51, which is an npn transistor, is formed in an n-type semiconductor well (NW in the figure). An n-channel MOSFET 52 is formed in the vicinity thereof.

ところで、熱保護検出用トランジスタ51の近傍に、nチャンネルMOSFET52が配置されると、図2(a)及び図2(b)に示すように、P−SUBをベース、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタをコレクタ、nチャンネルMOSFET52のドレインをエミッタとする、寄生のnpnトランジスタ53が生じる。   By the way, when the n-channel MOSFET 52 is disposed in the vicinity of the thermal protection detection transistor 51, as shown in FIGS. 2A and 2B, the P-SUB is used as a base, and the thermal protection detection transistor 51 A parasitic npn transistor 53 is generated with the collector as the collector and the drain of the n-channel MOSFET 52 as the emitter.

図1において、pチャンネルMOSFET6とnチャンネルMOSFET52は交互にオンオフを繰り返し、インダクタ7を介して負荷40へ電流を流して電力を供給する。pチャンネルMOSFET6がオン状態の時、インダクタ7に蓄えられた磁気エネルギーは、pチャンネルMOSFET6のターンオフとともに放出され始める。このとき、nチャンネルMOSFET52は、pチャンネルMOSFET6との同時オンを回避するために、わずかな遅延時間の後にターンオンする。この遅延時間の間、nチャンネルMOSFET52のドレイン電位がインダクタ7の誘起電圧によって基板電位(接地電位)よりも低下して負電位になる。この時、寄生トランジスタ53のベース−エミッタに電流が流れ、寄生トランジスタ53がオン状態となる。   In FIG. 1, a p-channel MOSFET 6 and an n-channel MOSFET 52 are alternately turned on and off, and a current is supplied to the load 40 via the inductor 7 to supply power. When the p-channel MOSFET 6 is in the on state, the magnetic energy stored in the inductor 7 starts to be released when the p-channel MOSFET 6 is turned off. At this time, the n-channel MOSFET 52 is turned on after a slight delay time in order to avoid simultaneous ON with the p-channel MOSFET 6. During this delay time, the drain potential of the n-channel MOSFET 52 becomes lower than the substrate potential (ground potential) by the induced voltage of the inductor 7 and becomes a negative potential. At this time, a current flows through the base-emitter of the parasitic transistor 53, and the parasitic transistor 53 is turned on.

この時、寄生トランジスタ53を介して、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタから、nチャンネルMOSFET52のドレインに電流が流れる。しかし、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタからエミッタへ流れる電流は、熱保護検出用トランジスタ51のエミッタに接続された定電流源2aによって設定されており、寄生トランジスタ53の影響は受けない。また、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタは、電源に接続されているため、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタ電位は、電源電圧から変動することはない。すなわち、熱保護検出用トランジスタ51は寄生トランジスタ53のオンオフによる影響を受けることがなく、誤動作を起こさない。   At this time, a current flows from the collector of the thermal protection detection transistor 51 to the drain of the n-channel MOSFET 52 via the parasitic transistor 53. However, the current flowing from the collector to the emitter of the thermal protection detection transistor 51 is set by the constant current source 2 a connected to the emitter of the thermal protection detection transistor 51 and is not affected by the parasitic transistor 53. Further, since the collector of the thermal protection detection transistor 51 is connected to the power supply, the collector potential of the thermal protection detection transistor 51 does not vary from the power supply voltage. That is, the thermal protection detection transistor 51 is not affected by the on / off of the parasitic transistor 53 and does not malfunction.

