CN1930677A - 半导体集成电路装置及使用其的开关电源装置 - Google Patents
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Abstract
提出了一种半导体集成电路装置，具有：输出部分，经由开关元件从电压输出端子通过电压输出线向外部输出预定电压；以及控制部分，基于从外部向信号输入线或信号输入端子输入的控制信号执行预定控制，所述信号输入线或信号输入端子设置成与电压输出线或电压输出端子相邻。为获得即使当电压输出端子和与其相邻的端子短路时也要避免击穿的高可靠性的半导体集成电路装置，提出了一种电压检测部分，检测输入到信号输入线或信号输入端子的高于基准电压的电压，并且将所得到的信号作为电压检测信号提供给输出部分，并且当电压检测信号提供给输出部分时输出部分断开开关元件。
Description
背景技术
图6是示意地示出了传统的半导体集成电路装置的配置的电路方框图。在图6中，参考数字90代表了半导体集成电路装置(此后，IC代表集成电路)。IC 90由以下部分构成：输出电压Vout的电压输出端子91；接收控制信号S0的信号输入端子92；连接在直流电源Vpp(例如50V)和电压输出端子91之间的P沟道MOS(金属氧化物半导体)晶体管93；驱动电路97，基于通过连接端子98由外部提供的信号驱动MOS晶体管93；以及控制部分94，基于控制信号S0执行预定的控制。MOS晶体管93的漏极连接到直流电源Vpp，其源极连接到电压输出端子91，以及其栅极连接到驱动电路97。
控制部分94具有NPN晶体管95，其放大控制信号S0，然后把放大的信号提供给内部控制电路96。NPN晶体管95的基极连接到信号输入端子92，其集电极连接到内部控制电路96，以及其发射极连接到地。作为根据控制信号S0的H(高)/L(低)电平使NPN晶体管95导通/截止的结果，将控制信号S0传输到内部控制电路96。响应于如此传输的控制信号S0，内部控制电路96执行预定的控制，并经由连接端子99将所得到的控制输出输出到外部。将控制部分94的击穿电压例如设置为7V。
当如上所述配置的IC 90通过焊接到基板在基板上实现时，将电压输出端子91和信号输入端子92在IC 90封装外缘设置成彼此相邻的设置方式有可能引起电压输出端子91和信号输入端子92之间的焊料桥接。或者，在长期使用后，外界物质例如灰尘可能粘在电压输出端子91和信号输入端子92之间。假设，例如，这种外界物质具有导电性或者出现了焊料桥接，也就是，电压输出端子91和信号输入端子92几乎被外界物质或焊料桥接这样的导电材料80短路。然后，当MOS晶体管93导通时，高电压(例如50V)经由信号输入端子92施加到包括NPN晶体管95的控制部分94上。这可能引起由具有低击穿电压(例如7V)的元件构建的控制部分94的电压击穿。
为了避免发生短路时击穿控制部分94，可以采取以下措施。可以将控制部分94的击穿电压设为等于或高于直流电源Vpp的电压；或者，通过在信号输入端子92附加电压箝位元件100，如Zener二极管，并从而钳制施加到控制部分94的电压，使其不能变得等于或高于预定电压，由此来提供过压保护。
在另一种传统技术中，提出了一种半导体集成电路装置，当用升压电路检测到高电压时，该装置停止升高提供给输出晶体管栅极的信号电压，以避免击穿输出晶体管(例如，参见专利文献1)。
专利文献1：JP-A-2000-003591
发明内容
本发明要解决的问题
然而，使控制部分94的击穿电压等于或高于直流电源Vpp的电压，必须将控制部分94的所有组成元件替换为具有更高击穿电压的同类元件。这不利地增加了成本。另一方面，通过给信号输入端子92附加例如Zener二极管的电压箝位元件100，确实有可能避免击穿控制部分94。然而，没有限制从MOS晶体管93经由导电材料80流到电压箝位元件100的电流的电流限制功能，这样的电流有可能引起包括MOS晶体管93和导电材料80在内的短路通路的导体等产生热量。这就很糟糕的引起IC 90本身的击穿，或者使得制作IC 90的基板等冒烟或着火。另外，具备电流限制功能的IC 90会产生热量，尽管没到冒烟或着火的程度，但是也需要不必要的能耗。
此外，在专利文献1中公开的传统技术中，具有如下问题。虽然当电源电压超过预定电压时，此技术可避免击穿输出晶体管，但是当输出晶体管及其相邻端子几乎短路、输出晶体管输出的高电压被施加到与相邻端子相连的控制电路等时，不能避免控制电路等击穿。
考虑到上述传统经验中的问题，本发明的目的是提出一种半导体集成电路装置及一种使用其的开关电源装置，该装置从电压输出端子经由开关元件向装置外部输出预定电压，并提供高可靠的半导体集成电路装置及使用其的开关电源装置，该装置避免了在电压输出端和相邻端子短路时被击穿。
解决问题的方式
