JP2001168286A - 過熱保護機能付き半導体装置の制御回路 - Google Patents

過熱保護機能付き半導体装置の制御回路

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置が破壊される可能性を軽減できる
過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を提供するこ
と。 【解決手段】 過熱保護機能付き半導体装置の制御回路
は、ワンチップ上に半導体素子３３と過熱保護手段３４
〜３７とを搭載した加熱保護機能付き半導体装置３を制
御するために、制御手段１と出力状態検出手段５とを備
えている。制御手段１は、半導体素子３３にＰＷＭ制御
信号を供給する。出力状態検出手段５は、加熱保護手段
３４〜３７の過熱保護動作時に加熱保護機能付き半導体
装置３の出力異常状態を検出する。制御手段１は、出力
状態検出手段５からの検出出力を所定の監視タイミング
で監視し、検出出力が所定回数または所定時間の間継続
して発生した場合は、半導体素子３３への上記ＰＷＭ制
御信号の供給を停止するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過熱保護機能付き
半導体装置の制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来の過熱保護機能付き半導体
装置の制御回路の一例を示す回路図である。制御回路
は、マイクロコンピュータ１と、増幅回路２と、過熱保
護機能付き半導体装置３と、負荷４とから構成される。
【０００３】マイクロコンピュータ１は、過熱保護機能
付き半導体装置３の制御を行うための制御信号、たとえ
ばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を内部生
成して（または、図示しない外部信号源から取り込ん
で）、出力ポートＰ１から出力する。
【０００４】増幅回路２は、トランジスタ２１，２２，
２３，２４と抵抗２５，２６，２７，２８，２９，３
０，３１，３２からなるプッシュプル型増幅回路であ
る。
【０００５】過熱保護機能付き半導体装置３は、この実
施の形態では過熱保護機能付きＭＯＳＦＥＴであり、ワ
ンチップ上に搭載された、ＭＯＳＦＥＴ３３と、ＭＯＳ
ＦＥＴ３３のゲートとゲート端子Ｇ間に接続されたゲー
ト抵抗３４と、ソース端子ＳとＭＯＳＦＥＴ３３のソー
ス間に接続された温度検出回路３５と、温度検出回路３
５の温度検出出力をラッチするラッチ回路３６と、ＭＯ
ＳＦＥＴ３３のゲートとソース間に接続されラッチ回路
３６の出力で制御されるゲート遮断回路３７とから構成
されている。ＭＯＳＦＥＴ３３のドレインは、＋Ｂ電源
に接続されたドレイン端子Ｄに接続され、ソースはソー
ス端子Ｓに接続されている。
【０００６】半導体装置３の過熱保護機能は、ゲート抵
抗３４と、温度検出回路３５と、ラッチ回路３６と、ゲ
ート遮断回路３７との協動により行われる。
【０００７】負荷４は、たとえば、車両においてターン
シグナルを示すウインカ（フラッシャ）に利用されるラ
ンプである。
【０００８】上述の構成において、マイクロコンピュー
タ１の出力ポートＰ１からＰＷＭ制御信号が出力され、
増幅回路２で増幅され、抵抗３２を介して過熱保護機能
付き半導体装置３のゲート端子Ｇに供給される。
【０００９】通常動作状態では、ゲート端子Ｇに供給さ
れたＰＷＭ信号により、ＭＯＳＦＥＴ３３がオン／オフ
動作して、そのソースに増幅されたＰＷＭ制御信号が生
じ、ソース端子Ｓを介して負荷４に供給される。負荷４
は、供給されたＰＷＭ制御信号により点滅点灯するよう
に駆動される。
【００１０】一方、負荷４のショート等の異常状態が発
生すると、その発生後に最初に到来するＰＷＭ制御信号
により、ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン、ソース間に大電
流が流れ、それによりチップの温度が上昇する。このチ
ップの温度上昇は、温度検出回路３５で検出され、検出
出力がラッチ回路３６に供給される。次いで、ラッチ回
路３６の出力はゲート遮断回路３７に供給される。ゲー
ト遮断回路３７は、ラッチ回路３６の出力で制御され、
ＭＯＳＦＥＴ３３のゲート入力を遮断するように保護動
作する。したがって、ＭＯＳＦＥＴ３３に大電流が流れ
なくなり、チップの温度が下降する。
【００１１】上述の保護動作後、次に到来するＰＷＭ制
御信号の立ち上がり電圧で、ラッチ回路３６及びゲート
遮断回路３７は解除される。そのため、再びＭＯＳＦＥ
Ｔ３３のドレインとソース間に大電流が流れ、チップの
温度が再度上昇する。このチップの温度上昇は、温度検
