JP2016208589A - Internal power circuit and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、内部電源回路および半導体装置に関する。 The present technology relates to an internal power supply circuit and a semiconductor device.
近年、パワー半導体素子を用いたスイッチ素子と、スイッチ素子の駆動回路およびその周辺の制御回路や保護回路などを1チップ化したIPS(Intelligent Power Switch)と呼ばれる半導体装置の開発が進んでいる。 2. Description of the Related Art In recent years, development of a semiconductor device called IPS (Intelligent Power Switch) in which a switch element using a power semiconductor element, a drive circuit for the switch element, a peripheral control circuit, a protection circuit, and the like are integrated on one chip has been progressing.
IPSは、例えば、トランスミッション、エンジンおよびブレーキなどの車両電装システムに広く利用されており、小型化、高性能化および高信頼性に応える製品が要望されている。 IPS is widely used in vehicle electrical systems such as transmissions, engines, and brakes, for example, and products that meet the demands for miniaturization, high performance, and high reliability are demanded.
従来技術として、昇圧回路の起動時には低い倍率設定で起動させ、後に高い倍率の設定で昇圧動作をしてコンデンサの充放電量を抑えることで、電源電圧あるいは内部電源電圧の電圧降下が発生したときの誤動作を防止する技術が提案されている(特許文献1)。 As a conventional technology, when a voltage drop of the power supply voltage or internal power supply voltage occurs by starting up the booster circuit with a low magnification setting and then boosting with a high magnification setting to suppress the charge / discharge amount of the capacitor Has been proposed (Patent Document 1).
また、昇圧電圧をフィードバックした電圧に応じて、ポンピング用のトランジスタのゲート電圧を制御し、昇圧電圧を制御する技術が提案されている(特許文献2)。 In addition, a technique has been proposed in which the gate voltage of a pumping transistor is controlled in accordance with a voltage obtained by feeding back the boosted voltage to control the boosted voltage (Patent Document 2).
IPSとしては、電源側に半導体デバイスを配置し、該半導体デバイスの出力端子と、グランドとの間に負荷を配置した構成のハイサイド型IPSが開発されている。
このようなハイサイド型IPSでは、出力端子の電圧が、グランドから電源電圧へ上昇することによってオン動作になる。また、出力端子とグランドとが短絡した負荷短絡が生じたような場合には、出力端子からピーク値が制限された電流が負荷に流れることが望ましい。
As the IPS, a high-side IPS having a configuration in which a semiconductor device is arranged on the power supply side and a load is arranged between the output terminal of the semiconductor device and the ground has been developed.
In such a high-side type IPS, the output terminal voltage is turned on when it rises from the ground to the power supply voltage. In addition, when a load short circuit occurs in which the output terminal and the ground are short-circuited, it is desirable that a current with a peak value limited flows from the output terminal to the load.
しかし、負荷短絡時に出力端子から出力される電流は、電源電圧に依存しているので、依存する電圧範囲が広いと、負荷短絡が生じた場合に、電源電圧の上昇に伴い、負荷に流れる電流も顕著に上昇してしまう。また、このような状態が生じると素子破壊を引き起こす可能性がある。 However, since the current output from the output terminal when the load is short-circuited depends on the power supply voltage, if the dependent voltage range is wide, when the load short-circuit occurs, the current flowing through the load as the power supply voltage increases Will rise significantly. Further, when such a state occurs, there is a possibility of causing element destruction.
本発明はこのような点に鑑みて、負荷短絡時に負荷に流れる電流の電源電圧依存性を低減した内部電源回路および半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an internal power supply circuit and a semiconductor device in which the power supply voltage dependency of a current flowing through a load when a load is short-circuited is reduced.
上記課題を解決するために、1つの案では、内部電源回路が提供される。内部電源回路は、制御スイッチ、クランプ回路、第1の電流制御素子、切替えスイッチ群および第2の電流制御スイッチを有する。 In order to solve the above problems, in one proposal, an internal power supply circuit is provided. The internal power supply circuit has a control switch, a clamp circuit, a first current control element, a changeover switch group, and a second current control switch.
制御スイッチは、電源電圧に接続し、制御信号にもとづきオンして電流を出力する。クランプ回路は、負荷に接続し、制御スイッチの出力電圧のクランプを行う。第1の電流制御素子は、クランプされる出力電圧により、電流を導通または非導通にする。切替えスイッチ群は、電流の導通または非導通に応じて変化する電圧の印加にもとづいて、内部電源を生成するための経路の切替えを行う。第2の電流制御素子は、負荷短絡が生じてクランプ回路によるクランプが行われる場合に、第1の電流制御素子から出力された電流を導通する。 The control switch is connected to the power supply voltage and is turned on based on the control signal to output a current. The clamp circuit is connected to a load and clamps the output voltage of the control switch. The first current control element makes the current conductive or non-conductive depending on the output voltage to be clamped. The changeover switch group switches a path for generating an internal power supply based on application of a voltage that changes in accordance with current conduction or non-conduction. The second current control element conducts the current output from the first current control element when a load short-circuit occurs and clamping by the clamp circuit is performed.
また、1つの案では、半導体装置が提供される。半導体装置は、チャージポンプと、内部電源回路とを有する。内部電源回路は、制御スイッチ、クランプ回路、第1の電流制御素子、切替えスイッチ群および第2の電流制御素子を備える。 In one scheme, a semiconductor device is provided. The semiconductor device has a charge pump and an internal power supply circuit. The internal power supply circuit includes a control switch, a clamp circuit, a first current control element, a changeover switch group, and a second current control element.
チャージポンプは、電源電圧から生成された内部電源を動作電源にして、負荷を駆動するための昇圧動作を行う。制御スイッチは、電源電圧に接続し、制御信号にもとづきオンして電流を出力する。クランプ回路は、負荷に接続し、制御スイッチの出力電圧のクランプを行う。第1の電流制御素子は、クランプされる出力電圧により、電流を導通または非導通にする。切替えスイッチ群は、電流の導通または非導通に応じて変化する電圧の印加にもとづいて、内部電源を生成するための経路の切替えを行う。第2の電流制御素子は、負荷短絡が生じてクランプ回路によるクランプが行われる場合に、第1の電流制御素子から出力された電流を導通する。 The charge pump performs a boosting operation for driving a load using an internal power source generated from the power source voltage as an operating power source. The control switch is connected to the power supply voltage and is turned on based on the control signal to output a current. The clamp circuit is connected to a load and clamps the output voltage of the control switch. The first current control element makes the current conductive or non-conductive depending on the output voltage to be clamped. The changeover switch group switches a path for generating an internal power supply based on application of a voltage that changes in accordance with current conduction or non-conduction. The second current control element conducts the current output from the first current control element when a load short-circuit occurs and clamping by the clamp circuit is performed.
