JP3225887B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路装置
に関し、特に制御系と大電流の出力段素子とを集積化し
たパワーIC用の半導体集積回路装置に関する。The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device for a power IC in which a control system and a large-current output stage element are integrated.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種のパワー半導体を用いた半
導体集積回路においては、過電流や短絡などによりパワ
ー半導体が破壊するのを防止するための保護機能を有し
ている。2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor integrated circuit using a power semiconductor of this type has a protection function for preventing the power semiconductor from being destroyed due to an overcurrent or a short circuit.
【0003】この種の保護機能用のモニタ信号生成回路
を含む特開平1−193909号公報記載の従来の第1
の半導体集積回路装置を回路図で示す図3を参照する
と、この従来の第1の半導体集積回路装置は、ドレイン
が負荷Z2に接続した電圧制御型パワー半導体素子であ
るFET1と、ドレイン及びゲートがそれぞれFET1
のソース及びゲートに並列接続した電流容量の小さい半
導体素子であるFET2と、NPN形のトランジスタ3
3,34から成るカレントミラー回路101と、PNP
形のトランジスタ35,36から成るカレントミラー回
路102と、トランジスタ36に基準電流I0を供給す
る電流源37と、カレントミラー回路102に電源を供
給する電源8と、FET1,2の電源9とを備える。[0003] A conventional first circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-193909 including a monitor signal generating circuit for this kind of protection function is disclosed.
Referring to FIG. 3 which is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit device of the related art, this first semiconductor integrated circuit device of the related art has an FET1, a voltage-controlled power semiconductor element having a drain connected to a load Z2, and a drain and a gate. FET1 each
And a NPN transistor 3 connected in parallel to the source and gate of
A current mirror circuit 101 comprising PNP
A current mirror circuit 102 composed of transistors 35 and 36 of the same type, a current source 37 for supplying a reference current I0 to the transistor 36, a power supply 8 for supplying power to the current mirror circuit 102, and a power supply 9 for the FETs 1 and 2. .
【0004】次に、図3を参照して、従来の第1の半導
体集積回路装置の動作について説明すると、FET2の
ドレイン電流をカレントミラー回路101で受け、基準
電流I0対応のカレントミラー回路102の出力と比較
し、差電流対応の電圧信号S1を出力端子TOに出力す
る。Next, the operation of the first conventional semiconductor integrated circuit device will be described with reference to FIG. 3. The current mirror circuit 101 receives the drain current of the FET 2 and the current mirror circuit 102 corresponding to the reference current I0. Compared with the output, a voltage signal S1 corresponding to the difference current is output to the output terminal TO.
【0005】この回路は、パワーFET1と、電流容量
の小さいFET2とが並列になるように接続しているた
め、負荷Z2に流れる電流ILはFET1とFET2の
面積比率となるような電流I1,I2に分割され、これ
ら電流I1,I2の各々がFET1とFET2とにそれ
ぞれ分かれて流れることとなる。電流I2がFET2へ
流れると、この電流I2はカレントミラー回路101の
トランジスタ33へ流れ込むことにより、トランジスタ
34には、トランジスタ33,34の面積比率で決まる
電流I3が流れる。また、カレントミラー回路102の
トランジスタ36に流れる電流は定電流源37によって
一定の値となっており、トランジスタ35,36の面積
比率で決まる電流I4がトランジスタ35に流れる。し
たがって、トランジスタ34には負荷R2に流れる電流
I1の状態に比例して変化する電流I3が流れるのに対
し、トランジスタ35には、ある一定値の電流I4しか
流す能力がない。したがって、電流I4に比べて電流I
3が小さい場合は、トランジスタ34はトランジスタ3
5の設定電流I4を流し続けることが出来なくなるため
に電流の余剰が発生し、この余剰電流をなくすためにト
ランジスタ35は非飽和領域から飽和領域へと動作点が
移るため、出力端子TOの電圧レベルS1は上昇をす
る。逆に電流I4に比べて電流I3が大きい場合は、ト
ランジスタ34は設定電流I4以上は流すことが出来な
いために電流の不足が発生し、この不足分がなくなるよ
うにトランジスタ34は非飽和領域から飽和領域へと動
作点が移るため、出力端子TOの電圧レベルS1は下降
する。In this circuit, since the power FET1 and the FET2 having a small current capacity are connected in parallel, the current IL flowing through the load Z2 is such that the currents I1 and I2 are equal to the area ratio of the FET1 and the FET2. And each of these currents I1 and I2 flows separately to FET1 and FET2. When the current I2 flows to the FET2, the current I2 flows to the transistor 33 of the current mirror circuit 101, so that a current I3 determined by the area ratio of the transistors 33 and 34 flows through the transistor 34. The current flowing through the transistor 36 of the current mirror circuit 102 has a constant value by the constant current source 37, and the current I4 determined by the area ratio of the transistors 35 and 36 flows through the transistor 35. Therefore, the current I3 that changes in proportion to the state of the current I1 flowing to the load R2 flows through the transistor 34, whereas the transistor 35 has the ability to flow only a certain current I4. Therefore, compared to the current I4, the current I
3 is small, the transistor 34 is the transistor 3
5 cannot continue to flow, and a current surplus occurs. To eliminate this surplus current, the operating point of the transistor 35 shifts from the non-saturation region to the saturation region. Level S1 rises. On the other hand, if the current I3 is larger than the current I4, the transistor 34 cannot supply the set current I4 or more, so that a shortage of current occurs. Since the operating point shifts to the saturation region, the voltage level S1 of the output terminal TO decreases.
