JP2676762B2 - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device

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JP2676762B2
JP2676762B2 JP63040589A JP4058988A JP2676762B2 JP 2676762 B2 JP2676762 B2 JP 2676762B2 JP 63040589 A JP63040589 A JP 63040589A JP 4058988 A JP4058988 A JP 4058988A JP 2676762 B2 JP2676762 B2 JP 2676762B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、例えば大電力で使用される負荷に供給す
る電流を制御する、異常温度からの保護機能を有する電
力用半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device having a function of protecting from an abnormal temperature, which controls a current supplied to a load used with high power, for example.

[従来の技術] 電力用の半導体装置にあっては、負荷に供給される電
流を制御するパワー素子を備えているものであり、この
パワー素子には負荷電流が流れる。したがって、パワー
素子は負荷電流量に対応して発熱する。そして、例えば
負荷がショートの状態となったような障害発生時には、
このパワー素子に大電流が流れるようになり、このパワ
ー素子の温度が過度に上昇するようになる。
[Prior Art] A power semiconductor device includes a power element that controls a current supplied to a load, and a load current flows through the power element. Therefore, the power element generates heat corresponding to the amount of load current. And, for example, in the event of a failure such as a load short circuit,
A large current will flow through this power element, and the temperature of this power element will rise excessively.

このようにパワー素子の温度が異常に上昇するように
なると、このパワー素子はもとより、このパワー素子と
一体的に構成された他の半導体素子、あるいは周辺装置
の破壊につながるようになる。したがって、このような
パワー素子においては、異常に温度が上昇するような状
態となった時には、例えば負荷電流を遮断するような保
護機能を持たせるようにすることが必要となる。
If the temperature of the power element rises abnormally in this way, not only this power element but also other semiconductor elements integrally formed with this power element or peripheral devices will be destroyed. Therefore, in such a power element, it is necessary to have a protective function of interrupting the load current, for example, when the temperature rises abnormally.

このようなパワー素子の保護機能は、従来においては
周辺回路に設定しているものであるが、最近では異常状
態の検出、さらにこの異常検出に対応して動作される保
護動作のための回路等を、電力用パワー素子と同一チッ
プ内に内蔵させることが考えられている。そして、小形
化、低コスト、さらに信頼性が向上されるようにしてい
る。
The protection function of such a power element is conventionally set in a peripheral circuit, but recently, a circuit for detecting an abnormal state and a protection operation which is operated in response to the abnormal detection, etc. Is considered to be built in the same chip as the power element for electric power. The miniaturization, low cost, and further reliability are improved.

このような保護機能を内蔵した電力用半導体装置は、
例えば第4図で示すように構成されるもので、例えばp
チャンネルのパワーMOSによって構成されるパワー素子1
1を備え、このパワー素子11を介して電源12からの電流
が負荷13に供給されるようにしている。
The power semiconductor device with such a protection function is
For example, it is configured as shown in FIG.
Power element 1 composed of channel power MOS
1, the current from the power source 12 is supplied to the load 13 via the power element 11.

パワー素子11のゲートには、NAND回路14からの駆動信
号が供給されており、NAND回路14にはゲート駆動回路15
からのデューティ制御されるパルス状の駆動信号、およ
び比較回路16からの信号が供給されている。すなわち、
比較回路16からの出力信号がハイレベルの状態で、駆動
回路15からのパルス状駆動信号が極性反転される状態
で、パワー素子11のゲートに供給され、オン・オフ制御
されるようになる。そして上記比較回路16には、抵抗回
路によって分圧された点Aの基準電圧信号、および温度
検出用ダイオード17の端子電圧となるB点の電圧信号が
供給されるようにしている。
The drive signal from the NAND circuit 14 is supplied to the gate of the power element 11, and the gate drive circuit 15 is supplied to the NAND circuit 14.
The pulse-shaped drive signal whose duty is controlled by the signal from the comparator and the signal from the comparison circuit 16 are supplied. That is,
When the output signal from the comparison circuit 16 is at a high level and the pulsed drive signal from the drive circuit 15 is inverted in polarity, it is supplied to the gate of the power element 11 to be on / off controlled. The comparison circuit 16 is supplied with the reference voltage signal at the point A divided by the resistance circuit and the voltage signal at the point B which is the terminal voltage of the temperature detecting diode 17.