なお、コンパレータ1aの出力が反転する際の温度は、トランジスタのオンし得るベース−エミッタ間電圧Vbeが、次式(数3)で表されることから、定電流源2aの電流値I2によって調整可能であることが分かる。
(数3)
Vbe=(k・T/q)ln[I2/Is]
前記実施の形態では、雰囲気温度の上昇によって異常温度として熱保護動作する温度と、雰囲気温度の下降によって熱保護動作が解除される温度は、等しいものとして説明したが、定電流源2aの構成によって温度ヒステリシスを設けることが可能である。例えば、コンパレータ1aの出力を検出し、コンパレータ1aの出力がHレベルの時の定電流源2aの定電流値をLレベルの時の定電流値よりも小さくなるように設定すればよい。
The temperature at which the output of the comparator 1a is inverted is adjusted by the current value I2 of the constant current source 2a because the base-emitter voltage Vbe that can be turned on by the transistor is expressed by the following equation (Equation 3). It turns out that it is possible.
(Equation 3)
Vbe = (k · T / q) ln [I2 / Is]
In the above-described embodiment, the temperature at which the thermal protection operation is performed as an abnormal temperature due to the increase in the ambient temperature and the temperature at which the thermal protection operation is canceled due to the decrease in the ambient temperature have been described as being equal, but depending on the configuration of the constant current source 2a Temperature hysteresis can be provided. For example, the output of the comparator 1a is detected, and the constant current value of the constant current source 2a when the output of the comparator 1a is at the H level may be set to be smaller than the constant current value when it is at the L level.

また、熱保護検出用トランジスタ51に流す電流の設定に定電流源2aを用いたが、これは定電流源に限定されず、例えば抵抗であってもよい。この抵抗値をrとすると、熱保護検出用トランジスタ51に流れる電流は、(VREF−Vbe)/rで表される。   Further, although the constant current source 2a is used for setting the current flowing through the thermal protection detection transistor 51, this is not limited to the constant current source, and may be a resistor, for example. When this resistance value is r, the current flowing through the thermal protection detection transistor 51 is represented by (VREF−Vbe) / r.

さらに、本実施の形態に用いた基準電圧源31の基準電圧VREFは、温度による変動が小さいほどよい。また、コンパレータ1aの反転入力端子に印加する電圧を、基準電圧VREFから抵抗分割によって生成したが、この方法に限定されるものではなく、例えば別の基準電圧源を用いても構わない。その場合、前述のように別の基準電圧源が温度による変動が小さいものが望ましい。あるいは、基準電圧源31の基準電圧VREFが温度特性を有する場合、反転入力端子に印加する電圧に基準電圧源31とは逆の温度特性を有する別の基準電圧源を用いることによって、両者の温度特性を相殺するとよい。   Furthermore, the reference voltage VREF of the reference voltage source 31 used in the present embodiment is better as the fluctuation due to temperature is smaller. In addition, the voltage applied to the inverting input terminal of the comparator 1a is generated by resistance division from the reference voltage VREF. However, the present invention is not limited to this method. For example, another reference voltage source may be used. In this case, it is desirable that another reference voltage source has a small variation due to temperature as described above. Alternatively, when the reference voltage VREF of the reference voltage source 31 has temperature characteristics, by using another reference voltage source having a temperature characteristic opposite to that of the reference voltage source 31 for the voltage applied to the inverting input terminal, The characteristics should be offset.

また、本発明の実施の形態では、熱保護検出用トランジスタ51のコレクタを電源30に接続したが、別の電源に接続してもよい。熱保護検出用トランジスタ51と寄生トランジスタ53とは、構造上コレクタを共有するので、寄生トランジスタ53がオン状態となった場合に流れるコレクタ電流が熱保護検出用トランジスタ51の動作に影響しなければよい。すなわち、両トランジスタ51及び53の共有するコレクタは十分な電流供給能力を有する電源に接続されていればよい。   In the embodiment of the present invention, the collector of the thermal protection detection transistor 51 is connected to the power supply 30, but may be connected to another power supply. Since the thermal protection detection transistor 51 and the parasitic transistor 53 share the collector in structure, the collector current that flows when the parasitic transistor 53 is turned on should not affect the operation of the thermal protection detection transistor 51. . That is, the collector shared by both transistors 51 and 53 only needs to be connected to a power supply having sufficient current supply capability.

