JP2006261143A - Thermal protection circuit and semiconductor integrated circuit device provided therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱保護回路を備えた半導体集積回路装置に関するものであり、特に、その熱保護機能の精度向上に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device provided with a thermal protection circuit, and more particularly to an improvement in accuracy of the thermal protection function.
従来より、電源装置やモータ駆動装置など、パワートランジスタを駆動する半導体集積回路装置(以下、IC[Integrated Circuit]と呼ぶ)の多くは、ICの異常温度上昇に起因するIC(特に、そのパワートランジスタ)の破壊を防止するための熱保護回路(いわゆるサーマルシャットダウン回路)を搭載して成る(例えば、本願出願人による特許文献1、2を参照)。
Conventionally, many of the semiconductor integrated circuit devices (hereinafter referred to as IC [Integrated Circuit]) for driving a power transistor such as a power supply device and a motor driving device are ICs (in particular, the power transistor) caused by an abnormal temperature rise of the IC. ) Is mounted (so-called thermal shutdown circuit) (see, for example,
なお、従来の熱保護回路は、一般に、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の順方向降下電圧やダイオードの順方向降下電圧が周囲温度に依存して変動するという特性を利用して、熱保護信号を生成する構成とされていた。 Conventional thermal protection circuits generally use a characteristic that the forward drop voltage between the base and emitter of a bipolar transistor or the forward drop voltage of a diode varies depending on the ambient temperature, and generates a thermal protection signal. It was supposed to be generated.
また、従来の熱保護回路は、一般に、閾値温度にヒステリシスを有する自動復帰式とされていた。その際、従来の熱保護回路は、図5に示すように、監視対象温度に応じた発熱検出電圧Vaと第1、第2閾値電圧Vth1、Vth2とを各々比較する第1、第2コンパレータA4、A5と、それらの出力信号によってセット/リセットされるラッチ回路A7(RSフリップフロップなど)と、を有して成り、ラッチ回路A7の出力を熱保護信号Stsdとすることで、閾値温度にヒステリシスを持たせる構成とされていた。
確かに、上記した従来の熱保護回路であれば、誤動作や過負荷によるICの異常発熱を検知・遮断して、ICの破壊を未然に防止することが可能である。 Certainly, with the above-described conventional thermal protection circuit, it is possible to detect and shut off abnormal heat generation of the IC due to malfunction or overload, thereby preventing destruction of the IC.
しかしながら、上記従来の熱保護回路は、先述のように、コンパレータの出力信号をラッチして熱保護信号を生成する構成とされており、ノイズ等の重畳によってコンパレータの出力論理に意図しない変遷が生じると、その出力論理変遷をラッチしてしまうおそれがあった。そのため、従来の熱保護回路では、過熱監視対象がノイズ源でもある場合、当該過熱監視対象の近傍に設けられる熱保護回路(特に、発熱検出部の電源電圧印加端や出力端)にノイズが重畳し、誤った熱保護信号を生成してしまう、という課題があった。 However, as described above, the conventional thermal protection circuit is configured to generate a thermal protection signal by latching the output signal of the comparator, and an unintended transition occurs in the output logic of the comparator due to superposition of noise or the like. There is a risk of latching the output logic transition. Therefore, in the conventional thermal protection circuit, when the overheat monitoring target is also a noise source, noise is superimposed on the thermal protection circuit (particularly the power supply voltage application end or output end of the heat generation detection unit) provided in the vicinity of the overheat monitoring target. However, there is a problem that an erroneous thermal protection signal is generated.
特に、近年では、スイッチング電源装置やモータ駆動装置において、ノイズ源となるパワートランジスタがICに内蔵されることも多く、このようなICでは、パワートランジスタのオン/オフに起因するパルスノイズが重畳し易いため、上記の課題が顕著であり、熱保護回路を過熱監視対象でもあるパワートランジスタの近傍に置きにくい、という課題があった。 In particular, in recent years, in switching power supply devices and motor drive devices, power transistors that serve as noise sources are often built into ICs, and in such ICs, pulse noise due to on / off of power transistors is superimposed. Therefore, the above-described problem is remarkable, and there is a problem that it is difficult to place the thermal protection circuit in the vicinity of the power transistor that is also an overheat monitoring target.
