JP2006287209A - Thermally protective circuit and semiconductor integrated circuit device provided with the same - 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、その異常発熱に起因するICの破壊(特に、発熱源であるパワートランジスタの破壊)を防止する手段として、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]) that drive power transistors such as a power supply device and a motor drive device have destroyed IC (particularly a heat source) due to abnormal heat generation. As a means for preventing the destruction of a certain power transistor, a thermal protection circuit (so-called thermal shutdown circuit) is mounted (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やダイオードの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を利用して、熱保護信号を生成する構成とされていた。 The conventional thermal protection circuit is generally configured to generate a thermal protection signal by utilizing the characteristic that Vf (forward voltage drop) of a bipolar transistor or a diode varies depending on the ambient temperature. .
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。 Further, the conventional thermal protection circuit is generally an automatic return type having a hysteresis at a threshold temperature.
その他、本願発明に関連する従来技術としては、熱保護回路と過電流保護回路とで基準電圧生成部や出力部を共用した保護回路(特許文献3を参照)や、低温検出時に駆動電流能力を高める半導体集積回路(特許文献4を参照)が開示・提案されている。
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、あくまで、チップ温度が閾値温度に達した時点、すなわち、異常発熱が検出された時点で、初めてIC主要部の駆動を停止させる構成に過ぎず、異常発熱検出前の予備的熱保護動作については、特段考慮されていなかった。例えば、従来の熱保護回路を搭載したモータドライバICでは、たとえ異常な温度上昇の兆候があったとしても、チップ温度が閾値温度に到達していない限り、定常時と何ら変わらぬトルク制御が継続されていた。そのため、上記従来の熱保護回路は、最終的にICの異常発熱を遮断することはできても、その予防をすることはできず、チップ温度が上昇しやすい、という課題があった。 However, the above conventional thermal protection circuit is merely configured to stop driving the main part of the IC for the first time when the chip temperature reaches the threshold temperature, that is, when abnormal heat generation is detected. No special consideration was given to the previous preliminary thermal protection operation. For example, in a motor driver IC equipped with a conventional thermal protection circuit, even if there is an indication of an abnormal temperature rise, torque control that is the same as normal is continued as long as the chip temperature does not reach the threshold temperature It had been. For this reason, the conventional thermal protection circuit has a problem that although it can finally block abnormal heat generation of the IC, it cannot prevent it, and the chip temperature tends to rise.
また、従来の熱保護回路を搭載したICでは、異常発熱時のシャットダウン動作によってその出力が急峻にオフされるため、種々の不具合(ノイズやサージの発生)を招きやすい、という課題があった。例えば、ICの駆動対象がインダクタンス成分を有するL負荷(モータのコイルなど)であった場合には、当該L負荷に生じる逆起電圧がICのシャットダウン時に跳ね上がり、ICの耐圧を超えてICを破壊に至らしめる、というおそれがあった。 Further, in the IC equipped with the conventional thermal protection circuit, the output is sharply turned off by the shutdown operation at the time of abnormal heat generation, so that there is a problem that various problems (generation of noise and surge) are likely to be caused. For example, when an IC drive target is an L load (such as a motor coil) having an inductance component, the back electromotive voltage generated in the L load jumps up when the IC is shut down and destroys the IC exceeding the IC withstand voltage. There was a fear that it would lead to.
また、従来の熱保護回路は、異常発熱の検出感度を向上させるべく、過熱監視対象の近傍に設けられることが多いが、反面、その代償として、シャットダウン発動後の自動復帰動作については、閾値温度に上記のヒステリシスを持たせてもなお、熱保護信号の論理状態(ハイレベル/ローレベル)が高い頻度で繰り返し、そこから抜け出せない状態(論理発振状態)に陥るおそれがあった。 In addition, the conventional thermal protection circuit is often provided in the vicinity of the overheat monitoring target in order to improve the detection sensitivity of abnormal heat generation.On the other hand, as an alternative, the automatic return operation after the shutdown is activated is the threshold temperature. Even if the above-mentioned hysteresis is provided, the logic state (high level / low level) of the thermal protection signal is frequently repeated, and there is a possibility of falling into a state where it cannot escape (logic oscillation state).
