JP2014168003A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施の形態による半導体装置は、直流電圧を降圧して生成された電源電圧の供給を制御するNチャネル型MOSトランジスタと、直流電圧に応じて所定の電圧以下の制御電圧によりNチャネル型MOSトランジスタのゲート電圧をクリップする制御電圧生成回路を具備する。
【選択図】図2
Description
(2)異常を検出した場合に、正常な回路に切替えるなどして動作を維持すること。
(2)クランクパルス時の低電圧時動作が可能。例えば、アイドリングからの復帰時に急激にバッテリ電圧が例えば3.9Vまで低下する。
(3)ロードダンプなどのサージ電圧がかかる。例えば40V(0.4sなど短い期間だが、高い電圧がかかる)のサージ電圧が印加される。
実施の形態における半導体装置は、直流電圧(高電源電圧)を降圧して生成された入力電圧(低電源電圧)を出力電圧(出力電源電圧)として負荷回路に出力する電源回路として機能するとともに、負荷回路に対する過電圧の印加を防止する保護回路として機能する。実施の形態における半導体装置は、ドレイン及びソースが、入力電圧が印加されるノードと、負荷回路に接続されるノードとの間に接続されたNチャネル型MOSトランジスタを備える。実施の形態では、直流電圧に応じて生成された定電圧がNチャネル型MOSトランジスタのゲートに印加されることで、負荷回路に印加される出力電圧が、Nチャネル型トランジスタのゲートに印加された電圧から、Nチャネル型MOSトランジスタの閾値電圧を引いた電圧以下に維持される。これにより、直流電圧の上昇に伴って上昇した入力電圧が、負荷回路に対して印加されることを防止できる。このとき、Nチャネル型MOSトランジスタのオン抵抗は小さいため、負荷回路に対して必要な電流は当該Nチャネル型MOSトランジスタを介して供給される。
(構成)
図2から図5Bを参照して、第1の実施の形態における半導体装置100の構成の詳細を説明する。図2は、第1の実施の形態における半導体装置100の構成の一例を示す図である。図2を参照して、半導体装置100は、降圧回路1と第1保護回路111を具備する。第1保護回路111は、第1制御電圧生成回路2と第1出力電圧制御回路3を備える。降圧回路1は、直流電圧である高電源電圧VHが印加されるノード101と、ノード103の間に接続され、高電源電圧VHを降圧して生成した低電源電圧VLをノード103に印加する。第1制御電圧生成回路2はノード101と第1出力電圧制御回路3との間に接続され、高電源電圧VHに応じた制御電圧VG1を第1出力電圧制御回路3に印加する。第1出力電圧制御回路3は、ドレイン及びソースがノード103とノード104との間に接続され、ゲートに制御電圧VG1が印加されるNチャネル型MOSトランジスタ31を備える。Nチャネル型MOSトランジスタ31は、制御電圧VG1に応じてノード103とノード104との間の接続(抵抗)を制御することで、ノード103からノード104に印加される出力電源電圧VOの大きさを制御する。出力電源電圧VOは、図示しない負荷回路の高電圧側の電源電圧として供給される電圧であり、負荷回路の低電圧側の電源電圧(例えば接地電圧GND)とは異なる電圧である。
次に第1の実施の形態における半導体装置100の動作を説明する。まず、第1出力電圧制御回路3として図5Aに示す回路を利用し半導体装置100の動作について説明する。ノード101には、例えば図示しないバッテリ等の直流電源から高電圧(例えば12.5V)の高電源電圧VHが印加される。又、ノード104には、図示しない負荷回路(例示:ICチップにおける内部回路)が接続される。この負荷回路には、耐圧が低い素子が利用され得るため、第1保護回路111には、当該負荷回路に利用される素子よりも耐圧の高いNチャネル型MOSトランジスタ31が搭載されることが好ましい。又、正常な値の高電源電圧VH(例えば12.5V)が印加されたとき、制御電圧VG1が制限電圧601(例えば7V)に固定されるように第1制御電圧生成回路2が設定されることが好ましい。
(構成)
図6から図9Bを参照して、第2の実施の形態における半導体装置100の構成の詳細を説明する。図6は、第2の実施の形態における半導体装置100の構成の一例を示す図である。図6を参照して、半導体装置100は、降圧回路1、第1保護回路111、及び第2保護回路112を具備する。降圧回路1及び第1保護回路111の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。第2保護回路112は、第2制御電圧生成回路4と第2出力電圧制御回路5を備える。図6では、一例として、ノード101にバッテリ10が接続され、ノード104に低耐圧素子を利用した負荷回路30が接続される。第2制御電圧生成回路4は、ノード103と第2出力電圧制御回路5との間に接続され、低電源電圧VLに応じた制御電圧VG2を第2出力電圧制御回路5に印加する。第2出力電圧制御回路5は、ソース及びドレインがノード103とノード104との間に接続され、ゲートに制御電圧VG2が印加されるPチャネル型MOSトランジスタ51を備える。Pチャネル型MOSトランジスタ51は、制御電圧VG2に応じてノード103とノード104との間の接続(抵抗)を制御することで、ノード104に印加される出力電源電圧VOの大きさを制御する。