本発明は、上記の問題点に鑑み、ノイズ等の重畳に依ることなく、高精度の熱保護動作を行うことが可能な熱保護回路、及び、これを備えた半導体集積回路装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a thermal protection circuit capable of performing a highly accurate thermal protection operation without depending on superposition of noise or the like, and a semiconductor integrated circuit device including the thermal protection circuit. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明に係る熱保護回路は、監視対象温度に応じて電圧レベルが変動する発熱検出電圧を生成する発熱検出部と、可変の第1閾値電圧を生成する第1直流電圧源と、固定の第2閾値電圧を生成する第2直流電圧源と、前記発熱検出電圧と第1閾値電圧との高低に応じてその出力論理が変遷する第1コンパレータと、前記発熱検出電圧と第2閾値電圧との高低に応じてその出力論理が変遷する第2コンパレータと、を有して成り、第1コンパレータの出力信号を熱保護信号として保護対象回路に送出する熱保護回路であって、第1コンパレータは、第2コンパレータの出力信号に基づいて、前記監視対象温度が第2閾値電圧で定められる第2閾値温度を上回っているときにのみ駆動されるものであり、かつ、第1直流電圧源は、第1コンパレータの駆動開始以後、第2閾値温度より高い第1閾値温度に相当する電圧レベルの第1閾値電圧を生成する一方、第1コンパレータの出力信号に基づいて、前記監視対象温度が第1閾値温度に達したときに、第1閾値電圧の電圧レベルを第2閾値温度より低い第3閾値温度に相当する電圧レベルに遷移させるものである構成(第1の構成)としている。このような構成とすることにより、ノイズ等の重畳に依ることなく、高精度の熱保護動作を行うことが可能となる。 In order to achieve the above object, a thermal protection circuit according to the present invention includes a heat generation detection unit that generates a heat generation detection voltage whose voltage level varies according to a monitoring target temperature, and a first that generates a variable first threshold voltage. A DC voltage source; a second DC voltage source that generates a fixed second threshold voltage; a first comparator whose output logic changes according to the level of the heat generation detection voltage and the first threshold voltage; and the heat generation detection A second comparator whose output logic changes according to the level of the voltage and the second threshold voltage, and a thermal protection circuit that sends the output signal of the first comparator to the circuit to be protected as a thermal protection signal The first comparator is driven only when the monitoring target temperature is higher than the second threshold temperature determined by the second threshold voltage based on the output signal of the second comparator, and First straight The voltage source generates a first threshold voltage having a voltage level corresponding to a first threshold temperature higher than the second threshold temperature after the first comparator starts to be driven, and based on an output signal of the first comparator, the monitoring target When the temperature reaches the first threshold temperature, the voltage level of the first threshold voltage is changed to a voltage level corresponding to a third threshold temperature lower than the second threshold temperature (first configuration). . With such a configuration, it is possible to perform a highly accurate thermal protection operation without depending on superposition of noise or the like.
なお、上記第1の構成から成る熱保護回路は、第1コンパレータの駆動電流よりも小さい定電流を生成する定電流源と;該定電流をミラー増幅することで第1コンパレータの駆動電流を生成するカレントミラー回路と;前記定電流源の出力端と接地端との間に接続され、第2コンパレータの出力信号に基づいて、前記監視対象温度が第2閾値温度に達するまでオンされる一方、前記監視対象温度が第2閾値温度に達したときにオフされるスイッチ素子と;を有して成る構成(第2の構成)にするとよい。このような構成とすることにより、第1コンパレータ非駆動時における消費電力を極力低減することが可能となる。 The thermal protection circuit having the first configuration includes a constant current source that generates a constant current smaller than the drive current of the first comparator; and generates a drive current of the first comparator by mirror-amplifying the constant current. A current mirror circuit that is connected between an output terminal of the constant current source and a ground terminal, and is turned on based on an output signal of the second comparator until the monitored temperature reaches a second threshold temperature, And a switch element that is turned off when the monitored temperature reaches the second threshold temperature (second configuration). With such a configuration, it is possible to reduce power consumption when the first comparator is not driven as much as possible.
