JP2731119B2 - 半導体パワー素子およびその遮断回路 - Google Patents

半導体パワー素子およびその遮断回路

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JP2731119B2
JP2731119B2 JP6214631A JP21463194A JP2731119B2 JP 2731119 B2 JP2731119 B2 JP 2731119B2 JP 6214631 A JP6214631 A JP 6214631A JP 21463194 A JP21463194 A JP 21463194A JP 2731119 B2 JP2731119 B2 JP 2731119B2
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    • H03K2017/0806Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体パワー素子およ
びその遮断回路に関し、より詳しくは新規な過温度およ
び過電流保護回路を同じ半導体チップに集積したパワー
MOSFET等の半導体パワー素子およびその遮断回路
に関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】パワーMOSFETは周知で
ある。特によく知られているパワーMOSFETは、カ
リフォルニア州 エル・セグンド所在のインターナショ
ナル・レクチファイヤー社(Internationa
l Rectifier Corporation o
f El Segundo, California)
より、登録商標「HEXFET」として製造および販売
されている。かかるパワーMOSFETは少なくとも1
ワットの電力を取り扱うのに適し、かつ、素子のゲート
電極とソース電極との間に低電圧の制御信号を印加およ
び除去することによりオンおよびオフ切替えを行うこと
ができる。それらは、TO−220型パッケージのよう
な種々の外装形式に外装されており、このTO−220
型パッケージは、電気回路中にて接続するために、ゲー
ト、ソースおよびドレインの3本の端子を有しているの
が普通である。
【0003】上記ソース電極とドレイン電極との間に流
れる電流が、たとえば定格電流の5倍を越えるとかの特
定の値になる、もしくはチップ温度が、たとえば150
℃を越えるとかのある温度になると、パワーMOSFE
Tをオフさせるか、もしくは、そのような対策がとられ
ていない場合では、パワーMOSFETが接続されてい
る回路を制御することが望ましいことが知られている。
いくつかの周知の素子は高電流と高温度のいずれかに応
答して、また、他のものは両方の条件に応答してパワー
MOSFETをオフさせるように機能する。
【0004】たとえば、ある周知の素子では、小さいバ
イポーラサイリスタチップがパワーMOSFETのチッ
プに接着されていて、上記MOSFETチップの温度が
所定値を越えるとオンになって上記MOSFETのゲー
トを上記MOSFETのソースに接続するようになって
いる。この素子はしかしながら、熱時定数が長すぎて、
回路短絡に対する保護が得られない問題がある。
【0005】他の周知の素子では、エミッタおよびコレ
クタ電極がパワーMOSFETのゲートとソース端子と
の間に小さいバイポーラトランジスタを接続している。
上記バイポーラトランジスタのベース・エミッタ回路が
上記パワーMOSFETのソース回路の電圧降下抵抗と
並列接続されていて、それにより回路短絡時に上記バイ
ポーラトランジスタがオンして上記パワーMOSFET
のゲートを上記ソースに短絡することで電流を制限して
いる。しかしながら、もしも短絡電流に達しない高電流
が上記パワーFETに流れた場合、上記制御バイポーラ
トランジスタは上記パワーMOSFETの駆動を単に抑
えるだけであって、素子には非常に多くの電力が消費さ
れて素子が破壊する可能性がある。そのうえに、この回
路は上記パワーMOSFETチップの温度をモニタする
ようになっている。
【0006】3番目の周知の装置では、主電流に対応す
る出力信号を発生するために使用される限られた数のM
OSFETのセルを有するとともに、MOSFETチッ
プの温度をモニタする温度モニタ回路を有する電流検出
パワーMOSFETを用いている。これらの機能のため
の回路は上記パワーMOSFETチップに集積されてい
るが、これらの回路へ電力を供給するために補助電源を
