JP3537061B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3537061B2
JP3537061B2 JP09288595A JP9288595A JP3537061B2 JP 3537061 B2 JP3537061 B2 JP 3537061B2 JP 09288595 A JP09288595 A JP 09288595A JP 9288595 A JP9288595 A JP 9288595A JP 3537061 B2 JP3537061 B2 JP 3537061B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はパワーMOSFETを出
力段にソースフォロア形態で用いた半導体装置に係り、
特に誘導性負荷を高速駆動するハイサイドスイッチ用に
好適な半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a power MOSFET as a source follower in an output stage.
In particular, the present invention relates to a semiconductor device suitable for a high-side switch that drives an inductive load at high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のハイサイドスイッチ用の回路に
ついては、例えば米国特許第4,928,053号に開
示された構成が知られている。この従来のハイサイドス
イッチ回路(ソースフォロア回路)の要部の構成を図1
1に示す。図11において、参照符号70はパワーMO
SFETを示し、パワーMOSFET70のドレインは
電源端子VDDに接続されると共にソースは出力端子OU
Tを介して誘導性負荷71に接続されている。パワーM
OSFET70のゲートとソース間には、パワーMOS
FET70を遮断するためのNチャネルMOSFET7
2のドレインとソースが各々接続され、このNチャネル
MOSFET72のゲートは回路のグランドに接続され
ている。また、PチャネルMOSFET75のドレイン
とゲートは、それぞれパワーMOSFET70のゲート
と回路のグランドに接続されている。電源端子VDDとパ
ワーMOSFET70のゲートとの間には、パワーMO
SFET70を遮断したときの出力端子OUTの電圧の
最小値を決めるクランプダイオード74と、逆方向電圧
による電流阻止用ダイオード73との直列回路が接続さ
れる。
2. Description of the Related Art A circuit disclosed in U.S. Pat. No. 4,928,053 is known as a circuit for a high-side switch of this kind. FIG. 1 shows a configuration of a main part of this conventional high-side switch circuit (source follower circuit).
1 is shown. In FIG. 11, reference numeral 70 denotes a power MO.
The power MOSFET 70 has a drain connected to the power supply terminal V DD and a source connected to the output terminal OU.
It is connected to the inductive load 71 via T. Power M
A power MOS is connected between the gate and the source of the OSFET 70.
N-channel MOSFET 7 for cutting off FET 70
The drain and source of the N-channel MOSFET 72 are connected to each other, and the gate of the N-channel MOSFET 72 is connected to the circuit ground. The drain and gate of the P-channel MOSFET 75 are connected to the gate of the power MOSFET 70 and the circuit ground, respectively. A power MO is connected between the power supply terminal V DD and the gate of the power MOSFET 70.
A series circuit of a clamp diode 74 for determining the minimum value of the voltage at the output terminal OUT when the SFET 70 is cut off and a diode 73 for blocking current by a reverse voltage is connected.

【0003】このように構成されるハイサイドスイッチ
回路は、次のように動作する。PチャネルMOSFET
75のソースの電位VSを低電位から高電位にすること
によりPチャネルMOSFET75がオンしてパワーM
OSFET70のゲートが駆動されてパワーMOSFE
T70が導通し、電源端子VDDからパワーMOSFET
70のドレイン・ソースを介して誘導性負荷71に電流
が供給される。
[0003] The high-side switch circuit thus configured operates as follows. P-channel MOSFET
When the source potential V S of the source 75 is changed from a low potential to a high potential, the P-channel MOSFET 75 is turned on and the power M
The gate of the OSFET 70 is driven and the power MOSFET is
T70 is turned on, the power MOSFET from the power supply terminal V DD
A current is supplied to the inductive load 71 via the drain / source 70.

【0004】一方、PチャネルMOSFET75のソー
スの電位VSを高電位から低電位にして、PチャネルM
OSFET75に内蔵する寄生ダイオード(破線で示
す)を順バイアスさせることにより、パワーMOSFE
T70のゲートから電荷が引き抜かれてパワーMOSF
ET70が遮断状態となる。パワーMOSFET70を
遮断させると、誘導性負荷71に逆起電圧が発生してパ
ワーMOSFET70のソース(出力端子OUT)はグ
ランド電位以下に下がり、パワーMOSFET70のソ
ースが負電圧になった後は、NチャネルMOSFET7
2がオンすることにより、パワーMOSFET70を遮
断させ続ける。その後、クランプダイオード74で決ま
る負の出力電圧値(以下、これを負出力維持電圧と称す
る)となると、パワーMOSFET70はオンして出力
電圧の低下は止まる。こうして負荷電流が遮断するま
で、誘導性負荷71に蓄積されていたエネルギが放出さ
れ続ける。ここで、誘導性負荷71に供給する電流を高
速に遮断するためには、出力電圧をできるだけグランド
電圧より下げるようにする必要がある。
[0004] On the other hand, to the potential V S of the source of the P-channel MOSFET75 from a high potential to a low potential, the P-channel M
By making the parasitic diode (shown by a broken line) built in the OSFET 75 forward bias, the power MOSFET
The charge is extracted from the gate of T70 and the power MOSF
The ET 70 is turned off. When the power MOSFET 70 is cut off, a back electromotive voltage is generated in the inductive load 71, the source (output terminal OUT) of the power MOSFET 70 drops below the ground potential, and after the source of the power MOSFET 70 becomes a negative voltage, the N channel MOSFET7
By turning on 2, the power MOSFET 70 is kept shut off. Thereafter, when a negative output voltage value determined by the clamp diode 74 (hereinafter, referred to as a negative output maintaining voltage) is reached, the power MOSFET 70 is turned on and the output voltage stops decreasing. Thus, the energy stored in the inductive load 71 continues to be released until the load current is cut off. Here, in order to cut off the current supplied to the inductive load 71 at high speed, it is necessary to lower the output voltage below the ground voltage as much as possible.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の回路構成によれば、出力電圧の下限値はNチャ
ネルMOSFET72のゲート・ソース間耐圧(通常は
20V程度)により制限される。さらに、電源としてバ
ッテリを使用する場合にはバッテリの充電レベルにより
電源電圧変動(5V程度)があるため、従来の回路構成
ではこのマージンを見込む必要があり、負出力維持電圧
は−15V程度が限界であった。このため、誘導性負荷
の遮断速度を高速化することは難しいという問題があっ
た。
However, according to the above-described conventional circuit configuration, the lower limit of the output voltage is limited by the withstand voltage between the gate and the source of the N-channel MOSFET 72 (generally, about 20 V). Furthermore, when a battery is used as a power supply, there is a power supply voltage fluctuation (about 5 V) depending on the charge level of the battery. Therefore, it is necessary to allow for this margin in the conventional circuit configuration, and the negative output maintaining voltage is limited to about -15 V. Met. For this reason, there has been a problem that it is difficult to increase the breaking speed of the inductive load.

【0006】また、従来の回路構成では、PチャネルM
OSFET75のゲートはグランドと接続され、ドレイ
ンはパワーMOSFETのゲートと接続されているため
パワーMOSFETのゲートとグランド間に印加する電
圧(バッテリ電圧+8V程度)を、PチャネルMOSF
ET75のゲート・ソース間耐圧より低くする必要があ
る。このため、例えば24Vのような電圧が高いバッテ
リを用いる場合には使用できないという問題があった。
In the conventional circuit configuration, the P channel M
Since the gate of the OSFET 75 is connected to the ground and the drain is connected to the gate of the power MOSFET, a voltage (battery voltage +8 V) applied between the gate of the power MOSFET and the ground is applied to the P-channel MOSF.
It must be lower than the gate-source breakdown voltage of ET75. For this reason, there is a problem that the battery cannot be used when a battery having a high voltage such as 24 V is used.

【0007】さらに、従来のハイサイドスイッチ回路に
おいては、バッテリが誤って逆接続された場合にパワー
MOSFETを駆動する制御回路に過電流が流れた場合
に対する対策がなされていなかった。
Furthermore, in the conventional high-side switch circuit, no countermeasure has been taken against the case where an overcurrent flows in the control circuit for driving the power MOSFET when the battery is erroneously reversely connected.

【0008】そこで、本発明の目的は、誘導性負荷を高
速遮断することが可能なハイサイドスイッチ用の半導体
装置を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、24V以上の高い電圧のバッテリを用いることが可
能なハイサイドスイッチ用の半導体装置を提供すること
にある。さらに、本発明の他の目的は、バッテリを誤っ
て逆接続した場合にも破壊することがないハイサイドス
イッチ用の半導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device for a high-side switch that can cut off an inductive load at high speed. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device for a high-side switch that can use a battery having a high voltage of 24 V or more. Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device for a high-side switch that does not break even when a battery is reversely connected by mistake.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置は、例えば図1に示すよう
に、ドレインが電源端子31に接続されると共にソース
が出力端子33に接続されたパワーMOSFET1と、
パワーMOSFET1のゲートと制御回路用グランドす
なわちグランドライン34との間に配置されて入力端子
32の電圧に基づいてパワーMOSFET1をオフする
第1のMOSFETすなわちMOSFET2と、パワー
MOSFET1のゲートと前記出力端子33との間に配
置されて前記入力端子32の電圧に基づいてパワーMO
SFET1をオフする第2のMOSFETすなわちMO
SFET3と、パワーMOSFET1のゲートに接続さ
れて前記入力端子32の電圧に基づいてパワーMOSF
ET1をオンするゲート充電回路すなわち昇圧回路19
と、から少なくとも構成されることを特徴とするもので
ある。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has a drain connected to a power supply terminal 31 and a source connected to an output terminal 33, as shown in FIG. Power MOSFET 1,
A first MOSFET, MOSFET2, which is arranged between the gate of the power MOSFET1 and the control circuit ground, that is, the ground line 34, to turn off the power MOSFET1 based on the voltage of the input terminal 32, a gate of the power MOSFET1, and the output terminal 33; And a power MO based on the voltage of the input terminal 32.
The second MOSFET that turns off SFET1, namely MO
SFET3 and a power MOSFET connected to the gate of the power MOSFET 1 and based on the voltage of the input terminal 32.
Gate charging circuit for turning on ET1, ie, boosting circuit 19
And at least the following.

【0010】前記半導体装置において、前記パワーMO
SFETのゲートと制御回路用グランドとの間に、前記
第1のMOSFETのドレイン・ソース間に存在する寄
生ダイオードを介して流れる電流を阻止するためのダイ
オード、すなわち図1に示すようにダイオード8を接続
配置すれば好適である。
In the semiconductor device, the power MO
A diode for blocking current flowing between the gate of the SFET and the control circuit ground through a parasitic diode existing between the drain and source of the first MOSFET, that is, a diode 8 as shown in FIG. It is preferable to arrange the connection.

【0011】また、前記第2のMOSFETをオンする
第3のMOSFET、すなわち図1に示すようにMOS
FET4と、前記MOSFET3のゲート・ソース間に
接続されて前記MOSFET3をオフするための抵抗1
7とを更に設ければ好適である。
A third MOSFET for turning on the second MOSFET, that is, a MOS transistor as shown in FIG.
FET 4 and a resistor 1 connected between the gate and source of the MOSFET 3 for turning off the MOSFET 3
7 is preferably provided.

【0012】また、前記第2のMOSFETをオンする
第3のMOSFETと、前記第2のMOSFETのゲー
トとソースの間に接続されて前記第2のMOSFETを
オフするための第4のMOSFET、すなわち図4に示
すようにMOSFET23を前記抵抗17の代わりに設
けてもよい。
A third MOSFET for turning on the second MOSFET, and a fourth MOSFET connected between the gate and the source of the second MOSFET for turning off the second MOSFET, As shown in FIG. 4, a MOSFET 23 may be provided instead of the resistor 17.

【0013】更に、電源電圧から所定の定電圧を得る定
電圧電源、例えば図3に示すように電圧レギュレータ2
0を設け、該電圧レギュレータ20と前記MOSFET
3のゲートとの間に、前記MOSFET4と、MOSF
ET4のドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオード
を介して流れる電流を阻止するダイオード9との直列回
路を設けることができる。
Further, a constant voltage power supply for obtaining a predetermined constant voltage from the power supply voltage, for example, a voltage regulator 2 as shown in FIG.
0, the voltage regulator 20 and the MOSFET
Between the MOSFET 4 and the MOSF
A series circuit with the diode 9 that blocks a current flowing through a parasitic diode existing between the drain and the source of the ET 4 can be provided.

【0014】また、前記パワーMOSFETのゲート
と、電源端子及び/又は定電圧電源との間に、クランプ
用ダイオード、例えば図1或いは図4に示すように、ク
ランプ用ダイオード13及び/又は14を更に設ければ
好適である。
Further, a clamping diode, for example, as shown in FIG. 1 or 4, a clamping diode 13 and / or 14 is further provided between the gate of the power MOSFET and a power supply terminal and / or a constant voltage power supply. It is preferable to provide them.

【0015】また、前記パワーMOSFETのゲートと
電源端子との間に接続した第1のダイオードと第5のM
OSFETの直列回路、例えば図5に示すように、ダイ
オード12とMOSFET6の直列回路を設け、MOS
FET6のゲートとソースとの間に抵抗18を設け、前
記パワーMOSFET1のゲートから前記のMOSFE
T6のゲートを経由して前記電源端子31に至る間に第
2のクランプ用ダイオードすなわちダイオード13を設
け、電源端子31に印加される電源電圧から所定の定電
圧を得る定電圧電源すなわち電圧レギュレータ20を設
け、前記パワーMOSFET1のゲートから前記MOS
FET6のゲートを経由して前記電圧レギュレータ20
に至る間に第3のクランプ用ダイオードすなわちダイオ
ード14を設けてもよい。
Further, a first diode and a fifth M connected between the gate of the power MOSFET and a power supply terminal.
A series circuit of an OSFET, for example, a series circuit of a diode 12 and a MOSFET 6 is provided as shown in FIG.
A resistor 18 is provided between the gate and the source of the FET 6, and the MOSFET is connected to the gate of the power MOSFET 1.
A second clamping diode, that is, a diode 13 is provided between the power supply terminal 31 and the power supply terminal 31 via the gate of T6, and a constant voltage power supply, that is, a voltage regulator 20 that obtains a predetermined constant voltage from the power supply voltage applied to the power supply terminal 31 From the gate of the power MOSFET 1 to the MOS
The voltage regulator 20 via the gate of the FET 6
May be provided with a third clamping diode, that is, a diode 14.

