JP2006339585A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 供給電源Ｖccが十分上昇していない状態では出力端子に誤動作出力を出さないことを可能とする半導体集積回路を提供する。
【解決手段】 供給電圧によって制御される電源回路１と、電源回路の出力に接続された電圧−電流変換装置（Ｑ１）と、前記電圧−電流変換回路の出力に接続された電流−電圧変換装置１と、前記電流−電圧変換回路の出力に接続された定電圧ライン３と、出力回路５の出力端子６と、前記定電圧ラインの電位と前記電源回路からの出力信号を受けて前記出力端子の電位を制御し、前記定電圧ラインの電位の上昇が不十分又は前記電源電圧が定常状態でないときに前記出力端子後段に接続された素子を動作させない状態にする保護回路１２を備えている。供給電源Ｖccが急峻に立ち上がり、回路の動作開始の順番が崩れたとしても誤動作波形を出させないようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、定電圧ラインを有する半導体集積回路に関するものである。

従来駆動用などに用いる半導体集積回路は、外部供給電源Ｖccが電圧Ｖccth以上のときに定常状態になる電源回路と、その電源回路の出力を受けて電流に変換するトランジスタと、トランジスタからの電流を受けて電圧に変換する、例えば、抵抗等の電流−電圧変換器と、電流−電圧変換器の出力を受けて定電圧ラインの電位を固定するＮＰＮトランジスタと、この定電圧ラインを電圧供給ラインとする小信号回路、小信号回路の後段に接続された出力回路を有する。この出力回路の出力端子は、この端子に接続されたパワー素子を駆動する。
特許文献１に記載された従来技術では、圧電素子の温度上昇による消費電流の増加を防止し、素子の破壊や電源の大型化を防止することのできる駆動装置が記載されている。電源と駆動回路部との間に電流制限回路部とコンデンサとを備える供給電流安定化回路部を設けることを特徴としている。
特開２００４−０５６９１４号公報

本発明は、供給電源Ｖccが十分上昇していない状態では出力端子に誤動作出力を出さないことを可能とする半導体集積回路を提供する。

本発明の半導体集積回路の一態様は、供給電圧によって制御される電源回路と、前記電源回路の出力に接続された電圧−電流変換装置と、前記電圧−電流変換回路の出力端子に接続された電流−電圧変換装置と、前記電流−電圧変換回路の出力端子に接続された定電圧ラインと、出力端子を有する出力回路と、前記定電圧ラインの電位と前記電源回路からの出力信号を受けて前記出力端子の電位を制御し、前記定電圧ラインの電位の上昇が不十分又は前記電源電圧が定常状態でないときに前記出力端子後段に接続された素子を動作させない状態にする保護回路とを備えたことを特徴としている。

本発明は、供給電源Ｖccが十分上昇していない状態では出力端子に誤動作出力を出さないことができる半導体集積回路を提供することができる。

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

まず、図１及び図６を参照して実施例１を説明する。
図１は、この実施例の半導体集積回路１００の回路図であり、パワー素子１６を駆動する駆動ＩＣとして用いられる。図６は、半導体集積回路１００に用いられる保護回路の例である。
この実施例の半導体集積回路１００は、外部供給電源Ｖcc７が電圧Ｖccth以上のときに定常状態になる電源回路１と、その電源回路１の出力を受けて電流に変換をする電圧−電流変換装置であるトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１からの電流を受けて電圧に変換する、例えば、抵抗等の電流−電圧変換器２と、前記電流−電圧変換回路の出力端子に接続された定電圧ライン３と、定電圧ライン３に接続され、その電流−電圧変換装置２の出力を受けて定電圧ライン３の電位を固定するＮＰＮトランジスタＱ２と、出力端子６を有する出力回路５と、定電圧ライン３の電位と電源回路１からの出力信号９を受けて出力端子６の電位を制御し、定電圧ライン３の電位の上昇が不十分又は電源回路１が定常状態でないときに出力端子６後段に接続された素子１６を動作させない状態にする保護回路１２とを備えている。

外部供給電源Ｖcc７は、電源供給ライン１５を介して電源回路１に供給される。トランジスタＱ１は、ここではＬＰＮＰトランジスタを使用し、ベースが電源回路１に接続され、エミッタが電源供給ライン１５に接続され、コレクタが電流−電圧変換装置２に接続される。トランジスタＱ２は、ベースがトランジスタＱ１のコレクタに接続され、エミッタが定電圧ライン３に接続され、コレクタが電源供給ライン１５に接続される。容量Ｃ１は、一端がトランジスタＱ１のベースに接続され、他端が接地されている。小信号回路４は、定電圧ライン３に接続され、出力回路５に電圧が供給される。この小信号回路４には通常電源回路１の出力が入力され、電源回路１からの信号が無い限り正常動作しない。小信号回路４の後段には出力回路５が接続される。この出力回路５の出力は出力端子６に接続される。