本発明は、上記の問題点に鑑み、過熱監視対象の異常発熱を未然に抑制し、より安全性の高い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-described problems, the present invention suppresses abnormal heat generation of an overheat monitoring target, and can perform a safer thermal protection operation, and a semiconductor integrated circuit including the same An object is to provide an apparatus.
上記目的を達成すべく、本発明に係る熱保護回路は、監視対象温度が第1の閾値温度を上回って以後、前記監視対象温度に応じて負荷の駆動を連続的或いは段階的に抑制する手段を有して成る構成(第1の構成)としている。このような構成であれば、過熱監視対象の異常発熱を未然に抑制し、より安全性の高い熱保護動作を行うことが可能となる。 In order to achieve the above object, the thermal protection circuit according to the present invention is a means for continuously or stepwise suppressing the drive of the load in accordance with the monitored temperature after the monitored temperature exceeds the first threshold temperature. It is set as the structure (1st structure) which has. With such a configuration, it is possible to suppress abnormal heat generation of the overheat monitoring target and perform a safer heat protection operation.
なお、第1の構成から成る熱保護回路は、前記監視対象温度が第1の閾値温度よりも高い第2の閾値温度に達したときに、前記負荷の駆動を遮断する手段を有して成る構成(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、負荷の駆動抑制をもってしても異常な温度上昇が続く場合には、当該負荷の駆動を完全に遮断して、異常発熱に起因する保護対象の破壊を未然に防止することが可能となる。 The thermal protection circuit having the first configuration includes means for cutting off the driving of the load when the monitored temperature reaches a second threshold temperature higher than the first threshold temperature. A configuration (second configuration) is preferable. By adopting such a configuration, if the abnormal temperature rise continues even if the drive of the load is suppressed, the drive of the load is completely cut off to destroy the protection target due to abnormal heat generation. It becomes possible to prevent.
また、第2の構成から成る熱保護回路は、複数の発熱検出手段を具備し、各々の監視対象温度がいずれも第2の閾値温度に達したときに、前記負荷の駆動を遮断する構成(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、温度検出手段の誤動作を排除して、より高精度な熱保護動作を実現することが可能となる。 In addition, the thermal protection circuit having the second configuration includes a plurality of heat generation detection units, and blocks the drive of the load when each monitoring target temperature reaches the second threshold temperature ( The third configuration may be used. By adopting such a configuration, it is possible to eliminate a malfunction of the temperature detecting means and realize a more accurate thermal protection operation.
また、第2、第3の構成から成る熱保護回路は、前記負荷の駆動が遮断されて以後、前記監視対象温度が第2の閾値温度よりも低い第3の閾値温度に達したときに、前記負荷の駆動を復帰させる手段を有して成る構成(第4の構成)にするとよい。このような構成とすることにより、監視対象温度が下がれば、外部からの復帰信号を待つことなく、迅速に負荷の駆動を自発復帰させることが可能となる。 Further, the thermal protection circuit having the second and third configurations, when the monitoring target temperature reaches a third threshold temperature lower than the second threshold temperature after the drive of the load is cut off, A configuration (fourth configuration) may be provided that includes means for returning the driving of the load. By adopting such a configuration, when the temperature to be monitored is lowered, it becomes possible to quickly return the drive of the load spontaneously without waiting for a return signal from the outside.
また、第4の構成から成る熱保護回路は、前記監視対象温度が第3の閾値温度を下回って以後、前記監視対象温度に応じて前記負荷の駆動を連続的或いは段階的に復帰させる手段を有して成る構成(第5の構成)にするとよい。このような構成とすることにより、駆動復帰後の再発熱を抑制し、より安全性の高い熱保護動作を行うことが可能となる。 Further, the thermal protection circuit having the fourth configuration includes means for continuously or stepwise returning the driving of the load in accordance with the monitoring target temperature after the monitoring target temperature falls below a third threshold temperature. It is preferable to have a configuration (fifth configuration). By adopting such a configuration, it is possible to suppress reheating after the drive is restored and to perform a safer thermal protection operation.