【0016】この場合、前記第5のMOSFETのゲー
トとソースとの間に設けた抵抗すなわち抵抗18の代わ
りに、ドレインとゲートをダイオード接続した第6のM
OSFET、すなわち図6に示すように、MOSFET
28を前記MOSFET6のゲートとソースとの間に設
けることができる。
In this case, instead of the resistor provided between the gate and the source of the fifth MOSFET, that is, the resistor 18, the sixth MOSFET having the drain and the gate diode-connected is used.
OSFET, a MOSFET as shown in FIG.
28 may be provided between the gate and the source of the MOSFET 6.

【0017】また、前記パワーMOSFETのゲートと
前記第1のMOSFETとの間にゲートが出力端子に接
続された第7のMOSFET、すなわち図7に示すよう
に、MOSFET5を更に設けてもよい。
A seventh MOSFET having a gate connected to an output terminal between the gate of the power MOSFET and the first MOSFET, that is, a MOSFET 5 may be further provided as shown in FIG.

【0018】更に、ドレインをグランド端子に接続し、
ソースとボディを前記制御回路用グランドに接続し、ゲ
ートを前記電源端子もしくはこの電源端子と同極性の電
圧を有する部分に接続した第8のMOSFET、すなわ
ち図8で言えばMOSFET7を接続すれば好適であ
る。
Furthermore, the drain is connected to the ground terminal,
It is preferable to connect an eighth MOSFET in which a source and a body are connected to the control circuit ground and a gate is connected to the power supply terminal or a portion having a voltage of the same polarity as the power supply terminal, that is, a MOSFET 7 in FIG. It is.

【0019】また、本発明に係る半導体装置は、第1導
電型の同一半導体基板、例えば図9に示すように、半導
体基板101上に縦型パワーMOSFET1と該パワー
MOSFET1のゲートを制御する制御回路とを少なく
とも有する半導体装置であって、前記パワーMOSFE
T1の領域は、基板101側から順に、第1導電型すな
わちN型の第1半導体層と該第1半導体層よりも低濃度
の第1導電型の第2半導体層すなわちN型エピタキシャ
ル層105aとを有すると共にパワーMOSFET領域
の周辺部に表面から前記第1半導体層まで達する前記第
2半導体層より高濃度の第1導電型の第3半導体層すな
わち高濃度N型半導体領域107aを有し、前記制御回
路領域は、基板側101から順に、第2導電型の第4半
導体層すなわちP型エピタキシャル層103a,103
bと第1導電型の前記第2半導体層105b〜105d
とを有すると共に、この第2半導体層を島状に分離して
複数の島状領域105b〜105dを構成するために、
表面からP型エピタキシャル層に達するこのP型エピタ
キシャル層より高濃度の第2導電型の第5半導体層すな
わち高濃度P型拡散層108a,108bを有する半導
体装置において、少なくとも1つの前記島状領域を他の
島状領域とから分離するように、表面から前記半導体基
板101まで達する前記N型エピタキシャル層より高濃
度の第1導電型の第6半導体層、すなわち図9の場合、
高濃度N型半導体領域107aと高濃度N型埋込み層1
02aと104aとからなる半導体層を設けたことを特
徴とする。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, a control circuit for controlling a vertical power MOSFET 1 and a gate of the power MOSFET 1 on the same semiconductor substrate of the first conductivity type, for example, as shown in FIG. Wherein the power MOSFE
The region of T1 includes, in order from the substrate 101 side, a first conductivity type, that is, an N-type first semiconductor layer, and a first conductivity type second semiconductor layer, that is, an N-type epitaxial layer 105a having a lower concentration than the first semiconductor layer. And a third semiconductor layer of a first conductivity type having a higher concentration than the second semiconductor layer reaching from the surface to the first semiconductor layer, that is, a high-concentration N-type semiconductor region 107a at a peripheral portion of the power MOSFET region, The control circuit region includes, in order from the substrate side 101, a fourth semiconductor layer of the second conductivity type, that is, P-type epitaxial layers 103 a and 103.
b and the second semiconductor layers 105b to 105d of the first conductivity type
In order to form the plurality of island regions 105b to 105d by separating the second semiconductor layer into islands,
In a semiconductor device having a fifth semiconductor layer of the second conductivity type having a higher concentration than the P-type epitaxial layer reaching the P-type epitaxial layer from the surface, that is, the high-concentration P-type diffusion layers 108a and 108b, at least one of the island regions is formed. In order to separate from the other island regions, the sixth semiconductor layer of the first conductivity type having a higher concentration than the N-type epitaxial layer reaching the semiconductor substrate 101 from the surface, that is, in the case of FIG.
High concentration N-type semiconductor region 107a and high concentration N-type buried layer 1
It is characterized in that a semiconductor layer composed of 02a and 104a is provided.

【0020】この場合、前記第4半導体層の所要部分の
表面に、前記第2半導体層より高濃度の第1導電型の第
7半導体層、すなわち図9に示すように高濃度N型埋込
み層104b〜104d、を設けてもよい。
In this case, a seventh semiconductor layer of the first conductivity type having a higher concentration than the second semiconductor layer, that is, a high concentration N-type buried layer as shown in FIG. 104b to 104d may be provided.

【0021】また、前記第1半導体層は、前記半導体基
板に前記第4半導体層形成前に設けた第1導電型の不純
物のわき上がり層、すなわち図9に示すように高濃度N
型埋込み層102aと、高濃度N型埋込み層104aと
から構成すれば好適である。
Further, the first semiconductor layer is a layer of an impurity of a first conductivity type provided on the semiconductor substrate before the formation of the fourth semiconductor layer, that is, as shown in FIG.
It is preferable to use a mold buried layer 102a and a high-concentration N-type buried layer 104a.

【0022】また、前記第6半導体層は、前記わき上が
り層、すなわち図9に示すように高濃度N型埋込み層1
02aと、高濃度N型埋込み層104aと、高濃度N型
半導体領域107aとから構成することができる。
Further, the sixth semiconductor layer is formed of the raised layer, that is, the high-concentration N-type buried layer 1 as shown in FIG.
02a, a high-concentration N-type buried layer 104a, and a high-concentration N-type semiconductor region 107a.

【0023】更に、前記制御回路領域の第6半導体層、
すなわち図9に示すように、高濃度N型埋込み層102
a,104a及び高濃度N型領域107aにより分離さ
れた少なくとも1つの島状領域のP型エピタキシャル層
103aと高濃度P型拡散層108aをパワーMOSF
ET領域に形成したパワーMOSFET1のソース電位
に電気的に接続し、第6半導体層により分離された他の
少なくとも1つの島状領域のP型エピタキシャル層10
3bと高濃度P型拡散層108bを制御回路のグランド
に電気的に接続すれば好適である。
A sixth semiconductor layer in the control circuit area;
That is, as shown in FIG.
a, 104a and the P-type epitaxial layer 103a and the high-concentration P-type diffusion layer 108a in at least one island region separated by the high-concentration N-type region 107a.
The P-type epitaxial layer 10 of another at least one island region electrically connected to the source potential of the power MOSFET 1 formed in the ET region and separated by the sixth semiconductor layer
It is preferable that 3b and the high-concentration P-type diffusion layer 108b be electrically connected to the ground of the control circuit.

【0024】また、前記第6半導体層により分離された
他の少なくとも1つの島状領域であって、前記第4半導
体層と第5半導体層が制御回路のグランドに接続された
島状領域に、ドレインが外部電源の接続されるグランド
端子、すなわち図8で言えばグランド端子30、に電気
的に接続され、ソースとボディが前記制御回路のグラン
ド、すなわち図8で言えばグランドライン34であって
図10の島状領域で言えば制御回路のグランドに接続さ
れるP型エピタキシャル層103bと高濃度P型拡散層
108bに電気的に接続に接続され、ゲートが外部電源
の接続される電源端子すなわち図8で言えば電源端子3
1もしくはこの電源端子と同極性の電圧を有する部分に
接続されるMOSFET7を設ければ好適である。
Further, at least one other island-like region separated by the sixth semiconductor layer, wherein the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer are connected to the ground of a control circuit, The drain is electrically connected to the ground terminal to which the external power supply is connected, that is, the ground terminal 30 in FIG. 8, and the source and the body are the ground of the control circuit, that is, the ground line 34 in FIG. Speaking of the island region of FIG. 10, the P-type epitaxial layer 103b and the high-concentration P-type diffusion layer 108b that are connected to the ground of the control circuit are electrically connected to each other, and the gate is a power supply terminal to which an external power supply is connected. In FIG. 8, the power supply terminal 3
It is preferable to provide a MOSFET 7 connected to the power supply terminal 1 or a portion having a voltage of the same polarity as the power supply terminal.

【0025】[0025]

【作用】本発明に係る半導体装置によれば、誘導性負荷
を駆動するパワーMOSFETのゲートと制御回路用グ
ランドとの間に配置された第1のMOSFETは、パワ
ーMOSFETのゲート電圧がグランド端子よりも高い
電圧でパワーMOSFETの遮断動作を行い、パワーM
OSFETのゲートと出力端子との間に配置された第2
のMOSFETは、前記第1のMOSFETによりパワ
ーMOSFETがオフしてパワーMOSFETのゲート
電圧が電源電圧に近い電圧となってからパワーMOSF
ETの遮断動作を行うと共に出力端子がグランド端子の
電圧以下の負電圧になってもパワーMOSFETの遮断
動作を行い、パワーMOSFETをオンするゲート充電
回路は、入力電圧を電源電圧以上に昇圧してパワーMO
SFETのゲートを駆動する。
According to the semiconductor device of the present invention, the first MOSFET disposed between the gate of the power MOSFET driving the inductive load and the control circuit ground has a gate voltage of the power MOSFET higher than that of the ground terminal. Performs a power MOSFET shut-off operation at a high voltage, and the power M
A second terminal disposed between the gate of the OSFET and the output terminal;
The power MOSFET is turned off after the power MOSFET is turned off by the first MOSFET and the gate voltage of the power MOSFET becomes close to the power supply voltage.
Even when the ET is shut off and the output terminal is at a negative voltage lower than the voltage of the ground terminal, the power MOSFET is shut off, and the gate charging circuit that turns on the power MOSFET boosts the input voltage to the power supply voltage or higher. Power MO
Drive the gate of the SFET.

【0026】また、パワーMOSFETのゲートと制御
回路用グランドとの間に、第1のMOSFETのドレイ
ン・ソース間に存在する寄生ダイオードを介して流れる
電流を阻止するために設けたダイオードにより、パワー
MOSFETのゲート電圧がグランド電圧以下すなわち
負電圧となるのを可能にする。ここで、パワーMOSF
ETのゲート電圧の上限を制限するのは第1のMOSF
ETのドレイン・ソース間耐圧であるが、高耐圧の縦型
MOSFETを使用する場合には60V以上の耐圧が容
易に得られるため24V以上のバッテリを使用すること
が可能となる。
A diode provided between the gate of the power MOSFET and the control circuit ground to block a current flowing through a parasitic diode existing between the drain and the source of the first MOSFET. The gate voltage of the gate line becomes equal to or lower than the ground voltage, that is, a negative voltage. Here, the power MOSF
The first MOSF limits the upper limit of the gate voltage of ET.
Although the withstand voltage between the drain and the source of the ET is used, when a vertical MOSFET having a high withstand voltage is used, a withstand voltage of 60 V or more can be easily obtained, so that a battery of 24 V or more can be used.

【0027】また、第3のMOSFETのオンにより第
2のMOSFETをオンし、第3のMOSFETのオフ
により第2のMOSFETをオフし、第2のMOSFE
Tのゲート・ソース間に接続された抵抗により第2のM
OSFETをオフする際のゲート電荷を放電させるよう
にした。これにより、第2のMOSFETのゲート電圧
はグランド電圧より下げられるため、負出力維持電圧の
絶対値は第2のMOSFETのゲート・ソース間耐圧に
より制限されない大きな値にできる。このため、誘導性
負荷の遮断速度を高速化できる。ここで、第2のMOS
FETを遮断する際の上記抵抗の代わりに、第4のMO
SFETを第2のMOSFETのゲートとソースの間に
接続して用いることもできる。
The second MOSFET is turned on by turning on the third MOSFET, the second MOSFET is turned off by turning off the third MOSFET, and the second MOSFET is turned on.
The second M is connected by a resistor connected between the gate and the source of T.
The gate charge when the OSFET is turned off is discharged. As a result, the gate voltage of the second MOSFET is lowered below the ground voltage, so that the absolute value of the negative output sustaining voltage can be a large value that is not limited by the gate-source breakdown voltage of the second MOSFET. Therefore, the breaking speed of the inductive load can be increased. Here, the second MOS
In place of the above resistor when the FET is cut off, a fourth MO
An SFET may be used connected between the gate and the source of the second MOSFET.

【0028】また、定電圧電源は電源電圧から所定の定
電圧が得られ、この定電圧電源と第2のMOSFETの
ゲートとの間に設けたダイオードは第3のMOSFET
のドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオードを介し
て流れる電流を阻止する。
Further, the constant voltage power supply obtains a predetermined constant voltage from the power supply voltage, and a diode provided between the constant voltage power supply and the gate of the second MOSFET is a third MOSFET.
Current flowing through a parasitic diode existing between the drain and the source of the transistor.

【0029】また、パワーMOSFETのゲートと電源
端子との間に設けたクランプ用ダイオードは負出力維持
電圧を決定すると共に、バッテリ電圧が規格以上に増加
した場合にパワーMOSFETのドレイン・ソース間に
高電圧が印加されることを防止する。
Further, the clamping diode provided between the gate of the power MOSFET and the power supply terminal determines the negative output sustaining voltage, and when the battery voltage increases beyond the standard, a high voltage is applied between the drain and the source of the power MOSFET. Prevents voltage from being applied.

