JP2012120355A - Power supply device and semiconductor device - Google Patents

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Takahiro Nomiyama
貴弘 野見山
Makoto Chiba
真 千葉
Ryotaro Kudo
良太郎 工藤
Koji Tateno
孝治 立野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the reliability of a multiphase-type power supply device.SOLUTION: A power supply device comprises, for example, a plurality of inductors L[1] to L[m] and a plurality of driving units DRIC[1] to DRIC[m] for driving the inductors. Each driving unit DRIC[n] has a short-circuit detection circuit SDETC[n]. The SDETC[n] drives an external terminal (SDET[n]) through a short-circuit detection output circuit SDETIF[n] when an excessive current flows into a high-side transistor QH[n] (or a low-side transistor QL[n]). The external terminal (SDET[n]) of each DRIC[n] is commonly connected to a bus SBS, and each DRIC[n] can recognize through the SBS that a short circuit is detected in any of the DRIC [1] to DRIC[m].

Description

本発明は、電源装置および半導体装置に関し、例えば高電圧を低電圧に変換するマルチフェーズ型のスイッチング電源装置およびその構成部品の一つとなる半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a power supply device and a semiconductor device, for example, to a technology effective when applied to a multiphase switching power supply device that converts a high voltage to a low voltage and a semiconductor device that is one of its components.

例えば、特許文献1には、パワーMOSFETと、それを駆動する駆動回路と、駆動回路にスイッチング制御信号を伝達する制御回路とが1つのパッケージ内に搭載された半導体装置が記載されている。この半導体装置は、マルチフェーズ動作が可能となっている。また、特許文献2には、負荷短絡保護機能付きMOS形パワー素子が示されている。また、特許文献3には、ソレノイド負荷の駆動用ドライバ素子が故障したとき、当該ドライバへの電源供給を遮断する構成が示されている。ドライバ素子の故障診断に際しては、ドライバ素子の駆動制御信号と出力とを比較し、予め定められた対応関係に基づいて診断が行われる。   For example, Patent Document 1 describes a semiconductor device in which a power MOSFET, a drive circuit that drives the power MOSFET, and a control circuit that transmits a switching control signal to the drive circuit are mounted in one package. This semiconductor device is capable of multi-phase operation. Patent Document 2 discloses a MOS power element with a load short-circuit protection function. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-228561 discloses a configuration in which power supply to a driver is interrupted when a driver element for driving a solenoid load fails. In the failure diagnosis of the driver element, the drive control signal of the driver element is compared with the output, and the diagnosis is performed based on a predetermined correspondence relationship.

特開2008−17620号公報JP 2008-17620 A 特開平5−327442号公報JP-A-5-327442 特開2003−47148号公報JP 2003-47148 A

例えば、パーソナルコンピュータ(以下、PC)等を代表とする各種電子機器ならびに電気機器では、商用電源となる交流電圧(例えば100V等)から所望の直流電圧(例えば12V、5V、3.3V等)を生成するAC/DCコンバータが備わっている。また、ノート型のPC等では、バッテリによって特定値の直流電圧が供給される。PC等に使用される各種半導体部品では、安定した電源電圧が必要とされ、場合によっては複数の電源電圧値が必要とされる。このため、このAC/DCコンバータやバッテリによって生成された電圧は、降圧型の非絶縁型DC/DCコンバータ(バックコンバータ)によって所定の電圧(例えば1.0V等)および安定した電圧に変換された上でCPU(Central Processing Unit)等の各種負荷回路に供給される。これらは、一般的にPOL(point of load)コンバータ等と呼ばれ、例えば、PCの場合には、マザーボード等のPCB(Printed Circuit Board)上で各種負荷回路の近傍に実装される。   For example, in various electronic devices such as personal computers (hereinafter referred to as PCs) and electrical devices, a desired DC voltage (for example, 12V, 5V, 3.3V, etc.) is obtained from an AC voltage (for example, 100V) as a commercial power source. An AC / DC converter is provided. In a notebook PC or the like, a DC voltage having a specific value is supplied by a battery. In various semiconductor components used for PCs or the like, a stable power supply voltage is required, and in some cases, a plurality of power supply voltage values are required. For this reason, the voltage generated by the AC / DC converter and the battery is converted into a predetermined voltage (eg, 1.0 V) and a stable voltage by a step-down non-insulated DC / DC converter (buck converter). It is supplied to various load circuits such as a CPU (Central Processing Unit). These are generally called a POL (point of load) converter or the like. For example, in the case of a PC, they are mounted in the vicinity of various load circuits on a PCB (Printed Circuit Board) such as a motherboard.

近年、このようなPOLコンバータには、各種負荷回路の低電圧化ならびに高速化に伴い、大電流化、高速応答化、ならびに安定化への要求が高まっている。このような要求を満たすため、例えば特許文献1等に示されるように、負荷回路に対して複数のインダクタからそれぞれ異なるフェーズで電力を供給するマルチフェーズ技術を用いることが有益となる。図20は、本発明の前提として検討したマルチフェーズ型の電源装置を示すものであり、(a)はその構成例を示す概略図、(b)は(a)の概略的な動作例を示す波形図である。図20(a)に示す電源装置は、PWM(Pulse Width Modulation)制御ユニットPCTLICと、複数(ここでは4個)の駆動ユニットDRIC’[1]〜DRIC’[4]と、複数のインダクタL[1]〜L[4]を備えている。これらの各部品は、例えば、同一のPCB上に適宜実装される。   In recent years, with such POL converters, demands for higher current, faster response, and stabilization are increasing with the reduction in voltage and speed of various load circuits. In order to satisfy such a requirement, for example, as disclosed in Patent Document 1, it is beneficial to use a multi-phase technique that supplies power to a load circuit from a plurality of inductors in different phases. 20A and 20B show a multi-phase type power supply device studied as a premise of the present invention, in which FIG. 20A is a schematic diagram showing a configuration example thereof, and FIG. 20B shows a schematic operation example of FIG. It is a waveform diagram. 20A includes a PWM (Pulse Width Modulation) control unit PCTLIC, a plurality (four in this case) of drive units DRIC ′ [1] to DRIC ′ [4], and a plurality of inductors L [ 1] to L [4]. Each of these components is appropriately mounted on the same PCB, for example.

PWM制御ユニットPCTLICは、各駆動ユニットDRIC’[n](n=1〜4)に対して、PWM信号(パルス幅変調信号)PWM[n]を出力する。図20(b)に示すように、PWM[n]とPWM[n+1]は、位相(フェーズ)が90度異なっている。これにより、DRIC’[n]は、対応するインダクタL[n]を介してそれぞれ異なるフェーズ(マルチフェーズ)で負荷回路LOD(および出力容量Cld)に対して電力を分散して供給する。また、PCTLICは、L[n]に流れる電流情報やLODに接続される出力電源ノードVOの電圧情報等をフィードバック信号FBとして受け、これに基づいて、LOD(Cld)への供給電力を各フェーズで均一に分散できるようにPWM[n]のデューティを適宜制御する。   The PWM control unit PCTLIC outputs a PWM signal (pulse width modulation signal) PWM [n] to each drive unit DRIC ′ [n] (n = 1 to 4). As shown in FIG. 20 (b), PWM [n] and PWM [n + 1] are 90 degrees out of phase. As a result, DRIC '[n] distributes and supplies power to the load circuit LOD (and output capacitance Cld) in different phases (multiphase) via the corresponding inductor L [n]. The PCTLIC receives the current information flowing through L [n] and the voltage information of the output power supply node VO connected to the LOD as the feedback signal FB, and based on this, supplies the power supplied to the LOD (Cld) to each phase. The duty of PWM [n] is appropriately controlled so that it can be evenly distributed.

図21(a)、(b)は、図20における各駆動ユニットDRIC’[n]の内部構成例ならびにその問題点の一例を示す図である。図22は、図21(a)、(b)の補足図であり、各駆動ユニットDRIC’[n]のパッケージ構成例を示す上面図である。図21(a)、(b)に示すように、DRIC’[n]は、トランジスタQH[n],QL[n]と、制御ユニットCTLU’[n]を備えている。QH[n]は、電源電圧VIN(例えば12Vや19V等)と外部出力端子(スイッチ信号VSWH[n])の間に設けられ、QL[n]は、外部出力端子(VSWH[n])と接地電源電圧PGNDの間に設けられる。外部出力端子(VSWH[n])は、図20に示すように対応するインダクタL[n]に接続される。CTLU’[n]は、PCTLICからのPWM[n]に応じて、QH[n],QL[n]のオン・オフを相補的に制御する。   FIGS. 21A and 21B are diagrams illustrating an example of an internal configuration of each drive unit DRIC ′ [n] in FIG. 20 and an example of the problem thereof. FIG. 22 is a supplementary diagram of FIGS. 21A and 21B and is a top view showing a package configuration example of each drive unit DRIC ′ [n]. As shown in FIGS. 21A and 21B, the DRIC ′ [n] includes transistors QH [n] and QL [n] and a control unit CTLU ′ [n]. QH [n] is provided between a power supply voltage VIN (for example, 12V or 19V) and an external output terminal (switch signal VSWH [n]), and QL [n] is connected to an external output terminal (VSWH [n]). Provided between ground power supply voltage PGND. The external output terminal (VSWH [n]) is connected to a corresponding inductor L [n] as shown in FIG. CTLU '[n] complementarily controls on / off of QH [n] and QL [n] in accordance with PWM [n] from PCTLIC.

このような構成において、図21(a)に示すように、例えば外部出力端子(VSWH[n])と接地電源電圧PGNDが故障経路FP1によって短絡した場合、QH[n]がオンに制御された際にVIN→QH[n]→FP1の経路で貫通電流が流れ、QH[n]が熱破壊される恐れがある。同様に、図21(b)に示すように、例えば電源電圧VINと外部出力端子(VSWH[n])が故障経路FP2によって短絡した場合、QL[n]がオンに制御された際にVIN→FP2→QL[n]の経路で貫通電流が流れ、QL[n]が熱破壊される恐れがある。また、この場合、QL[n]がオフの際に、VIN→FP2の経路で負荷回路に対して過大な電力が供給され、負荷回路が破壊される恐れもある。   In such a configuration, as shown in FIG. 21A, for example, when the external output terminal (VSWH [n]) and the ground power supply voltage PGND are short-circuited by the failure path FP1, QH [n] is controlled to be on. At this time, a through current flows along a route of VIN → QH [n] → FP1, and QH [n] may be thermally destroyed. Similarly, as shown in FIG. 21B, for example, when the power supply voltage VIN and the external output terminal (VSWH [n]) are short-circuited by the failure path FP2, VIN → There is a possibility that a through current flows through the route of FP2 → QL [n], and QL [n] is thermally destroyed. In this case, when QL [n] is off, excessive power is supplied to the load circuit through the path VIN → FP2, and the load circuit may be destroyed.

ここで、このような故障経路FP1,FP2は、例えば、図22に示すように、互いに隣接するVIN用外部端子P14とVSWH用外部端子P15の間の半田ブリッジ(FP2)や、互いに隣接するVSWH用外部端子P29とPGND用外部端子P28の間の半田ブリッジ(FP1)などで生じ得る。このような外部端子の割り付け方は、ある程度普遍的に定められているため、外部端子の割り付け方を工夫することによる対策は行い難い。また、図示はしないが、各駆動ユニットDRIC’[n]上には、例えば、ヒートシンク等が搭載される場合があり、このヒートシンクの位置ズレ等によって故障経路FP1,FP2が生じることも考えられる。   Here, such failure paths FP1 and FP2 are, for example, as shown in FIG. 22, a solder bridge (FP2) between the VIN external terminal P14 and the VSWH external terminal P15 adjacent to each other, or the VSWH adjacent to each other. This may occur at a solder bridge (FP1) between the external terminal P29 for PND and the external terminal P28 for PGND. Since such external terminal allocation methods are universally determined to some extent, it is difficult to take measures by devising external terminal allocation methods. Although not shown, for example, a heat sink or the like may be mounted on each drive unit DRIC '[n], and it is considered that failure paths FP1 and FP2 occur due to misalignment of the heat sink.

仮にこのような故障経路FP1,FP2が生じた場合、例えば、駆動ユニットDRIC’[n]が、自身の故障を検出してトランジスタQH[n],QL[n]をオフに制御することで自身の保護を図ること等が考えられる。しかしながら、図20に示したようなマルチフェーズ型の電源装置の場合、PWM制御ユニットPCTLICが各フェーズに均等に出力電流が流れるように制御を行っているため、1つまたは複数のDRIC’[n]で前述したような保護が行われた場合、次のようなことが懸念される。まず、保護されたDRIC’[n]以外のDRIC’[n]において、出力電流が増加することから、過電流状態になり当該DRIC’[n]内のQH[n],QL[n]が破壊される恐れがある。また、保護されたDRIC’[n]以外のDRIC’[n]において、出力電流が不均一となり、PCTLICからのPWM[n]に誤動作が生じ、出力電源ノードVOの電圧を所望の値に制御できない恐れがある。なお、このような事態に伴い、最悪の場合、負荷回路が破壊される恐れもある。   If such a failure path FP1, FP2 occurs, for example, the drive unit DRIC ′ [n] detects its own failure and controls the transistors QH [n], QL [n] to turn off. It is conceivable to protect this. However, in the case of the multi-phase type power supply device as shown in FIG. 20, the PWM control unit PCTLIC performs control so that the output current flows evenly in each phase, and thus one or more DRIC ′ [n When the protection described above is performed, there are concerns about the following. First, since the output current increases in DRIC ′ [n] other than the protected DRIC ′ [n], an overcurrent state occurs and QH [n] and QL [n] in the DRIC ′ [n] There is a risk of being destroyed. In addition, in DRIC ′ [n] other than the protected DRIC ′ [n], the output current becomes non-uniform, the PWM [n] from the PCTLIC malfunctions, and the voltage of the output power supply node VO is controlled to a desired value. There is a fear that it cannot be done. In this case, the load circuit may be destroyed in the worst case.

本発明は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、信頼性の向上が実現可能なマルチフェーズ型の電源装置、ならびにその部品の一つとなる半導体装置を提供することにある。本発明の前記ならびにそれ以外の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The present invention has been made in view of the above, and one of its purposes is to provide a multi-phase power supply device capable of improving reliability and a semiconductor device as one of its components. There is to do. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of a typical embodiment will be briefly described as follows.

本実施の形態による電源装置は、複数のインダクタと、それぞれ位相が異なる複数のパルス幅変調信号を生成するPWM制御ユニットと、複数のパルス幅変調信号に応じて複数のインダクタをそれぞれ異なる位相で駆動する複数の駆動ユニットと、複数の駆動ユニットにインダクタ駆動用の電源電圧を供給する電源供給ユニットと、共通バスとを備える。そして、各駆動ユニットは、インダクタの一端をインダクタ駆動用の電源電圧に接続するハイサイドトランジスタと、インダクタの一端を接地電源電圧に接続するロウサイドトランジスタと、ハイサイドトランジスタに流れる電流が所定の値よりも大きい場合に外部端子を介して共通バスを第1論理レベルに駆動する短絡検出回路とを備える。   The power supply device according to the present embodiment drives a plurality of inductors, a PWM control unit that generates a plurality of pulse width modulation signals with different phases, and a plurality of inductors with different phases according to the plurality of pulse width modulation signals. A plurality of drive units, a power supply unit that supplies a power supply voltage for driving the inductor to the plurality of drive units, and a common bus. Each drive unit includes a high-side transistor that connects one end of the inductor to the power supply voltage for driving the inductor, a low-side transistor that connects one end of the inductor to the ground power supply voltage, and a current flowing through the high-side transistor has a predetermined value. And a short-circuit detection circuit that drives the common bus to the first logic level via the external terminal when it is greater than

このような構成例を用いると、各駆動ユニットは、複数の駆動ユニットのいずれかにおいて短絡が生じたことを共通バスのワイヤードオア論理を介して認識することができ、例えば、自身のハイサイドトランジスタをオフに制御する等の適切な保護を行うことが可能になる。また、電源供給ユニットも、共通バスのワイヤードオア論理を介して各駆動ユニットにおける短絡の有無を認識することができ、インダクタ駆動用の電源電圧の供給を停止する等の適切な保護を行うことが可能になる。また、各駆動ユニットは、それぞれ1個の半導体パッケージで構成されているため、短絡検出回路の判定条件となる所定の値を高精度に設定することができる。これらのことから、マルチフェーズ型電源装置における信頼性の向上が実現可能になる。   Using such a configuration example, each drive unit can recognize that a short circuit has occurred in any of the plurality of drive units via the wired OR logic of the common bus, for example, its own high-side transistor It is possible to perform appropriate protection such as controlling the power off. Also, the power supply unit can recognize the presence or absence of a short circuit in each drive unit via the wired or logic of the common bus, and can perform appropriate protection such as stopping the supply of power supply voltage for driving the inductor. It becomes possible. In addition, since each drive unit is configured by one semiconductor package, a predetermined value that is a determination condition of the short circuit detection circuit can be set with high accuracy. For these reasons, it is possible to improve the reliability of the multi-phase power supply device.

また、本実施の形態による半導体装置は、1個の半導体パッケージ内に、前述したハイサイドトランジスタが形成される第1チップと、ロウサイドトランジスタが形成される第2チップと、短絡検出回路やドライバ回路等が形成される第3チップと、第1〜第3チップがそれぞれ搭載される第1〜第3ダイパッドと、第1接続部などを備えている。ハイサイドトランジスタおよびロウサイドトランジスタは縦構造のMISFETで形成され、ハイサイドトランジスタは、第1ダイパッドから供給されたインダクタ駆動用の電源電圧を裏面電極(ドレイン電極)で受け、ドライバ回路によってオンに駆動された際に当該電源電圧を表面電極(ソース電極)に接続する。第1接続部は、この表面電極を第2ダイパッドに接続し、第2ダイパッドからインダクタに対してインダクタ駆動用の電源電圧が供給される。ここで、短絡検出回路は、ハイサイドトランジスタの表面電極(ソース電極)からボンディングワイヤを介して引き出した電圧と、第2ダイパッドからボンディングワイヤを介して引き出した電圧との電位差を監視することで短絡検出を行う。   Further, the semiconductor device according to the present embodiment includes a first chip in which the above-described high-side transistor is formed, a second chip in which the low-side transistor is formed, a short-circuit detection circuit, and a driver in one semiconductor package. A third chip on which a circuit or the like is formed, first to third die pads on which the first to third chips are mounted, a first connection portion, and the like are provided. The high-side transistor and the low-side transistor are formed by vertical MISFETs, and the high-side transistor receives the power supply voltage for driving the inductor supplied from the first die pad at the back electrode (drain electrode) and is driven on by the driver circuit. Then, the power supply voltage is connected to the surface electrode (source electrode). The first connection portion connects the surface electrode to the second die pad, and a power supply voltage for driving the inductor is supplied from the second die pad to the inductor. Here, the short-circuit detection circuit short-circuits by monitoring the potential difference between the voltage drawn from the surface electrode (source electrode) of the high-side transistor via the bonding wire and the voltage drawn from the second die pad via the bonding wire. Perform detection.

このような構成例を用いると、特に第2ダイパッドの面積が通常大きいことからボンディングワイヤの実装が容易となる。また、第1接続部および第2ダイパッドの寄生成分(寄生抵抗、寄生インダクタ)を用いて短絡検出を行うため、例えば、寄生インダクタによる過渡状態等を利用して検出を行うことができ、寄生抵抗が小さい場合(すなわち電力損失が小さい場合)でも十分に対応可能となる。   When such a configuration example is used, since the area of the second die pad is usually large, the bonding wire can be easily mounted. In addition, since the short circuit is detected using the parasitic components (parasitic resistance, parasitic inductor) of the first connection portion and the second die pad, for example, the detection can be performed using a transient state due to the parasitic inductor. Can be sufficiently dealt with even when the power is small (that is, when the power loss is small).

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、マルチフェーズ型電源装置における信頼性の向上が実現可能になる。   Of the inventions disclosed in the present application, the effects obtained by the representative embodiments will be briefly described. As a result, it is possible to improve the reliability of the multiphase power supply device.