ここで、上記温度検出用ダイオード17は、パワー素子
11と同一の半導体チップに形成されるもので、パワー素
子11に大電流が流れ、このパワー素子11が発熱して半導
体チップが加熱されたときには、この半導体チップの温
度上昇に対応して点Bの電位が下げられるようになる。
そして、半導体チップの温度が正常な状態にあるとき
は、点Bの電圧が点Aの電圧よりも高く設定され、比較
回路16からの出力信号がハイレベルに設定されて、ゲー
ト駆動回路15からの出力信号によってパワー素子11が制
御され、負荷13を制御するようにしている。これに対し
て、半導体チップの温度が上昇すると、この温度上昇に
伴って点Bの電圧が低くなり、チップの温度が異常温度
の状態となると、点Bの電圧が点Aの電圧よりも低くな
って、比較回路16からの出力信号がローレベルとなる。
したがって、この状態ではNAND回路14からの出力信号は
ハイレベルに固定されるようになり、pチャンネルMOS
でなるパワー素子11はオフ状態とされて負荷電流が遮断
され、この半導体素子は過電流による発熱から保護され
るものである。
Here, the temperature detection diode 17 is a power element.
It is formed on the same semiconductor chip as 11, and when a large current flows through the power element 11 and the power element 11 generates heat to heat the semiconductor chip, the point B corresponds to the temperature rise of the semiconductor chip. The potential of can be lowered.
Then, when the temperature of the semiconductor chip is in a normal state, the voltage at the point B is set higher than the voltage at the point A, the output signal from the comparison circuit 16 is set to the high level, and the gate drive circuit 15 The power element 11 is controlled by the output signal of, and the load 13 is controlled. On the other hand, when the temperature of the semiconductor chip rises, the voltage at the point B lowers as the temperature rises, and when the temperature of the chip becomes abnormal, the voltage at the point B becomes lower than the voltage at the point A. Then, the output signal from the comparison circuit 16 becomes low level.
Therefore, in this state, the output signal from the NAND circuit 14 is fixed to the high level, and the p-channel MOS
The power element 11 consisting of is turned off to cut off the load current, and this semiconductor element is protected from heat generation due to overcurrent.

しかしながら、このように構成される半導体装置にお
いて、発熱するパワー素子11部と温度検出素子17部との
間の熱伝導の関係から、上記発熱部と検出部の温度が必
ずしも一致するとは限らない。例えば、負荷13にショー
トが生じてパワー素子11に過渡的に大電流が流れるよう
になり、このパワー素子11が急激に温度上昇する場合を
想定すると、このパワー素子11とは異なる位置に形成さ
れる温度検出素子17の温度上昇が追従し得なくなる。す
なわち、パワー素子11部の温度と温度検出素子17部の温
度との間に、50℃程度の温度差が存在するようになる。
したがって、保護温度を例えば150℃に設定したとして
も、パワー素子11のジャンクション温度が200℃となっ
た状態で保護動作が実行されるようになり、素子の保護
機能が確実に発揮されないようになる。
However, in the semiconductor device configured as described above, the temperature of the heat generating portion and the temperature of the detecting portion do not always match due to the heat conduction relationship between the power element 11 and the temperature detecting element 17 which generate heat. For example, assuming that a short circuit occurs in the load 13 and a large current transiently flows in the power element 11 and the temperature of the power element 11 suddenly rises, it is formed at a position different from that of the power element 11. The temperature rise of the temperature detection element 17 that follows becomes impossible to follow. That is, there is a temperature difference of about 50 ° C. between the temperature of the power element 11 part and the temperature of the temperature detection element 17 part.
Therefore, even if the protection temperature is set to, for example, 150 ° C., the protection operation will be executed when the junction temperature of the power element 11 is 200 ° C., and the protection function of the element will not be surely exhibited. .

