JP3905171B2 - Thermal shutdown circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子回路において、所定値以上の温度状態となった際に、回路動作の安全を確保する観点から回路動作を強制的に中断させるための熱遮断回路に係り、特に、動作精度の改良を図ったものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の回路の代表的なものとしては、例えば、図5に示されたようなバイポーラトランジスタを用いて構成されたものが公知・周知となっている。
同図を参照しつつこの従来回路について概括的に説明すれば、この熱遮断回路は、npn型トランジスタ55のベースに、基準電源56の電圧を抵抗57a,57bにより分圧した分圧電圧が印加されるようになっており、その分圧電圧は、所望の熱遮断温度より低い温度においては、npn型トランジスタ55が非導通状態となるような電圧に設定されている。ところで、npn型トランジスタ55のベース・エミッタ間電圧Vbeは、一般に約−2mV/℃の温度係数を有しているため、温度の上昇と共にVbeは低下してゆき、抵抗57a,57bによる分圧電圧を下回ると、npn型トランジスタ55は導通状態となるので、このとき出力端子58に得られる信号を、熱遮断が生じた際の出力信号として用いるようになっているものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、MOS集積回路において、このような熱遮断回路を用いようとする場合、上述したようなエミッタ接地、コレクタ出力のnpn型トランジスタを用いた滅遮断回路は、MOS集積回路の製造工程との関係からそのまま用いることはできない。そのため、例えば、仮にnpn型トランジスタに代えてNMOSを用いる構成としても、熱遮断温度の決定要因となるいわゆるしきい値電圧の温度によるばらつきが大きいため、熱遮断温度のばらつきも大きなものとなり、実用に供し得るものではない。
【0004】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、MOS集積回路に組み込むことができ、精度の高い熱遮断が可能な熱遮断回路を提供するものである。本発明の他の目的は、熱遮断温度を簡易に、しかも、高精度で設定することができ、信頼性の高い熱遮断回路を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明にかかる熱遮断回路は、第1のNMOSトランジスタ及び第2のNMOSトランジスタのゲート同士を接続すると共に、該第1のNMOSトランジスタのドレインとゲートを接続し、第1のバイポーラトランジスタ及び第2のバイポーラトランジスタのベース同士及びコレクタ同士を接続すると共に、ベースとコレクタを接続し、前記第1のバイポーラトランジスタ及び前記第2のバイポーラトランジスタは、前記NMOSトランジスタが形成されたp形基板において、Nウェル領域を形成し、当該Nウェル領域の一部にp + イオンの打ち込みにより形成されたPMOSトランジスタ用のドレイン又はソースをエミッタとし、前記Nウェル領域をベースとし、前記p形基板をコレクタとして形成されるpnp形の寄生トランジスタであり、前記第1のNMOSトラジンスタと、前記第1のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが接続され、前記第2のNMOSトランジスタと、前記第2のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが第1の抵抗を介して接続され、前記第1のNMOSトランジスタ及び前記第2のNMOSトランジスタのドレインが第1の電流源回路にそれぞれ接続されると共に、該第1の電流源回路は、所定の正電源に接続される一方、前記第1のバイポーラトランジスタ及び前記第2のバイポーラトランジスタのコレクタは、所定の負電源にそれぞれ接続され、前記第2バイポーラトランジスタのエミッタ面積は、前記第1のバイポーラトランジスタのエミッタ面積の所定倍数であり、前記第2のNMOSトランジスタの導通、非導通状態を熱遮断信号として出力可能としたことを特徴とする。
請求項2記載の発明にかかる熱遮断回路は、請求項1記載の熱遮断回路において、前記第1の電流源回路は、第3のNMOSトランジスタ及び第4のNMOSトランジスタのゲート同士を接続し、該第3のNMOSトランジスタをダイオード接続状態とし、ダイオード接続状態とされたpnp形トランジスタのエミッタを前記第3のNMOSトランジスタのソースに接続し、前記第4のNMOSトランジスタのソースと、前記ダイオード接続状態とされたpnp形トランジスタのコレクタとを第2の抵抗を介して接続すると共に、その接続点に所定の負電源を接続する一方、前記第4のNMOSトランジスタのドレインに流れる電流をカレントミラー回路を介して前記第1のNMOSトランジスタ及び前記第2のNMOSトランジスタのドレインに供給するように構成されてなることを特徴とする。
