JP4732191B2

JP4732191B2 - 過熱保護機能付き半導体装置の制御回路

Info

Publication number: JP4732191B2
Application number: JP2006051662A
Authority: JP
Inventors: 弘男矢部
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: US7301129B1; DE102007009731A1; US20070210072A1; DE102007009731B4; JP2007230278A

Description

本発明は、例えば、自動車のランプを駆動するために用いられる大電力用半導体素子の過熱による破壊を防止する過熱保護機能付き半導体装置の制御回路に関する。

従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路には、過熱保護機能付き半導体装置と、出力状態検出手段と、制御手段とを備えたものがある。過熱保護機能付き半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子、温度検出回路、ラッチ回路及びゲート遮断回路がワンチップ上に搭載されて構成されている。温度検出回路は、ワンチップの温度上昇を検出しラッチ回路に供給する。ラッチ回路は、温度検出回路の検出出力をラッチする。ゲート遮断回路は、ラッチ回路の出力により制御され、半導体素子のゲート入力を遮断する。出力状態検出手段は、上記過熱保護機能付き半導体装置の出力状態を検出する。

制御手段は、ＣＰＵ（中央処理装置）等からなり、上記半導体素子にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を供給するとともに、ＰＷＭ制御信号の立ち上がり時間プラス所定の時間ごとの監視タイミングで、定期的に上記出力状態検出手段の検出出力を監視している。制御手段は、上記出力状態検出手段の検出出力の論理１，０と上記ＰＷＭ制御信号の論理１，０とを比較することにより、上記出力状態検出手段の検出出力の論理が上記ＰＷＭ制御信号の論理と異なっている状態が所定回数又は所定時間の間継続して発生した場合は、上記半導体素子への上記ＰＷＭ制御信号の供給を停止するように制御する（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３５８５１０５号公報（請求項１，［０００２］〜［００１２］，［００２４］〜［００３３］、図１）

上記した従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路では、過熱保護機能付き半導体装置からこれを監視する専用の制御手段まで引き回された配線により半導体素子の出力端子電圧を制御手段に供給し、制御手段でこの半導体素子の出力端子電圧を測定することにより、過熱保護機能付き半導体装置の過熱遮断状態を検出している。従って、回路が複雑化及び大型化し、ひいては過熱保護機能付き半導体装置の制御回路が高価になるという問題があった。

また、上記した従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路では、上記半導体素子への上記ＰＷＭ制御信号の供給を停止するか否かを判断するために、上記半導体素子への上記ＰＷＭ制御信号の供給と保護動作を数回繰り返しているので、上記半導体素子の過熱による劣化がわずかながらも進行してしまうという問題があった。
さらに、上記した従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路では、半導体素子が過熱遮断していないのに、外乱ノイズにより制御手段が誤動作して半導体素子への上記ＰＷＭ制御信号の供給を停止するように制御しまうおそれがある。この結果、負荷に負荷電流が流れなくなり、負荷が例えば、ランプの場合、点灯しなくなるという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような課題を解決することができる過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る過熱保護機能付き半導体装置の制御回路は、ワンチップ上に、半導体素子と、前記ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路と、前記温度検出回路の検出出力に基づいて前記半導体素子の入力を遮断する遮断回路とが搭載された過熱保護機能付き半導体装置を制御する過熱保護機能付き半導体装置の制御回路に係り、外部から供給される信号に基づいて駆動電圧を前記過熱保護機能付き半導体装置に印加する駆動回路と、前記過熱保護機能付き半導体装置に流れる駆動電流が予め設定されたしきい値電流を超えた場合に検知信号を出力する電流検知回路とを備え、前記駆動回路は、前記遮断回路が前記半導体素子の入力を遮断した場合には、前記半導体素子をオフするとともに、前記駆動電流が前記しきい値電流を超えるように、前記駆動電圧を所定の電圧に変化させ、前記電流検知回路から前記検知信号が出力されている間は、前記駆動電圧を前記所定の電圧に保持することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路に係り、前記駆動回路は、電源が遮断された場合又は外部からリセット信号が供給された場合には前記過熱保護機能付き半導体装置への前記駆動電圧の印加を停止することを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路に係り、前記電流検知回路は、前記検知信号を外部に出力可能に構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、過熱保護機能付き半導体装置を監視する専用の制御手段は必要なく、過熱保護機能付き半導体装置からこの制御手段まで引き回す配線も必要ない。従って、回路が簡単かつ小型に構成することができ、ひいては過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を安価に作製することができる。また、半導体素子の過熱による劣化を最小限に抑えることができ、半導体素子の信頼性を高めることができる。さらに、外乱ノイズにより電流検知回路が仮に検知信号を出力したとしても、駆動回路は、駆動電圧を所定の電圧に保持するので、負荷に駆動電流が流れないという不都合を回避することができる。
このため、本発明によれば、簡単な構成で、半導体素子が破壊される可能性が大幅に軽減されるという高い信頼性を有し、しかも確実に動作する過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を提供することができる。従って、過熱保護機能付き半導体装置が例えば、車両のランプ駆動のために利用された場合は、車両火災を防止することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路の構成を示すブロック図である。この例の過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路は、オアゲート１と、電流検知回路２と、駆動回路３と、過熱保護機能付き半導体装置４とから概略構成されている。

