JP2870558B2 - 自動車用パワー集積回路 - Google Patents
自動車用パワー集積回路Info
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Description
に対するスイッチングのためのパワー半導体スイッチン
グ素子とその制御回路, 駆動回路等を一つの半導体基板
中および上に構成した自動車用パワー集積回路に関す
る。
バッテリを電源としている。そしてバッテリと負荷であ
る電気装置の間に半導体スイッチング素子が接続され
る。図2は、半導体スイッチング素子と同一半導体基板
中および上に制御回路, 駆動回路等を集積したインテリ
ジェントパワー半導体スイッチを用いた例を示し、バッ
テリ20の正端子と一方の端子が接地される負荷3との間
にインテリジェントパワー半導体ハイサイドスイッチ21
が接続される場合と一方の端子がバッテリ20の正端子に
接続される負荷3の他方の端子にインテリジェントパワ
ー半導体ローサイドスイッチ22が接続される場合とがあ
る。
サイドスイッチを示し、スイッチング素子としてのパワ
ーMOSFET1のゲートに抵抗Rg を介して接続され
る駆動回路, 制御回路等の付属回路11, MOSFET1
2, ツエナダイオード13などを同一半導体基板に備えて
いる。そして、特にパワーMOSFETのソースに接続
される出力端子 (OUT) に誘導性の負荷を接続してス
イッチングを行った場合にターンオフ時にOUT端子が
大きな負の電位になった際、その電位が接続点14の電位
に対してツエナダイオード13のツエナ電圧を越えて負に
深くなると、接続点14からMOSFET12を経て電流が
流れ、Rg を介してパワーMOSFET1にゲート電圧
を印加することにより、パワーMOSFET1自身が出
力オンしてターンオフ時のエネルギーを吸収する。図4
は、インテリジェントパワー半導体ローサイドスイッチ
を示し、パワーMOSFET1のドレイン端子が出力端
子 (OUT) となり、MOSFET12等も含む付属回路
15をMOSFETと同一半導体基板に備え、MOSFE
T1のゲートと抵抗Rg を介して接続されている。
続されたときには、図3のハイサイドスイッチでは、接
地端子 (GND) から電流I1 が付属回路11に流入し、
図4のローサイドスイッチには付属回路15からバッテリ
に向けて電流I2 が流出することにより、付属回路11あ
るいは15が破壊してしまう。これを防止するために、図
5に示すようにハイサイドスイッチ21にはGND端子に
直列に電流流入制限用ダイオード41を、ローサイドスイ
ッチ22には電源端子 (Vcc) に直列に電流流出制限用ダ
イオード42を接続する必要がある。従来このようなダイ
オードは外付けで接続していたが、そのような外部接続
を省略できることが望ましい。しかし、図6に示すよう
に自己分離技術を用いてパワーMOSFETとダイオー
ドを同一基板中に作成した場合にも問題がある。図の右
側はパワーMOSFETの部分で、n+ シリコン基板51
に積層されたn- シリコン層52の表面層内にp+ 領域53
が選択的に形成されp + 領域53の表面層内にさらにn+
ソース領域54が選択的に形成されている。p+領域53の
n- 層52とn+ 領域54にはさまれた部分がチャネル部
で、その上にゲート酸化膜となるシリコン酸化膜55を介
して低抵抗のn+ 多結晶Siからなりゲート端子Gに接続
されたゲート電極56が備えられており、ゲート電極56と
PSG膜57により絶縁され、ソース端子Sに接続された
Al−Si合金よりなるソース電極58はp+ 領域53およびn
+ 領域54に共通に接触している。一方、n+ 層51にはド
レイン電極59が接触している。図の左側はパワーMOS
FETと分離された集積ダイオードで、n- 層52の表面
層内に選択的に形成されたp+ アノード領域61とその表
面層内に選択的に形成されたn+ カソード領域62よりな
り、アノード領域61にはアノード端子Aに接続されたア
ノード電極63が、またカソード領域62にはカソード端子
Kに接続されたカソード電極64が接触している。
2, p+ 領域61, n+ 領域62よりなるnpnトランジス
タ構造が生ずるため、この寄生トランジスタがオンする
ことにより大きな電流が流れて破壊に至りやすい。それ
故、寄生トランジスタの電流増幅率の増大を招くダイオ
ードの逆耐電圧を高くすることは望めないという欠点が
あった。
回路の破壊を防ぐための直列接続ダイオードの逆耐電圧
を自由に選ぶことのできるパワー集積回路を提供するこ
とにある。
めに、本発明の自動車用パワー集積回路は、一つの半導
体素体に形成されたMOS型スイッチング素子およびそ
の付属回路と、その半導体素体の表面上に絶縁膜を介し
て設けられた半導体層にP領域およびN領域を隣接して
形成してなり、P領域が前記付属回路と接続されたダイ
オードと、前記スイッチング素子の一つの主電極に接続
された出力端子と、他の主電極に接続された電源端子
と、ダイオードのN領域に接続された接地端子を備えた
ものとする。そして、出力端子に一方が接地される負荷