請求項3記載の発明にかかる熱遮断回路は、第1のPMOSトランジスタ及び第2のPMOSトランジスタのゲート同士を接続すると共に、該第1のPMOSトランジスタのドレインとゲートを接続し、第3のバイポーラトランジスタ及び第4のバイポーラトランジスタのベース同士及びコレクタ同士を接続すると共に、ベースとコレクタを接続し、前記第3のバイポーラトランジスタ及び第4のバイポーラトランジスタは、前記PMOSトランジスタが形成されたn形基板において、Pウェル領域を形成し、当該Pウェル領域の一部にn + イオンの打ち込みにより形成されたNMOSトランジスタ用のドレイン又はソースをエミッタとし、前記Pウェル領域をベースとし、前記n形基板をコレクタとして形成されるnpn形の寄生トランジスタであり、前記第1のPMOSトラジンスタと、前記第3のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが接続され、前記第2のPMOSトランジスタと、前記第4のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが第1の抵抗を介して接続され、前記第1のPMOSトランジスタ及び前記第2のPMOSトランジスタのドレインが第2の電流源回路にそれぞれ接続されると共に、該第2の電流源回路は、所定の負電源に接続される一方、前記第3のバイポーラトランジスタ及び第4のバイポーラトランジスタのコレクタは、所定の正電源にそれぞれ接続され、前記第4バイポーラトランジスタのエミッタ面積は、前記第3のバイポーラトランジスタのエミッタ面積の所定倍数であり、前記第2のPMOSトランジスタの導通、非導通状態を熱遮断信号として出力可能としたことを特徴とする。
請求項4記載の発明にかかる熱遮断回路は、請求項3記載の熱遮断回路において、前記第2の電流源回路は、第3のPMOSトランジスタ及び第4のPMOSトランジスタのゲート同士を接続し、該第3のPMOSトランジスタをダイオード接続状態とし、ダイオー ド接続状態とされたnpn形トランジスタのエミッタを前記第3のPMOSトランジスタのソースに接続し、前記第4のPMOSトランジスタのソースと、前記ダイオード接続状態とされたnpn形トランジスタのコレクタとを第2の抵抗を介して接続すると共に、その接続点に所定の正電源を接続する一方、前記第4のPMOSトランジスタのドレインに流れる電流をカレントミラー回路を介して前記第1のPMOSトランジスタ及び前記第2のPMOSトランジスタのドレインに供給するように構成されてなることを特徴とする。
【0006】
かかる構成においては、これらバイポーラトランジスタとしてMOSトランジスタの製造プロセスにおいて形成することのできる寄生トランジスタを用いることで、製造上の従来の問題を解決し、しかも、上述のような構成により、熱遮断温度は、ばらつきの小さなバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧、バイポーラトランジスタのエミッタの面積比の関数として表されることとなるため、所望の熱遮断温度を容易に設定可能となり、しかも、従来と異なり安定した出力特性の熱遮断回路が実現されるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における熱遮断回路について図1乃至図4を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。最初に、第1の例について、図1を参照しつつ説明する。まず、構成について説明すれば、この熱遮断回路は、pnp形の第1及び第2のトランジスタ(図1においては、それぞれ「Q1」、「Q2」と表記)1,2と、NMOSの第3及び第4のトランジスタ(図1においては、それぞれ「Q3」、「Q4」と表記)3,4と、電流源回路25とが、正負の電源間に後述するように接続されてなるものである。
【0008】
すなわち、第1及び第2の電流源26,27のそれぞれの一方の端子は、第1の電源端子28aを介して図示されない正電源に接続されるようになっており、第1の電流源26の他端は、第3のトランジスタ3のドレインに、第2の電流源27の他端は、第4のトランジスタ4のドレインに、それぞれ接続されている。第3及び第4のトランジスタ3,4は、そのゲート同士が接続されると共に、第4のトランジスタ4のゲートとドレインとは相互に接続されている。また、第3のトランジスタ3のドレインは、熱遮断回路の出力端子29に接続されている。
【0009】
一方、第1及び第2のトランジスタ1,2は、そのべース同士が接続されると共に、そのコレクタ同士が接続されている。さらに、第2のトランジスタ2のベースとコレクタ同士が接続されて、この接続点は、第2の電源端子28bに接続されており、この第2の電源端子28bを介して図示されない負電源に接続されるようになっている。