本発明の実施の形態1による電源装置を示すものであり、(a)はその主要部の構成例を示す概略図、(b)は(a)における各駆動ユニットの構成例を示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The power supply device by Embodiment 1 of this invention is shown, (a) is the schematic which shows the structural example of the principal part, (b) is the schematic which shows the structural example of each drive unit in (a). is there. (a)、(b)は、図1の電源装置を拡張した構成例を示すものであり、図1での短絡検出に応じたPWM制御ユニットの処理の一例を示す概略図である。(A), (b) shows the structural example which expanded the power supply device of FIG. 1, and is the schematic which shows an example of the process of the PWM control unit according to the short circuit detection in FIG. (a)は、図2(a)におけるPWM制御ユニットの構成例を示す概略図であり、(b)は図3(a)の動作例を示す波形図である。(A) is the schematic which shows the structural example of the PWM control unit in Fig.2 (a), (b) is a wave form diagram which shows the operation example of Fig.3 (a). 本発明の実施の形態2による電源装置において、図1の電源装置を拡張した構成例を示すものであり、図1での短絡検出に応じた電源供給ユニットの処理の一例を示す概略図である。In the power supply device by Embodiment 2 of this invention, it shows the structural example which expanded the power supply device of FIG. 1, and is the schematic which shows an example of the process of the power supply unit according to the short circuit detection in FIG. . 図4における電源供給ユニットの詳細な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example of the power supply unit in FIG. 本発明の実施の形態3による電源装置において、その全体構成の一例を示すブロック図である。In the power supply device by Embodiment 3 of this invention, it is a block diagram which shows an example of the whole structure. 図6における各駆動ユニットの詳細な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example of each drive unit in FIG. 図7の駆動ユニットの詳細なパッケージ構成例を示すものであり、(a)はその上面図、(b)は(a)の内部構成例を示す上面図、(c)は(b)における各半導体チップのパッド配置例を示す上面図である。FIG. 8 shows a detailed package configuration example of the drive unit of FIG. 7, (a) is a top view thereof, (b) is a top view showing an example of the internal configuration of (a), and (c) is each of FIG. It is a top view which shows the example of a pad arrangement | positioning of a semiconductor chip. 図7および図8において、ハイサイドのトランジスタが形成された半導体チップのデバイス構造例を示す断面図である。FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views showing examples of the device structure of a semiconductor chip on which a high-side transistor is formed. 図7の駆動ユニットにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細を示すものであり、(a)はその構成例を示す回路図、(b)および(c)は(a)の動作例を示す波形図である。FIG. 8 shows details of a high-side driver circuit and a short-circuit detection circuit in the drive unit of FIG. 7, (a) is a circuit diagram showing a configuration example thereof, and (b) and (c) are operation examples of (a). FIG. 図10の補足図であり、図10の構成例を備えた駆動ユニットのパッケージ構成例を示す上面図である。FIG. 11 is a supplementary diagram of FIG. 10, and is a top view illustrating a package configuration example of a drive unit including the configuration example of FIG. 10. 本発明の実施の形態4による電源装置において、図7の駆動ユニットにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細を示すものであり、(a)はその構成例を示す回路図、(b)は(a)における遅延回路の構成例を示す回路図、(c)は(a)の動作例を示す波形図である。FIG. 8 shows details of a high-side driver circuit and a short-circuit detection circuit in the drive unit of FIG. 7 in the power supply device according to Embodiment 4 of the present invention, (a) is a circuit diagram showing a configuration example thereof, (b). (A) is a circuit diagram showing a configuration example of the delay circuit in (a), (c) is a waveform diagram showing an operation example of (a). 本発明の実施の形態5による電源装置において、図7の駆動ユニットにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細を示すものであり、(a)はその構成例を示す回路図、(b)は(a)の動作例を示す波形図である。FIG. 8 shows details of a high-side driver circuit and a short-circuit detection circuit in the drive unit of FIG. 7 in the power supply device according to Embodiment 5 of the present invention, (a) is a circuit diagram showing a configuration example thereof, (b). FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of operation of (a). 本発明の実施の形態6による電源装置において、図7の駆動ユニットにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細を示すものであり、(a)はその構成例を示す回路図、(b)および(c)は(a)の動作例を示す波形図である。FIG. 8 shows details of a high-side driver circuit and a short-circuit detection circuit in the drive unit of FIG. 7 in the power supply device according to Embodiment 6 of the present invention, (a) is a circuit diagram showing a configuration example thereof, (b). And (c) are waveform diagrams showing an operation example of (a). 図14の補足図であり、図14の構成例を備えた駆動ユニットのパッケージ構成例を示す上面図である。FIG. 15 is a supplementary diagram of FIG. 14, and is a top view illustrating a package configuration example of a drive unit including the configuration example of FIG. 14. 本発明の実施の形態7による電源装置において、図7の駆動ユニットにおけるロウサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細を示すものであり、(a)はその構成例を示す回路図、(b)および(c)は(a)の動作例を示す波形図である。FIG. 8 shows details of a low-side driver circuit and a short-circuit detection circuit in the drive unit of FIG. 7 in the power supply device according to Embodiment 7 of the present invention, where (a) is a circuit diagram showing a configuration example thereof, (b) and (C) is a wave form diagram which shows the operation example of (a). 図16の補足図であり、図16の構成例を備えた駆動ユニットのパッケージ構成例を示す上面図である。FIG. 17 is a supplementary diagram of FIG. 16, and is a top view illustrating a package configuration example of a drive unit including the configuration example of FIG. 16. 本発明の実施の形態8による電源装置において、その一部の基板レイアウトの構成例を示す平面図である。In the power supply device by Embodiment 8 of this invention, it is a top view which shows the structural example of the one part board | substrate layout. 図18を拡張して形成したマルチフェーズ型電源装置の基板レイアウトの構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the board | substrate layout of the multiphase type power supply device formed by extending FIG. 本発明の前提として検討したマルチフェーズ型の電源装置を示すものであり、(a)はその構成例を示す概略図、(b)は(a)の概略的な動作例を示す波形図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 illustrates a multi-phase power supply device studied as a premise of the present invention, where (a) is a schematic diagram illustrating a configuration example thereof, and (b) is a waveform diagram illustrating a schematic operation example of (a). . (a)、(b)は、図20における各駆動ユニットの内部構成例ならびにその問題点の一例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows an example of an internal structure of each drive unit in FIG. 20, and an example of the problem. 図21(a)、(b)の補足図であり、各駆動ユニットのパッケージ構成例を示す上面図である。It is a supplementary figure of Drawing 21 (a) and (b), and is a top view showing an example of package composition of each drive unit.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like exist. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態の各機能ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のCMOS(相補型MOSトランジスタ)等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。なお、実施の形態で、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(又はMOSトランジスタと略す)と記載した場合、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。   The circuit elements constituting each functional block of the embodiment are not particularly limited, but are formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by a known integrated circuit technology such as a CMOS (complementary MOS transistor). . Note that in the embodiment, when a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) (or abbreviated as a MOS transistor) is described, a non-oxide film is not excluded as a gate insulating film.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
<<電源装置(主要部)の基本構成>>
図1は、本発明の実施の形態1による電源装置を示すものであり、図1(a)はその主要部の構成例を示す概略図、図1(b)は図1(a)における各駆動ユニットの構成例を示す概略図である。図1(a)に示す電源装置は、m個(mは2以上の整数)の駆動ユニットDRIC[1]〜DRIC[m]と、一端が出力電源ノードVOに共通接続されたm個のインダクタL[1]〜L[m]と、DRIC[1]〜DRIC[m]に共通に接続されたバスSBSと、SBSを電源電圧VCCにプルアップする抵抗Rpとを備えている。L[1]〜L[m]は、それぞれ、DRIC[1]〜DRIC[m]によって異なるフェーズ(マルチフェーズ)で駆動され、VOを介して異なるフェーズで負荷回路(図示せず)に電力を供給する。DRIC[1]〜DRIC[m]は、ここでは、それぞれ独立した半導体パッケージで実現され、L[1]〜L[m]と共にマザーボード等の配線基板(PCB)上に実装される。また、SBSは、PCB上の配線パターンで実現される。
(Embodiment 1)
<< Basic configuration of power supply (main part) >>
FIG. 1 shows a power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic diagram showing a configuration example of a main part thereof, and FIG. 1 (b) is a diagram of FIG. 1 (a). It is the schematic which shows the structural example of a drive unit. The power supply device shown in FIG. 1A includes m drive units DRIC [1] to DRIC [m] (m is an integer of 2 or more), and m inductors having one end commonly connected to the output power supply node VO. L [1] to L [m], a bus SBS commonly connected to DRIC [1] to DRIC [m], and a resistor Rp that pulls up SBS to the power supply voltage VCC. L [1] to L [m] are driven in different phases (multiphase) by DRIC [1] to DRIC [m], respectively, and supply power to a load circuit (not shown) in different phases via VO. Supply. Here, DRIC [1] to DRIC [m] are realized by independent semiconductor packages, and are mounted on a wiring board (PCB) such as a mother board together with L [1] to L [m]. The SBS is realized by a wiring pattern on the PCB.

各駆動ユニット(半導体装置)DRIC[n](n=1,2,…,m)は、図1(b)に示すように、トランジスタ(パワートランジスタ)QH[n],QL[n]と、ドライバ回路DV[n]と、短絡検出回路SDETC[n]と、短絡検出出力回路SDETIF[n]を備えている。QH[n],QL[n]は、ここではnチャネル型のMOSFET(パワーMOSFET)が用いられる。QH[n]は電源電圧VINと外部出力端子(スイッチ信号VSWH[n])の間にソース・ドレイン経路が形成され、QL[n]は外部出力端子(VSWH[n])と接地電源電圧PGNDの間にソース・ドレイン経路が形成される。DV[n]は、QH[n],QL[n]のオン・オフを制御する。   Each drive unit (semiconductor device) DRIC [n] (n = 1, 2,..., M) includes transistors (power transistors) QH [n], QL [n], as shown in FIG. A driver circuit DV [n], a short circuit detection circuit SDETC [n], and a short circuit detection output circuit SDETIF [n] are provided. Here, n-channel MOSFETs (power MOSFETs) are used for QH [n] and QL [n]. QH [n] forms a source / drain path between the power supply voltage VIN and the external output terminal (switch signal VSWH [n]), and QL [n] connects to the external output terminal (VSWH [n]) and the ground power supply voltage PGND. A source / drain path is formed between the two. DV [n] controls on / off of QH [n] and QL [n].

短絡検出出力回路SDETIF[n]は、抵抗R1[n]およびnチャネル型MOSトランジスタMNd[n]を備えている。短絡検出回路SDETC[n]は、図21(a)、(b)に示したような故障経路(短絡経路)FP1,FP2の有無を判別し、故障経路が有ると判別した場合にはMNd[n]をオンに制御する。MNd[n]は、ソースが接地電源電圧GNDに、ドレインがR1[n](なおR1[n]は省略することも可能)を介して外部端子(短絡検出信号SDET[n])に接続される。外部端子(SDET[n])は、図1(a)に示すようにバスSBSに共通に接続されている。したがって、1個以上のDRIC[n]が短絡を検出した際(各DRIC[n]内のMNd[n]の内、1個以上がオンに制御された際)には、当該DRIC[n]のSDET[n]がGNDレベルに駆動され、これに伴いSBSがVCCレベルからGNDレベルにプルダウンされる。   The short circuit detection output circuit SDETIF [n] includes a resistor R1 [n] and an n-channel MOS transistor MNd [n]. The short-circuit detection circuit SDETC [n] determines the presence / absence of the failure paths (short-circuit paths) FP1 and FP2 as shown in FIGS. 21A and 21B. n] is turned on. MNd [n] has a source connected to the ground power supply voltage GND and a drain connected to an external terminal (short-circuit detection signal SDET [n]) via R1 [n] (R1 [n] can be omitted). The The external terminal (SDET [n]) is commonly connected to the bus SBS as shown in FIG. Therefore, when one or more DRIC [n] detects a short circuit (when one or more of MNd [n] in each DRIC [n] is controlled to be on), the DRIC [n] SDET [n] is driven to the GND level, and SBS is pulled down from the VCC level to the GND level accordingly.

このバスSBS上に出力された各DRIC[n]からの短絡検出結果は、イネーブル信号ENとして後述するPWM制御ユニットPCTLICや電源供給ユニットPWRCTL等で使用される。また、このENは、DRIC[n]自身の制御信号として使用することも可能である。例えば、図1(b)に示すように、各DRIC[n]は、ENをドライバイネーブル信号EN_D[n]として受け、各DRIC[n]内のDV[n]は、EN_D[n]がGNDレベルとなった際にQH[n],QL[n]を共にオフに制御すること等でQH[n],QL[n]の保護を図る。この場合、少なくとも1個以上のDRIC[n]で短絡が検出された際に、全てのDRIC[n]は、この検出結果をバスSBSを介して早期に認識できると共に自身のQH[n],QL[n]を保護することが可能となる。なお、各DRIC[n]が、DRIC[1]〜DRIC[m]全体の動作活性化・非活性化を制御するための外部端子(DRICイネーブル端子)を備えている場合には、当該外部端子を、短絡検出用の外部端子(SDET[n])と兼用することも可能である。   A short-circuit detection result from each DRIC [n] output on the bus SBS is used as an enable signal EN by a PWM control unit PCTLIC, a power supply unit PWRCTL, or the like which will be described later. This EN can also be used as a control signal for DRIC [n] itself. For example, as shown in FIG. 1B, each DRIC [n] receives EN as a driver enable signal EN_D [n], and DV_n in each DRIC [n] is EN_D [n] is GND. When the level is reached, both QH [n] and QL [n] are controlled by turning off both QH [n] and QL [n]. In this case, when a short circuit is detected in at least one DRIC [n], all the DRIC [n] can recognize the detection result at an early stage via the bus SBS and have their own QH [n], QL [n] can be protected. In addition, when each DRIC [n] includes an external terminal (DRIC enable terminal) for controlling activation / deactivation of the entire DRIC [1] to DRIC [m], the external terminal Can also be used as an external terminal (SDET [n]) for short circuit detection.

このように各DRIC[n]における短絡有無の検出結果がワイヤードオア論理によってバスSBS上出力される構成を用いることで、少なくとも1個以上のDRIC[n]で短絡が検出されたことを少ない配線本数(小面積)で全てDRIC[n]やPWM制御ユニットPCTLICや電源供給ユニットPWRCTLに通知することが可能となる。例えば、あるフェーズで故障を検出した場合、図20〜図22で述べたように当該フェーズ以外の他のフェーズにも破壊等の悪影響が生じる恐れがあるが、図1のような構成例を用いることで、破壊等が生じる前の早い段階で全てのフェーズに短絡の発生を認識させることができる。その結果、全てのフェーズにおいて適切な保護を図ることができ、マルチフェーズ型電源装置の信頼性を向上させることが可能となる。   In this way, by using a configuration in which the detection result of the presence or absence of a short circuit in each DRIC [n] is output on the bus SBS by wired OR logic, it is possible to reduce the number of short circuits detected in at least one DRIC [n]. It is possible to notify all DRIC [n], the PWM control unit PCTLIC, and the power supply unit PWRCTL with the number (small area). For example, when a failure is detected in a certain phase, adverse effects such as destruction may occur in other phases other than the phase as described with reference to FIGS. 20 to 22, but the configuration example shown in FIG. 1 is used. Thus, the occurrence of a short circuit can be recognized in all phases at an early stage before destruction or the like occurs. As a result, appropriate protection can be achieved in all phases, and the reliability of the multiphase power supply apparatus can be improved.

なお、ここでは、ワイヤードオア論理として、MNd[n]をスイッチとしたプルダウン型の構成を用いたが、同様にpチャネル型のMOSトランジスタ等を用いたプルアップ型の構成とすることも可能である。ただし、通常、放電速度を早める方が充電速度を早めるよりも容易に実現可能であるため、イネーブル信号ENの応答速度を早める(早期に保護を図る)観点等からはプルダウン型の構成の方が望ましい。また、ここでは、各DRIC[n]を独立した半導体パッケージで構成したが、場合によっては、例えば2個のDRIC[n]を1個の半導体パッケージで構成するようなことも可能である。   In this example, a pull-down configuration using MNd [n] as a switch is used as the wired OR logic. However, a pull-up configuration using a p-channel MOS transistor or the like can also be used. is there. However, since it is usually easier to increase the discharge rate than to increase the charge rate, the pull-down type configuration is better from the viewpoint of increasing the response speed of the enable signal EN (to protect early). desirable. Here, each DRIC [n] is configured by an independent semiconductor package. However, for example, two DRIC [n] may be configured by one semiconductor package.

<<短絡検出時の処理内容[1]>>
図2(a)、(b)は、図1の電源装置を拡張した構成例を示すものであり、図1での短絡検出に応じたPWM制御ユニットPCTLICの処理の一例を示す概略図である。図2(a)の電源装置は、図1の電源装置に対して、PWM制御ユニットPCTLICが加わった構成となっている。PCTLICは、DRIC[1]〜DRIC[m]に対してそれぞれPWM信号(パルス幅変調信号)PWM[1]〜PWM[m]を出力する。ただし、PCTLICは、図1で説明したようなバスSBSを介して出力されたイネーブル信号ENpのGNDレベルを検出した際に、PWM[1]〜PWM[m]を全てオフレベルに固定する。一方、図2(b)の電源装置は、図2(a)の電源装置に加えて、更に、PCTLICを制御するCPU(Central Processing Unit)(又はASIC(Application Specific Integrated Circuit))等が加わった構成となっている。CPU(又はASIC)は、バスSBSを介して出力されたイネーブル信号ENcのGNDレベルを検出した際に、PCTLICのイネーブル信号ENpをオフレベルに制御し、これに応じてPCTLICは、PWM[1]〜PWM[m]を全てオフレベルに固定する。
<< Processing content when short circuit is detected [1] >>
2A and 2B show an example of a configuration in which the power supply device of FIG. 1 is expanded, and are schematic diagrams showing an example of processing of the PWM control unit PCTLIC in response to short circuit detection in FIG. . The power supply device in FIG. 2A has a configuration in which a PWM control unit PCTLIC is added to the power supply device in FIG. The PCTLIC outputs PWM signals (pulse width modulation signals) PWM [1] to PWM [m] to DRIC [1] to DRIC [m], respectively. However, when the PCTLIC detects the GND level of the enable signal ENp output via the bus SBS as described in FIG. 1, all the PWM [1] to PWM [m] are fixed to the off level. On the other hand, the power supply apparatus of FIG. 2B is further added with a CPU (Central Processing Unit) (or ASIC (Application Specific Integrated Circuit)) that controls the PCTLIC in addition to the power supply apparatus of FIG. It has a configuration. When the CPU (or ASIC) detects the GND level of the enable signal ENc output via the bus SBS, the CPU (or ASIC) controls the enable signal ENp of the PCTLIC to the off level, and the PCTLLIC responds to PWM [1]. -All PWM [m] are fixed to the off level.

これらの構成例を用いると、PCTLICからDRIC[1]〜DRIC[m]に向けたPWM[n]の出力が停止し、PCTLICおよびDRIC[1]〜DRIC[m]を含めた電源装置全体としての動作を非活性化することができる。これによって、マルチフェーズ型の電源装置の信頼性を更に向上させることが可能となる。   When these configuration examples are used, the output of PWM [n] from PCTLIC to DRIC [1] to DRIC [m] stops, and the entire power supply apparatus including PCTLIC and DRIC [1] to DRIC [m] Can be deactivated. As a result, the reliability of the multi-phase power supply device can be further improved.

図3(a)は、図2(a)におけるPWM制御ユニットPCTLICの構成例を示す概略図であり、図3(b)は図3(a)の動作例を示す波形図である。図3(a)に示すPWM制御ユニットPCTLICは、コンパレータ回路CMPenと、パルス幅変調回路PWMMODを備えている。CMPenは、外部端子(イネーブル信号ENp)の電圧が比較電圧Vr(例えば1.0V)より低下した際にPWMイネーブル信号EN_PWMを‘H’レベルに駆動する。ここで、DRIC[1]〜DRIC[m]のいずれにおいても短絡が検出されていない場合には、外部端子(ENp)は、抵抗Rpを介して電源電圧VCC(例えば3.3V)にプルアップされている。この場合、EN_PWMが‘L’レベルに駆動され、これに応じてPWMMODは、DRIC[1]〜DRIC[m]に向けてそれぞれ異なるフェーズでパルス幅変調信号PWM[1]〜PWM[m]を出力する。一方、DRIC[1]〜DRIC[m]のいずれかにおいて短絡が検出された場合には、外部端子(ENp)がGNDレベル(0V)にプルダウンされる。この場合、EN_PWMが‘H’レベルに駆動され、これに応じてPWMMODは、PWM[1]〜PWM[m]を全て‘L’レベル(オフレベル)に固定する。   3A is a schematic diagram illustrating a configuration example of the PWM control unit PCTLIC in FIG. 2A, and FIG. 3B is a waveform diagram illustrating an operation example of FIG. 3A. The PWM control unit PCTLIC shown in FIG. 3A includes a comparator circuit CMPen and a pulse width modulation circuit PWMMOD. CMPen drives the PWM enable signal EN_PWM to the 'H' level when the voltage of the external terminal (enable signal ENp) falls below the comparison voltage Vr (eg, 1.0 V). Here, when no short circuit is detected in any of DRIC [1] to DRIC [m], the external terminal (ENp) is pulled up to the power supply voltage VCC (for example, 3.3 V) via the resistor Rp. Has been. In this case, EN_PWM is driven to the “L” level, and accordingly, PWMMOD outputs the pulse width modulation signals PWM [1] to PWM [m] in different phases toward DRIC [1] to DRIC [m]. Output. On the other hand, when a short circuit is detected in any one of DRIC [1] to DRIC [m], the external terminal (ENp) is pulled down to the GND level (0V). In this case, EN_PWM is driven to the 'H' level, and in response, PWMMOD fixes all of PWM [1] to PWM [m] to the 'L' level (off level).

以上、本実施の形態1の電源装置を用いることで、代表的には、1以上のフェーズの故障を早期に全フェーズに通知することが可能となり、マルチフェーズ型電源装置の信頼性の向上が実現可能となる。また、この故障の通知に伴う面積オーバヘッドは小さいため、マルチフェーズ型電源装置の小型化も図れる。   As described above, by using the power supply device according to the first embodiment, typically, it is possible to notify all phases of a failure of one or more phases at an early stage, thereby improving the reliability of the multiphase power supply device. It becomes feasible. In addition, since the area overhead associated with this failure notification is small, the multiphase power supply apparatus can be downsized.

(実施の形態2)
本実施の形態2では、短絡検出時に行われる前述した図2(a)、(b)とは異なる処理内容について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, processing contents different from those shown in FIGS. 2A and 2B performed when a short circuit is detected will be described.