また、本発明に係る半導体集積回路装置は、スイッチング制御されるパワートランジスタと、該パワートランジスタの異常発熱を検知して保護対象回路に異常である旨を報知する熱保護回路と、を内蔵して成る半導体集積回路装置であって、前記熱保護回路として、上記第1または第2の構成から成る熱保護回路を有して成る構成(第3の構成)にするとよい。このような構成とすることにより、ノイズ等の重畳に依ることなく、高精度の熱保護動作を行うことができ、半導体集積回路装置の信頼性向上を図ることが可能となる。 The semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a power transistor that is controlled to be switched, and a thermal protection circuit that detects abnormal heat generation in the power transistor and notifies the protection target circuit of the abnormality. It is preferable that the semiconductor integrated circuit device has a configuration (third configuration) including the thermal protection circuit having the first or second configuration as the thermal protection circuit. With such a configuration, a highly accurate thermal protection operation can be performed without depending on superposition of noise or the like, and the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.
なお、上記第3の構成から成る半導体集積回路装置において、前記パワートランジスタは、スイッチング電源回路またはモータ駆動回路を構成しているものとすればよい。 In the semiconductor integrated circuit device having the third configuration, the power transistor may be a switching power supply circuit or a motor drive circuit.
上記の本発明に係る熱保護回路であれば、熱保護回路をノイズ発生源である過熱監視対象の近傍に置いた場合でも、ノイズ等の重畳に依ることなく、高精度の熱保護動作を行うことが可能となり、延いては、これを備えた半導体集積回路装置の信頼性向上を図ることが可能となる。 With the above-described thermal protection circuit according to the present invention, even when the thermal protection circuit is placed in the vicinity of an overheat monitoring target that is a noise generation source, high-precision thermal protection operation is performed without depending on superposition of noise or the like. As a result, it becomes possible to improve the reliability of the semiconductor integrated circuit device having the same.
以下では、本発明に係る半導体集積回路装置として、スイッチング電源ICを例示し、詳細な説明を行う。 Hereinafter, a switching power supply IC will be exemplified and described in detail as a semiconductor integrated circuit device according to the present invention.
図1は、本発明に係るスイッチング電源ICの概略構成を示すブロック図である。本図に示すように、スイッチング電源IC1は、熱保護回路10と、スイッチング電源回路20と、を内蔵して成る。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply IC according to the present invention. As shown in the figure, the switching power supply IC1 includes a
熱保護回路10は、外部端子T1を介して供給される電源電圧Vccを駆動電圧とし、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の順方向降下電圧やダイオードの順方向降下電圧が周囲温度に依存して変動するという特性を利用して、熱保護信号Stsdを生成する構成とされている。
The
熱保護信号Stsdは、保護対象回路(図示しない内部回路やスイッチング電源回路20)に対して、チップ温度が異常である旨を報知するための信号であり、ICの異常温度上昇時におけるシャットダウン制御に利用される。
The thermal protection signal Stsd is a signal for notifying the protection target circuit (internal circuit or switching
より具体的に述べると、熱保護信号Stsdは、異常発熱が生じているときにアサート(例えばローレベル遷移)され、異常発熱が生じていないときにネゲート(例えばハイレベル遷移)される2値信号である(図4を参照)。すなわち、熱保護回路10から熱保護信号Stsdの入力を受けた保護対象回路は、そのアサート/ネゲートに応じて異常発熱が生じているか否かを認識し、内部動作の禁止/許可を制御することが可能となる。