そして、第1のトランジスタ1のエミッタは、第1の抵抗30を介して第3のトランジスタ3のソースへ、第2のトランジスタ2のエミッタは、第4のトランジスタ4のソースへ直接、それぞれ接続されるようになっている。
【0010】
ここで、第1及び第2のトランジスタ1,2は、p形基板を用いたMOSプロセスにおいて形成される一般的なトランジスタ構造や、いわゆる寄生トランジスタ構造を用いてなるものである。トランジスタ構造のうち、いわゆる寄生トランジスタ構造については、例えば、図2に示されたように、p形基板35にNウェル領域36が形成され、その表面側に、p+イオンの打ち込みによって形成されるPMOSのソース37、ドレイン38の何れか(図2の例においてはドレイン38)をエミッタとし、Nウェル領域36をベースとし、p形基板35をコレクタとした場合に、寄生トランジスタとしてのpnp形トランジスタが形成されることとなるが、第1及び第2のトランジスタ1,2は、このように形成されたものが用いられるようになっている。
【0011】
さらに、この発明の実施の形態においては、第1のトランジスタ1のエミッタ面積をSQ1、第2のトランジスタ2のエミッタ面積をSQ2とすると、その面積比がSQ1:SQ2=N:1となるように、それぞれのエミッタ部分(図2で言えばp+イオンが打ち込まれてなるソース37又はドレイン38)の大きさが設定されている。
【0012】
次に、かかる構成における動作について概括的に説明し、その後、具体的に動作を解析的に説明することとする。
まず、上記構成の熱遮断回路は、設定された熱遮断温度を下回る温度においては、第3のトランジスタ3は非導通状態となり、このため、出力端子29には、熱遮断状態にはないことを意味する熱遮断オフ信号として、略正の電源電圧に近い電圧が出力されるようになっている。一方、雰囲気温度が設定された熱遮断温度を越えると、第3のトランジスタ3が導通状態となり、このため、出力端子29には、略負の電源電圧に近い所定の負の電圧が熱遮断オン信号として出力されるようになっている。
【0013】
次に、このような動作について解析的に説明すれば、まず、電流源回路25からは、第3及び第4のトランジスタ3,4に対して、それぞれ同一の大きさの電流Iが供給されるとすると、第3及び第4のトランジスタ3,4のゲート電位に関して下記する式(1)の関係が成立する。
【0014】
Vbe2+Vgs4=Vbe1+R1×I+Vgs3・・・(1)
【0015】
なお、ここで、Vbe2は第2のトランジスタ2のベース・エミッタ間電圧を、Vgs4は、第4のトランジスタ4のゲート・ソース間電圧を、Vbe1は第1のトランジスタ1のベース・エミッタ間電圧を、Vgs3は第3のトランジスタ3のゲート・ソース間電圧を、それぞれ表すものとする。また、R1は第1の抵抗30の抵抗値であり、Iは上述のように電流源回路25から供給される定電流値である。
【0016】
そして、第3のトランジスタ3のゲート・ソース間電圧Vgs3と第4のトランジスタ4のゲート・ソース間電圧Vgs4は、この熱遮断回路が動作する温度より低い温度においては、Vgs3<Vgs4となるように設定されるものである。
ところで、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧は、いわゆるサーマル電圧、コレタク電流及び逆方向コレクタ飽和電流との関数として表すことができることを考慮し、上述の式(1)を書き改めると下記する式(2)のように表すことができる。
【0017】
Vt×ln(I2×N/I1)+Vgs4=R1×I+Vgs3・・・(2)
【0018】
なお、ここで、Vtはいわゆるサーマル電圧を、I1は第1のトランジスタ1のエミッタ電流を、I2は第2のトランジスタ2のエミッタ電流を、それぞれ表し、Nは先に述べたように第2のトランジスタ2のエミッタ面積を1とした場合の第1のトランジスタ1のエミッタ面積の倍率である。また、lnは自然対数を意味する。
この式(2)において、電流Iの温度変化を無視すると、Vtは正の温度係数を有するものであるため、雰囲気温度の上昇に伴いVgs3とVgs4との差が小さくなるということができる。そして、Vgs3=Vgs4となると、第3のトランジスタ3が導通し、熱遮断状態となるが、この状態において、第1及び第2のトランジスタ1,2のエミッタ電流は、I1=I2となる。この関係式を用いて先の式(2)を整理すると下記する式(3)が得られる。
【0019】
(K×T/q)×lnN=R1×I・・・(3)
【0020】
さらに、この式(3)を絶対温度Tについて解くと、下記する式(4)を得ることができる。
【0021】
T=(q×R1×I)/(K×lnN)・・・(4)
【0022】