以上のように本発明は、熱保護検出用トランジスタと、半導体装置に内蔵されたnチャンネルMOSFETとの間の寄生トランジスタに電流が流れても、熱保護検出用トランジスタのコレクタ電位を固定することによって、熱保護検出用トランジスタの誤動作を防ぐことができるため、熱保護回路をパワー素子の近傍に配置することができ、パワー素子の熱保護の正確な検出が可能となる熱保護回路を実現できるものである。   As described above, the present invention fixes the collector potential of the thermal protection detection transistor even if a current flows through the parasitic transistor between the thermal protection detection transistor and the n-channel MOSFET built in the semiconductor device. Since it can prevent malfunction of the transistor for thermal protection detection, the thermal protection circuit can be arranged in the vicinity of the power element, and a thermal protection circuit capable of accurately detecting the thermal protection of the power element can be realized. It is.

以上本発明は、高温異常動作の発生し得るnチャンネルMOSFETとその熱保護回路を有する半導体装置に有用である。   As described above, the present invention is useful for a semiconductor device having an n-channel MOSFET that can cause abnormal operation at high temperature and a thermal protection circuit thereof.

本発明の一実施の形態における熱保護回路の回路図The circuit diagram of the thermal protection circuit in one embodiment of the present invention 図1おける熱保護検出用トランジスタ51及びnチャンネルMOS52の説明図Explanatory drawing of the transistor 51 for thermal protection detection and the n-channel MOS 52 in FIG. 従来の熱保護回路の回路図Circuit diagram of conventional thermal protection circuit 従来の熱保護回路を、負荷40に接続されたインダクタが接続したスイッチング素子を被熱保護回路として適用した場合の回路図Circuit diagram when a conventional thermal protection circuit is applied as a thermal protection circuit with a switching element connected by an inductor connected to a load 40 図4の熱保護検出用トランジスタ51及びnチャンネルMOS52の説明図Explanatory drawing of the transistor 51 for thermal protection detection and the n-channel MOS 52 of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路
1a コンパレータ
2,2a 定電流源
3,4 バイアス抵抗
5 熱保護検出用トランジスタ51及びnチャンネルMOS52
6 pチャンネルMOS
7 インダクタ
8,9,10 npnトランジスタ
11,12,13,25 抵抗
14 ダイオード
30 電源
31 基準電圧源
40 負荷
51 熱保護検出用トランジスタ
52 nチャンネルMOS
53 寄生トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control circuit 1a Comparator 2, 2a Constant current source 3, 4 Bias resistance 5 Thermal protection detection transistor 51 and n channel MOS 52
6 p-channel MOS
7 Inductors 8, 9, 10 npn transistors 11, 12, 13, 25 Resistor 14 Diode 30 Power supply 31 Reference voltage source 40 Load 51 Thermal protection detection transistor 52 n-channel MOS
53 Parasitic transistor

Claims (4)

nチャンネルMOSFETと、熱保護回路とを有する半導体装置であって、
前記熱保護回路は、基準電圧源と、負荷回路と、コレクタを電源に接続し、ベースを前記基準電圧源に接続し、エミッタを前記負荷回路に接続し、前記nチャンネルMOSFETの近傍に設置したnpnトランジスタと、前記トランジスタのエミッタ電圧を所定の電圧と比較するコンパレータとを有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having an n-channel MOSFET and a thermal protection circuit,
The thermal protection circuit has a reference voltage source, a load circuit, a collector connected to a power source, a base connected to the reference voltage source, an emitter connected to the load circuit, and is installed in the vicinity of the n-channel MOSFET. A semiconductor device comprising an npn transistor and a comparator for comparing an emitter voltage of the transistor with a predetermined voltage.
前記熱保護回路の前記負荷回路は、定電流源であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the load circuit of the thermal protection circuit is a constant current source. 前記熱保護回路の前記所定の電圧は、前記基準電圧源の電圧を分割して得られることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined voltage of the thermal protection circuit is obtained by dividing the voltage of the reference voltage source. 前記熱保護回路の前記npnトランジスタのコレクタは、前記電源の代わりに別に設けられた電源に接続されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a collector of the npn transistor of the thermal protection circuit is connected to a power source provided separately from the power source.
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