CN106089462A - 半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及车辆 - Google Patents

半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及车辆 Download PDF

Info

Publication number
CN106089462A
CN106089462A CN201610269096.0A CN201610269096A CN106089462A CN 106089462 A CN106089462 A CN 106089462A CN 201610269096 A CN201610269096 A CN 201610269096A CN 106089462 A CN106089462 A CN 106089462A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
voltage
terminal
output transistor
power control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201610269096.0A
Other languages
English (en)
Inventor
中原明宏
田中诚
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.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Publication of CN106089462A publication Critical patent/CN106089462A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/74—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of diodes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

本发明涉及半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及车辆。根据一个实施例，一种开关控制电路(CTL1)包括稳压二极管(D1)和电流镜电路，当控制流过负载(4)的电流的输出晶体管(T1)的漏极(Dr1)和源极(Sr1)之间的电压超过特定值(Vcl)时，稳压二极管(D1)允许输出晶体管(T1)的漏极(Dr1)和源极(Sr1)之间的连通性，当电流流过稳压二极管(D1)时，电流镜电路允许输出晶体管(T1)的漏极(Dr1)和栅极(Gt1)之间的连通性。

Description

半导体装置、功率控制半导体装置、 车载电子控制单元及车辆
技术领域
本发明涉及一种半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及包括它的车辆，例如，涉及一种适用于精确地驱动负载的半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及包括它的车辆。
背景技术
电子控制发动机等的电子控制单元(ECU)被安装在诸如汽车、摩托车的车辆上。电子控制单元包括驱动设置在发动机中的负载诸如电磁喷射器的功率控制半导体装置(智能功率装置(IPD))。功率控制半导体装置由设置在负载的电流通路上的输出晶体管和控制该输出晶体管的导通和截止的开关控制电路组成。
在功率控制半导体装置中，当供应到电感负载诸如螺线管或电机的电流从导通转为截止时，储存在负载中的电磁能将被释放，从而产生反电动势。为了防止输出晶体管因反电动势而出故障，功率控制半导体装置包括将反电动势箝位到特定箝位电压的动态箝位电路。例如，在日本未审专利公开No.H6-104444、No.H11-261064、No.2014-165848和No.2013-26838中，公开了包括该动态箝位电路的功率控制半导体装置。
发明内容
然而，在根据现有技术的功率控制半导体装置中，由于箝位电压随着负载电流的变化而变化，所以会发生箝位时间错误，这会引起不能精确地驱动负载的问题。从说明书和所附附图的描述中，本发明的其它问题和新的特征将变得明显。
根据一个实施例，一种半导体装置包括限压电路和第一电流镜电路，当控制流过负载的电流的输出晶体管的第一端子和第二端子之间的电压超过特定值时，限压电路允许输出晶体管的第一端子和第二端子之间的连通性，当电流流过限压电路时，第一电流镜电路允许输出晶体管的第一端子和控制端子之间的连通性。
根据一个实施例，车载电子控制单元包括控制流过一个或多个负载的电流的一个或多个功率控制半导体装置，和基于设置在外部的传感器的信息给一个或多个功率控制半导体装置提供指令的处理器，其中一个或多个功率控制半导体装置中的每一个都包括控制流过相应负载的电流的输出晶体管、限压电路和第一电流镜电路，当输出晶体管的第一端子和第二端子之间的电压超过特定值时，限压电路允许输出晶体管的第一端子和第二端子之间的连通性，当电流流过限压电路时，第一电流镜电路允许输出晶体管的第一端子和控制端子之间的连通性。
根据上述实施例，能够提供一种能通过精确地控制箝位时间来精确地驱动负载的半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元以及包括它的车辆。
附图说明
结合附图，从某些实施例的以下描述中，上述和其它方面、优势和特征将变得更加明显，其中：
图1是配备有根据第一实施例的电子控制系统的汽车的概略图。
图2是示出安装在图1所示的汽车上的电子控制系统的具体结构的图。
图3是示出根据第一实施例的电子控制系统的另一个结构示例的图。
图4是示出根据第一实施例的功率控制半导体装置的结构示例的图。
图5是示出图4所示的功率控制半导体装置的操作的时序图。
图6是描述图4所示的功率控制半导体装置和图23所示的功率控制半导体装置之间的效果差异的图。
图7是示出在芯片上安装图4所示的功率控制半导体装置的示例的图。
图8是示出图4所示的功率控制半导体装置的第一替代示例的图。
图9是示出图4所示的功率控制半导体装置的第二替代示例的图。
图10是示出图4所示的功率控制半导体装置的第三替代示例的图。
图11是示出图4所示的功率控制半导体装置的第四替代示例的图。
图12是示出图4所示的功率控制半导体装置的第五替代示例的图。
图13是示出根据第二实施例的功率控制半导体装置的结构示例的图。
图14是示出甩负荷浪涌的波形的图。
图15是示出图13所示的功率控制半导体装置的替代示例的图。
图16是示出根据第三实施例的功率控制半导体装置的结构示例的图。
图17是示出图16所示的功率控制半导体装置的操作的时序图。
图18是示出在芯片上安装图16所示的功率控制半导体装置的示例的图。
图19是示出图16所示的功率控制半导体装置的替代示例的图。
图20是示出根据第四实施例的功率控制半导体装置的结构示例的图。
图21是示出图20所示的功率控制半导体装置的替代示例的图。
图22是更详细描述图21所示的功率控制半导体装置的效果的图。
图23是示出根据设计实施例之前的想法的功率控制半导体装置的结构的图。
图24是示出图23所示的功率控制半导体装置的操作的时序图。
具体实施方式
在下文中，参考附图描述了本发明的实施例。应该注意的是，附图仅是通过示例的方式以简化形式给出的，因此不被理解为限制本发明。相同的元件用相同的参考符号表示，并且省略多余的解释说明。
在下面的实施例中，为方便起见，在必要时可将描述分为多个部分或实施例。然而，除非另有明确规定，这些部分或实施例并不是彼此无关的，而是一个表示是另一个的全部或部分的变更、详细或补充说明等的关系。此外，在下面的实施例中，当引用元件的数字等(包括数字、数值、数量、范围等)时，除了另有明确规定的情况或原则上该数字明显限制于特定数字的情况以外，该数字不限制于特定数字，而是可以大于或小于特定数字。
不用说，在下面的实施例中，它们的构成元件(包括操作步骤)并不一定是必不可少的，除了另有明确规定的情况或原则上它们明显被视为是必不可少的情况以外。同样，在下面的实施例中，当引用构成元件等的形状、相对位置等时，这包括基本上相似或类似于那个形状等的那些形状等，除了另有明确规定的情况或原则上它明显被视为是不同的情况以外。这同样适用于上面提到的数字等(包括数字、数值、数量、范围等)。
<第一实施例>
图1是配备有根据第一实施例的电子控制系统的汽车的概略图。注意，在图1中，作为示例，描述了电子控制系统是控制汽车的四缸发动机的燃料喷射的系统的情况。
如图1所示，安装在汽车上的电子控制系统SYS1包括，例如放置在汽车的内部或发动机室中的电子控制单元(车载电子控制单元)1，向电子控制单元1供应电源电压的电池电源2，和作为由电子控制单元1驱动的负载的电磁喷射器4_1至4_4。
图2是示出安装在图1所示的汽车上的电子控制系统SYS1的具体结构的图。如图2所示，电子控制系统SYS1包括电子控制单元1、电池电源2、充当负载的电磁喷射器4_1至4_4、进气歧管和气缸101_1和101_4、发动机速度传感器102、车速传感器103、节气门位置传感器104。
电子控制单元1包括微型计算机(处理器)11和分别控制电流流向电磁喷射器4_1至4_4的功率控制半导体装置10_1至10_4。
功率控制半导体装置10_1包括位于电池电源2和电磁喷射器4_1之间的输出晶体管T1_1，和控制输出晶体管T1_1的导通和截止的开关控制电路CTL1_1。功率控制半导体装置10_2包括位于电池电源2和电磁喷射器4_2之间的输出晶体管T1_2，和控制输出晶体管T1_2的导通和截止的开关控制电路CTL1_2。功率控制半导体装置10_3包括位于电池电源2和电磁喷射器4_3之间的输出晶体管T1_3，和控制输出晶体管T1_3的导通和截止的开关控制电路CTL1_3。功率控制半导体装置10_4包括位于电池电源2和电磁喷射器4_4之间的输出晶体管T1_4，和控制输出晶体管T1_4的导通和截止的开关控制电路CTL1_4。
具体来说，在图2的示例中，每个输出晶体管T1_1至T1_4都被用作为低压侧开关。此外，每个开关控制电路CTL1_1至CTL1_4都包括有源箝位电路，该有源箝位电路将在输出晶体管T1_1至T1_4从导通状态转换为截止状态时由电感负载产生的反电动势箝位在箝位电压。随后将描述有源箝位电路的细节。