【0006】以上説明したように、出力端子TOの電圧
レベルS1はトランジスタ34,35に流れる電流値I
3,I4の大小関係によって変化をする。これにより基
準電流値I0とカレントミラー回路101,102各々
の各トランジスタ33,34及び34,36の面積比率
を設定することにより、FET1に流れる電流I1が設
定電流値以上になった場合の出力端子TOの電圧レベル
S1の変化を利用してFET1の過負荷状態検出を実現
する。As described above, the voltage level S1 of the output terminal TO is equal to the current value I flowing through the transistors 34 and 35.
It changes depending on the magnitude relation of 3, I4. By setting the reference current value I0 and the area ratio of the transistors 33, 34 and 34, 36 of each of the current mirror circuits 101, 102, the output terminal when the current I1 flowing through the FET 1 becomes equal to or more than the set current value The detection of the overload state of the FET 1 is realized by using the change of the voltage level S1 of TO.
【0007】次に、特開平6−244693号公報記載
の従来の第2の半導体集積回路装置を図3と共通の構成
要素には共通の文字/数字を用いて同様に回路図で示す
図4を参照すると、この従来の第2の半導体集積回路装
置は、従来の第1の技術と共通のただしソース及びゲー
ト同志を並列接続したFET1,2と、FET1のドレ
インと電源9との間の負荷Z2と、電源9とに加えて、
FET2のドレインと電源9との間に接続しFET2の
ドレイン電流対応の基準電圧V0を生成する基準用の抵
抗R201と、負荷Z2に生じた負荷電圧V1と基準電
圧V2とを比較し比較信号VSを出力する比較器201
と、FET1,2のゲートのバイアス電圧を制御するバ
イアス制御回路202とを備える。FIG. 4 is a circuit diagram of a second conventional semiconductor integrated circuit device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244693, in which the same components as those of FIG. Referring to FIG. 1, this second conventional semiconductor integrated circuit device has the same structure as that of the first conventional technology, except that the sources and gates of FETs 1 and 2 are connected in parallel, and the load between the drain of the FET 1 and the power supply 9. In addition to Z2 and power supply 9,
A reference resistor R201, which is connected between the drain of the FET2 and the power supply 9 to generate a reference voltage V0 corresponding to the drain current of the FET2, compares the load voltage V1 generated in the load Z2 with the reference voltage V2, and compares the comparison signal VS Output from the comparator 201
And a bias control circuit 202 for controlling the bias voltage of the gates of the FETs 1 and 2.
【0008】次に、図4を参照して、従来の第2の半導
体集積回路装置の動作について説明すると、FET1と
FET2は、各々の面積比率の逆数K1,K2(K1<
K2)にそれぞれ対応したオン抵抗となっている。ま
た、FET1の負荷Z2の抵抗値r2に対し、FET2
の負荷抵抗R201の抵抗値r1を{(K2−1)×R
2}と設定することにより、通常負荷時は常にFET2
のソースドレイン間電圧すなわち基準電圧V0の方がF
ET1のソースドレイン間電圧すなわち負荷電圧V1よ
りも高い状態となる。これら電圧V1,V0を比較器2
01の正及び反転入力に供給し比較信号S1はLレベル
を出力する。バイアス制御回路202は比較信号S1の
Lレベルに応答してトランジスタ21が遮断し、FET
1,2のバイアス電圧Bを通常レベルに保持する。この
通常負荷状態に対して何らかの原因で負荷Z2の抵抗値
が低下した場合、基準電圧V0よりも負荷電圧V1の方
が高い状態となる。比較器201は負荷電圧V1の上昇
に応答して比較信号S1を反転しHレベルとする。この
比較信号S1のHレベルに応答してバイアス制御回路2
02のトランジスタ22が導通し、バイアス電圧Bを降
下させる。このように、電圧V1,V0を比較器201
で比較することにより、通常負荷状態と異常負荷状態の
検出を実現している。Next, the operation of the second conventional semiconductor integrated circuit device will be described with reference to FIG. 4. FET1 and FET2 are reciprocals K1, K2 (K1 <
K2). Further, the resistance r2 of the load Z2 of the FET1 is
The resistance value r1 of the load resistor R201 is expressed as {(K2-1) × R
By setting 2}, FET2 is always
The source-drain voltage, ie, the reference voltage V0 is F
The state is higher than the source-drain voltage of ET1, that is, the load voltage V1. These voltages V1 and V0 are compared with the comparator 2
The comparison signal S1 is supplied to the positive and inverted inputs of 01, and outputs an L level. The bias control circuit 202 turns off the transistor 21 in response to the L level of the comparison signal S1,
The bias voltages B of 1 and 2 are held at the normal level. When the resistance value of the load Z2 decreases for some reason with respect to the normal load state, the load voltage V1 becomes higher than the reference voltage V0. Comparator 201 inverts comparison signal S1 to an H level in response to the rise of load voltage V1. The bias control circuit 2 responds to the H level of the comparison signal S1.