<<短絡検出時の処理内容[2]>>
図4は、本発明の実施の形態2による電源装置において、図1の電源装置を拡張した構成例を示すものであり、図1での短絡検出に応じた電源供給ユニットPWRCTLの処理の一例を示す概略図である。図4の電源装置は、図1の電源装置に対して、電源供給ユニットPWRCTLが加わった構成となっている。PWRCTLはレギュレータ回路VREGを備える。VREGは、図1で説明したようなバスSBSを介して出力されたイネーブル信号ENvがVCCレベルの場合には、駆動ユニットDRIC[1]〜DRIC[m]に向けて電源電圧VINを供給する。一方、VREGは、ENvのGNDレベルを検出した際にはDRIC[1]〜DRIC[m]に向けたVINの供給動作を停止する。
<< Processing content when short circuit is detected [2] >>
FIG. 4 shows a configuration example in which the power supply device of FIG. 1 is expanded in the power supply device according to the second embodiment of the present invention, and an example of processing of the power supply unit PWRCTL corresponding to the short circuit detection in FIG. FIG. The power supply device of FIG. 4 has a configuration in which a power supply unit PWRCTL is added to the power supply device of FIG. PWRCTL includes a regulator circuit VREG. VREG supplies the power supply voltage VIN to the drive units DRIC [1] to DRIC [m] when the enable signal ENv output via the bus SBS as described in FIG. 1 is at the VCC level. On the other hand, VREG stops the operation of supplying VIN toward DRIC [1] to DRIC [m] when it detects the GND level of ENv.

図5は、図4における電源供給ユニットPWRCTLの詳細な構成例を示すブロック図である。図5に示す電源供給ユニットPWRCTLは、AC/DCコンバータとなっている。PWRCTLは、100Vrms等の商用電源VACを力率改善(PFC:Power Factor Correction)等を行いながらDC電源に変換する。また、このDC電源を入力として、複数のレギュレータ回路VREG1,VREG2,VREG3を用いてそれぞれ電圧値が異なる電源電圧を生成する。この例では、VREG1がDRIC[n](n=1,2,…,m)に向けてスイッチ用の電源電圧VIN(例えば12V)を供給し、VREG2がDRIC[n]に向けて内部動作用の電源電圧VCIN(例えば5V)を供給している。また、この例では、VREG3が前述したバスSBSのプルアップ電圧として電源電圧VCC(例えば3.3V)を生成している。ここで、VREG1は、バスSBS上に出力されたイネーブル信号ENvのGNDレベルを検出した際に、VINの供給動作を停止する。その他のレギュレータ回路VREG2,VREG3は、ENvの状態を維持し、これによりVREG1の停止状態を維持するため、電源供給動作を継続する。   FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration example of the power supply unit PWRCTL in FIG. The power supply unit PWRCTL shown in FIG. 5 is an AC / DC converter. PWRCTL converts a commercial power supply VAC such as 100 Vrms into a DC power supply while performing power factor correction (PFC). Further, with this DC power supply as an input, a plurality of regulator circuits VREG1, VREG2 and VREG3 are used to generate power supply voltages having different voltage values. In this example, VREG1 supplies a switch power supply voltage VIN (for example, 12V) toward DRIC [n] (n = 1, 2,..., M), and VREG2 is used for internal operation toward DRIC [n]. Power supply voltage VCIN (for example, 5 V) is supplied. In this example, VREG3 generates the power supply voltage VCC (for example, 3.3 V) as the pull-up voltage of the bus SBS described above. Here, VREG1 stops the supply operation of VIN when detecting the GND level of the enable signal ENv output on the bus SBS. The other regulator circuits VREG2 and VREG3 maintain the ENv state and thereby maintain the VREG1 stopped state, and thus continue the power supply operation.

このような構成例を用いると、DRIC[1]〜DRIC[m]のいずれかで短絡が生じた際に、スイッチ用の電源電圧VINを遮断できることから、マルチフェーズ型電源装置の更なる信頼性の向上が実現可能となる。すなわち、例えば図21(b)に示したような故障経路FP2が生じた場合、図1で述べたようにQH[n],QL[n]をオフに制御すること等で各DRIC[n]の保護は図れるが、出力電源ノードVOに接続される負荷回路LODへの電力供給が継続するため、LODの保護が十分に図れない恐れがある。そこで、VINの遮断を行うことで、LODの保護も十分に図ることが可能となる。なお、図4の構成例は、図2の構成例と併用して用いることも可能である。   When such a configuration example is used, when the short circuit occurs in any one of DRIC [1] to DRIC [m], the power supply voltage VIN for the switch can be cut off, so that the reliability of the multiphase power supply device is further improved. Can be improved. That is, for example, when a failure path FP2 as shown in FIG. 21B occurs, each DRIC [n] is controlled by controlling QH [n] and QL [n] to be off as described in FIG. However, since the power supply to the load circuit LOD connected to the output power supply node VO continues, the LOD may not be sufficiently protected. Therefore, LOD can be sufficiently protected by blocking VIN. Note that the configuration example of FIG. 4 can be used in combination with the configuration example of FIG.

(実施の形態3)
本実施の形態3では、図1の電源装置を含む電源装置全体の詳細について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, details of the entire power supply apparatus including the power supply apparatus of FIG. 1 will be described.

<<電源装置(全体)の構成>>
図6は、本発明の実施の形態3による電源装置において、その全体構成の一例を示すブロック図である。図6に示す電源装置は、PWM制御ユニットPCTLIC、電源供給ユニットPWRCTL、m個の駆動ユニットDRIC[1]〜DRIC[m]、およびm個のインダクタL[1]〜L[m]を備えている。L[1]〜L[m]は、一端が共通に出力電源ノードVOに接続される。各DRIC[n](n=1,2,…,m)は、トランジスタQH[n],QL[n]と、QH[n],QL[n]のオン・オフを制御する制御ユニットCTLU[n]を備え、パルス幅変調信号PWM[n]に応じてQH[n],QL[n]をスイッチング制御する。そして、このスイッチング制御を用いて、L[n]およびVOを介して負荷回路LOD(および出力容量Cld)に電力を供給する。なお、各DRIC[n]には、QH[n]を十分にオンに駆動するためのブートストラップ容量Cb[n]が外部接続されている。
<< Configuration of power supply unit (overall) >>
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the overall configuration of a power supply device according to Embodiment 3 of the present invention. The power supply device shown in FIG. 6 includes a PWM control unit PCTLIC, a power supply unit PWRCTL, m drive units DRIC [1] to DRIC [m], and m inductors L [1] to L [m]. Yes. One end of L [1] to L [m] is commonly connected to the output power supply node VO. Each DRIC [n] (n = 1, 2,..., M) includes transistors QH [n] and QL [n] and a control unit CTLU [that controls ON / OFF of QH [n] and QL [n]. n], and QH [n] and QL [n] are switching-controlled according to the pulse width modulation signal PWM [n]. Then, using this switching control, power is supplied to the load circuit LOD (and output capacitance Cld) via L [n] and VO. Each DRIC [n] is externally connected to a bootstrap capacitor Cb [n] for driving QH [n] sufficiently on.

PCTLICは、パルス幅変調回路PWMMODと、電流検出回路CSDETと、デジタル・アナログ変換回路DACと、エラーアンプ回路EAを備えている。DACは、例えばCPU等の負荷回路LODから電源電圧の設定値を表すデジタル信号を受け、これをアナログ信号に変換してEAにおける2入力の一方に出力する。EAの2入力の他方には、出力電源ノードVOの電圧が外部に設けられた位相補償回路PHCを介してフィードバック信号FBとして入力される。EAは、この2入力の電位差を増幅し、エラーアンプ信号EOを出力する。CSDETは、例えば、L[1]〜L[m]に流れる電流をそれぞれ検出し、その検出結果をPWMMODに出力する。PWMMODは、EOとCSDETからの出力信号を受け、VOの電圧が前述した設定値となり、かつL[1]〜L[m]に流れる電流が均等となるようなディーティを定め、それぞれ異なる位相を持つPWM[1]〜PWM[m]を出力する。PWRCTLは、DRIC[1]〜DRIC[m]に向けてスイッチ用の電源電圧VIN(例えば12V)と、内部動作用の電源電圧VCIN(例えば5V)を供給し、PCTLICに向けて電源電圧VDD(例えば3.3V)を供給する。   The PCTLIC includes a pulse width modulation circuit PWMMOD, a current detection circuit CSDET, a digital / analog conversion circuit DAC, and an error amplifier circuit EA. The DAC receives a digital signal representing a set value of the power supply voltage from a load circuit LOD such as a CPU, converts it into an analog signal, and outputs it to one of the two inputs in the EA. The voltage of the output power supply node VO is input to the other of the two inputs of EA as a feedback signal FB via a phase compensation circuit PHC provided outside. The EA amplifies the potential difference between the two inputs and outputs an error amplifier signal EO. CSDET detects, for example, currents flowing through L [1] to L [m], respectively, and outputs the detection result to PWMMOD. PWMMOD receives the output signals from EO and CSDET, determines the duty ratio so that the voltage of VO becomes the above-mentioned set value, and the current flowing through L [1] to L [m] is equal, and each has a different phase. PWM [1] to PWM [m] that are held are output. The PWRCTL supplies the switch power supply voltage VIN (for example, 12V) and the internal operation power supply voltage VCIN (for example, 5V) toward DRIC [1] to DRIC [m], and supplies the power supply voltage VDD ( For example, 3.3V) is supplied.

このような構成において、DRIC[1]〜DRIC[m]は、前述したように短絡検出用のバスSBSに共通接続される。SBSは、抵抗Rpを介してPWRCTLから供給された電源電圧VCC(例えば3.3V)でプルアップされる。ここで、DRIC[1]〜DRIC[m]のいずれかが短絡を検出した場合には、SBSがGNDレベルにプルダウンされる。各DRIC[n]は、このSBSのGNDレベルを受けて、図1で述べたように例えばQH[n],QL[n]を共にオフに制御する。また、PWRCTLは、SBSの電圧をイネーブル信号ENvとして受け、ENvのGNDレベルを検出した際には、図4で述べたように電源電圧VINを遮断する。更に、PCTLICは、SBSの電圧をイネーブル信号ENpとして受け、ENpのGNDレベルを検出した際には、図2で述べたようにPWM[1]〜PWM[m]を‘L’レベル(オフレベル)に固定する。これによって、実施の形態1および2で述べたように、マルチフェーズ型電源装置の信頼性を向上させることが可能となる。   In such a configuration, DRIC [1] to DRIC [m] are commonly connected to the short-circuit detection bus SBS as described above. SBS is pulled up by a power supply voltage VCC (for example, 3.3 V) supplied from PWRCTL via a resistor Rp. Here, when any of DRIC [1] to DRIC [m] detects a short circuit, SBS is pulled down to the GND level. Each DRIC [n] receives the GND level of the SBS and controls, for example, both QH [n] and QL [n] to be off as described in FIG. Further, the PWRCTL receives the SBS voltage as the enable signal ENv and cuts off the power supply voltage VIN as described in FIG. 4 when the GND level of ENv is detected. Further, the PCTLIC receives the SBS voltage as the enable signal ENp, and when detecting the GND level of the ENp, the PWM [1] to PWM [m] are set to the “L” level (off level) as described in FIG. ). As a result, as described in the first and second embodiments, it is possible to improve the reliability of the multiphase power supply device.

<<駆動ユニットDRICの詳細回路構成>>
図7は、図6における各駆動ユニットDRIC[n](DRIC)の詳細な構成例を示すブロック図である。図7に示す駆動ユニット(半導体装置)DRICは、ここでは8個の外部端子を含み、内部に、制御ユニットCTLUと、トランジスタQH,QLおよびダイオードD1,D2を備えている。8個の外部端子は、それぞれ、電源電圧VIN用、スイッチ信号VSWH用と、接地電源電圧PGND用、接地電源電圧CGND用、パルス幅変調信号PWM用、短絡検出信号SDET用、電源電圧VCIN用、昇圧電圧BOOT用である。QH,QLは、ここではnチャネル型のMOSトランジスタとなっており、QHは、ドレインが外部端子(VIN)に、ソースが外部端子(VSWH)にそれぞれ接続され、QLは、ドレインが外部端子(VSWH)に、ソースが外部端子(PGND)にそれぞれ接続される。D1,D2はMOSトランジスタのボディダイオードであり、D1はアノードがQHのソースに、カソードがQHのドレインにそれぞれ接続され、D2は、アノードがQLのソースに、カソードがQLのドレインにそれぞれ接続される。
<< Detailed circuit configuration of drive unit DRIC >>
FIG. 7 is a block diagram showing a detailed configuration example of each drive unit DRIC [n] (DRIC) in FIG. The drive unit (semiconductor device) DRIC shown in FIG. 7 includes eight external terminals, and includes a control unit CTLU, transistors QH and QL, and diodes D1 and D2. The eight external terminals are for power supply voltage VIN, for switch signal VSWH, for ground power supply voltage PGND, for ground power supply voltage CGND, for pulse width modulation signal PWM, for short circuit detection signal SDET, for power supply voltage VCIN, For boosted voltage BOOT. Here, QH and QL are n-channel MOS transistors. QH has a drain connected to the external terminal (VIN), a source connected to the external terminal (VSWH), and QL has a drain connected to the external terminal (VSH). The source is connected to the external terminal (PGND). D1 and D2 are body diodes of MOS transistors, D1 has an anode connected to the source of QH, a cathode connected to the drain of QH, and D2 has an anode connected to the source of QL and a cathode connected to the drain of QL. The

制御ユニットCTLUは、電源電圧VCINと接地電源電圧CGNDによって動作し、2組のドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh,DVl&SDETClと、短絡検出出力回路SDETIFと、レベルシフト回路LSと、PWM制御回路PWMCTLと、貫通防止回路DTCTLを備えている。PWMCTLは、外部端子(PWM)からのVDD(例えば3.3V)/GNDレベルのパルス幅変調信号を受けて、VCIN(例えば5V)/CGNDレベルの相補信号を出力する。相補信号の一方は、パルス幅変調信号PWMlとしてDVl&SDETClに出力され、他方は、パルス幅変調信号PWMhとしてLSを介してDVh&SDETChに出力される。この際に、PWMCTLは、DTCTLを介して、PWMhとPWMlが同時にオンレベルとならないように(すなわちQH,QLに貫通電流が流れないように)、PWMhの遷移タイミングとPWMlの遷移タイミングに差を持たせるような制御を行う。LSは、PWMCTLからのVCIN/CGNDレベルの信号を、BOOT/VSWHレベルの信号に変換する。   The control unit CTLU is operated by the power supply voltage VCIN and the ground power supply voltage CGND, and includes two sets of driver circuits and short circuit detection circuits DVh & SDETCh, DVl & SDETCl, a short circuit detection output circuit SDETIF, a level shift circuit LS, a PWM control circuit PWMCTL, A penetration prevention circuit DTCTL is provided. The PWMCTL receives a pulse width modulation signal of VDD (for example, 3.3 V) / GND level from the external terminal (PWM), and outputs a complementary signal of VCIN (for example, 5 V) / CGND level. One of the complementary signals is output to DVl & SDETCl as a pulse width modulation signal PWMl, and the other is output to DVh & SDETCh via LS as a pulse width modulation signal PWMh. At this time, PWMCTL makes a difference between PWMh transition timing and PWMl transition timing via DTCTL so that PWMh and PWMl do not simultaneously turn on (that is, no through current flows through QH and QL). Control to give it. The LS converts the VCIN / CGND level signal from the PWMCTL into a BOOT / VSWH level signal.

ドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETChは、PWMhに応じてBOOT/VSWHレベルのゲート信号でQHのオン・オフを制御する。この際に、DVh&SDETChは、VIN−VSWH間に流れる電流値を監視し、それが所定の値よりも大きい場合にQHをオフに固定すると共に、短絡検出信号SDEThを出力する。ドライバ回路および短絡検出回路DVl&SDETClは、PWMlに応じてVCIN/CGNDレベルのゲート信号でQLのオン・オフを制御する。この際に、DVl&SDETClは、VSWH−PGND間に流れる電流値を監視し、それが所定の値よりも大きい場合に、QLを例えばオフに固定すると共に、短絡検出信号SDETlを出力する。なお、例えば図21(b)に示したような場合にQLに過大な電流が流れることが想定されるため、負荷回路LODを保護する観点からは、QLをオフに固定せずにオンに固定することも考えられる。   The driver circuit and the short circuit detection circuit DVh & SDETCh control QH on / off by a BOOT / VSWH level gate signal in accordance with PWMh. At this time, DVh & SDECh monitors the current value flowing between VIN and VSWH, and when it is larger than a predetermined value, fixes QH to OFF and outputs a short circuit detection signal SDETh. The driver circuit and the short circuit detection circuit DVl & SDETCl control on / off of QL by a gate signal of VCIN / CGND level according to PWMl. At this time, DV1 & SDETCl monitors the value of the current flowing between VSWH and PGND, and when it is larger than a predetermined value, fixes QL, for example, and outputs a short circuit detection signal SDETl. For example, in the case shown in FIG. 21B, it is assumed that an excessive current flows through QL. From the viewpoint of protecting the load circuit LOD, QL is not fixed off but is fixed on. It is also possible to do.

短絡検出出力回路SDETIFは、短絡検出信号SDETh,SDETlのいずれか一方でも出力された際に、図1(b)等で述べたようにして短絡検出信号SDETをCGNDレベルにプルダウンする。特に限定はされないが、例えば、図1(b)においてスイッチ(MNd[n])を並列に設け、その一方をSDEThで、他方をSDETlで制御する方式等が挙げられる。また、図7では、SDETは、ドライバイネーブル信号EN_Dと兼用されており、PWM制御回路PWMCTLは、このEN_DのCGNDレベルを受けた際に、出力信号(PWMh,PWMl)を共にオフレベルに固定する。したがって、図1でも述べたように、このEN_Dを介して、自身の短絡検出時のみならず、自身以外の駆動ユニットにおける短絡検出時にも適切な保護を図ることが可能となる。なお、ここでは、ハイサイドとロウサイドの両方に短絡検出回路を備える構成としたが、場合によっては、その一方のみを備える構成とすることも可能である。   The short-circuit detection output circuit SDETIF pulls down the short-circuit detection signal SDET to the CGND level as described in FIG. 1B or the like when either one of the short-circuit detection signals SDETh and SDETl is output. Although not particularly limited, for example, a switch (MNd [n]) is provided in parallel in FIG. 1B and one of them is controlled by SDETh and the other is controlled by SDETL. In FIG. 7, SDET is also used as the driver enable signal EN_D, and when the PWM control circuit PWMCTL receives the CGND level of EN_D, both of the output signals (PWMh, PWMl) are fixed to the off level. . Therefore, as described in FIG. 1, it is possible to achieve appropriate protection not only when the own short circuit is detected but also when a short circuit is detected in a drive unit other than the own through this EN_D. In addition, although it was set as the structure provided with the short circuit detection circuit in both high side and low side here, depending on the case, it is also possible to set it as the structure provided only with one of them.

<<駆動ユニットDRICの詳細パッケージ構成>>
図8は、図7の駆動ユニットの詳細なパッケージ構成例を示すものであり、図8(a)はその上面図、図8(b)は図8(a)の内部構成例を示す上面図、図8(c)は図8(b)における各半導体チップのパッド配置例を示す上面図である。図8(a)に示すように、駆動ユニット(半導体装置)DRICは、例えばQFN(Quad Flat Non-leaded package)型の面実装型の半導体パッケージ(封止体)PKGを有している。PKGの材料は、例えばエポキシ系の樹脂等である。図8(b)に示すように、PKGの内部には、例えば銅等の金属を主材料とする3個のダイパッドDP_HS,DP_LS,DP_CTが備わり、各ダイパッド上にそれぞれ異なる半導体チップCP1〜CP3が搭載されている。すなわち、図8に示す駆動ユニットDRICは、所謂MCP(Multi Chip Package)で構成される。
<< Detailed package structure of drive unit DRIC >>
8 shows a detailed package configuration example of the drive unit of FIG. 7, FIG. 8 (a) is a top view thereof, and FIG. 8 (b) is a top view showing an internal configuration example of FIG. 8 (a). FIG. 8C is a top view showing a pad arrangement example of each semiconductor chip in FIG. 8B. As shown in FIG. 8A, the drive unit (semiconductor device) DRIC includes, for example, a QFN (Quad Flat Non-leaded package) type surface mount type semiconductor package (sealing body) PKG. The material of PKG is, for example, an epoxy resin. As shown in FIG. 8B, the PKG has three die pads DP_HS, DP_LS, DP_CT mainly made of metal such as copper, and different semiconductor chips CP1 to CP3 are provided on each die pad. It is installed. That is, the drive unit DRIC shown in FIG. 8 is configured by a so-called MCP (Multi Chip Package).

DP_HSは、電源電圧VIN用の外部端子(リード)と一体化された構造となっており、図7におけるトランジスタQHが形成された半導体チップCP1が搭載される。DP_LSは、スイッチ信号VSWH用の外部端子(リード)と一体化された構造となっており、図7におけるトランジスタQLが形成された半導体チップCP2が搭載される。DP_CTは、接地電源電圧CGND用の外部端子(リード)と一体化された構造となっており、図7における制御ユニットCTLUが形成された半導体チップCP3が搭載される。DP_HSとDP_CTは、PKGの約半分の領域に並んで配置され、DP_LSは、PKGの残りの約半分の領域に配置される。POLコンバータでは、通常、QHよりもQLの方がオン期間が数倍長くなるため、ここでは、CP2(QL)をCP1(QH)の2倍程度のサイズに形成することでオン抵抗による損失の低減等を図っている。   DP_HS has a structure integrated with an external terminal (lead) for the power supply voltage VIN, and the semiconductor chip CP1 on which the transistor QH in FIG. 7 is formed is mounted. DP_LS has a structure integrated with an external terminal (lead) for the switch signal VSWH, and the semiconductor chip CP2 on which the transistor QL in FIG. 7 is formed is mounted. The DP_CT has a structure integrated with an external terminal (lead) for the ground power supply voltage CGND, and the semiconductor chip CP3 on which the control unit CTLU in FIG. 7 is formed is mounted. DP_HS and DP_CT are arranged side by side in an approximately half region of PKG, and DP_LS is disposed in the remaining approximately half region of PKG. In the POL converter, since the on-period is usually several times longer than that of QH, here, CP2 (QL) is formed to be about twice as large as CP1 (QH), thereby reducing the loss due to on-resistance. We are trying to reduce it.

