JP2002299569A - スイッチング用mosトランジスタの保護回路 - Google Patents

スイッチング用mosトランジスタの保護回路

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JP2002299569A
JP2002299569A JP2001095263A JP2001095263A JP2002299569A JP 2002299569 A JP2002299569 A JP 2002299569A JP 2001095263 A JP2001095263 A JP 2001095263A JP 2001095263 A JP2001095263 A JP 2001095263A JP 2002299569 A JP2002299569 A JP 2002299569A
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Japan
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mos transistor
switching
protection circuit
shutdown
switching mos
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JP2001095263A
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English (en)
Inventor
Takaaki Saito
孝昭 斎藤
Atsuya Ushida
敦也 牛田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチング用MOSトランジスタのスイッチ
ング速度を早くする。 【解決手段】本発明はスイチング用MOSトランジスタ
のゲート電極にディプレッション形MOSトランジスタ
のドレイン・ソース電極路を直列に接続し、前記スイッ
チング用MOSトランジスタのゲート電極とアース間に
保護用MOSトランジスタのドレイン・ソース電極路を
接続し、過熱保護回路からの過熱検出電圧又は過電流保
護回路からの過電流検出電圧で前記シャットダウン用M
OSトランジスタをONし、スイッチング用MOSトラ
ンジスタをOFFさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速スイッチング
動作を可能にしたスイッチング用MOSトランジスタの
保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング用MOSトランジスタのゲ
ート電極に入力電流の制限用として、ポリシリコン又は
拡散にて作り込んだ電流制限抵抗を設ける保護機能付パ
ワーMOSトランジスタは良く知られている。
【0003】図4は従来のスイッチング用MOSトラン
ジスタの保護回路の回路図である。スイッチング用MO
Sトランジスタ1のゲート電極には前述したポリシリコ
ン又は拡散にて作り込んだ電流制限抵抗2が接続されて
いる。さらに前記電流制限抵抗2の他端は入力端子3に
接続され、スイッチング入力信号が加えられる。
【0004】前記スイッチング用MOSトランジスタ1
のゲート電極とアース間にはシャットダウン用MOSト
ランジスタ4のドレイン・ソース電極路が接続されてお
り、前記シャットダウン用MOSトランジスタ4のゲー
ト電極には過熱保護回路5よりのシャットダウン信号が
加えられる。
【0005】前記スイッチング用MOSトランジスタの
保護回路は上述した構成をなしており、入力端子3にス
イッチング入力電流が加えられると電流制限抵抗2を介
してスイッチング用MOSトランジスタ1のゲート電極
に加えられる。一方正常状態では過熱保護回路5からは
シャットダウン信号が加えられていないので、前記シャ
ットダウン用MOSトランジスタ4はオフしている。
【0006】従って前記スイッチング入力信号がスイッ
チング用MOSトランジスタ1のゲート電極に加えられ
ると、該スイッチング用MOSトランジスタ1はオン
し、出力端子6に接続された負荷回路(図示せず)に動
作電流を供給する。
【0007】何らかの原因で前記負荷回路が過熱状態に
なると、過熱保護回路5からシャットダウン信号が発生
し、シャットダウン用MOSトランジスタ4をオンさせ
る。すると今まで入力端子3からスイッチング用MOS
トランジスタ1に供給されていたスイッチング入力信号
が前記シャットダウン用MOSトランジスタ4を介して
アースされるので、前記スイッチング用MOSトランジ
スタ1はオフして熱破壊されるのを防止する。
【0008】図5に示すように、前記電流制限抵抗2の
抵抗値を大きくしていくとスイッチング時間が大きくな
る電流制限抵抗の抵抗値とスイッチング時間がトレード
オフの関係になる。一方低消費電力で熱破壊防止のため
には5KΩ程度の抵抗値とする必要があるので、このと
きのスイッチングタイムは数十μsとなり、約1KHz
の動作周波数となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、入力端
子とスイッチング用MOSトランジスタのゲート電極間
には熱破壊防止用の抵抗を接続する必要があるが、従来