【0030】また、パワーMOSFETのゲートと定電
圧電源との間に設けたクランプ用ダイオードは負出力維
持電圧を決定するが、定電圧電源と接続したことによ
り、電源端子に接続されるバッテリの電圧変化に起因す
る誘導性負荷の遮断速度の変動を防止できる。
The clamping diode provided between the gate of the power MOSFET and the constant voltage power supply determines the negative output sustaining voltage. However, by connecting to the constant voltage power supply, the voltage of the battery connected to the power supply terminal is reduced. It is possible to prevent a change in the cutoff speed of the inductive load due to the change.

【0031】また、前記パワーMOSFETのゲートと
電源端子との間に接続した第1のダイオードと第5のM
OSFETの直列回路の第1のダイオードは、前記ゲー
ト充電回路すなわち昇圧回路により電源電圧よりもゲー
ト電位が高くなることを可能にし、第5のMOSFET
は負出力維持電圧を保つための電流を供給する。第5の
MOSFETのゲート・ソース間に設けた抵抗は、出力
端子電圧が負出力維持電圧よりも高いときに第5のMO
SFETをオフするように動作する。第2のクランプ用
ダイオードは、パワーMOSFETのゲートと電源端子
との間に設けた前記クランプ用ダイオードと同様に、負
出力維持電圧を決定すると共に、バッテリ電圧が規格以
上に増加した場合にパワーMOSFETのドレイン・ソ
ース間に高電圧が印加されることを防止する。第3のク
ランプ用ダイオードは、パワーMOSFETのゲートと
定電圧電源との間に設けた前記クランプ用ダイオードと
同様に、負出力維持電圧を決定するが、定電圧電源と接
続したことにより、電源端子に接続されるバッテリの電
圧変化に起因する誘導性負荷の遮断速度の変動を防止す
る。また、第5のMOSFETが、負出力維持電圧を保
つためのパワーMOSFETのゲート電流を供給するの
で、第2及び第3のクランプ用ダイオードの素子サイズ
を小さくできる。
Further, a first diode and a fifth M connected between a gate of the power MOSFET and a power supply terminal are provided.
The first diode in the series circuit of OSFETs allows the gate potential to be higher than the power supply voltage by the gate charging or boosting circuit, and the fifth MOSFET
Supplies a current for maintaining a negative output sustaining voltage. When the output terminal voltage is higher than the negative output sustain voltage, the resistance provided between the gate and the source of the fifth MOSFET becomes the fifth MO.
It operates to turn off the SFET. The second clamping diode determines the negative output sustaining voltage as well as the clamping diode provided between the gate of the power MOSFET and the power supply terminal. To prevent a high voltage from being applied between the drain and the source of the semiconductor device. The third clamping diode determines the negative output sustain voltage in the same manner as the clamping diode provided between the gate of the power MOSFET and the constant voltage power supply. To prevent a change in the inductive load cutoff speed caused by a voltage change of a battery connected to the battery. Further, since the fifth MOSFET supplies the gate current of the power MOSFET for maintaining the negative output sustain voltage, the element size of the second and third clamping diodes can be reduced.

【0032】また、前記第5のMOSFETのゲート・
ソース間の抵抗の代わりに設けたダイオード接続の第6
のMOSFETは、第5のMOSFETとカレントミラ
ーを構成するので、前記第2及び第3のクランプ用ダイ
オードの素子サイズを小さくできる。
Further, the gate of the fifth MOSFET
The sixth of the diode connection provided in place of the resistance between the sources
Since the MOSFET forms a current mirror with the fifth MOSFET, the element size of the second and third clamping diodes can be reduced.

【0033】また、前記パワーMOSFETのゲートと
前記第1のMOSFETとの間に第7のMOSFETを
設けたことにより、第1のMOSFETは第7のMOS
FETのしきい電圧分だけパワーMOSFETの遮断動
作を速く終了するため、ターンオフがソフトになり、低
雑音のスイッチングを行える。
Further, since a seventh MOSFET is provided between the gate of the power MOSFET and the first MOSFET, the first MOSFET is a seventh MOSFET.
Since the shut-off operation of the power MOSFET is terminated quickly by the threshold voltage of the FET, the turn-off becomes soft and low-noise switching can be performed.

【0034】更に、ドレインをグランド端子に接続し、
ソースとボディを前記制御回路用グランドに接続し、ゲ
ートを前記電源端子もしくはこの電源端子と同極性の電
圧を有する部分に接続した第8のMOSFETは、電源
端子とグランド端子間に正常にバッテリが接続された場
合にはオン状態となり制御回路用グランドとグランド端
子を接続し、バッテリが逆接続された場合にはオフ状態
となり、制御回路用グランドとグランド端子を切離し、
制御回路用グランドと電源端子間に存在する寄生ダイオ
ードを介して流れる電流を阻止する。
Further, the drain is connected to the ground terminal,
An eighth MOSFET in which a source and a body are connected to the control circuit ground and a gate is connected to the power supply terminal or a portion having a voltage having the same polarity as the power supply terminal, a battery normally operates between the power supply terminal and the ground terminal. When it is connected, it turns on and connects the control circuit ground and the ground terminal, and when the battery is connected in reverse, it turns off and disconnects the control circuit ground and the ground terminal,
A current flowing through a parasitic diode existing between the control circuit ground and the power supply terminal is blocked.

【0035】また、本発明に係る半導体装置では、パワ
ーMOSFETの領域は、基板101側から順に第1導
電型の第1半導体層と該第1半導体層よりも低濃度の第
1導電型の第2半導体層としたことにより、パワーMO
SFETのドレイン端子を基板側から取り出すことを可
能にし、パワーMOSFET領域の周辺部に表面から前
記第1半導体層まで達する高濃度の第1導電型の第3半
導体層は、同一半導体基板上の制御回路領域の第2導電
型の半導体層と、パワーMOSFETのボディおよび第
4半導体層との間のリーク電流のストッパとして働く。
制御回路領域の第2導電型の第4の半導体層と第5の半
導体層で囲まれる第1導電型の第1の半導体層の複数の
島状領域はそれぞれ制御回路用素子形成部となり、表面
から前記半導体基板まで達する第1導電型の第6半導体
層は、前記島状領域の各々を更に電気的に分離すること
を可能にする。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the power MOSFET region includes, in order from the substrate 101 side, a first conductive type first semiconductor layer and a first conductive type first semiconductor layer having a lower concentration than the first semiconductor layer. With two semiconductor layers, the power MO
The drain terminal of the SFET can be taken out from the substrate side, and the high-concentration first conductivity type third semiconductor layer reaching from the surface to the first semiconductor layer at the periphery of the power MOSFET region is controlled on the same semiconductor substrate. It functions as a stopper for a leak current between the second conductivity type semiconductor layer in the circuit region, the body of the power MOSFET, and the fourth semiconductor layer.
The plurality of island-shaped regions of the first conductive type first semiconductor layer surrounded by the second conductive type fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer in the control circuit region serve as control circuit element forming portions, respectively. The sixth semiconductor layer of the first conductivity type, which reaches from the semiconductor substrate to the semiconductor substrate, allows each of the island regions to be further electrically isolated.

【0036】第4半導体層の所要部分の表面に設けた高
濃度の第1導電型の第7半導体層は、制御回路用素子の
低抵抗埋込み層として働くので素子特性が向上する。
The high-concentration first-conductivity-type seventh semiconductor layer provided on the surface of the required portion of the fourth semiconductor layer functions as a low-resistance buried layer of the control circuit element, so that the element characteristics are improved.

【0037】また、前記第1半導体層を、半導体基板に
第4半導体層形成前に設けた第1導電型の不純物のわき
上がり層と、前記第7半導体層とから構成することによ
り、パワーMOSFET領域に形成された第4半導体層
を第1導電型の層で容易に貫通することができ、第2半
導体層と基板との間の導通が取れる。
In addition, the first semiconductor layer is composed of a layer of an impurity of the first conductivity type provided on the semiconductor substrate before the formation of the fourth semiconductor layer, and the seventh semiconductor layer. The fourth semiconductor layer formed in the region can be easily penetrated by the layer of the first conductivity type, and conduction between the second semiconductor layer and the substrate can be obtained.

【0038】更に、前記制御回路領域の第6半導体層に
より分離された少なくとも1つの島状領域の第4半導体
層と第5半導体層をパワーMOSFET領域に形成した
パワーMOSFETのソース電位に電気的に接続し、第
6半導体層により分離された他の少なくとも1つの島状
領域の第4半導体層と第5半導体層を制御回路のグラン
ドに電気的に接続することにより、前者の島状領域は負
電位への変化が可能となり、パワーMOSFETのソー
スと共に電位が変化するプルダウン素子用として好適に
使用でき、負出力維持電圧の絶対値を大きくでき誘導性
負荷を高速に遮断できる。
Further, the fourth and fifth semiconductor layers of at least one island region separated by the sixth semiconductor layer of the control circuit region are electrically connected to the source potential of the power MOSFET formed in the power MOSFET region. By connecting the fourth and fifth semiconductor layers of at least one other island region separated by the sixth semiconductor layer to the ground of the control circuit, the former island region becomes negative. It is possible to change to a potential, and it can be suitably used as a pull-down element whose potential changes together with the source of the power MOSFET. The absolute value of the negative output sustaining voltage can be increased and the inductive load can be cut off at high speed.

【0039】また、前記制御回路領域の第6半導体層に
より分離された少なくとも1つの島状領域であって、第
4半導体層と第5半導体層とを制御回路のグランドに電
気的に接続した島状領域に、ドレインがグランド端子に
接続され、ソースとボディが制御回路のグランドに接続
され、ゲートが電源端子に接続されたMOSFETを設
けることにより、このMOSFETはバッテリ逆接続し
た場合にオフ動作し、正常に接続した場合にオンするバ
ッテリ逆接続保護動作を行うことができる。
Further, at least one island region separated by the sixth semiconductor layer in the control circuit region, wherein the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer are electrically connected to the ground of the control circuit. By providing a MOSFET in which the drain is connected to the ground terminal, the source and the body are connected to the ground of the control circuit, and the gate is connected to the power supply terminal, the MOSFET is turned off when the battery is reversely connected. , A battery reverse connection protection operation that is turned on when the connection is normally made can be performed.

【0040】[0040]

【実施例】次に、本発明に係る半導体装置の実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。 <実施例1>図1は本発明に係る半導体装置の第1の実
施例を示し、誘導性負荷を駆動する駆動回路の要部回路
図であり、図2は図1に示した駆動回路の入出力波形図
である。図1において、参照符号50は本発明の半導体
装置を示し、この半導体装置50の電源端子31にはバ
ッテリ41の一方の端子が接続され、バッテリ41の他
方の端子はグランド端子30に接続されると共に、ソレ
ノイドやモータ等の誘導性負荷40を介して出力端子3
3に接続される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. <Embodiment 1> FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention, and is a main part circuit diagram of a drive circuit for driving an inductive load. FIG. 2 is a circuit diagram of the drive circuit shown in FIG. It is an input / output waveform diagram. In FIG. 1, reference numeral 50 denotes a semiconductor device of the present invention. One terminal of a battery 41 is connected to a power terminal 31 of the semiconductor device 50, and the other terminal of the battery 41 is connected to a ground terminal 30. And the output terminal 3 via an inductive load 40 such as a solenoid or a motor.
3 is connected.

【0041】また、本実施例の半導体装置50の内部回
路は、ハイサイドスイッチとして使用するパワーMOS
FET1と、このパワーMOSFET1のゲートを制御
する制御回路とを備えている。すなわち、半導体装置5
0の内部回路は、電源端子31にドレインが接続される
と共にソースが出力端子33に接続されたNチャネルの
パワーMOSFET1と、パワーMOSFET1のゲー
ト・ソース間にそれぞれドレインとソースが接続された
NチャネルMOSFET3と、ドレインがパワーMOS
FET1のゲートにダイオード8を介して接続されると
共にソースが制御回路のグランドライン(第1グランド
ライン)34を介してグランド端子30に接続されたN
チャネルMOSFET2と、出力がMOSFET2のゲ
ートに接続されたインバータ21と、ソースとドレイン
が電源端子31とMOSFET3のゲートにそれぞれ接
続されたPチャネルMOSFET4と、パワーMOSF
ET1のゲートに接続された昇圧回路19と、電源端子
31とパワーMOSFET1のゲートとの間にアノード
同士が接続されたダイオード12,13の直列回路と、
出力端子33に接続される第2グランドライン36とパ
ワーMOSFET1のゲートとの間にカソード同士が接
続されたダイオード26,27の直列回路と、MOSF
ET3のゲート・ソース間に接続された抵抗17と、入
力側が入力端子32に接続されると共に出力側が昇圧回
路の入力とMOSFET4のゲートとインバータ21の
入力に接続された入力信号処理回路35と、から構成さ
れる。なお、入力信号処理回路35には、図示しない
が、レベルシフト回路、過熱保護回路、過電流保護回
路、等が内蔵されている。
The internal circuit of the semiconductor device 50 of this embodiment is a power MOS used as a high side switch.
It comprises an FET 1 and a control circuit for controlling the gate of the power MOSFET 1. That is, the semiconductor device 5
0 is an N-channel power MOSFET 1 having a drain connected to the power supply terminal 31 and a source connected to the output terminal 33, and an N-channel power MOSFET 1 having a drain and a source connected between the gate and the source of the power MOSFET 1. MOSFET3 and drain are power MOS
N is connected to the gate of the FET 1 via the diode 8 and the source is connected to the ground terminal 30 via the ground line (first ground line) 34 of the control circuit.
A channel MOSFET 2, an inverter 21 whose output is connected to the gate of the MOSFET 2, a P-channel MOSFET 4 whose source and drain are connected to the power supply terminal 31 and the gate of the MOSFET 3, respectively, and a power MOSFET.
A booster circuit 19 connected to the gate of ET1, a series circuit of diodes 12 and 13 whose anodes are connected between the power supply terminal 31 and the gate of the power MOSFET 1,
A series circuit of diodes 26 and 27 whose cathodes are connected between a second ground line 36 connected to the output terminal 33 and the gate of the power MOSFET 1;
A resistor 17 connected between the gate and the source of the ET3, an input signal processing circuit 35 having an input connected to the input terminal 32 and an output connected to the input of the booster circuit, the gate of the MOSFET 4, and the input of the inverter 21; Consists of Although not shown, the input signal processing circuit 35 includes a level shift circuit, an overheat protection circuit, an overcurrent protection circuit, and the like.