負荷短絡時に負荷に流れる電流の電源電圧依存性を低減することが可能になる。 It becomes possible to reduce the power supply voltage dependency of the current flowing through the load when the load is short-circuited.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted.
図1(a)は内部電源回路の構成例を示す図である。内部電源回路1は、制御スイッチs0、クランプ回路1a、電流制御素子1b(第1の電流制御素子)、切替えスイッチ群1cおよび電流制御素子1d(第2の電流制御素子)を有する。また、切替えスイッチ群1cは、三端子スイッチとして、スイッチs1(第1スイッチ)、s2(第2スイッチ)およびs3(第3スイッチ)を含む。
FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of the internal power supply circuit. The internal power supply circuit 1 includes a control switch s0, a
制御スイッチs0の入力端には、制御信号Sinが入力する入力端子INが接続する。制御スイッチs0の電流出力端は、スイッチs1、s2、s3の一方の入力端と、電流制御素子1bの入力端と接続する。 An input terminal IN for receiving a control signal Sin is connected to the input terminal of the control switch s0. The current output terminal of the control switch s0 is connected to one input terminal of the switches s1, s2, and s3 and the input terminal of the current control element 1b.
電流制御素子1bの出力端は、スイッチs1、s3の他方の入力端と、電流制御素子1dの一方の入力端と、クランプ回路1aの一方の入力端と接続する。スイッチs1の出力端は、スイッチs2の他方の入力端と、内部グランドGND1に接続する。
The output terminal of the current control element 1b is connected to the other input terminal of the switches s1 and s3, one input terminal of the
スイッチs2、s3の出力端は、内部電源出力端子VDDoutに接続する。電流制御素子1dの他方の出力端は、内部グランドGND1に接続し、クランプ回路1aの出力端は、負荷2の一端に接続し、負荷2の他端は、外部グランドGND0に接続する。
The output ends of the switches s2 and s3 are connected to the internal power supply output terminal VDDout. The other output terminal of the
ここで、制御スイッチs0は、本回路の駆動電源である電源電圧VCCに接続し、制御信号Sinにもとづきオンして電流を出力する。クランプ回路1aは、負荷2に接続しており、また、制御スイッチs0の出力電圧のクランプ制御を行う。
Here, the control switch s0 is connected to the power supply voltage VCC which is the driving power supply of this circuit, and is turned on based on the control signal Sin to output a current. The
電流制御素子1bは、クランプ制御される出力電圧にもとづいて、電流を導通または非導通にする。切替えスイッチ群1cは、電流の導通または非導通に応じて変化する電圧のスイッチs1〜s3に対する印加にもとづいて、内部電源を生成するための経路L1(第1経路)、L2(第2経路)の切替えを行う。電流制御素子1dは、負荷短絡が生じてクランプ回路1aによるクランプが行われる場合に導通して、電流制御素子1bから出力された電流を内部グランドGND1に流す。
The current control element 1b makes the current conductive or non-conductive based on the output voltage subjected to clamp control. The changeover switch group 1c is configured to generate a path L1 (first path) and L2 (second path) for generating an internal power source based on application of a voltage that changes according to current conduction or non-conduction to the switches s1 to s3. Switch. The
図1(b)は動作を説明するための図である。縦軸は電流、横軸は電源電圧VCCである。グラフgaは、内部電源回路1の出力端子OUTから出力される電流のピーク値の波形を示している。 FIG. 1B is a diagram for explaining the operation. The vertical axis represents current, and the horizontal axis represents power supply voltage VCC. The graph ga shows the waveform of the peak value of the current output from the output terminal OUT of the internal power supply circuit 1.
電圧範囲V1は、経路L1による内部電源が生成される範囲である。また、電圧範囲V2は、経路L2による内部電源が生成される範囲である。なお、経路L1によって生成される内部電源は、電源電圧VCCの変動に応じて電圧値が変化する。また、経路L2によって生成される内部電源は、電源電圧VCCの変動によらず一定電圧値となる。 The voltage range V1 is a range in which the internal power supply by the path L1 is generated. The voltage range V2 is a range in which an internal power supply is generated through the path L2. Note that the voltage value of the internal power supply generated by the path L1 changes according to the fluctuation of the power supply voltage VCC. Further, the internal power supply generated by the path L2 has a constant voltage value regardless of the fluctuation of the power supply voltage VCC.
内部電源回路1では、負荷短絡時には、電流制御素子1dを導通させて、電圧範囲V1と電圧範囲V2とが切り替わる変曲点P0を、低電圧側に位置させる(経路L2で内部電源が生成される電圧範囲を広くしている)。
In the internal power supply circuit 1, when the load is short-circuited, the
このため、負荷短絡時に負荷2に流れる電流の電源電圧依存性を低減することが可能になる。そして、負荷短絡時にはピーク値が制限された電流が負荷2に流れるので、負荷2に流れる電流増加を抑制して、素子破壊の発生を抑止することが可能になる。
For this reason, it becomes possible to reduce the power supply voltage dependence of the electric current which flows into the
次に本発明の技術の詳細を説明する前に、本発明の機能を有していない内部電源回路の構成およびその課題について説明する。なお、以降では、外部グランドは単にGND0と呼び、内部グランドは単にGND1と呼ぶ。 Next, before describing the details of the technology of the present invention, the configuration and problems of an internal power supply circuit that does not have the function of the present invention will be described. Hereinafter, the external ground is simply referred to as GND0, and the internal ground is simply referred to as GND1.
図2は半導体装置の構成例を示す図である。半導体装置100は、内部電源回路10と、チャージポンプ101とを備え、負荷2と接続する。
内部電源回路10は、PチャネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であるPMOSトランジスタM1〜M3、NチャネルMOSFETであるNMOSトランジスタM4、デプレッション型MOSFETであるデプレッションMOSトランジスタMd1およびツェナーダイオードDzおよび抵抗R1を備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device. The semiconductor device 100 includes an internal
The internal
デプレッションMOSトランジスタMd1は、デプレッション型のMOSFETであって、ゲート電圧が0Vでドレイン−ソース間に電流が流れるトランジスタであり、電流源として使用している。なお、PMOSトランジスタM1〜M3、NMOSトランジスタM4は、エンハンスメント型のMOSFETである。 The depletion MOS transistor Md1 is a depletion type MOSFET and is a transistor in which a gate voltage is 0 V and a current flows between a drain and a source, and is used as a current source. The PMOS transistors M1 to M3 and the NMOS transistor M4 are enhancement type MOSFETs.
