CN117767733A - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

实施方式提供使输出电压在短时间内成为0V的半导体装置。实施方式的半导体装置包括第一及第二端子、第一～第四晶体管和控制电路。第一晶体管包括与第一结点连接的第一端和与第一端子连接的第二端。第二晶体管包括与第二结点连接的第一端和与第二端子连接的第二端。第三晶体管包括与供给第一电压的第三结点连接的第一端和与第一结点连接的第二端。第四晶体管包括与第三结点连接的第一端和与第二结点连接的第二端。控制电路在第一电压向第三结点的供给停止时，将第二晶体管从截止状态设为导通状态，将第三晶体管及第四晶体管从导通状态设为截止状态，在经过第一期间后，将第一晶体管从截止状态设为导通状态。

Description

半导体装置

关联申请

本申请将日本专利申请2022－152166号(申请日为2022年9月26日)作为基础申请而享有优先权。本申请通过参照该基础申请而包括该基础申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及半导体装置。

背景技术

已知有用于向负载供给电力的半导体装置。

发明内容

本发明要解决的课题是，提供使输出电压在短时间内成为0V的半导体装置。

实施方式的半导体装置包括第一端子、第二端子、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和控制电路。第一晶体管包括与第一结点连接的第一端和与第一端子连接的第二端。第二晶体管包括与第二结点连接的第一端和与第二端子连接的第二端。第三晶体管包括与被供给第一电压的第三结点连接的第一端和与第一结点连接的第二端。第四晶体管包括与第三结点连接的第一端和与第二结点连接的第二端。控制电路对第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管进行控制。控制电路在第一电压向第三结点的供给停止时，将第二晶体管从截止状态设为导通状态，将第三晶体管及第四晶体管从导通状态设为截止状态，在经过第一期间后，将第一晶体管从截止状态设为导通状态。

附图说明

图1是用于说明第一实施方式的半导体装置的构成的一例的电路图。

图2是表示第一实施方式的半导体装置的动作示例的时序图。

图3是表示比较例的半导体装置的动作示例的时序图。

图4是用于说明第二实施方式的半导体装置的构成的一例的电路图。

图5是表示第二实施方式的半导体装置的动作示例的时序图。

图6是用于说明第三实施方式的半导体装置的构成的一例的电路图。

图7是表示第三实施方式的半导体装置的动作示例的时序图。

图8是用于说明变形例的半导体装置的构成的一例的电路图。

符号说明

1、1a、1b、1c、1d、100…半导体装置、10、10a、10b、10c…控制电路、20…电荷泵电路、31、31a、32、33、34、35、36…开关电路、CL…电容负载、I1、I3…电流源、MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6、MNO1、MNO1a、MNO2、MNO2a、MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7…晶体管、PEN、PN1、PN2、PVIN、PVOUT…端子、PS…电源、R11、R21、R22、R23、R31、R41、R42、R43、R51、R52、R53、R61、R62、R63…电阻、RL…电阻负载。

具体实施方式

以下，参照实施方式来进行说明。在进行说明时，针对具有大致同一功能及结构的构成要素标注同一符号。另外，以下所示的实施方式用于例示技术思想。实施方式不限定构成部件的材质、形状、构造、配置等。能够对实施方式施加各种变更。

[1]第一实施方式

对第一实施方式的半导体装置进行说明。

[1－1]构成

[1－1－1]半导体装置1的整体构成

图1是用于说明第一实施方式的半导体装置的构成的一例的电路图。半导体装置1是向负载供给电力的负载开关。半导体装置1例如是IC(Integrated Circuit)芯片。

半导体装置1包括端子PVIN、PVOUT、PEN、晶体管MNO1、MNO2、控制电路10、电荷泵电路20、以及开关电路31、32、33、34。

端子PVIN是半导体装置1的输入端子。在端子PVIN上连接设置于半导体装置1的外部的电源PS。电源PS输出电压VPS。即，向端子PVIN施加电压VPS。

端子PVOUT是半导体装置1的输出端子。从端子PVOUT向半导体装置1的外部供给电力。在端子PVOUT上连接设置于半导体装置1的外部的电阻负载RL和电容负载CL。电阻负载RL消耗供给来的电力。电容负载CL蓄积供给来的电力。电阻负载RL设置在端子PVOUT与接地电压之间。电容负载CL以与电阻负载RL并联的方式设置在端子PVOUT与接地电压之间。

端子PEN是半导体装置1的控制端子。从半导体装置1的外部向端子PEN输入指令CMD。指令CMD包括使半导体装置1驱动负载这个内容的指令CMD和使半导体装置1停止负载的驱动这个内容的指令CMD。另外，在以下的说明中，将使半导体装置1驱动负载的动作还称作导通动作。另外，将使半导体装置1停止负载的驱动的动作还称作截止动作。另外，将使半导体装置1驱动负载这个内容的指令还称作导通动作的指令CMD。另外，将使半导体装置1停止负载的驱动这个内容的指令还称作截止动作的指令CMD。

晶体管MNO1、MNO2是N沟道型的MOSFET。晶体管MNO1的源极与端子PVIN连接。晶体管MNO1的栅极与结点N1连接。晶体管MNO2的源极与端子PVOUT连接。晶体管MNO2的栅极与结点N2连接。晶体管MNO2的漏极与晶体管MNO1的漏极连接。漏极彼此连接的形态例如被称作漏极共同连接。晶体管MNO1及MNO2在该晶体管MNO1及MNO2处于导通状态时向端子PVOUT输出电压VPS。晶体管MNO1及MNO2在该晶体管MNO1及MNO2处于截止状态时不向端子PVOUT输出电压VPS。