【0042】このように、半導体装置50はパワーMO
SFET1をソースフォロア接地にしたハイサイドスイ
ッチと、これを制御するMOSFET2,3,4や昇圧
回路19等からなる制御回路とで構成され、図2に示す
ような入出力特性を有する。なお、図2は図1に示した
ように誘導性負荷40と電圧VDDのバッテリ41を接続
した半導体装置50の、入力端子32における入力電圧
波形と出力端子33における出力電圧波形とを示す入出
力特性図である。すなわち、図2に示すように入力端子
32に例えば5Vの電圧を印加すると、入力信号処理回
路35を介して昇圧回路19に入力された電圧は、昇圧
回路19によってバッテリ41の電源電圧VDD以上に昇
圧されてパワーMOSFET1のゲートに印加され、パ
ワーMOSFET1をオン状態にする。電源電圧VDD
上の十分高いゲート電圧で駆動するため、パワーMOS
FET1は100mΩ程度以下の低いオン抵抗となり、
出力端子33はほぼ電源電圧VDDと同じ電圧になる。な
お、昇圧回路19の具体的回路構成例としては、例え
ば、PCIM’88のプロシーディングズ、第32〜4
0頁(PCIM'88 PROCEEDINGS, pp.32-40)の中に記載され
ているチャージポンプ回路を好適に使用することができ
る。図1において、ダイオード12はパワーMOSFE
T1のゲートが電源端子31の電圧VDD以上に昇圧でき
るようにするために設けてあり、ダイオード26,27
はパワーMOSFET1のゲート保護ダイオードであ
る。
As described above, the semiconductor device 50 has the power MO
It is composed of a high-side switch in which the SFET 1 is grounded as a source follower, and a control circuit composed of MOSFETs 2, 3, 4 and a booster circuit 19 for controlling the switch, and has input / output characteristics as shown in FIG. FIG. 2 shows an input voltage waveform at the input terminal 32 and an output voltage waveform at the output terminal 33 of the semiconductor device 50 in which the inductive load 40 and the battery 41 having the voltage VDD are connected as shown in FIG. It is an output characteristic diagram. That is, as shown in FIG. 2, when a voltage of, for example, 5 V is applied to the input terminal 32, the voltage input to the booster circuit 19 via the input signal processing circuit 35 is higher than the power supply voltage V DD of the battery 41 by the booster circuit 19. And is applied to the gate of the power MOSFET 1 to turn on the power MOSFET 1. To drive with a sufficiently high gate voltage equal to or higher than the power supply voltage V DD , a power MOS
FET1 has a low on-resistance of about 100 mΩ or less,
The output terminal 33 has substantially the same voltage as the power supply voltage V DD . As a specific circuit configuration example of the booster circuit 19, for example, proceedings of PCIM'88, 32nd to 4th
The charge pump circuit described in page 0 (PCIM'88 PROCEEDINGS, pp. 32-40) can be suitably used. In FIG. 1, a diode 12 is a power MOSFET.
It is provided so that the gate of T1 can be boosted to the voltage V DD of the power supply terminal 31 or more.
Is a gate protection diode of the power MOSFET1.

【0043】パワーMOSFET1をオフするために
は、図2に示すように入力端子32の入力電圧VINを0
Vに下げて、昇圧回路19の動作を停止させる。この
時、MOSFET2のゲートに入力信号処理回路35及
びインバータ21を介して高電位(例えば5V)が印加
されるためMOSFET2がオンする。また、入力信号
処理回路35を介してMOSFET4のゲートは低電位
(例えば0V)になるため、MOSFET4がオンして
MOSFET3を駆動するので、MOSFET3もオン
する。
[0043] In order to turn off the power MOSFET1 the input voltage V IN of the input terminal 32 as shown in FIG. 2 0
Then, the operation of the booster circuit 19 is stopped. At this time, since a high potential (for example, 5 V) is applied to the gate of the MOSFET 2 via the input signal processing circuit 35 and the inverter 21, the MOSFET 2 is turned on. Further, the gate of the MOSFET 4 is set to a low potential (for example, 0 V) via the input signal processing circuit 35, so that the MOSFET 4 is turned on and drives the MOSFET 3, so that the MOSFET 3 is also turned on.

【0044】ここで、出力端子33の立ち下げのために
MOSFET2とMOSFET3を使用するのは、以下
の理由による。出力端子33の電圧VOUTが、MOSF
ET2に関しては式(1)の範囲において、MOSFET
3に関しては式(2)の範囲において、パワーMOSFE
T1を遮断できなくなるためである。
Here, the reason why the MOSFET 2 and the MOSFET 3 are used for lowering the output terminal 33 is as follows. When the voltage V OUT of the output terminal 33 is
Regarding ET2, within the range of equation (1), MOSFET
In the range of Equation (2), the power MOSFE
This is because T1 cannot be cut off.

【0045】[0045]

【数1】VOUT<Von(2)+Vf(8)−Vth(1) …(1) VOUT>VDD−Von(4)−Vth(3) …(2) 上式において、VDDは電源端子31の電圧、Vth(1)
th(3)は各々パワーMOSFET1とMOSFET3
のしきい電圧、Vf(8)はダイオード8の順方向電圧、V
on(2)とVon(4)はMOSFET2とMOSFET4のオ
ン電圧である。
V OUT <V on (2) + V f (8) −V th (1) (1) V OUT > V DD −V on (4) −V th (3) (2) , V DD is the voltage of the power supply terminal 31, and V th (1) and V th (3) are the power MOSFET1 and MOSFET3, respectively.
Threshold voltage, V f (8) is the forward voltage of diode 8, V
on (2) and V on (4) are the ON voltages of MOSFET2 and MOSFET4.

【0046】更に詳細に説明すれば、以下の通りであ
る。MOSFET2がオンしてもパワーMOSFET1
のゲート電圧をほぼグランド端子30の電位となる電圧
(Von(2)+Vf(8))までしか下げられないので、出力
端子33の電圧VOUTが逆起電力によってこのグランド
端子の電圧すなわち接地に近い電圧(Von(2)
f(8))よりもVth(1)低い電位に低下するとパワーM
OSFET1がオンするため、MOSFET2では遮断
できなくなる。
This will be described in more detail as follows. Power MOSFET1 even if MOSFET2 is turned on
Can be reduced only to a voltage ( Von (2) + Vf (8) ) which is almost equal to the potential of the ground terminal 30, and the voltage VOUT of the output terminal 33 is reduced to the voltage of this ground terminal by the back electromotive force. Voltage close to ground (V on (2) +
V f (8) ) when the potential drops below V th (1).
Since OSFET1 is turned on, it cannot be cut off by MOSFET2.

【0047】また、MOSFET3のソース電位は、パ
ワーMOSFET1がオン状態のときに出力端子33の
電圧すなわちほぼ電源電圧VDDとなっているので、MO
SFET4をオンにしてもMOSFET3のゲート電位
はVDD−Von(4)と、MOSFET3のソース電位より
も低く、MOSFET3をオンできない。MOSFET
3がオンするためには、ソース電位はゲート電位よりも
th(3)以上低くなければならない。従って、MOSF
ET3は出力端子33の電圧VOUTが電源電圧に近い電
圧(VDD−Von(4)−Vth(3))よりも高いとパワーMO
SFET1を遮断できなくなる。
Since the source potential of the MOSFET 3 is the voltage of the output terminal 33 when the power MOSFET 1 is in the ON state, that is, almost the power supply voltage V DD ,
Even if the SFET 4 is turned on, the gate potential of the MOSFET 3 is V DD −V on (4), which is lower than the source potential of the MOSFET 3, and the MOSFET 3 cannot be turned on. MOSFET
In order for 3 to turn on, the source potential must be lower than the gate potential by Vth (3) or more. Therefore, MOSF
ET3 is the power MO when the voltage V OUT of the output terminal 33 is higher than the voltage (V DD −V on (4) −V th (3) ) close to the power supply voltage.
SFET1 cannot be cut off.

【0048】すなわち、MOSFET2はパワーMOS
FET1をオン状態からオフにし、出力端子電圧VOUT
が低下して上記のグランド端子電圧に近い電圧までの範
囲でパワーMOSFET1を遮断し続ける動作を実行で
き、MOSFET3はMOSFET2によってパワーM
OSFET1がオフしてから出力端子電圧VOUTが上記
電源電圧に近い電圧となってから動作し、そして出力端
子電圧VOUTがグランド端子レベル以下の負電圧になっ
てもパワーMOSFET1をオフし続ける動作を実行で
きる。なお、ダイオード8は、パワーMOSFET1の
ゲート電位が負電圧になった場合にグランド端子30か
らMOSFET2のソース・ドレイン間に存在する寄生
ダイオードを介して流れる電流を阻止して、パワーMO
SFET1のゲート電圧が出力端子電圧に従って負電圧
となることを可能にするためのものであり、MOSFE
T2のソース側にダイオード8を接続してもよい。
That is, the MOSFET 2 is a power MOS
FET1 is turned off from the on state, and the output terminal voltage V OUT
Is reduced to a voltage close to the above-mentioned ground terminal voltage, and the power MOSFET 1 can be continuously cut off.
The operation starts after the output terminal voltage V OUT becomes close to the power supply voltage after the OSFET 1 is turned off, and continues to turn off the power MOSFET 1 even when the output terminal voltage V OUT becomes a negative voltage lower than the ground terminal level. Can be executed. The diode 8 blocks a current flowing from the ground terminal 30 through a parasitic diode existing between the source and the drain of the MOSFET 2 when the gate potential of the power MOSFET 1 becomes a negative voltage, and
This is for enabling the gate voltage of SFET1 to become a negative voltage in accordance with the output terminal voltage.
The diode 8 may be connected to the source side of T2.

【0049】次に、負出力維持電圧について説明する。
本実施例の半導体装置50の負荷が誘導性負荷40であ
るため、パワーMOSFET1を遮断すると誘導性負荷
40の両端に逆起電力が発生する。このため誘導性負荷
40に流れる出力電流IOUTは流れ続け、図2に示すよ
うに出力端子33の電圧VOUTはクランプ用ダイオード
13が降伏しパワーMOSFET1がオンするまで低下
する。この時の出力電圧が負出力維持電圧VSUSとな
り、ダイオード13の降伏電圧をBV(13)、ダイオード
12の順方向電圧をVf(12)とすると、次式で表され
る。
Next, the negative output sustain voltage will be described.
Since the load of the semiconductor device 50 of the present embodiment is the inductive load 40, when the power MOSFET 1 is cut off, back electromotive force is generated at both ends of the inductive load 40. Therefore, the output current I OUT flowing through the inductive load 40 continues to flow, and as shown in FIG. 2, the voltage V OUT at the output terminal 33 decreases until the clamp diode 13 breaks down and the power MOSFET 1 turns on. Assuming that the output voltage at this time is the negative output sustaining voltage VSUS , the breakdown voltage of the diode 13 is BV (13) , and the forward voltage of the diode 12 is Vf (12) , the following expression is obtained.

【0050】[0050]

【数2】 VSUS=VDD−BV(13)−Vf(12)−Vth(1) …(3) この後、誘導性負荷40を流れる出力電流IOUTは減少
し、この電流が流れなくなると出力端子電圧VOUTはゼ
ロボルトになる。ここで、誘導性負荷40のインダクタ
ンス成分をLL、抵抗成分をRLとすると、誘導性負荷4
0に流れる出力電流IOUTの遮断時間toffは、式(4)で
表されるため、負出力維持電圧VSUSが大きいほど、遮
断時間toffを小さくすることができる。
V SUS = V DD -BV (13) -V f (12) -V th (1) (3) Thereafter, the output current I OUT flowing through the inductive load 40 decreases, and this current becomes When the current stops flowing, the output terminal voltage V OUT becomes zero volt. Here, assuming that the inductance component of the inductive load 40 is L L and the resistance component is R L , the inductive load 4
Since the cut-off time t off of the output current I OUT flowing to 0 is expressed by Expression (4), the cut-off time t off can be reduced as the negative output sustaining voltage VSUS increases.

【0051】[0051]

【数3】 toff=(LL/RL)・ln(1−IOUT・RL/VSUS) …(4) 図11に示した従来回路では、本実施例のMOSFET
3に相当するNチャネルMOSFET72のゲートが本
実施例の第1グランドライン34に相当するグランドに
接続されていたため、負出力維持電圧VSUSをMOSF
ET72のゲート・ソース間耐圧よりも大きくすること
ができなかった。このため、遮断時間toffの短縮が制
限されていた。これに対して本実施例では、MOSFE
T3のゲートは抵抗17を介して出力端子33に接続さ
れているため、MOSFET3のゲート電圧を第1グラ
ンドライン34の電圧より低くできる分だけ負出力維持
電圧VSUSの値を大きくすることができる。このため、
遮断速度の高速化が可能となる。例えば、本実施例の場
合、バッテリ41の電圧VDD=12V、ダイオード13
の降伏電圧BV(13)=44V、ダイオード12の順方向
電圧Vf(12)=0.6V、パワーMOSFET1のしき
い電圧Vth(1)=2Vとすると、式(3)より負出力維持電
圧VSUSは約−35Vと大きい値にできる。このため、
パルス幅変調駆動を行う場合には、パルス幅の最小値の
制約を受けてパルス幅の制御範囲が制限されるという問
題を解決することができる。
T off = (L L / R L ) · ln (1−I OUT · R L / V SUS ) (4) In the conventional circuit shown in FIG. 11, the MOSFET of this embodiment is used.
Since the gate of the N-channel MOSFET72 corresponding to 3 was connected to the ground corresponding to the first ground line 34 of this embodiment, MOSF negative output sustaining voltage V SUS
It could not be made larger than the gate-source breakdown voltage of ET72. For this reason, the shortening of the cutoff time t off has been limited. On the other hand, in this embodiment, the MOSFE
Since the gate of T3 is connected to the output terminal 33 via the resistor 17, the value of the negative output sustaining voltage VSUS can be increased by an amount that allows the gate voltage of the MOSFET 3 to be lower than the voltage of the first ground line 34. . For this reason,
It is possible to increase the cutoff speed. For example, in the case of the present embodiment, the voltage V DD of the battery 41 = 12 V, the diode 13
(3) = 44V, forward voltage Vf (12) of diode 12 = 0.6V, and threshold voltage Vth (1) of power MOSFET 1 = 2V, negative output is maintained from equation (3). voltage V SUS can to a large value of about -35 V. For this reason,
In the case of performing the pulse width modulation drive, it is possible to solve the problem that the control range of the pulse width is limited due to the restriction of the minimum value of the pulse width.