オアゲート１は、外部から供給されるＰＷＭ信号（”Ｈ”レベル又は”Ｌ”レベル）と、電流検知回路２から供給される検知信号（”Ｈ”レベル又は”Ｌ”レベル）との論理和をとった論理値（”Ｈ”レベル又は”Ｌ”レベル）を駆動回路３に供給する。電流検知回路２は、ＶＰ電源から駆動回路３を経て過熱保護機能付き半導体装置４に流れる駆動電流が予め設定されたしきい値電流を超えた場合、”Ｈ”レベルの検知信号ＶＤＥＣを出力する。

駆動回路３は、オアゲート１から供給される論理値を増幅して駆動電圧を過熱保護機能付き半導体装置４に印加する。また、駆動回路３は、ＶＰ電源が遮断された場合には過熱保護機能付き半導体装置４への駆動電圧の印加を停止する。過熱保護機能付き半導体装置４は、半導体装置、温度検出回路及び遮断回路等がワンチップ上に搭載されて構成されている。過熱保護機能付き半導体装置４は、駆動回路３から駆動電圧が印加されることにより、負荷５に負荷電流を供給する。

図２は、図１に示す過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路のブロック図を具体的に実現した回路図である。この例の過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２４を負荷５であるランプ１１の上流側に設けた装置（ハイ・サイド・スイッチング装置）である。また、この例の過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路は、例えば、自動車に搭載されるものであり、図１に示す負荷５として、図２では、例えば、ターンシグナルを示すウインカ（フラッシャ）に利用されるランプ１１を示している。

さらに、図２では、自動車の運転者がスイッチ１２を操作することにより、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３から出力されるＰＷＭ信号が供給される。このＰＷＭ信号は、デューティ比が予め設定されている。ＥＣＵは、自動車のエンジンの燃料噴射量や点火時期等を決定してエンジンを制御したり、オートマチック・トランスミッションやトラクションコントロールなどを制御するものである。ＰＷＭ信号は、デューティ比が予め設定されている。この実施の形態１においては、従来必要であった過熱保護機能付き半導体装置の制御回路専用のＣＰＵが不要である。

図２において、抵抗Ｒ１及びＲ２は、図１に示すオアゲート１を構成している。ＰＮＰ型のトランジスタＱ１、抵抗Ｒ３及びＲ４は、図１に示す電流検知回路２を構成している。ＮＰＮ型のトランジスタＱ２、ＰＮＰ型のトランジスタＱ３〜Ｑ５、抵抗Ｒ５〜Ｒ１４及びダイオードＤ１は、図１に示す駆動回路３を構成している。ダイオードＤ１は、トランジスタＱ５のベースを保護するために設けられている。

温度検出回路２１、ラッチ回路２２、ゲート遮断回路２３、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ２４及びゲート抵抗Ｒ２１は、図１に示す過熱保護機能付き半導体装置４を構成している。温度検出回路２１、ラッチ回路２２、ゲート遮断回路２３、ＭＯＳＦＥＴ２４及びゲート抵抗Ｒ２１は、ワンチップ上に搭載されている。

温度検出回路２１は、過熱保護機能付き半導体装置４のソース端子ＳとＭＯＳＦＥＴ２４のソースとの間に接続され、ワンチップの温度上昇を検出しラッチ回路２２に供給する。ラッチ回路２２は、温度検出回路２１の検出出力をラッチする。ゲート遮断回路２３は、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲートとソースとの間に接続され、ラッチ回路２２の出力により制御されてオンし、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲートとソースとの間を短絡することによりゲート入力を遮断する。ゲート抵抗Ｒ２１は、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲートと過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇとの間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２４は、ドレインがＶＢ電圧が印加された過熱保護機能付き半導体装置４のドレイン端子Ｄに接続され、ソースが過熱保護機能付き半導体装置４のソース端子Ｓに接続されている。過熱保護機能付き半導体装置４の過熱保護機能は、温度検出回路２１と、ラッチ回路２２と、ゲート遮断回路２３と、ゲート抵抗Ｒ２１との協動により行われる。

