CN103904629A - 半导体器件和电子控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体器件和电子控制装置。半导体器件包括：输出晶体管；和电流检测部。输出晶体管控制从电源到负载的电力供应。电流检测部检测流过输出晶体管的电流。电流检测部具有这样的电流检测特性，其中电流检测值对于输出晶体管的漏极-源极电压具有近似线性的负依赖性。

Description

半导体器件和电子控制装置

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，并且例如能够被优选地应用于这样的半导体器件，即，被用于将电力供应给负载的装置的半导体器件。

背景技术

已知其中通过使用输出晶体管电力被供应到负载的功率半导体器件。例如，用于汽车的功率半导体器件被用于驱动诸如灯、螺丝管等等的负载。在汽车中，当连接负载的线束的覆盖被剥去并且因此线束接触汽车的主体（GND）时，这导致负载短路情形，并且过多的电力被供应到输出晶体管。为了保护输出晶体管具有通过前述的负载短路情形引起的故障，功率半导体器件包括过电流保护电路。作为过电流保护电路的最好的已知的电路之一是电流限制电路。在过电流情形下，电流限制电路控制输出晶体管的栅极电压以执行反馈控制使得流过输出晶体管的电流被保持在恒定的值。作为前述的电流限制电路的示例，专利文献1（JP Heisei 11-285146A）公开用于电压驱动功率半导体器件的保护电路。

专利文献1中的用于驱动电压的功率半导体器件的保护电路包括输出电流监视装置、过电流保护装置以及输出电流限制装置。输出电流监视器装置监视驱动电压的功率半导体器件的输出电流。当驱动电压的功率半导体器件的输出电流超过预定值时，基于通过输出电流监视装置监视的电流值，过电流保护装置通过调节驱动电压的功率半导体器件的栅极电势来保护输出电流超过预定的值。输出电流限制装置基于在驱动电压的功率半导体器件的两端之间施加的电压来限制输出电流。在此电流限制电路中，基于输出晶体管的漏极和源极（专利文献1的图2）之间的电压像阶梯一样改变电流限制值。在特定的范围中可以线性地改变电流限制值（专利文献1的图6和图12）。

专利文献

[PTL 1]JP Heisei 11-285146A

现在发明人已经发现下述事实。

当负载特性是电阻特性时，在负载短路的条件下的电压和电流的负载线变成线性的。因此，即使如专利文献1一样像阶梯一样更改电流限制值，电流在当电流低时达到电流限制值（漏极和源极之间的电压为高）。结果，流过输出晶体管的电流能够被限于低的值。然而，实际设备包括电力布线行和负载布线行的电感部。即，因为负载特性包括电感特性，所以在负载短路的条件下的电压和电流的负载线变成非线性的。因此，当如专利文献1一样像阶梯一样改变电流限制值时，负载线绕过阶梯的下侧并且在当电流为高时达到电流限制值（漏极和源极之间的电压为低）。因此，流过输出晶体管的电流变高并且不能够被限于低的值，尽管电流被限于电流限制值。因此，担心高电力被应用于输出晶体管。

从下面的描述和附图，本发明的其它目的和新的特征将会是显然的。

发明内容

根据实施例，半导体器件具有这样的电流检测特性，其中电流检测值（电流限制值）对于输出晶体管的漏极和源极之间的电压具有近似线性的负依赖性。

根据实施例，能够提供针对过电流的适当的保护功能。

附图说明

图1是示出根据实施例的半导体器件的配置示例的框图；

图2是示出根据实施例的输出晶体管和电流检测值之间的关系的曲线图；

图3A是示出在专利文献1中的电流限制方法的曲线图；

图3B是示出在专利文献1中的电流限制方法的曲线图；

图4是示出根据实施例的半导体器件中的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图5是示出根据实施例的半导体器件中的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图6是根据实施例的半导体器件中的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图7是示出其中图4至图6的电路被安装在根据实施例的半导体器件中的配置的示例的电路图；

图8是示出根据实施例的半导体器件中的电流检测值和电源电压之间的关系的曲线图；

图9是示出根据实施例的半导体器件中的电流检测值的设定方法的示例的曲线图；

图10是示出根据实施例的半导体器件中的电流检测值的设定方法的另一示例的曲线图；

图11是示出根据实施例的半导体器件中的电流检测值的设定方法的又一示例的曲线图；

图12是示出根据实施例的半导体器件中的电流检测值的设定方法的又一示例的曲线图；

图13是示出根据第二实施例的半导体器件的配置示例的框图；

图14是示出根据第三实施例的半导体器件的配置示例的框图；

图15是示出根据第四实施例的半导体器件的配置示例的框图；

图16是示出根据第五实施例的半导体器件的配置示例的框图；

图17是示出根据第六实施例的半导体器件的配置示例的框图；

图18是示出根据实施例的半导体器件的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图19是示出根据实施例的半导体器件的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图20是示出根据实施例的半导体器件的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图21是示出根据第七实施例的半导体器件的配置示例的框图；

图22是示出根据实施例的半导体器件的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图23是示出根据实施例的半导体器件的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图24是示出根据实施例的半导体器件的偏置电路和比较电路的配置的示例的电路图；

图25是示出根据第八实施例的电子控制系统的配置的示例的框图；

图26是示出根据第八实施例的功率半导体器件的配置的示例的框图；以及

图27是示出根据第八实施例的功率半导体器件的配置的另一示例的框图。

具体实施方式

现在在此参考说明性实施例描述本发明。本领域的技术人员将会理解，使用本发明的教导能够完成许多可替代的实施例并且本发明不限于为了解释性目的而图示的实施例。

现在将会描述根据实施例的半导体器件和电子控制装置。

（第一实施例）

参考附图将会描述根据第一实施例的半导体器件的配置。图1是示出根据本实施例的半导体器件的配置示例的框图。

根据本实施例的半导体器件1包括输出晶体管MN1和电流检测部2。输出晶体管MN1控制从电源11到负载12的电力供应。电流检测部2检测流过输出晶体管MN1的电流。电流检测部2具有电流检测特性（电流限制特性），其中电流检测值对于输出晶体管MN1的漏极和源极具有近似线性的负依赖性。在此，电流检测值是输出晶体管MN1的输出电流Iout的上限电流值（电流限制值）。换言之，电流检测部2检测输出电流Iout是否达到上限电流值。上限电流值对于输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压具有近似线性的负依赖性。

图2是示出根据本实施例的在输出晶体管和电流检测值之间的关系的曲线图。垂直轴指示流过输出晶体管MN1的电流IOUT（也指示输出电流）。水平轴指示输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压VDS，并且输出晶体管MN1的源电压（在这样的情况下的端子VOUT的电压）被用作基准。分别指示根据本实施例的输出晶体管MN1的电压-电流特性H、在正常时间的负载线P1、以及电流检测值K1，作为各自的曲线。在正常的操作中，负载线P1和电压-电流特性H的交点用作操作点Q1。

如在附图中所示，在本实施例的半导体器件1中，电流检测值K1的特性不是如在专利文献1中描述的具有阶梯式的图案的特性，而是对于输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压Von（VDS）具有近似线性的负依赖性的特性。换言之，电流检测值K1的特性（电流限制值的特性）对于负载线P1具有相类似的近似线性的负依赖性，在该负载线P1上能够正常地驱动负载。当考虑输出晶体管MN1的合适的保护和有效使用时，此电流检测特性（电流限制特性）优选地沿着负载线当中的最大的负载线P0（在最小负载的情况下的负载线），在该负载线处能够正常地驱动负载。最小负载意指流过输出晶体管MN1的电流变成用于输出晶体管MN1的可容许的电流当中的最大电流。当正常地驱动负载时，进行设置使得操作点位于输出晶体管MN1的线性区域内部。电流检测值K1被设置为具有比最大负载线P0的电流特性高了预定的电流值的电流特性。