また、第1〜第5いずれかの構成から成る熱保護回路は、前記監視対象温度が第1の閾値温度を維持するように、前記負荷の駆動制御にフィードバックをかける手段を有して成る構成(第6の構成)にするとよい。このような構成とすることにより、負荷の駆動を完全遮断しなければならない状況に至る前に、適切な予備的熱保護動作を実現することが可能となる。 The thermal protection circuit having any one of the first to fifth configurations includes a unit that applies feedback to the drive control of the load so that the monitoring target temperature maintains the first threshold temperature. (Sixth configuration) is preferable. By adopting such a configuration, it is possible to realize an appropriate preliminary thermal protection operation before reaching a situation where the driving of the load must be completely cut off.
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・遮断する熱保護回路と、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、第1〜第6いずれかの構成から成る熱保護回路を有して成る構成(第7の構成)にするとよい。 A semiconductor integrated circuit device according to the present invention is a semiconductor integrated circuit device including a power transistor that is controlled to be switched and a thermal protection circuit that detects and blocks abnormal heat generation of the power transistor, The thermal protection circuit may have a configuration (seventh configuration) including the thermal protection circuit having any one of the first to sixth configurations.
なお、第7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、前記熱保護回路の出力に基づいて、その駆動電流或いはPWMデューティが制御される構成(第8の構成)にするとよい。 In the semiconductor integrated circuit device having the seventh configuration, the power transistor may have a configuration (eighth configuration) in which the drive current or the PWM duty is controlled based on the output of the thermal protection circuit.
また、第7または第8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、モータ駆動回路またはスイッチング電源回路を構成している。 In the semiconductor integrated circuit device having the seventh or eighth configuration, the power transistor forms a motor drive circuit or a switching power supply circuit.
上記したように、本発明に係る熱保護回路であれば、過熱監視対象の異常発熱を未然に抑制し、より安全性の高い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。 As described above, with the thermal protection circuit according to the present invention, it is possible to suppress the abnormal heat generation of the overheat monitoring target and perform a safer thermal protection operation. In addition, the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.
以下では、本発明に係る半導体集積回路装置として、モータドライバICを例示し、詳細な説明を行う。 Hereinafter, a motor driver IC will be exemplified and described in detail as a semiconductor integrated circuit device according to the present invention.
図1は、本発明に係るモータドライバ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、モータドライバIC1は、その異常発熱を検知・遮断してICの破壊を未然に防止する熱保護回路10と、出力段を構成するパワートランジスタを開閉制御することでモータ2を駆動するモータ駆動回路20と、を内蔵して成る。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor driver IC according to the present invention. As shown in this figure, the motor driver IC1 detects and shuts off the abnormal heat generation to prevent destruction of the IC, and the motor driver IC1 controls the opening and closing of the power transistor constituting the output stage. And a
熱保護回路10は、その基本機能として、異常発熱が生じたときにモータドライバIC1の駆動を停止させる遮断信号Stsdを生成する手段である。なお、遮断信号Stsdは、異常発熱が生じているときにアサート(例えばハイレベル遷移)され、異常発熱が生じていないときにネゲート(例えばローレベル遷移)される2値信号である。
The
上記の遮断信号Stsdは、不図示の内部回路やモータ駆動回路20に送出され、異常発熱時におけるシャットダウン制御に利用される。すなわち、熱保護回路10から遮断信号Stsdの入力を受けた後段回路は、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。
The shut-off signal Stsd is sent to an internal circuit (not shown) or 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モータドライバIC1の破壊(特にモータ駆動回路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
また、熱保護回路10は、過熱監視対象であるモータ駆動回路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接合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。
Further, 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IC主要部の駆動(モータ駆動回路20によるモータ2の駆動など)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、遮断信号Stsdの論理発振をある程度まで抑制することが可能となる。
The
ここで、上記の遮断信号Stsdは、先述した通り、あくまで、チップ温度が閾値温度に達した時点、すなわち、異常発熱が検出された時点で、初めてIC主要部の駆動を停止させる信号に過ぎず、異常発熱検出以前の熱保護動作を担うものではない。そのため、当該遮断信号Stsdを用いるだけでは、ICの異常発熱を予防することができない。 Here, as described above, the cut-off signal Stsd is merely a signal for stopping the driving of the main part of the IC for the first time when the chip temperature reaches the threshold temperature, that is, when abnormal heat generation is detected. It is not responsible for the thermal protection operation before detecting abnormal heat generation. Therefore, the abnormal heat generation of the IC cannot be prevented only by using the cutoff signal Stsd.