[発明が解決しようとする課題] この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特
に負荷電流を制御するパワー素子部に電流が流れている
動作状態で、このパワー素子部の温度に対応した保護動
作が実行されるようにして、急激な負荷電流の上昇に伴
う過渡的な温度上昇であっても、確実に素子を加熱から
保護できるようにする、保護機能を備えた電力用半導体
装置を提供しようとするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above points, and particularly in an operating state in which a current is flowing through a power element section for controlling a load current, the temperature of the power element section is reduced. A power semiconductor equipped with a protection function that ensures that the element can be protected from heating even if the temperature rises transiently due to a sudden increase in load current by performing a corresponding protection operation. It is intended to provide a device.

[課題を解決するための手段] すなわち、この発明に係る電力用半導体装置にあって
は、負荷を制御するパワー素子と共通に制御され、パワ
ー素子に流れる電流と比例した電流が流されるようにな
る制御素子を設けると共に、上記パワー素子と共通の半
導体チップに形成される温度検出素子からの温度検出信
号と、設定された基準温度に対応した基準信号とを比較
して、検出温度が基準温度を越える状態で上記パワー素
子をオフ制御させるようにする。そして、上記温度検出
信号および基準信号の少なくとも一方が上記制御素子に
流れる電流量によって補正されるようにする。
[Means for Solving the Problems] That is, in the power semiconductor device according to the present invention, it is controlled in common with the power element for controlling the load so that a current proportional to the current flowing through the power element flows. In addition to providing the control element, the temperature detection signal from the temperature detection element formed on the semiconductor chip common to the power element and the reference signal corresponding to the set reference temperature are compared, and the detected temperature is the reference temperature. The power element is controlled to be turned off in a state in which the power is exceeded. Then, at least one of the temperature detection signal and the reference signal is corrected by the amount of current flowing through the control element.

[作用] 上記のような電力用半導体装置にあっては、基本的に
はパワー素子の設定される半導体チップの温度が、設定
された基準温度を越えて上昇する状態で、上記パワー素
子をオフして過熱からの保護動作が実行されるようにす
る。このような保護動作が実行されるに際して、パワー
素子に流れる電流に比例した電流が制御素子から検出さ
れるようになり、この制御素子から得られる電流によっ
て、例えば基準信号を補正することによって、上記設定
される基準温度が上昇されるようになる。したがって、
パワー素子に負荷電流が流れる状態において、パワー素
子部の温度が過渡的に上昇した場合に、このパワー素子
部と温度検出部との温度差が補償されるようになり、急
激な負荷電流の上昇に際して、これに確実に対処して保
護動作が行われる。
[Operation] In the power semiconductor device as described above, the power element is basically turned off when the temperature of the semiconductor chip on which the power element is set rises above the set reference temperature. So that the protection operation from overheating is performed. When such a protection operation is performed, a current proportional to the current flowing through the power element is detected by the control element, and the current obtained from this control element corrects, for example, the reference signal, The set reference temperature is increased. Therefore,
When the temperature of the power element section transiently rises when the load current flows through the power element, the temperature difference between the power element section and the temperature detection section is compensated, and the load current increases rapidly. At this time, the protection operation is performed by surely coping with this.

[発明の実施例] 以下、図面を参照にしてこの発明の一実施例を説明す
る。第1図は保護機能を備えた電力用半導体装置の回路
構成を示しているもので、pチャンネルMOSによって構
成されるパワー素子21を備える。このパワー素子21は、
電源と負荷22との間に設定されるもので、そのオン状態
で負荷22に電流を供給する。また、このパワー素子21と
同様のpチャンネルMOSによって、同一の半導体チップ
に制御素子23が設けられるもので、パワー素子21および
制御素子23は、NAND回路24からの出力信号によってゲー
ト制御され、このNAND回路24からの出力がローレベルの
ときに、共にオン制御されるようにしている。
[Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit configuration of a power semiconductor device having a protection function, which includes a power element 21 composed of a p-channel MOS. This power element 21 is
It is set between the power supply and the load 22, and supplies current to the load 22 in the ON state. Further, the control element 23 is provided on the same semiconductor chip by the same p-channel MOS as the power element 21, and the power element 21 and the control element 23 are gate-controlled by the output signal from the NAND circuit 24. When the output from the NAND circuit 24 is at low level, both are on-controlled.