そして、出力端子６後段は、この実施例の半導体集積回路１００が駆動用ＩＣとして用いる場合に、被駆動素子であるパワー素子１６などに接続される。保護回路１２は、この半導体集積回路１００を動作させる信号の入力によって、出力回路の出力を制御する回路であって、例えば、図６に示す様に、ＮＰＮトランジスタ又はＮｃｈＭＯＳトランジスタで構成されている。電源回路１がまだ立ち上がっていない場合、電源回路１の出力信号９はＬで、保護回路１２の出力信号１１はＨであり、出力回路５の出力端子６は出力しない。これに対して、電源回路１が安定して動作している場合、電源回路１の出力信号９はＨで、保護回路１２の出力信号１１はＬであり、したがって出力回路５の出力端子６は出力する。
この半導体集積回路１００では、トランジスタＱ１のベース端子に寄生容量に並列に容量Ｃ１が接続されている。また電源回路１の出力信号９及び定電圧ライン３のモニタ信号１０が入力される保護回路１２が設けられている。保護回路１２の出力信号は、出力回路５に入力される。

従来の半導体集積回路では、トランジスタＱ１のベース端子には寄生容量としてしか容量成分は存在しないが、この実施例ではベース端子に容量Ｃ１を寄生容量に並列に接続することにより、供給電源Ｖcc７の変化時に変位電流Ｉ１が流れこむ状態をつくり出している。この変位電流Ｉ１はＱ１がＬＰＮＰの場合ｈFE倍されて、Ｉ２となって電流−電圧変換器２に流れ込み、ついには定電圧ライン３の電位を上昇させる。定電圧ライン３の上昇電位が小信号回路４のトランジスタのＶth又はＶBE以上の場合、定電圧ライン３より電位を供給されている小信号回路４は動作状態となる。定電圧ライン３の上昇電位（Ｖ３）は以下の計算式で表わされる。

例えば、電流−電圧変換器２を抵抗（Ｒ）とした場合、以下の通りとなる。
Ｖ３＝（ｄＶcc／ｄｔ）＊（Ｃpara＋Ｃ１）＊ｈFE＊Ｒ−ＶBE・・・（１）
容量Ｃ１の追加により定電圧ラインの電位を確実に上昇させ、保護回路１２を動作可能な状態にする。その条件は，次式で与えられる。保護回路１２が動作する供給電圧のスレッショルドをＶth１とすると、
Ｖ３＞Ｖth１ ・・・（２）
（１）式より
Ｃ１＞（Ｖth１＋ＶBE）/ （ｈFE＊Ｒ）＊１／（ｄＶcc／ｄｔ）−Ｃpara
・・・（３）
保護回路１２を確実に動作させる条件は（３）式で与えられる。寄生容量Ｃparaが測定困難な場合は以下の（４）式の条件を満たす容量Ｃ１を用いる。このように容量Ｃ１を設定すれば良い。
Ｃ１＞（Ｖth１＋ＶBE）/ （ｈFE＊Ｒ）＊１／（ｄＶcc／ｄｔ）
・・・（４）
保護回路１２は、電源回路１の出力信号９及び定電圧ライン３のモニタ信号１０を入力信号とし、この２つの入力信号の状態により出力信号１１を変化させる回路となっている。

また保護回路１２の出力信号１１は、出力回路５の入力信号となっており、この信号により出力端子６より出力電位を出す／出さないの制御を行う。
電源回路１の出力信号９は、電源回路１が定常状態になったことを示す信号、また定電圧ライン３のモニタ信号１０は、定電圧ライン３が上昇したことを示す信号となっており、保護回路１２は、電源回路１の定常状態及び定電圧ライン３の少なくとも小信号回路４が安定動作するのに十分に上昇した電圧信号Ｖ３thが入力されるまで出力回路５の出力端子６をその後段のパワー素子１６を誤動作させないよう電位を固定する制御信号を出す。逆に、電源回路１が定常状態となり、定電圧ライン３がＶ３th以上に上昇すると、入力端子８の入力信号に合わせて出力端子６より信号を出す。

これにより供給電圧Ｖcc７が急峻に上昇し、且つＶccth以下（電源回路１が未動作状態）の場合、保護回路１２の機能により出力端子６より出力電位は出ず、よって誤動作出力をすることを防ぐことができ、また電源回路１が定常状態になり、定電圧ライン３がＶ３th以上に上昇した時点で出力回路５を通常動作状態にすることができる。
容量Ｃ１は、（３）式の条件を満たす容量でも（４）式の条件を満たす容量でも良い。