02 transistor 22 is turned on, causing the bias voltage B to drop. As described above, the voltages V1 and V0 are output from the comparator 201.
Thus, detection of the normal load state and the abnormal load state is realized.
【0009】次に、特開平3−195212号公報記載
の従来の第3の半導体集積回路装置を図3と共通の構成
要素には共通の文字/数字を用いてブロックで示す図5
を参照すると、この従来の第3の半導体集積回路装置
は、従来の第1の技術と共通のFET1と、FET1の
ゲートソース間に接続しゲートソース間電圧対応の検出
電圧VGを出力する電圧検出器301と、比較信号S2
の制御により入力信号Dを増幅してFET1のゲートの
ドライブ信号Gを供給するゲートドライブ回路302
と、基準電圧V0と電圧VGとを比較し比較信号S2を
出力する比較器303と、基準電圧V0を発生する基準
電圧発生器304とを備える。FIG. 5 is a block diagram showing a third conventional semiconductor integrated circuit device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-195212 using common characters / numerals for constituent elements common to FIG.
In this third conventional semiconductor integrated circuit device, a voltage detection circuit that is connected between the gate and the source of the FET 1 and outputs a detection voltage VG corresponding to a gate-source voltage is provided in the third conventional semiconductor integrated circuit device. 301 and the comparison signal S2
Drive circuit 302 which amplifies the input signal D and supplies the drive signal G for the gate of FET1 by the control of
And a comparator 303 that compares the reference voltage V0 with the voltage VG and outputs a comparison signal S2, and a reference voltage generator 304 that generates the reference voltage V0.
【0010】次に、図5を参照して、従来の第3の半導
体集積回路装置の動作について説明すると、この回路
は、ゲートドライブ回路302の出力Gのレベルを可変
させることにより、ゲートソース間電圧とドレイン電流
との飽和領域特性を利用することにより所望の電流制限
を行うものである。まず、比較器303はゲート検出電
圧VGと基準電圧V0とを比較し、ゲートソース間電圧
が基準電圧V0より大きくならないようにドライブ信号
Gを制御する。このようにしてゲートドレイン間電圧を
設定することにより、FET1のドレイン電流は静特性
により決まる電流値以上を流すことができなくなり、F
ET1のドレイン電流の制限を可能とする。Next, the operation of the third conventional semiconductor integrated circuit device will be described with reference to FIG. 5. This circuit changes the level of the output G of the gate drive circuit 302 so that the gate-source The desired current limitation is performed by utilizing the saturation region characteristics between the voltage and the drain current. First, the comparator 303 compares the gate detection voltage VG with the reference voltage V0, and controls the drive signal G so that the gate-source voltage does not become higher than the reference voltage V0. By setting the gate-drain voltage in this manner, the drain current of the FET 1 cannot flow more than the current value determined by the static characteristics.
It is possible to limit the drain current of ET1.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の第1の
半導体集積回路装置は、2段のカレントミラー回路の各
々で生ずる電流誤差が、基準電流値及び過電流検出用の
小電流容量の半導体素子に流れる電流値にそれぞれ影響
を及ぼし、誤差の原因となるという欠点があった。In the above-mentioned first conventional semiconductor integrated circuit device, the current error generated in each of the two-stage current mirror circuits is caused by the difference between the reference current value and the small current capacity semiconductor for detecting overcurrent. There is a drawback that the current values flowing through the elements are affected, respectively, causing errors.
【0012】また、上記カレントミラー回路を構成する
通常のバイポーラトランジスタでは、活性領域における
エミッタコレクタ間のインピーダンスは数MΩオーダで
あり、したがって出力端子におけるインピーダンスが数
MΩとなり、スイッチング時に発生するスイッチングノ
イズ等が容量結合により出力信号ラインに影響を及ぼし
て誤動作を発生するという欠点があった。Further, in the ordinary bipolar transistor constituting the current mirror circuit, the impedance between the emitter and the collector in the active region is on the order of several MΩ, so that the impedance at the output terminal is several MΩ, and switching noise and the like generated at the time of switching. However, there is a drawback in that an output signal line is affected by capacitive coupling and a malfunction occurs.