半導体チップCP1では、トランジスタQHが縦型のMOSトランジスタとして形成されている。CP1の裏面は、QHのドレイン電極となっており、このドレイン電極に、VIN用の外部端子ならびにDP_HSを介してVINが供給される。また、CP1の表面には、図8(c)に示すように、QHのソース電極となるパッドPD_H_S1〜PD_H_S4とゲート電極となるパッドPD_H_Gが形成されている。図8(b)に示すように、PD_H_S1,PD_H_S2は、例えば銅等の導電性および熱伝導性の高い材料を持つ金属板MB1の一部に上部から接続される。PD_H_S3は、ボンディングワイヤを介してDP_HS周りに配置されたVSWH用の外部端子(リード)に接続される。PD_H_S4は、ボンディングワイヤBW3を介して半導体チップCP3(CTLU)上のパッドに接続され、PD_H_Gは、ボンディングワイヤBW1を介してCP3(CTLU)上のパッドに接続される。   In the semiconductor chip CP1, the transistor QH is formed as a vertical MOS transistor. The back surface of CP1 serves as a QH drain electrode, and VIN is supplied to the drain electrode via an external terminal for VIN and DP_HS. Further, as shown in FIG. 8C, pads PD_H_S1 to PD_H_S4 serving as QH source electrodes and pads PD_H_G serving as gate electrodes are formed on the surface of CP1. As shown in FIG. 8B, PD_H_S1 and PD_H_S2 are connected from above to a part of the metal plate MB1 having a material having high conductivity and heat conductivity such as copper. PD_H_S3 is connected to an external terminal (lead) for VSWH arranged around DP_HS via a bonding wire. PD_H_S4 is connected to a pad on the semiconductor chip CP3 (CTLU) via a bonding wire BW3, and PD_H_G is connected to a pad on the CP3 (CTLU) via a bonding wire BW1.

半導体チップCP2では、トランジスタQLが縦型のMOSトランジスタとして形成されている。CP2の裏面は、QLのドレイン電極となっており、このドレイン電極が、DP_LSを介してVSWH用の外部端子に接続されている。また、CP2の表面には、図8(c)に示すように、QLのソース電極となるパッドPD_L_S1〜PD_L_S4とゲート電極となるパッドPD_L_Gが形成されている。図8(b)に示すように、PD_L_S1〜PD_L_S3は、例えば銅等の導電性および熱伝導性の高い材料を持つ金属板MB2の一部に上部から接続される。PD_L_S4は、ボンディングワイヤBW4を介して半導体チップCP3(CTLU)上のパッドに接続され、PD_L_Gは、ボンディングワイヤBW2を介してCP3(CTLU)上のパッドに接続される。また、前述した金属板MB1の他の一部はDP_LSに接続され、金属板MB2の他の一部は、DP_LS周りに配置されたPGND用の外部端子に接続されている。   In the semiconductor chip CP2, the transistor QL is formed as a vertical MOS transistor. The back surface of CP2 is a QL drain electrode, and this drain electrode is connected to an external terminal for VSWH via DP_LS. Further, on the surface of CP2, as shown in FIG. 8C, pads PD_L_S1 to PD_L_S4 serving as QL source electrodes and pads PD_L_G serving as gate electrodes are formed. As shown in FIG. 8B, PD_L_S1 to PD_L_S3 are connected from above to a part of the metal plate MB2 having a material having high conductivity and heat conductivity such as copper. PD_L_S4 is connected to a pad on the semiconductor chip CP3 (CTLU) via a bonding wire BW4, and PD_L_G is connected to a pad on the CP3 (CTLU) via a bonding wire BW2. In addition, the other part of the metal plate MB1 described above is connected to DP_LS, and the other part of the metal plate MB2 is connected to an external terminal for PGND arranged around DP_LS.

半導体チップCP3(CTLU)の裏面には、CGND用の外部端子およびDP_CTを介してCGNDが供給される。CP3(CTLU)の表面には、複数のパッドが形成され、その一部は、前述したBW1〜BW4を介してCP1(QH)およびCP(QL)に接続され、他の一部は、ボンディングワイヤを介してDP_CT周りに配置されたCTLU用の各種外部端子(リード)に接続されている。このCTLU用の各種外部端子の中には、図7に示したように、短絡検出信号SDET用の外部端子(リード)が含まれている。なお、図示はしないが、DP_HS,DP_LS,DP_CTの裏面は、PKG(樹脂)から露出した構成となっており、それぞれ外部端子(リード)に加えた外部電極として使用可能となっている。前述したように、DP_HSはVIN用の外部電極となり、DP_LSはVSWH用の外部電極となり、DP_CTはCGND用の外部電極となる。   CGND is supplied to the back surface of the semiconductor chip CP3 (CTLU) via an external terminal for CGND and DP_CT. A plurality of pads are formed on the surface of CP3 (CTLU), a part of which is connected to CP1 (QH) and CP (QL) via the aforementioned BW1 to BW4, and the other part is a bonding wire. Are connected to various external terminals (leads) for CTLU arranged around DP_CT. The various external terminals for CTLU include an external terminal (lead) for short circuit detection signal SDET, as shown in FIG. Although not shown, the back surfaces of DP_HS, DP_LS, and DP_CT are exposed from PKG (resin), and can be used as external electrodes in addition to external terminals (leads). As described above, DP_HS is an external electrode for VIN, DP_LS is an external electrode for VSWH, and DP_CT is an external electrode for CGND.

<<駆動ユニットのデバイス構造>>
図9は、図7および図8において、ハイサイドのトランジスタQHが形成された半導体チップCP1のデバイス構造例を示す断面図である。ここでは、ハイサイドのトランジスタ(パワートランジスタ)QHを例とするが、ロウサイドのトランジスタQLも同様の構造となる。トランジスタQHは、n+型の単結晶シリコンなどからなる基板本体21aとn−型のシリコン単結晶からなるエピタキシャル層21bとを有した半導体基板21の主面に形成される。このエピタキシャル層21bの主面には、例えば酸化シリコンなどからなるフィールド絶縁膜(素子分離領域)22が形成されている。
<< Device structure of drive unit >>
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a device structure example of the semiconductor chip CP1 in which the high-side transistor QH is formed in FIGS. Here, the high-side transistor (power transistor) QH is taken as an example, but the low-side transistor QL has the same structure. The transistor QH is formed on the main surface of the semiconductor substrate 21 having a substrate body 21a made of n + type single crystal silicon or the like and an epitaxial layer 21b made of n− type silicon single crystal. A field insulating film (element isolation region) 22 made of, for example, silicon oxide is formed on the main surface of the epitaxial layer 21b.

このフィールド絶縁膜22とその下層のp型ウエルPWL1とに囲まれた活性領域に、QHを構成する複数の単位トランジスタセルが形成されている。QHは、これら複数の単位トランジスタセルが並列に接続されることで形成される。各単位トランジスタセルは、例えばトレンチゲート構造のnチャネル型のMOSトランジスタで形成されている。基板本体21aおよびエピタキシャル層21bは、前述した単位トランジスタセルのドレイン領域としての機能を有している。半導体基板21の裏面には、ドレイン電極用の裏面電極BEが形成されている。この裏面電極BEは、例えば半導体基板21の裏面から順にチタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層を積み重ねて形成されている。図8に示したDRICにおいては、この裏面電極BEは、接着層を介してDP_HSに接合されて電気的に接続される。   A plurality of unit transistor cells constituting QH are formed in the active region surrounded by the field insulating film 22 and the underlying p-type well PWL1. QH is formed by connecting a plurality of unit transistor cells in parallel. Each unit transistor cell is formed of, for example, an n-channel MOS transistor having a trench gate structure. The substrate body 21a and the epitaxial layer 21b have a function as the drain region of the unit transistor cell described above. A back electrode BE for the drain electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate 21. For example, the back electrode BE is formed by stacking a titanium (Ti) layer, a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer in this order from the back surface of the semiconductor substrate 21. In the DRIC shown in FIG. 8, the back electrode BE is joined and electrically connected to DP_HS via an adhesive layer.

また、エピタキシャル層21b中に形成されたp型の半導体領域23は、前述した単位トランジスタセルのチャネル形成領域としての機能を有している。さらに、そのp型の半導体領域23の上部に形成されたn+型の半導体領域24は、単位トランジスタセルのソース領域としての機能を有している。また、半導体基板21には、その主面から半導体基板21の厚さ方向に延びる溝25が形成されている。溝25は、n+型の半導体領域24の上面からn+型の半導体領域24およびp型の半導体領域23を貫通し、その下層のエピタキシャル層21b中で終端するように形成されている。この溝25の底面および側面には、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜26が形成されている。   Further, the p-type semiconductor region 23 formed in the epitaxial layer 21b has a function as a channel formation region of the unit transistor cell described above. Further, the n + type semiconductor region 24 formed on the p type semiconductor region 23 has a function as a source region of the unit transistor cell. In addition, a groove 25 extending from the main surface of the semiconductor substrate 21 in the thickness direction of the semiconductor substrate 21 is formed. The trench 25 is formed so as to penetrate the n + type semiconductor region 24 and the p type semiconductor region 23 from the upper surface of the n + type semiconductor region 24 and terminate in the epitaxial layer 21 b below the n + type semiconductor region 24. A gate insulating film 26 made of, for example, silicon oxide is formed on the bottom and side surfaces of the groove 25.

溝25内には、ゲート絶縁膜26を介してゲート電極27が埋め込まれている。ゲート電極27は、例えばn型不純物が添加された多結晶シリコン膜からなる。ゲート電極27は、前述した単位トランジスタセルのゲート電極としての機能を有している。また、フィールド絶縁膜22上の一部にも、ゲート電極27と同一層の導電性膜からなるゲート引き出し用の配線部27aが形成されており、ゲート電極27とゲート引き出し用の配線部27aとは、一体的に形成されて互いに電気的に接続されている。なお、図9の断面図には示されない領域において、ゲート電極27とゲート引き出し用の配線部27aとは一体的に接続されている。ゲート引き出し用の配線部27aは、それを覆う絶縁膜28に形成されたコンタクトホール29aを通じてゲート配線30Gと電気的に接続されている。   A gate electrode 27 is embedded in the trench 25 via a gate insulating film 26. The gate electrode 27 is made of, for example, a polycrystalline silicon film to which an n-type impurity is added. The gate electrode 27 has a function as the gate electrode of the unit transistor cell described above. In addition, a gate lead-out wiring portion 27a made of a conductive film in the same layer as the gate electrode 27 is formed on a part of the field insulating film 22, and the gate electrode 27 and the gate lead-out wiring portion 27a Are integrally formed and electrically connected to each other. In the region not shown in the cross-sectional view of FIG. 9, the gate electrode 27 and the gate lead-out wiring portion 27a are integrally connected. The gate lead-out wiring part 27a is electrically connected to the gate wiring 30G through a contact hole 29a formed in the insulating film 28 covering it.

一方、ソース配線30Sは、絶縁膜28に形成されたコンタクトホール29bを通じてソース用のn+型の半導体領域24と電気的に接続されている。また、ソース配線30Sは、p型の半導体領域23の上部であってn+型の半導体領域24の隣接間に形成されたp+型の半導体領域31に電気的に接続され、これを通じてチャネル形成用のp型の半導体領域23と電気的に接続されている。ゲート配線30Gおよびソース配線30Sは、コンタクトホール29a,29bが形成された絶縁膜28上にコンタクトホール29a,29bを埋めるように金属膜(例えばアルミニウム膜)を形成し、この金属膜をパターニングすることにより形成することができる。   On the other hand, the source line 30 </ b> S is electrically connected to the source n + type semiconductor region 24 through a contact hole 29 b formed in the insulating film 28. Further, the source wiring 30S is electrically connected to a p + type semiconductor region 31 formed between the n + type semiconductor region 24 and adjacent to the n + type semiconductor region 24 above the p type semiconductor region 23, thereby forming a channel. The p-type semiconductor region 23 is electrically connected. In the gate wiring 30G and the source wiring 30S, a metal film (for example, an aluminum film) is formed on the insulating film 28 in which the contact holes 29a and 29b are formed so as to fill the contact holes 29a and 29b, and the metal film is patterned. Can be formed.

ゲート配線30Gおよびソース配線30Sは、ポリイミド樹脂などからなる保護膜(絶縁膜)32により覆われている。この保護膜32は、半導体チップCP1の最上層の膜(絶縁膜)である。保護膜32の一部には、その下層のゲート配線30Gやソース配線30Sの一部が露出されるような開口部33が形成されており、この開口部33から露出するゲート配線30G部分が前述したゲート電極であり、開口部33から露出するソース配線30S部分が前述したソース電極である。このようにソース電極は、最上層では保護膜32によって分離されているが、ソース配線30Sを通じて互いに電気的に接続されている。   The gate wiring 30G and the source wiring 30S are covered with a protective film (insulating film) 32 made of polyimide resin or the like. This protective film 32 is the uppermost film (insulating film) of the semiconductor chip CP1. An opening 33 is formed in a part of the protective film 32 so as to expose a part of the gate wiring 30G and the source wiring 30S in the lower layer, and the portion of the gate wiring 30G exposed from the opening 33 is described above. The portion of the source wiring 30S exposed from the opening 33 is the source electrode described above. Thus, although the source electrodes are separated by the protective film 32 in the uppermost layer, they are electrically connected to each other through the source wiring 30S.

ゲート電極およびソース電極の表面には(すなわち開口部33の底部で露出するゲート配線30G部分およびソース配線30S部分上には)、メッキ法などで金属層34が形成されている。金属層34は、ゲート配線30Gやソース配線30S上に形成された金属層34aと、その上に形成された金属層34bとの積層膜によって形成されている。下層の金属層34aは、例えばニッケル(Ni)からなり、主として下地のゲート配線30Gやソース配線30Sのアルミニウムの酸化を抑制または防止する機能を有している。また、その上層の金属層34bは、例えば金(Au)からなり、主として下地の金属層34aのニッケルの酸化を抑制または防止する機能を有している。   A metal layer 34 is formed on the surface of the gate electrode and the source electrode (that is, on the gate wiring 30G and the source wiring 30S exposed at the bottom of the opening 33) by plating or the like. The metal layer 34 is formed by a laminated film of a metal layer 34a formed on the gate wiring 30G and the source wiring 30S and a metal layer 34b formed thereon. The lower metal layer 34a is made of nickel (Ni), for example, and mainly has a function of suppressing or preventing oxidation of aluminum in the underlying gate wiring 30G and the source wiring 30S. Further, the upper metal layer 34b is made of, for example, gold (Au) and mainly has a function of suppressing or preventing oxidation of nickel in the underlying metal layer 34a.

このようなハイサイドのトランジスタQHにおける単位トランジスタセルの動作電流は、ドレイン用のエピタキシャル層21bとソース用のn+型の半導体領域24との間をゲート電極27の側面(すなわち、溝25の側面)に沿って基板21の厚さ方向に流れるようになっている。すなわち、チャネルが半導体チップCP1の厚さ方向に沿って形成される。このように、半導体チップCP1は、トレンチ型ゲート構造を有する縦型のMOSFET(パワーMOSFET)が形成された半導体チップである。ここで、縦型のMOSFETとは、ソース・ドレイン間の電流が、半導体基板21の厚さ方向(半導体基板の主面に略垂直な方向)に流れるMOSFETに対応する。   The operating current of the unit transistor cell in the high-side transistor QH is such that the side surface of the gate electrode 27 (that is, the side surface of the trench 25) is between the epitaxial layer 21b for drain and the n + type semiconductor region 24 for source. Along the thickness direction of the substrate 21. That is, the channel is formed along the thickness direction of the semiconductor chip CP1. Thus, the semiconductor chip CP1 is a semiconductor chip on which a vertical MOSFET (power MOSFET) having a trench gate structure is formed. Here, the vertical MOSFET corresponds to a MOSFET in which a current between the source and the drain flows in the thickness direction of the semiconductor substrate 21 (a direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate).

<<ハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細構成[1A]>>
図10は、図7の駆動ユニットDRICにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETChの詳細を示すものであり、図10(a)はその構成例を示す回路図、図10(b)および図10(c)は図10(a)の動作例を示す波形図である。図11は、図10の補足図であり、図10の構成例を備えた駆動ユニットのパッケージ構成例を示す上面図である。図10(a)に示すドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh1は、コンパレータ回路CMP10、抵抗R10,R11,R20,R21、およびアンド演算回路AD10,AD11を備えている。CMP10は、例えば電源ノードが昇圧電圧BOOTに、接地ノードがスイッチ信号VSWHに接続され、VSWHのノード内の異なる2箇所から2本のボンディングワイヤBW3,BW5を介して取り出した各電圧の電位差を検出する。ここでは、CMP10は、BW3とBW5間をR10とR11で抵抗分圧した電圧値が、BW5の電圧に比較電圧Vr10を加算した電圧値を超えた際に‘L’レベルを出力する。
<< Detailed configuration of high-side driver circuit and short-circuit detection circuit [1A] >>
FIG. 10 shows details of the high-side driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDECh in the drive unit DRIC of FIG. 7, and FIG. 10 (a) is a circuit diagram showing a configuration example thereof, FIG. 10 (b) and FIG. 10 (c) is a waveform diagram showing an operation example of FIG. 10 (a). FIG. 11 is a supplementary diagram of FIG. 10, and is a top view illustrating a package configuration example of the drive unit including the configuration example of FIG. 10. The driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDETCh1 shown in FIG. 10A includes a comparator circuit CMP10, resistors R10, R11, R20, and R21, and AND operation circuits AD10 and AD11. The CMP 10 detects, for example, a potential difference between voltages extracted from two different locations in the VSWH node via two bonding wires BW3 and BW5, with the power supply node connected to the boost voltage BOOT and the ground node connected to the switch signal VSWH. To do. Here, the CMP 10 outputs an “L” level when the voltage value obtained by resistance-dividing BW3 and BW5 with R10 and R11 exceeds the voltage value obtained by adding the comparison voltage Vr10 to the voltage of BW5.

ボンディングワイヤBW3は、図8(b)に示したように、半導体チップCP1(トランジスタQH)のソースパッド(PD_H_S4)と半導体チップCP3(CTLU)上のパッドとを接続するものである。一方、ボンディングワイヤBW5は、図11に示すように、CP3(CTLU)上のパッドとダイパッドDP_LSとを接続するものである。PD_H_S4とDP_LSは、共にスイッチ信号VSWH用のノードとなるが、厳密には、PD_H_S4からDP_LS(BW5の一端)までの経路に寄生成分(寄生抵抗Rmや寄生インダクタLm)が存在する。この寄生成分は、特に金属板MB1やDP_LSによって生じる。したがって、図10において、実際には、この寄生成分(Rm,Lm)に伴い、VIN−VSWH間(QHのソース・ドレイン間)に流れる電流の大きさに比例した電位差がBW3とBW5の間に生じる。例えば、説明を簡単にするためLmを無視してRm=2mΩとし、比較電圧Vr10=0.2Vとし、R10,R11をそれぞれ10kΩ(R10,R11は高抵抗であるための当該経路に流れる電流は無視できる)とすると、CMP10は、VIN−VSWH間の電流が200Aを超えた際に短絡有りと判断して‘L’レベルを出力する。   As shown in FIG. 8B, the bonding wire BW3 connects the source pad (PD_H_S4) of the semiconductor chip CP1 (transistor QH) and the pad on the semiconductor chip CP3 (CTLU). On the other hand, as shown in FIG. 11, the bonding wire BW5 connects the pad on CP3 (CTLU) and the die pad DP_LS. PD_H_S4 and DP_LS are both nodes for the switch signal VSWH, but strictly speaking, parasitic components (parasitic resistance Rm and parasitic inductor Lm) exist in the path from PD_H_S4 to DP_LS (one end of BW5). This parasitic component is generated particularly by the metal plate MB1 or DP_LS. Therefore, in FIG. 10, the potential difference proportional to the magnitude of the current flowing between VIN and VSWH (between the source and drain of QH) is actually between BW3 and BW5 due to the parasitic components (Rm, Lm). Arise. For example, to simplify the explanation, Lm is ignored and Rm = 2 mΩ, the comparison voltage Vr10 = 0.2 V, R10 and R11 are 10 kΩ (R10 and R11 are high resistances, and the current flowing through the path is If the current between VIN and VSWH exceeds 200 A, the CMP 10 determines that there is a short circuit and outputs an “L” level.

抵抗R20,R21は、昇圧電圧BOOTとCMP10の出力ノードの間を抵抗分圧し、この抵抗分圧ノードNaが、AD11における2入力の一方と、AD10における2入力の一方に接続される。ただし、AD10側においては、Naの反転信号が入力される。R20,R21の抵抗値は、例えばR20≫R21となっており、Naは、CMP10が‘H’レベルを出力している際にはBOOTレベル(‘H’レベル)となり、CMP10が‘L’レベルを出力している際にはほぼVSWHレベル(‘L’レベル)となる。なお、R21は、省略することも可能である。AD11は、例えば電源ノードがBOOTに、接地ノードがVSWHに接続され、2入力の他方にパルス幅変調信号PWMhが入力され、Naとのアンド演算結果に基づいてQHのゲートを駆動する。AD11は、ドライバ回路DVhに該当する。AD10は、例えば電源ノードがBOOTに、接地ノードがVSWHに接続され、2入力の他方にPWMhが入力され、Naの反転信号とのアンド演算結果に基づいて短絡検出信号SDEThを出力する。   Resistors R20 and R21 divide the voltage between the boosted voltage BOOT and the output node of CMP10, and this resistance voltage dividing node Na is connected to one of the two inputs of AD11 and one of the two inputs of AD10. However, an inverted signal of Na is input on the AD10 side. The resistance values of R20 and R21 are, for example, R20 >> R21, and Na is a BOOT level (“H” level) when CMP10 outputs “H” level, and CMP10 is “L” level. Is almost at the VSWH level ('L' level). R21 can be omitted. In the AD 11, for example, the power supply node is connected to BOOT, the ground node is connected to VSWH, the pulse width modulation signal PWMh is input to the other of the two inputs, and the gate of QH is driven based on the AND operation result with Na. AD11 corresponds to the driver circuit DVh. In the AD 10, for example, a power supply node is connected to BOOT, a ground node is connected to VSWH, PWMh is input to the other of the two inputs, and a short circuit detection signal SDETh is output based on an AND operation result with an inverted signal of Na.

