JP3118349B2 - 温度センサを備える集積回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１つのチップで複数の
負荷を駆動し、また各負荷の過負荷状態を検出すること
ができる温度センサを備える集積回路に関し、特にその
構造および回路の設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、典型的な従来技術の集積回路１
の構造を示す平面図である。この集積回路１では、単一
のチップ上に４つの負荷駆動回路ｄ１〜ｄ４（総称する
ときは参照符ｄで示す）が形成されており、したがって
４チャネルの負荷を個別的に制御することができる。

【０００３】各負荷駆動回路ｄは、各種システムやセン
サからの信号を入力処理し、マイクロコンピュータなど
に信号を出力したり、マイクロコンピュータの出力信号
を処理し、システムを制御する制御回路ｃと、該制御回
路ｃに関連したいわゆるウォッチドッグタイマ回路など
の付属回路ｅと、前記制御回路ｃからの制御出力に応答
して負荷を駆動し、発熱素子である駆動素子ｂと、各駆
動素子ｂ毎に隣接して設けられる温度センサ素子ｓと、
その検出結果に対応した出力を前記制御回路ｃに導出す
る温度検知回路ａとを備えて構成されている。またこの
負荷駆動回路ｄは、ボンディングパットｆにボンディン
グされたワイヤを介して、各負荷や電源などに接続され
る。

【０００４】図４は、前記負荷駆動回路ｄの具体的構成
を示す集積回路１の電気回路図である。この負荷駆動回
路ｄは、大略的に温度センサ素子ｓであるトランジスタ
ｑ１を含む温度検知回路ｖと、前記駆動素子ｂを備える
出力回路ｏｕｔと、温度検知回路ｖの検出結果に対応し
て出力回路ｏｕｔを保護する保護回路ｗとを備えて構成
されている。出力トランジスタなどの前記駆動素子ｂ
は、電源７と負荷ｕとを接続する電源ライン９において
直列に介在されている。前記電源７はたとえば自動車の
バッテリであり、負荷ｕは各種の電子制御装置などであ
り、駆動素子ｂを介して供給される駆動電流は、負荷ｕ
内で定電圧回路を介してマイクロコンピュータなどの各
部へ供給されている。

【０００５】温度検知回路ｖは、分圧抵抗ｒ１，ｒ２
と、２つのトランジスタｑ１，ｑ２と、定電流源ｉ１，
ｉ２とを備えて構成されている。前記分圧抵抗ｒ１，ｒ
２は基準電源ライン１０と接地電位との間に介在されて
おり、前記基準電源ライン１０の電圧Ｖｃｃはたとえば
５Ｖであり、分圧抵抗ｒ１，ｒ２はその接続点ｐ１で、
前記５Ｖの基準電圧Ｖｃｃをたとえば０．５Ｖに分圧す
るように、その抵抗値が１：９となるように選ばれてい
る。

【０００６】前記接続点ｐ１はトランジスタｑ１のベー
スに接続されており、またこのトランジスタｑ１のエミ
ッタは接地され、コレクタは定電流源ｉ１を介して前記
基準電源ライン１０に接続されるとともに、トランジス
タｑ２のベースに接続される。トランジスタｑ２のエミ
ッタは接地され、コレクタは定電流源ｉ２を介して前記
基準電源ライン１０に接続されるとともに、ラインｋに
接続されている。

【０００７】前記ラインｋは保護回路ｗのトランジスタ
ｑ３のベースに接続されており、このトランジスタｑ３
のエミッタは接地され、コレクタはトランジスタｑ４の
ベースに接続されている。トランジスタｑ４のエミッタ
は接地され、コレクタはまたベースと接続されるととも
に抵抗ｒ３を介して前記基準電源ライン１０に接続され
ている。

【０００８】前記トランジスタｑ４のベースはまた、出
力回路ｏｕｔのトランジスタｑ５のベースに接続されて
いる。このトランジスタｑ５のエミッタは接地され、コ
レクタはトランジスタｑ６のコレクタに接続されるとと
もに、トランジスタｑ６，ｑ７のベースに共通に接続さ
れている。前記トランジスタｑ６，ｑ７のエミッタは前
記電源ライン９に接続されており、またトランジスタｑ
７のコレクタはトランジスタｑ８のエミッタに接続され
るとともに、駆動素子ｂのベースに接続される。トラン
ジスタｑ８のコレクタは接地され、ベースは定電流源ｉ
３を介して接地される。