【0052】また、従来回路では、パワーMOSFET
70のゲートとグランドの間に制御用のPチャネルMO
SFET75のソースとゲートが接続されていたため、
パワーMOSFET70のゲート電圧は制御用MOSF
ET75のゲート耐圧(通常20V程度)により制限さ
れていた。このため、電源電圧VDDとして24V以上の
バッテリを使用し、かつ、パワーMOSFET70のオ
ン抵抗を小さくするためにパワーMOSFET70のゲ
ートを更に24V以上の高電圧で駆動するということは
できなかった。これに対して、本実施例の半導体装置5
0ではパワーMOSFET1のゲート電圧はMOSFE
T2,3のゲート耐圧により制限されないので、MOS
FET2,3としてドレイン・ソース間耐圧が70V程
度の高耐圧MOSFETを使用できる。このため、バッ
テリ41に24V以上の高い電圧を使用でき、しかも、
パワーMOSFET1のゲート電圧は昇圧回路19によ
り電源端子31の電圧より8V程度昇圧した電圧を印加
できるので、パワーMOSFET1のオン抵抗も小さく
できるという利点がある。
In the conventional circuit, a power MOSFET
P-channel MO for control between gate 70 and ground
Since the source and gate of SFET 75 were connected,
The gate voltage of the power MOSFET 70 is the control MOSF
It was limited by the gate breakdown voltage of ET75 (usually about 20 V). For this reason, it has not been possible to use a battery having a power supply voltage V DD of 24 V or more and drive the gate of the power MOSFET 70 at a high voltage of 24 V or more in order to reduce the ON resistance of the power MOSFET 70. On the other hand, the semiconductor device 5 of the present embodiment
0, the gate voltage of the power MOSFET 1 is MOSFE
Since it is not limited by the gate breakdown voltage of T2 and T3, MOS
As the FETs 2 and 3, high-breakdown-voltage MOSFETs having a drain-source breakdown voltage of about 70 V can be used. Therefore, a high voltage of 24 V or more can be used for the battery 41, and
The gate voltage of the power MOSFET 1 can be applied by a voltage boosted by about 8 V from the voltage of the power supply terminal 31 by the boosting circuit 19, so that there is an advantage that the on-resistance of the power MOSFET 1 can be reduced.

【0053】尚、図1の回路例では、ダイオード12,
13をアノード同士が接続された直列回路としたが、順
番を入れ替えてカソード同士が接続された直列回路とし
てもよい。また、クランプ用ダイオード13は所望の耐
圧が得られるように複数のダイオードを直列接続して構
成したものを用いてもよい。
Incidentally, in the circuit example of FIG.
Although 13 is a series circuit in which the anodes are connected to each other, the order may be interchanged to form a series circuit in which the cathodes are connected. Further, the clamping diode 13 may be configured by connecting a plurality of diodes in series so as to obtain a desired withstand voltage.

【0054】ここで図9に、本実施例の半導体装置50
を構成するパワーMOSFET1及びMOSEFET
2,3,4等の主要素子の断面構造を示す。尚、図9に
おいて参照符号の番号が同じでアルファベットが異なる
半導体層領域は、同じ製造プロセス工程で形成されるけ
れども電気的に分離されている領域であることを示し、
参照符号の番号が同じでもアルファベットが付いていな
い半導体層は、同じ製造プロセス工程で形成されること
だけを示している。
FIG. 9 shows a semiconductor device 50 of this embodiment.
Power MOSFET 1 and MOSFET
2 shows a cross-sectional structure of main elements such as 2, 3, and 4. In FIG. 9, the semiconductor layer regions having the same reference numerals and different alphabets indicate regions which are formed in the same manufacturing process step but are electrically isolated.
Semiconductor layers having the same reference numerals but without alphabets only indicate that they are formed in the same manufacturing process step.

【0055】本実施例の半導体装置50は、アンチモン
又は砒素を不純物とした抵抗率0.02Ω・cm〜0.
002Ω・cm程度の高濃度N型半導体基板101上
に、抵抗率3Ω・cm程度のP型エピタキシャル層10
3a,103bを20μm程度形成し、この上に抵抗率
1Ω・cm程度のN型エピタキシャル層105a〜10
5dを12μm程度形成し、前記P型エピタキシャル層
を103aと103bの領域に分離するために、P型エ
ピタキシャル層の形成前に5×1014cm-2程度のリン
を半導体基板101の所定領域にホトレジストマスク等
を用いて選択的にイオン打込みして形成した高濃度N型
埋込み層102aと、P型エピタキシャル層を形成後に
P型エピタキシャル層の所定領域に選択的に拡散形成し
たアンチモンを不純物とした層抵抗20Ω/□程度の高
濃度N型埋込み層104aとを更に熱拡散を行って接続
する。或いは、高濃度N型埋込み層104aを熱拡散で
形成時に同時に高濃度N型埋込み層102aと接続する
ようにしてもい。また、前記N型エピタキシャル層を1
05a〜105dの領域に分離するために、層抵抗3Ω
/□程度の高濃度P型拡散層108aと108bを、半
導体表面からP型エピタキシャル層103aと103b
に各々到達するように形成することにより、パワーMO
SFET1と分離された制御回路用の複数の島領域を形
成することができる。
The semiconductor device 50 of the present embodiment has a resistivity of 0.02 Ω · cm to 0.
A P-type epitaxial layer 10 having a resistivity of about 3 Ω · cm is formed on a high-concentration N-type semiconductor substrate 101 of about 002 Ω · cm.
3a and 103b are formed to a thickness of about 20 μm, and N-type epitaxial layers 105a to 105
Before forming the P-type epitaxial layer, phosphorus of about 5 × 10 14 cm −2 is applied to a predetermined region of the semiconductor substrate 101 to form the P-type epitaxial layer into regions of 103 a and 103 b. The high-concentration N-type buried layer 102a formed by selective ion implantation using a photoresist mask or the like, and antimony selectively diffused and formed in a predetermined region of the P-type epitaxial layer after forming the P-type epitaxial layer were used as impurities. The high-concentration N-type buried layer 104a having a layer resistance of about 20Ω / □ is further connected by thermal diffusion. Alternatively, the high-concentration N-type buried layer 104a may be connected to the high-concentration N-type buried layer 102a at the same time as the formation by thermal diffusion. Further, the N-type epitaxial layer is
Layer resistance of 3Ω to separate into the regions of 05a to 105d.
/ □ high concentration P-type diffusion layers 108a and 108b are formed from the semiconductor surface to the P-type epitaxial layers 103a and 103b.
To the power MO.
A plurality of island regions for the control circuit separated from the SFET 1 can be formed.

【0056】図9において、高濃度N型半導体領域10
1,102a,104a,107aにより分離され、P
型エピタキシャル層103bと高濃度P型拡散層108
bで構成されるP型半導体領域を図1に示した第1グラ
ンドライン34の領域とし、P型エピタキシャル層10
3aと高濃度P型拡散層108aで構成されるP型半導
体領域を図1に示した出力端子33に接続される第2グ
ランドライン36の領域とし、パワーMOSFET1は
高濃度N型半導体領域101と高濃度N型埋込み層10
2a,104a並びにN型エピタキシャル層領域105
aをドレイン、多結晶シリコン層110をゲート電極、
N型拡散層113をソース、P型拡散層111をチャネ
ル拡散層(ボディ)とすることにより形成し、パワーM
OSFET1のソース用アルミ電極114aは第2グラ
ンド領域となる高濃度P型拡散層108aにも接続す
る。また、MOSFET2とMOSFET3は、それぞ
れN型拡散層113をソース、P型拡散層111をチャ
ネル拡散層、N型エピタキシャル層105c,105b
をドレインとする縦型の高耐圧NチャネルMOSFET
であり、MOSFET2はP型エピタキシャル層103
bと高濃度P型拡散層108bからなる第1グランド領
域により素子分離され、MOSFET3はP型エピタキ
シャル層103aと高濃度P型拡散層108aからなる
第2グランド領域により素子分離される。MOSFET
4はP型拡散層112をソースとドレイン、低濃度P型
拡散層115を高耐圧化用のオフセットドレイン領域と
する横型の高耐圧PチャネルMOSFETであり、MO
SFET10は図1の要部回路には示していないが同一
チップ上で必要に応じて使用でき、N型拡散層113を
ソースとドレインとする横型のNチャネルMOSFET
でCMOS回路に使用する。なお、参照符号106は酸
化膜等の絶縁膜である。
In FIG. 9, the high-concentration N-type semiconductor region 10
1, 102a, 104a, 107a, P
-Type epitaxial layer 103b and high-concentration P-type diffusion layer 108
The p-type semiconductor region constituted by the p-type epitaxial layer 10b is a region of the first ground line 34 shown in FIG.
The P-type semiconductor region composed of the high-concentration P-type diffusion layer 108a and the high-concentration P-type diffusion layer 108a is a region of the second ground line 36 connected to the output terminal 33 shown in FIG. High concentration N-type buried layer 10
2a, 104a and N-type epitaxial layer region 105
a is a drain, the polycrystalline silicon layer 110 is a gate electrode,
The N-type diffusion layer 113 is formed as a source and the P-type diffusion layer 111 is formed as a channel diffusion layer (body).
The source aluminum electrode 114a of the OSFET 1 is also connected to the high-concentration P-type diffusion layer 108a serving as a second ground region. The MOSFETs 2 and 3 each have an N-type diffusion layer 113 as a source, a P-type diffusion layer 111 as a channel diffusion layer, and N-type epitaxial layers 105c and 105b.
Vertical N-channel MOSFET with high drain voltage
MOSFET2 is a P-type epitaxial layer 103
The element is separated by a first ground region consisting of a high-concentration P-type diffusion layer 108b and the MOSFET 3, and the MOSFET 3 is separated by a second ground region consisting of a P-type epitaxial layer 103a and a high-concentration P-type diffusion layer 108a. MOSFET
Reference numeral 4 denotes a lateral high-breakdown-voltage P-channel MOSFET having the P-type diffusion layer 112 as a source and a drain and the low-concentration P-type diffusion layer 115 as an offset drain region for increasing a breakdown voltage.
Although not shown in the main circuit of FIG. 1, the SFET 10 can be used as needed on the same chip, and a lateral N-channel MOSFET using the N-type diffusion layer 113 as a source and a drain.
For CMOS circuits. Reference numeral 106 is an insulating film such as an oxide film.

【0057】このような断面構造を有することにより、
本実施例の半導体装置50では、MOSFET3を素子
分離している第2グランド領域のP型半導体層領域10
3a,108aの電位が、パワーMOSFET1のソー
ス(図1の出力端子33)の電位と一緒に変動するた
め、第1グランド領域(図1の制御回路用グランドライ
ン34)を構成するP型半導体層領域103b,108
bよりも出力端子33の電位が下がってもパワーMOS
FET1を遮断させるようにMOSFET3をオン状態
に保つことができる。
By having such a cross-sectional structure,
In the semiconductor device 50 of the present embodiment, the P-type semiconductor layer region 10 in the second ground region separating the MOSFET 3
Since the potentials of the sources 3a and 108a fluctuate together with the potential of the source of the power MOSFET 1 (the output terminal 33 of FIG. 1), the P-type semiconductor layer constituting the first ground region (the control circuit ground line 34 of FIG. 1). Regions 103b and 108
power MOS even if the potential of the output terminal 33 is lower than
MOSFET 3 can be kept on so that FET 1 is turned off.

【0058】また、第2グランド領域(図1の出力端子
33に接続される第2グランドライン36)とパワーM
OSFET1のドレインである導体基板101(図1の
電源端子31に接続される)との耐圧は、高濃度の拡散
層同士が接していないため80V以上の高耐圧設計がで
き、更に、第1グランド領域と第2グランド領域との間
には、これらのグランド領域よりも高い電位(図1の電
源端子31の電圧)に保たれた高濃度のN型領域10
1,102a,104a,107aが存在するため、P
型層領域103a,108aからなる第2グランド領域
は、半導体基板101に対しても80V以上低い電位に
設定できる。従って、第2グランド領域は、P型層領域
103b,108bからなる第1グランド領域よりも高
電位になっても低電位になっても、両グランド領域間に
存在する寄生トランジスタが動作することはない。
The second ground area (the second ground line 36 connected to the output terminal 33 in FIG. 1) and the power M
The withstand voltage with respect to the conductor substrate 101 (connected to the power supply terminal 31 in FIG. 1), which is the drain of the OSFET 1, can be designed to have a high withstand voltage of 80 V or more because the high-concentration diffusion layers are not in contact with each other. Between the region and the second ground region, a high-concentration N-type region 10 maintained at a higher potential (the voltage of the power supply terminal 31 in FIG. 1) than these ground regions.
1, 102a, 104a, and 107a exist, so P
The second ground region including the mold layer regions 103a and 108a can be set to a potential lower than the semiconductor substrate 101 by 80V or more. Therefore, even if the second ground region has a higher or lower potential than the first ground region including the P-type layer regions 103b and 108b, the parasitic transistor existing between the two ground regions does not operate. Absent.

