JP2008148378A - 半導体集積回路および電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】外部FETおよび外部FETを駆動する回路の両方を保護することが可能な半導体集積回路および電源装置を提供する。
【解決手段】半導体集積回路101は、外部のFETM11に結合されるトランジスタM1およびトランジスタM2を含み、トランジスタM1がオン状態であり、かつトランジスタM2がオフ状態のときにFETM11がオフ状態となるスイッチング制御回路1Aと、トランジスタM1およびトランジスタM2がオフ状態の場合、FETM11をオフ状態とするためのバイアス電圧をFETM11に供給するバイアス回路2Aと、異常が検出された場合には、トランジスタM1をオン状態とし、かつトランジスタM2をオフ状態とすることによりFETM11をオフ状態とし、所定時間経過後、トランジスタM1およびトランジスタM2をオフ状態とする保護制御回路3とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体集積回路および電源装置に関し、特に、外部のFETを駆動する半導体集積回路および電源装置に関する。
外部FET(Field Effect Transistor)を駆動するためのFET駆動回路が開発されている。たとえば、特許文献1〜3には、トランジスタをスイッチング制御する駆動回路が開示されている。
特開2000−201475号公報 特開2004−88245号公報 特開2003−235251号公報
ところで、上記のような従来の駆動回路は、外部FETのオン状態およびオフ状態を切り替えるスイッチング制御回路を備え、スイッチング制御回路は、たとえばNチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタおよびPチャネルMOSトランジスタを組み合わせた回路が採用される。
そして、FET駆動回路が集積化されたFET駆動IC(Integrated Circuit)では、外部端子がショートする等の異常が発生した場合、外部FETに大電流が流れて外部FETまたは外部FETの次段の回路が破壊されることを防ぐため、スイッチング制御回路におけるNチャネルMOSトランジスタおよびPチャネルMOSトランジスタのいずれか一方をオン状態とし、かつ他方をオフ状態として外部FETをオフ状態とする制御が行なわれる場合がある。
しかしながら、スイッチング制御回路の出力が接続される外部端子が接地電位または電源電位等とショートした場合には、外部FETをオフ状態とすることができても、スイッチング制御回路におけるオン状態のMOSトランジスタに大電流が流れて破壊されてしまう場合がある。
このような問題点を解決するために、異常が発生した場合にはスイッチング制御回路におけるNチャネルMOSトランジスタおよびPチャネルMOSトランジスタの両方をオフ状態とし、かつ外部FETのゲートに外部FETがオフ状態となるようなバイアス電圧を供給するプルダウン抵抗またはプルアップ抵抗を備える構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、外部FETの寄生容量、および通常数10kΩを有するプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗に起因して、外部FETのゲートの電位をオン状態に対応する電位からオフ状態に対応する電位に遷移させるまでに要する時間が長くなってしまい、外部FETまたは外部FETの次段の回路が破壊される場合がある。
それゆえに、本発明の目的は、外部FETおよび外部FETを駆動する回路の両方を保護することが可能な半導体集積回路および電源装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある局面に係わる半導体集積回路は、外部のFETを駆動する半導体集積回路であって、FETに結合される第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを含み、第1のトランジスタがオン状態であり、かつ第2のトランジスタがオフ状態のときにFETがオフ状態となるスイッチング制御回路と、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタがオフ状態の場合、FETをオフ状態とするためのバイアス電圧をFETに供給するバイアス回路と、異常が検出された場合には、第1のトランジスタをオン状態とし、かつ第2のトランジスタをオフ状態とすることによりFETをオフ状態とし、所定時間経過後、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタをオフ状態とする保護制御回路とを備える。