控制电路10控制半导体装置1整体的动作来切换导通动作与截止动作。控制电路10经由端子PEN从半导体装置1的外部接收指令CMD。控制电路10基于接收到的指令CMD来控制电荷泵电路20和开关电路31、32、33、34的动作。具体而言，控制电路10在将半导体装置1从截止动作切换为导通动作时，将开关电路31及33设为连接状态，将开关电路32及34设为非连接状态。控制电路10在将半导体装置1从导通动作切换为截止动作时，将开关电路32、34设为连接状态，将开关电路31、33设为非连接状态。另外，控制电路10包括对经过时间进行计时的计时器。

电荷泵电路20基于控制电路10的控制，生成电压VH并将其向结点N3输出。电压VH是比电压VPS高出晶体管MNO1、MNO2的阈值电压以上的电压。

开关电路31基于控制电路10的控制，将结点N1与结点N3之间设为连接或非连接。

开关电路32基于控制电路10的控制，将结点N1与端子PVIN之间设为连接或非连接。

开关电路33基于控制电路10的控制，将结点N2与结点N3之间设为连接或非连接。

开关电路34基于控制电路10的控制，将结点N2与端子PVOUT之间设为连接或非连接。

[1－1－2]开关电路31～34的构成

开关电路31包括晶体管MP1、MN1、电阻R11和电流源I1。晶体管MP1是P沟道型的MOSFET。晶体管MN1是N沟道型的MOSFET。

晶体管MP1的源极与结点N3连接。晶体管MP1的漏极与结点N1连接。电阻R11的一端与结点N3连接。晶体管MP1的栅极、电阻R11的另一端及晶体管MN1的漏极连接。晶体管MN1的栅极与控制电路10连接。电流源I1被连接成从晶体管MN1的源极向接地电压供给电流。

电阻R11的电阻值和电流源I1的电流值以使电阻R11的电阻值与电流源I1的电流值之积大于晶体管MP1的阈值电压的大小的方式设定。

开关电路32包括晶体管MP2、MN2和电阻R21、R22、R23。晶体管MP2是P沟道型的MOSFET。晶体管MN2是N沟道型的MOSFET。

晶体管MP2的源极与结点N1连接。晶体管MP2的漏极与端子PVIN连接。电阻R21的一端与结点N1连接。晶体管MP2的栅极、电阻R21的另一端及电阻R22的一端连接。电阻R22的另一端、电阻R23的一端及晶体管MN2的漏极连接。电阻R23的另一端接地。晶体管MN2的源极接地。晶体管MN2的栅极与控制电路10连接。

电阻值r21、r22、r23分别被设定为满足以下的(1)式及(2)式。

|VH×(r21)/(r21+r22+r23)|＜|Vth(MP2)| (1)

|VDIS×(r21)/(r21+r22)|＞|Vth(MP2)| (2)

另外，将电阻R21、R22、R23各自的电阻值称为r21、r22、r23。将晶体管MP2的阈值电压称为Vth(MP2)。电压VDIS是低于电压VPS且高于晶体管MP2的阈值电压的大小的电压。

开关电路33包括晶体管MP3、MN3、电阻R31和电流源I3。晶体管MP3是P沟道型的MOSFET。晶体管MN3是N沟道型的MOSFET。

晶体管MP3的源极与结点N3连接。晶体管MP3的漏极与结点N2连接。电阻R31的一端与结点N3连接。晶体管MP3的栅极、电阻R31的另一端及晶体管MN3的漏极连接。晶体管MN3的栅极与控制电路10连接。电流源I3被连接成从晶体管MN3的源极向接地电压供给电流。

电阻R31的电阻值和电流源I3的电流值以使电阻R31的电阻值与电流源I3的电流值之积大于晶体管MP3的阈值电压的大小的方式设定。

开关电路34包括晶体管MP4、MN4和电阻R41、R42、R43。晶体管MP4是P沟道型的MOSFET。晶体管MN4是N沟道型的MOSFET。

晶体管MP4的源极与结点N2连接。晶体管MP4的漏极与端子PVOUT连接。电阻R41的一端与结点N2连接。晶体管MP4的栅极、电阻R41的另一端及电阻R42的一端连接。电阻R42的另一端、电阻R43的一端及晶体管MN4的漏极连接。电阻R43的另一端接地。晶体管MN4的源极接地。晶体管MN4的栅极与控制电路10连接。

电阻值r41、r42、r43分别被设定为满足以下的(3)式及(4)式。

|VH×(r41)/(r41+r42+r43)|＜|Vth(MP4)| (3)

|VDIS×(r41)/(r41+r42)|＞|Vth(MP4)| (4)

另外，将电阻R41、R42、R43各自的电阻值称为r41、r42、r43。将晶体管MP4的阈值电压称为Vth(MP4)。

另外，晶体管分别包括寄生二极管。在图1中，针对晶体管MNO1、MNO2、MP1记载了寄生二极管，但在其他的晶体管中省略了寄生二极管。寄生二极管在N沟道型的晶体管中以阳极与源极连接且阴极与漏极连接的方式设置。寄生二极管在P沟道型的晶体管中以阳极与漏极连接且阴极与源极连接的方式设置。

[1－2]动作

对半导体装置1的动作进行说明。首先，继续参照图1来说明开关电路31～34的动作。

对开关电路31的动作进行说明。开关电路31基于控制电路10的控制来执行连接动作或非连接动作。在开关电路31的连接动作中，控制电路10向晶体管MN1的栅极施加“H(高)”电位，使晶体管MN1导通。电流从结点N3经由电阻R11及导通状态的晶体管MN1向电流源I1流动。通过该电流在电阻R11两端之间产生电压，使得晶体管MP1导通。这样，开关电路31在连接动作中通过成为了导通状态的晶体管MP1将结点N1与结点N3连接。