为了达到上面的目的，根据本发明，提出了一种半导体集成电路装置，所述装置具有：输入布线，从外部连接到工作在第一电源电压下的输入电路；以及输出布线，引出到外部，与输入布线相邻，并且连接到工作在高于第一电源电压的第二电源电压下的开关元件的输出侧。这里，在检测到高于基准电压的电压输入到输入布线时，禁止从与输入布线相邻的输出布线所连接的开关元件的输出侧输出。利用这种配置，当输入布线和输出布线几乎短路时可以避免将第二电源电压施加到输入电路上。
根据本发明，提出了一种半导体集成电路装置，所述装置具有：输出部分，经由开关元件从电压输出端子向外部输出预定电压；以及控制部分，当从外部输入到电压输入端子的电压高于基准电压时，控制并断开所述开关元件。这里设置所述电压输入端子使其与所述电压输出端子相邻。利用这种配置，当电压输出端子和相邻的电压输入端子几乎短路时，可以避免从电压输出端子施加到电压输入端子的电压变得高于基准电压。
根据本发明，提出了一种半导体集成电路装置，所述装置具有：输出部分，从电压输出端子向外部平滑电路输出通过用开关元件切换直流电压获得的脉冲电压；以及控制部分，控制所述开关元件，使得基于所述平滑电路的输出电压的反馈电压变得等于基准电压，所述输出电压从外部输入到电压输入端子。这里，设置所述电压输入端子使其与所述电压输出端子相邻。利用这种配置，当电压输出端子和相邻的电压输入端子几乎短路时可以避免从电压输出端子施加到电压输入端子的脉冲电压变得高于基准电压。
根据本发明，提出了一种半导体集成电路装置，所述装置具有：输出部分，经由开关元件从电压输出端子通过电压输出线向外部输出预定电压；以及控制部分，基于从外部向信号输入线或信号输入端子输入的控制信号来执行预定的控制，所述信号输入线或信号输入端子被设置成与电压输出线或电压输出端子相邻。这里，设置了电压检测部分，检测输入到信号输入线或信号输入端子的、高于基准电压的电压，并且将所得到的电压作为电压检测信号提供给输出部分，并且当向输出部分提供电压检测信号时，输出部分断开开关元件。利用这种配置，当电压输出线或电压输出端子和相邻的信号输入线或信号输入端子几乎短路时，可以避免从电压输出线或电压输出端子施加到信号输入线或信号输入端子的电压变得高于基准电压。
优选地，例如，输出部分可以包括：驱动电路，产生用于驱动开关元件的驱动信号；以及逻辑门，对驱动信号和电压检测信号取“与”，然后将得到的输出提供给开关元件的控制端子。利用这种配置，在没有提供电压检测信号时，可以根据来自驱动电路的驱动信号闭合/断开开关元件；当提供电压检测信号时，可以不管来自驱动电路的驱动信号而断开开关元件。
优选地，例如，电压检测部分还可以包括：第一晶体管，在信号输入端子的电压高于基准电压时导通；以及第二晶体管，和第一晶体管一起构成电流镜电路，并且电压检测信号可以从用于上拉第二晶体管的电阻器与第二晶体管连接在一起的节点处输出。利用这种配置，通过根据信号输入端子的电压改变电阻器和第二晶体管连接在一起的节点的电压，并用该电压作为电压检测信号，可以用简单的电路配置检测到信号输入端子的电压变得高于基准电压。
优选地，例如，电压检测部分还可以包括二极管，位于信号输入端子和第一晶体管之间的电流通路上，且由通过将二极管正向电压和第一晶体管的基极-发射极的电压相加所得到的值可以等于基准电压。利用这种配置，可以容易地构成提供所需基准电压的电路。
根据本发明，提出了一种半导体集成电路装置，所述装置具有：输出部分，经由开关元件从电压输出端子向装置外部输出预定电压，所述开关元件基于外部控制装置提供的输出控制信号来闭合/断开；复位输入端子，从外部接收复位输入信号；以及控制部分，向外部控制装置提供复位输出信号，使外部控制装置在复位输入信号的电压高于基准电压时停止输出控制信号的输出操作。这里，设置复位输入端子使其与电压输出端子相邻。利用这种配置，即使当电压输出端子和相邻的复位输入端子几乎短路时，通过复位外部控制装置来停止外部控制信号的输出操作，可以避免从电压输出端子施加到复位输入端子的电压高于基准电压。
例如，通过设置开关元件的击穿电压高于控制部分的击穿电压，可以经由开关元件输出超过组成控制部分的元件的击穿电压的电压。
例如，通过使用如上所述配置的半导体集成电路装置的开关电源装置，即使在从中输出通过开关操作产生的脉冲电压的电压输出端子和与半导体集成电路装置控制部分相连接的相邻端子几乎短路时，可以避免向控制部分施加高于基准电压的电压。
发明效果
根据本发明，即使当彼此相邻的输入布线和输出布线几乎短路时，也不会向输入电路施加第二电源电压。因此，即使在第二电源电压超过输入电路的击穿电压时，无需增加输入电路的击穿电压或提供过压保护，就可以避免输入电路的电压击穿。这使得无需增加成本实现高可靠性的半导体集成电路装置成为可能。