More specifically, the thermal protection signal Stsd is a binary signal that is asserted (for example, low level transition) when abnormal heat generation occurs and negated (for example, high level transition) when abnormal heat generation does not occur. (See FIG. 4). That is, the protection target circuit that has received the input of the thermal protection signal Stsd from the
このような熱保護回路10を具備することにより、異常発熱に起因するスイッチング電源IC1の破壊(特にスイッチング電源回路20を構成するパワートランジスタの破壊)を未然に防止することが可能となる。
By providing such a
なお、熱保護回路10は、過熱監視対象であるスイッチング電源回路20(特にそのパワートランジスタ)の近傍に設けられている。このような構成とすることにより、発熱源となるパワートランジスタの発熱温度を直接的に検出し、高精度の熱保護動作を実現することが可能となる。
The
また、熱保護回路10は、閾値温度にヒステリシスを有する自動復帰式とされている。このような構成とすることにより、チップ温度が下がれば、外部からの復帰信号を待つことなく、迅速に保護対象回路の駆動を自発復帰させることが可能となる。また、閾値温度にヒステリシスを有する構成であれば、熱保護信号Stsdの論理発振を抑制することが可能となる。
The
なお、熱保護回路10の内部構成及び動作については、後ほど詳細な説明を行う。
The internal configuration and operation of the
スイッチング電源回路20は、外部端子T1を介して供給される電源電圧Vccを所望の出力電圧Voに変換して、不図示の内部回路に供給する直流変換手段である。
The switching
ここで、スイッチング電源回路20を構成するパワートランジスタは、そのオン/オフに起因してスイッチングノイズ(パルスノイズ)を生じるノイズ源でもある。そのため、先述のように、スイッチング電源回路20の近傍に配設された熱保護回路10(特に、発熱検出部の電源電圧印加端や出力端などのハイインピーダンス部位)には、スイッチングノイズが重畳し易い状況となっている。
Here, the power transistor constituting the switching
そこで、本実施形態の熱保護回路10は、このようなスイッチングノイズの重畳に依らない高精度の熱保護動作を行うべく、図5の従来構成と異なり、ラッチ回路を用いずに、熱保護信号を生成する構成とされている。
Therefore, the
まず、図2を参照しながら、熱保護回路10の回路構成及び動作について、概念的な説明を行う。
First, the circuit configuration and operation of the
図2は、熱保護回路10の概念的構成例を示す回路図である。本図に示す通り、本実施形態の熱保護回路10は、監視対象温度に応じて電圧レベルが変動する発熱検出電圧Vaを生成する発熱検出部11と、発熱検出電圧Vaに基づいて熱保護信号Stsdを生成する熱保護信号生成部12と、を有して成る。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a conceptual configuration example of the
熱保護信号生成部12は、可変の第1閾値電圧Vth1を生成する第1直流電圧源121と、固定の第2閾値電圧Vth2を生成する第2直流電圧源122と、発熱検出電圧Vaと第1閾値電圧Vth1との高低に応じてその出力論理が変遷する第1コンパレータ123と、発熱検出電圧Vaと第2閾値電圧Vth2との高低に応じてその出力論理が変遷する第2コンパレータ124と、を有して成り、第1コンパレータ123の出力信号を熱保護信号Stsdとして保護対象回路に送出する手段である。
The thermal
ここで、第1コンパレータ123は、第2コンパレータ124の出力信号に基づいて、監視対象温度が第2閾値電圧Vth2で定められる第2閾値温度(例えば150[℃])を上回っているときにのみ駆動されるものであり、かつ、第1直流電圧源121は、第1コンパレータ123の駆動開始以後、第2閾値温度より高い第1閾値温度(例えば175[℃])に相当する電圧レベルの第1閾値電圧Vth1を生成する一方、第1コンパレータ123の出力信号に基づいて、監視対象温度が第1閾値温度に達したときに、第1閾値電圧Vth1の電圧レベルを第2閾値温度より低い第3閾値温度(例えば125[℃])に相当する電圧レベルに遷移するものである(図4を参照)。
Here, the
このような構成とすることにより、図5の従来構成と異なり、ラッチ回路を要することなく、閾値温度にヒステリシスを持たせることができる。そのため、例えば、発熱検出電圧Vaにノイズが重畳し、第1コンパレータ123の出力論理に意図しない一時的変遷が生じた場合でも、それによって熱保護信号Stsdの論理状態が固定されることはない。従って、本実施形態の熱保護回路10であれば、ノイズ等の重畳に依ることなく、高精度の熱保護動作を行うことが可能となる。
By adopting such a configuration, unlike the conventional configuration of FIG. 5, the threshold temperature can be provided with hysteresis without the need for a latch circuit. Therefore, for example, even when noise is superimposed on the heat generation detection voltage Va and an unintended temporary transition occurs in the output logic of the