次に、上記構成を有する過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路の動作について、図３に示す波形図を参照して説明する。図３（２）において、Ｉ_ｔｈは、電流検知回路２がＭＯＳＦＥＴ２４の過熱による遮断を検知するためのしきい値電流である。また、ＶＰ電圧は１２Ｖ、ＶＢ電圧は２２Ｖ、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ１４及びゲート抵抗Ｒ２１の抵抗値はそれぞれ１．２ｋΩ、１０ｋΩ、１０ｋΩであるとする。

通常動作状態では、ＥＣＵ１３から図３（１）に示すＰＷＭ信号が供給されると、オアゲート１を構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点にＰＷＭ信号がそのまま出現する。ＰＷＭ信号の論理が”Ｈ”レベルの場合には、トランジスタＱ２がオンするので、トランジスタＱ２のコレクタ電圧が”Ｌ”レベルとなり、トランジスタＱ３及びＱ４が同時にオンする。これにより、トランジスタＱ５のベース電圧が上昇してトランジスタＱ５がオフするとともに、ＶＰ電源から抵抗Ｒ４、トランジスタＱ４のエミッタ及びコレクタ並びに抵抗Ｒ１４の経路を経てゲート電流ＩＧが流れ（図３（２）参照）、過熱保護機能付き半導体装置４においてゲート抵抗Ｒ２１を経てＭＯＳＦＥＴ２４のゲート容量ＣＧＳ及びＣＧＤが充電される。

この充電が続けられると、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート・ソース間電圧Ｖ_ＧＳが上昇していき、しきい電圧を超えると、ＭＯＳＦＥＴ２４がオンする。これにより、過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧは、図３（３）に示すように、約２２Ｖに上昇し、過熱保護機能付き半導体装置４のソース端子Ｓにおける電圧ＶＳも、図３（５）に示すように、約１２Ｖに上昇する。これに伴って、負荷５、今の場合、ランプ１１に負荷電流が流れる。

ＭＯＳＦＥＴ２４がターンオンした初期には、図３（２）に示すように、数μ秒〜数十μ秒の間、約１ｍＡ程度のゲート電流ＩＧがＭＯＳＦＥＴ２４のゲートに流れる。この約１ｍＡ程度のゲート電流ＩＧは、上記した電流検知回路２がＭＯＳＦＥＴ２４の過熱による遮断を検知するためのしきい値電流Ｉ_ｔｈを超えている。このゲート電流ＩＧが流れる期間は、電流検知回路２を構成する抵抗Ｒ４における電圧降下がトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥである約０．７Ｖ以上になり、トランジスタＱ１がオンし、トランジスタＱ１のコレクタにＶＰ電圧（”Ｈ”レベル）が出現する。即ち、図３（４）に示すように、電流検知回路２から”Ｈ”レベルの検知信号ＶＤＥＣが出力される。しかし、このゲート電流ＩＧが流れる期間では、上記したように、ＰＷＭ信号の論理が”Ｈ”レベルであるので、オアゲート１を構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点は、”Ｈ”レベルのままであり、ＭＯＳＦＥＴ２４のオン動作には何ら影響を及ぼさない。

一方、通常動作状態において、図３（１）に示すＰＷＭ信号の論理が”Ｌ”レベルの場合には、トランジスタＱ２がオフするので、トランジスタＱ２のコレクタ電圧がＶＰ電圧となり、トランジスタＱ３及びＱ４が同時にオフする。これにより、トランジスタＱ５のベースが抵抗Ｒ１１及びＲ１２を介してグランドにプルダウンされるので、トランジスタＱ５がオンし、トランジスタＱ５のエミッタの電位が、ｐｎ接合の順方向電圧、即ち、約０．７Ｖ（”Ｌ”レベル）となる。従って、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲートからゲート抵抗Ｒ２１、抵抗Ｒ１４、トランジスタＱ５のエミッタ及びコレクタの経路を経て放電電流が流れ（図３（２）参照）、グランドへとＭＯＳＦＥＴ２４のゲートに充電された電荷が放電される。

この放電が続けられると、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート・ソース間電圧Ｖ_ＧＳが下降していき、しきい電圧を下回ると、ＭＯＳＦＥＴ２４がオフする。これにより、過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧは、図３（３）に示すように、約０Ｖに下降し、過熱保護機能付き半導体装置４のソース端子Ｓにおける電圧ＶＳも、図３（５）に示すように、約０Ｖに下降する。これに伴って、負荷５、今の場合、ランプ１１に負荷電流が流れなくなる。