また、モータドライバIC1の駆動対象は、インダクタンス成分を有するL負荷(モータコイル)であるため、遮断信号Stsdのみを用いるだけでは、異常発熱時における急峻なIC出力のシャットダウンによって、モータコイルに生じる逆起電圧が跳ね上がり、モータドライバIC1の破壊を招来するおそれがある。 In addition, since the motor driver IC1 is driven by an L load (motor coil) having an inductance component, using only the cut-off signal Stsd, the reverse generated in the motor coil due to a sharp IC output shutdown during abnormal heat generation. There is a possibility that the electromotive voltage will jump up and cause the motor driver IC1 to be destroyed.
また、熱保護回路10をモータ駆動回路20の近傍に設けたことで、異常発熱の検出感度を高めることができる反面、熱保護回路10の自動復帰動作については、閾値温度にヒステリシスを持たせていてもなお、遮断信号Stsdが論理発振状態に陥り易い状況となっている。
In addition, by providing the
そこで、本実施形態の熱保護回路10は、発熱検出部11や遮断信号生成部12を有するほか、過熱監視対象の異常発熱を未然に抑制し、より安全性の高い熱保護動作を行うべく、過熱監視対象の温度上昇に応じて連続的(或いは段階的)にIC主要部(特にモータ駆動回路20)の駆動を抑制するための抑制信号Slmtを生成する抑制信号生成部13を有して成る構成とされている。
Therefore, the
以下、上記の抑制信号Slmtを用いた予備的熱保護動作について、具体的かつ詳細な説明を行う。 Hereinafter, the preliminary thermal protection operation using the suppression signal Slmt will be described specifically and in detail.
図2は、予備的熱保護動作の一例を示す図である。本図に示す通り、本例の熱保護回路10は、抑制信号Slmtを用いることで、発熱検出部11の監視対象温度が第1の閾値温度Tth1(例えば、絶対最大定格温度、或いは、それ以下の安全温度)を上回って以後、その監視対象温度に応じてモータ駆動回路20の駆動を連続的(或いは段階的)に抑制していく構成とされている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the preliminary thermal protection operation. As shown in this figure, the
より具体的に述べると、本例の熱保護回路10は、監視対象温度が第1の閾値温度Tth1を上回って以後、その監視対象温度が上昇するに伴って、モータ駆動回路20に供給する駆動電流の上限値を徐々に抑制していく構成とされている。このような構成とすることにより、過熱監視対象の異常発熱を未然に抑制し、より安全性の高い熱保護動作を行うことが可能となる。また、後述する異常発熱時のシャットダウン動作によっても、その出力が急峻にオフされることがなくなるので、種々の不具合(ノイズやサージの発生)を回避し、IC主要部の駆動を安全に停止することが可能となる。
More specifically, the
また、本例の熱保護回路10は、遮断信号Stsdを用いることで、監視対象温度が第1の閾値温度Tth1よりも高い第2の閾値温度Tth2(例えば175℃)に達した時点で、モータ駆動回路20の駆動を完全に遮断する構成とされている。このような構成とすることにより、抑制信号Slmtによる駆動電流の抑制制御をもってしても、異常な温度上昇が続く場合には、モータ駆動回路20の駆動を完全に遮断して、異常発熱に起因するICの破壊を未然に防止することが可能となる。
In addition, the
図3は、予備的熱保護動作の別の一例を示す図である。本図に示すように、本例の熱保護回路10は、監視対象温度が第1の閾値温度Tth1を上回って以後、その監視対象温度が上昇するに伴って、モータ駆動回路20のトルクレベル(すなわち、PWM[Pulse Width Modulation]制御の駆動デューティ)を徐々に抑制していく構成とされている。このような構成とすることにより、駆動電流の上限抑制を行う構成と同様、過熱監視対象の異常発熱を未然に抑制し、より安全性の高い熱保護動作を行うことが可能となる。
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the preliminary thermal protection operation. As shown in the figure, the