必要とする。この補助電源は、ソース端子、ドレイン端
子およびゲート端子に加わって用いられた4番目の端子
を介して上記パワーMOSFETに印加されるようにな
っている。したがって、この素子は従来からあるパワー
MOSFETとピン互換性を有していない。
【0007】4番目の周知の素子は電流検出および温度
検出を行えるようになっているとともに、ゲート、ソー
スおよびドレインの3本のピンしか有していないが、こ
の素子は故障が発生した場合に入力電流を制限するため
に、ゲートピンとゲート電極との間に4キロオームの電
圧降下抵抗を接続している。上記保護回路は、所定の過
電流もしくは過温度時に上記パワーMOSFETをオフ
させるために、上記パワーMOSFETのゲート端子と
ソース端子との間に接続した補助MOSFETをオンさ
せるように動作する。
【0008】上記素子の電圧降下抵抗の抵抗値は詳細な
設計とのかね合いにより決まる。したがって、上記抵抗
の値があまりにも低いと、オフのMOSFETを介して
ピンから大きな電流が取り出されることになるし、逆
に、上記抵抗の値があまりにも高いと、主パワーFET
のスイッチング時間が増加することになる。
【0009】上記4番目の周知の素子としてのより具体
的なものを、図1を参照しながら説明する。
【0010】図1には、過温度および過電流保護回路を
有する、従来のパワーMOSFETが示されている。こ
のパワーMOSFETはゲート、ドレインおよびソース
端子10,11および12を有する通常のパワー部を有
する。このパワー部を有する同じチップに、4キロオー
ムの抵抗13、制御MOSFET14および保護回路1
5を含む制御部が集積されている。上記ソース端子は内
部保護回路のための接地端子として作用している。図示
されていないが、MOSFETの上記パワー部は、上記
保護回路15へソース電流情報を供給する電流検出部を
有することもある。単にゲートもしくは入力ピンとも呼
ばれる入力端子16は、端子ピン11および12に加え
て素子の第3端子ピンを構成している。したがって、上
記素子は、保護回路が集積化されていないパワーMOS
FETとピン互換性を有している。
【0011】動作を説明すると、上記保護回路には、5
ないし10ボルトの動作電力が入力ピン16を介して供
給されている。故障がない場合には、MOSFET14
はオフで抵抗13には電流が流れない。故障状態が発生
すると、MOSFET14はオンとなり、その時のMO
SFET14のオン抵抗値が200オームとすると、ピ
ン16への供給電圧が5ボルトないし10ボルトであれ
ば、1250マイクロアンペアから2500マイクロア
ンペアの電流が抵抗13を流れるようになる。
【0012】抵抗13の上記抵抗値は、既に述べたよう
に、その抵抗値が高くなるとともに増加する上記パワー
MOSFETのスイッチング時間と、抵抗13の抵抗値
が減少するにつれて増加する入力ピン16から流出する
電流との間のかね合いにより決まる。抵抗値が4000
オームであれば、スイッチング時間は約15マイクロセ
コンドであり、その時の入力が10ボルトであれば上記
入力端子から3ないし4ミリアンペアの電流が流出す
る。
【0013】
【発明の要旨】本発明によれば、パワーMOSFETの
ゲートピンに入力する入力電圧は、第1直列接続制御M
OSFETを介してゲート電極に供給される。第2制御
MOSFETは上記パワーMOSFETのゲート電極と
ソース電極との間に接続されている。上記第1MOSF
ETのゲートおよび第2MOSFETのゲートは、与え
られた故障状態に応じて第1MOSFETがオフし、第
2MOSFETがオンするように保護回路の出力により
制御される。上記保護回路は、上記直列MOSFETへ
の入力電源電圧により電源が供給される。オンとなる
と、上記第2MOSFETは約200オームの抵抗を有
する。したがって、メインのパワー素子のスイッチング
時間は、4000オームの抵抗を使用した従来のものの
スイッチング時間よりも約20倍速くなる。上記ゲート
ピンから上記直列MOSFETを介して取り出される電
流は、典型的に、660マイクロアンペアであるが、し
かし上記電流を取り出す保護回路の設計により低くする
ことができる。
【0014】上記保護回路は、過電流もしくは過温度が
上記保護回路により検出されると、上記第1MOSFE
Tが入力電圧から上記ゲートを隔離して上記ゲートピン
へ流れ込む電流を制限するためにオフするとともに、上
記第2MOSFETが上記パワーMOSFETのゲート
をそのソースへ短絡するためにオンし、上記素子を高速