在开关电路31的非连接动作中，控制电路10向晶体管MN1的栅极施加“L(低)”电位，使晶体管MN1截止。通过使晶体管MN1成为截止状态，由此切断在电阻R11中流动的电流，使电阻R11两端之间的电压消失，晶体管MP1截止。这样，开关电路31在非连接动作中通过成为了截止状态的晶体管MP1将结点N1与结点N3设为非连接。

对开关电路32的动作进行说明。开关电路32基于控制电路10的控制来执行连接动作或非连接动作。在开关电路32的连接动作中，控制电路10向晶体管MN2的栅极施加“H”电位，使晶体管MN2导通。由于成为了导通状态的晶体管MN2将电阻R23短路，因此晶体管MP2的栅极电压成为将结点N1的电压由电阻R21及电阻R22分压后的值。根据前述的式(2)，若结点N1的电压为电压VDIS以上，则晶体管MP2成为导通状态。这样，开关电路32在连接动作中通过成为了导通状态的晶体管MP2将结点N1与端子PVIN连接。

在开关电路32的非连接动作中，控制电路10向晶体管MN2的栅极施加“L”电位，使晶体管MN2截止。通过使晶体管MN2成为截止状态，由此晶体管MP2的栅极电压成为将结点N1的电压由电阻R21、R22、R23分压后的值。根据前述的式(1)，若结点N1的电压为电压VH以下，则晶体管MP2成为截止状态。这样，开关电路32在非连接动作中通过成为了截止状态的晶体管MP2将结点N1与端子PVIN设为非连接。

对开关电路33的动作进行说明。开关电路33基于控制电路10的控制来执行连接动作或非连接动作。在开关电路33的连接动作中，控制电路10向晶体管MN3的栅极施加“H”电位，使晶体管MN3导通。电流从结点N3经由电阻R31及导通状态的晶体管MN3向电流源I3流动。通过该电流在电阻R31两端之间产生电压，使晶体管MP3导通。这样，开关电路33在连接动作中通过成为了导通状态的晶体管MP3将结点N2与结点N3连接。

在开关电路33的非连接动作中，控制电路10向晶体管MN3的栅极施加“L”电位，使晶体管MN3截止。通过使晶体管MN3成为截止状态，由此切换在电阻R31中流动的电流，使电阻R31两端之间的电压消失，晶体管MP3截止。这样，开关电路33在非连接动作中通过成为了截止状态的晶体管MP3将结点N2与结点N3设为非连接。

对开关电路34的动作进行说明。开关电路34基于控制电路10的控制来执行连接动作或非连接动作。在开关电路34的连接动作中，控制电路10向晶体管MN4的栅极施加“H”电位，使晶体管MN4导通。由于成为了导通状态的晶体管MN4将电阻R43短路，因此晶体管MP4的栅极电压成为将结点N2的电压由电阻R41、R42分压后的值。根据前述的式(4)，若结点N2的电压为电压VDIS以上，则晶体管MP4成为导通状态。这样，开关电路34在连接动作中通过成为了导通状态的晶体管MP4将结点N2与端子PVOUT连接。

在开关电路34的非连接动作中，控制电路10向晶体管MN4的栅极施加“L”电位，使晶体管MN4截止。通过使晶体管MN4成为截止状态，由此晶体管MP4的栅极电压成为将结点N2的电压由电阻R41、R42、R43分压后的值。根据前述的式(3)，若结点N2的电压为电压VH以下，则晶体管MP4成为截止状态。这样，开关电路34在非连接动作中通过成为了截止状态的晶体管MP4将结点N2与端子PVOUT设为非连接。

对半导体装置1整体的动作进行说明。另外，将结点N1的电压称为VN1。将结点N2的电压称为VN2。将结点N3的电压称为VN3。将端子PVOUT的电压称为VOUT。接地电压GND为0V。

图2是表示第一实施方式的半导体装置的动作示例的时序图。在图2中，示出正在执行导通动作的半导体装置1接收到截止动作的指令CMD而从导通动作切换为截止动作的情形。在图2中示出电压VN1、电压VN2、电压VN3和电压VOUT。电压VN1用细的虚线表示，电压VN2用粗的虚线表示，电压VN3用单点划线表示，电压VOUT用实线表示。另外，在图2中示出晶体管MP1～MP4处于导通状态或者处于截止状态。各晶体管处于导通状态的期间用实线表示，各晶体管处于截止状态的期间用虚线表示。

在时刻t10，半导体装置1执行导通动作。在半导体装置1的导通动作中，控制电路10使电荷泵电路20输出电压VH。由此，电压VN3成为电压VH。另外，在半导体装置1的导通动作中，控制电路10使开关电路31、33执行连接动作，使开关电路32、34执行非连接动作。由此，晶体管MP1、MP3成为导通状态，晶体管MP2、MP4成为截止状态。由此，结点N1、N2分别与结点N3连接，电压VN1、VN2成为电压VH。由于端子PVIN的电压为电压VPS，电压VN1、VN2为电压VH，因此晶体管MNO1、MNO2成为导通状态，从端子PVIN向端子PVOUT输出电压VPS。由此，电压VOUT成为电压VPS。

在时刻t11，半导体装置1接收截止动作的指令CMD，开始截止动作。在半导体装置1的截止动作中，控制电路10使电荷泵电路20停止电压VH的输出。另外，在半导体装置1的截止动作中，控制电路10使开关电路31、33开始非连接动作，使开关电路34开始连接动作，并开始计时器的计时。

虽然开关电路31、33开始非连接动作，但晶体管MP1、MP3暂时维持导通状态。其理由如下。晶体管MP1具有栅极－漏极间电容。当经由该栅极－漏极间电容流动的电流经过电阻R11时，产生电压降。通过该电压降，晶体管MP1保持导通状态。同样，晶体管MP3具有栅极－漏极间电容。当经由该栅极－漏极间电容流动的电流经过电阻R31时，产生电压降。通过该电压降，晶体管MP3保持导通状态。因此，即便开关电路31、33开始非连接动作，晶体管MP1、MP3也会暂时维持导通状态。