【０００９】上述のように構成された負荷駆動回路ｄに
おいて、トランジスタｑ１の導通に要するベース・エミ
ッタ間電圧ＶＢＥは、たとえば０．７Ｖであり、これに
対して上述のように分圧抵抗ｒ１，ｒ２の接続点ｐ１か
ら与えられる電圧は０．５ｖである。したがって通常時
にはトランジスタｑ１は遮断しており、これによってト
ランジスタｑ２のベースがハイレベルとなって、該トラ
ンジスタｑ２は導通している。トランジスタｑ２が導通
することによってトランジスタｑ３は遮断し、トランジ
スタｑ４，ｑ５が導通する。これによってまた、トラン
ジスタｑ６，ｑ７が導通し、したがって駆動素子ｂが導
通する。

【００１０】前記トランジスタｑ７とトランジスタｑ６
とはいわゆるカレントミラー回路を構成し、またトラン
ジスタｑ５とトランジスタｑ４とはカレントミラー回路
を構成する。トランジスタｑ７を介する駆動素子ｂのベ
ースへの電流は、所定量だけ、定電流源ｉ３によるトラ
ンジスタｑ８によってバイパスされている。したがっ
て、抵抗ｒ３で規定された電流に対応した、たとえば１
００ｍＡの駆動電流が駆動素子ｂを介して負荷ｕへ供給
される。

【００１１】今、負荷ｕの短絡などで駆動電流が過電流
となると、駆動素子ｂの発熱量が大きくなる。一方、ト
ランジスタｑ１の導通に要する前記ベース・エミッタ間
電圧ＶＢＥは、たとえば−２ｍＶ／℃の温度係数を有し
ている。したがって、たとえば２５℃の常温でトランジ
スタｑ１の導通に要するベース・エミッタ間電圧が０．
７Ｖとするとき、温度上昇が１００℃以上となる１２５
℃以上で、０．７−０．００２×（１２５−２５）＝
０．５Ｖ以下となるから、前記分圧抵抗ｒ１，ｒ２から
与えられる０．５Ｖのベース電圧で該トランジスタｑ１
は導通することになる。こうしてトランジスタｑ１が導
通するとトランジスタｑ２が遮断し、トランジスタｑ３
が導通してトランジスタｑ４〜ｑ７および駆動素子ｂが
遮断することになる。このようにして、負荷ｕの過電流
を駆動素子ｂの過熱によって検知し、負荷ｕへの駆動電
流を遮断することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の集積回路１で
は、熱源となる１つの駆動素子ｂ毎に個別的に対応して
温度センサ素子ｓおよび温度検知回路ａが設けられてお
り、したがって４チャネル全ての負荷駆動回路ｄ１〜ｄ
４におけるそれらの素子や回路の面積を合わせると、チ
ップ上でのそれらの素子や回路の占める面積が大きくな
ってしまう。あるいは、チップ面積を大きくする必要が
あり、コストが嵩むという問題がある。

【００１３】本発明の目的は、過負荷などに対する過熱
検知のための構成を簡略化し、低コスト化を図ることが
できる温度センサを備える集積回路を提供することであ
る。

【００１４】本発明は、複数の発熱素子と、温度センサ
と、該温度センサからの信号に応じて該発熱素子の制御
を行う信号処理回路とを備える集積回路において、前記
発熱素子を複数近接配置して各グループを形成し、前記
各グループ毎に１個の温度センサを、前記グループ内に
近接配置された前記複数の発熱素子の間に配置したこと
を特徴とする温度センサを備える集積回路である。

【００１５】また本発明は、前記発熱素子はスイッチン
グ素子であり、前記信号処理回路は、前記複数の温度セ
ンサの少なくとも１つが高温状態を検出すれば、全ての
前記スイッチング素子を遮断方向に制御することを特徴
とする。

【００１６】

【作用】本発明に従えば、負荷駆動用のパワートランジ
スタなどの発熱素子を複数備える集積回路において、前
記各発熱素子を、１または複数のグループに区分して、
各グループ毎に相互に、近接配置する。前記各グループ
毎には、過負荷などによる発熱素子の過熱などを検出す
るための温度センサが、前述のように近接配置された各
発熱素子の間に配置される。この温度センサの検出結果
に対応して、信号処理回路は前記発熱素子を制御する。

【００１７】したがって、各グループを構成する複数の
発熱素子の過熱検知を１つの温度センサで実現すること
ができ、集積回路チップに占める過熱検知のための構成
の面積を縮小することができ、あるいは集積回路チップ
を小形化することができ、低コスト化を図ることができ
る。