根据本发明，即使当电压输出端子及其相邻的电压输入端子几乎短路时，可以避免向控制部分施加高于基准电压的电压。因此，即使当预定的电压超过控制部分的击穿电压，无需增加控制部分的击穿电压或通过给电压输入端子附加电压箝位元件等来提供过压保护，就可以避免控制部分的电压击穿。这使得无需增加成本实现高可靠性的半导体集成电路装置成为可能。
根据本发明，即使当电压输出端子和相邻的电压输入端子几乎短路时，也可以避免向控制部分施加高于基准电压的电压。因此，即使在从电压输出端子输出的脉冲电压超过控制部分的击穿电压时，无需增加控制部分的击穿电压或通过给电压输入端子附加电压箝位元件等来提供过压保护，也可以避免控制部分的电压击穿。这使得无需增加成本实现高可靠性的半导体集成电路装置成为可能。
根据本发明，即使当电压输出线或电压输出端子和相邻的信号输入线或信号输入端子几乎短路时，也可以避免向控制部分施加高于基准电压的电压。因此，即使当预定的电压超过控制部分的击穿电压时，无需增加控制部分的击穿电压或通过给电压输入端子附加电压箝位元件等来提供过压保护，也可以避免控制部分的电压击穿。这使得无需增加成本实现高可靠性的半导体集成电路装置成为可能。
根据本发明，即使当电压输出端子和相邻的复位输入端子在外部几乎短路时，也可以避免向施加控制部分高于基准电压的电压。因此，即使当预定的电压超过控制部分的击穿电压时，无需增加控制部分的击穿电压或通过给复位输入端子附加电压箝位元件等来提供过压保护，也可以避免控制部分的电压击穿。这使得无需增加成本实现高可靠性的半导体集成电路装置成为可能。
根据本发明，开关电源装置采用如上所述配置的半导体集成电路装置。因此，即使当从中输出由切换操作产生的脉冲电压的输出端子和与半导体集成电路装置控制部分相连接的端子几乎短路时，也可以避免向控制部分施加高于基准电压的电压。这使得实现具有防电压击穿的控制部分的高可靠性的开关电源成为可能。
附图说明
图1是示出了本发明第一实施例的半导体集成电路装置配置的电路方框图；
图2是示出了本发明第二实施例的调节器IC配置的电路方框图；
图3是示出了本发明第三实施例的半导体集成电路装置配置的电路方框图；
图4是示出了图3中所示的电压检测部分中所设置的电路块的实际示例的电路图；
图5是示出了本发明第四实施例的半导体集成电路装置配置的电路方框图；
图6是示出了传统半导体集成电路装置配置的电路方框图。
参考符号列表
1，10，60 IC(半导体集成电路装置)
2，12，62 电压输出端子
2a，12a，62a 输出布线
3 电压输入端子
3a，13a，63a 输入布线
4，14，40，64 输出部分
5，15，41，65 MOS晶体管(开关元件)
6，16，42，66 驱动电路
7，17，50，67 控制部分(输入电路)
8，18，68 比较器
9，19，51，69 基准电压源
11，29，39，59，61 电源端子
13，24，73 信号输入端子
21 与非门(逻辑门)
22 电压检测部分
23 电流镜电路
25 NPN晶体管
26，74 内部控制电路
27，28 连接端子
30 开关电源装置
31 调节器IC(半导体集成电路装置)
32 IN端子
33 SW端子(电压输出端子)
34 INV端子(电压输入端子)
35 FB端子
36 GND端子
37 平滑电路
38 相位滞后补偿电路
52 误差放大器
53 PWM比较器
54 振荡电路
63 复位输入端子
70 输出控制端子
71 复位输出端子
72 微型计算机(外部控制装置)
C1 平滑电容器
C2，C3，C4 电容器
D1，D11，D12 二极管
L1 线圈
R1，R2，R3，R11 分压电阻
Q1，Q2 NPN晶体管
Vcc 内部控制电源
Vdd 直流电源(第一电源电压)
Vpp 直流电源(第二电源电压)
Vref 基准电压
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。图1是示意性示出了本发明第一实施例的IC配置的电路方框图。图1中，参考数字1代表IC。IC 1包括：输出部分4，经由外部输出布线2a从电压输出端子2向外部输出电压Vout；和控制部分7，所述控制部分基于经由电压输入端子3从外部输入布线3a外部提供的外部输入或输出控制电压Vcnt控制输出部分4，并基于经由信号输入端子24提供的控制信号S5执行预定控制。
IC 1的相关部分运行在经由电源端子29提供给其中的直流电源Vdd(例如，5V)下。电压输出端子2和电压输入端子3在IC 1封装的外缘设置成彼此相邻，或者输出布线2a和输入布线3a设置成在沿着直线的某处彼此相邻。
输出部分4具有：P沟道MOS晶体管5，连接在具有高于直流电源Vdd的电压的直流电源Vpp(例如，50V)和电压输出端子2之间；以及驱动电路6，基于经由连接端子27外部提供的信号驱动MOS晶体管5。MOS晶体管5的漏极与直流电源Vpp相连接，其源极与电压输出端子2相连接，其栅极与驱动电路6相连接。