给微型计算机11提供没有示出的稳定电源电压。微型计算机11基于发动机速度传感器102、车速传感器103、节气门位置传感器104等的感测结果，给功率控制半导体装置10_1至10_4发出指令。开关控制电路CTL1_1至CTL1_4基于来自微型计算机11的指令(外部输入信号)，分别控制输出晶体管T1_1至T1_4的导通和截止。从而控制电流流向电磁喷射器4_1至4_4。在提供电流的一段时间期间，电磁喷射器4_1至4_4喷射燃料。喷射的燃料分别供应到进气歧管和气缸101_1和101_4。
注意，虽然燃料喷射时间基本上由输出晶体管T1_1至T1_4响应于来自微型计算机11的指令而导通的时间来确定，但是由于反电动势的产生在有源箝位电路工作的情况下，燃料喷射时间也会受到在那时(箝位时间)输出晶体管T1_1至T1_4导通的时间的影响。由于箝位时间是在不能驱动电磁喷射器期间的浪费时间，所以要求尽可能减少该时间。通过减少箝位时间，能够提高发动机的燃烧效率。
(电子控制系统SYS1的其它结构示例)
图3示出了作为电子控制系统SYS2的电子控制系统SYS1的另一个结构示例。在图3中，作为示例，描述了将电子控制系统SYS2安装在摩托车上的情况。
如图3所示，安装在摩托车上的电子控制系统SYS2包括电子控制单元1、给电子控制单元提供电源电压的电池电源2、作为由电子控制单元1驱动的负载的电磁喷射器4、发动机速度传感器102、车速传感器103和节气门位置传感器104。
电子控制单元1包括微型计算机11、控制电流流向电磁喷射器4的功率控制半导体装置10、调节器12和二极管13。
功率控制半导体装置10包括设置于电池电源2和电磁喷射器4之间的输出晶体管T1，和控制输出晶体管T1的导通和截止的开关控制电路CTL1。因此，在图3的示例中，输出晶体管T1被用作为低压侧开关。此外，开关控制电路CTL1包括有源箝位电路，该有源箝位电路将在输出晶体管T1从导通状态转换为截止状态时由电感负载产生的反电动势箝位在箝位电压。随后将描述有源箝位电路的细节。
通过调节器12将电池电源2的电源电压转换成最佳电压，然后供应到微型计算机11。此外，为了在以相反的位置不正确连接电池电源2时防止微型计算机11的击穿，在微型计算机11和调节器12之间放置防回流的二极管13。
微型计算机11基于发动机速度传感器102、车速传感器103、节气门位置传感器104等的感测结果，给功率控制半导体装置10发出指令。开关控制电路CTL1基于来自微型计算机11的指令(外部输入信号)，控制输出晶体管T1的导通和截止。从而控制电流流向电磁喷射器4。在提供电流的一段时间期间，电磁喷射器4喷射燃料。喷射的燃料供应到进气歧管和气缸(未示出)。
注意，虽然燃料喷射时间基本上由输出晶体管T1响应于来自微型计算机11的指令而导通的时间来确定，但是由于反电动势的产生在有源箝位电路工作的情况下，燃料喷射时间也会受到在那时(箝位时间)输出晶体管T1导通的时间的影响。由于箝位时间是在不能驱动电磁喷射器期间的浪费时间，所以要求尽可能减少该时间。通过减少箝位时间，能够提高发动机的燃烧效率。
(发明人的先前研究)
在描述上述的放置在汽车、摩托车等的电子控制系统中的功率控制半导体装置10的细节之前，在下文中描述本发明人先前研究的功率控制半导体装置50。
图23是示出根据设计实施例之前的想法的功率控制半导体装置50的结构的框图。
如图23所示，功率控制半导体装置50包括输出晶体管T51、驱动电路DR51、放电晶体管Td51、稳压二极管D51、二极管D52和电阻器元件R51。注意，驱动电路DR51、放电晶体管Td51、稳压二极管D51、二极管D52和电阻器元件R51构成了开关控制电路(半导体装置)CTL51。在下文中，作为示例，描述了输出晶体管T51和放电晶体管Td51都是N沟道MOS晶体管的情况。
将来自电池电源2的电源电压(在下文中也称为电源电压Vcc1)提供到电源电压端子Vcc1，并将来自接地电源5的接地电压(在下文中也称为接地电压GND)提供到接地电压端子GND。此外，将外部输入信号从外部设备诸如微型计算机提供到输入端子IN(输入)。将设置在发动机中的电感负载4诸如电磁喷射器连接到输出端子OUT(输出)。注意，虽然可将来自电池电源3的电源电压提供到负载4，但是也可将电池电源2的电源电压提供到负载4。
将输出晶体管T51的漏极和源极分别连接到输出端子OUT和接地电压端子GND。然后，经由电阻器元件R51将来自驱动电路DR51的控制信号S1提供到输出晶体管T51的栅极。因此，将输出晶体管T51用作为控制电流流向负载4的低压侧开关。
经由电阻器元件R51将放电晶体管Td51的漏极电连接到输出晶体管T51的栅极，并将放电晶体管Td51的源极连接到输出晶体管T51的源极。然后，将来自驱动电路DR51的控制信号S2提供到放电晶体管Td51的栅极。
驱动电路DR51由电源电压Vcc1和接地电压GND来驱动，驱动电路DR51根据从外部提供到输入端子IN的外部输入信号输出控制信号S1和S2。
例如，为驱动负载4在提供H电平的外部输入信号的情况下，驱动电路DR51输出H电平的控制信号S1和L电平的控制信号S2。结果，将H电平的控制信号S1提供到输出晶体管T51的栅极，并通过L电平的控制信号S2使放电晶体管Td51截止，由此使输出晶体管T51导通。
另一方面，为停止驱动负载4在提供L电平的外部输入信号的情况下，驱动电路DR51输出L电平的控制信号S1和H电平的控制信号S2。结果，将L电平的控制信号S1提供到输出晶体管T51的栅极。此外，由于通过H电平的控制信号S2使放电晶体管Td51导通，所以输出晶体管T51的栅极电荷会经由电阻器元件R51和放电晶体管Td51放电至接地电压端子GND。由此使输出晶体管T51截止。
稳压二极管D51和二极管D52形成了防止输出晶体管T51过电压的动态箝位电路。通常，当供应到电感负载4的电流从导通转换为截止时，储存在负载4中的电磁能将被释放，由此会产生反电动势。为了防止由反电动势引起的输出晶体管T51的击穿，动态箝位电路将输出端子OUT的电压箝位至特定箝位电压。
具体来说，将稳压二极管D51的阴极连接到输出端子OUT，并将稳压二极管D51的阳极连接到二极管D52的阳极。将二极管D52的阴极连接到输出晶体管T51的栅极。
然后，当输出端子OUT的电压(更具体地说，输出端子OUT和接地电压端子GND之间的差分电压)超过箝位电压时，其中箝位电压是稳压二极管D51的击穿电压、二极管D52的正向电压和输出晶体管T51的阈值电压的总和，将输出端子OUT的电压箝位到箝位电压。
(功率控制半导体装置50的操作)
在下文中，参考图24将描述功率控制半导体装置50的操作。
图24是示出功率控制半导体装置50的操作的时序图。作为示例描述了当外部输入信号是H电平时输出晶体管T51导通和当外部输入信号是L电平时输出晶体管T51截止的情况。
首先，当外部输入信号从L电平变为H电平时(时间T51)，驱动电路DR51输出H电平的控制信号S1和L电平的控制信号S2。结果，将H电平的控制信号S1提供到输出晶体管T51的栅极，并通过L电平的控制信号S2使放电晶体管Td51截止，由此使输出晶体管T51导通。因此，电流从电池电源3流向负载4。注意，虽然此时输出晶体管T51的栅极电压高于漏极电压，但是电流从输出晶体管T51的栅极到漏极的回流可通过二极管D52来防止。
然后，当外部输入信号从H电平变为L电平时(时间T52)，驱动电路DR51输出L电平的控制信号S1和H电平的控制信号S2。结果，将L电平的控制信号S1提供到输出晶体管T51的栅极。此外，由于通过H电平的控制信号S2使放电晶体管Td51导通，所以输出晶体管T51的栅极电荷会经由电阻器元件R51和放电晶体管Td51放电至接地电压端子GND。由此使输出晶体管T51截止。因此，会切断从电池电源3流向负载4的电流(时间t54)。
当输出晶体管T51导通时，电磁能会储存在电感负载4中。因此，当输出晶体管T51从导通转换为截止时，储存在负载4中的电磁能将被释放，并在输出端子OUT以正向方向产生反电动势。因此，在输出端子OUT会引起比电池电源3的电压更高的电压(时间T53)。
当通过反电动势使输出端子OUT的电压高于箝位电压时，电流会从输出端子OUT经由稳压二极管D51、二极管D52、电阻器元件R51和放电晶体管Td51流到接地电压端子GND。由此，由于输出晶体管T51的栅极电压的增加，会使输出晶体管T51导通。因此，电流会从输出端子OUT经由输出晶体管T51流到接地电压端子GND，输出端子OUT的电压会被箝位至箝位电压(时间t53至时间t54)。
注意，箝位电压被设定为在输出晶体管T51的漏-源电压超过击穿电压之前执行箝位的值。由此能够防止输出晶体管T51的特性劣化和击穿。
然而，在功率控制半导体装置50的结构中，箝位电压随着负载电流(流过输出端子OUT的电流)的变化而变化，因此不可能精确地控制箝位时间。因此，功率控制半导体装置50具有不能准确驱动负载4的问题。这将在下文中具体描述。
在功率控制半导体装置50的结构中，如上所述，箝位电压是稳压二极管D51的击穿电压、二极管D52的正向电压和输出晶体管T51的阈值电压的总和。由于输出晶体管T51的阈值电压随着流过输出端子OUT的电流的下降而降低，因此，箝位电压会变低。在实际箝位操作中，当流过输出端子OUT的电流的值大时，在箝位开始时箝位电压高，随时间的流逝，流过输出端子OUT的电流的值会变小，并且箝位电压会降低。因此，尽管箝位时间是在不能驱动电感负载期间的浪费时间，箝位时间会变得比预期的更长。此外，由于负载电流改变，当负载的类型改变时，箝位时间也会改变。
具体来说，在使用电磁喷射器控制燃料喷射的燃料喷射系统诸如汽车或摩托车中，燃料喷射量由燃料喷射时间控制。燃料喷射时间是有意导通输出晶体管T51的时间和在有源箝位电路工作时输出晶体管导通的时间(箝位时间)的总和。当有意导通输出晶体管T51的时间由微型计算机等精确地控制时，如上所述，箝位时间会变得比预期更长，因此由箝位时间的增加而出现的燃料喷射时间的错误会影响燃料消耗等。因此，尽可能地减少箝位时间是非常重要的，其中尽可能地减少箝位时间是精确地控制箝位时间。
鉴于上述情况，为了精确地控制箝位时间和精确地驱动负载，发明了根据该实施例的功率控制半导体装置10。
(功率控制半导体装置10的结构)
图4是示出的功率控制半导体装置10的结构示例的图。