上記NAND回路24には、比較回路25からの出力信号、お
よびゲート駆動回路26からの駆動信号が供給されている
もので、ゲート駆動回路26からは、例えばデューティ制
御されたパルス状の信号が発生されるようにしている。
したがって、比較回路25からの出力信号がハイレベルの
状態で、ゲート駆動回路26からの出力パルス信号が極性
反転してNAND回路24から出力されるようになり、この信
号がパワー素子21および制御素子23のそれぞれゲートに
供給されるようになる。
The NAND circuit 24 is supplied with the output signal from the comparison circuit 25 and the drive signal from the gate drive circuit 26. From the gate drive circuit 26, for example, a duty-controlled pulsed signal is generated. I am trying to do it.
Therefore, when the output signal from the comparison circuit 25 is at a high level, the output pulse signal from the gate drive circuit 26 is inverted in polarity and output from the NAND circuit 24, and this signal is output from the power element 21 and the control element. It will be supplied to each of the 23 gates.

上記比較回路の負側の端子には、抵抗R1およびR2によ
る電圧分圧回路で構成された基準電圧設定部27の、抵抗
R1とR2の接続点である点Aの基準電圧信号が、抵抗R3を
介して供給されるようにする。そして、上記制御素子23
がオン状態のとき得られる電流が、上記比較回路25の負
側端子に、上記基準電圧を補正する要素として、逆流防
止用のダイオード28を介して供給されるようにする。
The negative terminal of the comparison circuit is connected to the resistance of the reference voltage setting unit 27 composed of a voltage divider circuit composed of resistors R1 and R2.
The reference voltage signal at the point A, which is the connection point between R1 and R2, is supplied via the resistor R3. Then, the control element 23
The current obtained when is on is supplied to the negative terminal of the comparison circuit 25 through the backflow prevention diode 28 as an element for correcting the reference voltage.

またこの比較回路25の正側の端子には、複数のダイオ
ードを直列接続して構成した温度検出素子29の、点B端
子電圧が供給されるようになっているもので、上記点B
は抵抗R4を介して電源ラインに接続されている。ここ
で、この温度検出素子29を構成するダイオードは、上記
パワー素子21の形成された半導体チップに内蔵されるよ
うに形成され、パワー素子21に大電流が流れて発熱し、
半導体地ツプがこの熱によって温度上昇したときには、
この半導体地ツプの温度上昇が検出されるようにしてい
る。そして、この温度検出素子29を構成するダイオード
は、負の温度特性を有するものであるため、半導体チッ
プの温度が上昇したときには、その温度に対応して点B
の電圧が低下されるようになる。
Further, the positive terminal of the comparison circuit 25 is adapted to be supplied with the terminal B terminal voltage of the temperature detecting element 29 constituted by connecting a plurality of diodes in series.
Is connected to the power supply line via a resistor R4. Here, the diode forming the temperature detecting element 29 is formed so as to be built in the semiconductor chip in which the power element 21 is formed, and a large current flows through the power element 21 to generate heat,
When the temperature of the semiconductor substrate rises due to this heat,
The temperature rise of this semiconductor substrate is detected. Since the diode which constitutes the temperature detecting element 29 has a negative temperature characteristic, when the temperature of the semiconductor chip rises, the point B corresponding to the temperature rises.
Voltage will be reduced.

すなわち、このように構成される電力用半導体装置に
あっては、パワー素子21の形成される半導体チップの温
度は、温度検出素子29の点Bの電圧によって検出され、
この検出温度に対応した点Bの電圧は、温度特性を備え
ていない基準電圧設定部27で設定された基準電圧と、比
較回路25で比較される。
That is, in the power semiconductor device configured as above, the temperature of the semiconductor chip on which the power element 21 is formed is detected by the voltage at the point B of the temperature detecting element 29,
The voltage at the point B corresponding to the detected temperature is compared by the comparison circuit 25 with the reference voltage set by the reference voltage setting unit 27 having no temperature characteristic.

