TWI672883B - 短路保護電路、半導體裝置及電子機器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種小型且消耗電流較小之短路保護電路。

短路保護電路14包括：電晶體M11及電阻R11，其等串列連接於輸出電晶體11(電晶體M10)之源極-汲極間；及電晶體M12，其連接於輸出電晶體11之源極-閘極間並與電晶體M11一併形成電流鏡。

Description

短路保護電路、半導體裝置及電子機器

本發明係關於一種短路保護電路。

圖12係表示負載開關IC之第1先前例之圖。第1先前例之負載開關IC30具有使輸入端子T31與輸出端子T32之間導通/遮斷之輸出電晶體31、及產生輸出電晶體31之閘極信號之閘極驅動器32，並且具有短路保護電路33作為用以於輸出短路時保護輸出電晶體31不受過電流影響之機構。

再者，作為與上述情況相關之先前技術之一例，可列舉專利文獻1。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2008-257493號公報

然而，先前之短路保護電路33係使用比較器331檢測輸出短路時之過電流，因此晶片面積之大型化或消耗電流之增大成為問題。又，如圖13所示，於晶片尺寸較小之負載開關IC40中，省略了短路保護電路本身以優先保證小型化或低耗電，輸出短路時之保護不充分。

鑒於本案之發明者所發現之上述問題點，本發明之目的在於提供一種小型且消耗電流較小之短路保護電路。

為了達成上述目的，本發明之短路保護電路係設為包括以下部分之構成(第1構成)：第1電晶體及第1電阻，其等串列連接於輸出電晶體之源極-汲極間或射極-集極間；及第2電晶體，其連接於上述輸出電晶體之源極-閘極間或射極-基極間並與上述第1電晶體一併形成電流鏡。

再者，包含上述第1構成之短路保護電路可形成為進而具有第3電晶體之構成(第2構成)，該第3電晶體與上述輸出電晶體同步地使上述第1電晶體及上述第2電晶體之電流路徑導通/遮斷。

又，本發明之半導體裝置係設為將以下部分積體化而成之構成(第3構成)：輸出電晶體，其連接於第1外部端子與第2外部端子之間；驅動器電路，其根據啟動信號產生上述輸出電晶體之控制信號；及短路保護電路，其包含上述第1或第2構成。

再者，於包含上述第3構成之半導體裝置中，上述驅動器電路可形成為包含第2電阻之構成(第4構成)，該第2電阻係插入至上述輸出電晶體之閘極或基極與接通電壓之施加端之間。

又，於包含上述第3或第4構成之半導體裝置中，上述輸出電晶體及上述第1~第3電晶體均可形成為作為P通道型MOS[metal oxide semiconductor，金屬氧化物半導體]場效電晶體或pnp型雙極電晶體之構成(第5構成)。

又，包含上述第5構成之半導體裝置可形成為作為使電源電壓之施加端與負載之間導通/遮斷之高壓側負載開關發揮功能的構成(第6構成)。

又，於包含上述第3或第4構成之半導體裝置中，上述輸出電晶體及上述第1~第3電晶體均可形成為作為N通道型MOS場效電晶體或npn型雙極電晶體之構成(第7構成)。

又，包含上述第7構成之半導體裝置可形成為作為使負載與接地端之間導通/遮斷之低壓側負載開關發揮功能之構成(第8構成)。

又，包含上述第3或第4構成之半導體裝置可形成為將複數組之上述輸出電晶體、上述驅動器電路、及上述短路保護電路積體化而成之構成(第9構成)。

又，本發明之電子機器係設為包括以下部分之構成(第10構成)：控制裝置，其產生啟動信號；半導體裝置，其受理上述啟動信號之輸入且包含上述第3~第9構成中之任一構成；及負載，其連接於上述半導體裝置。

根據本發明，可提供一種小型且消耗電流較小之短路保護電路。

1‧‧‧控制裝置

2‧‧‧負載

10、20、30、40‧‧‧半導體裝置(負載開關IC)