出回路３５で検出され、その検出出力によりラッチ回路
３６及びゲート遮断回路３７が再び保護動作する。以下
同様に、ＰＷＭ制御信号が立ち上がる毎に保護動作が行
われる。
【００１２】その結果、図４に示すように、マイクロコ
ンピュータ１から増幅回路２を介して供給されるＰＷＭ
制御信号によるＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧の立ち上
がり時間をｔG(ON) とし、ゲート電圧が立ち下がる時間
をｔG(OFF)とすると、正常動作時は、ソース電圧波形
は、ゲート電圧波形と同じになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、負荷４のショ
ート時には、ソース電圧波形は、保護動作のたびに立ち
上がり時間ｔG(ON) から次第に短くなるタイミングで立
ち下がる波形となる。
【００１４】そして、加熱保護機能は、チップの構造
上、保護動作回数に限界があるため、ＰＷＭ制御信号が
印加された状態で負荷４のショートが起こった場合、数
十秒から数分でＭＯＳＦＥＴが破壊されてしまうことが
あった。
【００１５】そこで、本発明は、上述の課題に鑑み、半
導体装置が破壊される可能性を軽減できる過熱保護機能
付き半導体装置の制御回路を提供することを目的とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記した目的にかんがみ
て、請求項１記載の発明の過熱保護機能付き半導体装置
の制御回路は、ワンチップ上に半導体素子３３と過熱保
護手段３４〜３７とを搭載した加熱保護機能付き半導体
装置３の制御回路であって、上記半導体素子３３にＰＷ
Ｍ制御信号を供給する制御手段１と、上記加熱保護手段
３４〜３７の過熱保護動作時に上記加熱保護機能付き半
導体装置３の出力異常状態を検出する出力状態検出手段
５とを備え、上記制御手段１は、上記出力状態検出手段
５からの検出出力を所定の監視タイミングで監視し、上
記検出出力が所定回数または所定時間の間継続して発生
した場合は、上記半導体素子３３への上記ＰＷＭ制御信
号の供給を停止するように制御することを特徴とする。
【００１７】請求項１記載の発明によれば、過熱保護機
能付き半導体装置の制御回路は、ワンチップ上に半導体
素子３３と過熱保護手段３４〜３７とを搭載した加熱保
護機能付き半導体装置３を制御するために、制御手段１
と出力状態検出手段５とを備えている。制御手段１は、
半導体素子３３にＰＷＭ制御信号を供給する。出力状態
検出手段５は、加熱保護手段３４〜３７の過熱保護動作
時に加熱保護機能付き半導体装置３の出力異常状態を検
出する。制御手段１は、出力状態検出手段５からの検出
出力を所定の監視タイミングで監視し、検出出力が所定
回数または所定時間の間継続して発生した場合は、半導
体素子３３への上記ＰＷＭ制御信号の供給を停止するよ
うに制御する。
【００１８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路において、
前記半導体素子３３はＭＯＳＦＥＴであり、前記過熱保
護手段は、温度検出回路３５、ラッチ回路３６及びゲー
ト手段回路３７を含むことを特徴とする
【００１９】請求項２記載の発明によれば、半導体素子
３３はＭＯＳＦＥＴであり、過熱保護手段は、温度検出
回路３５、ラッチ回路３６及びゲート手段回路３７を含
む。
【００２０】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路に
おいて、前記制御手段１は、前記ＰＷＭ制御信号の立ち
上がり時間ｔG(ON) プラス所定の時間ｔｓ（ただし、ｔ
ｓ＜ｔG(OFF)（前記ＰＷＭ制御信号の立ち下がり時間）
−ｔG(ON) ）ごとの前記監視タイミングで、定期的に前
記出力状態検出手段５からの検出出力を監視することを
特徴とする。
【００２１】請求項３記載の発明によれば、制御手段１
は、ＰＷＭ制御信号の立ち上がり時間ｔＧ（ＯＮ）プラ
ス所定の時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔG(OFF)（前記ＰＷ
Ｍ制御信号の立ち下がり時間）−ｔG(ON) ）ごとに、定
期的に出力状態検出手段５からの検出出力を監視する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００２３】図１は、本発明に係る過熱保護機能付き半
導体装置の制御回路の実施の形態を示す回路図である。
【００２４】図１の制御回路は、回路構成上は、図３に
示す従来の制御回路と同一構成に加えて、出力状態検出
手段としての出力状態検出部５を備え、その検出出力を