ここで、上記点Bの電位は半導体チップの温度が正常
な状態にあるときは、点Aの電圧より高くなるように設
定されているので、温度の正常状態では比較回路25から
ハイレベルの信号が出力され、このハイレベルの信号が
NAND回路24にゲート信号として供給されるようになって
いる。したがって、ゲート駆動回路26からのパルス状の
駆動信号は、極性反転してパワー素子21に供給され、負
荷22が制御されるようになる。
Here, since the potential at the point B is set to be higher than the voltage at the point A when the temperature of the semiconductor chip is in a normal state, the comparator circuit 25 outputs a high level signal in the normal state of the temperature. Is output, and this high-level signal
It is adapted to be supplied to the NAND circuit 24 as a gate signal. Therefore, the pulsed drive signal from the gate drive circuit 26 is inverted in polarity and supplied to the power element 21, and the load 22 is controlled.

そして、半導体チップの温度が上昇すると、この温度
に対応して点Bの電圧が低下し、このB点の電圧が基準
電圧である点Aの電圧より低くなると、比較回路25の出
力はハイレベルからローレベルに変化する。すなわち、
NAND回路24のゲート信号がローレベルに固定されるよう
になり、このNAND回路24からの出力信号がハイレベルに
固定されるようになって、パワー素子21と共に制御素子
23がオフ状態とされ、負荷22に対する負荷電流が遮断さ
れ、過電流による半導体チップの異常な温度上昇が阻止
されるようになる。
When the temperature of the semiconductor chip rises, the voltage at the point B decreases corresponding to this temperature, and when the voltage at the point B becomes lower than the voltage at the point A which is the reference voltage, the output of the comparison circuit 25 becomes high level. Changes to low level. That is,
The gate signal of the NAND circuit 24 is fixed at a low level, and the output signal from the NAND circuit 24 is fixed at a high level.
23 is turned off, the load current to the load 22 is cut off, and the abnormal temperature rise of the semiconductor chip due to the overcurrent is prevented.

すなわち、基本的には上記のような保護動作が実行さ
れるようになるものであるが、この実施例に示された電
力用半導体装置にあっては、パワー素子21と同様の制御
素子23が設けられており、この制御素子23のゲートはパ
ワー素子21のゲートと共通に接続されている。したがっ
て、制御素子23においては、パワー素子21に流れる電流
を検出するようになり、このパワー素子21に流れる電流
と比例した電流が制御素子23に流れて、この電流がダイ
オード28をかいして点Aの電位部分に流れ込むようにな
る。
That is, basically, the protection operation as described above is performed, but in the power semiconductor device shown in this embodiment, the control element 23 similar to the power element 21 is used. The gate of the control element 23 is commonly connected to the gate of the power element 21. Therefore, in the control element 23, the current flowing in the power element 21 is detected, a current proportional to the current flowing in the power element 21 flows in the control element 23, and this current passes through the diode 28. It flows into the potential portion of A.

したがって、この制御素子23を介して流れ込む電流に
よって、A点の電圧レベル、すなわち比較回路25の負側
入力の電位が上げられるようになり、半導体チップのパ
ワー素子21部分の温度と温度検出素子29部分の温度との
温度差を補正するようになる。
Therefore, the current flowing through the control element 23 raises the voltage level at the point A, that is, the potential of the negative side input of the comparison circuit 25, and the temperature of the power element 21 portion of the semiconductor chip and the temperature detection element 29. The temperature difference from the temperature of the part will be corrected.

すなわち、この電力用半導体装置にあっては、パワー
素子21に負荷電流が流れるようになる状態で、過熱から
の保護動作を行う比較回路25に供給される基準電圧が、
上記負荷電流量に対応して変化されるようになり、パワ
ー素子21部と温度検出素子29部の温度差を、回路上でキ
ャンセルするようになる。
That is, in this power semiconductor device, the reference voltage supplied to the comparison circuit 25 that performs a protection operation from overheating in a state in which the load current flows through the power element 21,
The load current is changed according to the load current amount, and the temperature difference between the power element 21 section and the temperature detection element 29 section is canceled on the circuit.