【0013】また、従来の第2の半導体集積回路装置
は、負荷がインダクタンス成分を含む場合、ターンオフ
時に発生する逆起電力によりコンパレータの入力端子に
は電源電圧以上の電圧が加わるため、ラッチアップ等が
発生して素子破壊に至るという欠点があった。Further, in the second conventional semiconductor integrated circuit device, when the load includes an inductance component, a voltage higher than the power supply voltage is applied to the input terminal of the comparator due to the back electromotive force generated at the time of turn-off. There is a drawback that the device is destroyed due to the occurrence of cracks.
【0014】さらに、従来の第3の半導体集積回路装置
は、電圧駆動型半導体素子の飽和特性を利用している
が、飽和領域で動作させるためにパワー半導体における
電力消費が著しく増加し、過電流による破壊を防止でき
たとしても、熱破壊に至るという欠点があった。Furthermore, the third conventional semiconductor integrated circuit device utilizes the saturation characteristics of a voltage-driven semiconductor element. However, since the third semiconductor integrated circuit device operates in a saturation region, the power consumption of the power semiconductor increases significantly, and the overcurrent increases. However, there was a drawback that thermal destruction was attained even if destruction due to heat was prevented.
【0015】本発明の目的は、上記従来技術の持つ問題
点を解決し、過負荷等の異常検出精度が高くノイズ干渉
に強く熱破壊要因を除去しかつインダクタンス成分を含
む負荷であってもパワー半導体素子の状態検出を可能と
する半導体回路装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to provide high accuracy in detecting abnormalities such as overload, to be resistant to noise interference, to eliminate a factor of thermal destruction, and to reduce power even in a load including an inductance component. An object of the present invention is to provide a semiconductor circuit device capable of detecting a state of a semiconductor element.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
装置は、負荷に接続されこの負荷の負荷電流を制御する
出力用の半導体素子と、前記負荷電流の変化分を抽出す
る負荷電流変化抽出手段と、抽出した前記負荷電流の変
化分を電流変化電圧信号に変換する電流電圧変換手段
と、前記電流変化電圧信号の予め定めた基準電圧に対す
る超過に応答して予め定めたレベルの比較信号を出力す
る電圧比較手段とを備え、 前記負荷電流変化抽出手段
が、ドレインとゲートの各々を前記半導体素子である第
1のFETのドレインとゲートの各々に並列接続しゲー
ト面積が予め定めた比率で前記第1のFETより小さい
第2のFETと、入力端が前記第2のFETのソースに
接続したカレントミラー回路とを備え、前記電流電圧変
換手段が、一端が前記カレントミラー回路の出力端に他
端が電源に接続した抵抗を備えて構成されている。According to the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit device connected to a load, an output semiconductor element for controlling a load current of the load, and a load current change extraction for extracting a change in the load current. Means, current-voltage conversion means for converting the extracted change in the load current into a current change voltage signal, and a current-to-voltage conversion signal for a predetermined reference voltage of the current change voltage signal.
That exceeded in response a voltage comparing means for outputting a predetermined level comparison signal of the load current variation extracting means
Has a drain and a gate each of which is the semiconductor element.
Connected in parallel to the drain and gate of one FET
Area is smaller than the first FET at a predetermined ratio.
A second FET and an input connected to the source of the second FET
A current mirror circuit connected to the
Conversion means, one end of which is connected to the output end of the current mirror circuit.
The end is provided with a resistor connected to a power supply .
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
を図9と共通の構成要素には共通の文字/数字を用いて
回路図で示す図1を参照すると、この図に示す本実施の
形態の半導体集積回路装置は、ドレイン同志及びゲート
同志を並列接続した従来の第1の技術と共通のパワー用
の素子であるFET1,検出用の小電流素子であるFE
T2と、電圧V3を供給する電源8と、負荷電流ILを
供給する電源9と、負荷用の抵抗R2とに加えて、Nチ
ャネルMOS形トランジスタであるFET3,4とから
成るカレントミラー回路5と、電源8とFET4のドレ
インとの間に接続し検出電圧V1を生成する抵抗R1
と、基準電圧V0を供給する基準電圧源6と、正入力に
基準電圧V0を反転入力に検出電圧V1をそれぞれ入力
しこれら電圧V0,V1の比較を行い比較信号S1を出
力する比較器7とを備える。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention using common characters / numerals for components common to those in FIG. 9, and FIG. The semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment shown in FIG. 1 has an FET 1 as a power element common to the first conventional technology in which drains and gates are connected in parallel, and an FE as a small current element for detection.