でオフさせる。
【0015】上記した新規な発明は、全ての電圧および
電流領域にわたっていかなるパワーMOSFET形素子
にも適用することができる。これは素子のオンとオフと
の切替を制御するために金属−酸化物−半導体ゲートを
使用することを含むとともに、IGBT,パワー集積回
路、金属−酸化物−半導体ゲートを有する制御サイリス
タ(MCTs)および前記したHEXFETのようなパ
ワーFETを明らかに含んでいる。
【0016】本発明のいま一つの特徴によれば、新規な
「ブートストラップ」回路が上記パワーMOSFETの
入力ゲート電圧よりも高いゲート電圧を上記した直列M
OSFETに供給するために設けられている。より詳し
くは、上記パワーMOSFETがNチャンネル素子であ
る場合には、上記直列MOSFETはまたNチャンネル
素子であって、上記直列MOSFETをオンさせるゲー
ト電圧は入力ゲート電圧よりも高くなければならない。
新規な上記ブートストラップ回路は、すべてNチャンネ
ルのMOSFETを使用するとともに、チャージされる
と、上記直列MOSFETのゲートの電圧を上記ゲート
ピンの電圧を越えて増加させ、その結果、上記パワーM
OSFETのゲートピンに電圧が印加されると上記直列
MOSFETはオンすることができる。
【0017】本発明のさらにいま一つの特徴として、新
規な温度遮断回路および設定温度を調整するための新規
な調整回路を備える。新規な温度遮断回路は、温度とと
もに増加する制御MOSFETのためのゲート電圧を発
生するように構成された第1トランジスタ回路と、負の
温度係数を有する入力しきい値を有する第2トランジス
タ回路(インバータ)を有する。これらの2つの出力特
性は、それらの交点がしきい値温度を規定し、このしき
い値温度に達すると、メインのパワーMOSFETのオ
フをトリガする出力が発生するように組み合わされる。
上記交差点の正確な値は、上記回路の零温度係数セグメ
ント内にトランジスタの動作領域を調整することにより
調整することができる。
【0018】本発明のさらなる特徴は、N-基板がパワ
ーMOSFETのソースに関して負の電位となると、上
記パワーMOSFETの制御構成部分を含むP形井戸部
の導通を防止する新規な構成および回路である。より詳
しくは、新規なバイポーラスイッチングトランジスタが
上記P形井戸部に近接して基板に組み込まれる。このト
ランジスタは、そのコレクタが上記P形井戸部に接続さ
れており、上記ソースに関して上記N-基板が負となる
と、上記バイポーラトランジスタは上記P形井戸部をN
-基板へ短絡し、上記P形井戸部とN-部との接合部分に
形成されるダイオードの導通を阻止する。
【0019】
【実施例】本発明の他の特徴および利点は、添付の図面
を参照しながら行う以下の本発明の実施例の説明から明
らかとなろう。
【0020】図2に示した本発明の回路では、図1を参
照しながら説明した保護回路を動作させるのに必要な電
圧Vccを供給しているが、はるかに高いスイッチング
速度を有するとともに、上記入力端子から流出する電流
が大幅に少なくなっている。より詳しくは、図2におい
て、図1のものと同様の構成部分には同じ符号を付して
いるが、図2では、上記パワーMOSFETは、たとえ
ばIGBTもしくは金属−酸化物−半導体ゲートを有す
るサイリスタ等の金属−酸化膜−半導体ゲートを有する
素子であってもよい。
【0021】本発明においては、図1の抵抗13の代わ
りにMOSFET20を用いており、このMOSFET
20は、MOSFET14と同様に、上記保護回路15
からの出力により、MOSFET14と20とは逆位相
で動作するように制御される。
【0022】したがって、メインのパワーMOSFET
をオンさせる電圧が端子16に現れると、上記MOSF
ET14がオフ、MOSFET20がオンとなって上記
パワーMOSFETのゲート端子10に端子16の入力
電圧が印加される。上記MOSFET20は約200オ
ームの抵抗を発生するように設計されている。したがっ
て、上記MOSFET20のオン・オフスイッチング時
間に対する影響は非常に小さく、上記オン・オフスイッ
チング時間は、図1の4000オームの抵抗を有するも
のよりも20倍も速い。
【0023】簡単な工程で図2の回路を実現するために
は、上記メインパワーMOSFETがNチャンネルの素
子であり、かつ上記MOSFET20もNチャンネルM
OSFETであることが望ましい。MOSFET20を
オンさせるゲート電圧は、上記ピン16の電圧よりも高