当以公式表示该电流检测值K1时，从图1和图2建立下述等式（1）。

α·Isense+Von=VCC

n·Isense=Iout

Isense=-(1/α)·Von+(1/α)·VCC…(1)

在此，各自的符号如下。Iout是输出晶体管MN1的漏电流，VCC是电源电压，Von是输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压，Isense是与输出晶体管MN1的输出电流Iout成比例的感测电流，并且α是比例常数（电流检测值的坡度）。输出电流Iout和感测电流Isense的感测比率是n。在此，通过使用感测电流Isense的等式表示等式（1），因为感测电流Isense被用于检测输出电流Iout。通过使用取决于Isense的电流、取决于Von的电流和取决于VCC的电流，能够获得满足此等式（1）的电流检测值K1（=Iout的限制值）。这时，在等式（1）中，如果满足Isense=（右侧），则此情况能够被判断为是过电流，并且如果满足Isense<（右侧），则此情况能够被判断为不是过电流。顺便提及，稍后将会描述电流检测值K1的设定方法。

通过比较专利文献1将会描述本实施例的半导体器件的作用。

图3A和图3B是示出专利文献1中的电流限制方法的曲线图。在图3A和图3B中，垂直轴指示流过输出晶体管的（漏极）电流IOUT（输出电流），并且水平轴指示输出晶体管的漏极和源极之间的电压VDS。图3A和图3B指示，输出晶体管的电压-电流特性H、正常时间的负载线P1、专利文献1的电流检测值K10、负载短路时的负载线P2（电阻特性）、负载短路时的负载线P3（电感特性）、以及本实施例的电流检测值K1作为各自的曲线。在正常的操作中，负载线P1和电压电流特性H的交点用作操作点Q1。

如在图3中所示，例如，沿着能够正常地驱动负载的最大负载线P0，设置本实施例的电流检测值K1。因此，本实施例的电流检测值K1呈现向下倾斜的斜坡直线，与正常的负载线P0和P1相类似，尽管其坡度是不同的。另一方面，与本实施例的电流检测值K1相比较专利文献1的电流限制值K10在电流值中相对较大，并且被设置为阶梯式的图案。结果，专利文献1具有如下面所描述的问题。

如在图3B中所示，当负载短路时的电压电流的负载线是电阻的时（负载线P2），通过使用像阶梯一样改变的电流检测值K10，在电流低的操作点Q2检测过电流。相反地，通过使用本实施例的电流检测值K1，在当负载电流开始流动时的时间（即，在当VDS变成稍微低于VCC时）电流超过电流检测值K1。因此，即使在电流值低于电流检测值K10时，也能够检测到过电流。因此，在负载短路时，根据本实施例的电流检测值K1，流过输出晶体管的电流能够被受到低的值的限制。

当负载短路时的电压电流的负载线是电感的时，存在弯曲诸如在图3B中示出的负载线的负载线。这时，在像阶梯一样改变的电流检测值K10，负载线P3绕过阶梯的下侧，并且在电流高的操作点Q3检测过电流。因此，在负载短路时，流过输出晶体管的电流被增加到操作点Q3的电流值。为此，担心高的电力被施加到输出晶体管。

相反地，在专利实施例的半导体器件1中，例如，如在图3A中所示，沿着其中能够正常地驱动负载的最大负载线P0设置电流检测值（电流限制值）K1。为此，在负载线P3与电流检测值K1相交的操作点Q0检测过电流。总之，通过使用电流检测值K1，检测到过电流的操作点Q0的电流值能够被设置为低于操作点Q3的电流值，在操作点Q3基于阶梯式图案的电流检测值K10检测到过电流。沿着最大负载线P0设置本实施例的电流检测值K1。因此，被施加到输出晶体管的电力能够被抑制到必要的最小值。

下面将会详细地描述本实施例的半导体器件1。

如在图1中所示，半导体器件1包括输出晶体管MN1和电流检测部2。电流检测部2包括感测晶体管MN2、感测电阻器RS、栅极晶体管R10、栅极驱动电路10、比较电路13以及偏置电路14。

输出晶体管MN1使输出电流Iout流过负载12的输出端子。感测晶体管MN2将流过输出晶体管MN1的输出电流Iout转换成非常小的电流Isense并且对其进行观察。例如，输出晶体管MN1和感测晶体管MN2是N沟道晶体管。在输出晶体管MN1和感测晶体管MN2中，它们的漏极被相互共同地连接，并且它们的栅极被彼此相互连接。它们的公共漏极被连接到电源11（VCC）。通过栅极晶体管R10它们的公共栅极被连接到栅极驱动电路10的输出侧。输出晶体管MN1的源极被连接到端子VOUT。感测晶体管MN2的源极被连接到感测电阻器RS的一端。感测电阻器RS将通过感测晶体管MN2观察的电流Isense转换成电压Vsense。感测电阻器RS的另一端被连接到端子VOUT。即，感测晶体管MN2的源极通过感测电阻器RS被连接到端子VOUT。

被放置在栅极驱动电路10的输出侧和输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的栅极之间的栅极电阻器R10是电阻器。在栅极驱动电路10中，它的输出侧被连接到输入端子IN，并且它的输出侧通过栅极晶体管R10被连接到输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的栅极。基于输入信号VIN，栅极驱动电路10驱动输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的栅极。

比较电路13将指示流过输出晶体管MN1的电流是否是过电流的电流检测信号S1输出到A点。比较电路13包括P沟道晶体管MP1、N沟道晶体管MN8以及N沟道晶体管MN6。P沟道晶体管MP1的栅极接收偏置电路14的B点的信号。N沟道晶体管MN8的栅极接收偏置电路14的C点的信号。N沟道晶体管MN6的栅极接收偏置电路14的D点的信号。P沟道晶体管MP1被连接在电源11（VCC）和A点之间。N沟道晶体管MN8和MN6中的每一个被连接在A点和端子VOUT之间。

在比较电路13中偏置电路14将栅极电压供应到P沟道晶体管MP1、N沟道晶体管MN8以及N沟道晶体管MN6。偏置电路14被放置在电源11（VCC）、用于半导体器件1中的内部电路的GND（SGND）和端子VOUT之间。取决于电源电压VCC的偏置电压被输出到偏置电路14的B点。取决于输出晶体管MN1的电流的偏置电压被输出到C点。取决于输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压的偏置电压被输出到D点。为了将取决于输出晶体管MN1的电流的偏置电压施加到C点，感测电阻器RS的电压Vsense被输入到E点。