次に、図3及び図4を参照しながら、熱保護回路10の回路構成及び動作について、より具体的かつ詳細な説明を行う。
Next, the circuit configuration and operation of the
図3は、熱保護回路10の一実施形態を示す回路図である。先にも述べたように、熱保護回路10は、その回路ブロックとして、発熱検出部11と、熱保護信号生成部12と、を有して成り、さらに、熱保護信号生成部12は、第1、第2直流電圧源121、122と、第1、第2コンパレータ123、124と、を有して成る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the
第2直流電圧源122は、定電流源I1と、抵抗R1と、を有して成る。抵抗R1の一端(第2閾値電圧Vth2を引き出す第2直流電圧源122の正極端に相当)は、定電流源I1を介して、電源電圧印加端に接続される一方、第2コンパレータ124の反転入力端(−)にも接続されている。抵抗R1の他端は接地されている。
The second
発熱検出部11は、定電流源I2と、ダイオードD1〜D2と、を有して成る。定電流源I2の一端は、電源電圧印加端に接続されており、他端は、ダイオードD1のアノード(発熱検出電圧Vaを引き出す発熱検出部11の出力端に相当)に接続されている。ダイオードD1のカソードは、ダイオードD2のアノードに接続されており、ダイオードD2のカソードは接地されている。すなわち、発熱検出部11は、ダイオードD1〜D2のVf(順方向降下電圧)が周囲温度に依存して変動するという特性(約−2[mV/℃]の負の温度特性)を利用して、発熱検出電圧Va(監視対象温度が高いほど電圧レベルが低下していく電圧信号)を引き出す構成とされている。なお、発熱検出部11の出力端は、第1、第2コンパレータ123、124の非反転入力端(+)に各々接続されている。
The heat
第1コンパレータ123は、抵抗R2、R4〜R5と、npn型バイポーラトランジスタN1〜N6と、pnp型バイポーラトランジスタP1〜P8、P10、P12と、スイッチ素子SW1(本実施形態ではNチャネル電界効果トランジスタ)と、を有して成る。一方、第1直流電圧源121は、抵抗R3と、npn型バイポーラトランジスタN5と、pnp型バイポーラトランジスタP9〜P11と、を有して成る。すなわち、トランジスタN5及びトランジスタP10は、第1コンパレータ123の構成要素でもあり、第1直流電圧源121の構成要素でもある。
The
トランジスタSWのゲートは、第2コンパレータ124の出力端に接続される一方、抵抗R2を介して接地もされている。トランジスタSWのドレインは、定電流源I3を介して電源電圧印加端に接続される一方、トランジスタN1のコレクタにも接続されている。トランジスタSWのソース及びバックゲートは、いずれも接地されている。トランジスタN1、N2のベースは互いに接続されており、その接続ノードはトランジスタN1のコレクタに接続されている。トランジスタN1、N2のエミッタはいずれも接地されている。トランジスタN2のコレクタは、トランジスタP1のコレクタに接続されている。トランジスタP1〜P4、及び、トランジスタP9のベースは互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタP1のコレクタに接続されている。トランジスタP1〜P4、及び、トランジスタP9のエミッタは、いずれも、電源電圧印加端に接続されている。
The gate of the transistor SW is connected to the output terminal of the
トランジスタP2のコレクタは、トランジスタP5のエミッタに接続される一方、トランジスタP6のベースにも接続されている。トランジスタP3のコレクタは、トランジスタP6、P7の各エミッタに接続されている。トランジスタP4のコレクタは、トランジスタP8のエミッタに接続される一方、トランジスタP7のベースにも接続されている。トランジスタP9のコレクタは、第1コンパレータ123の反転入力端(−)に相当するトランジスタP8のベースに接続される一方、抵抗R3を介して接地もされている。
The collector of the transistor P2 is connected to the emitter of the transistor P5, and is also connected to the base of the transistor P6. The collector of the transistor P3 is connected to the emitters of the transistors P6 and P7. The collector of the transistor P4 is connected to the emitter of the transistor P8, and is also connected to the base of the transistor P7. The collector of the transistor P9 is connected to the base of the transistor P8 corresponding to the inverting input terminal (−) of the
トランジスタP5のベースは、第1コンパレータ123の非反転入力端(+)として、発熱検出部11の出力端に接続されている。トランジスタP5のコレクタは接地されている。トランジスタP6のコレクタは、トランジスタN3のコレクタに接続されている。トランジスタN3のエミッタは接地されている。トランジスタN3のベースは、トランジスタN5のベースに接続される一方、自身のコレクタにも接続されている。トランジスタP7のコレクタは、トランジスタN4のコレクタに接続されている。トランジスタN4のベースは、自身のコレクタに接続されている。トランジスタN4のエミッタは接地されている。トランジスタP8のコレクタは接地されている。
The base of the transistor P <b> 5 is connected to the output terminal of the heat