いが、必ずしもそうする必要はない。
【0024】本発明によれば、MOSFET20がNチ
ャンネル素子である場合にそれを動作させるのに十分が
高ゲート電圧を発生するために、図3に示した、新規な
「ブートストラップ(boot−strap)」回路が
設けられている。
【0025】図3を参照すると、図2の構成部分と同様
の構成部分には同じ符号が付されている。したがってピ
ン16は、上記メインパワーMOSFETのゲート10
にMOSFET20と直列に接続され、MOSFET1
4はピン16とMOSFET20とをピン12に接続し
ている。
【0026】図3のブートストラップ回路には、MOS
FET14とMOSFET20との接続点と、MOSF
ET20のゲート電極と空乏層形トランジスタ32との
接続点31との間に接続されたブートストラップキャパ
シタ30が設けられている。上記空乏層形MOSFET
32は、空乏層形MOSFET33のゲートおよびソー
スに接続されている。接続点31は、端子35に接続さ
れたゲートを有する遮断駆動MOSFET34に接続さ
れており、端子35には、オフ情報を発生する「スマー
ト(smart)」回路から上記メインパワーMOSF
ETをオフさせる入力が供給されるようになっている。
【0027】図3の回路には付加の空乏層形MOSFE
T36も備えており、この空乏層形MOSFET36
は、端子16における信号に応答して上記パワー部のオ
フを確実にするために、ダイオードとして作用する、上
記パワー部およびMOSFET37の持続的なオンを保
証する電流路を付加する。
【0028】図3のブートストラップ回路の動作は以下
の通りである。すなわち、電圧Vccが端子16に印加
されると、MOSFET39がオフであるから上記接続
点38の電位はVccに追随する。その後上記トランジ
スタ32がオンして接続点31はVccへチャージされ
始める。接続点31がVccであるから、MOSFET
20は半ばオンして、上記パワーMOSFETのゲート
端子10をチャージし始める。端子10の電圧がMOS
FET39のしきい値に達すると、MOSFET39は
オンする。同時に、接続点38は接地電位へ降下し、そ
の結果、MOSFET32はオフする。接続点31は浮
動状態となり、キャパシタ30はチャージされたたまま
であり、MOSFET20は完全にオン状態となる。こ
のスイッチング過程の終わりには、接続点31の電圧は
理論的にはVccの2倍である(しかし、漏洩および電
荷共用(charge sharing)のために2倍
値より小さくなる)。上記ブートストラップキャパシタ
30は1ピコファラッドのキャパシタである。
【0029】上記回路の情報部からの出力に応答して上
記パワー部をオフするためには、MOSFET34をオ
ンとして上記MOSFET14および上記パワー回路を
オフさせるために信号を端子35に印加する。
【0030】図3に示した全ての部品はNチャンネルの
素子であって、上記パワー部と同じシリコンチップに集
積されている。
【0031】上記情報回路の一つが図4に示されてお
り、この情報回路は図2および図3のVccから電源が
供給されるとともに、所定の過温度状態が検出されると
オフ信号を端子35へ供給する。図4において、上記ピ
ン16は、定電流源であるMOSFET40に接続さ
れ、そしてMOSFET41にも接続されている。上記
MOSFET41は他のMOSFET42ないし46と
並列に接続され、これらMOSFET42ないし46
は、後述するように上記回路から除去することができる
調整領域(trimmer area)である。
【0032】ある選択された工程に対して好ましくは約
1.6ボルトの上記接続点50の電位が、トランジスタ
41とその並列トランジスタ42ないし46の領域をト
リミングすることにより定まるように、上記接続点50
での温度係数を零としている。接続点50は、その電位
gONがトランジスタ41(負の温度係数を有する)の
上記しきい値電圧VTHとID/gmとの和として表わすこ
とができるので、一定の電圧を有する。ここでIDはト
ランジスタ41のドレイン電流であり、gmはトランジ
スタ41の相互コンダクタンスである。gmは負の温度
係数を有しているので、ID/gmは正の温度係数を有し
ている。
【0033】上記のことが図5に図示されている。この
図5において、VgONはトランジスタ41の所定のドレ
イン電流に対して定まった値である。
【0034】より詳しくは、図5に示された曲線は、 ID=Kp(Vgs−VTH2 で表される。上記VgONは、 VgON=VTH+(ID/KP1/2 と表される。ここで、KPは負の温度係数を有する。KP