T2, a power supply 8 for supplying a voltage V3, a power supply 9 for supplying a load current IL, and a current mirror circuit 5 including FETs 3 and 4, which are N-channel MOS transistors, in addition to a load resistor R2. , A resistor R1 connected between the power supply 8 and the drain of the FET 4 to generate the detection voltage V1
A reference voltage source 6 for supplying a reference voltage V0, a comparator 7 for inputting a reference voltage V0 to a positive input and a detection voltage V1 to an inverted input, comparing these voltages V0 and V1, and outputting a comparison signal S1. Is provided.
【0018】次に、図1を参照して本実施の形態の動作
について説明すると、まず、FET1,FET2の各々
の電流I1,I2は、従来の第1の技術で上述したよう
に、負荷Z2を流れる負荷電流ILをFET1,FET
2の各々の素子面積A1,A2の比と成るように配分さ
れ、それぞれ次式で表される。Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. First, the currents I1 and I2 of the FET1 and the FET2 are set to the load Z2 as described in the first prior art. Load current IL flowing through
2 are distributed so as to have a ratio of each of the element areas A1 and A2, and are represented by the following equations.
【0019】 I1=IL×A1/(A1+A2)・・・・・・・・・・・・・・・(1) I2=IL×A2/(A1+A2)・・・・・・・・・・・・・・・(2) 電流I2は、カレントミラー回路5のFET3に流れ、
FET4にはFET3,4の各々の素子面積A3,A4
の比で決定される次式の電流I4が流れる。I1 = IL × A1 / (A1 + A2) (1) I2 = IL × A2 / (A1 + A2) ... (2) The current I2 flows through the FET3 of the current mirror circuit 5,
FET4 has element areas A3, A4 of FET3, 4 respectively.
The current I4 of the following equation determined by the ratio of?
【0020】 I4=I2×A4/(A3+A4)・・・・・・・・・・・・・・・(3) この電流I4はFET4と電源8の間の抵抗R1に流
れ、この抵抗の抵抗値をR1とすると、抵抗R1とFE
T4と接続点である節点N1に、次式で表す検出電圧V
1が発生する。I4 = I2 × A4 / (A3 + A4) (3) This current I4 flows through the resistor R1 between the FET 4 and the power supply 8, and the resistance of this resistor If the value is R1, the resistance R1 and FE
A detection voltage V expressed by the following equation is applied to a node N1 which is a connection point with T4.
1 occurs.
【0021】 V1=V3−R1×I4・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4) =V3−〔R×IL×A2×A4/{(A1+A2)×A3}〕・・(5) すなわち、検出電圧V1は負荷電流ILの状態に応じて
変化する。V1 = V3-R1 × I4 (4) = V3- [R × IL × A2 × A4 / {(A1 + A2) × A3}] (5) That is, the detection voltage V1 changes according to the state of the load current IL.
【0022】比較器7は、検出電圧V1と基準電圧V0
とを比較し、出力端子TOにこれら電圧V0,V1の大
小関係に対応する比較信号S1を出力する。The comparator 7 has a detection voltage V1 and a reference voltage V0.
And outputs a comparison signal S1 corresponding to the magnitude relationship between these voltages V0 and V1 to the output terminal TO.
【0023】ここで、負荷電流ILの上限値が負荷Z2
に流れたとき、検出電圧V1と基準電圧V0とが等しく
なるように各素子の形状及び回路定数を設定する。これ
により、設定上限値よりも負荷電流ILが小さいすなわ
ち通常状態と、設定上限値を越えて負荷電流ILが流れ
る場合すなわち過負荷状態とで検出電圧V1と基準電圧
V2との大小関係が反転することにより、比較信号S1
の出力レベルが大きく変化することにより、FET1の
状態検出を行う。Here, the upper limit of the load current IL is equal to the load Z2.
, The shape and circuit constant of each element are set such that the detection voltage V1 and the reference voltage V0 become equal. As a result, the magnitude relationship between the detection voltage V1 and the reference voltage V2 is reversed between the case where the load current IL is smaller than the set upper limit, that is, the normal state, and the case where the load current IL flows beyond the set upper limit, that is, the overload state. As a result, the comparison signal S1
The state of the FET 1 is detected when the output level of the FET 1 greatly changes.
【0024】すなわち、通常状態では検出電圧V1は基
準電圧V0よりも小さいので比較信号S1はLレベルと
なる。過負荷状態では、逆に、検出電圧V1が基準電圧
V0よりも大きくなるので比較信号S1はHレベルに反
転する。That is, in the normal state, since the detection voltage V1 is lower than the reference voltage V0, the comparison signal S1 is at the L level. In the overload state, on the contrary, since the detection voltage V1 becomes higher than the reference voltage V0, the comparison signal S1 is inverted to the H level.