なお、ＰＷＭ信号の論理が”Ｌ”レベルの場合には、電流検知回路２を構成する抵抗Ｒ４における電圧降下がトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥである約０．７Ｖを超えることはないので、トランジスタＱ１がオフのままであり、図３（４）に示すように、電流検知回路２から”Ｌ”レベルの検知信号ＶＤＥＣが出力されたままである。従って、オアゲート１を構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点は、”Ｌ”レベルのままであり、ＭＯＳＦＥＴ２４のオフ動作には何ら影響を及ぼさない。
以上説明した動作が繰り返されることにより、ランプ１１は、供給されたＰＷＭ信号に基づいて点滅点灯するように駆動される。

以上説明した動作中であって、ＰＷＭ信号の論理が”Ｈ”レベルである間に、負荷５であるランプ１１に短絡等の異常状態が発生すると、ＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン・ソース間に大電流が流れ、それによりチップの温度が上昇する。このチップの温度上昇が温度検出回路２１により検出されるので、温度検出回路２１の検出出力がラッチ回路２２でラッチされた後、ゲート遮断回路２３に供給される。ゲート遮断回路２３は、ラッチ回路２２の出力により制御されてオンし、ゲート入力を遮断するように保護動作する（図３の時刻ｔ_０）。

ゲート遮断回路２３がオンすると、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲートとソースとの間が短絡されるので、ゲート電流ＩＧは、ＶＰ電源から抵抗Ｒ４、トランジスタＱ４のエミッタ及びコレクタ、抵抗Ｒ１４、ゲート抵抗Ｒ２１及びゲート遮断回路２３の経路を経て流れる。今の場合、ＶＰ電圧は１２Ｖ、ＶＢ電圧は２２Ｖ、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ１４及びゲート抵抗Ｒ２１の抵抗値はそれぞれ１．２ｋΩ、１０ｋΩ、１０ｋΩである。従って、図３（２）に示すように、ゲート電流ＩＧは、約１ｍＡ程度流れ、図３（３）に示すように、過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧは、約２２Ｖから約１０Ｖ（＝約１ｍＡ×１０ｋΩ）に下降する。

過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧが約２２Ｖから約１０Ｖに下降することにより、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲートに充電された電荷が放電されるので、ＭＯＳＦＥＴ２４がオフする。これにより、図３（５）に示すように、過熱保護機能付き半導体装置４のソース端子Ｓにおける電圧ＶＧが約１２Ｖから約０Ｖに下降するので、ＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン・ソース間には大電流が流れなくなり、チップの温度が下降する。この結果、温度上昇によるＭＯＳＦＥＴ２４の破壊が防止される。

このとき、電流検知回路２を構成する抵抗Ｒ４に約１ｍＡ程度のゲート電流ＩＧが流れるので、この抵抗Ｒ４における電圧降下がトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥである約０．７Ｖ以上（約１．２Ｖ）になり、トランジスタＱ１がオンし、トランジスタＱ１のコレクタにＶＰ電圧（”Ｈ”レベル）が出現する。即ち、図３（４）に示すように、電流検知回路２から”Ｈ”レベルの検知信号ＶＤＥＣが出力される。

このような状態において、ＰＷＭ信号の論理が”Ｈ”レベルから”Ｌ”レベルに変化した場合、オアゲート１を構成する抵抗Ｒ２の一端には電流検知回路２から”Ｈ”レベルの検知信号ＶＤＥＣが印加されているので、オアゲート１を構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点は、”Ｈ”レベルのままである。従って、駆動回路３を構成する、トランジスタＱ２〜Ｑ４がオンしたままであって、トランジスタＱ５がオフしたままである。このため、過熱保護機能付き半導体装置４には、図３（２）に示すように、約１ｍＡ程度のゲート電流ＩＧが流れ続け、ゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧは、図３（３）に示すように、約１０Ｖのままである。即ち、過熱保護機能付き半導体装置４は、遮断動作を維持する。
これ以降、ＰＷＭ信号の論理が”Ｌ”レベルから”Ｈ”レベル及び”Ｈ”レベルから”Ｌ”レベルに変化しても、オアゲート１、電流検知回路２及び駆動回路３が以上説明した動作を行うので、過熱保護機能付き半導体装置４は、遮断動作を維持する。

なお、ＰＷＭ信号の論理が”Ｌ”レベルである間に過熱保護機能付き半導体装置４が外部から熱せられてチップの温度が上昇する場合がある。しかし、このチップの温度が温度検出回路２１により検出される過熱しきい値を超えたとしても、過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧは、約０．７Ｖのままである。従って、過熱保護機能付き半導体装置４の内部回路である温度検出回路２１、ラッチ回路２２及びゲート遮断回路２３は、それぞれ動作を停止したままである。