如图4所示，功率控制半导体装置10包括输出晶体管T1、驱动电路DR1、放电晶体管Td1、稳压二极管(限压电路)D1、二极管D2、电阻器元件R1、晶体管Tr1和晶体管Tr2。注意，驱动电路DR1、放电晶体管Td1、稳压二极管D1、二极管D2、电阻器元件R1和晶体管Tr1和Tr2形成了开关控制电路(半导体装置)CTL1。
在下文中，作为示例，描述了输出晶体管T1和放电晶体管Td1都是N沟道功率MOS晶体管和两个晶体管Tr1和Tr2都是P沟道MOS晶体管的情况。然而，注意，输出晶体管T1和放电晶体管Td1可以都是NPN双极型晶体管，两个晶体管Tr1和Tr2可以都是PMP双极型晶体管。
将来自电池电源2的电源电压(在下文中也称为电源电压Vcc1)提供到电源电压端子Vcc1，并将来自接地电源5的接地电压(在下文中也称为接地电压GND)提供到接地电压端子GND。此外，将外部输入信号从外部设备诸如微型计算机提供到输入端子IN。
将设置在发动机中的电感负载4诸如电磁喷射器连接在输出端子OUT和电池电源3之间。注意，电池电源3和电池电源2可以是共同的。
经由节点N11将输出晶体管T1的漏极(端子)Dr1连接到输出端子OUT，经由节点N13将输出晶体管T1的源极(端子)Sr1连接到接地电压端子GND。然后，经由电阻器元件R1和节点N12将来自驱动电路DR1的控制信号S1提供到输出晶体管T1的栅极(控制端子)。因此，将输出晶体管T1用作为控制电流流向负载4的低压侧开关。
经由电阻器元件R1将放电晶体管Td1的漏极电连接到输出晶体管T1的栅极Gt1，并将放电晶体管Td1的源极连接到输出晶体管T1的源极Sr1。然后，将来自驱动电路DR1的控制信号S2提供到放电晶体管Td1的栅极。
驱动电路DR1由电源电压Vcc1和接地电压GND来驱动，驱动电路DR1根据从外部提供到输入端子IN的外部输入信号输出控制信号S1和S2。
例如，为驱动负载4在提供H电平的外部输入信号的情况下，驱动电路DR1输出H电平的控制信号S1和L电平的控制信号S2。结果，将H电平的控制信号S1提供到输出晶体管T1的栅极Gt1，并通过L电平的控制信号S2使放电晶体管Td1截止，由此使输出晶体管T1导通。
另一方面，为停止驱动负载4在提供L电平的外部输入信号的情况下，驱动电路DR1输出L电平的控制信号S1和H电平的控制信号S2。结果，将L电平的控制信号S1提供到输出晶体管T1的栅极Gt1。此外，由于通过H电平的控制信号S2使放电晶体管Td1导通，所以在输出晶体管T1的栅极Gt1的电荷会经由电阻器元件R1和放电晶体管Td1放电至接地电压端子GND。由此使输出晶体管T1截止。
稳压二极管D1、二极管D2和晶体管Tr1和Tr2形成了防止输出晶体管T1过电压的动态箝位电路。通常，当供应到电感负载4的电流从导通转换为截止时，储存在负载4中的电磁能将被释放，由此会产生反电动势。为了防止由反电动势引起的输出晶体管T1的击穿，动态箝位电路将输出端子OUT的电压箝位至箝位电压。
具体来说，在晶体管Tr1中，将源极连接到输出端子OUT(换句话说，输出晶体管T1的漏极Dr1)，将漏极和栅极连接到晶体管Tr2的栅极和稳压二极管D1的阴极。将稳压二极管D1的阳极连接到输出晶体管T1的源极Sr1。在晶体管Tr2中，将源极连接到输出端子OUT，将漏极连接到二极管D2的阳极。将二极管D2的阴极连接到输出晶体管T1的栅极Gt1。晶体管Tr1和Tr2形成了电流镜电路。
然后，当输出端子OUT的电压(更具体地说，输出端子OUT和接地电压端子GND之间的差分电压)超过箝位电压时，其中箝位电压是稳压二极管D1的击穿电压和晶体管Tr1的阈值电压的总和，将输出端子OUT的电压箝位到箝位电压。
(功率控制半导体装置10的操作)
在下文中，将参考图5描述功率控制半导体装置10的操作。
图5是示出功率控制半导体装置10的操作的时序图。作为示例描述了当外部输入信号是H电平时输出晶体管T1导通和当外部输入信号是L电平时输出晶体管T1截止的情况。
首先，当外部输入信号从L电平变为H电平时(时间T11)，驱动电路DR1输出H电平的控制信号S1和L电平的控制信号S2。结果，将H电平的控制信号S1提供到输出晶体管T1的栅极Gt1，并通过L电平的控制信号S2使放电晶体管Td1截止，由此使输出晶体管T1导通。因此，电流从电池电源3流向负载4。注意，虽然此时输出晶体管T1的栅极电压变得高于漏极电压，但是电流从输出晶体管T1的栅极Gt1经由晶体管Tr2到输出晶体管T1的漏极Dr1的回流可通过二极管D2来防止。
然后，当外部输入信号从H电平变为L电平时(时间T12)，驱动电路DR1输出L电平的控制信号S1和H电平的控制信号S2。结果，将L电平的控制信号S1提供到输出晶体管T1的栅极Gt1。此外，由于通过H电平的控制信号S2使放电晶体管Td1导通，所以在输出晶体管T1的栅极Gt1的电荷会经由电阻器元件R1和放电晶体管Td1放电至接地电压端子GND。由此使输出晶体管T1截止。因此，会切断从电池电源3流向负载4的电流(时间t14)。
当输出晶体管T1导通时，电磁能会储存在电感负载4中。因此，当输出晶体管T1从导通转换为截止时，储存在负载4中的电磁能将被释放，并在输出端子OUT以正向方向产生反电动势。因此，在输出端子OUT会引起比电池电源3的电压更高的电压(时间T13)。
当通过反电动势使输出端子OUT的电压变得高于箝位电压(＝稳压二极管D1的击穿电压+晶体管Tr1的阈值电压)时，电流开始从输出端子OUT经由晶体管Tr1和稳压二极管D1流向接地电压端子GND(在下文中也称为电流通路P1)。由此，与流过晶体管Tr1的电流成比例的电流会流过晶体管Tr2。换句话说，电流从输出端子OUT经由晶体管Tr2、二极管D2、电阻器元件R1和放电晶体管Td1流向接地电压端子GND(在下文中也称为电流通路P2)。由于输出晶体管T1的栅极电压的增加，会使输出晶体管T1导通。因此，电流会从输出端子OUT经由输出晶体管T1流向接地电压端子GND，输出端子OUT的电压会被箝位至箝位电压(时间t13至时间t14)。此时，通过释放电磁能流过输出端子OUT的电流(流过负载4的电流)会以指数方式连续下降。
注意，箝位电压被设定为在输出晶体管T1的漏极Dr1和源极Sr1之间的电压超过击穿电压之前执行箝位的值。由此能够防止输出晶体管T1的特性劣化和击穿。
如上所述，箝位电压是稳压二极管D1的击穿电压和晶体管Tr1的阈值电压的总和。因此，箝位电压不随着输出端子OUT的电流的变化而变化。由此精确地控制箝位时间。此外，在箝位操作期间的箝位电压保持在高值。因此，减少了箝位时间。因此，功率控制半导体装置10能够精确地驱动负载4。
图6是描述功率控制半导体装置10和功率控制半导体装置50之间的效果差异的图。从功率控制半导体装置10的箝位电压不取决于负载电流的下面描述中使它变得明显。
如图6所示，根据比较示例的功率控制半导体装置50的箝位电压是稳压二极管D51的击穿电压、二极管D52的正向电压和输出晶体管T51的阈值电压的总和。稳压二极管D51的击穿电压和二极管D52的正向电压是恒定值，而不取决于负载电流。另一方面，输出晶体管T51的阈值电压随着负载电流的变化而变化。因此，当负载电流高时，在箝位开始时箝位电压高，随着箝位时间的流逝，负载电流变低，并且箝位电压变低。因此，箝位电压很大程度上取决于负载电流。结果，箝位时间变得比预期的长。
另一方面，根据该实施例的功率控制半导体装置10的箝位电压是稳压二极管D1的击穿电压和晶体管Tr1的阈值电压的总和。由于决定箝位电压的电流通路形成在输出晶体管T1的漏极Dr1和源极Sr1之间，所以稳压二极管D1的击穿电压和晶体管Tr1的阈值电压是恒定值，而不取决于负载电流。因此，在箝位操作期间的箝位电压是恒定高的值。因此，箝位电压基本上不取决于负载电流。结果，如期望地减少了箝位时间。
如上所述，在功率控制半导体装置10的结构中，箝位电压不随流过输出端子OUT的电流的变化而变化，因此，会精确地控制箝位时间。具体来说，减少了箝位时间。因此，功率控制半导体装置10能够精确地驱动负载4。例如，当将功率控制半导体装置10安装在汽车、摩托车等的电子控制系统上时，能够使箝位时间期间的燃料注入最小。此外，由于能够正确预测箝位时间，所以考虑到箝位时间能够精确地估计燃料喷射量。结果，能够提高发动机的燃料效率。
注意，用于在箝位时强行导通输出晶体管T1的栅极电压的电源和施加到负载4的电源电压的电源的结构是不同的情况下，如果没有连接栅极电压的电源，则即使由于反电动势使输出端子OUT的电压增加时，也无法强行导通输出晶体管T1。此外，在设置用于控制输出晶体管T1的栅极电压的双极型晶体管的情况下，必须通过限制负载电流来限制施加到双极型晶体管的电压，由此，使箝位期间的负载电流的减少变慢。结果，使箝位时间变长。
另一方面，在功率控制半导体装置10的结构中，用于在箝位时强行导通输出晶体管T1的栅极电压的电源和施加到负载4的电源电压的电源是一样的。因此，当输出端子OUT的电压通过反电动势增加时，功率控制半导体装置10能够可靠地导通输出晶体管T1。
虽然在该实施例中作为示例描述了将输出晶体管T1用作为低压侧开关的情况，但它不限于此，且可以将输出晶体管T1用作为高压侧开关。
(芯片安装示例)
图7是示出在芯片上安装功率控制半导体装置10的示例的图。
在图7的示例中，将构成功率控制半导体装置10的输出晶体管T1和开关控制电路CTL1分别设置在芯片CHP1和芯片CHP2上。然而，注意，构成功率控制半导体装置10的输出晶体管T1和开关控制电路CTL1可以以单片形式形成。
设置在芯片CHP2上的开关控制电路CTL1提供有用于控制输出晶体管T1的导通和截止的从外部经由焊垫Pd26提供的输入信号，提供有由电池电源2经由焊垫Pd24提供的电源电压，和提供有由接地电源5经由焊垫pd25提供的接地电压。然后，经由芯片CHP2上的焊垫Pd21至Pd23和芯片CHP1上的焊垫Pd11至Pd13，将开关控制电路CTL1的节点N11至N13与设置在芯片CHP1上的输出晶体管T1的漏极Dr1、栅极Gt1和源极Sr1连接在一起。注意，芯片CHP1和CHP2通过键合线连接。
注意，除了过压保护电路之外，在开关控制电路CTL1中可以设置另一个保护电路。例如，在开关控制电路CTL1中可以设置防止输出晶体管T1过流的过流保护电路(未示出)、防止输出晶体管T1过热的过热保护电路(未示出)等。此外，可以进一步设置用于向外部输出这些保护电路的输出结果的端子和焊垫。功率控制半导体装置10的状态通过观察这些保护电路的输出结果来识别，因此能够增强功能的安全性。
(功率控制半导体装置10的第一替代示例)
图8是示出作为功率控制半导体装置10a的、功率控制半导体装置10的第一替代示例的图。