11、21、31‧‧‧輸出電晶體

12、22、32‧‧‧閘極驅動器

13、23‧‧‧位準偏移器

14、24、33‧‧‧短路保護電路

331‧‧‧比較器

CS1、CS2‧‧‧電流源

EN‧‧‧啟動信號

ENB‧‧‧反轉啟動信號

GND‧‧‧接地電壓

I11、I21‧‧‧汲極電流

I12、I22‧‧‧電流鏡電流

Ilimit‧‧‧輸出電流Iout之上限值

Iout‧‧‧輸出電流

INV‧‧‧反相器

M10~M14、M25‧‧‧P通道型MOS場效電晶體

M15、M20~M24‧‧‧N通道型MOS場效電晶體

R11~R14、R21、R22‧‧‧電阻

T11~T14、T21~T24‧‧‧外部端子

T31‧‧‧輸入端子

T32‧‧‧輸出端子

V11、V21‧‧‧啟動電壓

V12、V22‧‧‧閘極電壓

Vth11、Vth21‧‧‧接通閾值電壓

Vin‧‧‧輸入電壓

Vout‧‧‧輸出電壓

X‧‧‧電子機器

X1‧‧‧智慧型手機

X2‧‧‧數位靜態相機

圖1係表示電子機器之第1實施形態之圖。

圖2係表示短路保護動作之一例之V/I特性圖。

圖3係表示啟動動作之一例之時序圖。

圖4係表示電子機器之第2實施形態之圖。

圖5係表示電子機器之第3實施形態之圖。

圖6係表示短路保護動作之一例之V/I特性圖。

圖7係表示啟動動作之一例之時序圖。

圖8係表示電子機器之第4實施形態之圖。

圖9(A)-(D)係表示閘極驅動器之一變化例之電路圖。

圖10係行動電話(智慧型手機)之外觀圖。

圖11係數位靜態相機之外觀圖。

圖12係表示負載開關IC之第1先前例之圖。

圖13係表示負載開關IC之第2先前例之圖。

<第1實施形態>

圖1係表示電子機器之第1實施形態之圖。第1實施形態之電子機器X包括：控制裝置1(例如微電腦)，其產生啟動信號(enable signal)EN；半導體裝置10，其受理啟動信號EN之輸入；及負載2，其連接於半導體裝置10。

半導體裝置10係使電源電壓(此處為輸入電壓Vin)之施加端與負載2之間導通/遮斷之高壓側(high side)負載開關IC，且係將輸出電晶體11、閘極驅動器12、位準偏移器13、及短路保護電路14積體化而成。

又，半導體裝置10具有外部端子T11~T14作為用以確立與裝置外部之電性連接之機構。於半導體裝置10之外部，外部端子(輸入接腳(pin))T11係連接於輸入電壓Vin之施加端。外部端子(輸出接腳)T12係連接於負載2。外部端子(接地接腳)T13係連接於接地端GND。外部端子(啟動接腳)T14係連接於控制裝置1。

輸出電晶體11係連接於外部端子T11與外部端子T12之間之P通道型MOS場效電晶體M10，使輸出電流Iout流通之電流路徑導通/遮斷。對連接關係進行具體敍述。電晶體M10之源極係連接於外部端子T11。電晶體M10之汲極係連接於外部端子T12。電晶體M10之閘極係連接於閘極驅動器12之輸出端(閘極電壓V12之施加端)。電晶體M10於閘極電壓V12為低位準時接通，於閘極電壓V12為高位準時斷開。

閘極驅動器12係根據啟動電壓V11(相當於位準偏移後之啟動信號EN)而產生閘極電壓V12(相當於輸出電晶體11之控制信號)之電路區塊，包括P通道型MOS場效電晶體M14、N通道型MOS場效電晶體M15、及電阻R12。對連接關係進行具體敍述。電晶體M14之源極係連接於外部端子T11。電晶體M14之汲極及電阻R12之第1端均連接於 電晶體M10之閘極。電阻R12之第2端係連接於電晶體M15之汲極。電晶體M15之源極係連接於外部端子T13。電晶體M14及M15之閘極均連接於位準偏移器13之輸出端(啟動電壓V11之施加端)。