ここで、qは電子の単位電荷、Kはボルツマン定数である。すなわち、この式(4)で得られる絶対温度Tが熱遮断温度であり、この温度を越えると熱遮断回路が熱遮断状態となり、出力端子29には、所定の電圧が熱遮断オン信号として出力されることとなる。上記式(4)から、熱遮断温度Tは、R1の大きさと、エミッタ面積の倍率Nと、電流源回路25から供給される電流Iの大きさを適宜選定することで所望の温度とすることができるということが言える。
【0023】
次に、図3を参照しつつ第2の例について説明する。最初に、この第2の例における回路構成について説明する。この第2の例は、先の第1の例として示された基本回路を基にしてより具体的に構成されたもので、熱遮断出力部40と、電流源回路25とに大別されてなるもので、電流源回路25は、さらに、電流発生部41とカレントミラー部42とから構成されたものとなっているものである。熱遮断出力部40は、npn形の第5及び第6のトランジスタ(図3においては、それぞれ「Q5」、「Q6」と表記)5,6と、PMOSトランジスタである第7及び第8のトランジスタ(図3においては、それぞれ「Q7」、「Q8」と表記)7,8と、第1の抵抗30とを有してなるもので、第5及び第6のトランジスタ5,6は、先の図1に示された回路における第1及び第2のトランジスタ1,2に対応し、第7及び第8のトランジスタ7,8は、先の図1に示された回路における第3及び第4のトランジスタ3,4に対応するものとなっている。
【0024】
すなわち、第5及び第6のトランジスタ5,6の各コレクタは相互に接続されると共に、第1の電源端子28aに接続され、図示されない正電源による正電源電圧が印加されるようになっている。また、第5及び第6のトランジスタ5,6のベースは相互に接続されると共に、第6のトランジスタ6は、べースとコレクタとが接続されたいわゆるダイオード接続の状態となっている。
そして、第5のトランジスタ5のエミッタは、第1の抵抗30を介して第7のトランジスタ7のソースへ、第6のトランジスタ6のエミッタは、第8のトランジスタ8のソースへ直接、それぞれ接続されている。
【0025】
なお、第5及び第6のトランジスタ5,6は、図1における第1及び第2のトランジスタ1,2と異なり、npn形であるので、先に図2に示された構成におて、p形基板35をn形基板に代え、Nウェル領域36をPウェル領域に代え、ソース37及びドレイン38をp+イオンの打ち込みによる形成に代えてn+イオンの打ち込みによる形成とすることで、基本的には図2で示されたと同様にいわゆる寄生トランジスタとして得られるものとなっている。
【0026】
第7及び第8のトランジスタ7,8は、ゲートが相互に接続される一方、第7のトランジスタ7のドレインには、出力端子29が接続されると共に、カレントミラー部42を構成する第9のトランジスタ9のドレインが接続されている。また、第8のトランジスタ8は、ゲートとドレインとが相互に接続されると共に、その接続点は、カレントミラー部42を構成する第10のトランジスタ10のドレインに接続されている。
【0027】
電流源回路25は、定電流を発生する電流発生部41と、この電流発生部41により発生された定電流を熱遮断出力部40へ流すためのいわゆるカレントミラー回路からなるカレントミラー部42とから構成されてなるものである。カレントミラー部42は、NMOSトランジスタである第9乃至第12のトランジスタ9〜12によって構成されたものとなっている。すなわち、第9乃至第12のトランジスタ9〜12のゲート同士は、相互に接続されると共に、第11のトランジスタ11のゲートは、ドレインと接続されている。また、第9乃至第12のトランジスタ9〜12のソースは、相互に接続されると共に、第2の電源端子28bを介して図示されない負電源に接続されるようになっている。そして、第11のトランジスタ11のドレインは、電流発生部41を構成するPMOSトランジスタである第13のトランジスタ13のドレインに、第12のトランジスタ12のドレインは、電流発生部41を構成するPMOSトランジスタである第14のトランジスタ14のドレインに、それぞれ接続されており、電流発生部41からの電流が第9及び第10のトランジスタ9,10にも流されるようになっている。
【0028】
電流発生部41は、PMOSトランジスタである第13及び第14のトランジスタ13,14と、pnp形トランジスタである第15のトランジスタ15と、第2の抵抗43とを具備してなるもので、第13及び第14のトランジスタ13,14は、ゲート同士が接続されると共に、第14のトランジスタ14は、ゲートとドレインとが相互に接続されている。
そして、第13のトランジスタ13のソースは、第2の抵抗43を介して第1の電源端子28aへ接続されており、第14のトランジスタ14のソースは、ダイード接続状態の第15のトランジスタ15のエミッタに接続されている。そして、第15のトランジスタ15は、ベースとコレクタとが相互に接続されると共に、第1の電源端子28aへ接続されている。
【0029】
次に、かかる構成における動作について説明する。