如图8所示，功率控制半导体装置10a不同于功率控制半导体装置10，因为它进一步包括串联连接到晶体管Tr1和稳压二极管D1的电阻器元件R2。功率控制半导体装置10a的其它结构与功率控制半导体装置10的其它结构相同，因此不再重复描述。
当电流通路P1连续时，电阻器元件R2用作限制流过稳压二极管D1的电流的限流元件。通过限制流过稳压二极管D1的电流，能够稳定稳压二极管D1的击穿电压。
注意，代替电阻器元件R2，可以设置能限制流过稳压二极管D1的电流的元件，诸如具有短接栅极和漏极的N沟道MOS晶体管或耗尽型N沟道MOS晶体管。
(功率控制半导体装置10的第二替代示例)
图9是示出作为功率控制半导体装置10b的、功率控制半导体装置10的第二替代示例的图。
如图9所示，功率控制半导体装置10b不同于功率控制半导体装置10，因为它进一步包括晶体管Tr3和晶体管Tr4。在下文中，作为示例描述了晶体管Tr3和Tr4都是N沟道MOS晶体管的情况。
在功率控制半导体装置10b的结构中，稳压二极管D1和晶体管Tr3设置在电流通路P1上，晶体管Tr1和晶体管Tr4设置在不同于电流通路P1的电流通路(电流通路P3)上。
具体来说，将稳压二极管D1的阴极连接到输出端子OUT。在晶体管Tr3中，将漏极和栅极连接到稳压二极管D1的阳极和晶体管Tr4的栅极，并将源极连接到输出晶体管T1的源极Sr1。在晶体管Tr1中，将源极连接到输出端子OUT，并将漏极和栅极连接到晶体管Tr2的栅极和晶体管Tr4的漏极。将晶体管Tr4的源极连接到输出晶体管T1的源极Sr1。
注意，晶体管Tr3和Tr4形成了电流镜电路。此外，当电流通路P1连续时，晶体管Tr3用作限制流过稳压二极管D1的电流的限流元件。通过限制流过稳压二极管D1的电流，能够稳定稳压二极管D1的击穿电压。
当输出端子OUT的电压变得高于箝位电压时，其中箝位电压是稳压二极管D1的击穿电压和晶体管Tr3的阈值电压的总和，由于反电动势等，电流开始从输出端子OUT经由稳压二极管D1和晶体管Tr3流向接地电压端子GND(其是电流通路P1)。因此，与流过晶体管Tr3的电流成比例的电流会流过晶体管Tr4。换句话说，电流从输出端子OUT经由晶体管Tr1和Tr4流向接地电压端子GND(其是电流通路P3)。因此，与流过晶体管Tr1的电流成比例的电流会流过晶体管Tr2。换句话说，电流从输出端子OUT经由晶体管Tr2、二极管D2、电阻器元件R1和放电晶体管Td1流向接地电压端子GND(其是电流通路P2)。因此，由于输出晶体管T1的栅极电压的增加，使输出晶体管T1导通。因此，电流从输出端子OUT经由输出晶体管T1流向接地电压端子GND，并使输出端子OUT的电压箝位至箝位电压。
在功率控制半导体装置10b中，正如功率控制半导体装置10的情况一样，箝位电压不会随着流过输出端子OUT的电流的变化而变化，因此，在箝位操作期间箝位电压保持在高值。因此，功率控制半导体装置10b能够精确地控制箝位时间和精确地驱动负载4。
(功率控制半导体装置10的第三替代示例)
图10是示出作为功率控制半导体装置10c的、功率控制半导体装置10的第三替代示例的图。
如图10所示，在连接电流通路P2和P3的更高电压侧的地方，功率控制半导体装置10c不同于功率控制半导体装置10b。具体来说，将晶体管Tr1和Tr2的源极连接到电源电压端子Vcc1，而不是连接到输出端子OUT。功率控制半导体装置10c的其它结构与功率控制半导体装置10b的其它结构相同，因此不再重复描述。
即使在电流通路P1与电流通路P2和P3之间的电流源不同时，功率控制半导体装置10c与功率控制半导体装置10也基本上具有相同的效果。
(功率控制半导体装置10的第四替代示例)
图11是示出作为功率控制半导体装置10d的、功率控制半导体装置10的第四替代示例的图。
如图11所示，功率控制半导体装置10d不同于功率控制半导体装置10a，因为它包括串联连接的多个稳压二极管D1_1至D1_n(n是2或2以上的整数)，而不是单个稳压二极管D1。对于每个稳压二极管D1_1至D1_n，使用击穿电压约为6V且具有低温依赖性的稳压二极管。功率控制半导体装置10d的其它结构与功率控制半导体装置10a的其它结构相同，因此不再重复描述。
每个稳压二极管D1_1至D1_n都通过结合P型半导体和N型半导体来形成，并且它们的击穿电压和击穿电压的温度特性都由P型半导体和N型半导体的浓度来确定。此外，一般来说，二极管的击穿通过在低击穿电压区域中的齐纳击穿现象来发生，并且它通过在高击穿电压区域中的雪崩击穿现象来发生。因此，在低击穿电压区域中观察到负的温度依赖性，在高击穿电压区域中观察到正的温度依赖性。
约为6V的击穿电压在由齐纳击穿现象发生的击穿和由雪崩击穿现象发生的击穿之间的边界上。因此，击穿电压约为6V的稳压二极管的温度依赖性显著降低。此外，由于击穿电压约为6V的稳压二极管由高浓度的P型半导体和N型半导体形成，所以浓度不会很大地变化，由此击穿电压不会很大地变化。因此，通过使用击穿电压约为6V的多个稳压二极管D1_1至D1_n，能够实现具有较小制造变化和较小温度变化的动态箝位电路。因此，能够实现箝位时间较小变化的动态箝位电路。
(功率控制半导体装置10的第五替代示例)
图12是示出作为功率控制半导体装置10e的、功率控制半导体装置10的第五替代示例的图。
如图12所示，功率控制半导体装置10e不同于功率控制半导体装置10d，因为它进一步包括与多个稳压二极管D1_1至D1_n串联且反向地连接的二极管D3。具体来说，将二极管D3的阳极连接到稳压二极管D1_1的阳极，并将二极管D3的阴极连接到电阻器元件R2的一端。
二极管D3与多个稳压二极管D1_1至D1_n一起使用，以进一步降低电流通路P1的温度依赖性。具体来说，当多个稳压二极管D1_1至D1_n显示正的温度依赖性时，通过设置具有负的温度依赖性的二极管D3，能够进一步降低电流通路P1的温度依赖性。
注意，代替单个二极管D3，可以设置串联连接的多个二极管D3_1至D3_m(m是2或2以上的整数)。稳压二极管D1和二极管D3的数目可以任意设定。
<第二实施例>
图13是示出根据第二实施例的功率控制半导体装置10f的结构示例的图。
为了防止将浪涌电压施加到电子控制系统，功率控制半导体装置10f具有当由于甩负荷等产生浪涌电压时使输出晶体管T1的过压保护功能不起作用的功能。这将在下文中具体描述。
例如，在诸如汽车和摩托车的车辆中，当由于电源线的损坏等使电池电源从交流发电机(发电机)截止时，即在发生甩负荷时，发电机的负载会改变，并且在电源电压端子(Vcc2)会引起浪涌电压。
图14是示出甩负荷浪涌的波形的图。
参考图14，甩负荷浪涌具有约为400ms的时间常数，并且它表现为电源电压端子(Vcc2)的正电压。一般来说，当使用12V的电池电源时，甩负荷的浪涌电压在电子控制系统上被箝位至40V。
由于甩负荷浪涌具有比电感负载的电磁能更大的能量，当有源箝位电路在产生甩负荷浪涌时工作时，存在输出晶体管T1出现热故障的可能性。因此，常见的设计装置满足输出晶体管T1的击穿电压>箝位电压>甩负荷的浪涌电压的关系，使得有源箝位电路即使在产生甩负荷浪涌时也不工作。
然而，输出晶体管T1的击穿电压和每单位面积的导通电阻存在权衡关系，如果输出晶体管T1具有相同的导通电阻，随着击穿电压升高，芯片面积越大且成本越高。因此，输出晶体管T1的击穿电压尽可能低是期望的。具体来说，当由于甩负荷的浪涌电压最高为40V时，设计输出晶体管T1的击穿电压最低为40V是期望的。
鉴于以上情况，功率控制半导体装置10f包括在发生反电动势时起作用在发生甩负荷浪涌时不起作用的动态箝位电路，从而能够使输出晶体管T1的击穿电压下降到大约浪涌电压。
(功率控制半导体装置10f的结构)
如图13所示，功率控制半导体装置10f不同于功率控制半导体装置10e，因为它进一步包括晶体管Tr5和比较器CMP1。此外，功率控制半导体装置10f进一步包括提供来自电池电源3的电源电压(在下文中也称为电源电压Vcc2)的电源电压端子Vcc2。
在下文中，作为示例描述了晶体管Tr5是N沟道MOS晶体管的情况。然而，注意，晶体管Tr5可以是NPN双极型晶体管。
比较器CMP1比较电源电压端子Vcc2的电压(其是电池电源3的电源电压)与输出端子OUT的电压，并输出比较结果。具体来说，在比较器CMP1中，将非反相输入端子连接到输出端子OUT，将反相输入端子连接到电源电压端子Vcc2，并将输出端子连接到晶体管Tr5的栅极。
将晶体管Tr5设置在电流通路P1上，并基于比较器CMP1的比较结果进行导通和关断，从而控制电流通路P1的连通性。具体来说，在晶体管Tr5中，将源极连接到二极管D3的阳极，将漏极连接到稳压二极管D1_1的阳极，并将比较器CMP1的比较结果提供到栅极。
在输出端子OUT由电感性负载4引起的反电动势和在电源电压端子Vcc2由甩负荷引起的浪涌电压都为正电压。因此，产生反电动势和甩负荷浪涌中的哪一个通过使用比较器CMP1比较输出端子OUT的电压与电源电压端子Vcc2的电压来确定。
例如，当输出端子OUT的电压由反电动势增加时，输出端子OUT的电压变得高于电源电压端子Vcc2的电压，从而比较器CMP1输出H电平的比较结果。从而使晶体管Tr5导通，通过稳压二极管D1_1至D1_n等的电流通路P1变为连续。从而使有源箝位电路起作用。结果，使输出晶体管T1导通，并使通过反电动势而增加的输出端子OUT的电压箝位至箝位电压(＝晶体管Tr1的阈值电压+稳压二极管D1_1至D1_n的击穿电压+晶体管Tr5的阈值电压+二极管D3的正向电压+电阻器元件R2的电压降)。由此执行防反电动势的过压保护。
此外，在输出晶体管T1导通时出现甩负荷的情况下，电源电压端子Vcc2的电压和输出端子OUT的电压会增加。然而，由于电流流过负载4和输出晶体管T1，所以由于负载4的电阻的电压降，电源电压端子Vcc2的电压变得高于输出端子OUT的电压。因此，比较器CMP1输出L电平的比较结果。从而使晶体管Tr5截止，并使通过稳压二极管D1_1至D1_n等的电流通路P1变得不连续。从而使有源箝位电路不起作用。因此，不执行防甩负荷浪涌的过压保护。
另一方面，在输出晶体管T1截止时出现甩负荷的情况下，电源电压端子Vcc2的电压和输出端子OUT的电压会增加。因为电流没有流过负载4和输出晶体管T1，所以电源电压端子Vcc2的电压等于输出端子OUT的电压。在这种情况下，为了检测甩负荷的发生，将比较器CMP1配置为在非反相输入端子和反相输入端子之间有意具有偏置电压。具体来说，将比较器CMP1配置为，使得反相输入端子对非反相输入端子有正向偏置电压。因此，即使在输出晶体管T1的截止状态期间发生甩负荷时，也能使比较器CMP1输出L电平的比较结果。具体来说，在输出晶体管T1的截止状态下，比较器CMP1也能准确检测到甩负荷的发生。当从比较器CMP1输出L电平的比较结果时，就会使晶体管Tr5截止，并使通过稳压二极管D1_1至D1_n等的电流通路P1变得非连续。从而使有源箝位电路不起作用。因此，不执行防甩负荷浪涌的过压保护。