當啟動電壓V11為高位準時，電晶體M14斷開，電晶體M15接通，因此閘極電壓V12成為低位準。另一方面，當啟動電壓V11為低位準時，電晶體M14接通，電晶體M15斷開，因此閘極電壓V12成為高位準。即，閘極驅動器12係作為使啟動電壓V11邏輯反轉而產生閘極電壓V12之反相器發揮功能。

再者，電阻R12係插入至輸出電晶體11之閘極與接通電壓(此處為接地電壓GND)之施加端之間，不僅作為將閘極電壓V12降低至低位準時(即接通電晶體M10時)之通過速率調整元件發揮功能，亦作為短路保護電路14之一部分(短路電流設定元件)發揮功能。對該點於下文詳細敍述。

位準偏移器13係連接於外部端子T11與外部端子T13之間，且將第1振幅(例如0V-3.3V)之啟動信號EN轉換為第2振幅(例如0V-5V)之啟動電壓V11。

短路保護電路14係用以於出現外部端子T12之接地短路(朝接地端GND或以接地端為準之低電位端之短路，參照圖中之虛線)時保護輸出電晶體11不受過電流影響的電路區塊，包含P通道型MOS場效電晶體M11及M12、以及電阻R11。對連接關係進行具體敍述。電晶體M11及M12之源極均連接於外部端子T11。電晶體M11及M12之閘極均連接於電晶體M11之汲極。電晶體M11之汲極係連接於電阻R11之第1端。電阻R11之第2端係連接於外部端子T12。電晶體M12之汲極係連接於電晶體M10之閘極。

如此，短路保護電路14包含：電晶體M11及電阻R11，其等串列連接於輸出電晶體11(電晶體M10)之源極-汲極間；及電晶體M12，其 連接於輸出電晶體11之源極-閘極間並與電晶體M11一併形成電流鏡。以下，對短路保護電路14之短路保護動作進行詳細說明。

當啟動信號EN自低位準上升至高位準時，啟動電壓V11成為高位準，閘極電壓V12成為低位準。其結果，由於輸出電晶體11接通，故而外部端子T11與外部端子T12之間被導通。因此，若外部端子T12未出現接地短路，則施加至外部端子T12之輸出電壓Vout大致與輸入電壓Vin一致。此時，電晶體M11及M12之閘極-源極間電壓(=Vin-Vout)大致為0V，因此電晶體M11及M12斷開，短路保護電路14中無電流流通。因此，通常動作時之短路保護電路14之消耗電流為0μA。

當較大電流於輸出電晶體11中流通或外部端子T12出現接地短路而使輸出電壓Vout降低，電晶體M11之閘極-源極間電壓(=Vin-Vout)高於電晶體M11之接通閾值電壓Vth11時，汲極電流I11開始於電晶體M11流通。再者，汲極電流I11之電流值係由電晶體M11之閘極-源極間電壓(=Vin-Vout)、電晶體M11之接通閾值電壓Vth11、及電阻R11之電阻值所決定。再者，為了抑制短路保護動作時之消耗電流，較理想為在對檢測精度不造成障礙之範圍內將汲極電流I11設定得較小。

又，由於電晶體M11與電晶體M12形成電流鏡，故而當汲極電流I11開始於電晶體M11流通時，與該汲極電流I11對應之電流鏡電流I12開始於電晶體M12流通。該電流鏡電流I12經由電阻R12流通，因此輸出電晶體11之閘極電壓V12較接地電壓GND高出與電流鏡電流I12對應之電壓值(=I12×R12)。其結果，由於輸出電晶體11之導通度降低，故而可抑制輸出電流Iout。

其次，對短路電流值(輸出電流Iout之上限值Ilimit)之設定手法進行詳細說明。於外部端子T12接地短路時，Vout=0V，因此下述(1)式成立。再者，於(1)式中，Vgs10為電晶體M10之閘極-源極間電壓，Vgs11為電晶體M11之閘極-源極間電壓。又，作為使(1)式成立之前 提，可忽略電晶體M15之源極-汲極間電壓Vds。

[數1]Vgs11+R11．I11=Vgs10+R12．I12…(1)