また、本例の熱保護回路10でも、監視対象温度が第2の閾値温度Tth2に達した時点で、先例と同様、モータ駆動回路20の駆動が完全に遮断される。従って、トルクレベルを抑制しても異常な温度上昇が続く場合には、モータ駆動回路20の駆動を完全に遮断して、異常発熱に起因するICの破壊を未然に防止することが可能となる。
Also in the
また、本例の熱保護回路10は、モータ駆動回路20の駆動が遮断されて以後、監視対象温度が第2の閾値温度Tth2よりも低い第3の閾値温度Tth3(例えば150℃)に達したときに、モータ駆動回路20の駆動を復帰する構成とされている。このような構成とすることにより、監視対象温度が下がれば、外部からの復帰信号を待つことなく、迅速にIC主要部の駆動を自発復帰させることが可能となる。
Further, in the
さらに、本例の熱保護回路10は、監視対象温度が第3の閾値温度Tth3を下回って以後、監視対象温度に応じて、モータ駆動回路20のトルクレベルを連続的(或いは段階的)に復帰させる構成とされている。なお、本例の熱保護回路10では、監視対象温度が第4の閾値温度(例えば100℃)に達した時点で定常時のトルクレベルとなるように、そのトルクレベルを徐々に復帰させている。このような構成とすることにより、駆動復帰後の再発熱を抑制し、より安全性の高い熱保護動作を行うことが可能となる。また、遮断信号Stsdの論理発振を防止することも可能となる。なお、本例では、第1の閾値温度Tth1と第3の閾値温度Tth3が互いに一致している場合を示したが、このような閾値温度の設定は、あくまでも例示であって、適宜変更しても構わない。
Furthermore, the
図4は、予備的熱保護動作のさらに別の一例を示す図である。本図に示すように、本例の熱保護回路10は、第1の閾値温度Tth1を第3の閾値温度Tth3よりも低く設定した上で、監視対象温度が第1の閾値温度Tth1に達して以後は、その温度を維持するよう、モータ駆動回路20の駆動制御(すなわち、先述した駆動電流の抑制制御やトルクレベルの抑制制御)にフィードバックをかける構成とされている。このような構成とすることにより、モータ駆動回路20の駆動を完全遮断しなければならない状況に至る前に、モータドライバIC1の自己発熱を抑制し、適切な予備的熱保護動作を実現することが可能となる(図中の実線を参照)。一方、上記の予備的熱保護動作をもってしても、モータドライバIC1に異常発熱が生じた場合には、先例と同様、監視対象温度が第2の閾値温度Tth2に達した時点で、モータ駆動回路20の駆動を完全に遮断し、異常発熱に起因するICの破壊を未然に防止することが可能となる(図中の破線を参照)。
FIG. 4 is a diagram showing still another example of the preliminary thermal protection operation. As shown in this figure, the
続いて、熱保護回路10の構成例及び動作について、具体的かつ詳細な説明を行う。
Next, a specific and detailed description will be given of a configuration example and operation of the
図5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、遮断信号生成部12と、抑制信号生成部13と、を有して成る。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of the
発熱検出部11は、定電流源I1と、ダイオードD1〜D3と、を有して成る。
The heat
定電流源I1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(電圧信号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、ダイオードD3のアノードに接続されている。また、ダイオードD3のカソードは接地されている。
One end of the constant current source I1 is connected to the power supply voltage application end, and the other end is connected to the anode of the diode D1 (corresponding to the output end of the
すなわち、発熱検出部11は、ダイオードD1〜D3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、発熱検出用の電圧信号Va(監視対象温度が高いほど、その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。
That is, the heat