【0025】具体的な数値例としてFET1,2の面積
比A1:A2を999:1カレントミラー回路5のFE
T3,4の面積比A3:A4を10:1,抵抗R1の抵
抗値を2.5kΩ,基準電圧V0を2.5V,電源8の
電圧V3を5Vとする。また、負荷Z2としては直流等
価抵抗の十分に低いインダクタンスを接続しているもの
とする。As a specific numerical example, the area ratio A1: A2 of the FETs 1 and 2 is set to FE of the 999: 1 current mirror circuit 5.
The area ratio A3: A4 of T3,4 is 10: 1, the resistance value of the resistor R1 is 2.5 kΩ, the reference voltage V0 is 2.5V, and the voltage V3 of the power supply 8 is 5V. In addition, it is assumed that a sufficiently low inductance having a DC equivalent resistance is connected as the load Z2.
【0026】この状態でFET1,2に駆動信号IDが
供給され、FET1,2は遮断状態から導通状態になっ
たとき、負荷Z2からは時間経過と共に増加する負荷電
流ILが流れ始め、負荷電流ILが9Aまで到達した状
態を想定する。この時、FET1,2には面積比率に応
じた電流I1,I2が流れ、(1),(2)式より電流
I1は8991mA、電流I2は9mAとなる。電流I
2はそのままカレントミラー回路5に流れるため、
(3),(4)式よりFET3の電流I3は9mA、F
ET4の電流I4は0.9mAとなる。この電流I4は
抵抗R1によって検出電圧V1に変換され、この電圧V
1は(4)式より2.75Vになり比較器7の反転入力
に供給される。これに対し、比較器7の正入力電圧は基
準電圧V0の2.5Vであるので、比較器はLレベルを
出力する。In this state, when the drive signal ID is supplied to the FETs 1 and 2 and the FETs 1 and 2 change from the cut-off state to the conductive state, the load current IL that increases with time starts to flow from the load Z2, and the load current IL Is assumed to have reached 9A. At this time, currents I1 and I2 corresponding to the area ratio flow through the FETs 1 and 2, and the current I1 is 8991 mA and the current I2 is 9 mA according to the equations (1) and (2). Current I
2 flows through the current mirror circuit 5 as it is,
From the equations (3) and (4), the current I3 of the FET3 is 9 mA,
The current I4 of ET4 is 0.9 mA. This current I4 is converted into a detection voltage V1 by the resistor R1, and this voltage V1
1 becomes 2.75 V from the equation (4) and is supplied to the inverting input of the comparator 7. On the other hand, since the positive input voltage of the comparator 7 is 2.5 V of the reference voltage V0, the comparator outputs L level.
【0027】次に、上記の回路状態より時間的に経過し
て、負荷電流ILが10Aをわずかに越える電流10A
+αの状態を想定する。この時、電流I1は9990m
A+α1、電流I2は10mA+α2、電流I3は10
mA+α2、電流I4は1mA+α3となる。この電流
I4が抵抗R1によって検出電圧V1に変換され、この
電圧V1すなわち比較器7の反転入力電圧は2.5V−
α4になる。これに対し、比較器7の正入力電圧は基準
電圧2.5Vのままであり、反転入力の電圧よりも正入
力の電圧の方がわずかに高くなるため、比較信号S1は
反転してHレベルとなる。この比較信号S1のレベルを
監視することにより、FET1が過電流状態となってい
ないか等の状態を検出可能である。Next, after a lapse of time from the above-described circuit state, the load current IL slightly exceeds 10 A.
+ Α is assumed. At this time, the current I1 is 9990 m
A + α1, current I2 is 10 mA + α2, current I3 is 10
mA + α2, and the current I4 is 1 mA + α3. This current I4 is converted into the detection voltage V1 by the resistor R1, and this voltage V1, that is, the inverted input voltage of the comparator 7 becomes 2.5V-
It becomes α4. On the other hand, the positive input voltage of the comparator 7 remains at the reference voltage of 2.5 V, and the voltage of the positive input is slightly higher than the voltage of the inverted input. Becomes By monitoring the level of the comparison signal S1, it is possible to detect whether the FET 1 is in an overcurrent state or not.
【0028】また、従来の第1の技術ではカレントミラ
ー回路2段で構成しているのに対し、本実施の形態では
カレントミラー回路が1段であるので、カレントミラー
回路で生ずる電流誤差の影響が低減できる。また、本実
施の形態の回路中で、数MΩオーダという高インピーダ
ンスとなっている場所はなく、スイッチングノイズ等に
よる誤動作に対するマージンを拡大することができる。Also, in contrast to the conventional first technology in which the current mirror circuit is composed of two stages, in the present embodiment, the current mirror circuit is composed of one stage. Can be reduced. Further, in the circuit of the present embodiment, there is no place having a high impedance of the order of several MΩ, and a margin for malfunction due to switching noise or the like can be expanded.
【0029】さらに、従来の第2の技術のように負荷が
抵抗に限定されることはなく、インダクタンス負荷も扱
うことが可能である。Further, the load is not limited to the resistance as in the second conventional technique, and an inductance load can be handled.
