CN103324240B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置，能够按照半导体装置的容许损耗特性设定任意的过电流保护特性，安全且不会降低效率。该半导体装置由以下部分构成：由控制信号进行控制的第一晶体管；感测电压产生电路，其产生感测电压，该感测电压基于与第一晶体管的电流对应的电流和基准电流相加而得到的电流；基准电压电路，其对基准电流电路的电流进行镜像，产生基准电压；放大器，其对由感测电压产生电路产生的电压和基准电压进行比较；以及第二晶体管，其栅极与放大器的输出端子连接，能够使所述第一晶体管截止。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及带有过热过电流保护功能的半导体装置。
背景技术
针对现有的半导体装置进行说明。图4是示出现有的半导体装置的电路图。
现有的半导体装置由过电流检测部304、热关断检测部（以下，称为TSD检测部）309、NMOS晶体管301、302、306、307、电阻器303、305、308、接地端子100以及外部端子321、322构成。由过电流检测部304、电阻器303以及NMOS晶体管306构成过电流保护电路331。由NMOS晶体管307和TSD检测部309构成过热保护电路332。
NMOS晶体管301响应于来自外部端子322的信号而被导通/截止控制。过电流保护电路331保护NMOS晶体管301不受过电流的损害，同样过热保护电路332保护NMOS晶体管301不受过热的损害。过电流保护电路331具有过电流检测部304。过电流检测部304通过参照例如流过NMOS晶体管302的电流来检测NMOS晶体管301的漏极电流ID。并且，过电流检测部304在电流ID达到过电流限制值时，使NMOS晶体管306导通，强制使外部端子322接地来使NMOS晶体管301截止。由此，保护NMOS晶体管301不受过电流导致的破坏。过热保护电路332具有TSD检测部309，该TSD检测部309在半导体装置的温度达到初始设定温度时，使NMOS晶体管307导通，由此强制使外部端子322接地。由此，保护NMOS晶体管301不受过热导致的破坏。
过电流保护电路331通过过电流检测部304，检测NMOS晶体管301的漏极电流ID，控制成在该电流ID达到过电流检测值时，缩短过热保护电路332的响应时间，抑制施加给NMOS晶体管301的能量。由此，表面上看来，在容许功率大的区域中安全动作区域的范围变大，能够在较大的安全动作区域内保护装置不受过电流和过热的影响（例如，参照专利文献1）。
【专利文献1】日本特开2002－280886号公报
但是，在现有技术中，半导体装置的安全动作区域并非与实际的半导体装置的容许损耗特性一致，即使在安全动作区域中也存在由于保护电路工作而无法使用的条件。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而提出的，能够按照半导体装置的容许损耗特性来设定任意的过电流保护特性。
为了解决现有的问题，本发明的半导体装置采取如下的结构。
一种具有由控制信号进行控制的第一晶体管的半导体装置，该半导体装置由以下部分构成：基准电流电路；感测电压产生电路，其产生感测电压，该感测电压基于与所述第一晶体管的电流对应的电流和基准电流相加而得到的电流；基准电压电路，其对基准电流电路的电流进行镜像，产生电压；放大器，其对由感测电压产生电路产生的电压和由基准电压电路产生的电压进行比较；以及第二晶体管，其栅极与放大器的输出端子连接，能够使第一晶体管截止。
本发明的具有过热过电流保护功能的半导体装置能够按照半导体装置的容许损耗特性来设定任意的过电流保护特性，因而能够提供安全且不会降低效率的半导体装置。
附图说明
图1是示出第一实施方式的半导体装置的电路图。
图2是示出第二实施方式的半导体装置的电路图。
图3是说明第一和第二实施方式的动作的图。
图4是示出现有的半导体装置的电路图。
标号说明
100接地端子
101电源端子
102控制端子
110、210基准电流电路
111、112、128、211、212PN结元件
113、130放大器
126负载电流源
141感测电压产生电路
142基准电压电路
304过电流检测部
309TSD检测部
具体实施方式
以下，参照附图针对本发明的实施方式进行说明。
＜第一实施方式＞
图1是第一实施方式的半导体装置的电路图。