控制部分7具有NPN晶体管25，放大控制信号S5并将其提供给内部控制电路26。NPN晶体管25的基极连接到信号输入端子24，其集电极连接到内部控制电路26，其发射极接地。作为NPN晶体管25根据控制信号S5的H/L电平而导通/截止的结果，控制信号S5被传送到内部控制电路26。响应于所传送的控制信号，内部控制电路26执行预定控制，并且其控制输出经由连接端子28输出到外部。
控制部分7还具有比较器8和基准电压源9。比较器8的非反相输入端子(+)连接到电压输入端子3，并且其反相输入端子(-)连接到基准电压源9。比较器8的输出端子连接到驱动电路6的输入端子。比较器8比较提供给其非反相输入端子(+)的输出控制电压Vcnt和提供给其反相输入端子(-)的基准电压Vref(例如，2V)。在输出控制电压Vcnt高于基准电压Vref的情况下，比较器8输出H电平；在输出控制电压Vcnt低于基准电压Vref的情况下，它输出L电平。控制部分7的击穿电压被设置为，例如，7V。虽然在图1中输入布线3a连接到电压输入端子3，输入布线3a并不是必须要提供的。在正常使用下，只需简单地向电压输入端子3提供使比较器8输出L电平的输入电压。
驱动电路6缓冲比较器8的输出，然后将其输出到MOS晶体管5的栅极以便驱动MOS晶体管5。也就是，在比较器8的输出为H电平的情况下，MOS晶体管5截止；在比较器8的输出为L电平的情况下，MOS晶体管5导通。这里，当MOS晶体管5导通时，从电压输出端子2输出的电压Vout变得近似等于直流电源Vpp的电压(约50V)；当MOS晶体管5截止时，它变成0V。
在如上所述配置的IC 1中，为了处理类似前述传统示例的问题，在电压输出端子2和信号输入端子24之间设置了电压输入端子3或者输入布线3a。这使得电压输出端子2和信号输入端子24或输出布线2a和控制信号S5的输入布线较为不容易被诸如外界物质或焊料桥接的导电材料80短路。如果电压输出端子2和电压输入端子3短路，或者输出布线2a和输入布线3a沿线某处几乎短路，电压Vout经由电压输入端子3施加到控制部分7。然而，在那种情况下，电压输入端子3的电压，也就是比较器8的非反相输入端子(+)处的电压会变得高于基准电压Vref，并且比较器8输出H电平来截止MOS晶体管5。这避免了施加到电压输入端子3的电压Vout超过基准电压Vref。
因此，即使发生短路时也避免了控制部分7的电压击穿。此外，即使发生短路时，由于MOS晶体管5是截止的，不会有大电流流经导电材料80或者短路通路上的元件或布线。这就消除了导电材料80或者短路通路上的元件或布线产生热量并因此引起制作IC 1的基板等冒烟、着火、或引起不必要的能耗的可能性。
如上所述，尽管端子数目增加了，但是将电压输入端子3设置成与电压输出端子2相邻使得电压输出端子2和信号输入端子24因为之间的距离增加而较为不容易短路，另外，即使在电压输出端子2和与其相邻的端子几乎短路时，这样的设置也可以避免包括控制部分7的IC 1的电压击穿，而无需增加连接到相邻端子的控制部分7的击穿电压或通过给相邻端子附加电压箝位元件等来提供过压保护，从而提高了IC 1的可靠性。
图2是示出了采用了本发明第二实施例的IC的开关电源装置配置的电路方框图。在图2中，参考数字30代表开关电源装置。开关电源装置30包扩集成在一个芯片上的调节器IC 31和外部连接到调节器IC 31的大量外部元件。
调节器IC 31包括用于连接外部元件的五个端子、输出部分40、以及控制部分50。输出部分40包括P沟道MOS晶体管41和驱动MOS晶体管41的驱动电路42，并且控制部分50包括基准电压源51、误差放大器52、PWM比较器53、以及振荡电路54。
向IN端子32提供输入电压Vin(例如，50V)，并且在IN端子32和地之间，外部并联平滑电容器C1和噪声消除电容器C2。通过用MOS晶体管41切换输入电压Vin获得的脉冲电压Vpls从SW端子33输出，所述SW端子外部连接到平滑电路37。平滑电路37包括线圈L1、二极管(例如肖特基势垒二极管)D1、以及平滑电容器(例如电解电容器)C4。二极管D 1的负极和线圈L1的一端连接到SW端子33，线圈L1的另一端连接到平滑电容器C4的一端，并且平滑电容器C4的另一端和二极管D1的正极均接地。
线圈L1的另一端经由分压电阻器R1和R1的串联电路接地，并且将分压电阻器R1和R2连接到一起的节点连接到INV端子34。INV端子34连接到调节器IC 31内的误差放大器52的反相输入端子(-)。误差放大器52的非反相输入端子(+)连接到基准电压源51，并且误差放大器52的输出端子连接到PWM比较器53的反相输入端子(-)和FB端子35。在FB端子35和INV端子34之间，外接了包括串联的电容器C3和电阻器R3的相位滞后补偿电路38。