そして、チップの温度が温度検出回路２１により検出される過熱しきい値を超えている状態において、ＰＷＭ信号の論理が”Ｈ”レベルとなると、チップの温度が温度検出回路２１により検出される。これにより、温度検出回路２１の検出出力がラッチ回路２２でラッチされた後、ゲート遮断回路２３に供給される。ゲート遮断回路２３は、ラッチ回路２２の出力により制御されてオンし、ゲート入力を遮断するように保護動作する。

以上説明した過熱保護機能付き半導体装置４の遮断動作を解除するためには、ＶＰ電圧をトランジスタＱ３及びＱ４のしきい電圧よりも低くすれば良い。ＶＰ電圧がトランジスタＱ３及びＱ４のしきい電圧よりも低くなると、トランジスタＱ３及びＱ４がオフする。トランジスタＱ４がオフするとゲート電流ＩＧが流れなくなる。一方、トランジスタＱ３がオフするとトランジスタＱ５のベースが抵抗Ｒ１１及びＲ１２を介してグランドにプルダウンされる。

トランジスタＱ４のオフ及びトランジスタＱ５のベースの抵抗Ｒ１１及びＲ１２を介したグランドへのプルダウンにより、トランジスタＱ５がオンし、トランジスタＱ５のエミッタの電位は、ｐｎ接合の順方向電圧、即ち、約０．７Ｖとなる。これにより、過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧも、抵抗Ｒ１４を介して約０．７Ｖにまで下降する。この結果、過熱保護機能付き半導体装置４の内部回路である温度検出回路２１、ラッチ回路２２及びゲート遮断回路２３の動作が停止する。即ち、温度検出回路２１では検出出力がリセットされ、ラッチ回路２２では、内部にラッチされていた温度検出回路２１の検出出力がリセットされる。また、ラッチ回路２２がリセットされるので、ゲート遮断回路２３は、オフし、ゲート入力の遮断動作を停止する。

ここで、上記したしきい値電流Ｉ_ｔｈの設定方法について説明する。上記したように、ＭＯＳＦＥＴ２４がターンオンした時には、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート容量ＣＧＳ及びＣＧＤを充電するために、ＶＰ電源から抵抗Ｒ４、トランジスタＱ４のエミッタ及びコレクタ、抵抗Ｒ１４及び、過熱保護機能付き半導体装置４のゲート抵抗Ｒ２１を経て、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲートにゲート電流ＩＧが流れる（図３（２）参照）。この時、ゲート電流ＩＧの一部が過熱保護機能付き半導体装置４の内部回路である温度検出回路２１、ラッチ回路２２及びゲート遮断回路２３にも動作電流として流れる。ゲート電流ＩＧは、ピーク時で約１ｍＡである。

次に、ＭＯＳＦＥＴ２４がオンすると、ゲート電流ＩＧは、過熱保護機能付き半導体装置４の内部では、ゲート抵抗Ｒ２１及びＭＯＳＦＥＴ２４のゲートには流れず、温度検出回路２１、ラッチ回路２２及びゲート遮断回路２３に動作電流として流れるだけである。この場合のゲート電流ＩＧは、約５０μＡである。

一方、過熱保護機能付き半導体装置４が遮断動作を行った場合には、ゲート遮断回路２３がオンしてＭＯＳＦＥＴ２４のゲートとソースとの間を短絡させる。従って、ゲート電流ＩＧは、ＶＰ電源から抵抗Ｒ４、トランジスタＱ４のエミッタ及びコレクタ並びに抵抗Ｒ１４の経路を経て過熱保護機能付き半導体装置４の内部に流れ、ゲート抵抗Ｒ２１及びゲート遮断回路２３の経路と、温度検出回路２１、ラッチ回路２２及びゲート遮断回路２３の経路とをそれぞれ経て流れる。この場合のゲート電流ＩＧは、電流検知回路２の抵抗分とゲート抵抗Ｒ２１との合成抵抗から定まり、約１ｍＡである。

以上のことから、しきい値電流Ｉ_ｔｈは、原則的には、約５０μＡと約１ｍＡとの間で設定すれば良く、例えば、５００μＡでも良い。ここで、ＶＰ電圧を１２Ｖ、抵抗Ｒ４を１．２ｋΩとした場合のしきい値電流Ｉ_ｔｈの値を具体的に検討する。ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥが約０．６５Ｖ以上である場合にトランジスタＱ１がオンすると仮定すると、電流検知回路２がＭＯＳＦＥＴ２４の過熱による遮断を検知するためには、ゲート電流ＩＧは、５４０μＡ（＝０．６５Ｖ／１．２ｋΩ）だけ流れる必要がある。このゲート電流ＩＧには、トランジスタＱ４のベース電流も含まれ、これを４０μＡと仮定すると、真のしきい値電流Ｉ_ｔｈは、５００μＡとなる。