この熱遮断回路における動作は、トランジスタが先の図1に示されたものと反対極性のものを用いている点に起因する電圧の違いはあるものの、基本的なところは同一である。
すなわち、所定の熱遮断温度以下においては、第7のトランジスタ7が非導通状態となり、出力端子29には、負の電源電圧に略等しい負電圧が熱遮断オフ信号として出力されることとなる。
一方、雰囲気温度が所定の熱遮断温度を越え、第7のトランジスタ7が導通状態となると、出力端子29の電圧は、所定の正電圧が熱遮断オン信号として出力されるようになっている。
【0030】
ここで、電流発生部41における第13及び第14のトランジスタ13,14によりカレントミラー部42へ供給される電流Iについて求めると、第13及び第14のトランジスタ13,14のゲート電位が等しいという条件から、下記する式(5)式が成立する。
【0031】
R2×I+Vgs13=Vbe+Vgs14・・・(5)
【0032】
なお、上記式中、R2は第2の抵抗43の抵抗値であり、Vgs13は第13のトランジスタ13のゲート・ソース間電圧であり、Vgs14は第14のトランジスタ14のゲート・ソース間電圧であり、Vbeは第15のトランジスタ15のベース・エミッタ間電圧である。
そして、Vgs13=Vgs14と設定されているとすると、下記する式(6)を得ることができる。
【0033】
I=Vbe/R2・・・(6)
【0034】
ところで、この第2の例においても、先に図1で説明したと同様に各式(1)乃至(4)が成立するものであるので、先に示された式(4)に式(6)を代入して整理すると下記する式(7)を得ることができる。
【0035】
T=(R1/R2)×(q×Vbe)/(K×lnN)・・・(7)
【0036】
したがって、この第2の例に示された回路の場合、抵抗値R1,R2、第5及び第6のトランジスタ5,6のエミッタ面積比Nを適宜に選択することで、熱遮断温度T(単位:絶対温度)を所望の値に設定することができるようになっているものである。
【0037】
次に、図4を参照しつつ第3の例について説明する。
なお、先の図1に示された回路と同一の構成要素については、同一符号を付して再度の詳細な説明は省略することとし、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この第3の例は、本発明をいわゆる安定電源回路に適用した場合の構成例を示すものである。
安定化電源回路45は、公知・周知の構成を有するものであるので、その構成、動作については概括的に説明することとする。
この安定化電源回路45は、PMOSトランジスタである出力制御用トランジスタ24と、分圧抵抗46a,46bとが、図示されない正及び負電源の間に直列接続される一方、分圧抵抗46a,46bによる分圧電圧と基準電圧Vrefとの差に応じた信号が誤差増幅器47により出力され、NMOSトランジスタであるバイアス制御用トランジスタ23により、誤差増幅器47の出力に応じて、出力制御用トランジスタ24が制御されるような構成となっているものである。
【0038】
例えば、出力端子48における出力電圧が何らかの原因により低下し、分圧電圧が基準電圧Vrefより小さくなると、誤差増幅器47からは、基準電圧Vrefと分圧電圧との差に対応する正極性の電圧が出力され、バイアス制御用トランジスタ23は、その誤差増幅器47の出力電圧に応じた導通状態となり、出力制御用トランジスタ24のゲート電圧が引き下げられることとなる。そのため、出力制御用トランジスタ24は、よりバイアスが大となるため、分圧抵抗46a,46bを流れる電流が増加して、分圧電圧の低下、すなわち出力電圧の低下が補償されるようになっている。
また、出力電圧が上昇し、分圧電圧が基準電圧Vrefより大きくなると、誤差増幅器47からは基準電圧Vrefと分圧電圧との差に対応する負極性の電圧が出力され、バイアス制御用トランジスタ23はその電圧の大きさに応じて非導通状態へ変化し、それによって、出力制御用トランジスタ24のゲート電圧は引き上げられることとなる。そのため、出力電流が減少し、分圧電圧の上昇、すなわち、出力電圧の上昇が抑圧されるようになっている。
【0039】
一方、熱遮断回路は、図3に示された回路構成におけるトランジスタと異なるものを用いた点を除いて、基本的に図3に示された回路構成を有してなるものである。すなわち、この第3の例における熱遮断回路は、先の図3におけるnpn形トランジスタをpnp形トランジスタに、PMOSトランジスタをNMOSトランジスタに、NMOSトランジスタをPMOSトランジスタに代えたものであり、熱遮断出力部40と、電流源回路25とに大別されてなり、電流源回路25は、電流発生部41とカレントミラー部42とから構成されたものとなっている。なお、図1または図3に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
【0040】