回路素子の接続関係について、PMOSトランジスタM1のソースは、電源電圧VCCに接続し、PMOSトランジスタM1のゲートは、入力端子INに接続する。PMOSトランジスタM1のドレインは、デプレッションMOSトランジスタMd1のドレイン、NMOSトランジスタM4のドレイン、PMOSトランジスタM2のソースおよびPMOSトランジスタM3のソースに接続する。 Regarding the connection relationship of the circuit elements, the source of the PMOS transistor M1 is connected to the power supply voltage VCC, and the gate of the PMOS transistor M1 is connected to the input terminal IN. The drain of the PMOS transistor M1 is connected to the drain of the depletion MOS transistor Md1, the drain of the NMOS transistor M4, the source of the PMOS transistor M2, and the source of the PMOS transistor M3.
デプレッションMOSトランジスタMd1のゲートは、デプレッションMOSトランジスタMd1のソース、NMOSトランジスタM4のゲート、ツェナーダイオードDzのカソードおよびPMOSトランジスタM2のゲートに接続する。 The gate of the depletion MOS transistor Md1 is connected to the source of the depletion MOS transistor Md1, the gate of the NMOS transistor M4, the cathode of the Zener diode Dz, and the gate of the PMOS transistor M2.
PMOSトランジスタM2のドレインは、PMOSトランジスタM3のゲートと、GND1と接続する。PMOSトランジスタM2のバックゲートは、電源電圧VCCに接続し、PMOSトランジスタM3のバックゲートは、電源電圧VCCに接続する。 The drain of the PMOS transistor M2 is connected to the gate of the PMOS transistor M3 and GND1. The back gate of the PMOS transistor M2 is connected to the power supply voltage VCC, and the back gate of the PMOS transistor M3 is connected to the power supply voltage VCC.
なお、PMOSトランジスタM1がオフしているときは、ノードn1の電圧は、フローティング状態になるので、PMOSトランジスタM2、M3の各バックゲートを電源電圧VCCに接続することで、PMOSトランジスタM2、M3の動作を安定化している。 When the PMOS transistor M1 is off, the voltage at the node n1 is in a floating state. Therefore, by connecting the back gates of the PMOS transistors M2 and M3 to the power supply voltage VCC, the PMOS transistors M2 and M3 The operation is stabilized.
PMOSトランジスタM3のドレインは、NMOSトランジスタM4のソースと、内部電源出力端子VDDoutと、チャージポンプ101の一方の電源端子と接続する。ツェナーダイオードDzのアノードは、抵抗R1の一端に接続し、抵抗R1の他端は、出力端子OUTを介して、負荷2の一端に接続する。
The drain of the PMOS transistor M3 is connected to the source of the NMOS transistor M4, the internal power supply output terminal VDDout, and one power supply terminal of the
チャージポンプ101の他方の電源端子は、GND1に接続し、負荷2の他端は、GND0に接続する。なお、チャージポンプ101の出力端からは、昇圧された電圧信号が所定回路に向けて出力される。例えば、この電圧信号は、負荷2を駆動するためのメインスイッチ(図示せず)をオン、オフする際にゲートに印加されるゲート制御信号となる。
The other power supply terminal of the
ここで、図中のVCCは、外部の電源電圧であり例えば、13Vである。また、GND0は、通常の0Vのグランドである。さらに、GND1は、GND0とは異なり、半導体装置100の非動作時には0Vになり、半導体装置100の動作時には、例えば、VCCから所定値(例えば、5V)減算した値となる電圧である。 Here, VCC in the figure is an external power supply voltage, for example, 13V. GND0 is a normal 0V ground. Further, unlike GND0, GND1 is 0V when the semiconductor device 100 is not operating, and is a voltage that is a value obtained by subtracting a predetermined value (for example, 5V) from VCC when the semiconductor device 100 is operating.
さらに、入力端子INは、内部電源回路10の駆動のオン、オフを行う制御信号Sinが入力する端子である。なお、内部電源回路10は、制御信号SinがLレベルで駆動し、制御信号SinがHレベルのとき非駆動になる。出力端子OUTは、負荷2が接続される出力端子である。
Further, the input terminal IN is a terminal to which a control signal Sin for turning on / off the driving of the internal
また、内部電源出力端子VDDoutは、内部電源回路10が外部電源VCCから生成した内部電源VDDを出力する端子である。内部電源VDDおよびGND1は、周辺回路の動作電源として供給される。
The internal power supply output terminal VDDout is a terminal for outputting the internal power supply VDD generated by the internal
次に内部電源回路10の通常時の動作について説明する。内部電源回路10は、電源電圧VCCから2つの経路によって内部電源VDDを生成する構成になっている。
これにより、例えば、初期運用時は、電源電圧より低い電圧値の内部電源VDDを供給し、一定時間経過後は、電源電圧と同レベルの内部電源VDDを供給するというように、電圧値を段階的に上昇させて電源供給することで、回路の安定化起動を図っている。
Next, the normal operation of the internal
Thus, for example, in the initial operation, the internal power supply VDD having a voltage value lower than the power supply voltage is supplied, and the internal power supply VDD having the same level as the power supply voltage is supplied after a predetermined time has passed. The circuit is stabilized and started by stabilizing the circuit by supplying power.
図3は内部電源を生成する際の一方の経路を示す図である。経路L1は、PMOSトランジスタM3を介した経路であり、電源電圧VCCからほぼ電圧ドロップなく内部電源VDDを生成するための経路である。 FIG. 3 is a diagram showing one path when generating the internal power supply. The path L1 is a path through the PMOS transistor M3, and is a path for generating the internal power supply VDD from the power supply voltage VCC with almost no voltage drop.
経路L1における内部電源VDDの生成動作について説明する。まず、制御信号Sinは、HレベルからLレベルへ移行し、PMOSトランジスタM1はオンしていく。したがって、ノードn1の電圧(Vn1とする)は上昇する。 An operation of generating the internal power supply VDD in the path L1 will be described. First, the control signal Sin shifts from the H level to the L level, and the PMOS transistor M1 is turned on. Therefore, the voltage of the node n1 (Vn1) increases.
一方、ツェナーダイオードDzは、PMOSトランジスタM1を流れる電流とは逆方向に接続しており、また、電圧Vn1は、ツェナーダイオードDzの降伏電圧(Vzとする)よりは低い。 On the other hand, the Zener diode Dz is connected in the opposite direction to the current flowing through the PMOS transistor M1, and the voltage Vn1 is lower than the breakdown voltage (Vz) of the Zener diode Dz.
このため、ダイオードクランプの状態になっており、デプレッションMOSトランジスタMd1は通電せず(非導通)、ノードn2の電圧(Vn2とする)は、電圧Vn1と等しい状態になる。 Therefore, the diode is clamped, the depletion MOS transistor Md1 is not energized (non-conducting), and the voltage at the node n2 (referred to as Vn2) is equal to the voltage Vn1.