【0059】また、MOSFET4は、ドレイン側に低
濃度のP型オフセット領域115を設けてあるので、ド
レイン・ソース間耐圧を40V以上に容易に設定するこ
とができる。例えば、負出力維持電圧VSUSを図1で試
算したように−35Vとするには、電源端子電圧が12
Vの場合、MOSFET4の耐圧は47V以上の耐圧に
設定することにより実現することができる。MOSFE
T2およびMOSFET3は、図9に示したように高耐
圧化が容易な縦型MOSFETを用いることができるた
め、ドレイン・ソース間耐圧は70V以上が容易に得ら
れる。従ってバッテリ41として、車載用に通常用いら
れる12V或いは24Vのバッテリを使用する場合、パ
ワーMOSFET1のゲート電圧はMOSFET2,3
のドレイン・ソース間耐圧によって制限されずに昇圧す
ることが可能である。
Since the MOSFET 4 has the low-concentration P-type offset region 115 on the drain side, the drain-source breakdown voltage can be easily set to 40 V or more. For example, to a -35V negative output sustaining voltage V SUS as estimated in Figure 1, the power supply terminal voltage 12
In the case of V, it can be realized by setting the breakdown voltage of the MOSFET 4 to a breakdown voltage of 47 V or more. MOSFE
As T2 and MOSFET3, as shown in FIG. 9, a vertical MOSFET that can easily achieve a high withstand voltage can be used, and thus a drain-source withstand voltage of 70 V or more can be easily obtained. Therefore, when a 12 V or 24 V battery normally used for a vehicle is used as the battery 41, the gate voltage of the power MOSFET 1 is set to the MOSFETs 2 and 3.
Can be boosted without being limited by the withstand voltage between the drain and the source.

【0060】なお、上記製造プロセスの条件の数値は一
例であって、これに限るものではなく、必要とする耐圧
に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
It should be noted that the numerical values of the conditions of the above-described manufacturing process are merely examples, and the present invention is not limited to these values. Needless to say, they can be appropriately changed according to the required breakdown voltage.

【0061】<実施例2>図3は本発明に係る半導体装
置の第2の実施例を示し、誘導性負荷を駆動する駆動回
路の要部回路図である。尚、説明の便宜上、図3におい
て実施例1の図1に示した構成部分と同一の構成部分に
ついては、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例では電源端子31に接続さ
れた電圧レギュレータ20が設けられ、この電圧レギュ
レータ20の定電圧出力ライン39とパワーMOSFE
T1のゲート間にアノード同士が接続されたダイオード
12,14の直列回路が接続される点と、PチャネルM
OSFET4のソースが電圧レギュレータ20の定電圧
出力ライン39に接続されると共にドレインがダイオー
ド9を介してMOSFET3のゲートに接続されている
点とが実施例1の構成と相違する。
<Embodiment 2> FIG. 3 shows a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention, and is a main part circuit diagram of a drive circuit for driving an inductive load. For convenience of explanation, the same reference numerals in FIG. 3 denote the same constituent parts as those shown in FIG. 1 of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. That is, in this embodiment, the voltage regulator 20 connected to the power supply terminal 31 is provided, and the constant voltage output line 39 of the voltage regulator 20 and the power MOSFET
A point where a series circuit of diodes 12 and 14 whose anodes are connected between the gates of T1 is connected;
The difference from the configuration of the first embodiment is that the source of the OSFET 4 is connected to the constant voltage output line 39 of the voltage regulator 20 and the drain is connected to the gate of the MOSFET 3 via the diode 9.

【0062】このように本実施例の半導体装置51は、
電圧レギュレータ20により例えば5Vの定電圧を発生
させ、この定電圧出力ライン39に、負出力維持電圧V
SUSを決定するクランプ用ダイオード14のカソードを
接続しているため、負出力維持電圧VSUSの値が変動せ
ずに安定する。また、MOSFET4のソースを定電圧
出力ライン39に接続しているため、MOSFET3が
パワーMOSFET1を遮断することができなくなる出
力端子電圧VOUTの範囲は、定電圧出力ライン39の電
圧をVDD0とすると、前述した式(2)の代わりに次式のよ
うになる。
As described above, the semiconductor device 51 of this embodiment is
A constant voltage of, for example, 5 V is generated by the voltage regulator 20, and a negative output maintaining voltage V
Since the cathode of the clamping diode 14 that determines SUS is connected, the value of the negative output sustaining voltage VSUS is stabilized without fluctuation. Further, since the source of the MOSFET 4 is connected to the constant voltage output line 39, the range of the output terminal voltage V OUT at which the MOSFET 3 cannot cut off the power MOSFET 1 is defined assuming that the voltage of the constant voltage output line 39 is V DD0. The following equation is used instead of the equation (2).

【0063】[0063]

【数4】VOUT>VDD0−Vth(3)−Von(4) …(5) なお、本実施例でMOSFET4のソースとMOSFE
T3のゲート間に設けたダイオード9は、出力端子33
が定電圧出力ライン39の電圧VDD0より高くなる場合
に、MOSFET4のドレイン・ボディ間に存在する寄
生ダイオードが順バイアスされて出力端子33から抵抗
17を通り定電圧出力ライン39に電流が流入すること
を防止する働きをする。
V OUT > V DD0 −V th (3) −V on (4) (5) In this embodiment, the source of the MOSFET 4 and the MOSFET
The diode 9 provided between the gates of T3 is connected to the output terminal 33.
Is higher than the voltage V DD0 of the constant voltage output line 39, the parasitic diode existing between the drain and the body of the MOSFET 4 is forward-biased, and current flows from the output terminal 33 through the resistor 17 to the constant voltage output line 39. It works to prevent that.

【0064】また、本実施例ではMOSFET4のソー
スが電源端子31より電圧が低い定電圧出力ライン39
に接続してあるため、負出力維持電圧VSUSの絶対値を
大きくするために必要なMOSFET4のドレイン・ソ
ース間耐圧BVDSS(4)が小さくてすむという利点があ
る。すなわち、図1の構成では負出力維持電圧VSUS
絶対値は式(6)を満足する必要があったが、本実施例で
は式(7)を満足すればよい。従って、本実施例での負出
力維持電圧VSUSは式(8)となる。
In this embodiment, the source of the MOSFET 4 is a constant voltage output line 39 whose voltage is lower than that of the power supply terminal 31.
Since is connected, there is advantage that it between MOSFET4 drain-source breakdown voltage BV DSS (4) is smaller necessary to increase the absolute value of the negative output sustaining voltage V SUS. That is, in the configuration of FIG. 1, the absolute value of the negative output sustaining voltage VSUS needs to satisfy Expression (6), but in this embodiment, Expression (7) may be satisfied. Therefore, the negative output sustaining voltage VSUS in the present embodiment is represented by Expression (8).

【0065】[0065]

【数5】 |VSUS|<VDD−|BVDSS(4)| …(6) |VSUS|<VDD0−|BVDSS(4)|−Vf(9) …(7) VSUS =VDD0−BV(14)−Vf(12)−Vth(1) …(8) さらに、電圧VDD0は定電圧出力ライン39の電圧であ
るため、実施例1のようにバッテリ41の電圧VDDを直
接使用する場合に比べて負出力維持電圧VSUSの変動が
低減され、遮断速度の変動が小さくなるという利点があ
る。その他の点に関しては、図1の実施例と同様の効果
があることは勿論である。
| V SUS | <V DD − | BV DSS (4) |… (6) | V SUS | <V DD0 − | BV DSS (4) | −V f (9) … (7) V SUS = V DD0 −BV (14) −V f (12) −V th (1) (8) Further, since the voltage V DD0 is the voltage of the constant voltage output line 39, the voltage of the battery 41 As compared with the case where the voltage VDD is directly used, there is an advantage that the fluctuation of the negative output sustaining voltage VSUS is reduced and the fluctuation of the cutoff speed is reduced. In other respects, it is needless to say that the same effect as in the embodiment of FIG. 1 is obtained.

【0066】なお、負出力維持電圧VSUSを決定するク
ランプ用ダイオード14と逆流防止用ダイオード12の
直列回路は、グランド端子30と出力端子33の間に接
続配置することも可能である。この場合の負出力維持電
圧VSUSは、上式(8)においてVDD0=0Vとして設計で
きる。
A series circuit of the clamping diode 14 and the backflow preventing diode 12 for determining the negative output sustaining voltage VSUS can be connected between the ground terminal 30 and the output terminal 33. The negative output sustaining voltage V SUS of the case can be designed in the above equation (8) as V DD0 = 0V.

【0067】また、負出力維持電圧を決定するダイオー
ド14,12を図3のように定電圧出力ライン39とパ
ワーMOSFET1のゲートとの間に接続配置し、さら
に図1のように電源端子31とパワーMOSFET1の
ゲートとの間にアノード同士が接続されたダイオード1
2とクランプ用ダイオード13の直列回路を接続配置し
た場合には、通常の負出力維持電圧VSUSの値はクラン
プ用ダイオード14により一定に保ち、なおかつ、クラ
ンプ用ダイオード13により電源端子31と出力端子3
3の間に過電圧が印加されてもパワーMOSFET1が
破壊することがないように保護することが可能となる。
尚、それぞれのクランプ用ダイオード13,14の耐圧
は所望の値のものを用いればよい。例えば、定電圧出力
ライン39の電圧を5V、バッテリ41の電圧を12
V、負出力維持電圧VSUSを−35V、パワーMOSF
ET1の耐圧を70V程度とすれば、クランプ用ダイオ
ード14の耐圧は37.4Vに、クランプ用ダイオード
13の耐圧は65Vに設定すればよい。また、クランプ
用ダイオード13,14は、所望の必要耐圧を得られる
ように複数のダイオードを直列接続してクランプ用ダイ
オードとして構成したものを用いてもよい。
The diodes 14 and 12 for determining the negative output sustaining voltage are connected between the constant voltage output line 39 and the gate of the power MOSFET 1 as shown in FIG. 3, and are connected to the power supply terminal 31 as shown in FIG. Diode 1 whose anodes are connected to the gate of power MOSFET 1
2 and the series circuit of the clamping diode 13 are connected and arranged, the value of the normal negative output sustaining voltage VSUS is kept constant by the clamping diode 14, and the power supply terminal 31 and the output terminal are kept by the clamping diode 13. 3
3, it is possible to protect the power MOSFET 1 from being destroyed even if an overvoltage is applied.
Incidentally, the withstand voltage of each of the clamping diodes 13 and 14 may have a desired value. For example, the voltage of the constant voltage output line 39 is 5 V, and the voltage of the battery 41 is 12
V, and the negative output sustain voltage V SUS -35 V, power MOSF
Assuming that the withstand voltage of ET1 is about 70V, the withstand voltage of the clamp diode 14 may be set to 37.4V, and the withstand voltage of the clamp diode 13 may be set to 65V. Further, as the clamping diodes 13 and 14, a plurality of diodes may be connected in series so as to obtain a desired required breakdown voltage and may be used as a clamping diode.

【0068】また、MOSFET4のソースは5Vの定
電圧出力ライン39に接続されているので、MOSFE
T4の耐圧は、電源端子電圧が12Vの場合で、負出力
電圧VSUSを−35Vを実現するのに、実施例1の場合
と異なり40V程度の低い耐圧に設定すればよい。尚、
本実施例の半導体装置51の断面構造に関しては、実施
例1と同様であるので説明を省略する。
Since the source of the MOSFET 4 is connected to the constant voltage output line 39 of 5 V, the MOSFET 4
Breakdown voltage of T4 is the case the power supply terminal voltage is 12V, the negative output voltage V SUS for realizing -35 V, may be set when a different low-voltage of about 40V in Example 1. still,
The cross-sectional structure of the semiconductor device 51 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0069】<実施例3>図4は本発明に係る半導体装
置の第3の実施例を示し、誘導性負荷を駆動する駆動回
路の要部回路図である。尚、説明の便宜上、図4におい
て実施例1の図1に示した構成部分と同一の構成部分に
ついては、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例では入力信号処理回路35
に更に追加の1出力を設け、この追加の1出力を入力と
するインバータ22と、ゲートがインバータ22の出力
に接続されると共にソースが電源端子31に接続される
PチャネルMOSFET25と、MOSFET3のゲー
ト・ソース間の抵抗17の代わりにドレインがMOSF
ET3のゲートに接続されると共にソースがMOSFE
T3のソースに接続されたNチャネルMOSFET23
と、このMOSFET23のゲート・ソース間に接続さ
れた抵抗24と、が設けられ、かつ、MOSFET25
のドレインがMOSFET23のゲートに接続された構
成となっている点が実施例1の構成と相違する。
<Embodiment 3> FIG. 4 shows a third embodiment of a semiconductor device according to the present invention, and is a main part circuit diagram of a drive circuit for driving an inductive load. For convenience of explanation, in FIG. 4, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in this embodiment, the input signal processing circuit 35
Further provided with an additional output, an inverter 22 having the additional output as an input, a P-channel MOSFET 25 having a gate connected to the output of the inverter 22 and a source connected to the power supply terminal 31, and a gate of the MOSFET 3・ Drain is MOSF instead of resistor 17 between sources
Connected to the gate of ET3 and the source is MOSFE
N-channel MOSFET 23 connected to the source of T3
And a resistor 24 connected between the gate and the source of the MOSFET 23.
Is different from the configuration of the first embodiment in that the drain is connected to the gate of the MOSFET 23.