トランジスタN5のコレクタは、トランジスタP10のコレクタに接続されている。トランジスタN5のエミッタは接地されている。トランジスタP10〜P12のゲートは、互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタP10のコレクタに接続されている。トランジスタP10〜P12のエミッタは、いずれも電源電圧印加端に接続されている。トランジスタP11のコレクタは、トランジスタP8のベースに接続されている。トランジスタP12のコレクタは、トランジスタN6のベースに接続される一方、抵抗R4を介して接地もされている。トランジスタN6のコレクタは、抵抗R4を介して電源電圧印加端に接続される一方、第1コンパレータ123の出力端として、図示しない内部回路やスイッチング電源回路20の熱保護信号入力端にも接続されている。トランジスタN6のエミッタは接地されている。
The collector of the transistor N5 is connected to the collector of the transistor P10. The emitter of the transistor N5 is grounded. The gates of the transistors P10 to P12 are connected to each other, and the connection node is connected to the collector of the transistor P10. The emitters of the transistors P10 to P12 are all connected to the power supply voltage application terminal. The collector of the transistor P11 is connected to the base of the transistor P8. The collector of the transistor P12 is connected to the base of the transistor N6, and is also grounded through the resistor R4. The collector of the transistor N6 is connected to the power supply voltage application terminal via the resistor R4, and is also connected to the internal circuit (not shown) and the thermal protection signal input terminal of the switching
上記構成から成る熱保護回路10の動作について、図3及び図4を参照しながら、詳細に説明する。図4は、熱保護回路10の動作を説明するための図である。
The operation of the
上記構成から成る熱保護回路10において、監視対象温度が第2閾値温度(例えば150[℃])に達していない場合、発熱検出電圧Vaは、第2閾値電圧Vth2よりも高くなる。従って、第2コンパレータ124の出力はハイレベルとなり、スイッチ素子SWはオン状態とされる。
In the
このように、スイッチ素子SWは、発熱検出電圧Vaが第2閾値電圧Vth2を下回るまで、言い換えれば、監視対象温度が第2閾値温度を上回るまでオン状態とされる。その間、定電流源I3で生成された定電流は、接地端に引き抜かれるので、第1コンパレータ123や第1直流電圧源の駆動電流を生成するカレントミラー回路(トランジスタN1〜N2、トランジスタP1〜P4、及び、トランジスタP9)に電流が流れることはない。
As described above, the switch element SW is turned on until the heat generation detection voltage Va falls below the second threshold voltage Vth2, in other words, until the monitored temperature exceeds the second threshold temperature. In the meantime, the constant current generated by the constant current source I3 is drawn to the ground terminal, so that current mirror circuits (transistors N1 to N2, transistors P1 to P4 that generate drive currents for the
その結果、第1直流電圧源121及び第1コンパレータ123は、いずれも非駆動状態とされ、第1コンパレータ123の出力段を構成するトランジスタN6はオフ状態とされる。従って、熱保護信号Stsdの論理は、ハイレベル(ネゲート状態)となる。
As a result, both the first
すなわち、熱保護回路10は、当該論理の熱保護信号Stsdを送出することで、保護対象回路にチップ温度が正常である旨を報知する。熱保護回路10から熱保護信号Stsdの入力を受けた保護対象回路は、その論理がハイレベルであることを検知して、異常発熱は生じていないことを認識し、通常動作を行うことが可能となる。
That is, the
なお、本実施形態の熱保護回路10では、定電流源I3で生成する定電流を第1コンパレータ123の駆動電流よりも小さく設定しておき、該定電流を上記のカレントミラー回路でミラー増幅することで、第1コンパレータ123の駆動電流を生成する構成としている。このような構成とすることにより、第1コンパレータ123の非駆動時における消費電力を極力低減することが可能となる。
In the
一方、監視対象温度が上昇して第2閾値温度を上回った場合、発熱検出電圧Vaは、第2閾値電圧Vth2よりも低くなる。従って、第2コンパレータ124の出力はローレベルとなり、スイッチ素子SWはオフ状態に遷移される。その結果、定電流源I3から先述のカレントミラー回路に定電流が供給され、トランジスタP2〜P4を介して、第1コンパレータ123の駆動電流が生成される。これにより、第1コンパレータ123の駆動が開始される。また、第1直流電圧源121の抵抗R3にも、トランジスタP9を介して、所定の電流が流れ込み、第1閾値電圧Vth1の生成が開始される。