开关电路34开始连接动作，晶体管MP4成为导通状态。由此，在时刻t11，晶体管MP1、MP3、MP4处于导通状态。

结点N1、结点N2及结点N3的电压经由导通状态的晶体管MP1、MP3、MP4向端子PVOUT放电。由此，在时刻t11以后，电压VN1、VN2、VN3从电压VH降低下去。

当电压VN1、VN2降低下去而变得比电压VPS与晶体管MNO1或晶体管MNO2的阈值电压的合计低时，晶体管MNO1、MNO2成为截止状态。当晶体管MNO1、MNO2成为截止状态时，电压VOUT降低下去。

在时刻t12，晶体管MP1从导通状态切换为截止状态。由此，结点N1与结点N3成为非连接，电压VN1的降低停止。在时刻t12以后，电压VN2、VN3、VOUT仍是降低下去。

在时刻t13，晶体管MP3从导通状态切换为截止状态。由此，结点N3与结点N2成为非连接，电压VN3的降低停止。在时刻t13以后，电压VN2、VOUT仍是降低下去，随后成为0V。

在时刻t14，控制电路10结束计时器的计时，使开关电路32开始连接动作。开关电路32开始连接动作，晶体管MP2成为导通状态。由此，结点N1与端子PVIN连接，结点N1的电压向端子PVIN放电。电压VN1在时刻t14以后降低至电压VPS。

[1－3]效果

根据以上所说明的第一实施方式的半导体装置1，能够在截止动作中使输出电压在短时间内成为0V。以下，对第一实施方式的半导体装置1的效果的详细情况进行说明。

第一实施方式的半导体装置1构成为，控制电路10使用计时器来管理使开关电路32开始连接动作的时机。这里，对包括不基于计时器进行时机管理而在接收到截止动作的指令CMD时使开关电路32开始连接动作的控制电路的比较例进行说明。

比较例的半导体装置1a相较于第一实施方式的半导体装置而言，不同点在于控制电路10a不进行基于计时器的时机管理。图3是表示比较例的半导体装置的动作示例的时序图。在图3中，示出正在执行导通动作的半导体装置1a接收到截止动作的指令CMD而从导通动作切换为截止动作的情形。在图3中，示出电压VN1、电压VN2、电压VN3和电压VOUT。电压VN1用细虚线表示，电压VN2用粗虚线表示，电压VN3用单点划线表示，电压VOUT用实线表示。另外，在图3中，示出晶体管MP1～MP4处于导通状态或者截止状态。各晶体管处于导通状态的期间用实线表示，各晶体管处于截止状态的期间用虚线表示。

在时刻t20，半导体装置1a执行导通动作。半导体装置1a的导通动作与半导体装置1的导通动作同样。

在时刻t21，半导体装置1a接收截止动作的指令CMD而开始截止动作。在半导体装置1a的截止动作中，控制电路10a使电荷泵电路20停止电压VH的输出。另外，在半导体装置1a的截止动作中，控制电路10a使开关电路31、33开始非连接动作，使开关电路32、34开始连接动作。

与半导体装置1同样地，在半导体装置1a中也是，即便开关电路31、33开始非连接动作，晶体管MP1、MP3也暂时维持导通状态。

开关电路32、34开始连接动作，晶体管MP2、MP4成为导通状态。由此，在时刻t21，晶体管MP1、MP2、MP3、MP4处于导通状态。

结点N1、结点N2、结点N3的电压经由导通状态的晶体管MP1、MP2、MP3、MP4向端子PVOUT、PVIN放电。由此，在时刻t21以后，电压VN1、VN2、VN3从电压VH降低下去。

当电压VN1、VN2降低下去而变得比电压VPS与晶体管MNO1或晶体管MNO2的阈值电压的合计低时，晶体管MNO1、MNO2成为截止状态。当晶体管MNO1、MNO2成为截止状态时，电压VOUT降低下去。

在时刻t22，晶体管MP1从导通状态切换为截止状态。由此，结点N1与结点N3成为非连接，电压VN1的降低停止。

在从时刻t22到时刻t23为止的期间，电压VN2、VN3、VOUT以比电压VPS低的电压稳定。这是由于晶体管MP2、MP3、MP4处于导通状态。具体而言，是由于电源PS经由导通状态的晶体管MP2、晶体管MP1的寄生二极管、导通状态的晶体管MP3、导通状态的晶体管MP4对电容负载CL进行充电。

在时刻t23，晶体管MP3从导通状态切换为截止状态。由此，结点N2与结点N3成为非连接，电源PS对电容负载CL进行充电的路径被切断。由此，在时刻t23以后，电压VN3维持其值，电压VN2、VOUT向0V降低下去。

这样，在没有进行基于计时器的时机控制的比较例的半导体装置1a中，当开始截止动作时，产生电源PS通过经由开关电路31、32、33、34的路径对电容负载CL进行充电的期间。在电源PS对电容负载CL进行充电的期间，电压VOUT的降低停止。因此，电压VOUT降低到0V所需的时间长。

而在第一实施方式的半导体装置1中，利用计时器对导通晶体管MP2的时机进行管理。在计时器的作用下，晶体管MP2在晶体管MP1、MP3成为截止状态之后从截止状态切换为导通状态。由此，电源PS通过经由开关电路31、32、33、34的路径对电容负载CL进行充电的情况被抑制。由此，在第一实施方式的半导体装置1中，电压VOUT不会在特定的电压下停滞地降低至0V。因此，就第一实施方式的半导体装置1而言，将电压VOUT降低至0V所需的时间缩短，能够使输出电压在短时间内成为0V。