このように、本発明の実施の形態１によれば、オアゲート１、電流検知回路２及び駆動回路３を設け、外部から供給されるＰＷＭ信号と、過熱保護機能付き半導体装置４に供給されるゲート電流ＩＧが予め設定されたしきい値電流Ｉ_ｔｈを超えた場合に”Ｈ”レベルとなる検知信号ＶＤＥＣとに基づいて、駆動回路３が過熱保護機能付き半導体装置４にゲート電圧ＶＧを印加している。また、駆動回路３は、ＶＰ電源が遮断された場合には過熱保護機能付き半導体装置４へのゲート電圧ＶＧの印加を停止している。

従って、本発明の実施の形態１によれば、上記特許文献１に記載された従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路のような、過熱保護機能付き半導体装置を監視する専用の制御手段は必要なく、過熱保護機能付き半導体装置からこの制御手段まで引き回す配線も必要ない。従って、回路が簡単かつ小型に構成することができ、ひいては過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を安価に作製することができる。

また、本発明の実施の形態１によれば、ゲート遮断回路２３が一旦保護動作をすれば、ＭＯＳＦＥＴ２４をオンしないので、ＭＯＳＦＥＴ２４の過熱による劣化を最小限に抑えることができ、ＭＯＳＦＥＴ２４の信頼性を高めることができる。さらに、本発明の実施の形態１によれば、ＭＯＳＦＥＴ２４が過熱遮断していないのに、外乱ノイズにより電流検知回路２が仮に”Ｈ”レベルの検知信号ＶＤＥＣを出力したとしても、駆動回路３は、過熱保護機能付き半導体装置４のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧを約１０Ｖに保持するので、ランプ１１が点灯しなくなるという不都合を回避することができる。

このため、本発明の実施の形態１によれば、簡単な構成で、ＭＯＳＦＥＴ２４が破壊される可能性が大幅に軽減されるという高い信頼性を有し、しかも確実に動作する過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を提供することができる。従って、過熱保護機能付き半導体装置４が例えば、車両のランプ駆動のために利用された場合は、車両火災を防止することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路の構成を示す回路図である。図４において、図２の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図４に示す過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路が図２に示す過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路と異なる点は、ランプ１１がＶＢ電源と過熱保護機能付き半導体装置４のドレイン端子Ｄとの間に介挿されている点である。なお、この例における過熱保護機能付き半導体装置４の制御回路の動作については、上述した実施の形態１の場合と略同様であるので、その説明を省略する。

このように、本発明の実施の形態２によれば、本発明は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２４を負荷であるランプ１１の下流側に設けた装置（ロー・サイド・スイッチング装置）にもそのまま適用することができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る過熱保護機能付き半導体装置６の制御回路の構成を示す回路図である。図５において、図２の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。この例の過熱保護機能付き半導体装置６の制御回路は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ３４を負荷であるランプ１１の上流側に設けた装置（ハイ・サイド・スイッチング装置）である。また、この例の過熱保護機能付き半導体装置６の制御回路は、例えば、自動車に搭載されるものであり、負荷として、図５では、例えば、ターンシグナルを示すウインカ（フラッシャ）に利用されるランプ１１を示している。

図５において、抵抗Ｒ３１及びＰＮＰ型のトランジスタＱ１１は、オアゲートを構成している。ＰＮＰ型のトランジスタＱ１１、抵抗Ｒ３２及びＲ３３は、電流検知回路を構成している。ＮＰＮ型のトランジスタＱ１２〜Ｑ１５、抵抗Ｒ３４〜Ｒ４３及びダイオードＤ２は、駆動回路を構成している。ダイオードＤ２は、トランジスタＱ１４のベースを保護するために設けられている。

温度検出回路３１、ラッチ回路３２、ゲート遮断回路３３、ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ３４及びゲート抵抗Ｒ５１は、過熱保護機能付き半導体装置６を構成している。温度検出回路３１、ラッチ回路３２、ゲート遮断回路３３、ＭＯＳＦＥＴ３４及びゲート抵抗Ｒ５１は、ワンチップ上に搭載されている。

温度検出回路３１は、過熱保護機能付き半導体装置６のゲート端子ＧとＭＯＳＦＥＴ３４のソースとの間に接続され、ワンチップの温度上昇を検出しラッチ回路３２に供給する。ラッチ回路３２は、温度検出回路３１の検出出力をラッチする。ゲート遮断回路３３は、ＭＯＳＦＥＴ３４のゲートとソースとの間に接続され、ラッチ回路３２の出力により制御されてオンし、ＭＯＳＦＥＴ３４のゲートとソースとの間を短絡することによりゲート入力を遮断する。ゲート抵抗Ｒ５１は、ＭＯＳＦＥＴ３４のゲートと過熱保護機能付き半導体装置６のゲート端子Ｇとの間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３４は、ドレインがＶＢ電圧が印加された過熱保護機能付き半導体装置６のドレイン端子Ｄに接続され、ソースが過熱保護機能付き半導体装置６のソース端子Ｓに接続されている。過熱保護機能付き半導体装置６の過熱保護機能は、温度検出回路３１と、ラッチ回路３２と、ゲート遮断回路３３と、ゲート抵抗Ｒ５１との協動により行われる。