PWM比较器53的非反相输入端子(+)连接到振荡电路54的输出端子，PWM比较器53的输出端子连接到驱动电路42的输入端子。驱动电路42的输出端子连接到MOS晶体管41的栅极，MOS晶体管41的源极连接到IN端子32，并且其漏极连接到SW端子33。GND端子36接地以便确定调节器IC 31的参考电势。与IC 31相关的部分工作在从输入电压Vin得到的且低于输入电压Vin的直流电压(例如5V)下。设置控制部分50的击穿电压为例如7V。
接下来描述开关电源装置30的相关部分是如何工作的。输入电压Vin通过MOS晶体管41的开关操作转换为脉冲电压Vpls。当MOS晶体管41导通时，电流从IN端子32经由MOS晶体管41流向线圈L1。因此，在线圈L1中存储能量并且向平滑电容器C4充电。另一方面，当MOS晶体管41截止时，存储在线圈L1中的能量由极管D1导通且平滑电容器C4被充电。然后，将从平滑电容器C4输出的电压作为输出电压Vo提供给外部。
分压电阻器R1和R2将输出电压Vo分压，经由INV端子34将所得到的反馈电压Vadj输入到误差放大器52的反相输入端子(-)。然后，误差放大器52根据输入到其非反相输入端子(+)的基准电压Vref(例如，2V)和输入到其反相输入端子(-)的反馈电压Vadj之间的电压差输出误差信号。设置所述基准电压Vref为等于通过由分压电阻器R1和R2分压预定输出电压Vo得到的反馈电压Vadj。
将误差放大器52输出的误差信号输入到PWM比较器53的反相输入端子(-)。将来自振荡电路54的具有预定频率的三角波提供给PWM比较器53的非反相输入端子(+)。PWM比较器53比较其反相输入端子(-)的电压和其非反相输入端子(+)的电压。当非反相输入端子(+)的电压变为高于反相输入端子(-)的电压时，PWM比较器53向驱动电路42输出H(高)电平PWM信号；当反相输入端子(-)的电压变为高于非反相输入端子(+)的电压时，PWM比较器53向驱动电路42输出L(低)电平PWM信号。
驱动电路42向MOS晶体管41的栅极输出通过将来自PWM比较器53的PWM信号缓冲获得的输出信号，从而驱动MOS晶体管41。具体地，当PWM信号为H电平时，MOS晶体管41截止；当PWM信号为L电平时，MOS晶体管41导通。因此，驱动电路42输出脉冲信号，所述脉冲信号具有和振荡电路54的振荡频率一样的频率，并且所述脉冲信号的占空比基于来自误差放大器52的误差信号来确定。也就是说，占空比按如下方式控制：输出电压Vo在预定电压之上越高，PWM信号H电平的持续时间(也就是MOS晶体管41截止的持续时间)就越长；输出电压Vo在预定电压之下越低，PWM信号L电平的持续时间(也就是MOS晶体管41导通的持续时间)就越长。
对于较小且较轻的开关电源装置30，开关频率必须通过将振荡电路54的振荡频率设置在较高的频率来设置在较高的频率。这要求控制部分50中的控制元件等具有良好的频率特性。然而，如果使用具有良好频率特性的误差放大器52，此电路可能受振荡影响。为解决该问题，在FB端子35和INV端子34之间外接包括串联的电容器C3和电阻器R3的相位滞后补偿电路38，因此即使在使用具有良好频率特性的误差放大器52将开关频率设置为较高的频率时也可以避免电路的振荡。
如上所述，作为将反馈电压Vadj变得与基准电压Vref相等的反馈操作执行的结果，由于调节了PWM信号的占空比，将输出电压Vo基本上稳定地维持在预定电压。假设在该电路中INV端子34设置为与输出脉冲电压Vpls的SW端子33相邻。然后，由于类似那些在上面考虑的传统例子中的原因，在此开关电源装置30中，SW端子33和INV端子34可能被诸如外界物质或焊料桥接这样的导电材料80几乎短路。然而，在那种情况下，脉冲电压Vpls被施加到INV端子34，并且立刻调节MOS晶体管41的占空比使INV端子34的电压，也就是误差放大器52反相输入端子(-)的电压变得等于基准电压Vref。因此，施加到INV端子34的脉冲电压Vpls减小并从而避免超过基准电压Vref。
因此，即使在发生短路时，也可以避免控制部分50的电压击穿。此外，即使在发生短路时，不会有大电流流经导电材料80或者短路通路上的元件或者布线。这就消除了导电材料80或短路通路上的元件或布线产生热量并因此引起制作IC 31的基板等冒烟、着火、或引起多余能耗的可能性。
如上所述，将INV端子34设置为与SW端子33相邻使得即使当SW端子33和相邻的INV端子几乎短路时，也可以避免包括控制部分50的调节器IC 31的电压击穿，而无需增加连接到相邻INV端子的控制部分50的击穿电压或通过给INV端子附加电压箝位元件等来提供过压保护，并因此提高了调节器IC 31和开关电源装置30的可靠性。