另外，第一实施方式的半导体装置1能够抑制电源PS通过经由开关电路31、32、33、34的路径对电容负载CL进行充电。因此，能够抑制因充电电流导致的电路的劣化、破损。

[2]第二实施方式

第二实施方式的半导体装置的构成相对于第一实施方式的半导体装置而言在开关电路的构成和控制电路的动作上不同。以下，对第二实施方式的半导体装置1b中的与第一实施方式不同的点进行说明。

[2－1]构成

[2－1－1]半导体装置1b的构成

图4是用于说明第二实施方式的半导体装置的构成的一例的电路图。第二实施方式的半导体装置1b将在第一实施方式中说明了的半导体装置1的控制电路10置换为控制电路10b，且还包括开关电路35、36。

控制电路10b对半导体装置1b整体的动作进行控制来切换导通动作与截止动作。控制电路10b经由端子PEN从半导体装置1b的外部接收指令CMD。控制电路10b基于接收到的指令CMD来控制电荷泵电路20和开关电路31、32、33、34、35、36的动作。具体而言，控制电路10b在将半导体装置1b从截止动作切换为导通动作时，将开关电路31、33设为连接状态且将开关电路32、34、35、36设为非连接状态。控制电路10b在将半导体装置1b从导通动作切换为截止动作时，将开关电路32、34、35、36设为连接状态且将开关电路31、33设为非连接状态。

开关电路35基于控制电路10b的控制将电阻R11的一端与另一端之间设为连接或非连接。

开关电路36基于控制电路10b的控制将电阻R31的一端与另一端之间设为连接或非连接。

开关电路35包括晶体管MP5、MN5和电阻R51、R52、R53。晶体管MP5是P沟道型的MOSFET。晶体管MN5是N沟道型的MOSFET。

晶体管MP5的源极与结点N3连接。晶体管MP5的漏极与晶体管MP1的栅极连接。电阻R51的一端与结点N3连接。晶体管MP5的栅极、电阻R51的另一端及电阻R52的一端连接。电阻R52的另一端、电阻R53的一端及晶体管MN5的漏极连接。电阻R53的另一端接地。晶体管MN5的源极接地。晶体管MN5的栅极与控制电路10连接。

电阻值r51、r52、r53分别被设定为满足以下的(5)式及(6)式。

|VH×(r51)/(r51+r52+r53)|＜|Vth(MP5)| (5)

|VDIS×(r51)/(r51+r52)|＞|Vth(MP5)| (6)

另外，将电阻R51、R52、R53各自的电阻值称作r51、r52、r53。将晶体管MP5的阈值电压称作Vth(MP5)。

开关电路36包括晶体管MP6、MN6和电阻R61、R62、R63。晶体管MP6是P沟道型的MOSFET。晶体管MN6是N沟道型的MOSFET。

晶体管MP6的源极与结点N3连接。晶体管MP6的漏极与晶体管MP3的栅极连接。电阻R61的一端与结点N3连接。晶体管MP6的栅极、电阻R61的另一端及电阻R62的一端连接。电阻R62的另一端、电阻R63的一端及晶体管MN6的漏极连接。电阻R63的另一端接地。晶体管MN6的源极接地。晶体管MN6的栅极与控制电路10连接。

电阻值r61、r62、r63分别被设定为满足以下的(7)式及(8)式。

|VH×(r61)/(r61+r62+r63)|＜|Vth(MP6)| (7)

|VDIS×(r61)/(r61+r62)|＞|Vth(MP6)| (8)

另外，将电阻R61、R62、R63各自的电阻值称作r61、r62、r63。将晶体管MP6的阈值电压称作Vth(MP6)。

第二实施方式的半导体装置1b的其他构成与第一实施方式的半导体装置1同样。

[2－2]动作

对半导体装置1b的动作进行说明。首先，继续参照图4来说明开关电路35、36的动作。

说明开关电路35的动作。开关电路35基于控制电路10的控制来执行连接动作或非连接动作。在开关电路35的连接动作中，控制电路10向晶体管MN5的栅极施加“H”电位，使晶体管MN5导通。成为了导通状态的晶体管MN5将电阻R53短路，因此晶体管MP5的栅极电压成为将结点N3的电压由电阻R51、R52分压后的值。根据前述的式(6)，若结点N3的电压为电压VDIS以上，则晶体管MP5成为导通状态。这样，开关电路35在连接动作中通过成为了导通状态的晶体管MP5将晶体管MP1的源极与栅极连接。

在开关电路35的非连接动作中，控制电路10向晶体管MN5的栅极施加“L”电位，使晶体管MN5截止。通过使晶体管MN5成为截止状态，由此晶体管MP5的栅极电压成为将结点N3的电压由电阻R51、R52、R53分压后的值。根据前述的式(5)，若结点N3的电压为电压VH以下，则晶体管MP5成为截止状态。这样，开关电路35在非连接动作中通过成为了截止状态的晶体管MP5将晶体管MP1的源极与栅极设为非连接。

对开关电路36的动作进行说明。开关电路36基于控制电路10的控制来执行连接动作或非连接动作。在开关电路36的连接动作中，控制电路10向晶体管MN6的栅极施加“H”电位，使晶体管MN6导通。成为了导通状态的晶体管MN6将电阻R63短路，因此晶体管MP6的栅极电压成为将结点N3的电压由电阻R61、R62分压后的值。根据前述的式(8)，若结点N3的电压为电压VDIS以上，则晶体管MP6成为导通状态。这样，开关电路36在连接动作中通过成为了导通状态的晶体管MP6将晶体管MP3的源极与栅极连接。

在开关电路36的非连接动作中，控制电路10向晶体管MN6的栅极施加“L”电位，使晶体管MN6截止。通过使晶体管MN6成为截止状态，由此晶体管MP6的栅极电压成为将结点N3的电压由电阻R61、R62、R63分压后的值。根据前述的式(7)，若结点N3的电压为电压VH以下，则晶体管MP6成为截止状态。这样，开关电路36在非连接动作中通过成为了截止状态的晶体管MP6将晶体管MP3的源极与栅极设为非连接。