如上所述，当由于甩负荷等产生浪涌电压时，功率控制半导体装置10f会使输出晶体管T1的过压保护功能不起作用。因此，能够防止将浪涌电压施加到电子控制系统。此外，在功率控制半导体装置10f中，可将输出晶体管T1的击穿电压设定为与由甩负荷等引起的浪涌电压大约一样低，由此能够减小输出晶体管T1的面积，从而降低成本。
(功率控制半导体装置10f的替代示例)
图15是示出作为功率控制半导体装置10g的、功率控制半导体装置10f的替代示例的图。
如图15所示，功率控制半导体装置10g不同于功率控制半导体装置10f，因为它进一步包括电阻器元件R31至R34。具体来说，将电阻器元件R31和R32串联地设置在电源电压端子Vcc2和接地电压端子GND之间。将电阻器元件R33和R34串联地设置在输出端子OUT和接地电压端子GND之间。将电阻器元件R31和R32之间的节点连接到比较器CMP1的反相输入端子，并将电阻器元件R33和R34之间的节点连接到比较器CMP1的非反相输入端子。
电阻器元件R31和R32输出由电源电压端子Vcc2的分压电阻获得的低电压。电阻器元件R33和R34输出由输出端子OUT的分压电阻获得的低电压。由此能够防止将过电压施加到比较器CMP1的反相输入端子和非反相输入端子。
注意，只要能够防止将过电压施加到比较器CMP1的反相输入端子和非反相输入端子，就可以设置不同于电阻器元件R31至R34的元件。例如，代替电阻器元件R32和R34，可以设置稳压二极管。
<第三实施例>
图16是示出功率控制半导体装置20的结构示例的图。当将输出晶体管T1用作为功率控制半导体装置10a中的低压侧开关时，可以将输出晶体管T1用作为功率控制半导体装置20中的高压侧开关。
如图16所示，功率控制半导体装置20包括输出晶体管T1、驱动电路DR1、放电晶体管Td1、稳压二极管D1、二极管D2、电阻器元件R1、电阻器元件R2、晶体管Tr1和晶体管Tr2，就像功率控制半导体装置10a一样。负载4设置在输出端子OUT和接地电源6之间。
注意，接地电源6可以与接地电源5短接。然而，注意，当将输出晶体管T1用作为汽车等的高压侧开关时，在许多情况下，连接到负载4的接地电源和连接到功率控制半导体装置20的接地电源是不同的。在这种情况下，电位差发生在接地电源5和6之间的约2V的范围内。
将输出晶体管T1的漏极Dr1经由节点N21连接到电源电压端子Vcc2，将输出晶体管T1的源极Sr1经由节点N23连接到输出端子OUT。然后，将来自驱动电路DR1的控制信号S1经由电阻器元件R1和节点N22提供到输出晶体管T1的栅极Gt1。具体来说，将输出晶体管T1用作为控制流过负载4的电流的高压侧开关。
将放电晶体管Td1的漏极经由电阻器元件R1电连接到输出晶体管T1的栅极Gt1，并将放电晶体管Td1的源极连接到输出晶体管T1的源极Sr1。将来自驱动电路DR1的控制信号S2提供到放电晶体管Td1的栅极。
驱动电路DR1用电源电压Vcc2和接地电压GND来驱动并根据从外部提供到输入端子IN的外部输入信号输出控制信号S1和S2。
稳压二极管D1、二极管D2和晶体管Tr1和Tr2形成了防止输出晶体管T1过压的动态箝位电路。一般来说，当供应到电感负载4的电流从导通转为截止时，储存在负载4中的电磁能将被释放，从而产生反电动势。为了防止输出晶体管T1由于反电动势而击穿，当电源电压端子Vcc2和输出端子OUT之间的差分电压变得高于指定箝位电压时，动态箝位电路会箝位输出端子OUT的电压，直到电源电压端子Vcc2和输出端子OUT之间的差分电压变成箝位电压。
具体来说，在晶体管Tr1中、将源极连接到电源电压端子Vcc2(换句话说，输出晶体管T1的漏极Dr1)，并将漏极和栅极连接到晶体管Tr2的栅极和稳压二极管D1的阴极。将稳压二极管D1的阳极连接到输出晶体管T1的源极Sr1。在晶体管Tr2中，将源极连接到电源电压端子Vcc2，并将漏极连接到二极管D2的阳极。将二极管D2的阴极连接到输出晶体管T1的栅极Gt1。晶体管Tr1和Tr2形成了电流镜电路。
然后，当电源电压端子Vcc2和输出端子OUT之间的差分电压超过箝位电压时，其中箝位电压是稳压二极管D1的击穿电压和晶体管Tr1的阈值电压的总和，箝位输出端子OUT的电压，直到电源电压端子Vcc2和输出端子OUT之间的差分电压变为箝位电压。
(功率控制半导体装置20的操作)
在下文中，参考图17将描述功率控制半导体装置20的操作。
图17是示出功率控制半导体装置20的操作的时序图。作为示例描述了当外部输入信号是H电平时输出晶体管T1导通和当外部输入信号是L电平时输出晶体管T1截止的情况。
首先，当外部输入信号从L电平变为H电平时(时间T21)，驱动电路DR1输出H电平的控制信号S1和L电平的控制信号S2。结果，将高于电池电源3的电源电压的、H电平的控制信号S1提供到输出晶体管T1的栅极Gt1，并通过L电平的控制信号S2使放电晶体管Td1截止，由此使输出晶体管T1导通。因此，电流从电池电源3流向负载4。注意，虽然此时输出晶体管T1的栅极电压变得高于漏极电压，但是电流从输出晶体管T1的栅极Gt1经由晶体管Tr2到输出晶体管T1的漏极Dr1的回流可通过二极管D2来防止。
然后，当外部输入信号从H电平变为L电平时(时间T22)，驱动电路DR1输出L电平的控制信号S1和H电平的控制信号S2。结果，将L电平的控制信号S1提供到输出晶体管T1的栅极Gt1。此外，由于通过H电平的控制信号S2使放电晶体管Td1导通，所以在输出晶体管T1的栅极Gt1的电荷会经由电阻器元件R1和放电晶体管Td1放电至输出端子OUT。由此使输出晶体管T1截止。因此，会切断从电池电源3流向负载4的电流(时间t24)。
当输出晶体管T1导通时，电磁能会储存在电感负载4中。因此，当输出晶体管T1从导通转换为截止时，储存在负载4中的电磁能将被释放，并在输出端子OUT以反向方向产生反电动势。因此，在输出端子OUT会引起比接地电源6更低的电压(时间T23)。
当通过反电动势使电源电压端子Vcc2和输出端子OUT之间的差分电压变得高于箝位电压(＝稳压二极管D1的击穿电压+晶体管Tr1的阈值电压+电阻器元件R2的电压降)时，电流开始从电源电压端子Vcc2经由晶体管Tr1、稳压二极管D1和电阻器元件R2流向输出端子OUT(在下文中也称为电流通路P1)。由此，与流过晶体管Tr1的电流成比例的电流会流过晶体管Tr2。换句话说，电流从电源电压端子Vcc2经由晶体管Tr2、二极管D2、电阻器元件R1和放电晶体管Td1流向输出端子OUT(在下文中也称为电流通路P2)。由于输出晶体管T1的栅极电压的增加，因此会使输出晶体管T1导通。因此，电流会从电源电压端子Vcc2经由输出晶体管T1流向输出端子OUT，输出端子OUT的电压会被箝位至箝位电压(时间t23至时间t24)。此时，通过释放电磁能流过输出端子OUT的电流(流过负载4的电流)会以指数方式连续下降。
注意，箝位电压被设定为在输出晶体管T1的漏极Dr1和源极Sr1之间的电压超过击穿电压之前执行箝位的值。由此能够防止输出晶体管T1的特性劣化和击穿。
在功率控制半导体装置20的结构中，就像功率控制半导体装置10a的情况一样，箝位电压不随流过输出端子OUT的电流的变化而变化，因此，会精确地控制箝位时间。具体来说，减少了箝位时间。因此，功率控制半导体装置20能够精确地驱动负载4。例如，当将功率控制半导体装置20安装在汽车、摩托车等的电子控制系统上时，能够使箝位时间期间的燃料注入最小。此外，由于能够正确预测箝位时间，所以考虑到箝位时间能够精确地估计燃料喷射量。结果，能够提高发动机的燃料效率。
此外，在功率控制半导体装置20的结构中，用于在箝位时强行导通输出晶体管T1的栅极电压的电源和施加到负载4的电源电压的电源是相同的。因此，当输出端子OUT的电压由反电动势增加时，功率控制半导体装置20能可靠地导通输出晶体管T1。
虽然在该实施例中作为示例描述了将输出晶体管T1用作为高压侧开关的情况，但它不限于此，并且可将输出晶体管T1用作为低压侧开关。
此外，虽然在该实施例中作为示例描述了将电阻器元件R2设置为限流元件的情况，但它不限于此，且与在功率控制半导体装置10中的情况一样，可不必设置电阻器元件R2。
(芯片安装示例)
图18是示出在芯片上安装功率控制半导体装置20的示例的图。
在图18的示例中，将构成功率控制半导体装置20的输出晶体管T1和开关控制电路CTL2分别设置在芯片CHP3和芯片CHP4上。然而，注意，构成功率控制半导体装置20的输出晶体管T1和开关控制电路CTL2可以以单片形式形成。
设置在芯片CHP4上的开关控制电路CTL2提供有用于控制输出晶体管T1的导通和截止的从外部经由焊垫Pd46提供的输入信号，提供有由电池电源2经由焊垫Pd44提供的电源电压，和提供有从接地电源5经由焊垫pd45提供的接地电压。然后，经由芯片CHP4上的焊垫Pd41至Pd43和芯片CHP3上的焊垫Pd31至Pd33，将开关控制电路CTL2的节点N21至N23与设置在芯片CHP3上的输出晶体管T1的漏极Dr1、栅极Gt1和源极Sr1连接在一起。注意，芯片CHP3和CHP4通过键合线连接。
注意，除了过压保护电路之外，在开关控制电路CTL2中可以设置另一个保护电路。例如，在开关控制电路CTL2中可以设置防止输出晶体管T1过流的过流保护电路(未示出)、防止输出晶体管T1过热的过热保护电路(未示出)等。此外，可以进一步设置用于向外部输出这些保护电路的输出结果的端子和焊垫。功率控制半导体装置20的状态通过观察这些保护电路的输出结果来识别，因此能够增强功能的安全性。
(功率控制半导体装置20的替代示例)
图19是示出作为功率控制半导体装置20a的、功率控制半导体装置20的替代示例的图。
如图19所示，功率控制半导体装置20a不同于功率控制半导体装置20，因为它进一步包括串联连接的多个稳压二极管D1_1至D1_n，而不是单个稳压二极管D1，和与它们串联连接并反向的二极管D3。具体来说，将二极管D3的阳极连接到稳压二极管D1_1的阳极，将二极管D3的阴极连接到电阻器元件R2的一端。功率控制半导体装置20a的其它结构与功率控制半导体装置20的其它结构相同，因此不再重复描述。