【００１８】また本発明に従えば、負荷へ駆動電流を供
給するパワートランジスタなどの複数のスイッチング素
子を、温度センサによって検出される該スイッチング素
子の発熱量に対応して制御するにあたって、複数の温度
センサの少なくとも１つが高温状態を検出すれば、すべ
てのスイッチング素子を遮断方向に制御するので、この
ことによってもまた、構成を簡略化することができる。

【００１９】したがって、各スイッチング素子毎に温度
センサを設ける必要がなく、集積回路チップにおける過
負荷検出のための構成の占める面積を縮小することがで
き、あるいは集積回路チップを小形化することができ、
低コスト化を図ることができる。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の集積回路１１の
構造を示す平面図である。この集積回路１１では、４つ
の負荷駆動回路Ｄ１〜Ｄ４が設けられており、４チャネ
ルの負荷を個別的に駆動することができる。

【００２１】各負荷駆動回路Ｄ１〜Ｄ４は、各種システ
ムやセンサからの信号を入力処理し、マイクロコンピュ
ータなどに信号を出力したり、マイクロコンピュータの
出力信号を処理し、システムを制御する制御回路Ｃ１〜
Ｃ４と、該制御回路Ｃ１〜Ｃ４に関連した、たとえばウ
ォッチドッグタイマ回路などの付属回路Ｅ１〜Ｅ４と、
パワートランジスタなどで実現され、前記制御回路Ｃ１
〜Ｃ４からの駆動信号に応答して負荷を駆動する駆動素
子Ｂ１〜Ｂ４とをそれぞれ備えて構成されている。ま
た、この各負荷駆動回路Ｄ１〜Ｄ４は、ボンディングパ
ットＦにボンディングされたワイヤを介して、電源や負
荷に接続される。

【００２２】この実施例では、負荷駆動回路Ｄ１〜Ｄ４
は、２つで１つのグループ、すなわち２つのグループに
区分されている。同じグループＧ１，Ｇ２をそれぞれ構
成する負荷駆動回路Ｄ１，Ｄ２；Ｄ３，Ｄ４において、
駆動素子Ｂ１，Ｂ２；Ｂ３，Ｂ４は、相互に近接配置さ
れる。各グループＧ１，Ｇ２には、それぞれ１つずつ温
度センサ素子Ｓ１，Ｓ２が設けられており、この温度セ
ンサ素子Ｓ１，Ｓ２は、近接配置された駆動素子Ｂ１，
Ｂ２；Ｂ３，Ｂ４間に配置される。

【００２３】前記各温度センサ素子Ｓ１，Ｓ２の出力
は、それぞれラインＬ１，Ｌ２を介して、共通の温度検
知回路Ａに入力される。温度検知回路Ａは、前記各温度
センサ素子Ｓ１，Ｓ２からの出力に応答して、ラインＬ
１１〜Ｌ１４をそれぞれ介して各駆動素子Ｂ１〜Ｂ４に
共通に駆動信号を与える。たとえば、過負荷などによっ
て、駆動素子Ｂ１〜Ｂ４のいずれかが過熱したことが温
度センサ素子Ｓ１またはＳ２で検出されると、各駆動素
子Ｂ１〜Ｂ４による負荷への駆動電流の供給を停止させ
る。

【００２４】図２は、前記集積回路１１の電気回路図で
ある。なお、この図２では駆動素子Ｂの数をｎ個とし、
２つの駆動素子で１つのグループＧを構成する場合を示
している。したがって、駆動素子Ｂ１，Ｂ２はグループ
Ｇ１を構成し、駆動素子Ｂ３，Ｂ４はグループＧ２を構
成し、…駆動素子Ｂ（ｎ−１），ＢｎはグループＧ（ｎ
／２）を構成する。これに対応して、ｎ／２個の温度セ
ンサ素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ／２）が設けられている。

【００２５】温度センサ素子Ｓ１は、２つのトランジス
タＱ１，Ｑ２と、定電流源Ｉ１，Ｉ２とを備えて構成さ
れている。トランジスタＱ１のベースは、分圧抵抗Ｒ
１，Ｒ２の接続点Ｐ１に接続され、またエミッタは接地
され、コレクタは定電流源Ｉ１を介して基準電源ライン
２０に接続されている。前記トランジスタＱ１のコレク
タはまた、トランジスタＱ２のベースに接続され、この
トランジスタＱ２のエミッタは接地され、コレクタは定
電流源Ｉ２を介して前記基準電源ライン２０に接続され
ている。トランジスタＱ２のコレクタからはまた、この
温度センサ素子Ｓ１の検知出力が導出され、ラインＬ１
を介して温度検知回路ＡのトランジスタＱ３のベースに
与えられる。同様に、温度センサ素子Ｓ２〜Ｓ（ｎ／
２）は、２つのトランジスタと２つの定電流源とを備え
て構成されている。