此處，若以R11×I11=R12×I12之方式設定電晶體M11及M12之電流鏡比、或電阻R11及R12之電阻值，則Vgs11=Vgs10之關係成立。

於此情形時，於電晶體M10流通之輸出電流Iout及於電晶體M11流通之汲極電流I11與各自之通道尺寸(W/L)成比例，因此下述(2)式成立。再者，於(2)式中，L10及W10為電晶體M10之閘極長度及閘極寬度，L11及W11為電晶體M11之閘極長度及閘極寬度。

又，汲極電流I11係由下述(3)式所表示。再者，(3)式中之Vth11為電晶體M11之接通閾值電壓。

因此，任意決定電晶體M10之通道尺寸(閘極長度L10及閘極寬度W10)後，藉由對電晶體M11之通道尺寸(閘極長度L11或閘極寬度W11)或電阻R11之電阻值進行調整，可使短路電流值(輸出電流Iout之上限值Ilimit)與所需之目標值一致。

但是，於外部端子T12之接地短路端為接地電壓GND以外(例如低電壓VL)之電壓之情形時，上述(1)式不成立。因此，於有外部端子T12於接地電壓GND以外之低電位端短路之虞之情形時，較理想為考慮輸入電壓Vin與低電壓VL之關係而設定短路電流值。

若為第1實施形態之短路保護電路14，則藉由利用電晶體M11之接通閾值電壓Vth11監視電晶體M10之源極-汲極間電壓(≒Vin-Vout)，能以最小限度之元件追加實現短路保護動作。又，如上所述，若為第1實施形態之短路保護電路14，則亦可將通常動作時之消耗電流抑制為0μA。因此，可對超小型、低耗電之高壓側負載開關IC併入短路保護功能，因此相對於不具有短路保護功能之現有製品，可表現出明顯之優勢。

圖2係表示第1實施形態之短路保護動作之一例之V/I特性圖。短路保護電路14必須控制輸出電晶體11之導通度以實現圖中之實線所示之V/I特性(所謂之「」字特性)。為了實現此種V/I特性，重要的是提高流通輸出電流Iout之電晶體M10與流通短路檢測用之汲極電流I11之電晶體M11之相對精度(成對性)。

然而，電晶體M10與電晶體M11之尺寸比非常大(例如10萬：1)，因此上述V/I特性容易受到製造差異之影響。假設如圖中之虛線所示，於輸出電壓Vout為0V時，提昇閘極電壓V12至輸出電流Iout完全不流通之程度，則即便使啟動信號EN上升至高位準，亦無法接通電晶體M10，因此成為啟動不良之原因(參照圖3之虛線)。

因此，為了使用第1實施形態之短路保護電路14獲得圖2之實線所示之所需之V/I特性，較理想為藉由雷射修整等對短路保護電路14之元件常數(電晶體M11之接通閾值電壓Vth11或電阻R11之電阻值等)進行微調。

<第2實施形態>

圖4係表示電子機器之第2實施形態之圖。第2實施形態之電子機器X為與上述第1實施形態基本相同之構成，其特徵在於追加了P通道型MOS場效電晶體M13作為短路保護電路14之構成要素。因此，對於與第1實施形態相同之構成要素，藉由標註與圖1相同之符號而省略重複之說明，以下，對第2實施形態之特徵部分進行重點說明。

電晶體M13與輸出電晶體11(電晶體M10)同步地使電晶體M11及M12之電流路徑導通/遮斷。對連接關係進行具體敍述。電晶體M13之源極係連接於外部端子T11。電晶體M13之汲極係連接於電晶體M11及M12之源極。電晶體M13之閘極係連接於電晶體M10之閘極。

如此，插入至電晶體M11及M12之源極與外部端子T11之間之電晶體M13與電晶體M10共有閘極。因此，若於輸出電壓Vout較低時短路保護電路14流通汲極電流I12而提昇閘極電壓V12，則不僅電晶體M10之導通度降低，電晶體M13之導通度亦降低。其結果，由於對短路保護電路14之電流供給受到限制，汲極電流I12減小，故而不會提昇閘極電壓V12至輸出電流Iout完全不流通之程度。