因此，取决于电源电压VCC的电流I1流过P沟道晶体管MP1。取决于输出晶体管MN1的输出电流Iout的电流I2流过N沟道晶体管MN8。取决于输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压的电流I3流过N沟道晶体管MN6。换言之，电流I1对应于等式（1）中的(1/α)·VCC。电流I2对应于等式（1）中的Isense，因为电流I2能够被视为取决于电流Isense的电流。电流I3对应于等式（1）中的(1/α)·Von。因此，如稍后描述的，能够调节A点被偏置以变成I1>(I2+I3)的事实，相对于在（VCC–Von）的电压处可容许的电流值（1/α）·（VCC–Von），Isense小，即，Isense<等式（1）中的（右侧）的情况。因此，能够调节过电流没有发生的情况。另一方面，能够调节A点被偏置以变成I1<(I2+I3)的事实，相对于在（VCC–Von）的电压处可容许的电流值（1/α）·（VCC–Von）Isense大，即，Isense>等式（1）中的（右侧）的情况。因此，能够判断过电流发生的情况。以这样的方式，通过比较电流I1和电流（I2+I3）之间的数量关系，比较电流13能够将H电平（正常电流情况）或者L电平（过电流检测情况）的电流检测信号输出到A点。

负载12被连接在端子VOUT和用于负载的GND（PGND）之间。在这样的情况下，半导体器件1被连接到负载12的高侧。

下面将会描述根据本实施例的半导体器件1的操作方法。

当输入端IN从L电平变成H电平时，栅极驱动电路10输出高于电源电压VCC的电压并且接通输出晶体管MN1和感测晶体管MN2以使电流流入负载12。然后，输出电流Iout流过输出晶体管MN1并且电流Isense流过感测晶体管MN2。

首先，考虑到正常负载情况。当负载是正常的时，端子VOUT的电压是极其地靠近电源电压VCC的电压。电压是VCC-Ron·Iout的电压。在此，Ron是输出晶体管MN1的导通电阻并且是极其地小的值，例如，10mΩ。这时，输出晶体管MN1的输出电流Iout小于电流检测值K1。因此，E点的电压（=感测电阻器RS的电压Vsense）变小并且C点的偏置电压变小。而且，因为输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压Von小，D点的偏置电压小。因此，比较电路13的晶体管中的每一个被偏置以便成为I1>(I2+I3)。在A点，根据基尔霍夫的电流定律必须始终建立I1=I2+I3。为此，增加A点的电压使得P沟道晶体管MP1的电流I1与电流（I2+I3）平衡，并且在线性区域中操作P沟道晶体管MP1。通过这些操作，H电平信号被输出到A点。A点的H电平的信号指示负载是正常的。

接下来，考虑到异常的负载情况。例如，当半导体器件1被用于汽车时，负载异常地发生，因为连接负载的线束的覆盖是剥去并且因此线束接触汽车的主体（GND）。即，负载短路发生。当前述的负载短路发生时，端子VOUT被连接到GND。因此，大的电压被施加在输出晶体管MN1的漏极和源极之间。即，Von变大。

当负载短路发生时，通过流过输出晶体管MN1的输出电流Iout的增加，流过感测晶体管MN2的电流Isense被增加，这导致E点中的感测电压Vsense的增加。因此，因为E点的电压（=感测晶体管RS的电压Vsense）被增加，所以C点的偏置电压被增加。而且，因为输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压Von高，所以D点的偏置电压变高。为此，电流I2和I3被增加。因此，比较电路13中的晶体管中的每一个被偏置以便成为I2<(I2+I3)。在A点，根据基尔霍夫的电流定律必须始终建立I1=I2+I3。为此，A点的电压被减少使得电流（I2+I3）与电流I1平衡，并且在线性区域中操作N沟道晶体管MN6和MN8。通过那些操作，L电平信号，即，过电流检测信号被输出到A点。A点的L电平的信号指示负载是异常的。

如在上面所提及的，操作根据本实施例的半导体器件1。

结果，基于A点的电压电平判断负载的异常性的存在或者不存在。然后，例如，通过将A点的过电流检测信号输出到另一控制电路，其它的控制电路能够通过栅极驱动电路10控制输出晶体管MN1的栅极。因此，到负载12的电力供应能够被限制或者被中断。因此，能够保护半导体器件免受过电流。

图4至图6是示出根据本实施例的半导体器件中的偏置电路14和比较电路13的配置的示例的电路图。在此，图4示出用于取决于电源电压VCC生成电流I1的电路配置的示例。图5示出用于取决于Von生成电流I3的电路配置的示例。图6示出用于取决于输出晶体管MN1的输出电流Iout生成电流I2的电路配置的示例。

在图4中，以电流镜的方式连接P沟道晶体管MP1和P沟道晶体管MP2。P沟道晶体管MP2的栅极和漏极通过电阻器R1被连接到GND（用作用于电路的GND的SGND）。具体地，P沟道晶体管MP1和P沟道晶体管MP2的源极被连接到电源11（VCC）。P沟道晶体管MP1和P沟道晶体管MP2的栅极被连接到P沟道晶体管MP2的漏极。P沟道晶体管MP2的漏极被连接到电阻器R1的一端。电阻器R1的另一端被连接到SGND。

流过电阻器R1的电流流过P沟道晶体管MP2。随着电源电压VCC变得较高，电阻器R1的两端之间的电压变得较高，并且流过电阻器R1的电流被增加。另一方面，随着电源电压VCC变得较低，电阻器R1的两端之间的电压变得较低，并且流过电阻器R1的电流被减少。以这样的方式，在图4的电路中，取决于电源电压VCC的电流流过P沟道晶体管MP2。因为以电流镜方式连接P沟道晶体管MP1和P沟道晶体管MP2，所以能够使与P沟道晶体管MP2相同的电流流过P沟道晶体管MP1。因此，在图4中的电路能够将取决于电源电压VCC的电流I1供应到A点。电流I1变得与电源电压VCC成比例的电流。

在图5中，以电流镜方式连接N沟道晶体管MN6和N沟道晶体管MN7。然后，N沟道晶体管MN7的栅极和漏极通过电阻器R2被连接到电源11（VCC）。具体地，N沟道晶体管MN6和N沟道晶体管MN7的源极被连接到端子VOUT。N沟道晶体管MN6和N沟道晶体管MN7的栅极被连接到N沟道晶体管MN7的漏极。N沟道晶体管N7的漏极被连接到电阻器R2的一端。电阻器R2的另一端被连接到电源11（VCC）。

流过电阻器R2的电流流过N沟道晶体管MN7。随着（=电源11（VCC）和端子VOUT之间的电压）变得较高，电阻器R2的两端之间的电压变得较高，并且流过电阻器R2的电流被增加。另一方面，随着Von变得较低，电阻器R2的两端之间的电压变得较低，并且流过电阻器R2的电流被减少。以这样的方式，在图5的电流中，取决于Von的电流流过N沟道晶体管MN7。因为以电流镜方式连接N沟道晶体管MN6和N沟道晶体管MN7，所以能够使与N沟道晶体管MN7相同的电流流过N沟道晶体管MN6。因此，在图5中的电路能够从A点抽出取决于Von的电流I3。电流I3变得与Von成比例的电流。

在图6中，输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的漏极被共同地连接到电源11（VCC）。输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的栅极被相同共同地连接。输出晶体管MN1的源极被连接到端子VOUT。感测晶体管MN2的源极被连接到感测晶体管RS的一端（E点）。感测晶体管RS的另一端被连接到端子VOUT。在N沟道晶体管MN8中，它的源极被连接到端子VOUT，并且它的栅极被连接到E点。