が負の温度係数を有しているので、(ID/KP1/2
温度係数は正である。
【0035】電流IDが小さいときは、上記値VTHが支
配的となり、全体的には負の温度係数を生じる。電流I
Dが大きいときには、上記値(ID/KP1/2が支配的と
なり、正の温度係数を生じる。
【0036】しかしながら、 (∂VgON/∂θ)=0 のときには、IDの値はただ一つ存在する。
【0037】この値は、後に説明するように、上記回路
のトリミング点を表わしている。
【0038】図4の接続点50の電位は、MOSFET
52と直列に接続されて電流源として動作しているMO
SFET41に接続されている。接続点53の電圧は正
温度係数を有するとともに、MOSFET54のゲート
に印加される。MOSFET54はMOSFET55に
接続されている。
【0039】接続点56の電圧を考察すると、一定の所
定値よりも高い温度では上記MOSFET54はオンす
るが、上記所定値よりも低い温度ではそれはオフのまま
であることが分かる。この動作は図6に示されている。
この図6において曲線V53は接続点53の電圧(正の温
度係数)であり、VTHはトランジスタ54のしきい値電
圧(負の温度係数)である。これらの曲線の交点で遮断
温度TSHUTDOWNが定まる。というのは、この値T
SHUTDOWNよりも高い温度はMOSFET54をオンさせ
る一方、この値よりも低い温度は上記MOSFET54
をオフのままとするからである。
【0040】接続点56の電圧は論理反転回路を介して
図3の遮断入力端子35に印加される。したがって、上
記パワーMOSFETを含むチップ温度が図6の遮断温
度TSHUTDOWNを越えると、上記パワー部がオフする。M
OSFET52は正のフィードバック回路を形成すると
ともに、TSHUTDOWNの値にいくらかのヒステリシスを付
与している。
【0041】前記したように、トランジスタ41ないし
46の大きさは接続点50での温度係数が零となるよう
に調整(Trim)されなければならない。この調整
は、トランジスタ41ないし46に異なった領域を配分
するとともに、接続点50にて所望の温度補償が行われ
るようにするために除去する必要のあるこれらトランジ
スタを開回路とすることにより達成される。このための
一例としては、プローブパッド60ないし64をそれぞ
れトランジスタ46ないし42に設けて、図示しない各
々のツェナーダイオードに接続し、上記回路からトラン
ジスタ42ないし46のうちの一つ以上を除去するに当
たっては、上記パッドに印加されている電位を短絡させ
ることにより対応する前記ツェナーダイオードを破壊す
ることが考えられる。この調整を行うためには、チップ
を温度160℃に保持し、良好な温度補償を行うのにど
のトランジスタ領域を除去すべきかを決定するために2
分探索法(binary serch)を行う。これに
より、必要なツェナーダイオードを破壊して、周知の手
法により対応するトランジスタを短絡させるのである。
【0042】次に図7に、パワーMOSFETの接合部
のパターンの一部分および説明した制御回路を保持して
いるP形の井戸部の断面を示す。特に、図7にはN-
ピタキシャル領域内に拡散された複数のP+ベースセル
部を含むチップの断面が示されている。一般に、上記エ
ピタキシャル領域はN+基板の上に形成されており、こ
のN+領域はその底部にドレイン電極74を有してい
る。上記N-領域の表面の上部には数千個を越える多数
のセルを使用することができ、その場合、これらのセル
は、対称に配置される。これらのセルの形態は所望の幾
何学的形状を採用することができるが、六角形,長方形
もしくは正方形のような多角形状を有していてもよい。
上記パワー部も櫛歯状の幾何学的形態をしていてもよ
い。
【0043】各ベースセルはP領域内に反転チャンネル
領域を構成するためにそれぞれのN+ソース領域を含ん
でおり、上記反転領域はゲート酸化物で覆われ、次にポ
リシリコンゲート75ないし78により覆われている。
上記ゲートは絶縁されているとともに、ソース電極79
が上記ゲートおよびパワー部を被覆している。
【0044】前記した全ての制御MOSFETを含む他
の構成部分は、P形井戸部80として示されている、好
ましくは一個またはそれ以上のP形井戸部に形成されて
いる。
【0045】上記パワー部の動作中に、上記N-基板が
上記ソース電極79に対して負にバイアスされることが