熱遮断出力部40は、丁度図1に示された回路構成と同一となっており、NMOSトランジスタである第3のトランジスタ3のドレインは、反転増幅器49を介して安定化電源回路45の出力制御トランジスタ24のゲートに接続されたものとなっている。
カレントミラー部42は、図3に示された構成におけるNMOSトランジスタをPMOSトランジスタに代えてなるもので、第16乃至第19のトランジスタ16〜19は、図3の第9乃至第12のトランジスタ9〜12に対応するものである。
また、電流発生部41の第20及び第21のトランジスタ20,21は、図3の第13及び第14のトランジスタ13,14に、第22のトランジスタ22は、図3の第15のトランジスタ15に、それぞれ対応するものとなっている。
【0041】
かかる構成において、電流発生部41において発生し、カレントミラー部42を介して第3及び第4のトランジスタ3,4にそれぞれ供給される電流Iは、先の式(6)によって求められのは、図3に示された例と同様である。
そして、熱遮断温度Tは、先の式(7)によって決定されることも先の図3に示された例と同様である。
したがって、雰囲気温度が熱遮断温度を下回る状態においては、第3のトランジスタ3は非導通状態となり、反転増幅器49には、正の電圧が印加されるため、反転増幅器49は所定のLowレべルの出力状態となる。この状態で、反転増幅器49は、出力制御用トランジスタ24を駆動する程の能力はなく、出力制御用トランジスタ24は、先に述べたように誤差増幅器47及びバイアス制御用トランジスタ23による駆動制御を受けることとなる。
一方、雰囲気温度が熱遮断温度を越えると、第3のトランジスタ3が導通状態となるため、反転増幅器49からは正の所定電圧が出力されるため、出力制御用トランジスタ24は逆バイアス状態とされ、出力制御用トランジスタ24は、完全に非動作状態となり、安定化電源回路45の動作が停止され、熱遮断状態となる。
【0042】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によれば、MOSトランジスタの製造プロセスにおいて形成することのできるいわゆるバイポーラトランジスタをMOSトランジスタと組み合わせるようにして熱遮断回路を構成したので、製造上、MOSトランジスタを形成すると同一の手順でバイポーラトランジスタを製造することができ、製造プロセスを複雑とすることがなく、効率のよい製造が行える。しかも、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタとを組み合わせることで、2つのMOSにそれぞれ直列接続されるバイポーラトランジスタのエミッタ面積の比、一方のMOSトランジスタとバイポーラトランジスタとの間に接続される抵抗等をパラメータとして、簡易に熱遮断温度を所望の値に設定することができる。特に、抵抗やエミッタ面積比は、集積回路の製造プロセスにより精度よく設定することが可能であるため、従来と異なり、高精度に熱遮断温度を設定することができ、信頼性の高い熱遮断回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における熱遮断回路の第1の回路例を示す回路図である。
【図2】 図1に示された回路において用いられるpnp形トランジスタの構造を模式的に示す模式図である。
【図3】 本発明の実施の形態における熱遮断回路の第2の回路例を示す回路図である。
【図4】 本発明の実施の形態における熱遮断回路の第3の回路例を示す回路図である。
【図5】 従来の回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
23…バイアス制御用トランジスタ
24…出力制御用トランジスタ
25…電流源回路
26…第1の電流源
27…第2の電流源
30…第1の抵抗
40…熱遮断出力部
41…電流発生部
42…カレントミラー部
43…第2の抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat shut-off circuit for forcibly interrupting circuit operation from the viewpoint of ensuring the safety of circuit operation when various electronic circuits are in a temperature state of a predetermined value or more. It is related to the improvement of.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a typical circuit of this type, for example, a circuit configured using a bipolar transistor as shown in FIG. 5 is known and well known.