次に第2の実施の形態における半導体装置100の動作を説明する。まず、第1出力電圧制御回路3として図5Aに示す回路を利用し、第2出力電圧制御回路5として図9Aに示す回路を利用した半導体装置100の動作について説明する。ノード101には、バッテリ10から高電圧(例えば12.5V)の高電源電圧VHが印加される。ただし、このときの定電圧発生回路42におけるダイオードの段数は、図8Aに示す段数に限らない。又、ノード104には、負荷回路30(例示:ICチップにおける内部回路)が接続される。この負荷回路30には、耐圧が低い素子が利用され得るため、第1保護回路111及び第2保護回路112には、負荷回路30に利用される素子よりも耐圧の高いNチャネル型MOSトランジスタ31、Pチャネル型MOSトランジスタ411、412、51が搭載されることが好ましい。又、正常な値の高電源電圧VH(例えば12.5V)が印加されたとき、制御電圧VG1が制限電圧601(例えば7V)に固定されるように第1制御電圧生成回路2が設定されることが好ましい。
(構成)
図10から図12を参照して、第3の実施の形態における半導体装置の構成の詳細を説明する。第3の実施の形態における半導体装置は、ICチップ上に設けられた半導体装置100、200、高電圧電源端子201、及び出力端子202を具備する。半導体装置200は、降圧回路1、過電圧検出回路6、遅延回路7を備え、電源電圧生成回路として機能する。半導体装置100は、第1保護回路111、第2保護回路112、入力端子203、基準電圧電源端子204、及び出力電源端子205を備え、過電圧保護回路として機能する。降圧回路1、第1保護回路111、第2保護回路112の構成は、第2の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
2 :第1制御電圧生成回路
3 :第1出力電圧制御回路
4 :第2制御電圧生成回路
5 :第2出力電圧制御回路
6 :過電圧検出回路
7 :遅延回路
30 :負荷回路
10 :バッテリ
100、200 :半導体装置
ENT、ENB、CMPO :イネーブル信号
VH :高電源電圧
VL :低電源電圧
VO :出力電源電圧
VG1、VG2 :制御電圧
VBAT :直流電源電圧
VDDINT:出力電源電圧
VIN :入力電圧
VOUT :出力電圧
Claims (10)
- 直流電圧を降圧して生成された入力電圧が供給される第1ノードと、
ドレイン及びソースが、負荷回路と前記第1ノードとの間に接続され、ゲートに供給される制御電圧に応じて前記負荷回路に対する出力電圧の大きさを制御するNチャネル型MOSトランジスタと、
前記直流電圧に応じて所定の第1電圧以下の前記制御電圧を生成する制御電圧生成回路と
を具備する
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1ノードと前記負荷回路との間に、ドレイン及びソースが前記Nチャネル型MOSトランジスタに対して並列に接続された第1Pチャネル型MOSトランジスタと、
ソースが前記第1ノードに共通接続され、ゲートが相互に接続された第2Pチャネル型MOSトランジスタと第3Pチャネル型MOSトランジスタを備えるカレントミラー回路と
を更に具備し、
前記第2Pチャネル型MOSトランジスタのドレインとゲートは、前記カレントミラー回路に定電圧を供給する定電圧発生回路に接続され、
前記第3Pチャネル型MOSトランジスタのドレインは、第1抵抗を介して基準電源に接続されるとともに、前記第1Pチャネル型MOSトランジスタのゲートに接続される
半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記定電圧発生回路は、アノードが前記第2Pチャネル型MOSトランジスタのドレイン及びゲートに接続され、カソードが第2抵抗を介して前記基準電源に接続されたダイオードを備える
半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記定電圧発生回路は、カソードが前記第2Pチャネル型MOSトランジスタのドレイン及びゲートに接続され、アノードが第2抵抗を介して前記基準電源に接続されたツェナーダイオードを備える
半導体装置。 - 請求項2から4のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記直流電圧に基づいて生成された検出電圧が所定の第2電圧よりも低い場合、所定の期間待機した後、前記第1Pチャネル型MOSトランジスタのゲート電圧を基準電源電圧に遷移させる第1電源遮断制御回路を更に具備する
半導体装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記直流電圧に基づいて生成された検出電圧が所定の第2電圧よりも低い場合、所定の期間待機した後、前記制御電圧を基準電源電圧に遷移させる第2電源遮断制御回路を更に具備する
半導体装置。 - 請求項5又は6に記載の半導体装置において、
前記検出電圧は、前記直流電圧が供給される分圧抵抗によって生成される
半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記検出電圧は、前記第1Pチャネル型MOSトランジスタのゲート電圧である
半導体装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記制御電圧生成回路は、カソードが、第1抵抗を介して前記直流電圧が供給される第2ノードに接続されるとともに、前記Nチャネル型MOSトランジスタのゲートに接続され、アノードが基準電源に接続されたツェナーダイオードを備える
半導体装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記制御電圧生成回路は、前記直流電圧で動作し、参照電圧と前記制御電圧との比較結果を前記制御電圧として出力する増幅回路を備える
半導体装置。
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