判明した。したがって、上記P形井戸部80が電極79
(図2のソース)に直接、接続されると、上記接合部8
1は順方向バイアスされる。これにより上記P形井戸部
内へ少数キャリヤが注入されて、それは上記P形井戸部
の構成部分の動作と干渉する。
【0046】本発明の他の特徴によれば、P形のベース
91およびN+形のコレクタ92からなるバイポーラト
ランジスタ手段90がN-基板に形成されている。上記
-基板はトランジスタのエミッタである。上記ベース
91はソース端子12に接続される接触部93を有し、
かつ上記P形井戸部は10オームの抵抗95を介してソ
ース12にまた接続された接触部94を有している。実
際に使用する抵抗値は、制御回路のバイアス電流による
ソースに対する制御回路の接地電位の著しいオフセット
が生じないほど、小さい値でなければならない。N+
域92は導体96を経由して接触部94に接続されてい
る。
【0047】動作を説明すると、もし上記N-領域が上
記ソース端子12に対して負になると、上記トランジス
タ90がオンする。上記N+領域の電位、したがってP
形井戸部80の電位はN-形基板の電位に引き下げられ
て、接合部81の順方向バイアスを防止する。
【0048】本発明をその特別な実施例に関して説明し
てきたが、多くの他の変形および改変および他の用法が
当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、以
上に説明した特定の実施例に限定されるものではなく、
どちらかといえばむしろ添付の特許請求の範囲によって
のみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のパワーMOSFETのための過電流お
よび過温度制御回路を示す概略回路図である。
【図2】 ゲート供給回路から制御回路の電力を取り出
すための本発明にかかる新規な回路の回路図を示す概略
回路図である。
【図3】 NチャネルパワーMOSFETにおいてNチ
ャネル制御MOSFETを使用するために本発明ととも
に使用される新規なブートストラップ回路の回路図であ
る。
【図4】 図3および図4の回路とともに使用するため
の新規な温度遮断回路図である。
【図5】 図4の回路の特性曲線を示す説明図である。
【図6】 図4の回路の特性曲線を示す説明図である。
【図7】 チップに集積された制御回路を受け入れるた
めのP形井戸部を有するパワーMOSFETチップの断
面を示すとともに、P形井戸部/N-形基板接合の順方
向バイアスを防止する新規な回路を示す素子断面図であ
る。
【符号の説明】
10 ゲート端子 11 ドレイン端子 12 ソース端子 13 抵抗 14 制御MOSFET 15 保護回路 16 入力端子 20 MOSFET 30 ブートストラップキャパシタ 31 接続点 32 空乏層形MOSFET 33 空乏層形MOSFET 34 遮断駆動MOSFET 35 端子 36 空乏層形MOSFET 37 MOSFET 38 接続点 39 MOSFET 40 MOSFET 41 MOSFET 42 MOSFET 43 MOSFET 44 MOSFET 45 MOSFET 46 MOSFET 50 接続点 51 MOSFET 52 MOSFET 53 接続点 54 MOSFET 55 MOSFET 56 接続点 60 プローブパッド 61 プローブパッド 62 プローブパッド 63 プローブパッド 64 プローブパッド 74 ドレイン電極 75 ポリシリコンゲート 76 ポリシリコンゲート 77 ポリシリコンゲート 78 ポリシリコンゲート 79 ソース電極 80 P型井戸部 81 接合部 90 バイポーラトランジスタ 91 P形のベース 92 N+形のコレクタ 93 接触部 94 接触部 95 抵抗 96 導体

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一チップに集積された故障状態応答式
    制御回路を有する金属−酸化物−半導体ゲートを有する
    半導体パワー素子であって、上記チップは上記素子のた
    めのパワー部を含んでおり、上記パワー素子は第1およ
    び第2主電極を有するとともに、上記第1および第2主
    電極間の電流の導通を制御するためのゲート電極を有す
    る半導体チップを含み、上記素子は少なくとも第1、第
    2および第3接続ピンを有し、上記第1および第2接続
    ピンは上記第1および第2主電極にそれぞれ接続され、
    上記故障状態応答式制御回路は上記半導体チップ内の少