因此，若為第2實施形態之短路保護電路14，則可無需元件常數之微調而實現所需之V/I特性，解除了啟動不良(電晶體M10之完全斷開)(參照圖2及圖3之實線)。

<第3實施形態>

圖5係表示電子機器之第3實施形態之圖。與上述第1實施形態或第2實施形態同樣地，第3實施形態之電子機器X包括：控制裝置1(例如微電腦)，其產生啟動信號EN；半導體裝置20，其受理啟動信號EN之輸入；及負載2，其連接於半導體裝置20。

半導體裝置20係使負載2與接地端GND之間導通/遮斷之低壓側(low side)負載開關IC，且係將輸出電晶體21、閘極驅動器22、位準偏移器23、及短路保護電路24積體化而成。

又，半導體裝置20具有外部端子T21~T24作為用以確立與裝置外部之電性連接之機構。於半導體裝置20之外部，外部端子(接地接腳)T21係連接於接地端GND。外部端子(輸出接腳)T22係連接於負載2。外部端子(輸入接腳)T23係連接於電源電壓(此處為輸入電壓Vin)之施加端。外部端子(啟動接腳)T24係連接於控制裝置1。

輸出電晶體21係連接於外部端子T21與外部端子T22之間之N通道型MOS場效電晶體M20，使流通輸出電流Iout之電流路徑導通/遮斷。對連接關係進行具體敍述。電晶體M20之源極係連接於外部端子T21。電晶體M20之汲極係連接於外部端子T22。電晶體M20之閘極係連接於閘極驅動器22之輸出端(閘極電壓V22之施加端)。電晶體M20於閘極電壓V22為高位準時接通，於閘極電壓V22為低位準時斷開。

閘極驅動器22係根據啟動電壓V21(相當於位準偏移後之啟動信號EN)產生閘極電壓V22(相當於輸出電晶體21之控制信號)之電路區塊，包含N通道型MOS場效電晶體M24、P通道型MOS場效電晶體M25、及電阻R22。對連接關係進行具體敍述。電晶體M24之源極係連接於外部端子T21。電晶體M24之汲極及電阻R22之第1端均連接於電晶體M20之閘極。電阻R22之第2端係連接於電晶體M25之汲極。電晶體M25之源極係連接於外部端子T23。電晶體M24及M25之閘極均連接於位準偏移器23之反轉輸出端(啟動電壓V21之施加端)。

當啟動電壓V21為低位準時，電晶體M24斷開，電晶體M25接通，因此閘極電壓V22成為高位準。另一方面，當啟動電壓V21為高位準時，電晶體M24接通，電晶體M25斷開，因此閘極電壓V22成為低位準。即，閘極驅動器22係作為使啟動電壓V21邏輯反轉而產生閘極電壓V22之反相器發揮功能。

再者，電阻R22係插入至輸出電晶體21之閘極與接通電壓(此處為輸入電壓Vin)之施加端之間，不僅作為將閘極電壓V22提昇至高位 準時(即接通電晶體M20時)之通過速率調整元件發揮功能，亦作為短路保護電路24之一部分(短路電流設定元件)發揮功能。對該點於下文進行詳細敍述。

位準偏移器23係連接於外部端子T21與外部端子T23之間，且將第1振幅(例如0V-3.3V)之啟動信號EN轉換為第2振幅(例如0V-5V)之啟動電壓V21。再者，位準偏移器23之輸出端係設為反轉形式，且輸出使啟動信號EN之邏輯位準反轉之啟動電壓V21。

短路保護電路24係用以於出現外部端子T22之電源短路(朝輸入電壓Vin之施加端或以該施加端為準之高電位端之短路，參照圖中之虛線)時保護輸出電晶體21不受過電流影響的電路區塊，包含N通道型MOS場效電晶體M21及M22、以及電阻R21。對連接關係進行具體敍述。電晶體M21及M22之源極均連接於外部端子T21。電晶體M21及M22之閘極均連接於電晶體M21之汲極。電晶體M21之汲極係連接於電阻R21之第1端。電阻R21之第2端係連接於外部端子T22。電晶體M22之汲極係連接於電晶體M20之閘極。