したがって、ノードn1につながるPMOSトランジスタM2のソースと、ノードn2につながるPMOSトランジスタM2のゲートとは同電位であるから、PMOSトランジスタM2はオフである。 Therefore, since the source of the PMOS transistor M2 connected to the node n1 and the gate of the PMOS transistor M2 connected to the node n2 have the same potential, the PMOS transistor M2 is off.
PMOSトランジスタM2がオフすると、PMOSトランジスタM3のゲートにはGND1の電位が印加される。したがって、PMOSトランジスタM3のゲート電位は、PMOSトランジスタM3のソース電位よりも低いので、PMOSトランジスタM3はオンする。 When the PMOS transistor M2 is turned off, the potential of GND1 is applied to the gate of the PMOS transistor M3. Therefore, since the gate potential of the PMOS transistor M3 is lower than the source potential of the PMOS transistor M3, the PMOS transistor M3 is turned on.
一方、NMOSトランジスタM4のソースは、PMOSトランジスタM3がオンするので、ノードn1と電気的に接続する。よって、NMOSトランジスタM4のソース電位は、電圧Vn1とほぼ同電位である(すなわち、ノードn2の電圧Vn2とも同電位)。 On the other hand, the source of the NMOS transistor M4 is electrically connected to the node n1 because the PMOS transistor M3 is turned on. Therefore, the source potential of the NMOS transistor M4 is substantially the same as the voltage Vn1 (that is, the same potential as the voltage Vn2 of the node n2).
したがって、NMOSトランジスタM4のゲートと、NMOSトランジスタM4のソースとは同電位であるから、NMOSトランジスタM4はオフする。
したがって、図3に示す経路L1を通じて、PMOSトランジスタM1から出力される電流が流れて、内部電源VDDが生成され、内部電源VDDは、内部電源出力端子VDDoutから出力されることになる。
Accordingly, since the gate of the NMOS transistor M4 and the source of the NMOS transistor M4 are at the same potential, the NMOS transistor M4 is turned off.
Therefore, the current output from the PMOS transistor M1 flows through the path L1 shown in FIG. 3, and the internal power supply VDD is generated. The internal power supply VDD is output from the internal power supply output terminal VDDout.
なお、PMOSトランジスタM1のオン開始から、PMOSトランジスタM1の出力電圧(ノードn1の電圧Vn1)は、徐々に電源電圧VCCに近づいていき、PMOSトランジスタM1のフルオン状態で、内部電源VDDは電源電圧VCCと等しくなる。 Note that the output voltage of the PMOS transistor M1 (the voltage Vn1 of the node n1) gradually approaches the power supply voltage VCC from the start of the on-state of the PMOS transistor M1, and the internal power supply VDD is the power supply voltage VCC when the PMOS transistor M1 is fully on. Is equal to
図4は内部電源を生成する際の他方の経路を示す図である。経路L2は、ソースフォロワとして機能するNMOSトランジスタM4を介した経路である。
経路L2では、電源電圧VCCからNMOSトランジスタM4の閾値電圧分低い電圧値が、内部電源VDDとして生成される。これにより、初期運用時に高電圧の電源電圧VCCが周辺回路に直接印加されないようにしている。
FIG. 4 is a diagram showing the other path when generating the internal power supply. The path L2 is a path through the NMOS transistor M4 that functions as a source follower.
In the path L2, a voltage value lower than the power supply voltage VCC by the threshold voltage of the NMOS transistor M4 is generated as the internal power supply VDD. This prevents the high power supply voltage VCC from being applied directly to the peripheral circuit during initial operation.
経路L2における内部電源VDDの生成動作について説明する。内部電源VDDが上昇し、ツェナーダイオードDzの降伏電圧Vzの値に達したとする。このことは、ツェナーダイオードDzのカソード側のノードn2の電圧Vn2が、降伏電圧Vzに達するということなので、ツェナーダイオードDzは、ブレークダウンを起こすことになる(ダイオードクランプの解除が起こる)。 An operation for generating the internal power supply VDD in the path L2 will be described. Assume that the internal power supply VDD rises and reaches the value of the breakdown voltage Vz of the Zener diode Dz. This means that the voltage Vn2 of the node n2 on the cathode side of the Zener diode Dz reaches the breakdown voltage Vz, so that the Zener diode Dz causes breakdown (release of the diode clamp occurs).
ツェナーダイオードDzがブレークダウンすると、デプレッションMOSトランジスタMd1は通電し(導通)、ツェナーダイオードDzのカソードからアノード方向へ電流が流れる。 When the Zener diode Dz breaks down, the depletion MOS transistor Md1 is energized (conducted), and a current flows from the cathode of the Zener diode Dz toward the anode.
すなわち、PMOSトランジスタM1から出力される電流は、デプレッションMOSトランジスタMd1およびツェナーダイオードDzを介して流れることになる。
このとき、ノードn1の電圧Vn1と、ノードn2の電圧Vn2とに電位差が生じ、電圧Vn1の方が電圧Vn2よりも高くなる(Vn2<Vn1)。したがって、PMOSトランジスタM2のゲート電位は、PMOSトランジスタM2のソース電位よりも低くなるから、PMOSトランジスタM2はオンになる。
That is, the current output from the PMOS transistor M1 flows through the depletion MOS transistor Md1 and the Zener diode Dz.
At this time, a potential difference is generated between the voltage Vn1 at the node n1 and the voltage Vn2 at the node n2, and the voltage Vn1 is higher than the voltage Vn2 (Vn2 <Vn1). Accordingly, since the gate potential of the PMOS transistor M2 is lower than the source potential of the PMOS transistor M2, the PMOS transistor M2 is turned on.
PMOSトランジスタM2がオンすると、PMOSトランジスタM3のゲートには高電位が印加するので、PMOSトランジスタM3はオフになる。
一方、NMOSトランジスタM4のゲート電位は、電圧Vn2が印加されるが、NMOSトランジスタM4のソース電位よりも高いので、NMOSトランジスタM4はオンする。
When the PMOS transistor M2 is turned on, a high potential is applied to the gate of the PMOS transistor M3, so that the PMOS transistor M3 is turned off.
On the other hand, although the voltage Vn2 is applied to the gate potential of the NMOS transistor M4, it is higher than the source potential of the NMOS transistor M4, so that the NMOS transistor M4 is turned on.
したがって、図4に示す経路L2を通じて、PMOSトランジスタM1から出力される電流が流れて、内部電源VDDが生成され、内部電源VDDは、内部電源出力端子VDDoutから出力されることになる。 Therefore, the current output from the PMOS transistor M1 flows through the path L2 shown in FIG. 4, and the internal power supply VDD is generated. The internal power supply VDD is output from the internal power supply output terminal VDDout.