随着输出晶体管MN1的Von（=电源11（VCC）和端子VOUT之间的电压）变高并且输出电流Iout被增加，流过感测晶体管MN2的电流Isense也增加，这导致在感测晶体管RS的两端之间增加。因此，在N沟道晶体管MN8的栅极和源极之间的电压被增加，并且电流I2被增加。另一方面，当输出电流Iout被减少时，流过感测晶体管MN2的电流Isense也减少，并且在电阻器RS的两端之间的电压也减少。因此，N沟道晶体管MN8的栅极和源极之间的电压也减少，并且电流I2被减少。以这样的方式，在图6中的电路中，取决于输出晶体管MN1的输出电流Iout，N沟道晶体管MN8被控制。为此，N沟道晶体管MN8能够从A点抽出取决于Iout的电流（即，n×Isense）。

图7是示出根据本实施例的其中图4至图6的电路被安装在半导体器件中的配置的示例的电路图。如在图7中所示，图4至图6的电路能够被组合以配置偏置电路14和比较电路13。

如在上面所提及的，根据本实施例的半导体器件1能够被操作使得在不取决于负载状态的情况下通过使用在图1或者图7中示出的比较电路13在A点处的电流的总和近似地满足等式（1）。即，在比较电路13的A点，应用基尔霍夫电流定律，并且同时电流I1=I2+I3始终被满足，基于电源电压VCC、漏极和源极之间的电压Von、以及输出电流Iout（感测电流Isense）确定A点的信号的H电平/L电平。换言之，A点的信号的H电平和L电平的边界是图2中的电流检测值K1。

这时，通过等式（1）确定电流检测值K1。因此，当电源电压VCC被改变时，电流检测值K1也被改变。图8是示出根据本实施例的半导体器件中的电流检测值和电源电压之间的关系的曲线图。垂直轴指示流过输出晶体管MN1的（漏极）电流IOUT，并且水平轴指示在输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压VDS。假定电源电压VCC2>电源电压VCC3。在这样的情况下，从等式（1），当电源电压从VCC2减少到VCC3时，电流检测值（电流限制值）也被移位到低电压侧，即，从K2到K3。相反地，当电源电压被增加时，电流检测值（电流限制值）也被移位到高电压侧。以这样的方式，在半导体器件1中，根据等式（1）确定电流检测值。因此，具有与电源电压有关的依赖性的电流检测值被获得。因此，即使电源电压VCC被改变并且高压作为电源电压VCC被施加，因此，电流检测值被改变。因此，甚至相应于电源电压VCC中的变化来控制输出晶体管MN1。

下面将会描述根据本实施例的半导体器件中的电流检测值K的设定方法的示例。

图9和图10是示出根据本实施例的半导体器件中的电流检测值的设定方法的示例的曲线图。垂直轴指示流过输出晶体管MN1的电流IOUT。水平轴指示输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压VDS。分别示出输出晶体管MN1和电流检测值K4至电流检测值K7的电压-电流特性H作为各自的曲线。那些曲线图示出改变电流检测值的方法。

能够取决于感测电阻器RS的电阻值改变电流检测值的坡度。例如，如在图9中所示，当感测电阻器RS的电阻值变小时，电流检测值K4的坡度能够变成诸如K5的急剧的坡度。

而且，能够取决于检测电源电压VCC中的变化的电阻器R1的值改变电流检测值的曲线图。例如，如在图10中所示，相对于电流检测值K6的位置，当电阻器R1的电阻值（偏置电路（图4）中的电阻器取决于电源电压VCC生成电流）变小时，能够增加取决于电源电压VCC的电流I1，从而将电流检测值的水平轴截距移位到诸如K7的右侧（高电压侧）。

图11和图12是根据本实施例的半导体器件中的电流检测值的设定方法的另一示例的电路图和曲线图。在此，在图12中，垂直轴指示流过输出晶体管MN1的电流IOUT。水平轴指示在输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压VDS。分别示出输出晶体管MN1、电流检测值K8和电流检测值K9的电压-电流特性H作为各自的曲线。那些电路图和曲线图示出改变电流检测值的水平轴截距的另一方法。

在图11中，用于取决于电源电压VCC生成电流I1’的电路具有其中通过电流镜电路16将电流IOS添加到通过图4中的电阻器R1确定的电流的配置。在图11中，具有与图4相同的符号的元件表示相同的元件并且它们的解释被省略。

电流镜电路16包括N沟道晶体管MN31、N沟道晶体管MN32以及电流源Ia。N沟道晶体管MN31的源极、漏极以及栅极分别被连接到SGND、电流源Ia的一端和电流源Ia的一端。N沟道晶体管MN32的漏极和栅极分别被连接到SGND、B点、以及N沟道晶体管MN31的栅极。

在电流镜电路16中，电流源Ia的电流IOS流过N沟道晶体管MN31。通过N沟道晶体管MN31和N沟道晶体管MN32之间的电流镜连接在N沟道晶体管MN32中映射（复制）此电流。当N沟道晶体管MN31的大小等于N沟道晶体管MN32的大小时，与N沟道晶体管MN31相同的电流流过N沟道晶体管MN32。此电流被添加到流过电阻器R1的一端处（B点）的电阻器R1。即，在电流镜电路16中流过电阻器R1的电流和流过N沟道电阻器MN32的电流的总电流流过P沟道晶体管MP2。结果，如在图12中所示，能够改变电流检测特性的水平轴截距。在图12中，分别地，电流检测值K8指示不存在电流镜电路16的情况并且电流检测值K9指示存在电流镜电路16的情况。以这样的方式，通过添加电流镜电路16以增加流过P沟道晶体管MP2的电流，流过P沟道晶体管MP1的电流I1’被增加，从而使得能够增加电流检测值的水平轴截距。

如在上面所提及的，关于电流检测值K，通过改变在电流检测部2中使用的元件的相对值并且/或者改变要被供应的电流值，能够获得所期待的电流检测特性（例如，坡度和水平轴截距）。因此，基于负载的特性，能够柔性地改变半导体器件的过电流保护的特性。

如在上面所提及的，在本实施例的半导体器件1中，通过引入检测电流的比较电路13同时使电流I1、电流I2以及电流I3能够满足I1=I2+I3（即，等式（1）），能够获得线性电流检测值。在此，电流I1取决于电源电压VCC。电流I2取决于输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压Von。电流I3取决于感测电流Isense（即，流过输出晶体管MN1的输出电流Iout）。

而且，在本实施例的半导体器件1中，沿负载线电流检测值能够被设置为线性值。为此，当负载是异常的时，不存在电流出乎意料地变高的任何操作点。因此，过多的电流从不流过输出晶体管MN1，并且通过焦耳热引起的热应力能够被抑制到小的值。

通常，在汽车的领域中，负载的GND（PGND）和电路的GND（SGND）被设置在不同的地方处。为此，可能存在在两个GND之间生成大约±2V的最大电势差的情况。在这样的环境中，存在端子VOUT的电势变得小于SGND的可能性。然而，即使这样的事件发生，在本实施例的半导体器件1中，因为比较电路13被配置在电源11（VCC）和输出端子VOUT之间，所以能够甚至在VOUT<SGND的情况下执行前述的电流检测。

在如专利文献1中描述的其中以阶梯式图案设置电流检测值的方法中，为了使电流检测值接近线性风格，要求具有很多级的检测功能，这导致大的电路规模。然而，在本实施例中的半导体器件1中，即使在小的电路规模中，也能够获得跟随VCC、Von以及Isense中的变化的理想的电流检测值（线性电流检测值）。