【００２６】各温度センサ素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ／２）は、
前記接続点Ｐ１の基準電圧と、隣接する駆動素子Ｂ１〜
Ｂｎの温度に対応した電圧とを比較し、温度に対応した
電圧が高くなると、トランジスタＱ３のベースにハイレ
ベルの検知出力を導出する。前記トランジスタＱ３のエ
ミッタは接地されており、コレクタは抵抗Ｒ４，Ｒ３を
介して、たとえば１４Ｖのハイレベルの電源ライン１９
に接続されている。抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点Ｐ２は、ト
ランジスタＱ４のベースおよびコレクタに接続されてい
る。このトランジスタＱ４のエミッタは前記電源ライン
１９に接続され、コレクタはまたトランジスタＱ５のベ
ースおよびコレクタに接続されている。トランジスタＱ
５のエミッタは、接地されている。また前記トランジス
タＱ４のコレクタは、前記駆動素子Ｂ１〜Ｂｎをそれぞ
れ備える出力回路ＯＵＴ１〜ＯＵＴｎ内のトランジスタ
Ｔｒ１〜Ｔｒｎのベースに接続されている。

【００２７】出力回路ＯＵＴ１は、前記トランジスタＱ
４のコレクタからベース電流が供給されるトランジスタ
Ｔｒ１とともに、３つのトランジスタＱ６〜Ｑ８と、前
記駆動素子Ｂ１と、定電流源Ｉ３とを備えて構成されて
いる。トランジスタＴｒ１のエミッタは接地され、コレ
クタはトランジスタＱ６のコレクタに接続されている。
トランジスタＴｒ１のコレクタはまたトランジスタＱ
６，Ｑ７のベースに接続されており、これらのトランジ
スタＱ６，Ｑ７のエミッタは電源ライン１９を介して電
源１７に接続される。トランジスタＱ７のコレクタはト
ランジスタＱ８のエミッタおよび駆動素子Ｂ１のベース
に接続されており、トランジスタＱ８のコレクタは接地
され、ベースは定電流源Ｉ３を介して接地されている。
駆動素子Ｂ１のコレクタは前記電源ライン１９に接続さ
れ、エミッタからは負荷Ｕ１へ駆動電流が供給される。
なお、残余の出力回路ＯＵＴ２〜ＯＵＴｎもこの出力回
路ＯＵＴ１と同様に構成されている。

【００２８】上述のように構成された集積回路１１にお
いて、前記基準電源ライン２０の電圧Ｖｃｃは、たとえ
ば５Ｖであり、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２は、その接続点Ｐ１
で前記５Ｖの基準電圧Ｖｃｃをたとえば０．５Ｖに分圧
するように、その抵抗値が１：９となるように選ばれて
いる。

【００２９】一方、トランジスタＱ１の導通に要するベ
ース・エミッタ間電圧ＶＢＥは０．７Ｖであり、またた
とえば−２ｍＶ／℃の温度係数を有している。したがっ
て、たとえば２５℃の常温でトランジスタＱ１の導通に
要するベース・エミッタ間電圧が０．７Ｖとするとき、
温度上昇が１００℃以上となる１２５℃以上で、０．７
−０．００２×（１２５−２５）＝０．５Ｖ以下となる
から、前記分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２から与えられる０．５Ｖ
のベース電圧で、該トランジスタＱ１は導通することに
なる。

【００３０】したがって、通常時にはトランジスタＱ１
は遮断しており、これによってトランジスタＱ２のベー
スがハイレベルとなって該トランジスタＱ２は導通して
いる。トランジスタＱ２が導通することによって、ライ
ンＬ１を介してトランジスタＱ３に導出される検知出力
はローレベルとなる。同様に、各温度センサ素子Ｓ２〜
Ｓ（ｎ／２）からラインＬ２〜Ｌ（ｎ／２）には、同様
の検知出力が導出される。これらのラインＬ１〜Ｌ（ｎ
／２）の検知出力は、共通に検知回路Ａの前記トランジ
スタＱ３のベースに与えられている。