次に、図２を参照して実施例２を説明する。
図２は、この実施例の半導体集積回路の回路図である。この半導体集積回路２００は、抵抗１３を有することに特徴が有り、それ以外の構成は実施例１のものと同じである。抵抗１３は、電源供給ライン１５とトランジスタＱ１のエミッタ端子との間に挿入されている。そして、この抵抗１３と容量Ｃ１（寄生容量も含む）との時定数で定電圧ライン３の上昇がきまる。したがって、抵抗１３の値を調整することにより適切な定電圧ライン３の上昇を調整することができる。
以上の通り、供給電圧Ｖcc７が急峻に上昇し、且つＶccth以下（電源回路１が未動作状態）の場合、保護回路１２の機能により出力端子６より出力電位は出ず、よって誤動作出力をすることを防ぐことができ、また電源回路１が定常状態になり定電圧ライン３がＶ３th以上に上昇した時点で出力回路５を通常動作状態にすることができる。

次に、図３を参照して実施例３を説明する。
図３は、この実施例の半導体集積回路の回路図である。この半導体集積回路３００は、トランジスタＱ１のベース端子の容量Ｃ１を外した形で構成されていること及び電流−電圧変換器２ａをツエナーダイオード１段とすることに特徴が有る。それ以外の構成は実施例１のものと同じである。実施例１ではトランジスタＱ１のベース端子の容量Ｃ１を接続することで定電圧ライン３の電位を上昇させたが、例えば、電流−電圧変換器２ａをツエナーダイオード１段とすれば、定電圧ライン３の立ち上がりは供給電源Ｖcc７の少しの上昇で十分電位を上昇させることができるので容量Ｃ１の省略を可能にすることができ、且つ実施例１と同様の効果を上げることができる。
以上の通り、供給電圧Ｖcc７が急峻に上昇し、且つＶccth以下（電源回路１が未動作状態）の場合、保護回路１２の機能により出力端子６より出力電位は出ず、よって誤動作出力をすることを防ぐことができ、また電源回路１が定常状態になり定電圧ライン３がＶ３th以上に上昇した時点で出力回路５を通常動作状態にすることができる。

次に、図４を参照して実施例４を説明する。
図４は、この実施例の半導体集積回路の回路図である。この半導体集積回路４００は、クランプ回路１４を有することに特徴が有り、それ以外の構成は実施例１のものと同じである。クランプ回路１４は、定電圧ライン３下に挿入される。
クランプ回路は、ある一定以上の電位（即ち、クランプ電圧）がかかった場合に導通状態となる回路であり、この回路をある定電圧ライン下に挿入し、クランプ電圧を定電圧ライン下にある素子の耐圧に相当する電位に設定することで定電圧ラインにクランプ電圧に相当する電圧がかかった場合、クランプ回路が導通し、定電圧ライン下にある素子を破壊から守ることができる。

この実施例の半導体集積回路は、クランプ回路１４のこの機能を使用することで、トランジスタＱ１のベース端子の容量Ｃ１により発生する定電圧ライン３の電位の上昇を定電圧ライン３下にある素子の耐圧以下に抑えることを可能としている。クランプ回路１４により定電圧の電位を耐圧以下に抑えることができ、素子の破壊を防ぐことを可能とする。
以上の通り、供給電圧Ｖcc７が急峻に上昇し、且つＶccth以下（電源回路１が未動作状態）の場合、保護回路１２の機能により出力端子６より出力電位は出ず、よって誤動作出力をすることを防ぐことができ、また電源回路１が定常状態になり定電圧ライン３がＶ３th以上に上昇した時点で出力回路５を通常動作状態にすることができる。

次に、図５を参照して実施例５を説明する。
図５は、この実施例の半導体集積回路の回路図である。この半導体集積回路は、トランジスタＱ１のベース端子の容量Ｃ１を外した形で構成されていること及びクランプ回路１４を有することに特徴が有る。それ以外の構成は実施例１のものと同じである。この実施例では追加の容量Ｃ１を用いないでＶth、ＶBE以上の定電圧ラインの上昇になる場合には寄生容量のみで十分である。
この実施例の半導体集積回路５００は、クランプ回路１４を使用することで、定電圧ライン３の電位の上昇を定電圧ライン３下にある素子の耐圧以下に抑えることを可能としている。クランプ回路１４により定電圧の電位を耐圧以下に抑えることができ、素子の破壊を防ぐことを可能とする。