次に、上記構成を有する過熱保護機能付き半導体装置６の制御回路の動作の概略について説明する。通常動作状態では、ＰＷＭ信号の論理が”Ｌ”レベルの場合、トランジスタＱ１２がオフするので、トランジスタＱ１３及びＱ１５が同時にオンするとともに、トランジスタＱ１４がオフする。これにより、過熱保護機能付き半導体装置６を構成するＭＯＳＦＥＴ３４のゲートからゲート抵抗Ｒ５１、抵抗Ｒ４３、トランジスタＱ５のコレクタ及びエミッタ並びに抵抗Ｒ３３の経路を経てゲート電流ＩＧが流れ、ＭＯＳＦＥＴ３４がオンする。これに伴って、ランプ１１に負荷電流が流れる。

一方、通常動作状態において、ＰＷＭ信号の論理が”Ｈ”レベルの場合には、トランジスタＱ１２がオンするので、トランジスタＱ１３及びＱ１５が同時にオフするとともに、トランジスタＱ１４がオンする。これにより、ＶＰ電源からトランジスタＱ１４のコレクタ及びエミッタ並びに抵抗Ｒ４３の経路を経てゲート電流ＩＧが流れ、ＭＯＳＦＥＴ３４がオフする。これに伴って、ランプ１１に負荷電流が流れなくなる。
以上説明した動作が繰り返されることにより、ランプ１１は、供給されたＰＷＭ信号に基づいて点滅点灯するように駆動される。

ＰＷＭ信号の論理が”Ｌ”レベルである間にランプ１１に短絡等の異常状態が発生すると、ＭＯＳＦＥＴ３４のソース・ドレイン間に大電流が流れ、それによりチップの温度が上昇する。このチップの温度上昇が温度検出回路３１により検出されるので、温度検出回路３１の検出出力がラッチ回路３２でラッチされた後、ゲート遮断回路３３に供給される。ゲート遮断回路３３は、ラッチ回路３２の出力により制御されてオンし、ゲート入力を遮断するように保護動作する。

ゲート遮断回路３３がオンすると、ＭＯＳＦＥＴ３４のゲートとソースとの間が短絡されるので、ゲート電流ＩＧは、ＶＢ電源からＭＯＳＦＥＴ３４のソース及びゲート、ゲート抵抗Ｒ５１、抵抗Ｒ４３、トランジスタＱ１５のコレクタ及びエミッタ及び抵抗Ｒ３３の経路を経て流れる。これにより、過熱保護機能付き半導体装置６のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧは、上昇する。

過熱保護機能付き半導体装置６のゲート端子Ｇにおける電圧ＶＧが上昇することにより、ＭＯＳＦＥＴ３４がオフするので、ＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン・ソース間には大電流が流れなくなり、チップの温度が下降する。この結果、温度上昇によるＭＯＳＦＥＴ３４の破壊が防止される。

このとき、電流検知回路を構成する抵抗Ｒ３３に流れるゲート電流ＩＧは、電流検知回路がＭＯＳＦＥＴ３４の過熱による遮断を検知するためのしきい値電流を超えるものである。従って、トランジスタＱ１１がオンし、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３４との接続点をプルダウンする。

このような状態において、ＰＷＭ信号の論理が”Ｌ”レベルから”Ｈ”レベルに変化した場合、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３４との接続点はトランジスタＱ１１によりプルダウンされているので、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３４との接続点は、”Ｌ”レベルのままである。従って、トランジスタＱ１２及びＱ１４がオフしたままであって、トランジスタＱ１３及びＱ１５がオンしたままである。このため、過熱保護機能付き半導体装置６には、上記しきい値電流を超えるゲート電流ＩＧが流れ続け、過熱保護機能付き半導体装置６は、遮断動作を維持する。これ以降、ＰＷＭ信号の論理が”Ｈ”レベルから”Ｌ”レベル及び”Ｌ”レベルから”Ｈ”レベルに変化しても、以上説明した動作が行われるので、過熱保護機能付き半導体装置６は、遮断動作を維持する。