制御手段としてのマイクロコンピュータ１の入力ポート
Ｐ２に供給する構成を有することを特徴とする。出力状
態検出部５は、過熱保護機能付き半導体装置３のソース
端子と、マイクロコンピュータ１の入力ポートＰ２の間
に接続された抵抗５１と、過熱保護機能付き半導体装置
３のソース端子と接地の間に接続された抵抗５２とから
なる。
【００２５】また、図１の制御回路は、制御上は、所定
の監視タイミング、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲー
ト電圧のｔG(ON) プラス所定時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜
ｔG( OFF)−ｔG(ON) ）ごとに、ＭＯＳＦＥＴ３３の出力
電圧、すなわちソース電圧を出力状態検出部５で検出
し、その出力状態がハイレベル（ＨＩ）にあるかまたは
ローレベル（ＬＯ）にあるかに基づいて加熱保護機能が
動作しているか否かを、マイクロコンピュータ１で検出
することが特徴である。所定時間ｔｓは、好適には、ｔ
G(OFF)−ｔG(ON) にできるだけ近い時間に設定される。
【００２６】以下、本発明の動作について詳述する。マ
イクロコンピュータ１の出力ポートＰ１から出力された
ＰＷＭ制御信号が、増幅回路２で増幅され、ＭＯＳＦＥ
Ｔ３３のゲートに供給されて、ＰＷＭ制御が行われてい
る時、マイクロコンピュータ１は、連続するＰＷＭ制御
信号の立ち上がりと立ち下がりに対して、立ち上がり時
間ｔG(ON) ＋所定時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔG(OFF)−
ｔG(ON) ）ごとに監視タイミングで、ＭＯＳＦＥＴ３３
の出力電圧、すなわちソース電圧を出力状態検出部５で
検出する。
【００２７】図２に示すように、ソース電圧は、負荷４
の状態が正常であれば、ＰＷＭ制御信号によるＭＯＳＦ
ＥＴ３３のゲート電圧の各々の立ち上がり時間ｔG(ON)
で立ち上がり、各々の立ち下がり時間ｔG(OFF)で立ち下
がり、ゲート電圧と同一の波形となる。したがって、マ
イクロコンピュータ１により、各立ち上がりからｔG(
ON) ＋ｔｓの監視タイミングで、出力状態検出部５から
の検出出力に基づいてソース出力状態を検出すると、Ｈ
Ｉ（すなわち、論理１）になる。
【００２８】一方、負荷４に異常、たとえばショートが
生じ、ＭＯＳＦＥＴ３３が過熱保護手段としての温度検
出回路３５、ラッチ回路３６及びゲート遮断回路３７の
協動により加熱遮断されると、ＭＯＳＦＥＴ３３のソー
ス電圧は、図２に示すように、保護動作のたびにゲート
電圧の立ち上がり時間ｔG(ON) から次第に短くなるタイ
ミングで立ち下がる波形となる。したがって、マイクロ
コンピュータ１により、各立ち上がりからｔG(ON) ＋ｔ
ｓの監視タイミングで、出力状態検出部５からの検出出
力に基づいてソース出力状態を検出すると、ＬＯ（すな
わち、論理０）になる。
【００２９】そして、マイクロコンピュータ１は、各監
視タイミングにおいて、連続してｍ回またはｎ秒間の間
ソース出力状態がＬＯ（すなわち、論理０）であること
を検出すると、出力ポートＰ１にＰＷＭ制御信号を送ら
ず、ＭＯＳＦＥＴ３３のＰＷＭ制御を停止する。上述の
ｍ回またはｎ秒は、ＭＯＳＦＥＴ３３の破壊を十分に回
避できる回数または時間に設定される。
【００３０】その結果、ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン、
ソース間に電流が流れなくなり、温度上昇によるＭＯＳ
ＦＥＴ３３の破壊が防止される。
【００３１】また、マイクロコンピュータ１は、上述の
ように、定期的にソース出力状態を監視しておけば、Ｐ
ＷＭ制御信号のＨＩ，ＬＯ（論理１，０）とソース出力
状態のＨＩ，ＬＯ（論理１，０）とを比較することによ
り、過熱保護機能付き半導体装置の動作状態を検出する
ことができる。
【００３２】すなわち、ＰＷＭ制御信号が０かつソース
出力状態が０であるか、またはＰＷＭ制御信号が１かつ
ソース出力状態が１であれば、マイクロコンピュータ１
は、正常動作状態と判定する。また、ＰＷＭ制御信号が
０かつソース出力状態が１であれば、マイクロコンピュ
ータ１は、ＭＯＳＦＥＴ３３が破壊状態にあると判定す
る。さらに、ＰＷＭ制御信号が１かつソース出力状態が
０であれば、マイクロコンピュータ１は、過熱保護機能
の作動状態にあると判定する。
【００３３】このように、ＰＷＭ制御時の過熱保護機能
付き半導体装置３の動作状態を検出することにより、Ｍ
ＯＳＦＥＴ３３が破壊される可能性が大幅に軽減され
る。したがって、過熱保護機能付き半導体装置３が車両
のランプ駆動のために利用された場合は、本発明は、車