はポリシリコン又は拡散にて作り込んだ電流制限抵抗を
設けていたため、スイッチングタイムを短くできず、ま
た集積回路化するのに手間がかかりコストが高騰した。
【0010】また、従来よりスイッチングタイムを短く
し、且つ低コストの製造を可能とするため、MOSトラ
ンジスタと抵抗、コンデンサ及びダイオードのみで回路
構成することは知られているが、前記MOSトランジス
タのON/OFF動作をさせるチャージポンプ回路を必
要とし、回路構成が複雑となった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明はスイッチングM
OSトランジスタのゲート電極にゲート電圧が零ボルト
でもドレイン電流が流れるディプレッション形MOSト
ランジスタのドレイン・ソース電極路を直列に接続し、
電流制限を行うスイッチング用MOSトランジスタの保
護回路を提供するものである。
【0012】又本発明はスイチング用MOSトランジス
タのゲート電極にディプレッション形MOSトランジス
タのドレイン・ソース電極路を直列に接続し、前記スイ
ッチング用MOSトランジスタのゲート電極とアース間
に保護用MOSトランジスタのドレイン・ソース電極路
を接続し、過熱保護回路からの過熱検出電圧又は過電流
保護回路からの過電流検出電圧で前記シャットダウン用
MOSトランジスタをONし、スイッチング用MOSト
ランジスタをOFFさせるスイッチング用MOSトラン
ジスタの保護回路を提供するものである。
【0013】さらに本発明は前記スイッチング用MOS
トランジスタ及びシャットダウン用トランジスタを共に
Nチャンネル又はPチャンネルのMOSトランジスタで
形成したスイッチング用MOSトランジスタの保護回路
を提供するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明のスイッチング用MOSト
ランジスタの保護回路を図1から図3を参照し説明す
る。
【0015】図1は本発明のスイッチング用MOSトラ
ンジスタの保護回路の回路図である。Nチャンネルのス
イッチング用MOSトランジスタ10はON/OFF
し、出力端子11に接続された負荷回路(図示せず)に
動作電流を供給・非供給する。前記スイッチング用MO
Sトランジスタ10のゲート電極と入力端子12間には
Nチャンネルのディプレッション形MOSトランジスタ
13のドレイン・ソース電極路が接続されている。
【0016】図2に示すように、前記ディプレション形
MOSトランジスタ13では立上り電圧Voに対するし
きい電圧VtをVt<0にしている。即ちディプレッシ
ョン形MOS13はゲート電極の真下の基板のごく表面
を、P形からN形に変えておくことにより、ゲート電極
に加わるゲート電圧VGが0Vになっても伝導電子が存
在し、ドレイン電流IDが流れる。
【0017】前記スイッチング用MOSトランジスタ1
0のゲート電極とアース間にはNチャンネルのシャット
ダウン用MOSトランジスタ14のドレイン・ソース電
極が接続されている。前記スイッチング用MOSトラン
ジスタ10とディプレッション形トランジスタ13及び
シャットダウン用MOSトランジスタ14は共にNチャ
ンネルのMOSFETで構成されている。
【0018】尚、前記スイッチング用MOSトランジス
タ10とシャットダウン用MOSトランジスタ14はエ
ンハンスメント形MOSトランジスタで構成されしてい
る。また前記スイッチング用MOSトランジスタ10と
シャットダウン用MOSトランジスタ14はNチャンネ
ルのMOSFETで構成したが、PチャンネルのMOS
FETで構成してもよい。
【0019】過熱保護回路15は前記負荷回路が何等か
の原因により異常に過熱されると、シャットダウン信号
を発生する。前記発生されたシャットダウン信号はオア
回路17を介してディプレッションMOSトランジスタ
13のゲート電極に加えられると共に、インバータ16
を介してシャットダウン用MOSトランジスタ14のゲ
ート電極に加えられる。
【0020】同様に過電流保護回路18は前記負荷回路
が何等かの原因により過電流が流れると、シャットダウ
ン信号を発生する。前記発生されたシャットダウン信号
はオア回路17を介してディプレッションMOSトラン
ジスタ13のゲート電極に加えられると共に、インバー
タ16を介してシャットダウン用MOSトランジスタ1
4のゲート電極に加えられる。
【0021】本発明のスイッチング用MOSトランジス
タの保護回路は上述の回路構成をなしている。スイッチ
ング入力信号が入力端子12に加えられると、ディプレ
ッション形トランジスタ13のドレイン・ソース電極路
を介してスイッチング用MOSトランジスタ10のゲー
ト電極に加わり、該スイッチング用MOSトランジスタ
10をONし、負荷回路に動作電流を供給する。
【0022】前記ディプレッション形トランジスタ13
はゲート電圧が0ボルトでもOFF動作とならず高抵抗
を呈するので、前記スイッチング用MOSトランジスタ
10のゲ−ト電極にディプレッション形トランジスタ1
3のドレイン・ソース電極路を介してスイッチング入力
電流が加える。
【0023】図3はディプレッション形MOSトランジ
スタ13の素子サイズとスイッチング入力信号及びスイ
ッチタイムを示す特性図で、ディプレッション形MOS