なお、経路L2では、ツェナーダイオードDzのブレークダウンが解消されるまで、内部電源VDDは、ある電圧(電圧Vdとする)値が維持される。この電圧Vdは、電源電圧VCCからNMOSトランジスタM4の閾値電圧を減算した電圧値である。 In the path L2, the internal power supply VDD is maintained at a certain voltage (voltage Vd) value until the breakdown of the Zener diode Dz is eliminated. This voltage Vd is a voltage value obtained by subtracting the threshold voltage of the NMOS transistor M4 from the power supply voltage VCC.
次に経路L2から経路L1に切り替わって、経路L1で内部電源VDDが再び生成される動作について説明する。
内部電源VDDは、チャージポンプ101の動作電源になっているから、内部電源VDDが供給されることで、チャージポンプ101が動作する。チャージポンプ101が動作すると、負荷2を駆動するためのパワーMOSFETをオン、オフさせるゲート制御信号(パワーMOSFETのゲート電圧)が出力される。
Next, the operation of switching from the path L2 to the path L1 and generating the internal power supply VDD again in the path L1 will be described.
Since the internal power supply VDD is an operation power supply for the
このようにして、チャージポンプ101が動作することにより、負荷2に接続されている出力端子OUTの電圧も上昇していくので、ツェナーダイオードDzのアノード側の電圧が上昇し、ツェナーダイオードDzのブレークダウンが解消することになる。
In this way, when the
ツェナーダイオードDzのブレークダウンが解消すると、再び、ダイオードクランプが起こるので、内部電源VDDの生成経路は、経路L1になる。
すなわち、ツェナーダイオードDzのブレークダウンが解消すると、デプレッションMOSトランジスタMd1は非通電になるから、ノードn1の電圧Vn1と、ノードn2の電圧Vn2とは等しくなる。
When the breakdown of the Zener diode Dz is resolved, diode clamping occurs again, and the generation path of the internal power supply VDD is the path L1.
That is, when the breakdown of the Zener diode Dz is eliminated, the depletion MOS transistor Md1 is de-energized, so that the voltage Vn1 at the node n1 is equal to the voltage Vn2 at the node n2.
したがって、図3で上述したトランジスタのスイッチング動作となって、経路L1による内部電源VDDが生成される。
なお、図5のテーブル20に、経路L1、L2毎の各トランジスタのオン、オフ状態をまとめて示しておく。
Therefore, the transistor switching operation described above with reference to FIG. 3 is performed, and the internal power supply VDD is generated by the path L1.
The table 20 in FIG. 5 collectively shows the ON / OFF state of each transistor for each of the paths L1 and L2.
次に解決すべき課題について説明する。内部電源回路10において、出力端子OUTとGND0とが短絡した負荷短絡が生じると、図3で上述したようなトランジスタのスイッチング動作になって、経路L1により、内部電源VDDが生成されることになる。
Next, problems to be solved will be described. In the internal
経路L2で生成される内部電源VDDは一定値であるが、経路L1によって生成される内部電源VDDは、電源電圧VCCの変動に応じて電圧値は変化する。したがって、内部電源VDDが電源電圧VCCと同じ高電位まで上昇すると、チャージポンプ101から出力されるゲート制御信号の電圧値も大きくなる。
The internal power supply VDD generated by the path L2 has a constant value, but the voltage value of the internal power supply VDD generated by the path L1 changes according to the fluctuation of the power supply voltage VCC. Therefore, when the internal power supply VDD rises to the same high potential as the power supply voltage VCC, the voltage value of the gate control signal output from the
すなわち、チャージポンプ101は、内部電源VDDによって昇圧動作を行うので、内部電源VDDが上昇すれば、チャージポンプ101による昇圧電圧値も高くなるから、チャージポンプ101の出力レベル(ゲート制御信号の電圧値)も大きくなる。
That is, since the
すると、負荷2を駆動するためのパワーMOSFETに印加されるゲート電圧が大きくなるので、パワーMOSFETに流れるドレイン電流が増大する。このドレイン電流は、負荷2を駆動する発振電流であるから、負荷2に流れる電流が増大することになる。
Then, since the gate voltage applied to the power MOSFET for driving the
しかし、負荷短絡が生じている状態で、負荷2に流れる電流が増大すると、例えば、素子破壊を起こすなどの問題が生じる可能性があり、装置の品質および信頼性を損なうことになる。
However, if the current flowing through the
次に本発明の技術の内部電源回路について説明する。図6は半導体装置の構成例を示す図である。半導体装置100aは、内部電源回路10aとチャージポンプ101を備える。
Next, an internal power supply circuit according to the technique of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device. The semiconductor device 100a includes an internal
また、内部電源回路10aは、PMOSトランジスタM1〜M3、NMOSトランジスタM4、デプレッションMOSトランジスタMd1、Md2およびツェナーダイオードDzおよび抵抗R1を備える。
The internal
半導体装置100aは、図2の構成に対して、あらたにデプレッションMOSトランジスタMd2を含むものであり、その他の構成要素は図2と同じである。
なお、図1との対応関係を示すと、制御スイッチs0は、PMOSトランジスタM1に対応し、スイッチs1は、PMOSトランジスタM2に対応し、スイッチs2は、PMOSトランジスタM3に対応し、スイッチs3は、NMOSトランジスタM4に対応する。
The semiconductor device 100a newly includes a depletion MOS transistor Md2 with respect to the configuration of FIG. 2, and the other components are the same as those of FIG.
As shown in FIG. 1, the control switch s0 corresponds to the PMOS transistor M1, the switch s1 corresponds to the PMOS transistor M2, the switch s2 corresponds to the PMOS transistor M3, and the switch s3 This corresponds to the NMOS transistor M4.
また、電流制御素子1bは、デプレッションMOSトランジスタMd1に対応し、電流制御素子1dは、デプレッションMOSトランジスタMd2に対応する。クランプ回路1aは、ツェナーダイオードDzおよび抵抗R1で実現している。
Current control element 1b corresponds to depletion MOS transistor Md1, and
デプレッションMOSトランジスタMd2の接続関係について記すと、デプレッションMOSトランジスタMd2のドレインは、PMOSトランジスタM2のゲート、デプレッションMOSトランジスタMd1のゲート、デプレッションMOSトランジスタMd1のソース、NMOSトランジスタM4のゲートおよびツェナーダイオードDzのカソードに接続する。 The connection relationship of the depletion MOS transistor Md2 will be described. The drain of the depletion MOS transistor Md2 is the gate of the PMOS transistor M2, the gate of the depletion MOS transistor Md1, the source of the depletion MOS transistor Md1, the gate of the NMOS transistor M4, and the cathode of the Zener diode Dz. Connect to.