（第二实施例）

下面将参考附图描述根据第二实施例的半导体器件1a的配置。本实施例的半导体器件1a与第一实施例的半导体器件1的不同之处在于A点的输出信号的电平（过电流的存在或者不存在）被反馈并且输出晶体管MN1的栅极被控制使得输出电流Iout没有变成过电流。在下文中，将会主要描述与第一实施例的不同。

图13是示出根据本实施例的半导体器件的配置示例的框图。在本附图中，使用在图4至图6中示出的那些作为在图1中示出的偏置电路14和比较电路13。在本附图中，具有与图1和图4至图6相同的符号的元件表示相同的元件并且它们的解释被省略。

根据本实施例的半导体器件1a包括输出晶体管MN1和电流检测部2a。除了第一实施例的配置（图1和图4至图6）之外，电流检测部2a进一步包括电流限制电路21。在第一实施例中的半导体器件1中，A点的输出信号的电平仅被用于输出过电流的存在或者不存在。然而，在本实施例中的半导体器件1a中，电流限制电路21反馈A点的输出信号并且控制输出晶体管MN1的输出电流Iout。即，电流限制值21反馈A点的输出信号的电平（过电流的存在或者不存在）并且控制输出晶体管MN1的栅极使得输出电流Iout没有变成过电流。电流限制电路21包括N沟道晶体管MN3、N沟道晶体管MN4以及N沟道晶体管MN5。

N沟道晶体管MN4和N沟道晶体管MN5在电源11（VCC）和端子VOUT之间配置逆变器电路。逆变器电路转化比较电路13的输出信号（A点的输出信号的电平（电压））。N沟道晶体管MN3被连接在输出晶体管MN1的栅极和端子VOUT。通过逆变器电路的输出信号控制N沟道晶体管MN3。比较电路13、逆变器电路（MN4和MN5）和N沟道晶体管MN3，连同输出晶体管MN1、感测晶体管MN2以及感测电阻器RS，形成反馈回路以限制输出晶体管MN1的电流。

逆变器电路包括N沟道晶体管MN4和N沟道晶体管MN5。在本实施例中，虽然N沟道晶体管MN4是压缩型，其能够被替换为电阻器或者P沟道晶体管。N沟道晶体管MN4的源极、漏极和栅极分别被连接到N沟道晶体管MN5的漏极、电源11（VCC）、以及N沟道晶体管MN5的漏极。N沟道晶体管MN5的源极、漏极以及栅极分别被连接到端子VOUT、N沟道晶体管MN4的源极以及A点。N沟道晶体管MN3的源极、漏极以及栅极分别被连接到端子VOUT、输出晶体管MN1的栅极、以及逆变器电路的输出（N沟道晶体管MN5的漏极）。

下面将会描述本实施例的半导体器件1a的操作方法。

首先，考虑正常负载情况。当负载是正常的时，与第一实施例相类似，比较电路13的输出信号（A点的电压）是处于H电平。这时，逆变器电路输出L电平并且将L电平电压供应给N沟道晶体管MN3的栅极。结果，使N沟道晶体管MN3是非导电的并且输出晶体管MN1的栅极电荷没有被抽出（电流限制电路21是无效的）。输出晶体管MN1的输出电流Iout被保持。

接下来，考虑异常的负载情况。当负载是异常的时，输出晶体管MN1的输出电流Iout被增加（这导致过电流）。因此，与第一实施例相类似，比较电路13的输出信号（A点的电压）变成处于L电平。这时，逆变器电路输出H电平并且将H电平电压供应到N沟道晶体管MN3的栅极。即，使N沟道晶体管MN3变得导电的，并且输出晶体管MN1的栅极电荷被抽出。因此，输出晶体管MN1的输出电流Iout被减少。当输出晶体管MN1的输出电流Iout被减少时，感测晶体管MN2的电流Isense也被减少。结果，E点的电压Vsense被减少。即，比较电路13的电流I3被减少，并且输出信号（A点的电压）变成H电平。当比较电路13的输出信号（A点的电压）变得H电平时，使N沟道晶体管MN3变成非导电的。因此，电荷从栅极驱动电路10注入到输出晶体管MN1的栅极。因此，再次增加输出晶体管MN1的输出电流Iout。如在上面所提及的，反馈操作被执行，并且通过电流检测值K1的电流限制输出晶体管MN1的输出电流Iout。

本实施例甚至能够提供与第一实施例相类似的作用。

而且，本实施例能够通过配置反馈回路执行电流限制。因此，本实施例能够连续地供应输出电流Iout，同时限制输出电流Iout的值以便避免输出电流Iout达到过电流。

（第三实施例）

下面将参考附图描述根据第三实施例的半导体器件1b的配置。

在本实施例的半导体器件1b中，用于取决于感测电流Isense生成电流I2（即，输出电流Iout）的电路的配置不同于第二实施例中的半导体器件1a的配置。在下文中，将会主要描述与第二实施例的不同。

图14是示出根据本实施例的半导体器件的配置示例的框图。在本附图中，具有与图13相同的符号的元件表示相同的元件，并且它们的解释被省略。

根据本实施例的半导体器件1b包括输出晶体管MN1和电流检测部2b。在电流检测部2b中，用于取决于感测电流Isense生成电流I2的电路的配置不同于第二实施例的配置（图13）。在第二实施例中，因为在N沟道晶体管MN8的栅极处接收到E点的电压，所以感测电压Vsense必须等于或者高于N沟道晶体管MN8的阈值电压。因此，不能够使感测电压Vsense变小。这里，如果能够使感测电压Vsense变小，则能够进一步提高感测电压Vsense与输出电流Iout的感测比率。简言之，如果感测电压Vsense变小，则在输出晶体管MN1的漏极和源极之间的电压与在感测晶体管MN2的漏极和源极之间的电压之间的差，和在输出晶体管MN1的栅极和源极之间的电压与在感测晶体管MN2的栅极和源极之间的电压之间的差变小，这能够提高感测比率。在本实施例中的半导体器件1b中，N沟道晶体管MN9和电阻器R3被进一步添加到偏置电路14。然后，N沟道晶体管MN9和N沟道晶体管MN8被用作一对晶体管，并且感测电压Vsense（E点的电压）被输入到N沟道晶体管MN9的源极。因此，即使E点是低压，N沟道晶体管MN8也能够被操作。即，能够使感测电压Vsense变小，从而提高电流感测精确度。

N沟道晶体管MN9的源极、漏极以及栅极分别被连接到E点、电阻器R3的一端、以及N沟道晶体管MN9的漏极。N沟道晶体管MN8的源极、漏极以及栅极分别被连接到端子VOUT、A点、以及N沟道晶体管MN9的栅极。电阻器R3的另一端被连接到电源11（VCC）。

接下来，关于根据本实施例的半导体器件1b的操作方法，当负载是正常的时的操作和当负载是异常的时的操作与第二实施例的相类似。

甚至本实施例能够提供与第二实施例相类似的作用。

而且，在本实施例中，N沟道晶体管MN8和N沟道晶体管MN9配置差分对，其中Vsense电压（E点的电压）被输入到N沟道晶体管MN9的源极。为此，即使E点的电压等于或者小于N沟道晶体管MN9的阈值电压，电流也能够被检测，并且为了E点的非常小的电压变化能够驱动N沟道晶体管MN8的栅极。因此，与第二实施例相比较，E点的电压能够变得非常小，在当感测电流Isense（简言之，输出电流Iout）变小的情况下提高检测精确度。因此，能够以良好的精确度设置电流检测值。简言之，与根据第二实施例的半导体器件1a相比较，在根据本实施例的半导体器件1b中，能够扩大电流检测范围。