図10(a)のドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh1は、通常動作時(故障経路(短絡経路)が存在しない場合)、図10(b)に示すような動作を行う。まず、PWMhがVSWHレベル(‘L’レベル又はオフレベル)の際には、AD11を介してQHのゲート電圧がVSWHレベルに駆動され、QHはオフ状態となる。この際、QHに流れる電流はゼロであるため、CMP10は‘H’レベルを出力し、Naの電圧は‘H’レベル(BOOTレベル)となる。また、AD10の出力(短絡検出信号SDETh)は‘L’レベルとなる。なお、QHがオフ状態の際、図10(a)に示すように、VSWHの電圧値はQLのオンに伴いほぼPGNDレベルとなり、BOOTの電圧値はブートストラップ容量Cbによって、「VSWH+VCIN」レベル(ほぼVCINレベル)となる。   The driver circuit and the short circuit detection circuit DVh & SDETCh1 in FIG. 10A perform the operation shown in FIG. 10B during normal operation (when there is no failure path (short circuit path)). First, when PWMh is at VSWH level ('L' level or off level), the gate voltage of QH is driven to VSWH level via AD11, and QH is turned off. At this time, since the current flowing through QH is zero, the CMP 10 outputs the “H” level, and the voltage of Na becomes the “H” level (BOOT level). Further, the output of the AD 10 (short circuit detection signal SDETh) is set to the “L” level. When QH is in the OFF state, as shown in FIG. 10A, the voltage value of VSWH is substantially at the PGND level as QL is turned on, and the voltage value of BOOT is set to the “VSWH + VCIN” level ( (Approximately VCIN level).

ここで、PWMhがBOOTレベル(‘H’レベル又はオンレベル)に遷移した際には、Naの電圧も‘H’レベルであるため、AD11を介してQHのゲート電圧がBOOTレベルに駆動され、QHはオン状態となる。この際、QHには負荷回路に応じた電流が流れ、これに伴いBW3−BW5間の電位差は、「Rm×(QHの電流)」(Lmはゼロと仮定)だけ上昇するが、CMP10の判定レベルには到達しない。したがって、CMP10の出力は‘H’レベルを維持し、AD10からの短絡検出信号SDEThは‘L’レベルを維持する。なお、QHがオン状態の際、VSWHの電圧値はQHを介してVINレベルとなり、BOOTの電圧値はVSWHに予めCbに蓄積されたVCINレベルを加算した「VSWH+VCIN」レベル(VIN+VCINレベル)となる。   Here, when PWMh transits to the BOOT level ('H' level or on level), since the voltage of Na is also at the 'H' level, the gate voltage of QH is driven to the BOOT level via AD11, QH is turned on. At this time, a current corresponding to the load circuit flows through QH, and the potential difference between BW3 and BW5 increases accordingly by “Rm × (QH current)” (Lm is assumed to be zero). Does not reach the level. Accordingly, the output of the CMP 10 is maintained at the “H” level, and the short circuit detection signal SDETh from the AD 10 is maintained at the “L” level. When QH is in the ON state, the voltage value of VSWH becomes VIN level via QH, and the voltage value of BOOT becomes “VSWH + VCIN” level (VIN + VCIN level) obtained by adding VCIN level previously stored in Cb to VSWH. .

一方、図10(a)のDVh&SDETCh1は、短絡検出時(例えば図10(a)に示す故障経路FP1が存在する場合)、図10(c)に示すような動作を行う。まず、PWMhがVSWHレベル(‘L’レベル又はオフレベル)の際には、AD11を介してQHのゲート電圧がVSWHレベルに駆動され、QHはオフ状態となる。この際、QHに流れる電流はゼロであるため、CMP10は‘H’レベルを出力し、Naの電圧は‘H’レベル(BOOTレベル)となる。また、AD10の出力(短絡検出信号SDETh)は‘L’レベルとなる。ここで、PWMhがBOOTレベル(‘H’レベル又はオンレベル)に遷移した際には、当初Naの電圧も‘H’レベルであるため、AD11を介してQHのゲート電圧がBOOTレベルに駆動され、QHはオン状態となる。この際、QHに短絡電流Isが流れ、これに伴いBW3−BW5間の電位差は、「Rm×Is」(Lmはゼロと仮定)だけ上昇する。   On the other hand, DVh & SDETCh1 in FIG. 10A performs an operation as shown in FIG. 10C when a short circuit is detected (for example, when the failure path FP1 shown in FIG. 10A exists). First, when PWMh is at VSWH level ('L' level or off level), the gate voltage of QH is driven to VSWH level via AD11, and QH is turned off. At this time, since the current flowing through QH is zero, the CMP 10 outputs the “H” level, and the voltage of Na becomes the “H” level (BOOT level). Further, the output of the AD 10 (short circuit detection signal SDETh) is set to the “L” level. Here, when PWMh transits to the BOOT level ('H' level or on level), the voltage of Na is also initially at the 'H' level, so the QH gate voltage is driven to the BOOT level via AD11. , QH is turned on. At this time, the short-circuit current Is flows through QH, and accordingly, the potential difference between BW3 and BW5 increases by “Rm × Is” (Lm is assumed to be zero).

ここでは、故障経路FP1が有るため、大きなIsが流れ、これに伴いBW3−BW5間の電位差がCMP10の判定レベルを超え、CMP10の出力は‘L’レベルに遷移し、Naの電圧も‘L’レベルに遷移する。これにより、AD10を介してSDEThが‘H’レベルに遷移する。また、AD11を介してQHのゲート電圧がVSWHレベルに遷移し、QHはオフに駆動され、QHの保護が図られる。SDEThが‘H’レベルになると、図2等で述べたPWM制御ユニットPCTLICを介して、あるいは図7等で述べたドライバイネーブル信号EN_Dに基づいてPWMhが‘L’レベル(オフレベル)に固定される。なお、QHがオフ状態になると、BW3−BW5間の電位差が低下するため、PWMhが‘L’レベルに固定されるまでの間、CMP10の出力が再び‘H’レベルに戻り、QHが再びオンに駆動される恐れがある。ただし、この場合も、同様の検出動作を経て再びQHがオフに駆動されるため、特に問題は生じないが、このような検出動作の繰り返しを避けるために、CMP10の出力にラッチ回路等を挿入することも可能である。   Here, since there is the failure path FP1, a large Is flows, and accordingly, the potential difference between BW3 and BW5 exceeds the determination level of CMP10, the output of CMP10 transitions to the 'L' level, and the voltage of Na also changes to 'L'. 'Transition to level. As a result, SDETh transitions to the “H” level via the AD 10. Further, the gate voltage of QH transits to the VSWH level via AD11, and QH is driven off, thereby protecting QH. When SDETh becomes “H” level, PWMh is fixed to “L” level (off level) via PWM control unit PCTLIC described in FIG. 2 or the like or based on driver enable signal EN_D described in FIG. The When QH is turned off, the potential difference between BW3 and BW5 decreases. Therefore, until PWMh is fixed at the “L” level, the output of CMP10 returns to the “H” level again, and QH is turned on again. There is a risk of being driven by. However, in this case as well, QH is driven off again through the same detection operation, so there is no particular problem. However, in order to avoid repetition of such detection operation, a latch circuit or the like is inserted into the output of CMP10. It is also possible to do.

図10および図11のような構成例を用いると、例えば次のような効果が得られる。第1に、短絡検出の精度を向上させることが可能となる。これは、まず、図11や図8に示したように、トランジスタQH,QLや制御ユニットCTLUが一つの半導体パッケージに搭載されていることから得られる。この場合、QH,QLの耐久性や、ダイパッドDP_HSならびに金属板MB1の寄生成分の大きさは、設計段階で予め高精度で見積れるため、短絡を判定する条件(R10,R11の抵抗値やVr10の値)も高精度に定めることが可能となる。その比較例として、例えばQH,QLとCTLUを個別の半導体パッケージで実現する場合には、その組み合わせや実装状態等に応じてこのような高精度化が図れない恐れがある。また、図10(a)は短絡電流Isを検出する(厳密にはIsを検出して電圧に変換する)方式となっているため、この方式からも短絡検出の精度を向上させることが可能となる。その比較例として、例えばVSWHの電圧値を1点で検出し、本来VINであるべきところがPGND寄りのレベルになっている場合等を検出する電圧検出方式を用いることが考えられる。しかしながら、このような電圧検出方式では、例えば故障経路FP1が低抵抗ではなく若干高抵抗で短絡しているような場合に、QHの非常に小さいオン抵抗とFP1の高抵抗との抵抗分圧によりVSWHには本来の値(VINレベル)に近い値が得られるため、FP1を検出できない恐れがある。   When the configuration examples as shown in FIGS. 10 and 11 are used, for example, the following effects can be obtained. First, it is possible to improve the accuracy of short circuit detection. This is obtained because the transistors QH and QL and the control unit CTLU are mounted on one semiconductor package as shown in FIGS. In this case, since the durability of QH and QL and the size of the parasitic components of the die pad DP_HS and the metal plate MB1 are estimated with high accuracy in advance in the design stage, the conditions for determining a short circuit (resistance values of R10 and R11 and Vr10 Can be determined with high accuracy. As a comparative example, when QH, QL and CTLU are realized by individual semiconductor packages, for example, there is a possibility that such high accuracy cannot be achieved depending on the combination, mounting state, and the like. Further, since FIG. 10A is a method for detecting the short-circuit current Is (strictly, Is is detected and converted into a voltage), it is possible to improve the accuracy of short-circuit detection also from this method. Become. As a comparative example, for example, it is conceivable to use a voltage detection method in which the voltage value of VSWH is detected at one point, and the case where the original value that should be VIN is at a level close to PGND is detected. However, in such a voltage detection method, for example, when the failure path FP1 is short-circuited with a slightly high resistance instead of a low resistance, the resistance is divided between the on-resistance having a very small QH and the high resistance of FP1. Since a value close to the original value (VIN level) is obtained as VSWH, FP1 may not be detected.

第2に、小面積(低コスト)での短絡検出が実現可能になる。これは、実装の観点では例えば図11に示したように、ボンディングワイヤBW3,BW5を設ければよい(実際上はBW5を追加すればよい)ことから得られる。特に図11や図8のような半導体パッケージを用いる場合には、図11から判るように、BW5周りには広い実装スペースが確保できるため、実装が容易である。また、回路の観点では、図10(a)に示したように、ダイパッドや金属板を利用しているため、電流検証用の直列抵抗(損失を招く)を別途設ける必要がなく、更に検出回路自体もさほど大きな面積オーバヘッドを招かないことから得られる。比較例として、例えば半導体チップCP1(QH)内にQHとカレントミラーを構成するセンス用MOSトランジスタを設け、このMOSトランジスタの電流を検出するような方式が考えられる(例えば特許文献1等)。ただし、当該方式では、電流値を検出するコンパレータ回路以外にも、センス用MOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧をQHのソース・ドレイン間電圧と等しくするための各種アンプ回路等が必要とされ、回路面積が増大する恐れがある。   Second, short circuit detection with a small area (low cost) can be realized. From the viewpoint of mounting, for example, as shown in FIG. 11, for example, bonding wires BW3 and BW5 may be provided (in practice, BW5 may be added). In particular, when a semiconductor package as shown in FIG. 11 or FIG. 8 is used, as can be seen from FIG. 11, a wide mounting space can be secured around the BW 5, so that mounting is easy. Further, from the viewpoint of the circuit, as shown in FIG. 10A, since a die pad or a metal plate is used, it is not necessary to separately provide a series resistor (which causes a loss) for current verification, and further, a detection circuit. This is because it itself does not incur a significant area overhead. As a comparative example, for example, a method in which a sense MOS transistor that forms a current mirror with QH is provided in a semiconductor chip CP1 (QH), and a current of the MOS transistor is detected (for example, Patent Document 1). However, in this method, in addition to the comparator circuit for detecting the current value, various amplifier circuits for making the source-drain voltage of the sense MOS transistor equal to the source-drain voltage of QH are required. The area may increase.

以上、本実施の形態3の電源装置を用いることで、代表的には、実施の形態1および2で述べた各種効果に加えて、更に、高精度な短絡検出または小面積での短絡検出が実現可能になる。なお、ここでは、金属板MB1,MB2を用いて、半導体チップと外部端子間または半導体チップとダイパッド間の接続を行ったが、場合によっては金(Au)等のボンディングワイヤで代用すること等も可能である。   As described above, by using the power supply device of the third embodiment, typically, in addition to the various effects described in the first and second embodiments, more accurate short-circuit detection or short-circuit detection in a small area can be performed. It becomes feasible. Here, the metal plates MB1 and MB2 are used to connect between the semiconductor chip and the external terminal or between the semiconductor chip and the die pad. However, in some cases, a bonding wire such as gold (Au) may be used instead. Is possible.

(実施の形態4)
本実施の形態4では、実施の形態3の図10で述べたドライバ回路および短絡検出回路の変形例について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a modified example of the driver circuit and the short circuit detection circuit described in FIG. 10 of the third embodiment will be described.

<<ハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細構成[1B]>>
図12は、本発明の実施の形態4による電源装置において、図7の駆動ユニットDRICにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETChの詳細を示すものであり、図12(a)はその構成例を示す回路図、図12(b)は図12(a)における遅延回路の構成例を示す回路図、図12(c)は図12(a)の動作例を示す波形図である。図12(a)に示すドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh2は、図10(a)に示したドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh1に対して遅延回路DLYが加わった構成となっている。それ以外の構成に関しては、図10(a)と同様であるため詳細な説明は省略する。
<< Detailed configuration of high-side driver circuit and short-circuit detection circuit [1B] >>
FIG. 12 shows details of the high-side driver circuit and the short-circuit detection circuit DVh & SDECh in the drive unit DRIC of FIG. 7 in the power supply device according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. FIG. 12B is a circuit diagram showing a configuration example of the delay circuit in FIG. 12A, and FIG. 12C is a waveform diagram showing an operation example of FIG. The driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDETCh2 shown in FIG. 12A has a configuration in which a delay circuit DLY is added to the driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDETCh1 shown in FIG. Since other configurations are the same as those in FIG. 10A, detailed description thereof is omitted.

遅延回路DLYは、抵抗R20と抵抗R21の接続ノードNaを入力とし、アンド演算回路AD11の2入力の一方ならびにアンド演算回路AD10の2入力の一方となるノードNbを出力として動作する。なお、AD10側に関しては、図10(a)の場合と同様に、Nbにおける信号の反転信号が入力される。DLYは、図12(b)に示すように、偶数段のインバータ回路ブロックIVBKと、ノア演算回路NR10を備え、入力信号と当該入力信号をIVBKで遅延させた信号とをNR10でノア演算した結果を出力する。この場合、DLYは、入力信号が‘H’レベルから‘L’レベルに遷移したのち、その状態がIVBKによって定められる遅延時間(Tdly)以上の期間で継続した際に出力を‘H’レベルから‘L’レベルに遷移させる。このようなDVh&SDETCh2を用いると、短絡検出時に図12(c)に示すような動作が行われる。   The delay circuit DLY operates with the connection node Na of the resistors R20 and R21 as an input and the node Nb as one of the two inputs of the AND operation circuit AD11 and one of the two inputs of the AND operation circuit AD10 as an output. As for the AD10 side, an inverted signal of the signal at Nb is input as in the case of FIG. As shown in FIG. 12B, DLY includes an even number of inverter circuit blocks IVBK and a NOR operation circuit NR10, and the result of NOR operation of the input signal and a signal obtained by delaying the input signal by IVBK with NR10. Is output. In this case, after the input signal transitions from the “H” level to the “L” level, the DLY outputs from the “H” level when the state continues for a period longer than the delay time (Tdly) determined by IVBK. Transition to 'L' level. When such DVh & SDECh2 is used, the operation shown in FIG. 12C is performed when a short circuit is detected.

図12(c)では、図10(c)と異なり、短絡検出に伴いノードNaの電圧がBOOTレベル(‘H’レベル)からVSWHレベル(‘L’レベル)に遷移し、その状態がDLYの遅延時間(Tdly)の間で継続した後にノードNbが‘H’レベルから‘L’レベルに遷移する。このNbの‘H’レベルから‘L’レベルへの遷移を受けて、AD11はトランジスタQHをオフに駆動し、AD10は短絡検出信号SDEThを出力する。これ以降の動作は、図10(c)と同様である。遅延時間(Tdly)は特に限定はされないが、例えば20ns等である。   In FIG. 12 (c), unlike FIG. 10 (c), the voltage at the node Na transitions from the BOOT level ('H' level) to the VSWH level ('L' level) due to short circuit detection, and the state is DLY. After continuing for the delay time (Tdly), the node Nb changes from the “H” level to the “L” level. In response to the transition of the Nb from the “H” level to the “L” level, the AD 11 drives the transistor QH off, and the AD 10 outputs the short circuit detection signal SDETh. The subsequent operation is the same as in FIG. The delay time (Tdly) is not particularly limited, but is 20 ns, for example.

図12のような短絡検出回路DVh&SDETCh2を用いると、図10のDVh&SDETCh1で述べた各種効果に加えて、更に、より高精度な短絡検出が実現可能になる。例えば、故障経路FP1が存在しない場合でも、電源ノイズや寄生インダクタ(Lm)の影響等により瞬間的にボンディングワイヤBW3の電圧がコンパレータ回路CMP10の判定レベルを超える場合が考えられる。この場合、図10(a)の構成例では、QHが瞬間的にオフに駆動され、またSDEThに瞬間的な‘H’パルスが出力されることにより、誤動作を招く恐れがある。そこで、図12(a)の構成例を用いると、短絡検出とみなすためにはCMP10の判定レベルを超える期間がTdly以上必要とされるため、このような誤動作を防止することが可能となる。なお、Tdlyの長さは、予め設計段階で判明しているQHの耐久性に応じて適宜定められる。一例として、例えば、オン状態のQHのソース・ドレイン間にVIN(=12V)の電圧を印加した際に、45nsの時間でQHが熱破壊に到る場合がある。このような場合、Tdly=20ns等に設定することで、前述した誤動作の防止と共にQHの熱破壊も防止できる。   When the short-circuit detection circuit DVh & SDETCh2 as shown in FIG. 12 is used, in addition to the various effects described in DVh & SDETCh1 in FIG. 10, more accurate short-circuit detection can be realized. For example, even when the failure path FP1 does not exist, there may be a case where the voltage of the bonding wire BW3 instantaneously exceeds the determination level of the comparator circuit CMP10 due to the influence of power supply noise, parasitic inductor (Lm), or the like. In this case, in the configuration example of FIG. 10A, QH is instantaneously driven off, and an instantaneous 'H' pulse is output to SDETh, which may cause malfunction. Therefore, when the configuration example of FIG. 12A is used, a period exceeding the determination level of the CMP 10 is required for Tdly or more to be regarded as short-circuit detection, and thus such a malfunction can be prevented. It should be noted that the length of Tdly is appropriately determined according to the durability of QH that has been previously known at the design stage. As an example, when a voltage of VIN (= 12 V) is applied between the source and drain of QH in the on state, for example, QH may reach thermal destruction in a time of 45 ns. In such a case, by setting Tdly = 20 ns or the like, it is possible to prevent the above-described malfunction and prevent thermal destruction of QH.

(実施の形態5)
本実施の形態5では、実施の形態4の図12で述べたドライバ回路および短絡検出回路の変形例について説明する。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, a modified example of the driver circuit and the short circuit detection circuit described in FIG. 12 of the fourth embodiment will be described.

<<ハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細構成[1C]>>
図13は、本発明の実施の形態5による電源装置において、図7の駆動ユニットDRICにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETChの詳細を示すものであり、図13(a)はその構成例を示す回路図、図13(b)は図13(a)の動作例を示す波形図である。図13に示すドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh3は、図12(a)のドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh2と比較して、図12(a)の抵抗R10,R11およびコンパレータ回路CMP10が、図13の抵抗R30,R31およびnチャネル型MOSトランジスタMN10に置き換わった構成となっている。それ以外の構成に関しては図12(a)と同様であるため、詳細な説明は省略する。
<< Detailed configuration of high-side driver circuit and short-circuit detection circuit [1C] >>
FIG. 13 shows details of the high-side driver circuit and short-circuit detection circuit DVh & SDECh in the drive unit DRIC of FIG. 7 in the power supply device according to Embodiment 5 of the present invention. FIG. FIG. 13B is a waveform diagram showing an operation example of FIG. 13A. The driver circuit and short-circuit detection circuit DVh & SDETCh3 shown in FIG. 13 is different from the driver circuit and short-circuit detection circuit DVh & SDETCh2 in FIG. 12A in that the resistors R10 and R11 and the comparator circuit CMP10 in FIG. The resistors R30 and R31 and the n-channel MOS transistor MN10 are replaced. Since other configurations are the same as those in FIG. 12A, detailed description thereof is omitted.