また、デプレッションMOSトランジスタMd2のゲートは、デプレッションMOSトランジスタMd2のソースと、GND1と接続する。その他の素子の接続関係は図2と同様である。 The gate of the depletion MOS transistor Md2 is connected to the source of the depletion MOS transistor Md2 and GND1. The connection relationship of the other elements is the same as in FIG.
動作について説明する。負荷短絡が生じると、図2の内部電源回路10の構成では、上述のように、ツェナーダイオードDzのダイオードクランプにより、経路L1による内部電源VDDが生成されることになる。
The operation will be described. When a load short circuit occurs, in the configuration of the internal
これに対し、図6に示す内部電源回路10aでは、デプレッションMOSトランジスタMd2が追加されることにより、ツェナーダイオードDzでブロックされていた電流が、デプレッションMOSトランジスタMd2を通じて流れることになる。
On the other hand, in the internal
図7は追加したデプレッションMOSトランジスタに流れる電流経路を示す図である。内部電源回路10aにおいて、負荷短絡が生じた直後では、PMOSトランジスタM1から流れる電流は、デプレッションMOSトランジスタMd1およびデプレッションMOSトランジスタMd2を通じて、経路L3を通じて流れることになる。
FIG. 7 is a diagram showing a current path flowing through the added depletion MOS transistor. In the internal
すると、ノードn2の電圧Vn2は、ノードn1の電圧Vn1よりも低くなるから(Vn2<Vn1)、PMOSトランジスタM2のソース−ゲート間電圧は大きくなり、PMOSトランジスタM2はオンする。 Then, since the voltage Vn2 at the node n2 becomes lower than the voltage Vn1 at the node n1 (Vn2 <Vn1), the source-gate voltage of the PMOS transistor M2 increases and the PMOS transistor M2 is turned on.
したがって、PMOSトランジスタM2がオンすると、上述したように、PMOSトランジスタM3はオフし、また、NMOSトランジスタM4はオンするから、経路L2による内部電源VDDの生成経路が確立することになる。 Therefore, when the PMOS transistor M2 is turned on, as described above, the PMOS transistor M3 is turned off and the NMOS transistor M4 is turned on, so that the generation path of the internal power supply VDD by the path L2 is established.
経路L2によって生成される内部電源VDDは、一定電圧であり、電源電圧VCCの変動に影響されない。このため、チャージポンプ101には、一定の内部電源VDDが供給されるから、チャージポンプ101の出力レベルも一定となる。
The internal power supply VDD generated by the path L2 is a constant voltage and is not affected by fluctuations in the power supply voltage VCC. For this reason, since the constant internal power supply VDD is supplied to the
したがって、負荷2を駆動するためのパワーMOSFETのゲート電圧が一定となるので、パワーMOSFETに流れる電流の上昇が抑制される。よって、負荷短絡時に出力端子OUTから出力される電流ピーク値を抑制することが可能になる。
Therefore, since the gate voltage of the power MOSFET for driving the
次に電流の電源電圧依存性のシミュレーション結果について説明する。図8は電流の電源電圧依存性を示す図である。縦軸は電流(A)、横軸は電源電圧VCC(V)である。波形g1は、出力端子OUTから出力される電流ピーク値であり、改善前の内部電源回路10における電流の電源電圧依存性のシミュレーション結果を示している。
Next, a simulation result of the power supply voltage dependency of current will be described. FIG. 8 is a diagram showing the power supply voltage dependency of the current. The vertical axis represents current (A), and the horizontal axis represents power supply voltage VCC (V). A waveform g1 is a current peak value output from the output terminal OUT, and shows a simulation result of the power supply voltage dependency of the current in the internal
また、変曲点P1は、内部電源回路10における、経路L1で生成される内部電源VDDが、経路L2で生成される内部電源VDDに切り替わる切替えポイントを示している。
電源電圧VCC=6〜14V付近の電圧範囲Vaが、経路L1による内部電源VDDの生成を示しており、変曲点P1を境にして、経路L2による内部電源VDDの生成に切り替わっている。電圧範囲Vaは、電流の電源電圧依存性が現れる範囲であり、電源電圧VCCが上昇すると電流値も上昇している。
An inflection point P1 indicates a switching point in the internal
The voltage range Va in the vicinity of the power supply voltage VCC = 6 to 14V indicates the generation of the internal power supply VDD by the path L1, and is switched to the generation of the internal power supply VDD by the path L2 with the inflection point P1 as a boundary. The voltage range Va is a range where the power supply voltage dependency of the current appears, and the current value increases as the power supply voltage VCC increases.
図9は電流の電源電圧依存性を示す図である。縦軸は電流(A)、横軸は電源電圧VCC(V)である。波形g2は、出力端子OUTから出力される電流ピーク値であり、改善後の内部電源回路10aにおける電流の電源電圧依存性のシミュレーション結果を示している。
FIG. 9 is a diagram showing the power supply voltage dependence of current. The vertical axis represents current (A), and the horizontal axis represents power supply voltage VCC (V). A waveform g2 is a current peak value output from the output terminal OUT, and shows a simulation result of the power supply voltage dependency of the current in the improved internal
また、変曲点P2は、内部電源回路10aにおける、経路L1で生成される内部電源VDDが、経路L2で生成される内部電源VDDに切り替わる切替えポイントを示している。
The inflection point P2 indicates a switching point in the internal
電源電圧VCC=6〜10V付近の電圧範囲Vbが、経路L1による内部電源VDDの生成を示しており、変曲点P2を境にして、経路L2による内部電源VDDの生成に切り替わっている。電圧範囲Vbは、電流の電源電圧依存性が現れる範囲であり、電源電圧VCCが上昇すると電流値も上昇している。 A voltage range Vb in the vicinity of the power supply voltage VCC = 6 to 10V indicates generation of the internal power supply VDD by the path L1, and is switched to generation of the internal power supply VDD by the path L2 with the inflection point P2 as a boundary. The voltage range Vb is a range in which the dependency of the current on the power supply voltage appears, and the current value increases as the power supply voltage VCC increases.
ここで、波形g1、g2を比較すると、波形g1の変曲点P1は、電源電圧VCC=13V付近にあり、波形g2の変曲点P2は、電源電圧VCC=10V付近にある。このように、改善後の内部電源回路10aでは、変曲点を電源電圧VCCの低電圧側にシフトできている。
Here, when comparing the waveforms g1 and g2, the inflection point P1 of the waveform g1 is near the power supply voltage VCC = 13V, and the inflection point P2 of the waveform g2 is near the power supply voltage VCC = 10V. Thus, in the improved internal
このため、電圧範囲Vbは、電圧範囲Vaよりも狭く、電源電圧依存性が現れる電圧範囲が狭くなっている。すなわち、負荷短絡時には、経路L1で内部電源VDDが生成される電圧範囲を狭くして、経路L2で内部電源VDDが生成される電圧範囲が広くなっている。 For this reason, the voltage range Vb is narrower than the voltage range Va, and the voltage range in which the power supply voltage dependency appears is narrow. That is, when the load is short-circuited, the voltage range in which the internal power supply VDD is generated in the path L1 is narrowed, and the voltage range in which the internal power supply VDD is generated in the path L2 is widened.