第一实施方式的半导体装置由以下部分构成：放大器113、130、PMOS晶体管115、116、121、122、123、124、125、负载电流源126、PN结元件111、112、128、电阻器114、127、129、电源端子101、控制端子102以及接地端子100。基准电流电路110由以下部分构成：PMOS晶体管115、116、放大器113、PN结元件111、112以及电阻器114。感测（sense）电压产生电路141由PMOS晶体管122、123和电阻器127构成。基准电压电路142由PMOS晶体管124、PN结元件128以及电阻器129构成。
接着，对第一实施方式的半导体装置的连接进行说明。放大器113的反转输入端子与PMOS晶体管115的漏极和PN结元件111的阳极的连接点连接，非反转输入端子与PMOS晶体管116的漏极和电阻器114的一个端子的连接点连接，输出端子与PMOS晶体管115的栅极、PMOS晶体管116的栅极、PMOS晶体管123的栅极以及PMOS晶体管124的栅极连接。PN结元件112的阳极与电阻器114的另一个端子连接，阴极与接地端子100连接。PN结元件111的阴极与接地端子100连接。PMOS晶体管115的源极与电源端子101连接，PMOS晶体管116的源极与电源端子101连接。PMOS晶体管121的栅极与控制端子102、MOS晶体管122的栅极以及PMOS晶体管125的漏极连接，漏极与负载电流源126的一个端子连接，源极与电源端子101连接。负载电流源126的另一个端子与接地端子100连接。PMOS晶体管122的漏极与电阻器127的一个端子、PMOS晶体管123的漏极以及放大器130的反转输入端子连接，源极与电源端子101连接。电阻器127的另一个端子与接地端子100连接。PMOS晶体管123的源极与电源端子101连接。PMOS晶体管124的漏极与放大器130的非反转输入端子、电阻器129的一个端子以及PN结元件128的阳极连接，源极与电源端子101连接。电阻器129的另一个端子与接地端子100连接。PN结元件128的阴极与接地端子100连接。放大器130的输出端子与PMOS晶体管125的栅极连接。PMOS晶体管125的源极与电源端子101连接。
接着，对第一实施方式的半导体装置的动作进行说明。
当从控制端子102输入Lo信号时，PMOS晶体管121流过电流，对负载电流源126进行驱动。例如，如果半导体装置是稳压器，则差动放大器的输出端子与控制端子102连接，负载电流源126是被该电压驱动的负载电路。
PMOS晶体管122的尺寸比PMOS晶体管121小，其栅极与控制端子102连接。因此，PMOS晶体管122流过与流过PMOS晶体管121的电流对应的感测电流。PMOS晶体管123对基准电流电路110的电流进行镜像而流过补偿电流。电阻器127流过感测电流和补偿电流，产生与该电流对应的电压。PMOS晶体管124对基准电流电路110的电流进行镜像而流过恒定电流。该恒定电流流过并联连接的电阻器129和PN结元件128，使得产生基准电压。
例如当由于负载电流源126的两端与接地端子100短路等而在PMOS晶体管121流过大电流时，PMOS晶体管122的感测电流也增加，电阻器127中产生的电压上升。当该电压超过基准电压时，放大器130在输出端子输出Lo信号，使PMOS晶体管125导通，强制地使PMOS晶体管121的栅极与电源端子101短路，由此使PMOS晶体管121截止。由此能够实施过电流保护。
基准电压具有在假设PN结元件128不存在时相对于温度平坦的特性。在基准电压电路142中，PN结元件128与电阻器129并联连接，通过调整电阻器129的电阻值，能够在任意温度以上相对于温度具有负的斜率。当基准电压相对于温度具有负的斜率时，伴随温度的上升，基准电压下降，因此能够降低实施过电流保护的电流值。因此，如图3所示，能够按照半导体装置的容许损耗特性调整成，当温度上升而超过温度T1时，降低过电流保护的电流值。
此外，通过调整PMOS晶体管123的尺寸来调整补偿电流的大小，由此能够使在电阻器127的两端产生的电压具有任意的补偿电压，因此，能够任意地控制实施过电流保护的电流值相对于温度平坦的温度区域的电流值。
此外，通过进一步调节电阻器127和电阻器129的电阻值以及PMOS晶体管122、123、124的尺寸，也能够调节伴随温度上升的过电流保护的电流值。并且，PN结元件能够使用二极管、饱和连接的双极晶体管、弱反转动作的MOS晶体管，并不限定于特定的方式。
如以上说明的那样，第一实施方式的半导体装置能够按照半导体装置的容许损耗特性来设定过电流保护特性。因此，能够提供安全且不会降低效率的半导体装置。
＜第二实施方式＞
图2是第二实施方式的半导体装置的电路图。与图1的电路的不同点在于，变更了基准电流电路110的结构。在第二实施方式的半导体装置中，由PMOS晶体管215、216、NMOS晶体管213、214、PN结元件211、212以及电阻器217构成基准电流电路210。其它与第一实施方式相同。