而且，根据第二实施例的配置（图13），为了生成特定值或者更大的感测电压Vsense，要求感测电阻器RS具有特定程度的电阻。相反地，根据本实施例的配置（图14），感测电阻器RS的电阻值能够变小（例如，1/5至1/10）。在此，通过A点的反转精确度影响过电流检测精确度。通过N沟道晶体管MN8的阈值中的变化和感测电阻器RS的电阻值中的变化影响图13中的A点的反转精确度。相反地，通过感测电阻器RS的电阻值中的变化影响图14中的A点的反转精确度。然而，因为N沟道晶体管MN8和N沟道晶体管MN9配置差分对，阈值中的变化被抵消。因此，根据图14中的配置，与图13中的配置相比较能够提高A点的反转精确度并且能够提高过电流检测精确度。

（第四实施例）

下面将会参考附图描述根据第四实施例的半导体器件1c的配置。

在本实施例的半导体器件1c中，用于取决于感测电流Isense（即，输出电流Iout）生成电流I2的电路的配置不同于第三实施例中的半导体器件1b的配置。在下文中，将会主要描述与第三实施例的不同。

图15是示出根据本实施例的半导体器件的配置示例的框图。在本附图中，具有与图14相同的符号的元件表示相同的元件并且它们的解释被省略。

根据本实施例的半导体器件1c包括输出晶体管MN1和电流检测部2c。在电流检测部2c中，用于取决于感测电流Isense（即，输出电流Iout）生成电流I2的电路的配置不同于第三实施例的配置（图14）。期待N沟道晶体管MN8在线性区域中操作。然而，在第三实施例中，因为配置差分对的N沟道晶体管MN8的漏极被连接到A点，在饱和区域中操作N沟道晶体管MN8。然而，在本实施例中的半导体器件1c中，N沟道晶体管MN10和N沟道晶体管MN11被进一步添加到比较电路13。然后，N沟道晶体管MN9和N沟道晶体管MN11被级联连接，并且N沟道晶体管MN9和N沟道晶体管MN10被级联连接。因此，N沟道晶体管MN8的漏极（F点）保持在低压（用作靠近线性区域的操作点）。即，N沟道晶体管MN8的漏极电流（电流I2）能够被设置为其中更加精确地反映输出电流Iout的电流。

N沟道晶体管MN9的源极、漏极以及栅极分别被连接到E点、N沟道晶体管MN111的源极、以及N沟道晶体管MN9的漏极。N沟道晶体管MN11的源极、漏极以及栅极分别被连接到N沟道晶体管MN9的漏极、电阻器R3的一端、以及N沟道晶体管MN11的漏极。电阻器R3的另一端被连接到电源11（VCC）。N沟道晶体管MN8的源极、漏极以及栅极分别被连接到端子VOUT、F点、以及N沟道晶体管MN9的栅极。N沟道晶体管MN10的源极、漏极以及栅极分别被连接到F点、A点、以及N沟道晶体管MN11的栅极。

接下来，关于根据本实施例的半导体器件1c的操作方法，当负载是正常的时的操作和当负载是异常的时的操作与第三实施例的相类似。

甚至本实施例能够提供与第三实施例相类似的作用。

而且，在本实施例中，通过级联连接的差分对（N沟道晶体管MN8、N沟道晶体管MN9、N沟道晶体管MN10以及N沟道晶体管MN11），F点的电势能够被充分地固定到线性区域和饱和区域之间的边界的电压。基于输出晶体管MN1的电流，A点的电压变成H电平或者L电平。然而，这时，N沟道晶体管MN10的漏极和源极之间（在A点和F点之间）的电压被大大地改变。因此，能够以良好的精确度检测到输出电流Iout中的变化。因此，能够以良好的精确度将输出电流Iout控制到电流检测值K1。

（第五实施例）

下面将根据附图描述根据第五实施例的半导体器件的配置。关于本实施例中的半导体器件1d，其中闩锁电路15被添加在比较电路13的输出和电流限制电路21之间的配置不同于第四实施例中的半导体器件1c的配置。在下文中，将会主要地描述与第四实施例的不同。

图16是示出根据本实施例的半导体器件的配置示例的框图。在附图中，具有与图15相同的符号的元件表示相同的元件并且它们的解释被省略。

根据本实施例的半导体器件1c包括输出晶体管MN1和电流检测部2d。关于电流检测部2d，其中闩锁电路15被添加在比较电路13的输出和电流限制电路21的输入之间的配置不同于第四实施例的配置（图15）。即，闩锁电路15被布置在比较电路13的输出（A点）和电流限制电路21中的逆变器电路（N沟道晶体管MN4和N沟道晶体管MN5）的输入之间。

闩锁电路15被连接在电源11（VCC）和接地SGND之间，并且闩锁电路15的输入被连接到A点。闩锁电路15的输出被连接到逆变器电路中的N沟道晶体管MN5的栅极。当负载是正常的时闩锁电路15输出H电平信号，并且当负载是异常的时输出L电平信号。

下面将会描述根据本实施例的半导体器件1d的操作方法。

首先，考虑正常负载情况。当负载是正常的时，比较电路13的输出信号（A的电压）是处于H电平。H电平的输出信号被输入到闩锁电路15，并且H电平被输出到闩锁电路15的输出。通过逆变器电路（N沟道晶体管MN4和N沟道晶体管MN5），H电平被转化成L电平，并且L电平被供应给N沟道晶体管MN3的栅极。结果，使N沟道晶体管MN3非导电的。没有抽出输出晶体管MN1的栅极电荷。闩锁电路15的输出被固定到H电平，并且输出晶体管MN1的输出电流Iout被保持。

接下来，考虑异常负载情况。当负载是异常的时，输出晶体管MN1的输出电流Iout被增加，并且比较电路13的输出信号（A点的电压）变成L电平。通过闩锁电路15来闩锁L电平的电流检测信号，并且L电平被输出到闩锁电路15的输出。因此，H电平信号被输入到N沟道晶体管MN3的栅极，并且使N沟道晶体管MN3导电并且抽出输出晶体管MN1的栅极电荷。在此，在第四实施例的情况下，继续电流限制操作，其中感测电流Isense（即，输出电流Iout）被限制使得A点的电压满足等式（1）。另一方面，在本实施例中，不同于其，一旦闩锁电路15的输出变成L电平，锁定电路15的输出被固定到L电平直到闩锁电路15被重置。为此，N沟道晶体管MN3优选地抽出输出晶体管MN1的电荷，并且使输出晶体管MN1非导电。以这样的方式，闩锁电路15被用于执行用于在过电流检测之后切断输出晶体管MN1的过电流检测/阻挡操作。

甚至本实施例能够提供与第四实施例相类似的作用。

另外，当在负载异常性时检测到过电流时，阻止过电流的方法能够被用于保护输出晶体管MN1。电流限制电路21和闩锁电路15能够被视为用于阻止输出晶体管MN1的电流的电流阻止部。

（第六实施例）

下面将会参考附图描述根据第六实施例的半导体器件1e的配置。本实施例中的半导体器件1e与第一实施例中的半导体器件1的不同之处在于半导体器件1e被用作下侧开关。在下文中，将会主要地描述与第一实施例的不同。