したがって、負荷22の動作中において、この負荷22に
ショート等の障害が発生し、パワー素子21に流れる負荷
電流が急激に上昇して、半導体チップの温度が急激に上
昇するような状態となったときには、同時に制御素子23
に流れる電流量も急激に増大し、比較回路25に供給され
る基準電圧値も上昇される。このため、上記負荷電流の
増大によってパワー素子21部分の半導体チップの温度
が、例えば150℃に上昇したときに、半導体チップの温
度検出素子29の設定された部分の温度が、例えば100℃
までしか上昇しないような場合でも、比較回路25に供給
される基準電圧が制御素子23からの電流によって上昇さ
れるため、温度検出素子29でチップ温度が100℃である
ことを検出しても、比較回路25からの出力は、ローレベ
ルに反転される。したがって、実質的に半導体チップの
パワー素子21部分の温度が、150℃に上昇した状態で、
負荷22に供給される電流が遮断されて、速やかな保護動
作が実行されるものである。
Therefore, during the operation of the load 22, a failure such as a short circuit occurs in the load 22, the load current flowing through the power element 21 rises sharply, and the temperature of the semiconductor chip rises sharply. Sometimes the control element 23
The amount of current flowing through the circuit also rapidly increases, and the reference voltage value supplied to the comparison circuit 25 also increases. Therefore, when the temperature of the semiconductor chip in the power element 21 portion is increased to, for example, 150 ° C. due to the increase in the load current, the temperature of the set portion of the temperature detection element 29 of the semiconductor chip is, for example, 100 ° C.
Even if the temperature rises only up to, since the reference voltage supplied to the comparison circuit 25 is increased by the current from the control element 23, even if the temperature detection element 29 detects that the chip temperature is 100 ° C., The output from the comparison circuit 25 is inverted to low level. Therefore, when the temperature of the power element 21 portion of the semiconductor chip is substantially increased to 150 ° C.,
The current supplied to the load 22 is cut off, and a quick protection operation is executed.

ここで、負荷の停止状態にあっては、制御素子23に電
流が流れないものであるため、基準電圧の補正は行われ
ない。また正常な動作状態にあっては、制御素子23に流
れる電流量は制限されたものであり、したがって比較回
路25に供給される基準電圧の補正量は小さい。このた
め、半導体チップの温度検出素子29の設定された部分の
温度に近い状態で、通常の保護動作が実行される。
Here, when the load is stopped, no current flows through the control element 23, so the reference voltage is not corrected. Further, in a normal operation state, the amount of current flowing through the control element 23 is limited, and therefore the correction amount of the reference voltage supplied to the comparison circuit 25 is small. Therefore, the normal protection operation is performed in a state close to the temperature of the set portion of the temperature detection element 29 of the semiconductor chip.

第2図は他の実施例を示しているもので、この実施例
にあっては制御素子23に直列にして抵抗R5およびR6を接
続し、点Cから制御素子23に流れる電流量に対応した電
圧が取出されるようにしている。そして、このC点の電
圧信号は比較回路30に供給して、設定された比較電圧Re
fと比較し、制御素子23らに流れる電流が増大して、C
点の電位が比較電圧Refを越えて下降するようになった
ときに、逆流防止用のダイオード28を介して比較回路25
の負側端子に、基準電圧の補正電圧を供給するようにし
ている。その他の部分は第1図で示した実施例と同様で
あるので、同一符号を付してその説明は省略する。
FIG. 2 shows another embodiment. In this embodiment, resistors R5 and R6 are connected in series with the control element 23 to correspond to the amount of current flowing from the point C to the control element 23. The voltage is taken out. Then, the voltage signal at the point C is supplied to the comparison circuit 30 to set the comparison voltage Re
Compared with f, the current flowing through the control element 23 increases and C
When the potential at the point starts to drop below the comparison voltage Ref, the comparison circuit 25 is passed through the backflow prevention diode 28.
The correction voltage of the reference voltage is supplied to the negative terminal of the. The other parts are the same as those in the embodiment shown in FIG. 1, and therefore the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

すなわち、この実施例にあっては負荷23に供給される
負荷電流が比較的少ない状態では、保護動作用の比較回
路25の基準電圧が補正されないようにし、パワー素子21
に流れる負荷電流が異常に増大した状態でのみ、比較回
路25の基準電圧値が補正されるようにしているものであ
る。
That is, in this embodiment, when the load current supplied to the load 23 is relatively small, the reference voltage of the comparison circuit 25 for protection operation is not corrected and the power element 21
The reference voltage value of the comparison circuit 25 is corrected only when the load current flowing in the circuit is abnormally increased.