如此，短路保護電路24包含：電晶體M21及電阻R21，其等串列連接於輸出電晶體21(電晶體M20)之源極-汲極間；及電晶體M22，其連接於輸出電晶體21之源極-閘極間並與電晶體M21一併形成電流鏡。以下，對短路保護電路24之短路保護動作進行詳細說明。

當啟動信號EN自低位準上升至高位準時，啟動電壓V21成為低位準，閘極電壓V22成為高位準。其結果，由於輸出電晶體21接通，故而外部端子T21與外部端子T22之間被導通。因此，若外部端子T22不出現電源短路，則施加至外部端子T22之輸出電壓Vout大致與接地電壓GND一致。此時，電晶體M21及M22之閘極-源極間電壓(=Vout-GND)大致為0V，因此電晶體M21及M22斷開，短路保護電路24中無電流流通。因此，通常動作時之短路保護電路24之消耗電流為0μA。

當較大電流於輸出電晶體21中流通或外部端子T22出現電源短路而使輸出電壓Vout上升，電晶體M21之閘極-源極間電壓(=Vout-GND)高於電晶體M21之接通閾值電壓Vth21時，汲極電流I21開始於電晶體M21中流通。再者，汲極電流I21之電流值係由電晶體M21之閘極-源極間電壓(=Vout-GND)、電晶體M21之接通閾值電壓Vth21、及電阻R21之電阻值所決定。再者，為了抑制短路保護動作時之消耗電流，較理想為在對檢測精度不造成障礙之範圍內將汲極電流I21設定得較小。

又，由於電晶體M21與電晶體M22形成電流鏡，故而當汲極電流I21開始於電晶體M21流通時，與該汲極電流I21對應之電流鏡電流I22開始於電晶體M22流通。該電流鏡電流I22經由電阻R22而流通，因此輸出電晶體21之閘極電壓V22較輸入電壓Vin低與電流鏡電流I22對應之電壓值(=I22×R22)。其結果，由於輸出電晶體21之導通度降低，故而可抑制輸出電流Iout。

其次，對短路電流值(輸出電流Iout之上限值Ilimit)之設定手法進行詳細說明。於外部端子T22之電源短路時(對輸入電壓Vin之施加端之短路時)，Vout=Vin，因此下述(4)式成立。再者，於(4)式中，Vgs20為電晶體M20之閘極-源極間電壓，Vgs21為電晶體M21之閘極-源極間電壓。又，作為使(4)式成立之前提，可忽略電晶體M25之源極-汲極間電壓Vds。

[數4]Vgs21+R21．I21=Vgs20+R22．I22…(4)

此處，若以R21×I21=R22×I22之方式設定電晶體M21及M22之電流鏡比、或電阻R21及R22之電阻值，則Vgs21=Vgs20之關係成立。

於此情形時，於電晶體M20中流通之輸出電流Iout及於電晶體M21中流通之汲極電流I21與各自之通道尺寸(W/L)成比例，因此下述(5)式成立。再者，於(5)式中，L20及W20為電晶體M20之閘極長度及閘極寬度，L21及W21為電晶體M21之閘極長度及閘極寬度。

又，汲極電流I21係由下述(6)式所表示。再者，(6)式中之Vth21為電晶體M21之接通閾值電壓。

因此，任意決定電晶體M20之通道尺寸(閘極長度L20及閘極寬度W20)後，藉由對電晶體M21之通道尺寸(閘極長度L21或閘極寬度W21)或電阻R21之電阻值進行調整，可使短路電流值(輸出電流Iout之上限值Ilimit)與所需之目標值一致。

但是，於外部端子T22之電源短路端為輸入電壓Vin以外(例如高電壓VH)之電壓之情形時，上述(4)式不成立。因此，於有外部端子T22於輸入電壓Vin以外之高電位端短路之虞之情形時，較理想為考慮輸入電壓Vin與高電壓VH之關係而設定短路電流值。