【0030】また、本実施の形態において、カレントミ
ラー回路を構成するトランジスタとしてNチャネルMO
S形のFETを用いる代わりに、NPNバイポーラ形ト
ランジスタを用いてもよい。Further, in this embodiment, an N-channel MOS transistor is used as a transistor constituting a current mirror circuit.
Instead of using an S-type FET, an NPN bipolar transistor may be used.
【0031】次に、本発明の第2の実施の形態を図1と
共通の構成要素には共通の文字/数字を用いて同様に回
路図で示す図2を参照すると、この図に示す本実施の形
態の第1の実施の形態との相違点は、比較信号S1のH
レベルへの反転に応答してFET1,2の駆動信号ID
を遮断する遮断回路10をさらに付加したことである。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, which is also shown in a circuit diagram by using common characters / numerals for constituent elements common to FIG. The difference of the embodiment from the first embodiment is that the comparison signal S1 has H level.
Drive signal ID of FETs 1 and 2 in response to inversion to level
That is, a shutoff circuit 10 for shutting off is further added.
【0032】遮断回路10は、比較信号S1をラッチし
ラッチ信号Lを出力するRSフリップフロップ等のラッ
チ回路F1と、駆動回路11から供給されるドライブ信
号Dとラッチ信号Lとの論理積を取り駆動信号IDを生
成する2入力のAND回路A1とを備える。The cutoff circuit 10 calculates the logical product of the latch signal F1 such as an RS flip-flop that latches the comparison signal S1 and outputs the latch signal L, and the drive signal D supplied from the drive circuit 11 and the latch signal L. A two-input AND circuit A1 for generating a drive signal ID.
【0033】動作について説明すると、起動時にラッチ
回路F1はリセット信号Rにより初期状態すなわち信号
QバーをHレベルにセットする。ラッチ回路F1は入力
Sに供給を受けた比較信号S1に応答してこの信号S1
をラッチし、反転出力信号QバーをAND回路A1の一
方の入力に供給する。AND回路A1はこの信号Qバー
と他方の入力に供給を受けたドライブ信号Dとの論理積
を取り駆動信号IDを出力する。通常動作状態では、上
述のように、比較信号S1はLレベルであるので、信号
QバーはHレベルとなりAND回路A1はドライブ信号
Dを通過させ駆動信号IDとして出力する。したがっ
て、FET1,2はドライブ信号IDのレベルにしたが
って動作する。The operation will be described. At the time of startup, the latch circuit F1 sets the initial state, that is, the signal Q bar to the H level by the reset signal R. The latch circuit F1 responds to the comparison signal S1 supplied to the input S, and this signal S1
And supplies the inverted output signal Q-bar to one input of the AND circuit A1. The AND circuit A1 takes the logical product of this signal Q bar and the drive signal D supplied to the other input, and outputs a drive signal ID. In the normal operation state, as described above, since the comparison signal S1 is at the L level, the signal Q goes to the H level, and the AND circuit A1 passes the drive signal D and outputs it as the drive signal ID. Therefore, FETs 1 and 2 operate according to the level of drive signal ID.
【0034】次に、過負荷状態では、比較信号S1はH
レベルとなり、信号QバーはLレベルとなるのでAND
回路A1はドライブ信号D、したがって駆動信号IDを
遮断する。この結果、FET1,2は遮断状態となり、
保護動作が実現される。Next, in an overload state, the comparison signal S1 becomes H
Level, and the signal Q bar becomes L level, so AND
The circuit A1 cuts off the drive signal D and therefore the drive signal ID. As a result, the FETs 1 and 2 are turned off,
The protection operation is realized.
【0035】FET1,2が遮断したことにより、負荷
Z2及びFET3,4に電流を供給することは出来なく
なる。しかしこれらFET1,2の遮断とほぼ同時に、
比較信号S1はHレベルから再びLレベルへと変化する
ことにより、ラッチ回路F1の入力SはHレベルからL
レベルへと変化する。しかし、信号Qバーは、リセット
信号Rが入力されるまでLレベルを保持し続けることと
なり、ドライブ信号Dとは無関係にFET1,2は遮断
状態を保持し続け、FET1,2を保護する。Since the FETs 1 and 2 are cut off, current cannot be supplied to the load Z2 and the FETs 3 and 4. However, almost simultaneously with the interruption of these FETs 1 and 2,
As the comparison signal S1 changes from H level to L level again, the input S of the latch circuit F1 changes from H level to L level.
Change to level. However, the signal Q bar keeps the L level until the reset signal R is input, and the FETs 1 and 2 keep the cut-off state irrespective of the drive signal D to protect the FETs 1 and 2.
【0036】本実施の形態の回路は、従来の第3の技術
のように、パワーFETの飽和特性を利用するのではな
く、パワーFET自体を遮断させるという動作のため、
消費電力の急激な増加による発熱によって素子が破壊す
るということはない。The circuit according to the present embodiment does not utilize the saturation characteristics of the power FET, as in the third conventional technique, but operates to shut off the power FET itself.