图3是示意性表示本发明第三实施例中的IC配置的电路方框图。在图3中，参考数字10代表IC。IC 10包括：电源端子39，连接到直流电源Vdd(例如，5V)，其中IC 10的相关部分依赖于Vdd工作；电源端11，连接到具有比直流电源Vdd更高电压的另一个直流电源Vpp(例如，50V)；电压输出端12，通过外部输出布线12a输出电压Vout；信号输入端13，通过外部输入布线13a接收控制信号S1；输出部分14，配置在电源端11和电压输出端子12之间；控制部分17，基于控制信号S1执行用于实现IC 10功能的预定控制并控制驱动电路16；以及电压检测部分22。电压输出端子12和信号输入端子13在IC10的外缘设置成彼此相邻，或者输出布线12a和输入布线13a在沿着直线的某处设置成彼此相邻。控制部分17的击穿电压设为例如7V。
输出部分14包括：P沟道MOS晶体管15、产生用于驱动MOS晶体管15的驱动信号的驱动电路16、以及与非门21。MOS晶体管15的漏极连接到电源端子11，其源极连接到电压输出端子12，其栅极连接到与非门21的输出端子。与非门21的一个输入端子连接到驱动电路16，并且其另一个输入端子连接到设置在电压检测部分22中的比较器18的输出端子。
电压检测部分22具有比较器18和基准电压源19。比较器18的反相输入端子(-)连接到信号输入端子13，其非反相输入端子(+)连接到基准电压源19。比较器18的输出端子连接到与非门21的另一个输入端子。比较器18比较从信号输入端子13提供给其反相输入端子(-)的电压Vsig和提供给其非反相输入端子(+)的基准电压Vref(例如2V)。当电压Vsig高于基准电压Vref时，比较器18输出L电平；当电压Vsig低于基准电压Vref时，比较器18输出H电平。将电压Vsig高于基准电压Vref时输出的L电平作为电压检测信号提供给与非门21。
与非门21对比较器18的输出和从驱动电路16提供的驱动信号取“与”，然后在此对结果取反，然后输出所得的信号到MOS晶体管15的栅极以便驱动MOS晶体管15。也就是，在比较器18的输出为H电平的情况下，与非门21通过根据来自驱动电路16的驱动信号的电压电平输出个输出信号来导通/截止MOS晶体管15。另一方面，在比较器18的输出为L电平的情况下，与非门21不管来自驱动电路16的驱动信号的电压电平，输出H信号来截止MOS晶体管15。这里，当MOS晶体管15导通时，从电压输出端子12输出的电压Vout变得近似等于直流电源Vpp的电压(约50V)；当MOS晶体管15截止时，它变为0V。
如上所述配置的IC 10根据控制部分17的输出正常工作，以便导通/截止MOS晶体管15。另一方面，如前述传统例子的情况下，如果电压输出端子12和信号输入端子13几乎被外界物质或焊料桥接这样的导电材料80短路，或者输出布线12a和输入布线13a沿线某处几乎短路，经由信号输入端子13将电压Vout施加到控制部分17。这里，当信号输入端子13的电压Vsig，也就是比较器18反相输入端子(-)的电压变得高于基准电压Vref时，比较器18输出L电平来截止MOS晶体管15。这避免了施加到信号输入端子13的电压Vout超过基准电压Vref。
通过这样做，无需增加控制部分17的击穿电压或通过给信号输入端子13附加电压箝位元件等来提供过压保护。即使当从中输出的电压超过控制部分17击穿电压的电压输出端子12和相邻的信号输入端子13几乎短路时，也可以避免控制部分17的电压击穿，从而提高了IC 10的可靠性。此外，即使在发生这样的短路时，不会有大电流流经导电材料80或者短路通路上的元件或者布线。这就消除了导电材料80或者短路通路上的元件或者布线产生热量并因此引起制作IC 10的基板等冒烟、着火、或引起多余能耗的可能性。
另外，图3中所示的电压检测部分22可以包括图4所示的电路。图4是示出了在电压检测部分22中设置的电路块的实际示例的电路图。在图4中，同样出现在图3中的电路块用同样的参考数字来标识，且它们的说明将不再重复。图4中所示的电压检测部分22包括二极管D11和D12、电流镜电路23、内部控制电源Vcc、以及电阻器R11。
电流镜电路23包括一对NPN晶体管Q1和Q2，其基极被连接在一起且其发射极均接地。NPN晶体管Q1的集电极连接到其基极和二极管D12的负极。二极管D12的正极连接到二极管D11的负极，并且二极管D11的正极连接到信号输入端子13。
NPN晶体管Q2的集电极经由电阻器R11连接到内部控制电源Vcc。电阻器R11和NPN晶体管Q2连接到一起的节点处的电压，也就是NPN晶体管Q2的集电极电压提供给与非门21的输入端子。内部控制电源Vcc为直流电源，提供足够驱动逻辑门的电压。
接下来，将描述如上所述配置的电压检测部分22的操作。当信号输入端子13的电压Vsig变为高于通过将二极管D11和D12的正向电压和NPN晶体管Q1的基极-发射极电压相加得到的电压(例如2V)时，NPN晶体管Q1导通，预定的集电极电流流经NPN晶体管Q1。该集电极电流被镜像到NPN晶体管Q2，从而和流经NPN晶体管Q1的集电极电流一样大小的集电极电流流经NPN晶体管Q2。这里，NPN晶体管Q2的集电极电压等于接地电平，即L电平的电压。