好ましくは、第1のトランジスタは、第1の導通電極が第1の固定電位に結合され、第2のトランジスタは、第1の導通電極がFETの制御電極に結合され、第2の導通電極が第2の固定電位に結合され、バイアス回路は、第1端が第1の固定電位に結合され、第2端がFETの制御電極に結合される抵抗を含み、FETは、制御電極の電位が第1の固定電位となったときにオフ状態となる。
上記課題を解決するために、本発明のある局面に係わる電源装置は、FETと、半導体集積回路とを備え、半導体集積回路は、FETに結合される第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを含み、第1のトランジスタがオン状態であり、かつ第2のトランジスタがオフ状態のときにFETがオフ状態となるスイッチング制御回路と、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタがオフ状態の場合、FETをオフ状態とするためのバイアス電圧をFETに供給するバイアス回路と、異常が検出された場合には、第1のトランジスタをオン状態とし、かつ第2のトランジスタをオフ状態とすることによりFETをオフ状態とし、所定時間経過後、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタをオフ状態とする保護制御回路とを備える。
本発明によれば、外部FETおよび外部FETを駆動する回路の両方を保護することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示す図である。
図1を参照して、電源装置201は、半導体集積回路101と、PチャネルMOSトランジスタM11と、NチャネルMOSトランジスタM12と、コイルL11と、コンデンサC11とを備える。半導体集積回路101は、スイッチング制御回路1Aおよび1Bと、バイアス回路2Aおよび2Bと、保護制御回路3と、異常検出回路11と、PWM(Pulse Width Modulation)制御回路12と、外部端子T1およびT2とを備える。スイッチング制御回路1Aは、PチャネルMOSトランジスタ(第1のトランジスタ)M1と、NチャネルMOSトランジスタ(第2のトランジスタ)M2とを含む。スイッチング制御回路1Bは、PチャネルMOSトランジスタ(第2のトランジスタ)M3と、NチャネルMOSトランジスタ(第1のトランジスタ)M4とを含む。バイアス回路2Aは、抵抗R1を含む。バイアス回路2Bは、抵抗R2を含む。
PチャネルMOSトランジスタM1は、ソース(第1の導通電極)が電源電位(第1の固定電位)に結合される。NチャネルMOSトランジスタM2は、ドレイン(第1の導通電極)がPチャネルMOSトランジスタM1のドレイン(第2の導通電極)に結合され、ソース(第2の導通電極)が接地電位(第2の固定電位)に結合される。抵抗R1は、第1端が電源電位に結合され、第2端がPチャネルMOSトランジスタM1のドレインおよびNチャネルMOSトランジスタM2のドレインに結合される。
PチャネルMOSトランジスタM11は、ゲート(制御電極)が外部端子T1を介してPチャネルMOSトランジスタM1のドレインおよびNチャネルMOSトランジスタM2のドレインに結合される。
PチャネルMOSトランジスタM11は、PチャネルMOSトランジスタM1がオン状態であり、かつNチャネルMOSトランジスタM2がオフ状態のときにゲート電位が電源電位となり、オフ状態となる。また、PチャネルMOSトランジスタM11は、PチャネルMOSトランジスタM1がオフ状態であり、かつNチャネルMOSトランジスタM2がオン状態のときにゲート電位が接地電位となり、オン状態となる。
バイアス回路2Aは、PチャネルMOSトランジスタM1またはNチャネルMOSトランジスタM2がオン状態である場合には、PチャネルMOSトランジスタM11のゲート電位に影響を及ぼさない。バイアス回路2Aは、PチャネルMOSトランジスタM1およびNチャネルMOSトランジスタM2がオフ状態の場合に、PチャネルMOSトランジスタM11をオフ状態とするためのバイアス電圧すなわち電源電圧をPチャネルMOSトランジスタM11のゲートに供給する。