The element does not break down due to heat generation due to a rapid increase in power consumption.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路装置は、負荷電流変化抽出手段と、電流電圧変換
手段と、電圧比較手段とを備えているので、カレントミ
ラー回路を1段に削減したためより高精度で半導体素子
の状態検出が可能であるというという効果がある。As described above, the semiconductor integrated circuit device of the present invention includes the load current change extracting means, the current / voltage converting means, and the voltage comparing means, so that the current mirror circuit is provided in one stage. Because of the reduction, there is an effect that the state of the semiconductor element can be detected with higher accuracy.
【0038】また、回路中に高インピーダンスとなる部
分がないためスイッチングノイズ等の外乱ノイズによる
誤動作マージンが大きくできるという効果がある。Further, since there is no high impedance portion in the circuit, there is an effect that a malfunction margin due to disturbance noise such as switching noise can be increased.
【0039】また、負荷の電位変化を直接検出せず、電
流変化として抽出してから電圧に変換して検出するた
め、負荷インピーダンス状態の影響を回避できるので、
負荷として抵抗だけではなくインダクタンスも接続可能
という効果がある。Further, since the change in the potential of the load is not directly detected but extracted as a change in current and then converted into a voltage and detected, the influence of the load impedance state can be avoided.
There is an effect that not only a resistance but also an inductance can be connected as a load.
【0040】さらに、電圧制御型半導体素子を飽和領域
で制御するのではなく、完全に遮断することにより半導
体素子内での損失増加による熱破壊を防止できるという
効果がある。Furthermore, the voltage control type semiconductor device is not controlled in the saturation region, but is completely shut off, so that there is an effect that thermal destruction due to an increase in loss in the semiconductor device can be prevented.
【図1】本発明の半導体集積回路装置の第1の実施の形
態を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a semiconductor integrated circuit device of the present invention.
【図2】本発明の半導体集積回路装置の第2の実施の形
態を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
【図3】従来の第1の半導体集積回路装置の一例を示す
回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a first conventional semiconductor integrated circuit device.
【図4】従来の第2の半導体集積回路装置の一例を示す
回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a second conventional semiconductor integrated circuit device.
【図5】従来の第3の半導体集積回路装置の一例を示す
ブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an example of a third conventional semiconductor integrated circuit device.
1〜4 FET 21,33〜36 トランジスタ 5,101,102 カレントミラー回路 6 基準電圧源 7,201,303 比較器 8,9 電源 10 遮断回路 11 駆動回路 A1 AND回路 F1 ラッチ回路 R1 抵抗 Z2 負荷 1-4 FET 21, 33-36 Transistor 5, 101, 102 Current mirror circuit 6 Reference voltage source 7, 201, 303 Comparator 8, 9 Power supply 10 Cutoff circuit 11 Drive circuit A1 AND circuit F1 Latch circuit R1 Resistance Z2 Load
Claims (2)
御する出力用の半導体素子と、 前記負荷電流の変化分を抽出する負荷電流変化抽出手段
と、 抽出した前記負荷電流の変化分を電流変化電圧信号に変
換する電流電圧変換手段と、 前記電流変化電圧信号の予め定めた基準電圧に対する超
過に応答して予め定めたレベルの比較信号を出力する電
圧比較手段とを備え、 前記負荷電流変化抽出手段が、ドレインとゲートの各々
を前記半導体素子である第1のFETのドレインとゲー
トの各々に並列接続しゲート面積が予め定めた比率で前
記第1のFETより小さい第2のFETと、 入力端が前記第2のFETのソースに接続したカレント
ミラー回路とを備え、 前記電流電圧変換手段が、一端が前記カレントミラー回
路の出力端に他端が電源に接続した抵抗を備え ることを
特徴とする半導体集積回路装置。An output semiconductor element connected to a load for controlling a load current of the load; a load current change extracting unit for extracting a change in the load current; Current-voltage conversion means for converting the current-change voltage signal to a predetermined reference voltage ;
And a voltage comparison means for outputting a level comparison signal of a predetermined response to the excessive, said load current change detection means, each of the drain and gate
Is connected to the drain of the first FET which is the semiconductor element.
Connected in parallel to each of the
A second FET smaller than the first FET, and a current having an input connected to the source of the second FET.
A mirror circuit, wherein the current-voltage conversion means has one end connected to the current mirror circuit.
The semiconductor integrated circuit device according to claim Rukoto with the other end connected to the source resistance at the output end of the road.
体素子の駆動信号を遮断する駆動信号遮断手段をさらに
備えることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路
装置。2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, further comprising a drive signal cutoff unit that cuts off a drive signal of the semiconductor element in response to the supply of the comparison signal.
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