图17是示出根据本实施例的半导体器件的配置示例的框图。此附图示出当半导体器件1e被安装作为下侧开关时的示例。在此下侧开关配置中，输出晶体管MN1的源极和漏极分别被连接到GND端子和VOUT端子。而且，电流检测部2e中的感测晶体管MN2的源极和漏极分别被连接到感测电阻器RS的一端和VOUT端子。感测电阻器RS的另一端被连接到GND端子。GND端子被连接到PGND。VOUT端子通过负载12被连接到电源11（VCC）。在本实施例中，偏置电路14的GND也被连接到PGND。然而，偏置电路14的GND可以被连接到SGND。

图18至图20是示出根据本实施例的半导体器件中的偏置电路14和比较电路13的配置的电路图。在此，图18示出用于取决于电源电压VCC生成电流I1的电路配置的示例。图19示出用于取决于Von生成电流I3的电路配置的示例。图20示出用于取决于输出晶体管MN1中的输出电流Iout生成电流I2的电路配置的示例。

虽然图18的电路配置基本上等于图4的配置，但是电阻器R1的另一端被连接到PGND。然而，电阻器R1的另一端可以被连接到SGND。虽然图19的电路配置等于图5的电路配置，但是电阻器R2和N沟道晶体管MN7被串联地连接在端子VOUT和PGND之间。N沟道晶体管MN6的源极被连接到PGND。然而，N沟道晶体管MN6的源极可以被连接到SGND。虽然图20的电路配置基本上等于图6的电路配置，但是输出晶体管MN1的源极、感测电阻器RS的另一端以及N沟道晶体管MN8的源极被连接到PGND。然而，它们可以被连接到SGND。而且，输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的漏极被连接到端子VOUT。

接下来，根据本实施例的半导体器件1e的操作方法与第一实施例的相类似。

甚至本实施例能够提供与第一实施例相类似的作用。

（第七实施例）

下面将会参考附图描述根据第七实施例的半导体器件1f的配置。本实施例中的半导体器件1f在感测电阻器RS的连接方法中不同于第六实施例中的半导体器件1e。在下文中，将会主要描述与第六实施例的不同。

图21是示出根据本实施例的半导体器件的配置示例的框图。虽然用作下侧开关，此半导体器件1f具有其中使高侧配置（第一实施例（图1）中的半导体器件1）相对的配置。与第一实施例相比较，电流检测部2f的感测电阻器RS的连接方法是不同的。输出晶体管的源极和漏极分别被连接到GND端子和VOUT端子。感测晶体管的源极和漏极分别被连接到GND端子和感测电阻器RS的一端。感测电阻器RS的另一端被连接到VOUT端子。GND端子被连接到PGND。VOUT端子通过负载12被连接到电源11。

比较电路13检测流过输出晶体管MN1的电流是否是过电流。比较电路13包括N沟道晶体管MN21、P沟道晶体管MP8以及P沟道晶体管MP6。偏置电路14的B点的信号被供应到N沟道晶体管MN21的栅极。偏置电路14的C点的信号被供应到P沟道晶体管MP8的栅极。偏置电路14的D点的信号被供应到P沟道晶体管MP6的栅极。N沟道晶体管MN21被连接在PGND和A点之间。P沟道晶体管MP8和MP6被连接在彼此平行的A点和电源11（VCC）之间。

图22至图24是示出根据本实施例的半导体器件中的偏置电路14和比较电路13的配置的示例的电路图。在此，图22示出用于取决于电源电压VCC生成电流I1的电路配置的示例。图23示出用于取决于Von生成电流I3的电路配置的示例。图24示出用于取决于感测电流Isense（即，输出晶体管MN1的输出电流Iout的1/n）生成电流I2的电路配置的示例。

在图22中，以电流镜方式连接N沟道晶体管MN41和N沟道晶体管MN42。然后，N沟道晶体管MN42的栅极和漏极通过电阻器R1被连接到电源11（VCC）。具体地，N沟道晶体管MN41和N沟道晶体管MN42的源极被连接到PGND。N沟道晶体管MN41和N沟道晶体管MN42的栅极被连接到N沟道晶体管MN42的漏极。N沟道晶体管MN42的漏极被连接到电阻器R1的一端。电阻器R1的另一端被连接到电源11（VCC）。与图4中的电流相类似，图22中的电路能够从A点抽出取决于电源电压VCC的电流I1。电流I1变成与电源电压VCC成比例的电流。

在图23中，以电流镜方式连接P沟道晶体管MP6和P沟道晶体管MP7。然后，P沟道晶体管MP7的栅极和漏极通过电阻器R2被连接到PGND。具体地，P沟道晶体管R2和P沟道晶体管MP7的源极被连接到端子VOUT。P沟道晶体管MP6和P沟道晶体管MP7的栅极被连接到P沟道晶体管MP7的漏极。P沟道晶体管MP7的漏极被连接到电阻器R2的一端。电阻器R2的另一端被连接到PGND。与图5中的电路相类似，在图23中的电路能够将取决于Von（=端子VOUT和（P）GND之间的电压）的电流I3供应到A点。电流I3变成与Von成比例的电流。

在图24中，输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的源极被共同地连接到PGND。输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的栅极被共同地连接。输出晶体管MN1的漏极被连接到端子VOUT。感测晶体管MN2的漏极被连接到感测电阻器RS的一端（E点）。感测电阻器RS的另一端被连接到端子VOUT。在P沟道晶体管MP8中，源极被连接到端子VOUT，并且栅极被连接到E点。与图6中的电路相类似，图2中的电路能够将取决于输出电流Iout（即，Isense）的电流I2供应到A点。

顺便提及，可以使用SGND替代PGND。

接下来，根据本实施例的半导体器件1f的操作方法与第六实施例的相类似。

甚至本实施例能够提供与第六实施例相类似的作用。

而且，与第七实施例相比较，因为输出晶体管MN1的栅极和源极之间的电压等于感测晶体管MN2的栅极和源极之间的电压，所以输出电流Iout的感测精确度被提高。

（第八实施例）

参考附图将会描述根据第八实施例的电子控制系统。将会描述对用于上面的各自的实施例的半导体器件1和1a至1f被应用于电子控制系统的情况的本实施例。

图25是示出根据本实施例的电子控制系统的配置的示例的框图。此附图示出其中各个上面的实施例的半导体器件被用作汽车的电子控制系统中的功率半导体器件103的示例。此附图示出其中功率半导体器件103被应用于高侧（对应于第一至第五实施例）的示例。然而，本实施例不限于本示例。功率半导体器件103可以被应用于下侧（对应于第六和第七实施例）。

电子控制系统包括控制电子控制单元108、电池电源11和负载12。电子控制单元108包括功率半导体器件103、电源IC 101、微计算机102、电容器106和107以及齐纳二极管105。

电池电源11将电源电压VCC供应到电子控制单元108中的电源IC 101和功率半导体器件103。电源IC 101从电池电源11的电源电压VCC生成稳定的电压并且将其作为电源电压供应给微计算器102。用于稳定的电容器107被连接在电源IC 101的输出端子和GND端子之间。负载12被连接到功率半导体器件103的输出端子VOUT。微计算器102将输入信号IN输出到功率半导体器件103并且控制功率半导体器件103的导通/截止。而且，微计算器102从功率半导体器件103接收指示功率半导体器件103的状态的DIAG信号，并且监视功率半导体器件103的状态。功率半导体器件103基于输入信号IN控制到负载103的电力功率。而且，功率半导体器件103将功率半导体器件103的状态反馈给微计算器102作为DIAG信号。用于稳定的电容器106和齐纳二极管105被连接在电源电压VCC的端子和GND端子之间。