On the other hand, when the monitored temperature rises and exceeds the second threshold temperature, the heat generation detection voltage Va becomes lower than the second threshold voltage Vth2. Accordingly, the output of the
なお、このとき、第1直流電圧源121では、第2閾値温度より高い第1閾値温度(例えば175[℃])に相当する電圧レベル(すなわち、第2閾値電圧Vth2よりも低い電圧レベル)の第1閾値電圧Vth1(図4ではVth1(A)と表記)が生成される。従って、監視対象温度が当該第1閾値温度に達しない限り、発熱検出電圧Vaは、第1閾値電圧Vth1よりも高いままとなり、トランジスタP6からその後段のカレントミラー回路(トランジスタN3、トランジスタN5、及び、トランジスタP10〜P12)に対して電流が流されることはない。その結果、トランジスタN6はオフ状態のままとなり、熱保護信号Stsdの論理は、それ以前のハイレベル(ネゲート状態)に維持される。
At this time, the first
さらに監視対象温度が上昇して第1閾値温度に達した場合、発熱検出電圧Vaは、第1閾値電圧Vth1に達する。従って、トランジスタP6からその後段のカレントミラー回路を介して、所定の電流が抵抗R4に流れ込み、トランジスタN6のベース電位が上昇する。その結果、トランジスタN6はオン状態に遷移され、熱保護信号Stsdの論理は、ローレベル(アサート状態)に変遷される。 When the temperature to be monitored further rises and reaches the first threshold temperature, the heat generation detection voltage Va reaches the first threshold voltage Vth1. Therefore, a predetermined current flows from the transistor P6 to the resistor R4 through the subsequent current mirror circuit, and the base potential of the transistor N6 rises. As a result, the transistor N6 is turned on, and the logic of the thermal protection signal Stsd is changed to a low level (asserted state).
すなわち、熱保護回路10は、当該論理の熱保護信号Stsdを送出することで、保護対象回路にチップ温度が異常である旨を報知する。熱保護回路10から熱保護信号Stsdの入力を受けた保護対象回路は、その論理がローレベルであることを検知して、異常発熱が生じたことを認識し、その動作を停止することが可能となる。
That is, the
また、このとき、第1直流電圧源121の抵抗R3には、トランジスタP9を介して元々流れていた定電流に加えて、トランジスタP11を介する電流が追加的に流れることになり、第1閾値電圧Vth1の電圧レベルは、第2閾値温度より低い第3閾値温度(例えば125[℃])に相当する電圧レベル(すなわち、第2閾値電圧Vth2よりも高い電圧レベル、図4ではVth1(B)と表記)まで引き上げられる。従って、熱保護信号tsdのアサート遷移によって保護対象回路の駆動がシャットダウンされた結果、監視対象温度が少々低下したとしても、発熱検出電圧Vaは、第1閾値電圧Vth1よりも低いままとなるため、熱保護信号Stsdの論理がアサート状態から変動することはない。
At this time, in addition to the constant current originally flowing through the transistor P9, the current through the transistor P11 additionally flows through the resistor R3 of the first
さらに監視対象温度が低下して第2の閾値温度を下回った場合、発熱検出電圧Vaは、第2閾値電圧Vth2よりも高くなる。従って、第2コンパレータ124の出力はハイレベルとなり、スイッチ素子SWはオン状態とされる。その結果、定電流源I3で生成された定電流は再び接地端へと引き抜かれ、第1直流電圧源121及び第1コンパレータ123は、いずれも、非駆動状態に戻されるので、第1コンパレータ123の出力段を構成するトランジスタN6はオフ状態となり、熱保護信号Stsdの論理は、ハイレベル(ネゲート状態)に復帰される。
Further, when the monitoring target temperature decreases and falls below the second threshold temperature, the heat generation detection voltage Va becomes higher than the second threshold voltage Vth2. Accordingly, the output of the
以上の通り、本実施形態の熱保護回路10において、第1コンパレータ123は、第2コンパレータ124の出力信号に基づいて、監視対象温度が第2閾値電圧Vth2で定められる第2閾値温度を上回っているときにのみ駆動されるものであり、かつ、第1直流電圧源121は、第1コンパレータ123の駆動開始以後、第2閾値温度より高い第1閾値温度に相当する電圧レベルの第1閾値電圧Vth1を生成する一方、第1コンパレータ123の出力信号に基づいて、監視対象温度が第1閾値温度に達したときに、第1閾値電圧Vth1の電圧レベルを第2閾値温度より低い第3閾値温度に相当する電圧レベルに遷移するものである。
As described above, in the
このような構成とすることにより、図5の従来構成と異なり、ラッチ回路を要することなく、閾値温度にヒステリシスを持たせることができる。そのため、例えば、発熱検出電圧Vaにノイズが重畳し、第1コンパレータ123の出力論理に意図しない一時的変遷が生じた場合でも、それによって熱保護信号Stsdの論理状態が固定されることはない。従って、本実施形態の熱保護回路10であれば、ノイズ等の重畳に依ることなく、高精度の熱保護動作を行うことが可能となる。