トランジスタ13の素子サイズ(チャンネル巾)又はゲ
ート電圧が0Vの時の初期リーク電流の設定が大きくな
るにつれてスイッチング入力信号が大きくなり、またス
イッチタイムが小さくなることを示している。従ってス
イッチング入力信号の大きさとスイッチタイムを勘案し
てチップサイズを決めている。
【0024】何らかの原因で前記負荷回路が過熱状態又
は過電流状態になると、過熱保護回路15又は過電流保
護回路18からシャットダウン信号が発生する。前記シ
ャットダウン信号はインバータ16を介してシャットダ
ウン用MOSトランジスタ16のゲート電極に加わり、
該シャットダウン用MOSトランジスタ16をオンさせ
る。一方ディプレッション形MOSトランジスタ13の
ゲート電極にはドレイン・ソース電極路を高抵抗にする
ゲート電圧が加わる。
【0025】すると今まで入力端子12からスイッチン
グ用MOSトランジスタ10に供給されていたスイッチ
ング入力電流がディプレッション形MOSトランジスタ
13で減少され、且つ前記シャットダウン用MOSトラ
ンジスタ14を介してアースされるので、前記スイッチ
ング用MOSトランジスタ10はオフして熱破壊される
のを防止する。
【0026】
【発明の効果】本発明のスイッチング用MOSトランジ
スタの保護回路はスイッチングMOSトランジスタのゲ
ート電極にディプレッション形MOSトランジスタのド
レイン・ソース電極路を直列に接続したので、高速スイ
ッチング動作を可能にした。
【0027】又、ディプレッション形MOSトランジス
タを用いたので、MOSトランジスタをONさせるた
め、チャージポンプしてゲートラインのMOSトランジ
スタを動作させる必要がなくなり、コンデンサ等を削減
できペレットサイズを小さく出来る。
【0028】さらに前記スイッチング用MOSトランジ
スタ及びシャットダウン用MOSトランジスタを共にN
チャンネル又はPチャンネルのMOSトランジスタで形
成したので、安価なプロセスを製造することが可能にさ
れた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスイッチング用MOSトランジスタの
保護回路の回路図である。
【図2】本発明のスイッチング用MOSトランジスタの
保護回路に用いたディプレッション形MOSトランジス
タのゲート電圧とドレイン電流の関係を示す特性図であ
る。
【図3】本発明のスイッチング用MOSトランジスタの
保護回路のスイッチング特性を示す特性図である。
【図4】従来のスイッチング用MOSトランジスタの保
護回路の回路図である。
【図5】従来のスイッチング用MOSトランジスタの保
護回路の抵抗とスイッチタイムとの関係を示す特性図で
ある。
【符号の説明】
10 スイッチング用MOSトランジスタ 12 入力端子 11 出力端子 13 ディプレッション形MOSトランジスタ 14 シャットダウン用MOSトランジスタ 15 過熱保護回路 18 過電流保護回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F038 BH07 BH16 BH20 EZ20 5F048 AB06 AC02 CC09 CC15 CC18

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング用MOSトランジスタのゲ
    ート電極にディプレッション形MOSトランジスタのド
    レイン・ソース電極路を直列に接続したことを特徴とす
    るスイッチング用MOSトランジスタの保護回路。
  2. 【請求項2】 スイチング用MOSトランジスタのゲー
    ト電極にディプレッション形MOSトランジスタのドレ
    イン・ソース電極路を直列に接続し、前記スイッチング
    用MOSトランジスタのゲート電極とアース間にシャッ
    トダウン用MOSトランジスタのドレイン・ソース電極
    路を接続し、過熱保護回路からの過熱検出電圧もしくは
    過電流保護回路からの過電流検出電圧で前記シャットダ
    ウン用MOSトランジスタをONし、前記ディプレッシ
    ョン形MOSトランジスタを高抵抗状態とし、スイッチ
    ング用MOSトランジスタをOFFさせることを特徴と
    するスイッチング用MOSトランジスタの保護回路。
  3. 【請求項3】 前記スイッチング用MOSトランジスタ
    及びシャットダウン用MOSトランジスタを共にNチャ
    ンネルのMOSトランジスタで形成したことを特徴とす
    る請求項2記載のスィッチング用MOSトランジスタの
    保護回路。
  4. 【請求項4】 前記スイッチング用MOSトランジスタ
    及びシャットダウン用MOSトランジスタを共にPチャ
    ンネルのMOSトランジスタで形成したことを特徴とす
    る請求項2記載のスィッチング用MOSトランジスタの
    保護回路。
  5. 【請求項5】 前記スイッチング用MOSトランジスタ
    及びシャットダウン用MOSトランジスタをエンハンス
    メント形MOSトランジスタで形成したことを特徴とす
    る請求項2記載のスイッチング用MOSトランジスタの
    保護回路。
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