遮断信号生成部12は、比較器121、122と、直流電圧源123、124と、インバータ125と、RSラッチ126とを有して成る。なお、直流電圧源123は、第2閾値温度Tth2に相当する第2閾値電圧Vth2を生成する手段であり、直流電圧源124は、第3閾値温度Tth3(<Tth2)に相当する第3閾値電圧Vth3(>Vth2)を生成する手段である。
The cutoff
比較器121の非反転入力端(+)は、発熱検出部11の出力端に接続されており、反転入力端(−)は、直流電圧源123の正極端に接続されている。直流電圧源123の負極端は接地されている。比較器121の出力端は、RSラッチ126のセット端(S)に接続されている。比較器122の非反転入力端(+)は、発熱検出部11の出力端に接続されており、反転入力端(−)は、直流電圧源124の正極端に接続されている。直流電圧源124の負極端は接地されている。比較器122の出力端は、インバータ125を介して、RSラッチ126のリセット端(R)に接続されている。
The non-inverting input terminal (+) of the
RSラッチ126は、NAND126a、126bから成る。RSラッチ126のセット端(S)に相当するNAND126aの一入力端は、先述した通り、比較器121の出力端に接続されている。NAND126aの他入力端は、NAND126bの出力端に接続されている。RSラッチ126の出力端に相当するNAND126aの出力端は、遮断信号生成部12の出力端として、後段回路(モータ駆動回路20やその他の内部回路)の遮断信号入力端に接続される一方、NAND126bの一入力端にも接続されている。RSラッチ126のリセット端(R)に相当するNAND126bの他入力端は、先述した通り、インバータ125を介して、比較器122の出力端に接続されている。
The
抑制信号生成部13は、npn型バイポーラトランジスタN1、N2と、pnp型バイポーラトランジスタP1〜P4と、定電流源I2、I3と、抵抗R1、R2と、直流電圧源E1と、を有して成る。なお、直流電圧源E1は、第1閾値温度Tth1に相当する第1閾値電圧Vth1を生成する手段である。
The
トランジスタN1のベースは、発熱検出部11の出力端に接続されている。トランジスタN1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N1のエミッタは、定電流源I2を介して接地される一方、抵抗R1の一端にも接続されている。トランジスタN2のベースは、直流電圧源E1の正極端に接続されている。直流電圧源E1の負極端は接地されている。トランジスタN2のコレクタは、トランジスタP2のコレクタに接続されている。トランジスタN2のエミッタは、定電流源I3を介して接地される一方、抵抗R1の他端にも接続されている。トランジスタP1、P2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P1、P2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P3、P4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P3のコレクタは、トランジスタP2のコレクタとトランジスタP3のコレクタとの接続ノードに接続されている。トランジスタP3、P4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P3のコレクタに接続されている。トランジスタP4のコレクタは、抵抗R2を介して接地される一方、抑制信号生成部13の出力端として、後段回路(モータ駆動回路20)の抑制信号入力端に接続されている。
The base of the transistor N1 is connected to the output terminal of the heat
上記構成から成る遮断信号制限部12の動作について詳細に説明する。監視対象温度が第3の閾値温度Tth3にすら達していない場合、電圧信号Vaは、第2、第3閾値電圧Vth2、Vth3のいずれよりも高くなる。従って、比較器121、122の出力は、いずれもハイレベルとなり、RSラッチ126のセット端(S)にはハイレベルが入力され、リセット端(R)にはローレベルが入力される。その結果、RSラッチ126の出力端(Q)から送出される遮断信号Stsdの論理はローレベル(ネゲート状態)となる。
The operation of the blocking
監視対象温度が上昇して第3の閾値温度Tth3に達すると、電圧信号Vaは、第3閾値電圧Vth3よりも低くなる。従って、比較器122の出力はローレベルに変遷され、RSラッチ126のリセット端(R)にはハイレベルが入力される。一方、監視対象温度が第2の閾値温度Tth2に達しない限り、電圧信号Vaは、第2閾値電圧Vth2よりも高いままとなる。従って、比較器121の出力はハイレベルに維持され、RSラッチ126のセット端(S)にはローレベルが入力され続ける。その結果、遮断信号Stsdの論理は、それ以前のローレベル(ネゲート状態)に維持される。