另一方面，当电压Vsig低于通过将二极管D11和D12的正向电压和NPN晶体管Q1的基极-发射极电压相加得到的电压时，NPN晶体管Q1截止，NPN晶体管Q2也截止。这里，NPN晶体管Q2的集电极电压等于内部控制电源Vcc的电压，即H电平的电压。
如上所述，因为NPN晶体管Q2的集电极电压根据信号输入端子13的电压Vsig而改变，通过使用该电压作为电压检测信号，可以用简单的电路配置检测到信号输入端子13的电压Vsig变得高于基准电压(在本实施例中2V)。
图5是示意性示出了本发明第四实施例中IC配置的电路方框图。在图5中，参考数字60表示IC。IC 60包括：电源端子59，连接到作为IC 60相关部分工作电源的直流电源Vdd(例如5V)；电源端子61，连接到具有比直流电源Vdd更高电压的另一个直流电源Vpp(例如50V)；电压输出端子62，经由外部输出布线62a输出电压Vout；输出部分64，设置在电源端子61和电压输出端子62之间；以及输出控制端子70，从外部微型计算机72接收输出控制信号S2。
输出部分64包括P沟道MOS晶体管65和驱动MOS晶体管65的驱动电路66。MOS晶体管65的漏极连接到电源端61，其源极连接到电压输出端62，其栅极连接到驱动电路66的输出端。驱动电路66的输入端连接到输出控制端70。
驱动电路66通过输出控制端70缓冲微型计算机72提供的输出控制信号S2，然后将其输出到MOS晶体管65的栅极来驱动MOS晶体管65。也就是，在输出控制信号S2为H电平的情况下，MOS晶体管65截止；在输出控制信号S2为L电平的情况下，MOS晶体管65导通。这里，当MOS晶体管65导通时，从电压输出端子62输出的电压Vout变得近似等于直流电源Vpp的电压(约50V)；当MOS晶体管65截止时，它变成0V。
IC 60还包括：复位输入端子63，经由外部输入布线63a接收复位输入信号S3；控制部分67，在收到复位输入信号S3时产生复位输出信号S4并根据经由信号输入端子73所提供的控制信号S6控制驱动电路66；以及复位输出端子71，向微型计算机72输出复位输出信号S4。复位输入端子63在IC 60封装的外缘设置成与电压输出端子62相邻，或者输出布线62a和输入布线63a在沿着直线的某处设置成彼此相邻。控制部分67的击穿电压设置为例如7V。
控制部分67具有连接到信号输入端子73的内部控制电路74。内部控制电路74通过根据控制信号S6向驱动电路66提供H/L电平信号来控制MOS晶体管65的导通/截止。控制部分67还具有比较器68和基准电压源69。比较器68的非反相输入端子(+)连接到复位输入端子63，其反相输入(-)连接到基准电压源69。比较器68的输出端子连接到复位输出端子71。比较器68比较提供给其非反相输入端子(+)的复位输入信号S3的电压Vres和提供给其反相输入端子(-)的基准电压Vref(例如，2V)。在电压Vres高于基准电压Vref的情况下，比较器68输出H电平；在电压Vres低于基准电压Vref的情况下，比较器68输出L电平。
当复位输入信号S3的电压Vres高于基准电压Vref时，输出比较器68的H电平作为复位输出信号S4，经由复位输出端子71提供给微型计算机72。在收到复位输出信号S4后，微型计算机72执行复位操作并停止输出控制信号S2的输出操作。采用这种方式，通过用比较器68检查复位输入信号S3的电压来复位微型计算机72，就避免了当例如噪声的电压施加到复位输入端子63时微型计算机72意外的复位。另外，因为复位输入端子63设置为与电压输出端子62相邻，当电压输出端子62和相邻的端子意外短路时，微型计算机72很容易被电压输出端子62的电压复位，从而截止MOS晶体管65。采用这种方式，有可能避免异常状态的延续。
换句话说，通过这种结构，如前述传统例子的情况下，如果电压输出端子62和复位输入端子63几乎被外界物质或焊料桥接这样的导电材料80短路，或者输出布线62a和输入布线63a沿线某处几乎短路，电压Vout经由复位输入端子63施加到控制部分67，并且复位输入端子63的电压，也就是比较器68非反相输入端子(+)的电压变得高于基准电压Vref。然后，比较器18输出H电平从而复位微型计算机72。因此，停止输出控制信号S2的输出，并且MOS晶体管65截止。这避免了施加到复位输入端子63的电压Vout超过基准电压Vref。
因此，即使在出现短路时，也避免了控制部分67的电压击穿。此外，即使在发生短路时，不会有大电流流经导电材料80或者短路通路上的元件或者布线。这就消除了导电材料80或者短路通路上的元件或者布线产生热量并因此引起制作IC 60的基板等冒烟、着火、或引起多余能耗的可能性。