【0070】このように構成される本実施例の半導体装
置52では、図1に示した抵抗17の代わりに設けたM
OSFET23が次のように動作してMOSFET3を
遮断する。入力端子32が高電位になると、入力信号処
理回路35の追加の1出力がインバータ22を介して低
電位となって、MOSFET25のゲートに印加され
る。このためMOSFET25がオンしてMOSFET
23のゲートを駆動するので、MOSFET23がオン
し、MOSFET3を遮断する。また、入力端子32が
低電位になると、入力信号処理回路35とインバータ2
2を介してMOSFET25に印加されるゲート電圧は
高電位となるため、MOSFET25がオフし、MOS
FET23のゲートに蓄積された電荷は抵抗24を介し
て放電されるのでMOSFET23もオフする。一方、
この時MOSFET4のゲートに印加される入力信号処
理回路35の出力は低電位であるため、MOSFET4
がオンしてMOSFET3のゲートを駆動するので、M
OSFET3もオンする。その他の点に関しては、図1
で示した実施例1と同じ構成および半導体構造であるた
め、同様の作用および効果があることは勿論である。
In the semiconductor device 52 of the present embodiment having the above-described configuration, the M provided in place of the resistor 17 shown in FIG.
The OSFET 23 operates as follows to cut off the MOSFET 3. When the input terminal 32 goes high, one additional output of the input signal processing circuit 35 goes low via the inverter 22 and is applied to the gate of the MOSFET 25. As a result, the MOSFET 25 turns on and the MOSFET
Since the gate of the gate 23 is driven, the MOSFET 23 is turned on and the MOSFET 3 is cut off. When the potential of the input terminal 32 becomes low, the input signal processing circuit 35 and the inverter 2
Since the gate voltage applied to the MOSFET 25 through the gate 2 becomes high potential, the MOSFET 25 is turned off,
Since the electric charge accumulated in the gate of the FET 23 is discharged via the resistor 24, the MOSFET 23 is also turned off. on the other hand,
At this time, the output of the input signal processing circuit 35 applied to the gate of the MOSFET 4 is at a low potential.
Turns on and drives the gate of MOSFET 3, so that M
OSFET3 is also turned on. For other points, see FIG.
Since the configuration and semiconductor structure are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

【0071】<実施例4>図5は本発明に係る半導体装
置の第4の実施例を示し、誘導性負荷を駆動する駆動回
路の要部回路図である。尚、説明の便宜上、図4におい
て実施例2の図3に示した構成部分と同一の構成部分に
ついては、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例ではドレインが電源端子3
1に接続されると共にソースが逆流防止用のダイオード
12のアノードに接続されたNチャネルMOSFET6
と、カソード同士が接続されたダイオード14,15
と、カソードが電源端子31に接続されると共にアノー
ドがダイオード15のアノードに接続されたダイオード
13と、カソードがダイオード13のアノードに接続さ
れると共にアノードが電圧レギュレータ20の定電圧出
力ライン39に接続されたダイオード16と、MOSF
ET6のゲート・ソース間に接続された抵抗18と、を
設け、クランプ用ダイオード14のアノードがMOSF
ET6のゲートに接続配置されている点が実施例3の構
成と相違する。
<Embodiment 4> FIG. 5 shows a fourth embodiment of a semiconductor device according to the present invention, and is a main part circuit diagram of a drive circuit for driving an inductive load. For convenience of explanation, the same reference numerals in FIG. 4 denote the same components as those in the second embodiment shown in FIG. 3, and a detailed description thereof will be omitted. That is, in this embodiment, the drain is the power supply terminal 3
1 and a source connected to the anode of a diode 12 for backflow prevention.
And diodes 14, 15 whose cathodes are connected to each other
A diode 13 whose cathode is connected to the power supply terminal 31 and whose anode is connected to the anode of the diode 15; and whose cathode is connected to the anode of the diode 13 and whose anode is connected to the constant voltage output line 39 of the voltage regulator 20. Diode 16 and MOSF
A resistor 18 connected between the gate and the source of the ET 6;
It differs from the configuration of the third embodiment in that it is connected to the gate of ET6.

【0072】このように構成した本実施例の半導体装置
53では、MOSFET6によって負出力維持電圧V
SUSを保つための電流が供給されるので、ダイオード1
3,14,15,16の素子サイズを小さくすることが
できる。なお、抵抗18は出力端子電圧VOUTが負出力
維持電圧VSUS以上のときにMOSFET6をオフにす
る働きをする。
In the semiconductor device 53 of the present embodiment thus configured, the negative output sustaining voltage V
Since the current for maintaining SUS is supplied, the diode 1
The element sizes of 3, 14, 15, and 16 can be reduced. The resistor 18 serves to turn off the MOSFET6 when the output terminal voltage V OUT is above the negative output sustaining voltage V SUS.

【0073】本実施例での通常の負出力維持電圧VSUS
は、クランプ用ダイオード14が降伏する電圧値により
決まり、式(9)で表される。ただし、バッテリ41の電
源電圧が高くなり過ぎ、パワーMOSFET1の耐圧よ
りも、電源端子31に印加される電源電圧VDDと負出力
維持電圧VSUSとの差が大きくなった場合に、パワーM
OSFET1を保護するために最大負出力維持電圧V
SUSmaxを式(10)のように設定している。その他の点に関
しては、図3の実施例と同様の効果があることは勿論で
ある。
In this embodiment, the normal negative output sustaining voltage V SUS
Is determined by the voltage value at which the clamping diode 14 breaks down, and is expressed by equation (9). However, when the power supply voltage of the battery 41 becomes too high and the difference between the power supply voltage VDD applied to the power supply terminal 31 and the negative output sustaining voltage VSUS becomes larger than the withstand voltage of the power MOSFET 1, the power M
Maximum negative output sustaining voltage V to protect OSFET1
SUSmax is set as in equation (10). In other respects, it is needless to say that the same effect as in the embodiment of FIG. 3 is obtained.

【0074】[0074]

【数6】 VSUS =VDD0−Vf(16)−Vf(15)−BV(14)−Vth(6)−Vth(1) …(9) VSUSmax=VDD−BV(13)−Vf(15)−BV(14)−Vth(6)−Vth(1) …(10) <実施例5>図6は本発明に係る半導体装置の第5の実
施例を示し、誘導性負荷を駆動する駆動回路の要部回路
図である。尚、説明の便宜上、図6において実施例4の
図5に示した構成部分と同一の構成部分については、同
一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すな
わち、本実施例では図5における抵抗18の代わりにN
チャネルMOSFET28を使用している点が相違す
る。このMOSFET28は、チャネル幅WがMOSF
ET6よりも小さく、そのドレイン及びゲートをMOS
FETのゲートに接続すると共にソースをMOSFET
6のソースに接続してMOSFET6とのカレントミラ
ーを構成している。
V SUS = V DD0 −V f (16) −V f (15) −BV (14) −V th (6) −V th (1) (9) V SUSmax = V DD −BV ( 13) −V f (15) −BV (14) −V th (6) −V th (1) (Embodiment 5) FIG. 6 shows a fifth embodiment of the semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 is a main part circuit diagram of a drive circuit for driving an inductive load. For convenience of description, the same reference numerals in FIG. 6 denote the same constituent parts as those shown in FIG. 5 of the fourth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. That is, in this embodiment, instead of the resistor 18 in FIG.
The difference is that a channel MOSFET 28 is used. This MOSFET 28 has a channel width W of MOSF
Smaller than ET6 and its drain and gate are MOS
Connect to the gate of FET and the source is MOSFET
6 and a current mirror with the MOSFET 6.

【0075】このように構成した本実施例の半導体装置
54では、ダイオード13,14,15,16に流れる
ブレークダウン電流が図5の構成よりも少なく、この少
ないブレークダウン電流で所望の負出力維持電圧VSUS
を得ることができる。従って、実施例4よりもダイオー
ド13,14,15,16の素子サイズを更に小さくで
きるという利点がある。
In the semiconductor device 54 of the present embodiment thus configured, the breakdown current flowing through the diodes 13, 14, 15, 16 is smaller than that of the configuration of FIG. 5, and a desired negative output can be maintained with this small breakdown current. Voltage V SUS
Can be obtained. Therefore, there is an advantage that the element size of the diodes 13, 14, 15, 16 can be further reduced as compared with the fourth embodiment.

【0076】<実施例6>図7は本発明に係る半導体装
置の第6の実施例を示し、誘導性負荷を駆動する駆動回
路の要部回路図である。尚、説明の便宜上、図7におい
て実施例4の図5に示した構成部分と同一の構成部分に
ついては、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例ではソースをパワーMOS
FET1のゲートに、ドレインをダイオード8のアノー
ドに、ゲートを出力端子33にそれぞれ接続したPチャ
ネルMOSFET5を新たに設けている点が実施例4と
相違する。
<Embodiment 6> FIG. 7 shows a sixth embodiment of the semiconductor device according to the present invention, and is a main part circuit diagram of a drive circuit for driving an inductive load. For convenience of explanation, the same components as those shown in FIG. 7 of the fourth embodiment in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in this embodiment, the source is a power MOS
The fourth embodiment differs from the fourth embodiment in that a P-channel MOSFET 5 having a gate connected to the FET 1, a drain connected to the anode of the diode 8, and a gate connected to the output terminal 33 is newly provided.

【0077】このように構成した本実施例の半導体装置
55では、パワーMOSFET1のゲート・ソース間電
圧がMOSFET5のしきい電圧以下になると、MOS
FET2によるパワーMOSFET1の遮断動作は終了
するため、パワーMOSFET1のターンオフ特性がソ
フトになり雑音が小さくなるという効果がある。
In the semiconductor device 55 of the present embodiment thus configured, when the voltage between the gate and the source of the power MOSFET 1 becomes lower than the threshold voltage of the MOSFET 5, the MOS
Since the cutoff operation of the power MOSFET 1 by the FET 2 is completed, there is an effect that the turn-off characteristic of the power MOSFET 1 becomes soft and noise is reduced.

【0078】尚、MOSFET2がパワーMOSFET
1のゲート電荷を放電することによりパワーMOSFE
T1の遮断動作ができなくなる出力端子33の電圧V
OUTの範囲は、本実施例の場合、実施例1で述べた式(1)
の範囲ではなく、式(11)の範囲となる。但し、式(11)に
おいてVon(5)はMOSFET5のオン電圧である。
The MOSFET 2 is a power MOSFET
Power MOSFE by discharging the gate charge of
The voltage V of the output terminal 33 at which the cutoff operation of T1 becomes impossible.
In the case of this embodiment, the range of OUT is determined by the equation (1) described in the first embodiment.
, But the range of equation (11). However, V on (5 ) in equation (11) is the on-voltage of MOSFET5.

【0079】[0079]

【数7】 VOUT<Von(2)+Vf(8)+Von(5)−Vth(1) …(11) また、本実施例の場合、出力端子33と電源端子31と
の間で短絡不良が発生すると、MOSFET5がオフす
るためMOSFET2に電流が流れなくなる。従って、
MOSFET2が過電流かつ過電圧の状態になって素子
破壊に至ることを防止できるという効果がある。
V OUT <V on (2) + V f (8) + V on (5) −V th (1) (11) In the case of the present embodiment, between the output terminal 33 and the power supply terminal 31 When a short-circuit failure occurs, the MOSFET 5 is turned off, so that no current flows through the MOSFET 2. Therefore,
There is an effect that it is possible to prevent the MOSFET 2 from being in an overcurrent and overvoltage state and causing element destruction.

【0080】<実施例7>図8は本発明に係る半導体装
置の第7の実施例を示し、誘導性負荷を駆動する駆動回
路の要部回路図である。尚、説明の便宜上、図8におい
て実施例6の図7に示した構成部分と同一の構成部分に
ついては、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例ではドレインがグランド端
子30に、ソースが第1グランドライン34に、ゲート
が電源端子31にそれぞれ接続されたオン抵抗の低い
(例えば10Ω程度)MOSFET7を新たに設けてい
る点が相違する。尚、図中に示したダイオード29は寄
生ダイオードであり、第1グランドライン34と電源端
子31との間に構造上必ず入る素子で、これまでの実施
例1〜6の半導体装置においても存在するものである。
この寄生ダイオード29は、図9において示したP型層
103b,108bからなる第1グランド領域と、N型
領域101,102a,104a,107aとの間で形
成される。
<Embodiment 7> FIG. 8 shows a seventh embodiment of a semiconductor device according to the present invention, and is a main part circuit diagram of a drive circuit for driving an inductive load. For convenience of explanation, in FIG. 8, the same components as those of the sixth embodiment shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the present embodiment, a low on-resistance (for example, about 10Ω) MOSFET 7 having a drain connected to the ground terminal 30, a source connected to the first ground line 34, and a gate connected to the power supply terminal 31 is newly provided. Different. Note that the diode 29 shown in the figure is a parasitic diode, and is an element that is necessarily inserted structurally between the first ground line 34 and the power supply terminal 31, and is present in the semiconductor devices of the first to sixth embodiments. Things.
This parasitic diode 29 is formed between the first ground region including the P-type layers 103b and 108b shown in FIG. 9 and the N-type regions 101, 102a, 104a and 107a.

【0081】このように構成された本実施例の半導体装
置56は、バッテリ41が図8に示すように正常に接続
されている場合にはMOSFET7がオン状態となるた
め、第1グランドライン34とグランド端子30は同電
位となり、図7の実施例と同じ動作をする。これに対
し、ユーザがバッテリ41を誤って逆接続した場合には
MOSFET7のゲートに負電圧が印加されることにな
るのでオフ状態となり、グランド端子30と第1グラン
ドライン34との間が切り離されるので、グランド端子
30から寄生ダイオード29を通って過電流が流れるこ
とはない。このため、バッテリ41の逆接続に起因する
過電流による素子破壊を防止することができる。なお、
バッテリ41が逆接続された場合には、出力端子33か
らパワーMOSFET1のドレイン・ボディ間に存在す
る寄生ダイオードを通って電源端子31に流れる電流も
存在するが、この電流は誘導性負荷40に存在する寄生
抵抗により抑えられるため、本実施例においては問題と
ならない。従って、本実施例の誘導性負荷を駆動する半
導体装置56は、バッテリの逆接続保護を実現すること
ができる。
In the semiconductor device 56 of the present embodiment thus configured, when the battery 41 is normally connected as shown in FIG. 8, the MOSFET 7 is turned on, so that the first ground line 34 The ground terminals 30 have the same potential and operate in the same manner as the embodiment of FIG. On the other hand, when the user mistakenly connects the battery 41 in reverse, a negative voltage is applied to the gate of the MOSFET 7, so that the battery is turned off and the ground terminal 30 is disconnected from the first ground line 34. Therefore, no overcurrent flows from the ground terminal 30 through the parasitic diode 29. For this reason, element destruction due to overcurrent due to reverse connection of the battery 41 can be prevented. In addition,
When the battery 41 is reversely connected, there is also a current flowing from the output terminal 33 to the power supply terminal 31 through a parasitic diode existing between the drain and the body of the power MOSFET 1, but this current is present in the inductive load 40. In this embodiment, there is no problem because the parasitic resistance is suppressed. Therefore, the semiconductor device 56 for driving the inductive load according to the present embodiment can realize reverse connection protection of the battery.