当连接负载的线束的覆盖物被剥去并且线束接触汽车的主体（GND）时，负载短路发生，其中过多的电力被施加到功率半导体器件103中的输出晶体管MN1（未示出）。在这样的情形下，为了避免功率半导体器件103被坏掉，用于防止过电流的功能被安装在功率半导体器件103内部。至于功率半导体器件103，在上面提及的实施例的半导体器件1和1a至1d能够被用于高侧的情况，并且半导体器件1e和1f能够被用于下侧的情况。

图26是示出根据本实施例的功率半导体器件103的配置的示例的框图。此附图示出其中功率半导体器件103被应用于高侧的示例。在该情况下，例如，功率半导体器件103是上面的各自的实施例的半导体器件1和1a至1d。然而，本实施例不限于这些示例。功率半导体器件103可以被应用于下侧。在这样的情况下，例如，功率半导体器件103是上面的各自实施例的半导体器件1e和1f。在下文中，将会有代表性地描述半导体器件1的情况。

在图26中，功率半导体器件103（半导体器件1）包括输入I/F 201、逻辑电路202、诊断电路203、过温度检测器204、栅极驱动电路10、输出晶体管MN1以及电流检测部2。

输入I/F 201将输入信号IN供应到逻辑电路202。基于输入信号IN，通过使用栅极驱动电路10，逻辑电路202控制导通/截止输出晶体管MN1。而且，基于来自于电流检测部2或者过温度检测器204的输出信号，逻辑电路202控制输出晶体管MN1的栅极电压。来自于电流检测部2的输出信号被例示为指示过电流（负载短路）的发生的信号（例如，A点的电压）。来自于过温度检测器204的输出信号被例示为指示输出晶体管MN1的过热的存在或者不存在的信号。过温度检测器204测量输出晶体管MN1的温度并且输出指示温度或者过热状态是否发生的信号。栅极驱动电路10响应于来自于逻辑电路202的控制信号控制输出晶体管MN1的栅极。在上面的各自的实施例中描述了电流检测部2和输出晶体管MN1并且其具有用于防止过电流的功能。基于来自于电流检测部2或者过温度检测器204的输出信号，诊断电路203输出指示输出晶体管MN1的状态或者功率半导体器件103的状态的DIAG信号。

当负载短路发生时，操作功率半导体器件103的保护电路（例如，电流检测部2）以执行电流限制的操作（或者过电流检测关闭）使得输出晶体管MN1没有被坏掉。与该操作同时，功率半导体器件103将指示负载异常性的发生的DIAG信号输出到微计算器102。微计算器102响应于功率半导体器件103的DIAG信号执行各种计算并且控制功率半导体器件103使得电子控制单元被安全地操作。

在本实施例中，功率半导体器件103被配置为一个芯片。因此，能够容易地执行到电子控制单元108的功率半导体器件103的安装和布线。然而，本实施例不受到此示例的限制。输入I/F 201、逻辑电路202、诊断电路203、过温度检测器204、栅极驱动电路10、输出晶体管MN1和电流检测部2中的一部分或者全部可以被配置为不同的芯片。例如，电流检测部2中的输出晶体管MN1和感测晶体管MN2可以被配置为一个芯片，并且剩余的配置可以被配置为另一芯片。图27示出该情况。

图27是示出根据本实施例的功率半导体器件103的配置的另一示例的框图。在该附图的示例中，关于功率半导体器件103，配置的一部分被配置为不同的芯片。特别地，电流检测部2的输出晶体管MN1和感测晶体管MN2被配置为芯片103b，并且剩余的配置被配置为不同的芯片103a。

甚至本实施例能够提供与第一至第七实施例相类似的作用。

顺便提及，在上面的各自的实施例中，在输出晶体管MN1和感测晶体管MN2是N沟道晶体管的条件下，半导体器件1和1a至1f被配置。然而，各自的实施例不受到上面的示例的限制。即，即使输出晶体管MN1和感测晶体管MN2是P沟道晶体管，半导体器件1和1a至1f也可以被配置。

而且，在上面的各自的实施例中，在输出晶体管MN1和感测晶体管MN2是场效应晶体管的条件下，半导体器件1和1a至1f被配置。然而，各自的实施例不限于上面的示例。即，即使输出晶体管MN1和感测晶体管MN2是IGBT（绝缘栅双极晶体管），半导体器件1和1a至1f可以被配置。在这样的情况下，剩余的晶体管可以是双极晶体管。

而且，在上面提及的第一至第六实施例中，输出晶体管MN1和感测晶体管MN2的漏极是公共的。因此，当输出晶体管MN1和感测晶体管MN2被形成在一个半导体衬底上时，它们不仅能够被制造为垂直型晶体管而且能够被制造成横向型晶体管。

虽然结合其实施例在上面已经描述了通过本发明人发明的本发明，显然的是，本发明不限于上面的实施例，但是在没有脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行修改和改变。另外，在各个实施例中描述的各种技术能够被类似地应用于其它的实施例，除非其它的技术矛盾出现。

Claims (11)

1.一种半导体器件，包括：

输出晶体管，所述输出晶体管被配置成控制从电源到负载的电力供应；和

电流检测部，所述电流检测部被配置成检测流过所述输出晶体管的电流，

其中，

所述电流检测部具有这样的电流检测特性，在该电流检测特性中，电流检测值对于所述输出晶体管的漏极-源极电压具有近似线性的负依赖性。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，

所述电流检测特性是所述电流检测值具有电源电压依赖性。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电流检测部包括：

比较电路，所述比较电路被配置成用于对取决于所述电源的电源电压的电流与取决于所述输出晶体管的漏极-源极电压的电流以及取决于所述输出晶体管的电流的电流进行比较，以检测流过所述输出晶体管的电流。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电流检测部包括：

电流限制部，所述电流限制部被配置成，当等于或者大于基准电流的过电流流过所述输出晶体管时，基于所述过电流的电流检测值来限制流过所述输出晶体管的电流。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电流检测部包括：

电流阻挡部，所述电流阻挡部被配置成，当等于或者大于基准电流的过电流流过所述输出晶体管时，基于所述过电流的电流检测值来阻挡流过所述输出晶体管的电流。

6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电流检测特性近似地沿着负载能够被正常地驱动的负载线中的最大负载线。

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述电流检测特性是所述负载线至少延伸到所述输出晶体管的线性区域。

8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，

所述输出晶体管和所述电流检测部被形成在一个芯片中。

9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述负载被连接到所述输出晶体管的源极和漏极中的一个。

10.一种电子控制装置，包括：

负载；

控制电路；和

根据权利要求1至9中的任一项所述的半导体器件，所述半导体器件被配置成被连接到用于电源的端子、所述负载和所述控制电路，或者被连接到与所述电源相连接的所述负载和所述控制电路，并且基于所述控制电路的控制来对从所述电源到所述负载的电力供应进行控制。

11.一种用于操作半导体器件的方法，包括：

对取决于输出晶体管的漏极-源极电压的电流和取决于所述输出晶体管的电流的电流与取决于所述电源的电源电压的电流进行比较，以检测流过所述输出晶体管的电流，其中，所述输出晶体管用于控制从电源到负载的电力供应；并且

当等于或者大于基准电流的过电流流过所述输出晶体管时，基于所述过电流的电流检测值来限制或者阻挡所述输出晶体管的电流。

Images