を、電源端子にバッテリの正端子をそれぞれ接続し、接
地端子を接地して用いる。さらに電源端子とダイオード
のP領域との間に定電流源が接続されたことも有効であ
る。また、本発明の別の自動車用パワー集積回路は、一
つの半導体素体に形成されたMOS型スイッチング素子
およびその付属回路と、その半導体素体の表面上に絶縁
膜を介して設けられた半導体層にP領域およびN領域を
隣接して形成してなり、N領域が前記付属回路と接続さ
れたダイオードと、前記スイッチング素子の一つの主電
極に接続された出力端子と、ダイオードのP領域に接続
された電源端子と、付属回路に接続された接地端子とを
備えたものとする。そして、出力端子とバッテリの正端
子の間に負荷を、電源端子にバッテリの正端子をそれぞ
れ接続し、接地端子を接地して用いる。
成した半導体素体の表面上に絶縁して設けたダイオード
を、ハイサイドスイッチでは付属回路と接地端子との間
に、ローサイドスイッチでは付属回路と電源端子の間に
挿入することにより、バッテリが逆接続されたときに付
属回路に流入したり、付属回路からバッテリに流出する
電流を阻止するため、付属回路の破壊が防止される。そ
して、このダイオードが半導体素体外にあるため寄生効
果が生ずることがない。また、付属回路の接地側端子と
接地端子の間にダイオードを接続した場合にその付属回
路の接地側端子が地電位に対して負になることによる誤
動作は、ダイオードに向けて電流を流す定電流源を備え
ることにより防止できる。
積回路を示し、図3に示したインテリジェントパワー半
導体ハイサイドスイッチにGND端子側にダイオード4
を挿入したもので、このダイオード4は、図6と共通の
部分に同一の符号を付した図7に示すように、図6と同
様パワーMOSFETを形成したn+ 層51, n- 層52よ
りなる半導体基板の表面のシリコン酸化膜55の上に堆積
した多結晶シリコン層2のp+ 領域71とn+ 領域72とよ
りなる。すなわち、p+ 多結晶シリコン層を堆積したの
ち、その一部に不純物を拡散してn+ 領域72を形成し、
PSG膜57に開けたコンタクトホールでp+ 領域71にア
ノード電極63を、n+ 領域72にカソード電極64を接触さ
せる。このダイオードは、バッテリの電圧12Vより高い
16〜20Vの逆耐圧をもつようにする。1個のダイオード
でそのような耐圧が得られないときには、酸化膜55の上
に複数個のダイオードを形成し、直列接続する。これに
よりバッテリ逆接続時に図3に示したようなGND端子
から付属回路11へ流入する電流I1 を阻止することがで
きる。
示すような問題点がある。図8は、図1に示したICの
OUT端子に誘導負荷8を接続した場合で、多結晶シリ
コンダイオード4を接続したことにより、ターンオフ時
にOUT端子電位がクランプ用ツエナダイオード13のツ
エナ電位を越える負電位になってツエナダイオード13か
らMOSFETに流れる電流I4 が付属回路11から流れ
出る電流I3 に比して大きくなった場合にダイオード4
を流れる電流I5 が負になり、接続点14の電位が地電位
を下まわる状態が生じる。これにより付属回路11の駆動
回路, 制御回路が誤動作を起こす可能性が生じる。従っ
ていかなる動作状態においても電流I4が電流I3 を越
えてはならないという制約が課せられる。
で、電源端子 (Vcc) と接続点14の間に定電流源16を接
続し、I4 <I3 +I6 となるような電流I6 を常に流
すことにより、I5 >0は維持され、接続点14が負の電
位になることはなく、誤動作が防げる。
サイドスイッチを含むパワー集積回路における実施例
で、ローサイドスイッチの電源端子側に図7に示した多
結晶シリコンダイオード4を挿入したものである。これ
により、バッテリ逆接続時に図4に示したような付属回
路15からVcc端子に流出する電流I2 を阻止することが
できる。
イサイドスイッチの場合付属回路に流入する電流、ロー
サイドスイッチの場合付属回路から流出する電流を阻止
する保護用ダイオードを半導体基板内でなく基板表面上
に絶縁膜を介して形成することにより、寄生トランジス
タの駆動による破壊のおそれがなく、またダイオードの
外付けの必要もないので、半導体スイッチを含む自動車
用パワー集積回路の信頼性と付加価値を向上させること
ができた。そして、保護用ダイオードの接続が誤動作を
招くおそれのあるハイサイドスイッチの場合も、定電流
源を配置し、適正な電流を付加することにより、誤動作
を回避することができる。
自動車用パワー集積回路の回路図
びローサイドスイッチへのバッテリ正接続時の回路図
ッチの回路図
ッチの回路図
ッテリ逆接続時に対する保護機能を備えた場合の回路図
を集積した場合の断面図
たパワーMOSFET半導体基板の断面図
回路図
明の実施例の自動車用パワー集積回路の回路図
含む自動車用パワー集積回路の回路図
Claims (5)
- 【請求項1】一つの半導体素体に形成されたMOS型ス
イッチング素子およびその付属回路と、その半導体素体
の表面上に絶縁膜を介して設けられた半導体層にP領域