PチャネルMOSトランジスタM3は、ソース(第1の導通電極)が電源電位(第1の固定電位)に結合される。NチャネルMOSトランジスタM4は、ドレイン(第1の導通電極)がPチャネルMOSトランジスタM3のドレイン(第2の導通電極)に結合され、ソース(第2の導通電極)が接地電位(第2の固定電位)に結合される。抵抗R2は、第1端が接地電位に結合され、第2端がPチャネルMOSトランジスタM3のドレインおよびNチャネルMOSトランジスタM4のドレインに結合される。
NチャネルMOSトランジスタM12は、ゲート(制御電極)が外部端子T2を介してPチャネルMOSトランジスタM3のドレインおよびNチャネルMOSトランジスタM4のドレインに結合される。
NチャネルMOSトランジスタM12は、PチャネルMOSトランジスタM3がオン状態であり、かつNチャネルMOSトランジスタM4がオフ状態のときにゲート電位が電源電位となり、オン状態となる。また、NチャネルMOSトランジスタM12は、PチャネルMOSトランジスタM3がオフ状態であり、かつNチャネルMOSトランジスタM4がオン状態のときにゲート電位が接地電位となり、オフ状態となる。
バイアス回路2Bは、PチャネルMOSトランジスタM3またはNチャネルMOSトランジスタM4がオン状態である場合には、NチャネルMOSトランジスタM12のゲート電位に影響を及ぼさない。バイアス回路2Bは、PチャネルMOSトランジスタM3およびNチャネルMOSトランジスタM4がオフ状態の場合に、NチャネルMOSトランジスタM12をオフ状態とするためのバイアス電圧すなわち接地電圧をNチャネルMOSトランジスタM12のゲートに供給する。
PWM(Pulse Width Modulation)制御回路12は、PチャネルMOSトランジスタM11およびNチャネルMOSトランジスタM12のオン状態およびオフ状態を排他的に切り替えるためのPWM信号を保護制御回路3へ出力する。
保護制御回路3は、PWM制御回路12から受けたPWM信号に基づいて制御信号CONT1〜CONT4を生成し、スイッチング制御回路1AにおけるPチャネルMOSトランジスタM1およびNチャネルMOSトランジスタM2、ならびにスイッチング制御回路1BにおけるPチャネルMOSトランジスタM3およびNチャネルMOSトランジスタM4へそれぞれ出力する。
スイッチング制御回路1Aおよび1Bは、保護制御回路3から受けた制御信号CONT1〜CONT4に基づいて、PチャネルMOSトランジスタM11およびNチャネルMOSトランジスタM12のオン状態およびオフ状態をそれぞれ切り替える。
PチャネルMOSトランジスタM11およびNチャネルMOSトランジスタM12のオン状態およびオフ状態の切り替えによって発生した交流電圧は、コイルL11およびコンデンサC11によって平滑化され、電源電圧として外部へ出力される。
異常検出回路11は、半導体集積回路101の出力電圧すなわち外部端子T1およびT2における電圧をそれぞれ監視し、半導体集積回路101の出力電圧に異常が発生したと判断した場合には異常検出信号DETを保護制御回路3へ出力する。
保護制御回路3は、異常検出回路11から異常検出信号DETを受けると、PWM制御回路12から受けたPWM信号に関わらずPチャネルMOSトランジスタM1をオン状態とし、かつNチャネルMOSトランジスタM2をオフ状態とすることによりPチャネルMOSトランジスタM11をオフ状態とする。また、保護制御回路3は、異常検出回路11から異常検出信号DETを受けると、PWM制御回路12から受けたPWM信号に関わらずPチャネルMOSトランジスタM3をオフ状態とし、かつNチャネルMOSトランジスタM4をオン状態とすることによりNチャネルMOSトランジスタM12をオフ状態とする。
そして、保護制御回路3は、所定時間経過後、PチャネルMOSトランジスタM1およびM3ならびにNチャネルMOSトランジスタM2およびM4をオフ状態とする。
図2は、本発明の実施の形態に係る電源装置における半導体集積回路が備える保護制御回路の構成を示す図である。
図2を参照して、保護制御回路3は、NOT回路G1〜G3と、NOR回路G4と、NAND回路G5と、OR回路G6およびG7と、AND回路G8およびG9と、遅延回路21とを含む。
NOT回路G1と、NOR回路G4と、遅延回路21とは、異常検出回路11から異常検出信号DETを受ける。NOT回路G2は、PWM制御回路12からPWM信号を受ける。