尚、上記実施例にあっては、パワー素子21としてpチ
ャンネルMOSを使用するようにしているものであるが、
これはnチャンネルMOSを使用するようにしても同様に
実施できるものであり、さらにパワーMOSに限らず、パ
イポーラトランジスタの場合でも同様に実施可能であ
る。
In the above embodiment, the p-channel MOS is used as the power element 21,
This can be similarly implemented by using an n-channel MOS, and can be similarly implemented not only by the power MOS but also by a bipolar transistor.

さらに温度検出素子29部は、実施例においては温度特
性を有する複数のダイオードを直列接続して構成するよ
うにしたが、これは温度特性を有するものによって適宜
構成できるものであり、例えば温度特性の異なる抵抗の
比、バンドギャップ回路内の電位、ツェナーダイオード
電圧等を用いて構成することもできる。また直流駆動に
よって制御されるパワー素子を使用する場合、温度差は
かなり小さくなるが、この場合は第2図の実施例で示し
たように過大電流のみを検出し、この過大電流が検出さ
れたときのみ、比較回路25の基準電圧を補正するように
すればよい。
Further, the temperature detecting element 29 part is configured by connecting a plurality of diodes having a temperature characteristic in series in the embodiment, but this can be appropriately configured by having a temperature characteristic. It can also be configured using different resistance ratios, potentials in the bandgap circuit, Zener diode voltage, and the like. Further, when a power element controlled by direct current drive is used, the temperature difference becomes considerably small, but in this case, only the excessive current was detected as shown in the embodiment of FIG. 2, and this excessive current was detected. Only at that time, the reference voltage of the comparison circuit 25 may be corrected.

これまでの実施例においては、制御素子素子24に流れ
る電流に対応した信号を、比較回路25の基準電圧設定部
27に供給し、基準電圧が補正されるようにしていた。し
かし、この補正の対象は温度検出信号であっても同様の
効果が得られる。
In the embodiments so far, the signal corresponding to the current flowing through the control element element 24 is changed to the reference voltage setting section of the comparison circuit 25.
It was supplied to 27 and the reference voltage was corrected. However, the same effect can be obtained even if the object of this correction is the temperature detection signal.

第3図はその実施例を示したもので、基本的には第1
図で示した実施例と同様に構成されているが、温度検出
素子29が電源に接続され、この温度検出素子29が抵抗R7
を介して接地されるようにしている。そして、この温度
検出素子29と抵抗R7と接続点Bが、抵抗R8を介して比較
回路25の負側入力に接続されている。そして、制御素子
23からの電流はダイオード28を介して、比較回路25の負
側入力に供給し、温度検出信号を補正するようにしてい
る。
FIG. 3 shows an embodiment thereof, which is basically the first
The configuration is similar to that of the embodiment shown in the figure, but the temperature detecting element 29 is connected to the power source, and the temperature detecting element 29 is connected to the resistor R7.
It is designed to be grounded via. The temperature detecting element 29, the resistor R7 and the connection point B are connected to the negative side input of the comparison circuit 25 via the resistor R8. And the control element
The current from 23 is supplied to the negative side input of the comparison circuit 25 via the diode 28 to correct the temperature detection signal.

すなわち、この半導体装置にあっては、半導体チップ
の温度に対応してB点の電位が変動するようになるもの
であり、半導体チップの温度が高くなるにしたがって、
B点の電位が上昇されるようになる。そして、半導体チ
ップの温度が正常の状態にあるときには、抵抗R1および
R2によって設定されるA点の基準電位が、B点電位より
低くなるように設定されている。したがって、この状態
では比較回路25からの出力ハイレベルとなり、パワー素
子21はゲート駆動回路26の出力に対応してオン・オフ制
御されて、負荷22に電力を供給している。この場合、制
御素子し23にはパワー素子23に流れる電流に対応した電
流が流れ、温度検出信号を補正している。
That is, in this semiconductor device, the potential at the point B changes in accordance with the temperature of the semiconductor chip, and as the temperature of the semiconductor chip increases,
The electric potential at the point B comes to increase. When the temperature of the semiconductor chip is normal, the resistance R1 and
The reference potential at point A set by R2 is set to be lower than the potential at point B. Therefore, in this state, the output from the comparison circuit 25 is at a high level, the power element 21 is on / off controlled in accordance with the output of the gate drive circuit 26, and supplies power to the load 22. In this case, a current corresponding to the current flowing through the power element 23 flows through the control element 23 to correct the temperature detection signal.