对半导体装置1b整体的动作进行说明。

图5是表示第二实施方式的半导体装置的动作示例的时序图。在图5中，示出正在执行导通动作的半导体装置1b接收到截止动作的指令CMD而从导通动作向截止动作切换的情景。在图5中，示出电压VN1、电压VN2、电压VN3和电压VOUT。电压VN1用细虚线表示，电压VN2用粗虚线表示，电压VN3用单点划线表示，电压VOUT用实线表示。另外，在图5中，示出晶体管MP1～MP6处于导通状态或者处于截止状态。各晶体管处于导通状态的期间用实线表示，处于截止状态的期间用虚线表示。

在时刻t30，半导体装置1b执行导通动作。在半导体装置1b的导通动作中，控制电路10b使电荷泵电路20输出电压VH。由此，电压VN3成为电压VH。另外，在半导体装置1的导通动作中，控制电路10b使开关电路31、33执行连接动作，使开关电路32、34、35、36执行非连接动作。由此，晶体管MP1、MP3成为导通状态，晶体管MP2、MP4成为截止状态。由此，结点N1、N2分别与结点N3连接，电压VN1、VN2成为电压VH。由于端子PVIN的电压为电压VPS且电压VN1、VN2为电压VH，因此晶体管MNO1、MNO2成为导通状态，从端子PVIN向端子PVOUT输出电压VPS。由此，电压VOUT成为电压VPS。

在时刻t31，半导体装置1b接收截止动作的指令CMD而开始截止动作。在半导体装置1b的截止动作中，控制电路10b使电荷泵电路20停止电压VH的输出。另外，在半导体装置1b的截止动作中，控制电路10b使开关电路31、33开始非连接动作，使开关电路32、34、35、36开始连接动作。

由于开关电路31开始非连接动作且开关电路35开始连接动作，由此晶体管MP1立刻成为截止状态。具体而言，成为了导通状态的晶体管MP5将晶体管MP1的栅极－源极间短路，由此使晶体管MP1成为截止状态。同样，由于开关电路33执行非连接动作且开关电路36执行连接动作，由此晶体管MP3立刻成为截止状态。具体而言，成为了导通状态的晶体管MP6将晶体管MP3的栅极－源极间短路，由此使晶体管MP3成为截止状态。

开关电路32、34也开始连接动作，晶体管MP2、MP4成为导通状态。由此，在时刻t31，晶体管MP2、MP4、MP5、MP6处于导通状态。

结点N1的电压经由导通状态的晶体管MP2向端子PVIN放电。由此，在时刻t31以后，电压VN1向电压VPS降低下去。

结点N2的电压经由导通状态的晶体管MP4向端子PVOUT放电。由此，在时刻t31以后，电压VN2向0V降低下去。

另外，由于晶体管MP1、MP3处于截止状态，因此电压VN3维持电压VH。

当电压VN1、VN2降低下去而变得比电压VPS与晶体管MNO1或晶体管MNO2的阈值电压的合计低时，晶体管MNO1、MNO2成为截止状态。当晶体管MNO1、MNO2成为截止状态时，电压VOUT向0V降低下去。

[2－3]效果

根据以上所说明的第二实施方式的半导体装置1b，在截止动作中，能够使输出电压在短时间内成为0V。以下，对第二实施方式的半导体装置1b的效果的详细情况进行说明。

第二实施方式的半导体装置1b包括开关电路35、36。在半导体装置1b的截止动作中，开关电路35、36将晶体管MP1、MP4的栅极－源极间短路，由此使晶体管MP1、MP3立刻成为截止状态。由此，电源PS通过经由开关电路31、32、33、34的路径对电容负载CL进行充电的情况被抑制。由此，在第二实施方式的半导体装置1b中，电压VOUT不会在特定的电压下停滞地降低至0V。因此，就第二实施方式的半导体装置1b而言，将电压VOUT降低至0V所需的时间缩短，能够使输出电压在短时间内成为0V。

另外，第二实施方式的半导体装置1b中电源PS通过经由开关电路31、32、33、34的路径对电容负载CL进行充电被抑制。因此，能够抑制因充电电流导致的电路的劣化、破损。

[3]第三实施方式

第三实施方式的半导体装置的构成相对于第一实施方式的半导体装置而言在开关电路的构成和控制电路的动作上不同。以下，对第三实施方式的半导体装置1c中的与第一实施方式不同的点进行说明。

[3－1]构成

[3－1－1]半导体装置1c的构成

图6是用于说明第三实施方式的半导体装置的构成的一例的电路图。第三实施方式的半导体装置1c具有将在第一实施方式中说明了的半导体装置1的控制电路10置换为控制电路10c且将开关电路31置换为开关电路31a的构成。

控制电路10c控制半导体装置1c整体的动作来切换导通动作与截止动作。控制电路10c经由端子PEN从半导体装置1c的外部接收指令CMD。控制电路10c基于接收到的指令CMD来控制电荷泵电路20和开关电路31a、32、33、34的动作。具体而言，控制电路10c在将半导体装置1c从截止动作切换为导通动作时，将开关电路31a、33设为连接状态且将开关电路32、34设为非连接状态。控制电路10c在将半导体装置1c从导通动作向截止动作切换时，将开关电路32、34设为连接状态且将开关电路31a、33设为非连接状态。