遅延回路21は、異常検出信号DETを所定時間遅延させ、遅延させた信号をNOT回路G3と、OR回路G6およびG7とへ出力する。遅延回路21は、たとえば、コンデンサおよび抵抗を含むアナログ回路で構成することができ、また、カウンタを含むデジタル回路で構成することもできる。
OR回路G6は、PチャネルMOSトランジスタM1のゲートへ制御信号CONT1を出力する。AND回路G8は、NチャネルMOSトランジスタM2のゲートへ制御信号CONT2を出力する。OR回路G7は、PチャネルMOSトランジスタM3のゲートへ制御信号CONT3を出力する。AND回路G9は、NチャネルMOSトランジスタM4のゲートへ制御信号CONT4を出力する。
図3は、保護制御回路3の動作を示すタイミングチャートである。ここでは、異常検出信号DETがLレベルの場合には異常検出回路11において異常が検出されていない状態であり、異常検出信号DETがHレベルの場合には異常検出回路11において異常が検出された状態であると仮定する。
図3を参照して、保護制御回路3は、異常検出信号DETがLレベルの場合には、PWM信号に基づいて制御信号CONT1〜CONT4の論理レベルを決定する。
異常検出信号DETがLレベルからHレベルに変化した時から所定の遅延時間が経過するまでの期間において、保護制御回路3は、制御信号CONT1をLレベルとし、制御信号CONT2をLレベルとし、制御信号CONT3をHレベルとし、制御信号CONT4をHレベルとする。すなわち、保護制御回路3は、PチャネルMOSトランジスタM1をオン状態とし、かつNチャネルMOSトランジスタM2をオフ状態とすることによりドライブ信号DRVAをHレベルとしてPチャネルMOSトランジスタM11をオフ状態とする。また、保護制御回路3は、PチャネルMOSトランジスタM3をオフ状態とし、かつNチャネルMOSトランジスタM4をオン状態とすることによりドライブ信号DRVBをLレベルとしてNチャネルMOSトランジスタM12をオフ状態とする。
そして、保護制御回路3は、所定の遅延時間経過後、制御信号CONT1をHレベルとし、制御信号CONT2をLレベルとし、制御信号CONT3をHレベルとし、制御信号CONT4をLレベルとする。すなわち、保護制御回路3は、PチャネルMOSトランジスタM1およびM3ならびにNチャネルMOSトランジスタM2およびM4をオフ状態とする。このとき、バイアス回路2Aは、電源電位にプルアップされている抵抗R1により、ドライブ信号DRVAをHレベルに維持する、すなわちPチャネルMOSトランジスタM11のオフ状態を維持する。また、バイアス回路2Bは、接地電位にプルダウンされている抵抗R2により、ドライブ信号DRVBをLレベルに維持する、すなわちNチャネルMOSトランジスタM12のオフ状態を維持する。
なお、保護制御回路3は、異常検出回路11において異常が検出された場合に限らず、正常時に電源装置201を停止させる場合においても図3に示すような制御を行なうことにより、半導体集積回路101の構成の簡易化を図ることができる。
ところで、従来のFET駆動ICでは、外部FETのオン状態およびオフ状態を切り替えるスイッチング制御回路の出力が接続される外部端子が接地電位または電源電位等とショートした場合には、外部FETをオフ状態とすることができても、スイッチング制御回路におけるオン状態のMOSトランジスタに大電流が流れて破壊されてしまう場合がある。あるいは、外部FETの寄生容量、および通常数10kΩを有するプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗に起因して、外部FETのゲートの電位をオン状態に対応する電位からオフ状態に対応する電位に遷移させるまでに要する時間が長くなってしまい、外部FETまたは外部FETの次段の回路が破壊される場合がある。
しかしながら、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路は、保護制御回路3は、異常が検出された場合には、スイッチング制御回路における一方のMOSトランジスタをオン状態とし、かつ他方のMOSトランジスタがオフ状態とすることにより外部FETをオフ状態とし、所定時間経過後、2個のMOSトランジスタをオフ状態とする。そして、バイアス回路が、外部FETをオフ状態とするためのバイアス電圧を外部FETに供給する。
したがって、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路は、異常発生時に外部FETを迅速にオフ状態として外部FETおよび外部FETの次段の回路を確実に保護することができ、かつ外部FETを駆動するための半導体集積回路におけるトランジスタ等の回路を保護することができる。