抵抗R30,R31は、前述した抵抗R10,R11と同様に、ボンディングワイヤBW3とボンディングワイヤBW5の間を抵抗分圧する。MN10は、ゲートがR30,R31によって抵抗分圧された電圧で駆動され、ソースがBW5に、ドレインが抵抗R21の一端に接続される。この場合、MN10は、R30,R31による抵抗分圧値がMN10のしきい値電圧Vthを超えた際にR21を介してノードNaをプルダウンする。このように、図12(図10)の構成例では、コンパレータ回路CMP10が比較電圧Vr10を用いて判定を行っていたのに対して、図13の構成例では、MN10が自身のしきい値電圧Vthを用いて判定を行っている。これによって、CMP10をMN10に置き換えることが可能になるため回路面積(コスト)の低減等が可能となる。   The resistors R30 and R31 divide the resistance between the bonding wire BW3 and the bonding wire BW5 in the same manner as the resistors R10 and R11 described above. In the MN10, a gate is driven by a voltage obtained by resistance division by R30 and R31, a source is connected to the BW5, and a drain is connected to one end of the resistor R21. In this case, the MN 10 pulls down the node Na via R21 when the resistance divided value by R30 and R31 exceeds the threshold voltage Vth of MN10. Thus, in the configuration example of FIG. 12 (FIG. 10), the comparator circuit CMP10 makes a determination using the comparison voltage Vr10, whereas in the configuration example of FIG. 13, the MN10 has its own threshold voltage. The determination is performed using Vth. As a result, the CMP 10 can be replaced with the MN 10, so that the circuit area (cost) can be reduced.

ところで、前述した図10では、説明を容易にするためパッケージの寄生インダクタLmをゼロとしたが、実際にはLmの影響が無視できない場合がある。この場合、トランジスタQHがオンに駆動された過渡期においてBW3−BW5間の電位差vsは、「vs=(Rm×is)+(Lm×d(is)/dt)」で定められる。「is」は、QH(およびLm,Rm)に流れる過渡電流であり、Rmはパッケージの寄生抵抗である。仮に故障経路FP1が存在しない場合には、スイッチ信号VSWHのノードに負荷駆動用の比較的インダクタンス値が大きなインダクタ(図1等のL[n])が接続されるため、QHがオンに駆動されたのちの電位差vsの値はほぼ0Vに近いレベルとなる。一方、仮に0Ωの故障経路FP1が存在するものとすると、図13(b)に示すような動作となる。   Incidentally, in FIG. 10 described above, the parasitic inductor Lm of the package is set to zero for ease of explanation, but in reality, the influence of Lm may not be ignored. In this case, the potential difference vs between BW3 and BW5 in the transition period in which the transistor QH is turned on is determined by “vs = (Rm × is) + (Lm × d (is) / dt)”. “Is” is a transient current flowing in QH (and Lm, Rm), and Rm is a parasitic resistance of the package. If the failure path FP1 does not exist, an inductor having a relatively large inductance value for driving the load (L [n] in FIG. 1 and the like) is connected to the node of the switch signal VSWH, so that QH is driven on. The value of the subsequent potential difference vs becomes approximately 0V. On the other hand, assuming that a fault path FP1 of 0Ω exists, the operation is as shown in FIG.

まず、QHがオンに駆動されたのち、一定時間経過した後の定常状態の短絡電流をIsとすると、過渡電流「is」は、0AからIsに向けて指数関数的に上昇し、逆にBW3−BW5間の電位差vsは、QHがオンに駆動された瞬間にほぼVIN(=12V)となり、その後、(Is×Rm)の電圧に向けて指数関数的に減少することになる。この際の時定数は、Lmの大きさに比例する。例えばLm=0.42nH、Rm=0.15mΩとし、故障経路FP1が存在する場合には、前述した過渡期において1.2V以上の電位差vsが20ns以上継続することになる。そこで、図13の例では、例えば、抵抗R30を1kΩ、抵抗R31を50kΩ、MOSトランジスタMN10のしきい値電圧Vthを1.4V、遅延回路DLYの遅延時間(Tdly)を20ns等に設定すること等で故障経路FP1の有無が検出される。すなわち、Lm成分が存在することを積極的に利用し、比較的高い判定電圧(しきい値電圧Vth)とその継続時間(遅延時間(Tdly))の組み合わせで短絡検出が行われる。   First, when QH is driven to ON and a short-circuit current in a steady state after a lapse of a certain time is assumed to be Is, the transient current “is” increases exponentially from 0 A to Is, and conversely, BW3 The potential difference vs between −BW5 becomes approximately VIN (= 12V) at the moment when QH is driven on, and then decreases exponentially toward the voltage of (Is × Rm). The time constant at this time is proportional to the magnitude of Lm. For example, when Lm = 0.42 nH and Rm = 0.15 mΩ and the failure path FP1 exists, the potential difference vs of 1.2 V or more continues for 20 ns or more in the transition period described above. Therefore, in the example of FIG. 13, for example, the resistor R30 is set to 1 kΩ, the resistor R31 is set to 50 kΩ, the threshold voltage Vth of the MOS transistor MN10 is set to 1.4 V, and the delay time (Tdly) of the delay circuit DLY is set to 20 ns. Thus, the presence or absence of the failure path FP1 is detected. In other words, the presence of the Lm component is positively utilized, and short circuit detection is performed with a combination of a relatively high determination voltage (threshold voltage Vth) and its duration (delay time (Tdly)).

例えば、図10のような検出方式(要するに定常状態において寄生抵抗Rmに生じる電位差を検出する方式)を用いると、Rmが極めて小さい場合に、検出する電位差も極めて小さくなるため、回路特性のばらつきやノイズマージン等を考慮すると検出精度が低下する恐れがある。一方、このように過渡期を利用した方式を用いることで、Rmが極めて小さい場合でも、比較的高い判定電圧を用いて短絡検出が行うことが可能になるため、検出精度の向上が図れる。言い換えれば、寄生抵抗Rmが極めて小さいパッケージを用いることができ、電源装置全体としての電力変換効率を向上させることが可能になる。   For example, if a detection method as shown in FIG. 10 (ie, a method for detecting a potential difference generated in the parasitic resistance Rm in a steady state) is used, the potential difference to be detected becomes extremely small when Rm is extremely small. If a noise margin or the like is taken into account, the detection accuracy may be reduced. On the other hand, by using the method using the transition period in this way, even when Rm is extremely small, it is possible to perform short-circuit detection using a relatively high determination voltage, so that detection accuracy can be improved. In other words, a package having a very small parasitic resistance Rm can be used, and the power conversion efficiency of the entire power supply device can be improved.

なお、この過渡期を利用する方式は、勿論、図12(a)の構成例を用いて実現することも可能である。図12(a)の構成例を用いる場合には、抵抗R10を1kΩ、抵抗R11を50kΩ、比較電圧Vr10を1.4V、遅延回路DLYの遅延時間(Tdly)を20nsとすればよい。また、これらの短絡判定条件は、前述したように駆動ユニットDRICを一つの半導体パッケージで実現することに伴いパッケージの寄生成分(Rm,Lm)の大きさ等を予め見積もれることから、高精度に定めることが可能である。   It should be noted that the method of using this transition period can be realized by using the configuration example of FIG. When the configuration example of FIG. 12A is used, the resistor R10 may be 1 kΩ, the resistor R11 may be 50 kΩ, the comparison voltage Vr10 may be 1.4 V, and the delay time (Tdly) of the delay circuit DLY may be 20 ns. In addition, these short-circuit determination conditions can be estimated with high accuracy because the size of the parasitic components (Rm, Lm) of the package can be estimated in advance as the drive unit DRIC is realized in one semiconductor package as described above. It is possible to determine.

以上、本実施の形態5の電源装置を用いることで、代表的には、実施の形態4で述べた各種効果に加えて、更に、小面積での短絡検出が実現可能になる。   As described above, by using the power supply device of the fifth embodiment, in addition to the various effects described in the fourth embodiment, it is possible to realize short-circuit detection with a smaller area.

(実施の形態6)
本実施の形態6では、実施の形態3の図10で述べたドライバ回路および短絡検出回路とは異なる位置を用いて短絡検出を行う構成例について説明する。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, a configuration example in which short-circuit detection is performed using positions different from the driver circuit and the short-circuit detection circuit described in FIG. 10 of the third embodiment will be described.

<<ハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細構成[2]>>
図14は、本発明の実施の形態6による電源装置において、図7の駆動ユニットDRICにおけるハイサイドのドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETChの詳細を示すものであり、図14(a)はその構成例を示す回路図、図14(b)および図14(c)は図14(a)の動作例を示す波形図である。図15は、図14の補足図であり、図14の構成例を備えた駆動ユニットのパッケージ構成例を示す上面図である。図14(a)に示すドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh4は、コンパレータ回路CMP10、抵抗R40,R41,R20,R21、アンド演算回路AD10,AD11、およびnチャネル型MOSトランジスタMN20を備えている。
<< Detailed configuration of high-side driver circuit and short-circuit detection circuit [2] >>
FIG. 14 shows details of the high-side driver circuit and short-circuit detection circuit DVh & SDECh in the drive unit DRIC of FIG. 7 in the power supply device according to Embodiment 6 of the present invention, and FIG. FIG. 14 (b) and FIG. 14 (c) are waveform diagrams showing an operation example of FIG. 14 (a). FIG. 15 is a supplementary diagram of FIG. 14 and is a top view showing a package configuration example of a drive unit having the configuration example of FIG. The driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDETCh4 shown in FIG. 14A includes a comparator circuit CMP10, resistors R40, R41, R20, and R21, AND operation circuits AD10 and AD11, and an n-channel MOS transistor MN20.

MOSトランジスタMN20は、ソースがノードNbw6に、ドレインがトランジスタQHのドレインから引き出したボンディングワイヤBW6に接続される。抵抗R40,R41は、ノードNbw6とQHのソースから引き出したボンディングワイヤBW3との間を抵抗分圧する。CMP10は、このR40,R41で抵抗分圧された電圧値が、BW3の電圧に比較電圧Vr20を加算した電圧値を超えた際に‘L’レベルを出力する。このように、図14のドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh4は、図10のドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh1がVSWHのノードにおける異なる2箇所を用いて短絡検出を行っていたのに対して、QHのソースとドレインを用いて短絡検出を行う方式となっている。なお、CMP10の出力に応じて適宜動作する抵抗R20,R21およびアンド演算回路AD10,AD11に関しては図10と同様であるため詳細な説明は省略する。ただし、図14は、AD11(ドライバ回路DVh)が図10と同様にQHのゲートを駆動することに加えてMN20のゲートも駆動する点が図10とは異なっている。   MOS transistor MN20 has a source connected to node Nbw6 and a drain connected to bonding wire BW6 drawn from the drain of transistor QH. Resistors R40 and R41 divide the resistance between node Nbw6 and bonding wire BW3 drawn from the source of QH. The CMP 10 outputs an 'L' level when the voltage value divided by the resistors R40 and R41 exceeds the voltage value obtained by adding the comparison voltage Vr20 to the voltage of BW3. In this way, the driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDECh4 in FIG. 14 perform short circuit detection using two different locations in the node of VSWH, while the driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDECh1 in FIG. This is a method of detecting a short circuit using a source and a drain. Since the resistors R20 and R21 and the AND operation circuits AD10 and AD11 that operate appropriately according to the output of the CMP 10 are the same as those in FIG. 10, detailed description thereof is omitted. However, FIG. 14 is different from FIG. 10 in that AD11 (driver circuit DVh) drives the gate of MN20 in addition to driving the gate of QH as in FIG.

ボンディングワイヤBW3は、図8(b)に示したように、半導体チップCP1(トランジスタQH)のソースパッド(PD_H_S4)と半導体チップCP3(CTLU)上のパッドとを接続するものである。一方、ボンディングワイヤBW6は、図15に示すように、CP3(CTLU)上のパッドとQHのドレインに接続されているダイパッドDP_HSとを接続するものである。   As shown in FIG. 8B, the bonding wire BW3 connects the source pad (PD_H_S4) of the semiconductor chip CP1 (transistor QH) and the pad on the semiconductor chip CP3 (CTLU). On the other hand, as shown in FIG. 15, the bonding wire BW6 connects the pad on CP3 (CTLU) and the die pad DP_HS connected to the drain of QH.

図14(a)のドライバ回路および短絡検出回路DVh&SDETCh4は、通常動作時(故障経路(短絡経路)が存在しない場合)、図14(b)に示すような動作を行う。まず、PWMhがVSWHレベル(‘L’レベル又はオフレベル)の際には、AD11を介してQHならびにMN20のゲート電圧がVSWHレベルに駆動され、QHならびにMN20はオフ状態となる。この際、ノードNbw6の電圧はVSWHレベルとなるため、CMP10は‘H’レベルを出力し、AD11の2入力の一方となるノードNaの電圧は‘H’レベル(BOOTレベル)となる。また、AD10の出力(短絡検出信号SDETh)は‘L’レベルとなる。ここで、PWMhがBOOTレベル(‘H’レベル又はオンレベル)に遷移した際には、Naの電圧も‘H’レベルであるため、AD11を介してQH,MN20のゲート電圧がBOOTレベルに駆動され、QH,MN20はオン状態となる。この際、QHには負荷回路に応じた電流が流れ、これに伴いBW6の電圧は、BW3の電圧(VSWHレベル)を基準として若干上昇する。BW6の電圧はオン状態のスイッチ(MN20)を介してノードNbw6に伝達される。ただし、Nbw6−BW3間の電位差はCMP10の判定レベルには到達しないため、CMP10の出力は‘H’レベルを維持し、AD10からの短絡検出信号SDEThは‘L’レベルを維持する。このように、MN20により、QHのオン期間を対象として短絡有無の検出が行われる。   The driver circuit and short circuit detection circuit DVh & SDETCh4 in FIG. 14A perform the operation shown in FIG. 14B during normal operation (when there is no failure path (short circuit path)). First, when PWMh is at the VSWH level ('L' level or off level), the gate voltages of QH and MN20 are driven to the VSWH level via AD11, and QH and MN20 are turned off. At this time, since the voltage of the node Nbw6 becomes the VSWH level, the CMP 10 outputs the “H” level, and the voltage of the node Na which is one of the two inputs of the AD11 becomes the “H” level (BOOT level). Further, the output of the AD 10 (short circuit detection signal SDETh) is set to the “L” level. Here, when PWMh transits to the BOOT level ('H' level or on level), since the voltage of Na is also at the 'H' level, the gate voltages of QH and MN20 are driven to the BOOT level via AD11. Then, QH and MN20 are turned on. At this time, a current corresponding to the load circuit flows through QH, and accordingly, the voltage of BW6 slightly rises with reference to the voltage of BW3 (VSWH level). The voltage of BW6 is transmitted to the node Nbw6 through the switch (MN20) in the on state. However, since the potential difference between Nbw6 and BW3 does not reach the determination level of CMP10, the output of CMP10 maintains the 'H' level, and the short circuit detection signal SDETh from AD10 maintains the 'L' level. In this manner, the MN 20 detects the presence or absence of a short circuit for the QH on period.

一方、図14(a)のDVh&SDETCh4は、短絡検出時(例えば図14(a)に示す故障経路(短絡経路)FP1が存在する場合)、図14(c)に示すような動作を行う。まず、PWMhがVSWHレベル(‘L’レベル又はオフレベル)の際には、図14(b)の場合と同様に、QH,MN20はオフ状態に駆動され、CMP10は‘H’レベルを出力し、Naの電圧は‘H’レベル(BOOTレベル)となる。また、AD10の出力(短絡検出信号SDETh)は‘L’レベルとなる。ここで、PWMhがBOOTレベル(‘H’レベル又はオンレベル)に遷移した際には、当初Naの電圧も‘H’レベルであるため、AD11を介してQH,MN20のゲート電圧がBOOTレベルに駆動され、QH,MN20はオン状態となる。この際、QHに短絡電流Isが流れ、これに伴いBW6の電圧は、BW5の電圧(VSWHレベル)を基準として上昇する。このBW6の電圧は、オン状態のスイッチ(MN20)を介してノードNbw6に伝達される。   On the other hand, DVh & SDETCh4 in FIG. 14A performs the operation shown in FIG. 14C when a short circuit is detected (for example, when the failure path (short circuit path) FP1 shown in FIG. 14A exists). First, when PWMh is at the VSWH level ('L' level or off level), QH and MN20 are driven to the off state, and CMP10 outputs the 'H' level, as in FIG. 14B. , Na voltage becomes 'H' level (BOOT level). Further, the output of the AD 10 (short circuit detection signal SDETh) is set to the “L” level. Here, when PWMh transits to the BOOT level ('H' level or on level), the voltage of Na is also initially at the 'H' level, so the gate voltages of QH and MN20 are set to the BOOT level via AD11. Driven, QH and MN20 are turned on. At this time, a short circuit current Is flows through QH, and the voltage of BW6 rises with reference to the voltage of BW5 (VSWH level). The voltage of BW6 is transmitted to the node Nbw6 via the switch (MN20) in the on state.

ここでは、図14(b)の場合と異なり故障経路FP1が有るため、大きなIsが流れ、これに伴いNbw6−BW3間の電位差がCMP10の判定レベルを超え、CMP10の出力は‘L’レベルに遷移し、Naの電圧も‘L’レベルに遷移する。これにより、AD10を介してSDEThが‘H’レベルに遷移する。また、AD11を介してQH,MN20のゲート電圧がVSWHレベルに遷移し、QH,MN20はオフに駆動され、QHの保護が図られる。SDEThが‘H’レベルになると、図2等で述べたPWM制御ユニットPCTLICを介して、あるいは図7等で述べたドライバイネーブル信号EN_Dに基づいてPWMhが‘L’レベル(オフレベル)に固定される。なお、QH,MN20がオフ状態になると、Nbw6−BW3間の電位差も低下するため、PWMhが‘L’レベルに固定されるまでの間、CMP10の出力が再び‘H’レベルに戻り、QHが再びオンに駆動される恐れがある。ただし、この場合も、同様の検出動作を経て再びQHがオフに駆動されるため、特に問題は生じないが、このような検出動作の繰り返しを避けるために、CMP10の出力にラッチ回路等を挿入することも可能である。   Here, unlike the case of FIG. 14B, since there is the failure path FP1, a large Is flows, and accordingly, the potential difference between Nbw6-BW3 exceeds the determination level of CMP10, and the output of CMP10 is set to the 'L' level. Transition occurs, and the voltage of Na also transitions to the “L” level. As a result, SDETh transitions to the “H” level via the AD 10. Further, the gate voltage of QH and MN20 transits to the VSWH level via AD11, and QH and MN20 are driven off to protect the QH. When SDETh becomes “H” level, PWMh is fixed to “L” level (off level) via PWM control unit PCTLIC described in FIG. 2 or the like or based on driver enable signal EN_D described in FIG. The When QH and MN20 are turned off, the potential difference between Nbw6-BW3 also decreases. Therefore, until PWMh is fixed at the “L” level, the output of CMP10 returns to the “H” level again, and QH is There is a risk of being driven on again. However, in this case as well, QH is driven off again through the same detection operation, so there is no particular problem. However, in order to avoid repetition of such detection operation, a latch circuit or the like is inserted into the output of CMP10. It is also possible to do.

このように図14(a)の構成例は、トランジスタQHのオン抵抗を利用して、QHに流れる電流値を監視し、短絡検出を行う方式となっている。例えば、QHのオン抵抗を5mΩとし、R40,R41の抵抗値をそれぞれ10kΩとし、Vr20の電圧値を0.3Vとした場合、短絡電流Isが120Aを超えた際にCMP10の出力が‘L’レベルに遷移する。図14(a)の構成例を用いると、図10(a)の構成例と比較して、通常、QHのオン抵抗の方がパッケージの寄生抵抗Rmよりも大きいため、電流検出に伴う電位差をより多く確保でき、その分、回路特性のばらつきやノイズ等に対するマージンの拡大が図れ、更なる高精度化を実現できる場合がある。ただし、電流検出に伴う電位差を更に拡大するためには、例えば図13で述べたような寄生インダクタを活用する検出方式等を用いることが望ましいが、図14(a)の構成例は当該方式の適用には適していない。   As described above, the configuration example of FIG. 14A is a method of detecting the short circuit by monitoring the value of the current flowing through QH using the on-resistance of the transistor QH. For example, when the on-resistance of QH is 5 mΩ, the resistance values of R40 and R41 are 10 kΩ, and the voltage value of Vr20 is 0.3 V, the output of CMP10 is “L” when the short-circuit current Is exceeds 120 A. Transition to level. When the configuration example of FIG. 14A is used, the on-resistance of QH is usually larger than the parasitic resistance Rm of the package as compared with the configuration example of FIG. A larger amount can be ensured, and accordingly, a margin for circuit characteristic variation, noise, and the like can be increased, and further higher accuracy can be realized. However, in order to further expand the potential difference associated with current detection, it is desirable to use, for example, a detection method utilizing a parasitic inductor as described in FIG. 13, but the configuration example in FIG. Not suitable for application.