When the monitoring target temperature rises and reaches the third threshold temperature Tth3, the voltage signal Va becomes lower than the third threshold voltage Vth3. Therefore, the output of the
さらに監視対象温度が上昇して第2の閾値温度Tth2に達すると、電圧信号Vaは、第2閾値電圧Vth2に達する。従って、比較器121の出力はローレベルに変遷され、RSラッチ126のセット端(S)にはローレベルが入力される。その結果、遮断信号Stsdの論理はハイレベル(アサート状態)に変遷される。
When the monitored temperature further rises and reaches the second threshold temperature Tth2, the voltage signal Va reaches the second threshold voltage Vth2. Accordingly, the output of the
遮断信号tsdのアサートによってIC主要部の駆動がシャットダウンされた結果、監視対象温度が第2の閾値温度Tth2を下回ると、電圧信号Vaは、第2閾値電圧Vth2よりも高くなる。従って、比較器121の出力はハイレベルに変遷され、RSラッチ126のセット端(S)にはハイレベルが入力される。一方、監視対象温度が第3の閾値温度Tth3に達しない限り、電圧信号Vaは、第3閾値電圧Vth3よりも低いままとなる。従って、比較器122の出力はローレベルに維持され、RSラッチ126のリセット端(R)にはハイレベルが入力され続ける。その結果、遮断信号Stsdの論理は、それ以前のハイレベル(アサート状態)に維持される。
As a result of shutting down the driving of the main part of the IC by asserting the cutoff signal tsd, the voltage signal Va becomes higher than the second threshold voltage Vth2 when the monitored temperature falls below the second threshold temperature Tth2. Accordingly, the output of the
さらに監視対象温度が低下して第3の閾値温度Tth3を下回ると、電圧信号Vaは、第3閾値電圧Vth3よりも高くなる。従って、比較器121、122の出力は、いずれもハイレベルとなり、RSラッチ126のセット端(S)にはハイレベルが入力され、リセット端(R)にはローレベルが入力される。その結果、遮断信号Stsdの論理はローレベル(ネゲート状態)に復帰する。
When the monitored temperature further decreases and falls below the third threshold temperature Tth3, the voltage signal Va becomes higher than the third threshold voltage Vth3. Accordingly, the outputs of the
次に、上記構成から成る抑制信号制限部13の動作について説明する。監視対象温度が第1の閾値温度Tth1に達するまでは、電圧信号Vaが第1閾値電圧Vth1よりも高いため、トランジスタP4のコレクタには、ほとんど出力電流iが流れない状態となる。一方、監視対象温度が上昇し、第1の閾値温度Tth1に達した後は、その温度上昇に伴って電圧信号Vaが第1閾値電圧Vth1よりも徐々に低くなっていく。そのため、出力電流iは、監視対象温度の上昇に伴って徐々に大きくなる。
Next, the operation of the suppression
すなわち、上記構成から成る抑制信号制限部13は、先述の抑制信号Slmtとして、出力電流i(或いは、当該出力電流iを抵抗R2で電圧変換して得られる電圧信号)を出力するgmアンプとして機能する。このような抑制信号生成部13で得られる抑制信号Slmtを用いて、モータ駆動回路20の駆動電流制御やトルク制御(PWMデューティ制御)を行うことにより、先出の図2及び図4で示した予備的熱保護動作を容易に実現することが可能となる。また、先出の図3で示した予備的熱保護動作を実現する場合は、図5の構成に代えて、図7の構成とすればよい。
That is, the suppression
図7の構成について、より具体的に述べると、遮断信号制限部12については、直流電圧源124にて、第4閾値温度Tth4に相当する第4閾値電圧Vth4を生成する構成とされており、また、抑制信号制限部13については、トランジスタN2のベースと電源電圧印加端との間に接続された定電流源Iaと、トランジスタN2のベースと直流電圧源E1の正極端との間に接続された抵抗Raと、を有して成り、定電流源Iaのオン/オフを遮断信号Stsdに基づいて切り替える構成とされている。