なお、本発明の実施の形態に係る電源装置は、半導体集積回路101の外部FETとしてPチャネルMOSトランジスタM11およびNチャネルMOSトランジスタM12を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。MOSトランジスタに限らず、他の種類のFETであってもよい。また、電源装置201は、半導体集積回路101の外部FETとして2個のPチャネルMOSトランジスタを備える構成であってもよいし、2個のNチャネルMOSトランジスタを備える構成であってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電源装置における半導体集積回路が備える保護制御回路の構成を示す図である。 保護制御回路3の動作を示すタイミングチャートである。
符号の説明
1A,1B スイッチング制御回路、2A,2B バイアス回路、3 保護制御回路、11 異常検出回路、12 PWM制御回路、21 遅延回路、101 半導体集積回路、201 電源装置、M11 PチャネルMOSトランジスタ、M12 NチャネルMOSトランジスタ、L11 コイル、C11 コンデンサ、T1,T2 外部端子、M1 PチャネルMOSトランジスタ(第1のトランジスタ)、M2 NチャネルMOSトランジスタ(第2のトランジスタ)、M3 PチャネルMOSトランジスタ(第2のトランジスタ)、M4 NチャネルMOSトランジスタ(第1のトランジスタ)、R1,R2 抵抗、G1〜G3 NOT回路、G4 NOR回路、G5 NAND回路、G6,G7 OR回路、G8,G9 AND回路。

Claims (3)

  1. 外部のFETを駆動する半導体集積回路であって、
    前記FETに結合される第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを含み、前記第1のトランジスタがオン状態であり、かつ前記第2のトランジスタがオフ状態のときに前記FETがオフ状態となるスイッチング制御回路と、
    前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタがオフ状態の場合、前記FETをオフ状態とするためのバイアス電圧を前記FETに供給するバイアス回路と、
    異常が検出された場合には、前記第1のトランジスタをオン状態とし、かつ前記第2のトランジスタをオフ状態とすることにより前記FETをオフ状態とし、所定時間経過後、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタをオフ状態とする保護制御回路とを備える半導体集積回路。
  2. 前記第1のトランジスタは、第1の導通電極が第1の固定電位に結合され、
    前記第2のトランジスタは、第1の導通電極が前記FETの制御電極に結合され、第2の導通電極が第2の固定電位に結合され、
    前記バイアス回路は、第1端が前記第1の固定電位に結合され、第2端が前記FETの制御電極に結合される抵抗を含み、
    前記FETは、前記制御電極の電位が前記第1の固定電位となったときにオフ状態となる請求項1記載の半導体集積回路。
  3. FETと、
    半導体集積回路とを備え、
    前記半導体集積回路は、
    前記FETに結合される第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを含み、前記第1のトランジスタがオン状態であり、かつ前記第2のトランジスタがオフ状態のときに前記FETがオフ状態となるスイッチング制御回路と、
    前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタがオフ状態の場合、前記FETをオフ状態とするためのバイアス電圧を前記FETに供給するバイアス回路と、
    異常が検出された場合には、前記第1のトランジスタをオン状態とし、かつ前記第2のトランジスタをオフ状態とすることにより前記FETをオフ状態とし、所定時間経過後、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタをオフ状態とする保護制御回路とを備える電源装置。
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