根據第3實施形態之短路保護電路24，藉由利用電晶體M21之接通閾值電壓Vth21監視電晶體M20之源極-汲極間電壓(≒Vout-GND)，能以最小限度之元件追加實現短路保護動作。又，如上所 述，若為第3實施形態之短路保護電路24，則亦可將通常動作時之消耗電流抑制為0μA。因此，可對超小型、低耗電之低壓側負載開關IC併入短路保護功能，因此相對於不具有短路保護功能之現有製品，可表現出明顯之優勢。

圖6係表示第3實施形態之短路保護動作之一例之V/I特性圖。短路保護電路24必須控制輸出電晶體21之導通度以實現圖中之實線所示之V/I特性(所謂之倒「」字特性)。為了實現此種V/I特性，重要的是提高流通輸出電流Iout之電晶體M20與流通短路檢測用之汲極電流I21之電晶體M21之相對精度(成對性)。

然而，電晶體M20與電晶體M21之尺寸比非常大(例如10萬：1)，因此上述V/I特性容易受到製造差異之影響。假設如圖中之虛線所示，於輸出電壓Vout等於輸入電壓Vin時，降低閘極電壓V22至使輸出電流Iout完全不流通之程度，則即便使啟動信號EN上升至高位準亦無法接通電晶體M20，因此成為啟動不良之原因(參照圖7之虛線)。

因此，為了使用第3實施形態之短路保護電路24獲得圖6之實線所示之所需之V/I特性，較理想為藉由雷射修整等對短路保護電路24之元件常數(電晶體M21之接通閾值電壓Vth21或電阻R21之電阻值等)進行微調。

<第4實施形態>

圖8係表示電子機器之第4實施形態之圖。第4實施形態之電子機器X為與上述第3實施形態基本相同之構成，其特徵在於追加了N通道型MOS場效電晶體M23作為短路保護電路24之構成要素。因此，對於與第3實施形態相同之構成要素，藉由標註與圖5相同之符號而省略重複之說明，以下，對第4實施形態之特徵部分進行重點說明。

電晶體M23與輸出電晶體21(電晶體M20)同步地使電晶體M21及M22之電流路徑導通/遮斷。對連接關係進行具體敍述。電晶體M23之 源極係連接於外部端子T21。電晶體M23之汲極係連接於電晶體M21及M22之源極。電晶體M23之閘極係連接於電晶體M20之閘極。

如此，插入至電晶體M21及M22之源極與外部端子T21之間之電晶體M23與電晶體M20共有閘極。因此，若於輸出電壓Vout較高時短路保護電路24流通汲極電流I22而降低閘極電壓V22，則不僅電晶體M20之導通度降低，電晶體M23之導通度亦降低。其結果，由於對短路保護電路24之電流供給受到限制而使汲極電流I22減小，故而不會降低閘極電壓V22至使輸出電流Iout完全不流通之程度。

因此，若為第4實施形態之短路保護電路24，則可無需元件常數之微調而實現所需之V/I特性，解除了啟動不良(電晶體M20之完全斷開)(參照圖6及圖7之實線)。

<閘極驅動器>

圖9係表示閘極驅動器12之一變化例之電路圖。再者，以下所說明之變化例亦可應用於閘極驅動器22，但為了便於說明，此處僅列舉閘極驅動器12為例進行說明。

(A)欄所示之閘極驅動器12係設為省略了圖1至圖4之電阻R12之構成。如此，於無需調整接通時之通過速率之情形時，亦可省略電阻R12。但是，於採用該構成之情形時，必須注意如下方面，即，由汲極電流I12引起之閘極電壓V12之變化量減小。

(B)欄所示之閘極驅動器12係設為除圖1至圖4之電阻R12外，另外於電晶體M14之汲極與閘極電壓V11之施加端之間插入有電阻R13之構成。藉由設為此種構成，不僅可調整接通時之通過速率，而且可調整斷開時之通過速率。

(C)欄所示之閘極驅動器12係設為代替圖1至圖4之電阻R12而於電晶體M14及M15之連接節點與閘極電壓V11之施加端之間插入有電阻R14之構成。藉由設為此種構成，可使用單個電阻R14調整接通時 之通過速率及斷開時之通過速率。