【0082】ここで、図8に示したバッテリの逆接続保
護を行なうためのMOSFET7と、第1グランド34
との半導体構造を、図10に断面構造図で示す。尚、そ
の他の断面構造に関しては図9と同じであり、製造プロ
セス条件も同じである。図10に示すように、MOSF
ET7は図9におけるMOSFET2,3と同じ縦型M
OSFETである。MOSFET7のソース113aと
ボディ111aとをアルミ電極114dを用いて、第1
グランド領域となるP型層領域108bに接続し、MO
SFET7のドレイン電極114eは図8の半導体装置
56のグランド端子30に接続(不図示)し、MOSF
ET7のゲート電極となる多結晶シリコン層110aは
図8の電源端子31またはこれと同極性の電圧ラインに
接続(不図示)する。
Here, the MOSFET 7 for protecting the reverse connection of the battery shown in FIG.
FIG. 10 is a sectional structural view of the semiconductor device. The other cross-sectional structures are the same as those in FIG. 9, and the manufacturing process conditions are also the same. As shown in FIG.
ET7 is the same vertical type M as MOSFETs 2 and 3 in FIG.
OSFET. The source 113a and the body 111a of the MOSFET 7 are connected to the first
Connected to the P-type layer region 108b serving as a ground region,
The drain electrode 114e of the SFET 7 is connected (not shown) to the ground terminal 30 of the semiconductor device 56 of FIG.
The polycrystalline silicon layer 110a serving as the gate electrode of ET7 is connected to the power supply terminal 31 in FIG. 8 or a voltage line having the same polarity as the power supply terminal 31 (not shown).

【0083】このように接続することにより、バッテリ
が正しい極性で半導体装置56に接続されている場合に
は、MOSFET7はオン状態となりグランド端子30
の電位と第1グランド領域の電位とは等しい。これに対
して、バッテリが逆接続された場合には、ゲートに負電
圧が印加されるのでMOSFET7はオフ状態となり、
グランド端子30と第1グランド領域とは切り離され
る。本実施例の場合、MOSFET7のドレイン・ソー
ス間耐圧は70V以上であるため、バッテリの逆接続保
護電圧も70V程度以上が得られる。
With this connection, when the battery is connected to the semiconductor device 56 with the correct polarity, the MOSFET 7 is turned on and the ground terminal 30 is turned on.
Is equal to the potential of the first ground region. On the other hand, when the battery is reversely connected, a negative voltage is applied to the gate, so that the MOSFET 7 is turned off,
The ground terminal 30 is separated from the first ground region. In the case of the present embodiment, since the drain-source breakdown voltage of the MOSFET 7 is 70 V or more, a reverse connection protection voltage of the battery of about 70 V or more can be obtained.

【0084】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定するものではなく、
例えば前記実施例では、MOSFET2,3,7等は高
耐圧が容易に達成できる縦型MOSFETを用いて説明
したが、横型のMOSFETやバイポーラトランジスタ
(この場合、ドレインはコレクタ、ゲートはベース、ソ
ースはエミッタと置き換える)を用いても同様の効果が
得られ、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々
の設計変更をなし得ることは勿論である。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the MOSFETs 2, 3, 7 and the like are described using vertical MOSFETs which can easily achieve a high withstand voltage. However, horizontal MOSFETs and bipolar transistors (in this case, the drain is a collector, the gate is a base, and the source is a The same effect can be obtained by using (replacement with an emitter), and various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0085】[0085]

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明によれば、パワーMOSFETのゲートと制御回路
用グランド間に接続され、パワーMOSFETのゲート
電圧がグランド電圧以上でパワーMOSFETの遮断動
作をする第1のMOSFETと、パワーMOSFETの
ゲートと出力端子間に接続され、パワーMOSFETの
ゲート電圧が電源電圧以下で遮断動作をし、出力端子電
圧が負電圧になっても遮断動作をする第2のMOSFE
Tとを用いることにより、誘導性負荷を駆動するパワー
MOSFETを高速に遮断することができる。
As is apparent from the above-described embodiments, according to the present invention, the power MOSFET is cut off when the gate voltage of the power MOSFET is higher than the ground voltage and is connected between the gate of the power MOSFET and the control circuit ground. A first MOSFET connected between the gate and the output terminal of the power MOSFET, and performing a cutoff operation when the gate voltage of the power MOSFET is equal to or lower than the power supply voltage, and performing a cutoff operation even when the output terminal voltage becomes a negative voltage. 2 MOSFE
By using T, the power MOSFET driving the inductive load can be cut off at high speed.

【0086】また、パワーMOSFETのゲート電圧が
前記第1および第2のMOSFETのゲート耐圧により
制限されない回路構成であるため、第1および第2のM
OSFETに60V以上の高耐圧MOSFETを使用で
きる結果、バッテリ電圧も24V以上の高い電圧を使用
することができる。
Since the gate voltage of the power MOSFET is not limited by the gate breakdown voltage of the first and second MOSFETs, the first and second M
As a result, a high voltage MOSFET of 60 V or more can be used as the OSFET, and a high battery voltage of 24 V or more can be used.

【0087】更に、制御回路用グランドとグランド端子
との間に設けた第8のMOSFETが、バッテリが逆接
続された場合にオフ状態となり、制御回路用グランドと
グランド端子とを切り離すので、制御回路用グランドと
電源端子間に存在する寄生ダイオードが動作せず半導体
装置の破壊を防止できる。
Further, the eighth MOSFET provided between the control circuit ground and the ground terminal is turned off when the battery is reversely connected to disconnect the control circuit ground from the ground terminal. A parasitic diode existing between the power ground and the power supply terminal does not operate, so that destruction of the semiconductor device can be prevented.

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

【図1】本発明に係る半導体装置の第1の実施例を示す
誘導性負荷駆動回路図である。
FIG. 1 is an inductive load drive circuit diagram showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1に示した誘導性負荷駆動回路の入出力特性
を示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing input / output characteristics of the inductive load drive circuit shown in FIG.

【図3】本発明に係る半導体装置の第2の実施例を示す
誘導性負荷駆動回路図である。
FIG. 3 is an inductive load drive circuit diagram showing a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図4】本発明に係る半導体装置の第3の実施例を示す
誘導性負荷駆動回路図である。
FIG. 4 is an inductive load drive circuit diagram showing a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図5】本発明に係る半導体装置の第4の実施例を示す
誘導性負荷駆動回路図である。
FIG. 5 is an inductive load drive circuit diagram showing a fourth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図6】本発明に係る半導体装置の第5の実施例を示す
誘導性負荷駆動回路図である。
FIG. 6 is an inductive load drive circuit diagram showing a fifth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図7】本発明に係る半導体装置の第6の実施例を示す
誘導性負荷駆動回路図である。
FIG. 7 is an inductive load drive circuit diagram showing a sixth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図8】本発明に係る半導体装置の第7の実施例を示す
誘導性負荷駆動回路図である。
FIG. 8 is an inductive load drive circuit diagram showing a seventh embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図9】図1に示した半導体装置の要部断面構造図であ
る。
FIG. 9 is a sectional structural view of a main part of the semiconductor device shown in FIG. 1;

【図10】図8に示した半導体装置の要部断面構造図で
ある。
FIG. 10 is a sectional structural view of a main part of the semiconductor device shown in FIG. 8;

【図11】従来の誘導性負荷駆動回路を示す要部回路図
である。
FIG. 11 is a main part circuit diagram showing a conventional inductive load driving circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…パワーMOSFET、 2,3,6,7,10,23,28…NチャネルMOS
FET、 4,5,25…PチャネルMOSFET、 8,9,12,13,14,15,16,26,27…
ダイオード、 17,18,24…抵抗、 19…昇圧回路、 20…レギュレータ、 29…寄生ダイオード、 21,22…インバ−タ、 30…グランド端子、 31…バッテリ電源端子、 32…入力端子、 33…出力端子、 34…制御回路のグランドライン(第1グランドライ
ン)、 35…入力信号処理回路、 36…第2グランドライン 39…定電圧出力ライン、 40…誘導性負荷、 41…バッテリ、 101…高濃度N形シリコン基板、 102a,104a〜104e…N形埋込層、 103a,103b…P形エピタキシャル層、 105a〜105e…N形エピタキシャル層、 106…絶縁膜、 107a〜107d,113,113a…N型拡散層、 108a,108b,109,111,111a,11
2…P形拡散層、 115…低濃度P型拡散層、 110,110a…多結晶シリコン層、 114,114a…アルミ電極層、 114c,114d…アルミ電極層(第1グランド)。
1: Power MOSFET, 2, 3, 6, 7, 10, 23, 28 ... N-channel MOS
FET, 4, 5, 25 ... P-channel MOSFET, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 16, 26, 27 ...
Diodes, 17, 18, 24: Resistor, 19: Boost circuit, 20: Regulator, 29: Parasitic diode, 21, 22: Inverter, 30: Ground terminal, 31: Battery power terminal, 32: Input terminal, 33 ... Output terminal, 34: ground line (first ground line) of control circuit, 35: input signal processing circuit, 36: second ground line 39: constant voltage output line, 40: inductive load, 41: battery, 101: high N-type silicon substrate, 102a, 104a to 104e: N-type buried layer, 103a, 103b: P-type epitaxial layer, 105a to 105e: N-type epitaxial layer, 106: insulating film, 107a to 107d, 113, 113a ... N Type diffusion layer, 108a, 108b, 109, 111, 111a, 11
2. P-type diffusion layer, 115: low-concentration P-type diffusion layer, 110, 110a: polycrystalline silicon layer, 114, 114a: aluminum electrode layer, 114c, 114d: aluminum electrode layer (first ground).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/695 H03K 17/04 H03K 17/06 H03K 19/0175 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Surveyed fields (Int.Cl. 7 , DB name) H03K 17/695 H03K 17/04 H03K 17/06 H03K 19/0175

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ドレインが電源端子に接続され、ソースが
出力端子に接続されたパワーMOSFETと、 前記パワーMOSFETのゲートと制御回路用グランド
との間に配置されて入力端子の電圧に基づいて前記パワ
ーMOSFETをオフする第1のMOSFETと、 前記パワーMOSFETのゲートと前記出力端子との間
に配置されて前記入力端子の電圧に基づいて前記パワー
MOSFETをオフする第2のMOSFETと、 前記パワーMOSFETのゲートに接続されて前記入力
端子の電圧に基づいて前記パワーMOSFETをオンす
るゲート充電回路とを有し、 前記パワーMOSFETのゲートと前記制御回路用グラ
ンドとの間に、前記第1のMOSFETのドレイン・ソ
ース間に存在する寄生ダイオードを介して流れる電流を
阻止するためのダイオードを前記前記第1のMOSFE
Tと直列に接続配置して成る ことを特徴とする半導体装
置。
A power MOSFET having a drain connected to a power supply terminal and a source connected to an output terminal; a power MOSFET disposed between a gate of the power MOSFET and a control circuit ground; A first MOSFET that turns off a power MOSFET, a second MOSFET that is arranged between a gate of the power MOSFET and the output terminal, and turns off the power MOSFET based on a voltage of the input terminal; It is connected to the gate and a gate charging circuit for turning on the power MOSFET on the basis of the voltage of the input terminal, graphene gate and the control circuit of the power MOSFET
And the drain source of the first MOSFET.
Current flowing through the parasitic diode between the
A diode for blocking the first MOSFET.
A semiconductor device, which is connected and arranged in series with T.
【請求項2】前記第2のMOSFETをオンする第3の
MOSFETと、前記第2のMOSFETのゲート・ソ
ース間に接続されて前記第2のMOSFETをオフする
ための抵抗または第4のMOSFETと、を更に設けて
成る請求項1記載の半導体装置。
2. A third MOSFET for turning on the second MOSFET, and a resistor or a fourth MOSFET connected between the gate and source of the second MOSFET for turning off the second MOSFET. further provided consisting claim 1 Symbol mounting semiconductor device of the.
【請求項3】電源電圧から所定の定電圧を得る定電圧電
源を設け、該定電圧電源と前記第2のMOSFETのゲ
ートとの間に、前記第3のMOSFETと、第3のMO
SFETのドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオー
ドを介して流れる電流を阻止するダイオードとの直列回
路を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2
載の半導体装置。
3. A constant voltage power supply for obtaining a predetermined constant voltage from a power supply voltage, wherein the third MOSFET and a third MO are provided between the constant voltage power supply and the gate of the second MOSFET.
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a series circuit with a diode for blocking a current flowing through a parasitic diode existing between a drain and a source of the SFET.
【請求項4】前記パワーMOSFETのゲートと電源端
子あるいは定電圧電源との間にクランプ用ダイオードを
更に設けて成る請求項1〜のいずれか1項に記載の半
導体装置。
4. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, further provided comprising a clamping diode between the gate and the power supply terminal or a constant voltage power source of the power MOSFET.
【請求項5】前記パワーMOSFETのゲートと電源端
子との間に接続した第1のダイオードと第5のMOSF
ETの直列回路を設け、 第5のMOSFETのゲートとソースとの間に抵抗また
はドレインとゲートをダイオード接続した第6のMOS
FETを設け、 前記パワーMOSFETのゲートから前記第5のMOS
FETのゲートを経由して前記電源端子に至る間に第2
のクランプ用ダイオードを設け、 前記電源端子に印加される電源電圧から所定の定電圧を
得る定電圧電源を設け、 前記パワーMOSFETのゲートから前記第5のMOS
FETのゲートを経由して前記定電圧電源に至る間に第
3のクランプ用ダイオードを設けて成る請求項1〜
いずれか1項に記載の半導体装置。
5. A first diode and a fifth MOSF connected between a gate of the power MOSFET and a power supply terminal.
A sixth MOS in which a series circuit of ET is provided, and a resistor or a drain and a gate are diode-connected between a gate and a source of the fifth MOSFET
An FET, from the gate of the power MOSFET to the fifth MOS
The second is connected to the power supply terminal via the gate of the FET.
A constant-voltage power supply for obtaining a predetermined constant voltage from a power supply voltage applied to the power supply terminal; and a fifth MOS from a gate of the power MOSFET.
The semiconductor device according to the third any one of claims 1 to 4 formed by providing a clamping diode while via the gate of the FET reaches the constant voltage power supply.
【請求項6】前記パワーMOSFETのゲートと前記第
1のMOSFETとの間にゲートが出力端子に接続され
た第7のMOSFETを更に設けて成る請求項1〜
いずれか1項に記載の半導体装置。
6. according to any one of claims 1 to 5, further provided comprising a seventh MOSFET having a gate connected to the output terminal between the gate and the first MOSFET of the power MOSFET Semiconductor device.
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