开关电路31a基于控制电路10c的控制来将结点N1与结点N3之间设为连接或非连接。

开关电路31a包括晶体管MP1、MP7、MN1、电阻R11和电流源I1。晶体管MP1、MP7是P沟道型的MOSFET。晶体管MN1是N沟道型的MOSFET。

晶体管MP1的源极与结点N3连接。晶体管MP1的漏极与晶体管MP7的漏极连接。晶体管MP7的源极与结点N1连接。电阻R11的一端与结点N3连接。晶体管MP1的栅极、晶体管MP7的栅极、电阻R11的另一端及晶体管MN1的漏极连接。晶体管MN1的栅极与控制电路10c连接。电流源I1被连接成从晶体管MN1的源极向接地电压供给电流。

电阻R11的电阻值和电流源I1的电流值以电阻R11的电阻值与电流源I1的电流值之积大于晶体管MP1的阈值电压的大小或者晶体管MP7的阈值电压的大小的方式设定。

第三实施方式的半导体装置1c的其他构成与第一实施方式的半导体装置1同样。

[3－2]动作

对半导体装置1c的动作进行说明。

首先，继续参照图6来说明开关电路31a的动作。开关电路31a基于控制电路10c的控制来执行连接动作或非连接动作。在开关电路31a的连接动作中，控制电路10c向晶体管MN1的栅极施加“H”电位，使晶体管MN1导通。电流从结点N3经由电阻R11及导通状态的晶体管MN1向电流源I1流动。通过该电流而在电阻R11两端之间产生电压，晶体管MP1、MP7导通。这样，开关电路31a在连接动作中通过成为了导通状态的晶体管MP1、MP7将结点N1与结点N3连接。

在开关电路31a的非连接动作中，控制电路10c向晶体管MN1的栅极施加“L”电位，使晶体管MN1截止。通过使晶体管MN1成为截止状态，由此切断在电阻R11中流动的电流，电阻R11两端之间的电压消失，晶体管MP1、MP7截止。这样，开关电路31a在非连接动作中通过成为了截止状态的晶体管MP1、MP7将结点N1与结点N3设为非连接。

对半导体装置1c整体的动作进行说明。

图7是表示第三实施方式的半导体装置的动作示例的时序图。在图7中，示出正在执行导通动作的半导体装置1c接收到截止动作的指令CMD而从导通动作向截止动作切换的情形。在图7中，示出电压VN1、电压VN2、电压VN3和电压VOUT。电压VN1用细虚线表示，电压VN2用粗虚线表示，电压VN3用单点划线表示，电压VOUT用实线表示。另外，在图7中，示出晶体管MP1、MP2、MP3、MP4、MP7处于导通状态或者处于截止状态。各晶体管处于导通状态的期间用实线表示，处于截止状态的期间用虚线表示。

在时刻t40，半导体装置1c执行导通动作。在半导体装置1c的导通动作中，控制电路10c使电荷泵电路20输出电压VH。由此，电压VN3成为电压VH。另外，在半导体装置1c的导通动作中，控制电路10c使开关电路31a、33执行连接动作，使开关电路32、34执行非连接动作。由此，晶体管MP1、MP7、MP3成为导通状态，晶体管MP2、MP4成为截止状态。由此，结点N1、N2分别与结点N3连接，电压VN1、VN2成为电压VH。由于端子PVIN的电压为电压VPS且电压VN1、VN2为电压VH，因此晶体管MNO1、MNO2成为导通状态，从端子PVIN向端子PVOUT输出电压VPS。由此，电压VOUT成为电压VPS。

在时刻t41，半导体装置1c接收截止动作的指令CMD，执行截止动作。在半导体装置1c的截止动作中，控制电路10c使电荷泵电路20停止电压VH的输出。另外，在半导体装置1c的截止动作中，控制电路10c使开关电路31a、33开始非连接动作，使开关电路32、34开始连接动作。

与半导体装置1同样地，在半导体装置1c中也是，即便开关电路31a、33开始非连接动作，晶体管MP1、MP7、MP3也暂时维持导通状态。

开关电路32、34开始连接动作，晶体管MP2、MP4成为导通状态。由此，在时刻t41，晶体管MP1、MP2、MP3、MP4、MP7处于导通状态。

结点N1、结点N2、结点N3的电压经由导通状态的晶体管MP1、MP2、MP3、MP4、MP7向端子PVOUT、PVIN放电。由此，在时刻t41以后，电压VN1、VN2、VN3从电压VH降低下去。

当电压VN1、VN2降低下去而变得比电压VPS与晶体管MNO1或晶体管MNO2的阈值电压的合计低时，晶体管MNO1、MNO2成为截止状态。当晶体管MNO1、MNO2成为截止状态时，电压VOUT降低下去。

在时刻t42，晶体管MP1、MP7从导通状态切换为截止状态。由此，结点N1与结点N3成为非连接。由于晶体管MP1的寄生二极管与晶体管MP7的寄生二极管反向连接，因此不产生经由晶体管MP1、MP7的寄生二极管的电流。

在时刻t43，晶体管MP3从导通状态切换为截止状态。由此，结点N3与结点N2成为非连接，电压VN3的降低停止。以后，电压VN3维持其值，电压VN2、VOUT向0V降低下去。

[3－3]效果

根据以上所说明的第三实施方式的半导体装置1c，在截止动作中，能够使输出电压在短时间内成为0V。以下，对第三实施方式的半导体装置1c的效果的详细情况进行说明。

第三实施方式的半导体装置1c包括开关电路31a。以使寄生二极管成为反向的方式串联连接的晶体管MP1、MP7抑制电流经由该寄生二极管进行流动。由此，电源PS通过经由开关电路31a、32、33、34的路径对电容负载CL进行充电的情况被抑制。由此，在第三实施方式的半导体装置1c中，电压VOUT不会在特定的电压下停滞地降低为0V。因此，就第三实施方式的半导体装置1c而言，电压VOUT降低至0V所需的时间缩短，能够使输出电压在短时间内成为0V。