针对第二实施方式的半导体装置的连接进行说明。PMOS晶体管215的栅极与PMOS晶体管216的栅极和漏极连接，漏极与NMOS晶体管213的栅极、漏极以及NMOS晶体管214的栅极连接，源极与电源端子101连接。PMOS晶体管216的源极与电源端子101连接。PN结元件211的阳极与NMOS晶体管213的源极连接，阴极与接地端子100连接。NMOS晶体管214的漏极与PMOS晶体管216的漏极、PMOS晶体管123的栅极以及PMOS晶体管124的栅极连接，源极与电阻器217的一个端子连接。PN结元件212的阳极与电阻器217的另一个端子连接，阴极与接地端子100连接。其它连接与第一实施方式相同。
接着，对第二实施方式的半导体装置的动作进行说明。PMOS晶体管121根据来自控制端子102的信号而控制动作，通过来自PMOS晶体管121的电流驱动负载电流源126。PMOS晶体管122的尺寸小于PMOS晶体管121且栅极与控制端子102连接，因此能够感测与流过PMOS晶体管121的电流相同动作的电流，从而流过感测电流。PMOS晶体管123从基准电流电路210对电流进行镜像而流过补偿电流。感测电流和补偿电流流过电阻器127而产生电压。PMOS晶体管124从基准电流电路210对电流进行镜像而流过恒定电流。恒定电流流过电阻器129和PN结元件128而使得产生基准电压。
例如当由于负载电流源126的两端与接地端子100短路等而使大电流流过PMOS晶体管121时，PMOS晶体管122的感测电流也增加，在电阻器127产生的电压上升。当该电压超过基准电压时，放大器130在输出端子输出Lo信号，使PMOS晶体管125导通，强制地使PMOS晶体管121的栅极与电源端子101短路，由此使PMOS晶体管121截止。由此能够实施过电流保护。基准电压具有在假设PN结元件128不存在时相对于温度平坦的特性。并且，PN结元件128与电阻器129并联连接，通过调整电阻器129的电阻值，能够在任意温度以上相对于温度具有负的斜率。当基准电压相对于温度具有负的斜率时，伴随温度的上升，基准电压下降，因此能够降低实施过电流保护的电流值。这样，如图3所示，能够按照半导体装置的容许损耗特性，在温度上升而超过温度T1时降低电流值。
此外，通过调整PMOS晶体管123的尺寸来调整补偿电流的大小，由此能够使在电阻器127的两端产生的电压具有任意的补偿电压，因此，能够任意地控制实施过电流保护的电流值相对于温度平坦的温度区域的电流值。
此外，通过进一步调节电阻器127和电阻器129的电阻值、PMOS晶体管122、123、124的尺寸，也能够调节伴随温度上升的过电流保护的电流值。并且，PN结元件能够使用二极管、饱和连接的双极晶体管、弱反转动作的MOS晶体管，并不限定于特定的方式。
如上所述，第二实施方式的半导体装置能够按照半导体装置的容许损耗特性，在温度上升时降低过电流保护的电流值，能够使可设定任意的安全动作区域的半导体装置动作。

Claims (4)

1.一种半导体装置，其具有由控制信号进行控制的第一晶体管，其特征在于，该半导体装置具有：
基准电流电路，其产生基准电流；
感测电压产生电路，其产生感测电压，该感测电压基于与所述第一晶体管的电流对应的电流和所述基准电流相加而得到的电流；
基准电压电路，其根据所述基准电流产生基准电压；
放大器，其对所述感测电压和所述基准电压进行比较；以及
第二晶体管，其栅极与所述放大器的输出端子连接，当所述感测电压超过所述基准电压时，使所述第一晶体管截止。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述感测电压产生电路具有：
第三晶体管，其感测所述第一晶体管中流过的电流；
第四晶体管，其对所述基准电流进行镜像；以及
第一电阻器，其流过所述第三晶体管中流过的电流和所述第四晶体管中流过的电流。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述基准电压电路具有：
第五晶体管，其对所述基准电流进行镜像；以及
并联连接的第一PN结元件和第二电阻器，它们流过所述第五晶体管中流过的电流。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述基准电流电路具有多个PN结元件，产生基于所述多个PN结元件的正向电压之差的电流。
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