このように、本発明の実施の形態３によれば、本発明は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ３４を負荷であるランプ１１の上流側に設けた装置（ハイ・サイド・スイッチング装置）にも適用することができる。

実施の形態４．
上述の各実施の形態では、過熱保護機能付き半導体装置がラッチ回路を有する例を示したが、これに限定されない。本発明は、例えば、図６に示すように、図２に示すラッチ回路２２に換えて、温度検出回路４１が検出する温度のしきい値を切り替えるしきい値切替回路４２を有し、温度検出回路４１が検出する温度が１５０℃以上である場合にゲート遮断回路４３が遮断動作を行うが、温度検出回路４１が検出する温度が１２０℃以下となった場合にゲート遮断回路４３が遮断動作を解除するような自動復帰型の過熱保護機能付き半導体装置７にも適用することができる。

この場合、過熱保護機能付き半導体装置７において遮断動作を行っている間は、外部からＰＷＭ信号が供給されても過熱保護機能付き半導体装置７は遮断動作を維持するが、この遮断動作によりチップの温度が低下してゲート遮断回路４３が遮断動作を解除した場合には、ランプ１１は、外部から供給されるＰＷＭ信号に基づいて点滅点灯するように駆動される。即ち、上述した実施の形態１において説明した、ＶＰ電圧をトランジスタＱ３及びＱ４のしきい電圧よりも低くする等の過熱保護機能付き半導体装置７の遮断動作を解除する動作が不要となる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述の実施の形態１において、図２に示す、トランジスタＱ２〜Ｑ５、抵抗Ｒ５〜Ｒ１４及びダイオードＤ１により構成される駆動回路３の内部に、トランジスタＱ２のベースとエミッタとの間を短絡するようなリセット回路を追加する。そして、過熱保護機能付き半導体装置７の遮断動作を解除する際に、ＥＣＵ１３からリセット信号を供給する。このように構成すれば、より簡単に過熱保護機能付き半導体装置７の遮断動作を解除することができる。

また、上述の実施の形態１において、電流検知回路２の検知信号ＶＤＥＣを外部に出力し、別の制御に用いるようにしても良い。
また、上述の各実施の形態では、ＥＣＵ１３からＰＷＭ信号を供給する例を示したが、これに限定されず、論理が”Ｈ”レベルと”Ｌ”レベルとの間で変化する信号であればどのような信号を外部から供給しても良い。
また、上述の各実施の形態では、過熱保護機能付き半導体装置を構成する半導体素子がＭＯＳＦＥＴである例を示したが、これに限定されない。半導体素子は、バイポーラ・トランジスタであっても良い。
また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用することができる。

本発明の実施の形態１に係る過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の構成を示すブロック図である。図１に示す過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の構成を具体的に実現した回路図である。図２に示す過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の動作を説明するための波形図である。本発明の実施の形態２に係る過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態３に係る過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の構成を示す回路図である。自動復帰型の過熱保護機能付き半導体装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１オアゲート
２電流検知回路
３駆動回路
４，６，７過熱保護機能付き半導体装置
５負荷
１１ランプ
１２スイッチ
１３ＥＣＵ
２１，３１，４１温度検出回路
２２，３２ラッチ回路
２３，３３，４３ゲート遮断回路（遮断回路）
２４，３４ＭＯＳＦＥＴ
４２しきい値切替回路
Ｄ１，Ｄ２ダイオード
Ｑ１〜Ｑ５，Ｑ１１〜Ｑ１５トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１４，Ｒ２１，Ｒ３１〜Ｒ４３，Ｒ５１抵抗

Claims

ワンチップ上に、半導体素子と、前記ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路と、前記温度検出回路の検出出力に基づいて前記半導体素子の入力を遮断する遮断回路とが搭載された過熱保護機能付き半導体装置を制御する過熱保護機能付き半導体装置の制御回路であって、
外部から供給される信号に基づいて駆動電圧を前記過熱保護機能付き半導体装置に印加する駆動回路と、
前記過熱保護機能付き半導体装置に流れる駆動電流が予め設定されたしきい値電流を超えた場合に検知信号を出力する電流検知回路とを備え、
前記駆動回路は、前記遮断回路が前記半導体素子の入力を遮断した場合には、前記半導体素子をオフするとともに、前記駆動電流が前記しきい値電流を超えるように、前記駆動電圧を所定の電圧に変化させ、前記電流検知回路から前記検知信号が出力されている間は、前記駆動電圧を前記所定の電圧に保持する
ことを特徴とする過熱保護機能付き半導体装置の制御回路。
前記駆動回路は、電源が遮断された場合又は外部からリセット信号が供給された場合には前記過熱保護機能付き半導体装置への前記駆動電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１記載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路。
前記電流検知回路は、前記検知信号を外部に出力可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路。