对于每个稳压二极管D1_1至D1_n，使用击穿电压约为6V且具有低温依赖性的稳压二极管。由此，能够实现具有较小制造变化和较小温度变化的动态箝位电路，就像功率控制半导体装置10d等的情况一样。因此，能够实现箝位时间较小变化的动态箝位电路。
为了进一步降低电流通路P1的温度依赖性，将二极管D3与多个稳压二极管D1_1至D1_n一起使用。具体来说，当多个稳压二极管D1_1至D1_n显示正的温度依赖性时，通过设置具有负的温度依赖性的二极管D3，能够进一步降低电流通路P1的温度依赖性。
注意，如果不需要，则可不必设置二极管D3。此外，代替单个二极管D3，可以设置串联连接的多个二极管D3_1至D3_m(m是2或2以上的整数)。稳压二极管D1和二极管D3的数目可以任意设定。
<第四实施例>
图20是示出根据第四实施例的功率控制半导体装置20b的结构示例的图。
为了防止将浪涌电压施加到电子控制系统，功率控制半导体装置20b具有当由于甩负荷等产生浪涌电压时使输出晶体管T1的过压保护功能不起作用的功能。
如图20所示，功率控制半导体装置20b不同于功率控制半导体装置20，因为它进一步包括晶体管Tr5、稳压二极管D41、二极管D42和电阻器元件R4。稳压二极管D41、二极管D42和电阻器元件R4形成了电压检测电路。
将稳压二极管D41的阳极连接到输出端子OUT，并将稳压二极管D41的阴极连接到电阻器元件R4的一端。将二极管D42的阴极连接到电阻器元件R4的另一端，并将二极管D42的阳极连接到接地电压端子GND。将稳压二极管D41的阴极连接到晶体管Tr5的栅极。假定二极管D42的击穿电压高于甩负荷的浪涌电压。
晶体管Tr5设置在电流通路P1上，并基于稳压二极管D41的阴极电压导通和截止，从而控制电流通路P1的连通性。具体来说，在晶体管Tr5中，将源极连接到二极管D3的阳极，将漏极连接到稳压二极管D1_1的阳极，将稳压二极管D41的阴极电压提供到栅极。
当在输出端子OUT由电感负载4引起的反电动势是负电压时，在电源电压端子Vcc2由甩负荷引起的浪涌电压为正电压。因此，比较容易确定产生的是反电动势和甩负荷浪涌中的哪一个。例如，功率控制半导体装置20b允许电流通路P1连续，从而使动态箝位电路仅在输出端子OUT具有由反电动势引起的负电压时起作用，否则使电流通路P1不连续，从而使动态箝位电路不起作用。
例如，当由于反电动势输出端子OUT的电压变成负电压时，接地电压端子GND的电压变得高于输出端子OUT的电压，从而电流从接地电压端子GND经由电压检测电路流向输出端子OUT。因此，通过稳压二极管D41的击穿电压量，将比施加到晶体管Tr5的源极的电压高的电压施加到晶体管Tr5的栅极，从而使晶体管Tr5导通。因此，使通过稳压二极管D1_1至D1_n等的电流通路P1变得连续。从而使有源箝位电路起作用。结果，使输出晶体管T1导通，使已经通过反电动势减少的输出端子OUT的电压增加，直到电源电压端子Vcc2和输出端子OUT之间的差分电压变为箝位电压(＝晶体管Tr5和Tr6的阈值电压+稳压二极管D1_1至D1_n的击穿电压+二极管D3的击穿电压)。由此执行防反电动势的过压保护。
此外，在输出晶体管T1导通时出现甩负荷的情况下，电源电压端子Vcc2的电压增加。此外，当输出晶体管T1的导通电阻足够低时，由于负载电流输出晶体管T1的漏极Dr1和源极Sr1之间的电压降足够小，由此输出晶体管T1的电压会增加到与电源电压端子Vcc2的电压基本相同的值。然而，由于二极管D42的击穿电压高于由如上所述的甩负荷引起的浪涌电压，所以电流不会从输出端子OUT经由电压检测电路流向接地电压端子GND。由此使晶体管Tr5的栅极和源极变成相同的电位，并使晶体管Tr5截止。因此，使通过稳压二极管D1_1至D1_n等的电流通路P1变得不连续。从而使有源箝位电路不起作用。因此，不执行防甩负荷浪涌的过压保护。
另一方面，在输出晶体管T1截止时出现甩负荷的情况下，当电源电压端子Vcc2的电压增加时，输出端子OUT的电压是接地电源6的电压值。由于接地电源5和6之间的电位差为大约2V或2V以下，所以电流不会从输出端子OUT经由电压检测电路流向接地电压端子GND。由此使晶体管Tr5的栅极和源极变成相同的电位，并使晶体管Tr5截止。因此，使通过稳压二极管D1_1至D1_n等的电流通路P1变得不连续。从而使有源箝位电路不起作用。因此，不执行防甩负荷浪涌的过压保护。注意，虽然甩负荷浪涌被施加到输出晶体管T1的漏极Dr1和源极Sr1之间，但由于输出晶体管T1的击穿电压高于浪涌电压，所以不会使输出晶体管T1发生击穿和损坏。
如上所述，功率控制半导体装置20b仅在输出端子OUT具有由反电动势引起的负电压时，使输出晶体管T1的过压保护功能起作用。因此，当由于甩负荷等产生浪涌电压时，输出晶体管T1的过压保护功能将不起作用。由此能够防止将浪涌电压施加到电子控制系统。此外，在功率控制半导体装置20b中，可将输出晶体管T1的击穿电压设定为与由于甩负荷等引起的浪涌电压大约一样低，由此能够减小输出晶体管T1的面积，从而降低成本。
应该注意的是，电压检测电路的元件不限于以上描述的那些，并且它们可以用具有相同功能的其它元件代替。例如，代替二极管D42，可以设置栅极和源极短接的MOS晶体管。
(功率控制半导体装置20b的替代示例)
图21是示出作为功率控制半导体装置20c的功率控制半导体装置20b的替代示例的图。
如图21所示，功率控制半导体装置20c不同于功率控制半导体装置20b，因为它包括代替电阻器元件R2的晶体管Tr6，还包括晶体管Tr7。在下文中，作为示例描述了晶体管Tr6和Tr7是N沟道MOS晶体管的情况。
在晶体管Tr6中，将漏极和栅极连接到二极管D3的阴极和晶体管Tr7的栅极，将源极连接到输出端子OUT。在晶体管Tr7中，将漏极连接到二极管D42的阴极，将源极连接到输出端子OUT。
注意，晶体管Tr6和Tr7形成了电流镜电路。此外，当电流通路P1连续时，晶体管Tr6用作限制电流流过稳压二极管D1_1至D1_n的限流元件。通过限制流过稳压二极管D1_1至D1_n的电流，能够稳定稳压二极管D1_1至D1_n的击穿电压。
此外，晶体管Tr7和电阻器元件R4一起用作限制电流流过稳压二极管D41的限流元件。通过限制流过稳压二极管D41的电流，能够稳定稳压二极管D41的击穿电压。
图22是更详细地描述功率控制半导体装置20c的效果的图。图22示出了功率控制半导体装置20c中的电流通路P1和电压检测电路的电路图。
当输出端子OUT的电压由于反电动势等变为负电压时，电流开始从接地电压端子GND经由电压检测电路流向输出端子OUT，由于晶体管Tr5的栅极电压的增加，使晶体管Tr5导通，从而使包括晶体管Tr6的电流通路P1变得连续。从而使有源箝位电路起作用。结果，使输出晶体管T1导通，使由于反电动势而减小的输出端子OUT的电压增加，直到电源电压端子Vcc2和输出端子OUT之间的差分电压变为箝位电压(＝晶体管Tr1、Tr5和Tr6的阈值电压+稳压二极管D1_1至D1_n的击穿电压+二极管D3的击穿电压)。
当电流开始流过包括晶体管Tr6的电流通路P1时，与流过晶体管Tr6的电流成比例的电流会流过晶体管Tr7。具体来说，在接地电压端子GND和输出端子OUT之间形成了两个电流通路，它们是包括二极管D42、电阻器元件R4和稳压二极管D41的电流通路，和包括二极管D42和晶体管Tr7的电流通路。由此，在没有增加电阻器元件R4的阻值的情况下限制了流过稳压二极管D41的电流，并能够稳定稳压二极管D41的击穿电压。由此，能够可靠保护晶体管Tr6的栅极。
功率控制半导体装置20c的其它结构和操作与功率控制半导体装置20b的其它结构和操作是相同的，因此不再重复描述。
如上所述，根据第一至第四实施例的功率控制半导体装置包括稳压二极管D1和晶体管Tr1和Tr2，其中当输出晶体管T1的源极Sr1和漏极Dr1之间的电压超过箝位电压时，稳压二极管D1允许输出晶体管T1的源极Sr1和漏极Dr1连续，当电流流过稳压二极管D1时，晶体管Tr1和Tr2允许电流在输出晶体管T1的源极Sr1和栅极Gt1之间流动。因此，箝位电压不会随着在箝位期间流过输出端子OUT的电流的变化而变化，因此，能够精确地控制箝位时间。具体来说，能够减少箝位时间。因此，能够精确地驱动负载4。例如，当将根据第一至第四实施例的功率控制半导体装置安装在汽车、摩托车等的电子控制系统上时，能够使箝位时间期间的燃料注入最小。此外，由于能够正确预测箝位时间，所以考虑到箝位时间能够精确地估计燃料喷射量。结果，能够提高发动机的燃料效率。
虽然在第一至第四实施例中描述了输出晶体管T1是功率MOS晶体管的情况，但是输出晶体管T1可使用各种形状和结构的沟槽单元形成。例如，输出晶体管T1可以是沟槽型或平面型MOS晶体管。此外，输出晶体管T1可以是垂直或水平MOS晶体管的任何结构。
可选择地，在输出晶体管T1是双极型晶体管的情况下，输出晶体管T1可以是例如栅极绝缘双极型晶体管的任何结构。当然，输出晶体管T1可以是不同于它的单元结构。此外，构成功率MOS晶体管的单元结构不限于条状，并且它可以是任何形状诸如六边形或正方形。
此外，根据第一至第四实施例的功率控制半导体装置可被封装为功率半导体装置，或者可用作为裸芯片。此外，构成功率控制半导体装置的输出晶体管T1和开关控制电路可形成在单片(一个管芯)上，或者形成在分开的芯片(多个管芯)上。
此外，根据第一至第四实施例的功率控制半导体装置，不仅可应用于汽车、摩托车等的燃料喷射系统，还可应用于其它电子控制系统。例如，它们可被应用于驱动汽车的电磁阀，驱动用于工业机器人等的电机，真正控制定序器等。
虽然在上述中具体描述了本发明的实施例，但本发明不限于上述实施例，且在不偏离本发明的范围内可以做出各种修改和变更。
例如，在根据上述实施例的半导体装置中，半导体衬底、半导体层、扩散层(扩散区)等的导电类型(P型或N型)可被反转。因此，当N型和P型中的一个导电类型是第一导电类型且它的另一导电类型是第二导电类型时，第一导电类型可以是P型且第二导电类型可以是N型，或者相反地第一导电类型可以是N型且第二导电类型可以是P型。
第一至第四实施例能被本领域的普通技术人员如所希望地加以组合。
虽然根据若干实施例已描述了本发明，但本领域技术人员应该意识到，在所附权利要求的精神和范围内，可以对本发明进行各种修改，并且本发明不限于上述示例。
此外，权利要求的范围不受上述实施例限制。
此外，注意，申请人的意图是包括所有权利要求要素的等价物，甚至是随后在审查期间的修改。