このように、内部電源回路10aによって、負荷短絡時に負荷に流れる電流の電源電圧への依存性の低減が図られている。したがって、負荷短絡時において、一定電圧の内部電源VDDがチャージポンプ101に供給されるので、負荷2に流れるピーク電流を低減することが可能になる。
As described above, the internal
次に本発明の半導体装置100aが適用されるIPSの構成について説明する。図10はハイサイド型IPSの構成例を示す図である。
IPS30は、負荷2、マイコン4、バッテリ5に接続している。また、IPS30は、ロジック回路31、レベルシフトドライバ32、内部電源回路33、ST(status)回路34、低電圧検出回路35、短絡検出回路36、負荷開放検出回路37、過電流検出回路38および過熱検出回路39を備える。
Next, the configuration of the IPS to which the semiconductor device 100a of the present invention is applied will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the high-side IPS.
The
さらに、IPS30は、負荷2を駆動するためのパワーMOSFETであるスイッチ素子M0を有し、スイッチ素子M0にはダイオードD0(FWD:Free Wheel Diode)が接続されている。
Further, the
スイッチ素子M0がオフになる瞬間では、モータ等の誘導性の負荷2からは、逆起電力が発生する。このため、スイッチ素子M0に対して、ダイオードD0を逆並列に接続して、このときの負荷電流を還流させる構成としている。
At the moment when the switch element M0 is turned off, a counter electromotive force is generated from the
ここで、ロジック回路31は、端子Inから入力されるマイコン4からの制御信号、および各保護回路の状態検出信号を一括して認識し、スイッチ素子M0を制御するためのONBH(ON By H)信号を出力する。
Here, the
レベルシフトドライバ32は、ロジック回路31から出力されたONBH信号を、スイッチ素子M0をフルオンさせるに要するレベルまで昇圧したGS信号を生成し、スイッチ素子M0のゲートに印加する。なお、レベルシフトドライバ32は、上述のチャージポンプ101の機能を含む。
The
内部電源回路33は、電源電圧VCCより低い値から段階的に上昇させる電源電圧である内部電源を生成し、内部電源で制御が必要な回路に対して供給する。なお、内部電源回路33は、図6に示した内部電源回路10aの機能を含む。
The internal
ST回路34は、スイッチ素子M0の動作状態を、ST端子を介して、マイコン4に送信する。
低電圧検出回路35は、電源電圧VCCが定格電圧より低いとき、異常信号をロジック回路31に送信する。低電圧検出回路35から送信された異常信号を受信したロジック回路31は、スイッチ素子M0を制御するONBH信号をオフ信号にして出力する。
The
The low
短絡検出回路36は、スイッチ素子M0のソースに接続している出力端子OUTがGNDにショートしたとき、異常信号をロジック回路31に送信する。短絡検出回路36から送信された異常信号を受信したロジック回路31は、スイッチ素子M0を制御するONBH信号をオフ信号にして出力する。
The short
負荷開放検出回路37は、スイッチ素子M0のソースに接続する出力端子OUTがオープンになったとき、異常信号をロジック回路31に送信する。負荷開放検出回路37から送信された異常信号を受信したロジック回路31は、スイッチ素子M0を制御するONBH信号をオフ信号にして出力する。
The load
過電流検出回路38は、スイッチ素子M0とカレントミラー回路を構成しているトランジスタMcから、スイッチ素子M0に流れる電流と同一の電流を受信する。そして、定格より異常な大電流が流れたことを検出すると、異常信号をロジック回路31に送信する。過電流検出回路38から送信された異常信号を受信したロジック回路31は、スイッチ素子M0を制御するONBH信号をオフ信号にして出力する。
The
過熱検出回路39は、スイッチ素子M0が定格より異常な高温になったとき、異常信号をロジック回路31に送信する。過熱検出回路39から送信された異常信号を受信したロジック回路31は、スイッチ素子M0を制御するONBH信号をオフ信号にして出力する。
The
以上説明したように、本発明によれば、経路L1で内部電源VDDを生成する際のPMOSトランジスタM2のソース−ゲート間電圧を大きくすることができる。このため、PMOSトランジスタM2がより低電源電圧でオンしやすくなるので、フラットな電流特性が得られる経路2での電源生成範囲が広くなり、電流の電源電圧依存性を低減することが可能になる。
As described above, according to the present invention, the source-gate voltage of the PMOS transistor M2 when generating the internal power supply VDD through the path L1 can be increased. For this reason, the PMOS transistor M2 is easily turned on at a lower power supply voltage, so that the power generation range in the
また、これにより、負荷短絡時の発振ピーク電流が小さくなるので、素子破壊の発生を抑止することができ、装置品質および信頼性の向上を図ることが可能になる。さらに、負荷短絡した場合でもピーク値の低い電流を出力端子OUTから出力し続けるので、負荷短絡が解消すればリセット動作を行わずに、即時にリスタートすることも可能になる。 This also reduces the oscillation peak current when the load is short-circuited, so that it is possible to suppress the occurrence of element destruction and improve the device quality and reliability. Furthermore, since a current having a low peak value is continuously output from the output terminal OUT even when the load is short-circuited, it is possible to restart immediately without performing a reset operation if the load short-circuit is eliminated.
さらにまた、負荷短絡時に流れる電流を小さくできるので、例えば、負荷と装置とをつなぐワイヤの溶断電流に余裕を持たすことができ、ワイヤボンディングの本数を低減させることができる。 Furthermore, since the current flowing when the load is short-circuited can be reduced, for example, a margin can be provided for the fusing current of the wire connecting the load and the device, and the number of wire bondings can be reduced.
また、ワイヤがAu(金)線であればコストダウン効果も見込める。さらに、プリント板に流れる電流も低減できるので、プリント板のラインを細くすることができ、基板面積の低減にも貢献することが可能になる。 Further, if the wire is an Au (gold) wire, a cost reduction effect can be expected. Furthermore, since the current flowing through the printed board can also be reduced, the printed board line can be made thinner, which can contribute to a reduction in the board area.
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。 As mentioned above, although embodiment was illustrated, the structure of each part shown by embodiment can be substituted by the other thing which has the same function. Moreover, other arbitrary structures and processes may be added.