如上所述，通过将复位输入端子63设置为与电压输出端子62相邻，即使当电压输出端子62和相邻的端子几乎短路时，也消除了增加连接到相邻端子的控制部分67的击穿电压或通过给相邻端子附加电压箝位元件等来提供过压保护的需要。这样的设置能够避免包括控制部分67的IC 60的电压击穿，并因此提高了调节器IC 60的可靠性。
需要理解，本发明决不局限于上述实施例，而是可以采用上述实施例特别描述的以外的任何方式和本发明范畴内可能的各种改进来实现。例如，上述实施例针对P沟道MOS晶体管被用作开关元件来导通/截止直流电源电压供电的情况。然而，也可能用N通道MOS晶体管或者双极型晶体管来代替。虽然所有上述实施例都针对输出MOS晶体管设置在IC内部的情况，但是输出MOS晶体管也可以单独设置，且其输出端子可以设置为与输入端子相邻，所述输入端子连接到输出MOS晶体管的控制输入并被馈以输入信号来截止输出MOS晶体管。可选地，比较器可以是迟滞的或者可以和逻辑电路一样工作，以避免输出晶体管截止后直到电源恢复才导通。
工业应用性
如上所述，根据本发明，在经由电压输出端子输出预定电压的半导体集成电路装置以及使用该半导体集成电路装置的开关电源装置中，即使当电压输出端子和连接到控制部分的相邻端子几乎被外部短路时，也避免了将高于基准电压的电压施加到控制部分，并因此避免了控制部分的电压击穿。这使得无需增加成本就实现高可靠性的半导体集成电路装置以及使用该半导体集成电路装置的开关电源装置成为可能。这样的高可靠性的半导体集成电路装置以及使用该半导体集成电路装置的开关电源装置在要求高度可靠性的车载电子装置中具有有益的应用。
Claims (10)
1.一种半导体集成电路装置，包括：
输入布线，从外部连接到工作在第一电源电压下的输入电路；以及
输出布线，引出到外部，与所述输入布线相邻，并且连接到工作在高于所述第一电源电压的第二电源电压下的开关元件的输出侧，
其中，在检测到高于基准电压的电压输入到所述输入布线时，禁止从与所述输入布线相邻的所述输出布线所连接的所述开关元件的输出侧输出。
2.一种半导体集成电路装置，包括：
输出部分，经由开关元件从电压输出端子向外部输出预定电压；以及
控制部分，当从外部输入到电压输入端子的电压高于基准电压时，控制并断开所述开关元件，
其中，设置所述电压输入端子使其与所述电压输出端子相邻。
3.一种半导体集成电路装置，包括：
输出部分，从电压输出端子向外部平滑电路输出通过用开关元件切换直流电压获得的脉冲电压；以及
控制部分，控制所述开关元件，使得基于所述平滑电路的输出电压的反馈电压变得等于基准电压，所述输出电压从外部输入到电压输入端子，
其中，设置所述电压输入端子使其与所述电压输出端子相邻。
4.一种半导体集成电路装置，包括：
输出部分，经由开关元件从电压输出端子通过电压输出线向外部输出预定电压；以及
控制部分，基于从外部向信号输入线或信号输入端子输入的控制信号来执行预定的控制，所述信号输入线或信号输入端子被设置成与所述电压输出线或所述电压输出端子相邻，
其中，设置了电压检测部分，检测输入到所述信号输入线或信号输入端子的、高于基准电压的电压，并且将所得到的电压作为电压检测信号提供给所述输出部分，以及
其中，当向所述输出部分提供所述电压检测信号时，所述输出部分断开所述开关元件。
5.如权利要求4所述的半导体集成电路装置，
其中，输出部分包括：
驱动电路，产生用于驱动所述开关元件的驱动信号；
以及
逻辑门，对所述驱动信号和所述电压检测信号取“与”，然
后将得到的输出提供给所述开关元件的控制端子。
6.如权利要求4所述的半导体集成电路装置，
其中，所述电压检测部分包括：
第一晶体管，在所述信号输入端子的电压高于所述基准电压
时导通；以及
第二晶体管，和所述第一晶体管一起构成电流镜电路，以及
其中，所述电压检测信号从用于上拉所述第二晶体管的电阻器与所述第二晶体管连接在一起的节点处输出。
7.如权利要求6所述的半导体集成电路装置，
其中，所述电压检测部分还包括位于所述信号输入端子和所述第一晶体管之间的电流通路上的二极管，以及
其中，通过将所述二极管的正向电压和所述第一晶体管的基极-射极电压相加所获得的值等于所述基准电压。
8.一种半导体集成电路装置，包括：
输出部分，经由开关元件从电压输出端子向所述装置外部输出预定电压，所述开关元件基于外部控制装置提供的输出控制信号来闭合/断开；
复位输入端子，从外部接收复位输入信号；以及
控制部分，向所述外部控制装置提供复位输出信号，使所述外部控制装置在所述复位输入信号的电压高于基准电压时停止所述输出控制信号的输出操作，
其中，设置所述复位输入端子使其与所述电压输出端子相邻。
9.如权利要求1到8任一项所述的半导体集成电路装置，其中，所述开关元件的击穿电压高于所述控制部分的击穿电压。
10.一种开关电源装置，
其中，采用如权利要求3所述的半导体集成电路装置。
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