Claims (16)

1.一种半导体装置，包括：
限压电路，当控制流过负载的电流的输出晶体管的第一端子和第二端子之间的电压超过特定值时，所述限压电路允许所述输出晶体管的第一端子和第二端子之间的连通性；以及
第一电流镜电路，当电流流过所述限压电路时，所述第一电流镜电路允许所述输出晶体管的第一端子和控制端子之间的连通性。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一电流镜电路包括：
第一晶体管，其与所述限压电路串联地设置；以及
第二晶体管，其设置在所述输出晶体管的第一端子和控制端子之间，在其中流过与所述第一晶体管的电流成比例的电流。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，进一步包括：
第二电流镜电路，其中
所述第二电流镜电路包括：
第三晶体管，其与所述限压电路串联地设置；以及
第四晶体管，在其中流过与所述第三晶体管的电流成比例的电流，以及
所述第一电流镜电路包括：
第一晶体管，其与所述第四晶体管串联地设置；以及
第二晶体管，其设置在所述输出晶体管的第一端子和控制端子之间，在其中流过与所述第一晶体管的电流成比例的电流。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，进一步包括：
防止电流从所述输出晶体管的控制端子向所述第一端子回流的第一二极管。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，进一步包括：
放电晶体管，其设置在所述输出晶体管的第二端子和控制端子之间并且被控制以在所述输出晶体管截止时导通；以及
电阻器元件，其与所述输出晶体管的第二端子和控制端子之间的放电晶体管串联地设置。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述限压电路是一个或多个稳压二极管。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，进一步包括：
与所述一个或多个稳压二极管串联地并反向地设置的一个或多个第二二极管。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，进一步包括：
与所述限压电路串联地设置的限流元件。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中
所述负载设置在电池电源和所述输出晶体管的第一端子之间，以及
所述半导体装置进一步包括：
第一比较器，其比较所述电池电源的电压和所述输出晶体管的第一端子的电压；以及
第五晶体管，其与所述限压电路串联地设置，并被控制以基于所述第一比较器的比较结果而导通和截止。
10.根据权利要求9所述的半导体装置，进一步包括：
一组电阻器元件，其对所述电池电源的电压和所述输出晶体管的第一端子的电压进行分压，其中
所述第一比较器比较由所述一组电阻器元件分压的所述电池电源的电压和所述输出晶体管的第一端子的电压。
11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中
所述负载设置在接地电源和所述输出晶体管的第二端子之间，以及
所述半导体装置进一步包括：
电压检测电路，其检测所述输出晶体管的第二端子的电压；以及
第五晶体管，其与所述限压电路串联地设置，并被控制以基于所述电压检测电路的检测结果而导通和截止。
12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中
所述电压检测电路包括串联地设置在第二接地电源和所述输出晶体管的第二端子之间的电压检测二极管、电压检测电阻器和电压检测稳压二极管，其中所述第二接地电源不同于连接到所述负载的接地电源，以及
所述半导体装置进一步包括：
第六晶体管，其与所述限压电路串联地设置；以及
第七晶体管，其设置在所述电压检测二极管和所述电压检测电阻器之间的节点与所述输出晶体管的第二端子之间，在其中流过与所述第六晶体管的电流成比例的电流。
13.一种功率控制半导体装置，包括：
根据权利要求1所述的半导体装置；以及
输出晶体管。
14.一种车载电子控制单元，包括：
一个或多个功率控制半导体装置，其控制流过一个或多个负载的电流；以及
处理器，其基于来自于设置在外部的传感器的信息，给所述一个或多个功率控制半导体装置提供指令，其中
所述一个或多个功率控制半导体装置中的每一个都包括：
输出晶体管，其控制流过相应负载的电流；
限压电路，当所述输出晶体管的第一端子和第二端子之间的电压超过特定值时，所述限压电路允许所述输出晶体管的第一端子和第二端子之间的连通性；以及
第一电流镜电路，当电流流过所述限压电路时，所述第一电流镜电路允许所述输出晶体管的第一端子和控制端子之间的连通性。
15.根据权利要求14所述的车载电子控制单元，其中所述一个或多个负载是设置在车辆的发动机中的电磁喷射器。
16.一种配备有根据权利要求15所述的车载电子控制单元的车辆。
CN201610269096.0A 2015-04-27 2016-04-27 半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及车辆 Withdrawn CN106089462A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015090565A JP6478789B2 (ja) 2015-04-27 2015-04-27 半導体装置、電力制御用半導体装置、車載用電子制御ユニット及びそれを備えた車両
JP2015-090565 2015-04-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106089462A true CN106089462A (zh) 2016-11-09