    なくとも一つの分離した井戸部領域に形成されていて、
    予め定められた故障状態に応答して上記ゲート電極への
    信号をオフさせて上記素子をオフにするようになってお
    り、上記故障状態応答式制御回路がその構成部分のバイ
    アスおよび動作のために必要な制御電圧Vccのための入
    力端子を有し、かつ、上記第3接続ピンと上記ゲート電
    極との間に接続された第1制御MOSFETと、上記ゲ
    ート電極と上記第1および第2主電極の一つとの間に接
    続された第2制御MOSFETとからなり、上記故障状
    態応答式制御回路の上記入力端子が上記第3ピンと上記
    第1制御MOSFETとの間の接続点の電圧に接続され
    ており、上記故障状態応答式制御回路は上記第1制御M
    OSFETをオフさせることにより上記パワー部をオフ
    させるとともにモニタされている故障状態に応答して上
    記第2制御MOSFETをオンさせ、上記故障状態応答
    式制御回路が調整可能な温度遮断回路を更に有し、該調
    整可能な遮断回路はチップ温度の上昇とともに上昇する
    出力信号を発生するための正温度係数回路手段を含み、
    チップ温度が増加すると減少する入力しきい値を有する
    負温度係数回路と、温度により変化しない固定の基準出
    力を確立するために上記正および負の温度係数回路に結
    合された電流源手段と、チップ温度が予め定められた温
    度を越えると上記パワー部をオフさせる出力信号を発生
    させる回路手段とを含み、前記電流源手段が上記固定基
    準出力値を調整するためにチャンネル幅が調整可能なM
    OSFET素子を含むことを特徴とする半導体パワー素
    子。
  2. 【請求項2】 上記第1制御MOSFETの抵抗が実質
    的に4000オームよりも小さく、かつ上記素子が正常
    状態のときに上記ゲートピンから取り出される電流が約
    1ミリアンペアよりも小さいことを特徴とする請求項1
    記載の半導体パワー素子。
  3. 【請求項3】 上記故障状態応答式制御回路が上記第1
    と第2主電極の間の予め定められた過電流に応答すると
    ともに、所定値を越えるチップ温度に応答することを特
    徴とする請求項1記載の半導体パワー素子。
  4. 【請求項4】 上記故障状態応答式制御回路が上記第1
    と第2主電極の間で予め定められた過電流に応答すると
    ともに、所定値をこえるチップ温度に応答することを特
    徴とする請求項2記載の半導体パワー素子。
  5. 【請求項5】 上記パワー部がパワーMOSFETを構
    成していることを特徴とする請求項1記載の半導体パワ
    ー素子。
  6. 【請求項6】 上記パワー部が金属−酸化物−半導体ゲ
    ートを有する半導体素子を構成していることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体パワー素子。
  7. 【請求項7】 同一チップに集積された故障状態応答式
    制御回路を有する金属−酸化物−半導体ゲートを有する
    半導体パワー素子であって、上記チップは上記素子のた
    めのパワー部を含んでおり、上記パワー素子は第1およ
    び第2主電極を有するとともに、上記第1および第2主
    電極間の電流の導通を制御するためのゲート電極を有す
    る半導体チップを含み、上記素子は少なくとも第1、第
    2および第3接続ピンを有し、上記第1および第2接続
    ピンは上記第1および第2主電極にそれぞれ接続され、
    上記故障状態応答式制御回路は上記半導体チップ内の少
    なくとも一つの分離した井戸部領域に形成されていて、
    予め定められた故障状態に応答して上記ゲート電極への
    信号をオフさせて上記素子をオフにするようになってお
    り、上記故障状態応答式制御回路がその構成部分のバイ
    アスおよび動作のために必要な制御電圧Vccのための入
    力端子を有し、かつ、上記第3接続ピンと上記ゲート電
    極との間に接続された第1制御MOSFETと、上記ゲ
    ート電極と上記第1および第2主電極の一つとの間に接
    続された第2制御MOSFETとからなり、上記故障状
    態応答式制御回路の上記入力端子が上記第3ピンと上記
    第1制御MOSFETとの間の接続点の電圧に接続され