The conventional circuit will be described generally with reference to FIG. 1. In this thermal cutoff circuit, a divided voltage obtained by dividing the voltage of the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
by the way,MOSIn an integrated circuit, when using such a heat shut-off circuit, an extinction cut-off circuit using an npn transistor with a grounded emitter and a collector output as described above isMOSIt cannot be used as it is because of the relationship with the manufacturing process of the integrated circuit. For this reason, for example, even if an NMOS is used instead of the npn transistor, the variation due to the temperature of the so-called threshold voltage, which is a determinant of the thermal cutoff temperature, is large. It is not something that can be used.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances,MOSIt is an object of the present invention to provide a heat shut-off circuit that can be incorporated in an integrated circuit and can perform heat shut-off with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a highly reliable thermal cutoff circuit that can set the thermal cutoff temperature easily and with high accuracy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The thermal shutdown circuit according to the invention of
The thermal shutdown circuit according to the invention of claim 2 is the thermal shutdown circuit of
According to a third aspect of the present invention, there is provided a thermal shutdown circuit that connects the gates of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor and connects the drain and gate of the first PMOS transistor to each other. The bases and collectors of the transistor and the fourth bipolar transistor are connected to each other, and the base and the collector are connected to each other. The third bipolar transistor and the fourth bipolar transistor are connected to each other on the n-type substrate on which the PMOS transistor is formed. , A P well region is formed, and n is formed in a part of the P well region + An npn-type parasitic transistor formed by ion implantation using an NMOS transistor drain or source as an emitter, the P-well region as a base, and the n-type substrate as a collector, the first PMOS transistor The third bipolar transistor has a source and an emitter connected, and the second PMOS transistor and the fourth bipolar transistor have a source and an emitter connected via a first resistor. The drains of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor are connected to a second current source circuit, respectively, and the second current source circuit is connected to a predetermined negative power supply, The collectors of the third and fourth bipolar transistors are The emitter area of the fourth bipolar transistor is a predetermined multiple of the emitter area of the third bipolar transistor, and the conduction / non-conduction state of the second PMOS transistor is used as a heat cutoff signal. It is possible to output.
According to a fourth aspect of the present invention, in the thermal shutdown circuit according to the third aspect, the second current source circuit connects gates of the third PMOS transistor and the fourth PMOS transistor, The third PMOS transistor is in a diode connection state, and a diode is connected. The emitter of the npn-type transistor in the connected state is connected to the source of the third PMOS transistor, and the source of the fourth PMOS transistor and the collector of the npn-type transistor in the connected state of the diode are connected to the second And a predetermined positive power source is connected to the connection point, while a current flowing through the drain of the fourth PMOS transistor is supplied to the first PMOS transistor and the second PMOS transistor via a current mirror circuit. The PMOS transistor is configured to be supplied to the drain of the PMOS transistor.
[0006]
In such a configuration,As these bipolar transistorsMOSBy using a parasitic transistor that can be formed in the transistor manufacturing process, the conventional problems in manufacturing are solved, and with the above-described configuration, the thermal cutoff temperature is the base-emitter of a bipolar transistor with little variation. It is expressed as a function of the inter-voltage and the area ratio of the emitter of the bipolar transistor, so that a desired thermal cutoff temperature can be easily set, and a thermal cutoff circuit with stable output characteristics unlike the conventional one is realized. Is.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a thermal shutdown circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention. First, a first example will be described with reference to FIG. First, to describe the configuration, this thermal shut-off circuit includes pnp-type first and second transistors (indicated as “Q1” and “Q2” in FIG. 1, respectively) 1 and 2 and an NMOS third transistor. And the fourth transistor (indicated as “Q3” and “Q4” in FIG. 1, respectively) 3, 4,Current source circuit25 is connected between positive and negative power supplies as will be described later.
[0008]
That is, one terminal of each of the first and second
[0009]
On the other hand, the bases of the first and
The emitter of the
[0010]
Here, the first and
[0011]
Further, in the embodiment of the present invention, the emitter area of the
[0012]
Next, the operation in such a configuration will be generally described, and then the operation will be specifically described analytically.
First, in the heat shut-off circuit having the above-described configuration, the
[0013]
Next, if such an operation is described analytically, first,Current source circuit25, assuming that the same current I is supplied to the third and
[0014]
Vbe2+ Vgs4= Vbe1+ R1 × I + Vgs3... (1)
[0015]
Here, Vbe2 is the base-emitter voltage of the second transistor 2, Vgs4 is the gate-source voltage of the fourth transistor 4, and Vbe1 is the base-emitter voltage of the
[0016]
Then, the gate-source voltage V of the
By the way, considering that the base-emitter voltage of the bipolar transistor can be expressed as a function of so-called thermal voltage, collector current and reverse collector saturation current, the above equation (1) can be rewritten as 2).