また、実装の観点では、図14(a)の構成例で図8の半導体パッケージを用いた場合、図15から判るように、ボンディングワイヤBW6の実装スペースが図11のボンディングワイヤBW5の実装スペースよりも狭いため、図14(a)よりも図10(a)の構成例の方が有益となる。なお、図14(a)の構成例は、勿論、これに限定されるものではなく、例えば図12で述べたように遅延回路DLYを付加してノイズ等による誤動作を防止したり、あるいは図13で述べたように、コンパレータ回路CMP10をMOSトランジスタに置き換えること等も可能である。ただし、MOSトランジスタを用いる場合、図13のように寄生インダクタを活用した検出方式ではないため、比較的低いしきい値電圧が必要となる。   From the viewpoint of mounting, when the semiconductor package of FIG. 8 is used in the configuration example of FIG. 14A, the mounting space of the bonding wire BW6 is larger than the mounting space of the bonding wire BW5 of FIG. Therefore, the configuration example of FIG. 10A is more beneficial than FIG. 14A. Of course, the configuration example of FIG. 14A is not limited to this, and for example, as described in FIG. 12, a delay circuit DLY is added to prevent malfunction due to noise or the like, or FIG. As described above, it is possible to replace the comparator circuit CMP10 with a MOS transistor. However, when a MOS transistor is used, since it is not a detection method using a parasitic inductor as shown in FIG. 13, a relatively low threshold voltage is required.

(実施の形態7)
<<ロウサイドのドライバ回路および短絡検出回路の詳細構成>>
図16は、本発明の実施の形態7による電源装置において、図7の駆動ユニットDRICにおけるロウサイドのドライバ回路および短絡検出回路DVl&SDETClの詳細を示すものであり、図16(a)はその構成例を示す回路図、図16(b)および図16(c)は図16(a)の動作例を示す波形図である。図17は、図16の補足図であり、図16の構成例を備えた駆動ユニットのパッケージ構成例を示す上面図である。図16(a)に示すドライバ回路および短絡検出回路DVl&SDETCl1は、ドライバ回路DVl、コンパレータ回路CMP20、アンド演算回路AD10を備えている。CMP20は、例えば電源ノードが電源電圧VCINに、接地ノードが接地電源電圧PGND(又はCGND)に接続され、トランジスタQLのソースからボンディングワイヤBW4を介して取り出した電圧と、QLのドレインからボンディングワイヤBW7を介して取り出した電圧との電位差を検出する。
(Embodiment 7)
<< Detailed configuration of low-side driver circuit and short-circuit detection circuit >>
FIG. 16 shows details of the low-side driver circuit and the short circuit detection circuit DVl & SDETCl in the drive unit DRIC of FIG. 7 in the power supply device according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. FIG. 16B and FIG. 16C are waveform diagrams showing an operation example of FIG. FIG. 17 is a supplementary diagram of FIG. 16, and is a top view illustrating a package configuration example of the drive unit including the configuration example of FIG. 16. The driver circuit and short circuit detection circuit DVl & SDETCl1 shown in FIG. 16A includes a driver circuit DVl, a comparator circuit CMP20, and an AND operation circuit AD10. In the CMP 20, for example, the power supply node is connected to the power supply voltage VCIN, the ground node is connected to the ground power supply voltage PGND (or CGND), the voltage taken out from the source of the transistor QL via the bonding wire BW4, and the bonding wire BW7 from the drain of QL. The potential difference from the voltage taken out via is detected.

ボンディングワイヤBW4は、図8(b)に示したように、半導体チップCP2(トランジスタQL)のソースパッド(PD_L_S4)と半導体チップCP3(CTLU)上のパッドとを接続するものである。一方、ボンディングワイヤBW7は、図17に示すように、CP3(CTLU)上のパッドとQLのドレインに接続されたダイパッドDP_LSとを接続するものである。ここで、BW7は、図11の構成例(図10、図12、図13の回路)と組み合わせる場合、図11から判るように、ボンディングワイヤBW5と兼用することも可能である。これによって、実装の容易化や低コスト化が図れる。   As shown in FIG. 8B, the bonding wire BW4 connects the source pad (PD_L_S4) of the semiconductor chip CP2 (transistor QL) and the pad on the semiconductor chip CP3 (CTLU). On the other hand, as shown in FIG. 17, the bonding wire BW7 connects the pad on CP3 (CTLU) and the die pad DP_LS connected to the QL drain. Here, when combined with the configuration example of FIG. 11 (circuits of FIG. 10, FIG. 12, and FIG. 13), BW7 can also be used as the bonding wire BW5 as can be seen from FIG. As a result, mounting can be facilitated and costs can be reduced.

このような構成により、CMP20は、QLのオン抵抗を介してQLのソース・ドレイン間に生じた電位差を検出し、BW7の電圧値が、BW4の電圧に比較電圧Vr30を加算した電圧値を超えた際にノードNcに‘L’レベルを出力する。例えば、QLのオン抵抗を1mΩ、Vr30の電圧値を0.2Vとした場合、QLに200Aが流れた際にNcに‘L’レベルが出力される。アンド演算回路AD10は、例えば電源ノードがVCINに、接地ノードがPGND(又はCGND)に接続され、2入力の一方にノードNcの反転信号が入力され、他方にパルス幅変調信号PWMlが入力され、そのアンド演算結果によって短絡検出信号SDETlを出力する。ドライバ回路DVlは、PWMlに応じてトランジスタQLのゲートを駆動する。   With this configuration, the CMP 20 detects a potential difference generated between the source and drain of the QL via the on-resistance of the QL, and the voltage value of the BW7 exceeds the voltage value obtained by adding the comparison voltage Vr30 to the voltage of the BW4. When this occurs, the 'L' level is output to the node Nc. For example, if the on-resistance of QL is 1 mΩ and the voltage value of Vr30 is 0.2 V, the “L” level is output to Nc when 200 A flows through QL. In the AND operation circuit AD10, for example, a power supply node is connected to VCIN, a ground node is connected to PGND (or CGND), an inverted signal of the node Nc is input to one of two inputs, and a pulse width modulation signal PWM1 is input to the other. The short circuit detection signal SDETl is output according to the AND operation result. The driver circuit DVl drives the gate of the transistor QL according to PWMl.

図16(a)のドライバ回路および短絡検出回路DVl&SDETCl1は、通常動作時(故障経路(短絡経路)が存在しない場合)、図16(b)に示すような動作を行う。まず、PWMlがCGNDレベル(‘L’レベル又はオフレベル)の際には、DVlを介してQLのゲート電圧がPGNDレベルに駆動され、QLはオフ状態となる。この際、BW7−BW4間の電位差は、トランジスタQHのオンに伴い電源電圧VINのレベルとなり、これはCMP20の判定レベルを超えているため、CMP20はノードNcに‘L’レベルを出力する。AD10は、Ncが‘L’レベルとなっているが、PWMlが‘L’レベルであるため、短絡検出信号SDETlとして‘L’レベルを出力する。   The driver circuit and short circuit detection circuit DVl & SDETCl1 in FIG. 16A perform the operation shown in FIG. 16B during normal operation (when there is no failure path (short circuit path)). First, when PWMl is at CGND level ('L' level or off level), the gate voltage of QL is driven to PGND level via DVl, and QL is turned off. At this time, the potential difference between BW7 and BW4 becomes the level of the power supply voltage VIN when the transistor QH is turned on, which exceeds the determination level of CMP20, so that CMP20 outputs the 'L' level to the node Nc. The AD 10 outputs “L” level as the short circuit detection signal SDETl because Nc is “L” level but PWMl is “L” level.

ここで、PWMlがVCINレベル(‘H’レベル又はオンレベル)に遷移した際には、DVlを介してQLのゲート電圧がVCINレベルに駆動され、QLはオン状態となる。この際、QLにはインダクタ(図1等のL[n])を起電力とした転流動作による電流が流れ、これに伴いBW7−BW4間の電位差は、「(QLのオン抵抗)×(QLの電流)」に低下する。この場合、BW7−BW4間の電位差はCMP20の判定レベルよりも低下するため、CMP20は、Ncに‘H’レベルを出力する。AD10は、PWMlが‘H’レベルとなっているが、Ncが‘H’レベルであるため、SDETlを‘L’レベルに維持する。このように、AD10により、実質的には、QLのオン期間を対象として短絡有無の検出が行われる。   Here, when the PWM1 transits to the VCIN level ('H' level or on level), the gate voltage of QL is driven to the VCIN level via DV1, and the QL is turned on. At this time, a current due to a commutation operation using an inductor (L [n] in FIG. 1 or the like) as an electromotive force flows through QL. Along with this, the potential difference between BW7 and BW4 is “(QL ON resistance) × ( QL current) ”. In this case, since the potential difference between BW7 and BW4 is lower than the determination level of CMP20, CMP20 outputs an 'H' level to Nc. In AD10, PWMl is at the "H" level, but Nc is at the "H" level, so SDETl is maintained at the "L" level. In this way, the AD 10 substantially detects the presence or absence of a short circuit for the QL ON period.

一方、図16(a)のDVl&SDETCl1は、短絡検出時(例えば図16(a)に示す故障経路(短絡経路)FP2が存在する場合)、図16(c)に示すような動作を行う。まず、PWMlがCGNDレベル(‘L’レベル又はオフレベル)の際には、DVlを介してQLのゲート電圧がPGNDレベルに駆動され、QLはオフ状態となる。この際には、図16(b)の場合と同様に、CMP20はノードNcに‘L’レベルを出力し、AD10は、SDETlとして‘L’レベルを出力する。ここで、PWMlがVCINレベル(‘H’レベル又はオンレベル)に遷移した際には、DVlを介してQLのゲート電圧がVCINレベルに駆動され、QLはオン状態となる。そうすると、QLには、故障経路FP2を介した短絡電流Isが流れる。この場合、BW7−BW4間の電位差は、「(QLのオン抵抗)×Is」となるが、Isの値が大きいため、CMP20の判定レベルよりも低下しない。したがって、CMP20の出力(Nc)は、‘L’レベルに維持される。AD10は、PWMlが‘H’レベルであり、Ncが‘L’レベルであるため、SDETlを‘H’レベルに駆動する。   On the other hand, DVl & SDETCl1 in FIG. 16A performs the operation shown in FIG. 16C when a short circuit is detected (for example, when the failure path (short circuit path) FP2 shown in FIG. 16A exists). First, when PWMl is at CGND level ('L' level or off level), the gate voltage of QL is driven to PGND level via DVl, and QL is turned off. At this time, as in the case of FIG. 16B, the CMP 20 outputs the 'L' level to the node Nc, and the AD 10 outputs the 'L' level as SDETl. Here, when the PWM1 transits to the VCIN level ('H' level or on level), the gate voltage of QL is driven to the VCIN level via DV1, and the QL is turned on. Then, a short circuit current Is flows through QL through the failure path FP2. In this case, the potential difference between BW7 and BW4 is “(QL on-resistance) × Is”, but since the value of Is is large, it does not fall below the determination level of CMP20. Therefore, the output (Nc) of the CMP 20 is maintained at the ‘L’ level. AD10 drives SDETl to the 'H' level because PWMl is at the 'H' level and Nc is at the 'L' level.

SDETlが‘H’レベルになると、図2等で述べたPWM制御ユニットPCTLICを介して、あるいは図7等で述べたドライバイネーブル信号EN_Dに基づいてPWMlが‘L’レベル(オフレベル)に固定される。これにより、DVlを介してQLがオフに駆動され、QLの保護が図られる。また、ここでは、CMP20が短絡を検出してからPWMlが‘L’レベルに固定されるまでの一定時間の間、QLをオンに駆動する構成となっている。これによって、負荷回路(図7のLOD)に高電圧が印加されることを防止し、LODの保護も図る。そして、この一定時間の間に、図4、図5等で述べたような方式で電源電圧VINの遮断が行われる。ただし、この電源遮断の応答速度が早いような場合には、図10等と同様に、DVlの代わりにアンド演算回路を使用したドライバ回路を用いることも可能である。   When SDETl becomes “H” level, PWMl is fixed to “L” level (off level) via PWM control unit PCTLIC described in FIG. 2 or the like or based on driver enable signal EN_D described in FIG. The As a result, the QL is driven off via the DV1, and the QL is protected. Further, here, the QL is driven on for a certain period of time after the CMP 20 detects a short circuit until the PWM1 is fixed at the “L” level. This prevents a high voltage from being applied to the load circuit (LOD in FIG. 7) and protects the LOD. Then, during this fixed time, the power supply voltage VIN is cut off by the method described in FIGS. However, in the case where the response speed of the power shut-off is fast, a driver circuit using an AND operation circuit can be used instead of DVl as in FIG.

以上、本実施の形態7の電源装置を用いることで、代表的には、ロウサイドのトランジスタの保護や負荷回路の保護が図れ、マルチフェーズ型電源装置の信頼性を向上させることが可能になる。なお、図16(a)の構成例は、勿論、これに限定されるものではなく、例えば図12で述べたように遅延回路DLYを付加したり、あるいは図13で述べたように、コンパレータ回路CMP20をMOSトランジスタに置き換えること等も可能である。   As described above, by using the power supply device according to the seventh embodiment, typically, the protection of the low-side transistor and the load circuit can be protected, and the reliability of the multiphase power supply device can be improved. Of course, the configuration example of FIG. 16A is not limited to this. For example, a delay circuit DLY is added as shown in FIG. 12, or a comparator circuit is used as shown in FIG. It is also possible to replace the CMP 20 with a MOS transistor.

(実施の形態8)
本実施の形態8では、実施の形態3の図8に示した駆動ユニット(半導体装置)DRICを用いて構成した電源装置の実装構造(基板レイアウト)について説明する。
(Embodiment 8)
In the eighth embodiment, a mounting structure (substrate layout) of a power supply device configured using the drive unit (semiconductor device) DRIC shown in FIG. 8 of the third embodiment will be described.

<<電源装置の基板レイアウト>>
図18は、本発明の実施の形態8による電源装置において、その一部の基板レイアウトの構成例を示す平面図である。図18に示す電源装置は、複数の配線層(例えば銅(Cu)配線層)を持つ配線基板PCB上に、駆動ユニットDRIC[n]と、負荷回路LOD(例えばCPU等)が実装されている。ここでは、PCBの表面の配線層に、電源電圧VIN用の配線パターンLP_VIN、接地電源電圧PGND用の配線パターンLP_PGND、スイッチ信号VSWH用の配線パターンLP_VSWH、出力電源ノードVO用の配線パターンLP_VOが形成されている。
<< Power supply board layout >>
FIG. 18 is a plan view showing a configuration example of a part of the board layout in the power supply device according to the eighth embodiment of the present invention. In the power supply device shown in FIG. 18, a drive unit DRIC [n] and a load circuit LOD (for example, a CPU) are mounted on a wiring board PCB having a plurality of wiring layers (for example, copper (Cu) wiring layers). . Here, the wiring pattern LP_VIN for the power supply voltage VIN, the wiring pattern LP_PGND for the ground power supply voltage PGND, the wiring pattern LP_VSWH for the switch signal VSWH, and the wiring pattern LP_VO for the output power supply node VO are formed in the wiring layer on the surface of the PCB. Has been.

駆動ユニットDRIC[n]は、図8で述べたように、裏面から、VIN用の電極(ダイパッドDP_HS)、VSWH用の電極(ダイパッドDP_LS)、接地電源電圧CGND用の電極(ダイパッドDP_CT)が露出している。図18に示すように、このVIN用の電極(ダイパッドDP_LS)は、その周辺に配置されたVIN用の外部端子(リードLD)と共に半田ペーストSPを用いたリフロー工程等によってLP_VINに接続される。同様に、VSWH用の電極(ダイパッドDP_LS)は、その周辺に配置されたVSWH用の外部端子と共にリフロー工程等によってLP_VSWHに接続される。また、VSWH用の電極(ダイパッドDP_LS)の周辺には、PGND用の外部端子が配置されており、当該外部端子は、リフロー工程等によってLP_PGNDに接続され、負荷回路LODの外部電源端子も、リフロー工程等によって配線パターンLP_VOに接続される。LP_VINとLP_PGNDは、一辺が隣接して形成され、これらの間に電源ノイズ低減用のバイパス容量C1が実装される。LP_VOは、一辺がLP_PGNDの一辺に、他の一辺がLP_VSWHの一辺に隣接して形成され、LP_PGNDとの間に電源ノイズ低減用のバイパス容量C2が実装され、LP_VSWHとの間にインダクタL[n]が実装される。   As described in FIG. 8, the drive unit DRIC [n] exposes the VIN electrode (die pad DP_HS), the VSWH electrode (die pad DP_LS), and the ground power supply voltage CGND electrode (die pad DP_CT) from the back surface. is doing. As shown in FIG. 18, this VIN electrode (die pad DP_LS) is connected to LP_VIN by a reflow process using solder paste SP together with an external terminal (lead LD) for VIN arranged around the VIN electrode. Similarly, an electrode for VSWH (die pad DP_LS) is connected to LP_VSWH by a reflow process or the like together with an external terminal for VSWH arranged around the VSWH electrode. Further, an external terminal for PGND is arranged around the electrode for VSWH (die pad DP_LS), and the external terminal is connected to LP_PGND by a reflow process or the like, and the external power supply terminal of the load circuit LOD is also reflowed. It is connected to the wiring pattern LP_VO by a process or the like. LP_VIN and LP_PGND are formed so that one side is adjacent to each other, and a bypass capacitor C1 for reducing power supply noise is mounted therebetween. LP_VO is formed such that one side is adjacent to one side of LP_PGND and the other side is adjacent to one side of LP_VSWH. A bypass capacitor C2 for reducing power supply noise is mounted between the LP_VOND and the inductor L [n ] Is implemented.

このような構成例において、例えば、リフロー工程の際に半田ペーストSPの量が多すぎること等により、VSWHとPGND間や、VSWHとVIN間や、あるいはVINとPGND間等で短絡が生じ得る。また、例えば、バイパス容量C1の実装不良等によってもVINとPGND間の短絡等が生じ得る。そこで、前述した本実施の形態の電源装置を用いて短絡を検出し、保護を行うことが有益となる。なお、前述した実施の形態では、VINとPGND間の短絡が生じた場合の説明は省略しているが、勿論この場合もハイサイドまたはロウサイドの短絡検出回路によって検出が可能である。   In such a configuration example, a short circuit may occur between VSWH and PGND, between VSWH and VIN, or between VIN and PGND due to, for example, an excessive amount of solder paste SP during the reflow process. Further, for example, a short circuit between VIN and PGND may occur due to a mounting defect of the bypass capacitor C1. Therefore, it is beneficial to detect a short circuit using the power supply device of the present embodiment described above to protect it. In the above-described embodiment, the description when a short circuit between VIN and PGND occurs is omitted. Of course, this can also be detected by a high-side or low-side short circuit detection circuit.

図19は、図18を拡張して形成したマルチフェーズ型電源装置の基板レイアウトの構成例を示す平面図である。図19に示す電源装置では、配線基板PCB上に、複数(ここでは4個)の駆動ユニットDRIC[1]〜DRIC[4]と、負荷回路LOD(例えばCPU等)と、PWM制御ユニットPCTLICが実装されている。DRIC[1]〜DRIC[4]は、X方向に並んで配置される。各DRIC[n](n=1〜4)内のVIN用のダイパッドDP_HSならびにその周辺に配置されたVIN用の外部端子は、PCB上に形成された配線パターンLP_VINによって共通に接続されている。各DRIC[n]内のVSWH用のダイパッドDP_LSは、PCB上で個別に形成された配線パターンLP_VSWH[n]にそれぞれ接続される。   FIG. 19 is a plan view showing a configuration example of a substrate layout of a multiphase power supply device formed by extending FIG. In the power supply device shown in FIG. 19, a plurality (four in this case) of drive units DRIC [1] to DRIC [4], a load circuit LOD (for example, a CPU, etc.), and a PWM control unit PCTLIC are provided on the wiring board PCB. Has been implemented. DRIC [1] to DRIC [4] are arranged side by side in the X direction. The VIN die pad DP_HS in each DRIC [n] (n = 1 to 4) and the external terminals for VIN arranged in the periphery thereof are commonly connected by a wiring pattern LP_VIN formed on the PCB. The die pad DP_LS for VSWH in each DRIC [n] is connected to a wiring pattern LP_VSWH [n] individually formed on the PCB.

負荷回路LOD(CPU)は、外部電源端子がPCB上に形成された配線パターンLP_VOに接続され、外部接地電源端子がPCB上に形成された配線パターンLP_PGNDに接続される。LP_PGNDは、PCBの表面で適宜分散して配置されると共にPCBのいずれかの配線層を介して共通に接続され、図18で述べたように、PCBの表面において各DRIC[n]のPGND用の外部端子に適宜接続される。各配線パターンLP_VSWH[n]は、X方向に並んで実装された各インダクタL[n]の一端にそれぞれ接続される。各L[n]の他端は、LP_VOに共通に接続される。また、図18と同様に、LP_VINとLP_PGNDの間にはバイパス容量C1が実装され、LP_VOとLP_PGNDの間にはバイパス容量C2が実装される。PWM制御ユニットPCTLICは、ここでは、PCBのいずれかの配線層を介して各DRIC[n]の外部端子に適宜接続される。   The load circuit LOD (CPU) has an external power supply terminal connected to a wiring pattern LP_VO formed on the PCB, and an external ground power supply terminal connected to a wiring pattern LP_PGND formed on the PCB. LP_PGNDs are appropriately distributed on the surface of the PCB and connected in common via any wiring layer of the PCB. As described with reference to FIG. 18, the LP_PGND is used for the PGND of each DRIC [n] on the PCB surface. Are appropriately connected to the external terminals. Each wiring pattern LP_VSWH [n] is connected to one end of each inductor L [n] mounted side by side in the X direction. The other end of each L [n] is commonly connected to LP_VO. Similarly to FIG. 18, a bypass capacitor C1 is mounted between LP_VIN and LP_PGND, and a bypass capacitor C2 is mounted between LP_VO and LP_PGND. Here, the PWM control unit PCTLIC is appropriately connected to an external terminal of each DRIC [n] via any wiring layer of the PCB.