Family

ID=56080222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610269096.0A Withdrawn CN106089462A (zh) 2015-04-27 2016-04-27 半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及车辆

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160311327A1 (zh)
EP (1) EP3089367A1 (zh)
JP (1) JP6478789B2 (zh)
CN (1) CN106089462A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109193606A (zh) * 2018-11-20 2019-01-11 上海艾为电子技术股份有限公司 浪涌保护电路、系统及设备
CN111294033A (zh) * 2020-03-09 2020-06-16 无锡中微爱芯电子有限公司 一种igbt驱动电路
CN111386509A (zh) * 2017-12-28 2020-07-07 德州仪器公司 电压保护电路
CN111542469A (zh) * 2017-08-01 2020-08-14 康明斯有限公司 在发动机控制模块应用中将多个高侧负载与公共回位引脚相连接的控制逻辑电路
CN113543427A (zh) * 2021-06-16 2021-10-22 东风柳州汽车有限公司 一种闪光单元

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6867780B2 (ja) * 2016-10-28 2021-05-12 矢崎総業株式会社 半導体スイッチ制御装置
JP2018139346A (ja) 2017-02-24 2018-09-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びそれを備えた電子制御システム
DE102017002573B4 (de) 2017-03-16 2019-07-04 Infineon Technologies Ag Überspannungsschutz
CN206946908U (zh) * 2017-06-28 2018-01-30 罗伯特·博世有限公司 高侧栅极驱动器
JP6855998B2 (ja) * 2017-10-18 2021-04-07 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用の半導体スイッチ装置及び車載用電源装置
JP7026531B2 (ja) * 2018-02-23 2022-02-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置、半導体システム、及び、制御システム
US10811866B2 (en) * 2018-02-26 2020-10-20 Semiconductor Components Industries, Llc Negative voltage detection and voltage surge protection
JP7052517B2 (ja) * 2018-04-17 2022-04-12 株式会社デンソー 負荷駆動装置
JP6722717B2 (ja) * 2018-05-31 2020-07-15 矢崎総業株式会社 車両用電力供給システム
FR3094409B1 (fr) * 2019-03-26 2021-02-26 Continental Automotive Procédé de commande d’un injecteur de carburant haute pression
JP2023039787A (ja) * 2021-09-09 2023-03-22 富士電機株式会社 半導体装置
JP2023047804A (ja) 2021-09-27 2023-04-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
EP4333301A1 (en) * 2022-09-02 2024-03-06 HS Elektronik Systeme GmbH Aircraft solid state power controller and aircraft electric power supply system

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07142974A (ja) * 1993-04-30 1995-06-02 Sgs Thomson Microelettronica Spa 電流放電制御用温度補償回路，その集積回路，システムおよびその制御方法
EP0757443A1 (en) * 1995-07-31 1997-02-05 STMicroelectronics S.r.l. Circuit for the controlled and independent dissipation of stored inductor energy of multiple inductive loads
US5808504A (en) * 1995-08-25 1998-09-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Insulated gate transistor drive circuit
US6087877A (en) * 1997-07-09 2000-07-11 Nissan Motor Co., Ltd. Integrated circuit having surge protection circuit
JP2000251487A (ja) * 1999-02-24 2000-09-14 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
JP2002271183A (ja) * 2001-03-13 2002-09-20 Denso Corp 過電圧保護回路
US6832601B2 (en) * 2003-01-28 2004-12-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Control device of fuel injection valve
US20100117707A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-13 Erhan Ozalevli Clamp control circuit having current feedback
JP2012004979A (ja) * 2010-06-18 2012-01-05 Toshiba Corp アクティブクランプ回路
JP2013503556A (ja) * 2009-08-28 2013-01-31 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド ターンオフ制御を有する電力トランジスタおよびその動作方法
JP2014138303A (ja) * 2013-01-17 2014-07-28 Denso Corp 誘導性負荷駆動装置
CN104253601A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 瑞萨电子株式会社 半导体器件

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3827343A1 (de) 1988-08-12 1990-02-15 Leybold Ag Vorrichtung nach dem karussel-prinzip zum beschichten von substraten
US5079608A (en) 1990-11-06 1992-01-07 Harris Corporation Power MOSFET transistor circuit with active clamp
JP2013026838A (ja) 2011-07-21 2013-02-04 Toshiba Corp アクティブクランプ回路
JP6034719B2 (ja) 2013-02-27 2016-11-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 電子制御装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07142974A (ja) * 1993-04-30 1995-06-02 Sgs Thomson Microelettronica Spa 電流放電制御用温度補償回路，その集積回路，システムおよびその制御方法
EP0757443A1 (en) * 1995-07-31 1997-02-05 STMicroelectronics S.r.l. Circuit for the controlled and independent dissipation of stored inductor energy of multiple inductive loads
US5808504A (en) * 1995-08-25 1998-09-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Insulated gate transistor drive circuit
US6087877A (en) * 1997-07-09 2000-07-11 Nissan Motor Co., Ltd. Integrated circuit having surge protection circuit
JP2000251487A (ja) * 1999-02-24 2000-09-14 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
JP2002271183A (ja) * 2001-03-13 2002-09-20 Denso Corp 過電圧保護回路
US6832601B2 (en) * 2003-01-28 2004-12-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Control device of fuel injection valve
US20100117707A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-13 Erhan Ozalevli Clamp control circuit having current feedback
JP2013503556A (ja) * 2009-08-28 2013-01-31 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド ターンオフ制御を有する電力トランジスタおよびその動作方法
JP2012004979A (ja) * 2010-06-18 2012-01-05 Toshiba Corp アクティブクランプ回路
JP2014138303A (ja) * 2013-01-17 2014-07-28 Denso Corp 誘導性負荷駆動装置
CN104253601A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 瑞萨电子株式会社 半导体器件

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111542469A (zh) * 2017-08-01 2020-08-14 康明斯有限公司 在发动机控制模块应用中将多个高侧负载与公共回位引脚相连接的控制逻辑电路
CN111386509A (zh) * 2017-12-28 2020-07-07 德州仪器公司 电压保护电路
CN109193606A (zh) * 2018-11-20 2019-01-11 上海艾为电子技术股份有限公司 浪涌保护电路、系统及设备
CN109193606B (zh) * 2018-11-20 2024-03-01 上海艾为电子技术股份有限公司 浪涌保护电路、电路系统及电子设备
CN111294033A (zh) * 2020-03-09 2020-06-16 无锡中微爱芯电子有限公司 一种igbt驱动电路
CN113543427A (zh) * 2021-06-16 2021-10-22 东风柳州汽车有限公司 一种闪光单元

Also Published As

Publication number Publication date
EP3089367A1 (en) 2016-11-02
JP2016208406A (ja) 2016-12-08
JP6478789B2 (ja) 2019-03-06
US20160311327A1 (en) 2016-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106089462A (zh) 半导体装置、功率控制半导体装置、车载电子控制单元及车辆
US10547170B2 (en) Semiconductor device
CN101189795B (zh) 电源控制器和半导体装置
CN108512534A (zh) 半导体器件和具有半导体器件的电子控制系统
US10381821B2 (en) Power switch device
US8116052B2 (en) Power supply control circuit including overvoltage protection circuit
CN202190064U (zh) 用于致动器等的电池反接保护电路
CN101588062A (zh) 半导体集成电路的保护电路、其驱动方法及系统
TWI332739B (zh)
CN104137371B (zh) 用于保护车辆的电流回路的设备和方法以及电流回路
CN110198029A (zh) 一种芯片电源过压及反接保护电路及方法
WO2022262295A1 (zh) 一种车载dcdc变换器防输出侧电池电压丢失的电路
CN102647176B (zh) 输出驱动器
CN107667454B (zh) 电池组管理系统和电池组充电器的集成
CN105929886A (zh) 基准电压电路以及电子设备
JP4199578B2 (ja) 電圧検出回路
CN101682324A (zh) 半导体装置
CN107431348A (zh) 被保护免受过压的电子控制设备
CN206946908U (zh) 高侧栅极驱动器
JP2013026769A (ja) スイッチング素子の制御装置
CN102484472A (zh) 负载驱动装置
JP2008148380A (ja) 過電圧保護回路
CN207150167U (zh) 应用于单线圈风扇驱动芯片中的反接保护电路
KR20190046497A (ko) 배터리 관리 시스템 보호 장치
CN110311668A (zh) 一种芯片输出管脚正向过压及反向电压保护电路及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20161109

WW01 Invention patent application withdrawn after publication