(D)欄所示之閘極驅動器12係設為代替圖1至圖4之電晶體M14及M15而使用電流源CS1及CS2而成之構成。電流源CS1根據反相器INV中產生之反轉啟動信號ENB產生源極電流。另一方面，電流源CS2根據啟動信號EN產生匯流電流。閘極電壓V11根據源極電流與匯流電流之差量而變動。

如此，對於閘極驅動器12，可在對短路保護電路14之動作不造成障礙之範圍內施加各種變更。

<電子機器之具體例>

圖10及圖11分別為智慧型手機X1及數位靜態相機X2之外觀圖。智慧型手機X1及數位靜態相機X2均為電子機器X之一具體例。作為電子機器X之其他具體例，可列舉平板型資訊終端、筆記型電腦、數位家電、及行動電話等。

例如，藉由使用上述負載開關IC10及20作為智慧型手機X1及數位靜態相機X2之電源開關，可不阻礙機器之小型化或省電化而提高輸出短路時之可靠性。

<其他變化例>

再者，本說明書中所揭示之各種技術特徵除上述實施形態外，可在不脫離其技術創作之主旨之範圍內施加各種變更。例如，可任意將N通道型MOS場效電晶體替換成npn型雙極電晶體，或將P通道型MOS場效電晶體替換成pnp型雙極電晶體。再者，於將MOS場效電晶體替換成雙極電晶體之情形時，只要將上述說明中之閘極、源極、及汲極分別替換成基極、射極、及集極即可。

又，於上述實施形態中，列舉了僅具有一組輸出電晶體、驅動器電路、及短路保護電路之低壓側負載開關IC或高壓側負載開關IC為例進行說明，但本發明之應用對象並不限定於此，例如，亦可將本發 明較佳地應用於具有複數組之輸出電晶體、驅動器電路、及短路保護電路之功率管理IC。

如此，應認為上述實施形態於所有方面均為例示，而非限制性實施形態，且應理解本發明之技術範圍並非由上述實施形態之說明所表示，而由申請專利範圍所表示，且包含與申請專利範圍均等之意義及屬於範圍內之所有變更。

[產業上之可利用性]

本發明例如可用於高壓側負載開關IC、低壓側負載開關IC、及功率管理IC。

Claims (9)

1. 一種短路保護電路，其特徵在於包括：第1電晶體及第1電阻，其等串列連接於輸出電晶體之源極-汲極間或射極-集極間；第2電晶體，其連接於上述輸出電晶體之源極-閘極間或射極-基極間並與上述第1電晶體一併形成電流鏡；及第3電晶體，該第3電晶體與上述輸出電晶體同步地使上述第1電晶體及上述第2電晶體之電流路徑導通/遮斷。
2. 一種半導體裝置，其特徵在於係將以下部分積體化而成：輸出電晶體，其連接於第1外部端子與第2外部端子之間；驅動器電路，其根據啟動信號產生上述輸出電晶體之控制信號；及如請求項1之短路保護電路。
3. 如請求項2之半導體裝置，其中上述驅動器電路包含插入至上述輸出電晶體之閘極或基極與接通電壓之施加端之間之第2電阻。
4. 如請求項2或3之半導體裝置，其中上述輸出電晶體及上述第1~第3電晶體均為P通道型MOS[metal oxide semiconductor，金屬氧化物半導體]場效電晶體或pnp型雙極電晶體。
5. 如請求項4之半導體裝置，其係作為使電源電壓之施加端與負載之間導通/遮斷之高壓側負載開關發揮功能。
6. 如請求項2或3之半導體裝置，其中上述輸出電晶體及上述第1~第3電晶體均為N通道型MOS場效電晶體或npn型雙極電晶體。
7. 如請求項6之半導體裝置，其係作為使負載與接地端之間導通/遮斷之低壓側負載開關發揮功能。
8. 如請求項2或3之半導體裝置，其係將複數組之上述輸出電晶 體、上述驅動器電路、及上述短路保護電路積體化而成。
9. 一種電子機器，其特徵在於包括：控制裝置，其產生啟動信號；如請求項2至8中任一項之半導體裝置，其受理上述啟動信號之輸入；及負載，其連接於上述半導體裝置。