両火災の防止にも寄与する。
【００３４】以上の通り、本発明の実施の形態について
説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用
が可能である。
【００３５】たとえば、マイクロコンピュータ１は、Ｐ
ＷＭ制御信号以外の制御信号による制御時でも、定期的
にソース出力状態を監視しておけば、ＭＯＳＦＥＴ３３
の状態（破壊または過熱保護作動）を検出することがで
きる。
【００３６】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、過熱保護
機能付き半導体装置が破壊される可能性が大幅に軽減さ
れる。また、車両のために利用された場合は、車両火災
の防止にも寄与する。
【００３７】また、請求項２記載の発明によれば、ＭＯ
ＳＦＥＴが破壊される可能性が大幅に軽減される。
【００３８】また、請求項３記載の発明によれば、監視
タイミングを適切に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る過熱保護機能付き半導体装置の制
御回路の実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャートを示す。
【図３】従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路
の実施の形態を示す回路図である。
【図４】図１の制御回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャートを示す。
【符号の説明】
１ マイクロコンピュータ（制御手段） ２ 増幅回路 ３ 過熱保護機能付き半導体装置 ４ 負荷 ５ 出力状態検出部（出力状態検出手段） ３３ ＭＯＳＦＥＴ（半導体素子） ３５ 温度検出回路（過熱保護手段の一部） ３６ ラッチ回路（過熱保護手段の一部） ３７ ゲート遮断回路（過熱保護手段の一部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｈ 5/04 Ｈ０１Ｌ 27/08 １０２Ｆ 7/20 Ｈ０３Ｋ 17/08 Ｆターム(参考） 5F038 AZ08 BH07 BH16 DF04 DF07 EZ20 5F048 AB10 AC07 AC10 CC08 CC18 5G004 AA04 AB02 BA03 BA04 DA04 DB04 DC12 EA01 5G053 AA01 AA02 AA14 BA04 BA07 CA02 EA01 EA03 EB02 EC03 5J055 AX15 AX32 AX36 AX55 AX64 BX16 CX22 CX28 DX13 DX22 DX53 DX54 EX04 EX06 EX11 EX23 EY01 EY17 EZ07 EZ23 EZ31 EZ39 FX05 FX06 FX08 FX18 FX31 FX32 GX01 GX04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワンチップ上に半導体素子と過熱保護手
    段とを搭載した加熱保護機能付き半導体装置の制御回路
    であって、 上記半導体素子にＰＷＭ制御信号を供給する制御手段
    と、 上記加熱保護手段の過熱保護動作時に上記加熱保護機能
    付き半導体装置の出力異常状態を検出する出力状態検出
    手段とを備え、 上記制御手段は、上記出力状態検出手段からの検出出力
    を所定の監視タイミングで監視し、上記検出出力が所定
    回数または所定時間の間継続して発生した場合は、上記
    半導体素子への上記ＰＷＭ制御信号の供給を停止するよ
    うに制御することを特徴とする過熱保護機能付き半導体
    装置の制御回路。
  2. 【請求項２】 前記半導体素子はＭＯＳＦＥＴであり、 前記過熱保護手段は、温度検出回路、ラッチ回路及びゲ
    ート遮断回路を含むことを特徴とする請求項１記載の過
    熱保護機能付き半導体装置の制御回路。
  3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記ＰＷＭ制御信号の
    立ち上がり時間ｔG( ON) プラス所定の時間ｔｓ（ただ
    し、ｔｓ＜ｔG(OFF)（前記ＰＷＭ制御信号の立ち下がり
    時間）−ｔG(ON) ）ごとの前記監視タイミングで、定期
    的に前記出力状態検出手段からの検出出力を監視するこ
    とを特徴とする請求項１または２記載の過熱保護機能付
    き半導体装置の制御回路。
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