By adopting such a configuration, unlike the conventional configuration of FIG. 5, the threshold temperature can be provided with hysteresis without the need for a latch circuit. Therefore, for example, even when noise is superimposed on the heat generation detection voltage Va and an unintended temporary transition occurs in the output logic of the
なお、上記の実施形態では、スイッチング電源ICに本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、モータ駆動装置など、他の半導体集積回路装置にも広く適用することが可能である。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the switching power supply IC has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and other devices such as a motor driving device may be used. The present invention can be widely applied to semiconductor integrated circuit devices.
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。 The configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above embodiment.
本発明は、半導体集積回路装置の熱保護精度を高める上で有用な技術であり、例えば、ノイズ源となるパワートランジスタをICに内蔵して成り、他の半導体集積回路装置と比べて、熱が発生しやすく、かつ、高信頼性が要求されるスイッチング電源装置やモータ駆動装置について、好適に利用することができる。 The present invention is a technique useful for increasing the thermal protection accuracy of a semiconductor integrated circuit device. For example, a power transistor serving as a noise source is built in an IC, and heat is higher than that of other semiconductor integrated circuit devices. It can be suitably used for a switching power supply device and a motor drive device that are easily generated and require high reliability.
1 スイッチング電源IC
10 熱保護回路
20 スイッチング電源回路
T1 電源端子
11 発熱検出部
12 熱保護信号生成部
121 直流電圧源(可変)
122 直流電圧源(固定)
123 第1コンパレータ(175℃検出用)
124 第2コンパレータ(150℃検出用)
I1〜I3 定電流源
D1〜D2 ダイオード
R1〜R5 抵抗
N1〜N6 npn型バイポーラトランジスタ
P1〜P12 pnp型バイポーラトランジスタ
SW スイッチ素子(Nチャネル電界効果トランジスタ)
1 Switching power supply IC
DESCRIPTION OF
122 DC voltage source (fixed)
123 First comparator (for 175 ° C detection)
124 Second comparator (for 150 ° C detection)
I1 to I3 Constant current source D1 to D2 Diode R1 to R5 Resistance N1 to N6 npn type bipolar transistor P1 to P12 pnp type bipolar transistor SW Switch element (N channel field effect transistor)
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005072155A JP2006261143A (en) | 2005-03-15 | 2005-03-15 | Thermal protection circuit and semiconductor integrated circuit device provided therewith |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=37100103
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011165925A (en) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor circuit and electronic apparatus |
CN103440010A (en) * | 2013-08-27 | 2013-12-11 | 电子科技大学 | Active voltage limiting circuit |
-
2005
- 2005-03-15 JP JP2005072155A patent/JP2006261143A/en active Pending
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