そして、負荷22に大きな電流が流れるような状態とな
ったときは、制御素子23にも大きな電流が流れ、温度検
出素子29で実際に検出した温度よりも高い温度検出信号
を比較回路25に与え、半導体チップを確実に過熱から保
護する動作が実行されるようになるものである。
When a large current flows in the load 22, a large current also flows in the control element 23, and a temperature detection signal higher than the temperature actually detected by the temperature detection element 29 is given to the comparison circuit 25. The operation of surely protecting the semiconductor chip from overheating is performed.

[発明の効果] 以上のようにこの発明に係る電力用半導体装置にあっ
ては、特にパワー素子に過渡的に過大電流が流れるよう
になった場合、すなわち半導体チップのパワー素子部の
温度と温度検出素子部の温度とに差が生じるような場合
に、パワー素子部に流れる電流量に対応して温度検出動
作を実行する保護機能部の基準電圧が補正されるもので
あり、特に過渡的な電流増加によってパワー素子の温度
が急激に上昇するようなときに、半導体チップの温度検
出動作が適切に行われるようになる。したがって、この
半導体装置は熱的な破壊から効果的に保護されるように
なるものである。
[Advantages of the Invention] As described above, in the power semiconductor device according to the present invention, particularly when a transient excessive current flows through the power element, that is, the temperature and temperature of the power element portion of the semiconductor chip. When there is a difference between the temperature of the detection element section and the temperature of the detection element section, the reference voltage of the protection function section that executes the temperature detection operation is corrected according to the amount of current flowing through the power element section. When the temperature of the power element suddenly rises due to the increase in the current, the temperature detecting operation of the semiconductor chip is properly performed. Therefore, this semiconductor device is effectively protected from thermal damage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係る電力用半導体装置の
回路構成を示す図、第2図および第3図はそれぞれこの
発明の他の実施例の回路構成を示す図、第4図は従来の
電力用半導体装置の回路構成を示す図である。 21……パワー素子、22……負荷、23……制御素子、24…
…NAND回路、25……比較回路、27……基準電圧設定部、
29……温度検出素子。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a circuit configuration of another embodiment of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the circuit structure of the conventional power semiconductor device. 21 ... Power element, 22 ... Load, 23 ... Control element, 24 ...
… NAND circuit, 25 …… Comparison circuit, 27 …… Reference voltage setting section,
29 …… Temperature detection element.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 17/08 9447−4M H01L 29/78 657G 17/14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H03K 17/08 9447-4M H01L 29/78 657G 17/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】負荷に動作電力を供給するパワー素子と、 このパワー素子と同一の半導体チップに形成され、この
半導体チップの温度に対応した電気的な信号を発生する
温度検出素子と、 検出すべき基準温度に対応した基準信号を発生する基準
信号発生手段と、 上記温度検出素子から得られた検出信号と上記基準信号
とを比較して、上記半導体チップの温度が上記基準温度
より上昇した状態を検出する比較手段と、 上記パワー素子と共通にゲート制御されるようにした制
御素子と、 上記パワー素子に流れる負荷電流に対応して上記制御素
子に流れるようになる電流に基づき、上記検出信号およ
び基準信号の少なくとも一方を補正する手段とを具備
し、 上記比較手段からの検出出力によって、上記パワー素子
をオフ制御するようにしたことを特徴とする電力用半導
体装置。
1. A power element for supplying operating power to a load, and a temperature detecting element formed on the same semiconductor chip as the power element and generating an electric signal corresponding to the temperature of the semiconductor chip. A reference signal generating means for generating a reference signal corresponding to the reference temperature to be compared with the detection signal obtained from the temperature detection element and the reference signal, and the temperature of the semiconductor chip is higher than the reference temperature. The detection signal based on the comparison means for detecting, a control element that is commonly gate-controlled with the power element, and a current that flows through the control element in response to a load current flowing through the power element. And a means for correcting at least one of the reference signals, and the power output is off-controlled by the detection output from the comparing means. A power semiconductor device and butterflies.
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