1 内部電源回路
1a クランプ回路
1b 第1の電流制御素子
1c 切替えスイッチ群
1d 第2の電流制御素子
2 負荷
s0 制御スイッチ
s1 第1スイッチ
s2 第2スイッチ
s3 第3スイッチ
Sin 制御信号
L1 第1経路
L2 第2経路
IN 入力端子
OUT 出力端子
VDDout 内部電源出力端子
GND0 外部グランド
GND1 内部グランド
ga ピーク電流の波形
V1 第1経路で内部電源が生成される電源電圧の範囲
V2 第2経路で内部電源が生成される電源電圧の範囲
P0 変曲点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal
Claims (6)
前記電源電圧に接続し、制御信号にもとづきオンして電流を出力する制御スイッチと、
負荷に接続し、前記制御スイッチの出力電圧のクランプを行うクランプ回路と、
クランプされる前記出力電圧により、前記電流を導通または非導通にする第1の電流制御素子と、
前記電流の導通または非導通に応じて変化する電圧の印加にもとづいて、前記内部電源を生成するための経路の切替えを行う切替えスイッチ群と、
負荷短絡が生じて前記クランプ回路によるクランプが行われる場合に、前記第1の電流制御素子から出力された前記電流を導通する第2の電流制御素子と、
を有することを特徴とする内部電源回路。 In the internal power supply circuit that generates the internal power supply from the power supply voltage,
A control switch connected to the power supply voltage and turned on based on a control signal to output a current;
A clamp circuit that connects to a load and clamps the output voltage of the control switch;
A first current control element that makes the current conductive or non-conductive depending on the output voltage to be clamped;
A selector switch group for switching a path for generating the internal power supply based on application of a voltage that changes according to conduction or non-conduction of the current;
A second current control element that conducts the current output from the first current control element when a load short circuit occurs and clamping by the clamp circuit is performed;
An internal power supply circuit comprising:
前記切替えスイッチ群は、前記第2の電流制御素子が導通することで、前記内部電源の生成経路を前記第2経路へ切替える、
ことを特徴とする請求項1記載の内部電源回路。 The changeover switch group switches between a first path for generating the internal power supply whose voltage value changes in accordance with fluctuations in the power supply voltage and a second path for generating the internal power supply at a constant level from the power supply voltage. Done
The changeover switch group switches the generation path of the internal power source to the second path when the second current control element is conducted.
The internal power supply circuit according to claim 1.
前記制御信号が入力する入力端子は、前記制御スイッチの入力端に接続し、
前記制御スイッチの電流出力端は、前記第1、第2、第3スイッチの一方の入力端と、前記第1の電流制御素子の入力端と接続し、
前記第1の電流制御素子の出力端は、前記第1、第3スイッチの他方の入力端と、前記第2の電流制御素子の一方の入力端と、前記クランプ回路の一方の入力端と接続し、
前記第1スイッチの出力端は、前記第2スイッチの他方の入力端と、内部グランドに接続し、
前記第2、第3スイッチの出力端は、内部電源出力端子に接続し、
前記第2の電流制御素子の他方の出力端は、前記内部グランドに接続し、前記クランプ回路の出力端は、前記負荷の一端に接続し、前記負荷の他端は、外部グランドに接続する、
ことを特徴とする請求項2記載の内部電源回路。 The changeover switch group includes a first switch, a second switch, and a third switch, which are three-terminal switches,
An input terminal to which the control signal is input is connected to an input terminal of the control switch,
The current output terminal of the control switch is connected to one input terminal of the first, second and third switches and the input terminal of the first current control element,
The output terminal of the first current control element is connected to the other input terminal of the first and third switches, one input terminal of the second current control element, and one input terminal of the clamp circuit. And
The output terminal of the first switch is connected to the other input terminal of the second switch and the internal ground,
The output terminals of the second and third switches are connected to an internal power output terminal,
The other output terminal of the second current control element is connected to the internal ground, the output terminal of the clamp circuit is connected to one end of the load, and the other end of the load is connected to an external ground;
The internal power supply circuit according to claim 2.
前記出力電圧が所定電圧以上の場合には、前記クランプ回路により、前記出力電圧のクランプが解除されて前記第1の電流制御素子が導通し、前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフおよび前記第3スイッチがオンして、前記制御スイッチから、前記第3スイッチを介して、前記内部電源出力端子へ向かう前記第2経路が生成されて前記内部電源を出力し、
負荷短絡時に、前記クランプ回路により前記出力電圧がクランプされている状態で、第2の電流制御素子が導通して、前記第1の電流制御素子から出力された前記電流を前記内部グランドに流すことで、前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフおよび前記第3スイッチがオンになって、前記第2経路が生成されて前記内部電源を出力する、
ことを特徴とする請求項4記載の内部電源回路。 When the output voltage is less than a predetermined voltage, the output voltage is clamped by the clamp circuit and the first current control element becomes non-conductive, the first switch is turned off, and the second switch is turned on. And the third switch is turned off, the first path from the control switch to the internal power output terminal is generated via the second switch, and the internal power is output.
When the output voltage is equal to or higher than a predetermined voltage, the clamp circuit releases the clamp of the output voltage and the first current control element is turned on, the first switch is turned on, and the second switch is turned off. And the third switch is turned on, the second path from the control switch to the internal power supply output terminal is generated via the third switch, and the internal power supply is output.
When the output voltage is clamped by the clamp circuit when the load is short-circuited, the second current control element is turned on, and the current output from the first current control element is caused to flow to the internal ground. The first switch is turned on, the second switch is turned off, and the third switch is turned on, and the second path is generated to output the internal power supply.
The internal power supply circuit according to claim 4.
前記電源電圧に接続し、制御信号にもとづきオンして電流を出力する制御スイッチと、前記負荷に接続し、前記制御スイッチの出力電圧のクランプを行うクランプ回路と、クランプされる前記出力電圧により、前記電流を導通または非導通にする第1の電流制御素子と、前記電流の導通または非導通に応じて変化する電圧の印加にもとづいて、前記内部電源を生成するための経路の切替えを行う切替えスイッチ群と、負荷短絡が生じて前記クランプ回路によるクランプが行われる場合に、前記第1の電流制御素子から出力された前記電流を導通する第2の電流制御素子とを含む内部電源回路と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A charge pump that performs a boosting operation for driving a load using an internal power supply generated from a power supply voltage as an operation power supply;
A control switch that is connected to the power supply voltage and is turned on based on a control signal to output current, a clamp circuit that is connected to the load and clamps the output voltage of the control switch, and the output voltage that is clamped Switching for switching a path for generating the internal power supply based on application of a voltage that changes according to conduction or non-conduction of the current and a first current control element that conducts or non-conducts the current. An internal power supply circuit including a switch group and a second current control element that conducts the current output from the first current control element when a load short-circuit occurs and clamping by the clamp circuit is performed;
A semiconductor device comprising:
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