【００３１】したがって通常時には、トランジスタＱ３
が遮断し、トランジスタＱ４，Ｑ５，Ｔｒ１〜Ｔｒｎ，
Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８および駆動素子Ｂ１〜Ｂｎが導通し
て、各負荷Ｕ１〜Ｕｎへは抵抗Ｒ３で規制された駆動電
流が供給される。

【００３２】これに対して、温度センサ素子Ｓ１〜Ｓ
（ｎ／２）の少なくともいずれか１つによって過熱状態
が検出されると、トランジスタＱ３が導通し、抵抗Ｒ３
を介してトランジスタＱ４へ流れるべきベース電流を引
込み、該トランジスタＱ４が遮断する。これによって、
トランジスタＱ５およびＴｒ１〜Ｔｒｎが遮断し、こう
して各出力回路ＯＵＴ１〜ＯＵＴｎから負荷Ｕ１〜Ｕｎ
への駆動電流の供給が停止される。

【００３３】このように本発明に従う集積回路１１で
は、発熱する駆動素子Ｂ１〜ＢｎをグループＧ１〜Ｇ
（ｎ／２）に区分し、同じグループＧ１〜Ｇ（ｎ／２）
内の駆動素子Ｂ１，Ｂ２；Ｂ３，Ｂ４；…，Ｂ（ｎ−
１），Ｂｎを近接配置するとともに、各グループＧ１〜
Ｇ（ｎ／２）内で近接配置された前記駆動素子Ｂ１，Ｂ
２；Ｂ３，Ｂ４；…，Ｂ（ｎ−１），Ｂｎ間に１つずつ
温度センサ素子Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓ（ｎ／２）を配置す
るので、検知精度を低下することなく、集積回路１１上
における過熱検知のための構成の面積を削減することが
でき、あるいは集積回路１１を小形化することができ
る。

【００３４】また、複数の温度センサ素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ
／２）の検知結果を共通の検知回路Ａに入力し、各出力
回路ＯＵＴ１〜ＯＵＴｎのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒｎ
を共通に駆動するので、検知回路を共用化して、これに
よってもまた省スペース化を図ることができる。

【００３５】なお上述の実施例では、各グループＧ１〜
Ｇ（ｎ／２）は、２つの負荷駆動回路Ｄ１，Ｄ２；Ｄ
３，Ｄ４；…；Ｄ（ｎ−１）Ｄｎから構成されたけれど
も、３つ以上の負荷駆動回路によって１つのグループが
構成されるようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数のス
イッチング素子などの発熱素子をグループに区分して、
そのグループ毎に温度センサを設けるので、発熱する各
素子毎に温度センサを設ける必要はなく、これによって
集積回路チップに占める過負荷検出のための構成の面積
を縮小することができ、あるいは集積回路チップを小形
化することができ、低コスト化を図ることができる。ま
た本発明によれば、複数の発熱素子をブロック内で近接
配置し、その近接配置された複数の発熱素子間に温度セ
ンサを形成しているため、発熱素子の温度上昇検出精度
にばらつきがなく、発熱素子の温度上昇を確実に検出可
能である。また本発明によれば、発熱素子はスイッチン
グ素子であり、温度センサの少なくとも１つが高温状態
を検出すれば、すべてのスイッチング素子を遮断方向に
制御するので、構成を簡単にして、確実に過熱対策を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の集積回路１１の構造を示す
平面図である。

【図２】前記集積回路１１の電気回路図である。

【図３】典型的な従来技術の集積回路１の構造を示す平
面図である。

【図４】前記集積回路１の電気回路図である。

【符号の説明】

１１ 集積回路 １７ 電源 １９，２０ 電源ライン Ａ 温度検知回路 Ｂ１〜Ｂｎ 駆動素子 Ｄ１〜Ｄｎ 負荷駆動回路 Ｇ１〜Ｇ（ｎ／２） グループ Ｓ１〜Ｓ（ｎ／２） 温度センサ素子 Ｕ１〜Ｕｎ 負荷

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発熱素子と、温度センサと、該温
   度センサからの信号に応じて該発熱素子の制御を行う信
   号処理回路とを備える集積回路において、 前記発熱素子を複数近接配置して各グループを形成し、 前記各グループ毎に１個の温度センサを、前記グループ
   内に近接配置された前記複数の発熱素子の間に配置した
   ことを特徴とする温度センサを備える集積回路。
2. 【請求項２】 前記発熱素子はスイッチング素子であ
   り、 前記信号処理回路は、前記複数の温度センサの少なくと
   も１つが高温状態を検出すれば、全ての前記スイッチン
   グ素子を遮断方向に制御することを特徴とする請求項１
   記載の温度センサを備える集積回路。