およびN領域を隣接して形成してなり、P領域が前記付
属回路と接続されたダイオードと、前記スイッチング素
子の一つの主電極に接続された出力端子と、他の主電極
に接続された電源端子と、ダイオードのN領域に接続さ
れた接地端子を備えたことを特徴とする自動車用パワー
集積回路。 - 【請求項2】出力端子に一方が接地される負荷を、電源
端子にバッテリの正端子をそれぞれ接続し、接地端子を
接地して用いる請求項1記載の自動車用パワー集積回
路。 - 【請求項3】電源端子とダイオードのP領域との間に定
電流源が接続された請求項1あるいは2記載の自動車用
パワー集積回路。 - 【請求項4】一つの半導体素体に形成されたMOS型ス
イッチング素子およびその付属回路と、その半導体素体
の表面上に絶縁膜を介して設けられた半導体層にP領域
およびN領域を隣接して形成してなり、N領域が前記付
属回路と接続されたダイオードと、前記スイッチング素
子の一つの主電極に接続された出力端子と、ダイオード
のP領域に接続された電源端子と、付属回路に接続され
た接地端子を備えたことを特徴とする自動車用パワー集
積回路。 - 【請求項5】出力端子とバッテリの正端子の間に負荷
を、電源端子にバッテリの正端子をそれぞれ接続し、接
地端子を接地して用いる請求項4記載の自動車用パワー
集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3087119A JP2870558B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 自動車用パワー集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3087119A JP2870558B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 自動車用パワー集積回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04321773A JPH04321773A (ja) | 1992-11-11 |
JP2870558B2 true JP2870558B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=13906070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3087119A Expired - Lifetime JP2870558B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 自動車用パワー集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2870558B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6804096B2 (en) | 2001-07-27 | 2004-10-12 | Denso Corporation | Load driving circuit capable of raised accuracy detection of disconnection and short circuit of the load |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1079472A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-03-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体集積回路 |
JP2007019812A (ja) * | 2005-07-07 | 2007-01-25 | Yazaki Corp | 電源の逆接続保護機能を備えた負荷駆動装置 |
JP5217849B2 (ja) | 2008-09-29 | 2013-06-19 | サンケン電気株式会社 | 電気回路のスイッチング装置 |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3087119A patent/JP2870558B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6804096B2 (en) | 2001-07-27 | 2004-10-12 | Denso Corporation | Load driving circuit capable of raised accuracy detection of disconnection and short circuit of the load |
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JPH04321773A (ja) | 1992-11-11 |
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