    ており、上記故障状態応答式制御回路は上記第1制御M
    OSFETをオフさせることにより上記パワー部をオフ
    させるとともにモニタされている故障状態に応答して上
    記第2制御MOSFETをオンさせる半導体パワー素子
    において、 上記パワー部がN-チャンネル素子であって上記第1お
    よび第2制御MOSFETがNチャンネル素子であり、
    上記故障状態応答式制御回路がブートストラップ回路を
    含んでいて、このブートストラップ回路が正常動作中に
    上記第1制御MOSFETをオンさせることができる電
    圧を発生するために上記第3ピンの電圧よりも高い電圧
    にチャージするキャパシタ手段を含むことを特徴とする
    半導体パワー素子。
  8. 【請求項8】 上記故障状態応答回路が調整可能な温度
    遮断回路を含み、上記調整可能な遮断回路がチップ温度
    の上昇とともに増加する出力信号を発生するための正の
    温度係数を有する回路手段を含んでおり、チップ温度が
    上昇するにつれて減少する出力信号を発生する負の温度
    係数を有する回路と、固定された基準温度表示を確立す
    るために上記正および負の温度係数を有する回路の出力
    を比較する比較手段と、上記チップ温度が予め定められ
    た温度を越えると上記パワー部をオフさせる出力信号を
    発生させる回路手段とを含むことを特徴とする請求項7
    記載の半導体パワー素子。
  9. 【請求項9】 分離された井戸部領域がN形基板中のP
    形井戸部であり、制御トランジスタ手段がN形基板に集
    積されていてこのN形基板および上記P形井戸部にそれ
    ぞれ接続された第1および第2主電極を有するととも
    に、上記第1主電極の電位を有する制御電極を有してお
    り、上記P形井戸部が上記基板に対して正にバイアスさ
    れると、上記制御トランジスタ手段が上記P形井戸部と
    上記N形基板との接合部のオンを防止するために上記N
    形基板の電位へ上記P形井戸部を接続するためにオンす
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体パワー素子。
  10. 【請求項10】 上記制御トランジスタ手段がバイポー
    ラトランジスタであることを特徴とする請求項9記載の
    半導体パワー素子。
  11. 【請求項11】 共通の半導体チップに集積されたパワ
    ー部および故障応答式制御部を有する金属−酸化物−半
    導体ゲートを有する半導体パワー素子であって、上記パ
    ワー部がソース電極を有し、上記制御部がN形基板のP
    形井戸部に形成されており、トランジスタ手段が上記N
    形基板に集積されるとともに上記N形基板と上記P形井
    戸部にそれぞれ接続された第1および第2主電極を有
    し、かつ上記ソース電極の電位に接続された制御電極を
    有し、上記P形井戸部が上記基板に対して正にバイアス
    されると、上記トランジスタ手段が上記P形井戸部を上
    記N形基板の電位へ接続するためにオンし、上記P形井
    戸部と上記N形基板との間の接合部のオンを防止するこ
    とを特徴とする半導体パワー素子。
  12. 【請求項12】 上記制御トランジスタ手段がバイポー
    ラトランジスタであることを特徴とする請求項11記載
    の半導体パワー素子。
  13. 【請求項13】 金属−酸化物−半導体ゲートを有する
    パワー素子のゲートに接続される調整可能な遮断回路で
    あって、該調整可能な遮断回路がチップ温度の上昇とと
    もに上昇する出力信号を発生するための正温度係数回路
    手段を含み、チップ温度が増加すると減少する入力しき
    い値信号を有する負温度係数のコンパレータと、温度に
    関して不変な固定の基準出力を確立するための上記正お
    よび負の温度係数を有する回路に接続された電流源手段
    と、チップ温度が予め定められた温度を越えると金属−
    酸化物−半導体ゲートを有する上記素子をオフさせる出
    力信号を発生させる回路手段とを含み、上記電流源手段
    が上記固定基準出力値を調整するためにチャンネル幅が
    微調整可能なMOSFET素子を含むことを特徴とする
    調整可能な遮断回路。
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