另外，第三实施方式的半导体装置1c中，电源PS通过经由开关电路31a、32、33、34的路径对电容负载CL进行充电的情况被抑制。因此，能够抑制因充电电流导致的电路的劣化、破损。

[4]变形例等

在上述实施方式中，以作为负载开关的半导体装置由一个IC芯片构成的情况为例进行了说明。负载开关也可以通过组合多个部件、例如组合栅极驱动器的IC芯片与晶体管的封装体来构成。图8是用于说明变形例的半导体装置的构成的一例的电路图。半导体装置1d是向负载供给电力的负载开关。半导体装置1d包括半导体装置100和晶体管MNO1a、MNO2a。

半导体装置100是驱动晶体管MNO1a、MNO2a各自的栅极的栅极驱动器。半导体装置100例如是IC芯片。半导体装置100相对于在第一实施方式中说明了的半导体装置1而言，具有不包括晶体管MNO1、MNO2但还包括端子PN1、PN2的构成。端子PN1、PN2是半导体装置100的输出端子。端子PN1与结点N1连接。端子PN2与结点N2连接。半导体装置100的其他构成与在第一实施方式中说明了的半导体装置1同样。

晶体管MNO1a、MNO2a分别是N沟道型的MOSFET。晶体管MNO1a、MNO2a例如是与半导体装置100独立封装的半导体元件。晶体管MNO1a的源极与端子PVIN连接。晶体管MNO1a的栅极与端子PN1连接。晶体管MNO2a的漏极与晶体管MNO1a的漏极连接。晶体管MNO2a的源极与端子PVOUT连接。晶体管MNO2a的栅极与端子PN2连接。

这样，在通过组合多个部件来构成负载开关的情况下，也能够获得与上述实施方式同样的效果。

在上述实施方式中，以包括电容负载及电阻负载来作为半导体装置供给电力的负载的情况为例进行了说明。半导体装置供给电力的负载的构成不限定于在上述实施方式中所示的示例。半导体装置供给电力的负载例如也可以是个人计算机、智能手机等信息处理终端，还可以是电池的充电装置。

在本说明书中，“开关元件的第一端”与MOSFET的源极或漏极对应。“开关元件的第二端”与MOSFET的漏极或源极对应。

在本说明书中，“连接”表示电连接的情况，并不除外例如经由其他元件来连接的情况。另外，就“电连接”而言，只要能够与电连接了的情况同样地动作，则还可以经由绝缘体来连接。另外，在说明书中，“导通状态”表示向对应的晶体管的栅极施加该晶体管的阈值电压以上的电压的情况。“截止状态”表示向对应的晶体管的栅极施加小于该晶体管的阈值电压的电压的情况，并不除外例如晶体管的漏电流那样微小的电流流动的情况。

说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为示例来提示的，不意在限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形式实施，可以在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (7)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：

第一端子；

第二端子；

第一晶体管，其包括与第一结点连接的第一端和与所述第一端子连接的第二端；

第二晶体管，其包括与第二结点连接的第一端和与所述第二端子连接的第二端；

第三晶体管，其包括与被供给第一电压的第三结点连接的第一端和与所述第一结点连接的第二端；

第四晶体管，其包括与所述第三结点连接的第一端和与所述第二结点连接的第二端；以及

控制电路，其对所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管及所述第四晶体管进行控制，

在所述第一电压向所述第三结点的供给停止时，所述控制电路将所述第二晶体管从截止状态设为导通状态，将所述第三晶体管及所述第四晶体管从导通状态设为截止状态，在经过第一期间后，将所述第一晶体管从截止状态设为导通状态。

2.一种半导体装置，其特征在于，具备：

第一端子；

第二端子；

第一晶体管，其包括与第一结点连接的第一端和与所述第一端子连接的第二端；

第二晶体管，其包括与第二结点连接的第一端和与所述第二端子连接的第二端；

第三晶体管，其包括与被供给第一电压的第三结点连接的第一端和与所述第一结点连接的第二端；

第四晶体管，其包括与所述第三结点连接的第一端和与所述第二结点连接的第二端；

第五晶体管，其包括与所述第三结点连接的第一端和与所述第三晶体管的栅极连接的第二端；以及

第六晶体管，其包括与所述第三结点连接的第一端和与所述第四晶体管的栅极连接的第二端。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，还具备：

第一电阻，其包括与所述第三结点连接的第一端和与所述第三晶体管的所述栅极连接的第二端；

第七晶体管，其包括与所述第三晶体管的所述栅极连接的第一端；

第二电阻，其包括与所述第三结点连接的第一端和与所述第四晶体管的所述栅极连接的第二端；以及

第八晶体管，其包括与所述第四晶体管的所述栅极连接的第一端。

4.一种半导体装置，其特征在于，具备：

第一端子；

第二端子；

第一晶体管，其包括与第一结点连接的第一端和与所述第一端子连接的第二端；

第二晶体管，其包括与第二结点连接的第一端和与所述第二端子连接的第二端；

第三晶体管，其包括与所述第一结点连接的第一端；

第四晶体管，其包括与被供给第一电压的第三结点连接的第一端、与所述第三晶体管的第二端连接的第二端、以及与所述第三晶体管的栅极连接的栅极；以及

第五晶体管，其包括与所述第三结点连接的第一端和与所述第二结点连接的第二端。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，还具备：

第一N型晶体管，其包括与所述第一端子连接的第一端和与所述第一结点连接的栅极；以及

第二N型晶体管，其包括与所述第二端子连接的第一端、与所述第一N型晶体管的第二端连接的第二端、以及与所述第二结点连接的栅极。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，还具备：

第三端子，其与所述第一结点连接；以及

第四端子，其与所述第二结点连接。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

还具备电荷泵电路，该电荷泵电路构成为生成所述第一电压，且将所生成的所述第一电压向所述第三结点输出。