More specifically, the cutoff
なお、上記の実施形態では、モータドライバ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、スイッチング電源IC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 motor driver IC has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and other switching power supply ICs, etc. 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.
例えば、上記の実施形態では、単一の発熱検出部11を遮断信号生成部12と抑制信号生成部13とで共用する構成を例示して説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、複数の発熱検出部を具備し、各々の監視対象温度がいずれも第2の閾値温度Tth2に達したときに、モータ駆動回路20の駆動を遮断する構成にしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the single heat
より具体的に述べると、図6に示すように、チップ上の異なる場所に配設された第1、第2発熱検出部11a、11bと、第1発熱検出部11aの監視対象温度に基づいて第1遮断信号Stsd1を生成する第1遮断信号生成部12aと、第2発熱検出部11bの監視対象温度に基づいて第2遮断信号Stsd2を生成する第2遮断信号生成部12bと、同じく、第2発熱検出部11bの監視対象温度に基づいて抑制信号Slmtを生成する抑制信号生成部13bと、第1、第2遮断信号Stsd1、Stsd2の論理積を遮断信号Stsdとして後段回路(モータ駆動回路20やその他の内部回路)に送出するAND14と、を有して成る構成にするとよい。このような構成とすることにより、温度検出手段の誤動作を排除して、より高精度な熱保護動作を実現することが可能となる。
More specifically, as shown in FIG. 6, the first and second heat
本発明は、異常発熱に対する半導体集積回路装置の安全性を高める上で有用な技術であり、例えば、パワートランジスタをICに内蔵して成るスイッチング電源装置やモータ駆動装置(特に、洗濯機や扇風機など、モータの回転スピードが多少落ちても支障がないアプリケーション)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 enhancing the safety of a semiconductor integrated circuit device against abnormal heat generation. For example, a switching power supply device or a motor driving device (in particular, a washing machine or a fan) in which a power transistor is built in an IC. The application can be suitably used for applications in which there is no problem even if the rotational speed of the motor is somewhat reduced.
1 モータドライバIC
2 モータ
10 熱保護回路
11、11a、11b 発熱検出部
12、12a、12b 遮断信号生成部
13、13b 抑制信号生成部
14 AND
20 モータ駆動回路
121、122 比較器
123、124 直流電圧源
125 インバータ
126 RSラッチ
126a、126b NAND
I1〜I3 定電流源
D1〜D3 ダイオード
P1〜P4 pnp型バイポーラトランジスタ
N1〜N2 npn型バイポーラトランジスタ
R1〜R2 抵抗
E1 直流電圧源
Ia 定電流源
Ra 抵抗
1 Motor driver IC
2
20
I1 to I3 Constant current source D1 to D3 Diode P1 to P4 Pnp type bipolar transistor N1 to N2 Npn type bipolar transistor R1 to R2 Resistance E1 DC voltage source Ia Constant current source Ra Resistance
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