このような構成例において、DRIC[1]〜DRIC[4]は、発熱量が大きいため、例えば図19に示すように、各DRIC[n]を共通で覆うヒートシンクHSNKが搭載される場合がある。各DRIC[n]の外部端子は、前述したようなリフロー工程以外にも、このようなHSNKの搭載位置がずれること等によっても短絡される恐れがある。そこで、前述した本実施の形態の電源装置を用いて短絡を検出し、保護を行うことが有益となる。   In such a configuration example, since DRIC [1] to DRIC [4] generate a large amount of heat, for example, as shown in FIG. 19, a heat sink HSNK that covers each DRIC [n] in common may be mounted. . In addition to the reflow process as described above, the external terminals of each DRIC [n] may be short-circuited due to such misalignment of the HSNK mounting position. Therefore, it is beneficial to detect a short circuit using the power supply device of the present embodiment described above to protect it.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

21 半導体基板
22 フィールド絶縁膜
23,24,31 半導体領域
25 溝
26 ゲート絶縁膜
27 ゲート電極
28 絶縁膜
29 コンタクトホール
30G ゲート配線
30S ソース配線
32 保護膜
33 開口部
34 金属層
AD アンド演算回路
BE 裏面電極
BW ボンディングワイヤ
C 容量
CMP コンパレータ回路
CP 半導体チップ
CSDET 電流検出回路
CTLU 制御ユニット
D ダイオード
DAC デジタル・アナログ変換回路
DLY 遅延回路
DP ダイパッド
DRIC 駆動ユニット
DTCTL 貫通防止回路
DV ドライバ回路
EA エラーアンプ回路
FP 故障経路
HSNK ヒートシンク
IVBK インバータ回路ブロック
L インダクタ
LD リード
LOD 負荷回路
LP 配線パターン
LS レベルシフト回路
MB 金属板
MN nチャネル型MOSトランジスタ
NR ノア演算回路
P 外部端子
PCTLIC PWM制御ユニット
PD パッド
PHC 位相補償回路
PKG 半導体パッケージ
PWL p型ウエル
PWMCTL PWM制御回路
PWMMOD パルス幅変調回路
PWRCTL 電源供給ユニット
QH,QL トランジスタ
R 抵抗
SBS バス
SDETC 短絡検出回路
SDETIF 短絡検出出力回路
SP 半田ペースト
VAC 商用電源
VO 出力電源ノード
VREG レギュレータ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Semiconductor substrate 22 Field insulating film 23, 24, 31 Semiconductor region 25 Groove 26 Gate insulating film 27 Gate electrode 28 Insulating film 29 Contact hole 30G Gate wiring 30S Source wiring 32 Protective film 33 Opening 34 Metal layer AD and arithmetic circuit BE Back surface Electrode BW Bonding wire C Capacitance CMP Comparator circuit CP Semiconductor chip CSDET Current detection circuit CTLU Control unit D Diode DAC Digital / analog conversion circuit DLY Delay circuit DP Die pad DRIC Drive unit DTCTL Penetration prevention circuit DV Driver circuit EA Error amplifier circuit FP Fault path HSNK Heat sink IVBK Inverter circuit block L Inductor LD Lead LOD Load circuit LP Wiring pattern LS Level shift circuit MB Gold Plate MN n-channel MOS transistor NR NOR operation circuit P External terminal PCTLIC PWM control unit PD pad PHC phase compensation circuit PKG Semiconductor package PWL p-type well PWMCTL PWM control circuit PWMMOD Pulse width modulation circuit PWRCTL Power supply unit QH, QL Transistor R Resistance SBS bus SDETC short circuit detection circuit SDETIF short circuit detection output circuit SP solder paste VAC commercial power supply VO output power supply node VREG regulator circuit

Claims (16)

第1および第2駆動ユニットと、
バスと、
一端が共通に結合される第1および第2インダクタと、
前記第1および第2駆動ユニットにそれぞれ異なる位相を持つ第1および第2パルス幅変調信号を出力するPWM制御ユニットと、
インダクタ駆動用の電源電圧を生成する電源供給ブロックとを備え、
前記第1駆動ユニットは、
前記インダクタ駆動用の電源電圧が供給される第1電源端子と、
前記第1インダクタの他端に結合される第1スイッチ端子と、
接地電源電圧が供給される第1接地端子と、
前記バスに接続される第1検出端子と、
前記第1電源端子と前記第1スイッチ端子の間に電流経路が形成される第1ハイサイドトランジスタと、
前記第1スイッチ端子と前記第1接地端子の間に電流経路が形成される第1ロウサイドトランジスタと、
前記第1パルス幅変調信号に応じて前記第1ハイサイドトランジスタおよび前記第1ロウサイドトランジスタのオン・オフを制御する第1ドライバ回路と、
前記第1ハイサイドトランジスタに流れる電流が所定の電流よりも大きい場合に前記第1検出端子を介して前記バスを第2電圧レベルから第1電圧レベルに駆動する第1ハイサイド検出回路とを備え、
前記第2駆動ユニットは、
前記インダクタ駆動用の電源電圧が供給される第2電源端子と、
前記第2インダクタの他端に結合される第2スイッチ端子と、
前記接地電源電圧が供給される第2接地端子と、
前記バスに接続される第2検出端子と、
前記第2電源端子と前記第2スイッチ端子の間に電流経路が形成される第2ハイサイドトランジスタと、
前記第2スイッチ端子と前記第2接地端子の間に電流経路が形成される第2ロウサイドトランジスタと、
前記第2パルス幅変調信号に応じて前記第2ハイサイドトランジスタおよび前記第2ロウサイドトランジスタのオン・オフを制御する第2ドライバ回路と、
前記第2ハイサイドトランジスタに流れる電流が所定の電流よりも大きい場合に前記第2検出端子を介して前記バスを前記第2電圧レベルから前記第1電圧レベルに駆動する第2ハイサイド検出回路とを備え、
前記第1駆動ユニットは、1個の半導体パッケージで構成され、
前記第2駆動ユニットは、1個の半導体パッケージで構成され、
前記バスは、前記第1および第2検出端子のワイヤードオア論理で駆動されることを特徴とする電源装置。
First and second drive units;
With bus,
First and second inductors having one end coupled in common;
A PWM control unit that outputs first and second pulse width modulation signals having different phases to the first and second drive units, respectively;
A power supply block that generates a power supply voltage for driving the inductor,
The first drive unit includes:
A first power supply terminal to which a power supply voltage for driving the inductor is supplied;
A first switch terminal coupled to the other end of the first inductor;
A first ground terminal to which a ground power supply voltage is supplied;
A first detection terminal connected to the bus;
A first high-side transistor in which a current path is formed between the first power supply terminal and the first switch terminal;
A first low-side transistor in which a current path is formed between the first switch terminal and the first ground terminal;
A first driver circuit for controlling on / off of the first high-side transistor and the first low-side transistor according to the first pulse width modulation signal;
A first high-side detection circuit configured to drive the bus from the second voltage level to the first voltage level via the first detection terminal when a current flowing through the first high-side transistor is larger than a predetermined current; ,
The second drive unit is
A second power supply terminal to which a power supply voltage for driving the inductor is supplied;
A second switch terminal coupled to the other end of the second inductor;
A second ground terminal to which the ground power supply voltage is supplied;
A second detection terminal connected to the bus;
A second high-side transistor in which a current path is formed between the second power supply terminal and the second switch terminal;
A second low-side transistor in which a current path is formed between the second switch terminal and the second ground terminal;
A second driver circuit for controlling on / off of the second high-side transistor and the second low-side transistor according to the second pulse width modulation signal;
A second high side detection circuit for driving the bus from the second voltage level to the first voltage level via the second detection terminal when a current flowing through the second high side transistor is larger than a predetermined current; With
The first drive unit is composed of one semiconductor package,
The second drive unit is composed of one semiconductor package,
The bus is driven by a wired OR logic of the first and second detection terminals.
請求項1記載の電源装置において、
前記第1ドライバ回路は、前記バスが前記第1電圧レベルの際に前記第1ハイサイドトランジスタをオフに制御し、
前記第2ドライバ回路は、前記バスが前記第1電圧レベルの際に前記第2ハイサイドトランジスタをオフに制御することを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1, wherein
The first driver circuit controls the first high-side transistor to turn off when the bus is at the first voltage level;
The power supply device, wherein the second driver circuit controls the second high-side transistor to be off when the bus is at the first voltage level.
請求項2記載の電源装置において、
前記電源供給ブロックは、前記バスを監視し、前記バスが前記第1電圧レベルとなった際には前記インダクタ駆動用の電源電圧の生成を停止することを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 2, wherein
The power supply block monitors the bus, and stops generating the power supply voltage for driving the inductor when the bus reaches the first voltage level.
請求項1記載の電源装置において、
前記PWM制御ユニットは、前記バスを監視し、前記バスが前記第1電圧レベルとなった際には前記第1および第2パルス幅変調信号を一定の電圧レベルに固定することを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1, wherein
The PWM control unit monitors the bus and fixes the first and second pulse width modulation signals to a constant voltage level when the bus reaches the first voltage level. apparatus.
請求項1記載の電源装置において、
前記第1駆動ユニットは、更に、前記第1ロウサイドトランジスタに流れる電流が所定の電流よりも大きい場合に前記第1検出端子を介して前記バスを前記第2電圧レベルから前記第1電圧レベルに駆動する第1ロウサイド検出回路を備え、
前記第2駆動ユニットは、更に、前記第2ロウサイドトランジスタに流れる電流が所定の電流よりも大きい場合に前記第2検出端子を介して前記バスを前記第2電圧レベルから前記第1電圧レベルに駆動する第2ロウサイド検出回路を備えることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1, wherein
The first driving unit further changes the bus from the second voltage level to the first voltage level via the first detection terminal when a current flowing through the first low-side transistor is larger than a predetermined current. A first low side detection circuit for driving,
The second driving unit further changes the bus from the second voltage level to the first voltage level via the second detection terminal when a current flowing through the second low-side transistor is larger than a predetermined current. A power supply apparatus comprising a second low side detection circuit for driving.
1個の半導体パッケージで構成され、
インダクタ駆動用の電源電圧が供給される第1ダイパッドと、
外部のインダクタに電気的に接続される第2ダイパッドと、
第3ダイパッドと、
前記第1ダイパッドに搭載されると共に裏面が前記第1ダイパッドと電気的に接続される第1半導体チップと、
前記第2ダイパッドに搭載されると共に裏面が前記第2ダイパッドと電気的に接続される第2半導体チップと、
前記第3ダイパッドに搭載される第3半導体チップと、
接地電源電圧が供給される第1リードと、
前記第1半導体チップの表面と前記第2ダイパッドとを電気的に接続する第1接続部と、
前記第2半導体チップの表面と前記第1リードとを電気的に接続する第2接続部と、
外部バスに接続される第2リードと、
第1〜第4ボンディングワイヤとを備え、
前記第1半導体チップには、裏面にドレイン電極を持ち、表面にゲート電極とソース電極を持つnチャネル型のハイサイドトランジスタが形成され、
前記第2半導体チップには、裏面にドレイン電極を持ち、表面にゲート電極とソース電極を持つnチャネル型のロウサイドトランジスタが形成され、
前記第1接続部は、前記ハイサイドトランジスタのソース電極と前記第2ダイパッドとを接続し、
前記第2接続部は、前記ロウサイドトランジスタのソース電極と前記第1リードとを接続し、
前記第3半導体チップには、
前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタのゲート電極を前記第1および第2ボンディングワイヤを介してそれぞれ制御するドライバ回路と、
前記ハイサイドトランジスタのソース電極から前記第3ボンディングワイヤを介して取り出した第1電圧と、前記第2ダイパッドから前記第4ボンディングワイヤを介して取り出した第2電圧との間の第1電位差を検出し、前記第1電位差が所定の値よりも大きい場合に前記第2リードを介して前記外部バスを第2論理レベルから第1論理レベルに駆動するハイサイド検出回路とが形成されることを特徴とする半導体装置。
Consists of one semiconductor package,
A first die pad to which a power supply voltage for driving the inductor is supplied;
A second die pad electrically connected to an external inductor;
A third die pad;
A first semiconductor chip mounted on the first die pad and having a back surface electrically connected to the first die pad;
A second semiconductor chip mounted on the second die pad and having a back surface electrically connected to the second die pad;
A third semiconductor chip mounted on the third die pad;
A first lead to which a ground power supply voltage is supplied;
A first connection part for electrically connecting the surface of the first semiconductor chip and the second die pad;
A second connection part for electrically connecting the surface of the second semiconductor chip and the first lead;
A second lead connected to the external bus;
Comprising first to fourth bonding wires;
In the first semiconductor chip, an n-channel high-side transistor having a drain electrode on the back surface and a gate electrode and a source electrode on the front surface is formed.
In the second semiconductor chip, an n-channel low-side transistor having a drain electrode on the back surface and a gate electrode and a source electrode on the front surface is formed.
The first connection portion connects a source electrode of the high-side transistor and the second die pad,
The second connection portion connects a source electrode of the low-side transistor and the first lead,
The third semiconductor chip includes
A driver circuit for controlling the gate electrodes of the high-side transistor and the low-side transistor through the first and second bonding wires, respectively;
Detecting a first potential difference between a first voltage extracted from the source electrode of the high-side transistor via the third bonding wire and a second voltage extracted from the second die pad via the fourth bonding wire And a high-side detection circuit configured to drive the external bus from the second logic level to the first logic level via the second lead when the first potential difference is larger than a predetermined value. A semiconductor device.
請求項6記載の半導体装置において、
前記ハイサイド検出回路は、第1期間が設定される遅延回路を含み、前記第1電位差が前記所定の値よりも大きい期間が前記第1期間の間継続した場合に前記外部バスを前記第2論理レベルから前記第1論理レベルに駆動することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The high-side detection circuit includes a delay circuit in which a first period is set, and when the period in which the first potential difference is greater than the predetermined value continues for the first period, the external bus is connected to the second bus. A semiconductor device that is driven from a logic level to the first logic level.
請求項7記載の半導体装置において、
前記ハイサイド検出回路は、ソースに前記第2電圧が印加され、ゲートに前記第1電圧に比例した電圧が印加される検出トランジスタを含み、前記第1電位差が前記所定の値よりも大きいことを前記検出トランジスタのしきい値電圧を利用して検出することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7.
The high-side detection circuit includes a detection transistor in which the second voltage is applied to a source and a voltage proportional to the first voltage is applied to a gate, and the first potential difference is greater than the predetermined value. A semiconductor device that performs detection using a threshold voltage of the detection transistor.
請求項6記載の半導体装置において、
前記ハイサイド検出回路は、前記第1電位差が前記所定の値よりも大きい場合に、前記ドライバ回路を介して前記ハイサイドトランジスタをオフに制御することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The high-side detection circuit controls the high-side transistor to be turned off via the driver circuit when the first potential difference is larger than the predetermined value.
請求項6記載の半導体装置において、
前記ドライバ回路は、前記外部バスが前記第1電圧レベルの際に前記第1ハイサイドトランジスタをオフに制御することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The driver circuit controls the first high-side transistor to be off when the external bus is at the first voltage level.
請求項6記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、更に、第5ボンディングワイヤを備え、
前記第3半導体チップには、更に、前記ロウサイドトランジスタがオンの期間で、前記第2ダイパッドから前記第4ボンディングワイヤを介して取り出した前記第2電圧と、前記ロウサイドトランジスタのソース電極から前記第5ボンディングワイヤを介して取り出した第3電圧との間の第2電位差を検出し、前記第2電位差が所定の値よりも大きい場合に前記第2リードを介して前記外部バスを前記第2論理レベルから前記第1論理レベルに駆動するロウサイド検出回路が形成されることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The semiconductor device further includes a fifth bonding wire,
The third semiconductor chip further includes the second voltage taken out from the second die pad through the fourth bonding wire during a period when the low-side transistor is on, and the source electrode of the low-side transistor from the source electrode. A second potential difference from a third voltage taken out via a fifth bonding wire is detected, and when the second potential difference is larger than a predetermined value, the second bus is connected to the external bus via the second lead. A semiconductor device, wherein a low side detection circuit for driving from a logic level to the first logic level is formed.
1個の半導体パッケージで構成され、
インダクタ駆動用の電源電圧が供給される第1ダイパッドと、
外部のインダクタに電気的に接続される第2ダイパッドと、
第3ダイパッドと、
前記第1ダイパッドに搭載されると共に裏面が前記第1ダイパッドと電気的に接続される第1半導体チップと、
前記第2ダイパッドに搭載されると共に裏面が前記第2ダイパッドと電気的に接続される第2半導体チップと、
前記第3ダイパッドに搭載される第3半導体チップと、
接地電源電圧が供給される第1リードと、
前記第1半導体チップの表面と前記第2ダイパッドとを電気的に接続する第1接続部と、
前記第2半導体チップの表面と前記第1リードとを電気的に接続する第2接続部と、
外部バスに接続される第2リードと、
第1〜第4ボンディングワイヤとを備え、
前記第1半導体チップには、裏面にドレイン電極を持ち、表面にゲート電極とソース電極を持つnチャネル型のハイサイドトランジスタが形成され、
前記第2半導体チップには、裏面にドレイン電極を持ち、表面にゲート電極とソース電極を持つnチャネル型のロウサイドトランジスタが形成され、
前記第1接続部は、前記ハイサイドトランジスタのソース電極と前記第2ダイパッドとを接続し、
前記第2接続部は、前記ロウサイドトランジスタのソース電極と前記第1リードとを接続し、
前記第3半導体チップには、
前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタのゲート電極を前記第1および第2ボンディングワイヤを介してそれぞれ制御するドライバ回路と、
前記ハイサイドトランジスタがオンの期間で、前記第1ダイパッドから前記第3ボンディングワイヤを介して取り出した第1電圧と、前記ハイサイドトランジスタのソース電極から前記第4ボンディングワイヤを介して取り出した第2電圧との間の第1電位差を検出し、前記第1電位差が所定の値よりも大きい場合に前記第2リードを介して前記外部バスを第2論理レベルから第1論理レベルに駆動するハイサイド検出回路とが形成されることを特徴とする半導体装置。
Consists of one semiconductor package,
A first die pad to which a power supply voltage for driving the inductor is supplied;
A second die pad electrically connected to an external inductor;
A third die pad;
A first semiconductor chip mounted on the first die pad and having a back surface electrically connected to the first die pad;
A second semiconductor chip mounted on the second die pad and having a back surface electrically connected to the second die pad;
A third semiconductor chip mounted on the third die pad;
A first lead to which a ground power supply voltage is supplied;
A first connection part for electrically connecting the surface of the first semiconductor chip and the second die pad;
A second connection part for electrically connecting the surface of the second semiconductor chip and the first lead;
A second lead connected to the external bus;
Comprising first to fourth bonding wires;
In the first semiconductor chip, an n-channel high-side transistor having a drain electrode on the back surface and a gate electrode and a source electrode on the front surface is formed.
In the second semiconductor chip, an n-channel low-side transistor having a drain electrode on the back surface and a gate electrode and a source electrode on the front surface is formed.
The first connection portion connects a source electrode of the high-side transistor and the second die pad,
The second connection portion connects a source electrode of the low-side transistor and the first lead,
The third semiconductor chip includes
A driver circuit for controlling the gate electrodes of the high-side transistor and the low-side transistor through the first and second bonding wires, respectively;
A first voltage extracted from the first die pad through the third bonding wire during a period in which the high-side transistor is on, and a second voltage extracted from the source electrode of the high-side transistor through the fourth bonding wire. A high side that detects a first potential difference from a voltage and drives the external bus from a second logic level to a first logic level via the second lead when the first potential difference is greater than a predetermined value. A semiconductor device, wherein a detection circuit is formed.
請求項12記載の半導体装置において、
前記ハイサイド検出回路は、第1期間が設定される遅延回路を含み、前記第1電位差が前記所定の値よりも大きい期間が前記第1期間の間継続した場合に前記外部バスを前記第2論理レベルから前記第1論理レベルに駆動することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12, wherein
The high-side detection circuit includes a delay circuit in which a first period is set, and when the period in which the first potential difference is greater than the predetermined value continues for the first period, the external bus is connected to the second bus. A semiconductor device that is driven from a logic level to the first logic level.
請求項12記載の半導体装置において、
前記ハイサイド検出回路は、前記第1電位差が前記所定の値よりも大きい場合に、前記ドライバ回路を介して前記ハイサイドトランジスタをオフに制御することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12, wherein
The high-side detection circuit controls the high-side transistor to be turned off via the driver circuit when the first potential difference is larger than the predetermined value.
請求項12記載の半導体装置において、
前記ドライバ回路は、前記外部バスが前記第1電圧レベルの際に前記第1ハイサイドトランジスタをオフに制御することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12, wherein
The driver circuit controls the first high-side transistor to be off when the external bus is at the first voltage level.
請求項12記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、更に、第5および第6ボンディングワイヤを備え、
前記第3半導体チップには、更に、前記ロウサイドトランジスタがオンの期間で、前記第2ダイパッドから前記第5ボンディングワイヤを介して取り出した第3電圧と、前記ロウサイドトランジスタのソース電極から前記第6ボンディングワイヤを介して取り出した第4電圧との間の第2電位差を検出し、前記第2電位差が所定の値よりも大きい場合に前記第2リードを介して前記外部バスを前記第2論理レベルから前記第1論理レベルに駆動するロウサイド検出回路が形成されることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12, wherein
The semiconductor device further includes fifth and sixth bonding wires,
The third semiconductor chip further includes a third voltage extracted from the second die pad through the fifth bonding wire during a period in which the low-side transistor is on, and a third voltage extracted from the source electrode of the low-side transistor. 6 detects a second potential difference from the fourth voltage taken out through the bonding wire, and if the second potential difference is larger than a predetermined value, the second logic is connected to the external bus via the second lead. A semiconductor device comprising: a low-side detection circuit that drives from a level to the first logic level.
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