以上の通り、供給電圧Ｖcc７が急峻に上昇し、且つＶccth以下（電源回路１が未動作状態）の場合、保護回路１２の機能により出力端子６より出力電位は出ず、よって誤動作出力をすることを防ぐことができ、また電源回路１が定常状態になり定電圧ライン３がＶ３th以上に上昇した時点で出力回路５を通常動作状態にすることができる。
前述した従来の半導体集積回路は、供給電源Ｖccの出力が０Ｖより徐々に上昇し、その出力が電源回路が定常状態になる供給電源Ｖccのスレッショルド電圧Ｖccthを越えたとき電源回路が安定化して、トランジスタＱ１（図１参照）、電流−電圧変換器、トランジスタＱ２（図２参照）が動作をはじめて定電圧ラインを一定電位にする。ついで小信号回路が動作を開始安定化し、最後に出力回路が動作を開始安定化する。つまり電源回路、定電圧ライン、小信号回路、出力回路の順に動作を開始し、最終的には駆動ＩＣの出力端子の電位は固定する。それまでは出力端子の電位は、パワー素子のスレショルド電圧、例えば、パワーＭＯＳトランジスタでは５Ｖを越えてはならない。越えるとパワーＭＯＳトランジスタ以降を破壊することがある。

ところが供給電源Ｖccが０Ｖより急峻に上昇する場合、動作開始の順番が崩れ駆動ＩＣの出力端子をＶth以上にする可能性が生じる。その模様を説明する。
電源回路の出力ライン又はトランジスタＱ１のベース端子には寄生容量が存在し供給電源Ｖccの変化により変位電流Ｉ１（図１参照）が流れる。トランジスタＱ１がＬＰＮＰトランジスタの場合、変位電流Ｉ１は、ｈFE倍されて変位電流Ｉ２（図１参照）となって電流−電圧変換器に流れ込む。そして、ついには定電圧ラインの電位を上昇させる。このとき、供給電源ＶccがＶccth以下の場合は、電源回路は動作しておらず、従って小信号回路へ至る信号は小信号回路を安定にしていない。ところが定電圧ラインがある程度以上、例えばＶBE又はＶth以上上昇すると小信号回路内部の各ノードはそれぞれある電位をもつ、同じく小信号回路の出力もある電位をもつ。その電位が出力回路の出力、つまりは駆動ＩＣの出力端子の電位をＶth以上にする信号であるなら、電源回路、小信号回路がまだ安定していないのでこれは誤動作となる。そして、後段のパワー素子のバイアス状態によってはパワー素子以降を破壊することがある。
これに対して、本発明では、供給電圧が急峻に上昇し、且つ電源回路が未動作状態の場合、保護回路の機能により出力端子より出力電位は出ないので誤動作出力を防ぐことができ、このような問題が発生し難い。

本発明の半導体集積回路は、駆動ＩＣとして、フォトカプラの受光集積装置に使用されることが可能である。

本発明の一実施例である実施例１の半導体集積回路の回路図。 本発明の一実施例である実施例２の半導体集積回路の回路図。 本発明の一実施例である実施例３の半導体集積回路の回路図。 本発明の一実施例である実施例４の半導体集積回路の回路図。 本発明の一実施例である実施例５の半導体集積回路の回路図。 図１乃至図５の半導体集積回路に使用される保護回路を示す回路図。

符号の説明

１・・・電源回路
２・・・電流―電圧変換器
３・・・定電圧ライン
４・・・小信号回路
５・・・出力回路
６・・・出力端子
７・・・供給電源Ｖcc
８・・・小信号回路入力端子
９・・・電源回路の出力信号
１０・・・定電圧ラインのモニタ信号
１１・・保護回路の出力信号
１２・・・保護回路
１３・・・抵抗
１４・・・クランプ回路
１５・・・電源供給ライン
１６・・・パワー素子
１００〜５００・・・半導体集積回路
Ｑ１・・・電圧―電流変換器（バイポーラ・トランジスタ）
Ｑ２・・・バイポーラ・トランジスタ

Claims (5)

1. 供給電圧によって制御される電源回路と、
   前記電源回路の出力に接続された電圧−電流変換装置と、
   前記電圧−電流変換回路の出力端子に接続された電流−電圧変換装置と、
   前記電流−電圧変換回路の出力端子に接続された定電圧ラインと、
   出力端子を有する出力回路と、
   前記定電圧ラインの電位と前記電源回路からの出力信号を受けて前記出力端子の電位を制御し、前記定電圧ラインの電位の上昇が不十分又は前記電源電圧が定常状態でないときに前記出力端子後段に接続された素子を動作させない状態にする保護回路とを備えたことを特徴とする半導体集積回路。
2. 前記電流−電圧変換装置は、ツェナー・ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
3. 前記定電圧ラインと前記保護回路の間にクランプ回路を接続することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体集積回路。
4. 前記電圧−電流変換装置は、ＰＮＰトランジスタから構成され、前記トランジスタのエミッタと前記電源回路の出力には抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
5. 前記電圧−電流変換装置は、ＰＮＰトランジスタから構成され、前記トランジスタのベースには容量が前記トランジスタの寄生容量に並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
   
   
   
   

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