[0017]
Vt× ln (I2× N / I1) + Vgs4= R1 × I + Vgs3... (2)
[0018]
Here, VtIs the so-called thermal voltage, I1Is the emitter current of the
In this equation (2), if the temperature change of the current I is ignored, VtHas a positive temperature coefficient, so as the ambient temperature rises, Vgs3And Vgs4It can be said that the difference between is small. And Vgs3= Vgs4Then, the
[0019]
(K × T / q) × lnN = R1 × I (3)
[0020]
Further, when the equation (3) is solved for the absolute temperature T, the following equation (4) can be obtained.
[0021]
T = (q × R1 × I) / (K × lnN) (4)
[0022]
Here, q is an electron unit charge, and K is a Boltzmann constant. That is, the absolute temperature T obtained by the equation (4) is the heat shut-off temperature, and when this temperature is exceeded, the heat shut-off circuit enters a heat shut-off state, and a predetermined voltage is output to the
[0023]
Next, a second example will be described with reference to FIG. First, the circuit configuration in the second example will be described. The second example is more specifically configured on the basis of the basic circuit shown as the first example, and includes a heat
[0024]
That is, the collectors of the fifth and sixth transistors 5 and 6 are connected to each other and to the first
The emitter of the fifth transistor 5 is directly connected to the source of the seventh transistor 7 via the
[0025]
Since the fifth and sixth transistors 5 and 6 are npn-type unlike the first and
[0026]
The gates of the seventh and eighth transistors 7 and 8 are connected to each other, while the
[0027]
Current source circuit25 includes a
[0028]
The
The source of the
[0029]
Next, the operation in this configuration will be described.
The operation in this thermal shut-off circuit is basically the same, although there is a voltage difference due to the fact that the transistor has the opposite polarity to that shown in FIG.
In other words, below the predetermined thermal cutoff temperature, the seventh transistor 7 becomes non-conductive, and a negative voltage substantially equal to the negative power supply voltage is output to the
On the other hand, when the ambient temperature exceeds a predetermined heat cutoff temperature and the seventh transistor 7 becomes conductive, a predetermined positive voltage is outputted as a heat cutoff ON signal as the voltage at the
[0030]
Here, when the current I supplied to the
[0031]
R2 × I + Vgs13= Vbe+ Vgs14... (5)
[0032]
In the above formula, R2 is the resistance value of the
And Vgs13= Vgs14Is set, the following equation (6) can be obtained.
[0033]
I = Vbe/ R2 (6)
[0034]
In the second example, since the equations (1) to (4) are established in the same manner as described above with reference to FIG. 1, the equation (6) is changed to the equation (4) shown above. ) Is substituted and rearranged, the following equation (7) can be obtained.
[0035]
T = (R1 / R2) × (q × Vbe) / (K × lnN) (7)
[0036]
Therefore, in the case of the circuit shown in the second example, the thermal cutoff temperature T (unit: unit) can be selected by appropriately selecting the resistance values R1, R2 and the emitter area ratio N of the fifth and sixth transistors 5, 6. : Absolute temperature) can be set to a desired value.
[0037]
Next, a third example will be described with reference to FIG.
The same components as those in the circuit shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, different points will be mainly described.
This third example shows a configuration example when the present invention is applied to a so-called stable power supply circuit.
Since the stabilized
In the stabilized
[0038]
For example, when the output voltage at the
When the output voltage rises and the divided voltage becomes larger than the reference voltage Vref, the
[0039]
On the other hand, the thermal shutdown circuit basically has the circuit configuration shown in FIG. 3 except that a transistor different from the transistor in the circuit configuration shown in FIG. 3 is used. That is, the heat shut-off circuit in the third example is obtained by replacing the npn-type transistor in FIG. 3 with a pnp-type transistor, the PMOS transistor with an NMOS transistor, and the NMOS transistor with a PMOS transistor. 40,Current source circuitIs divided roughly into 25,Current
[0040]
The heat
The
Further, the twentieth and twenty-
[0041]
In such a configuration, the current I generated in the
The heat cutoff temperature T is determined by the previous equation (7) as in the example shown in FIG.
Therefore, when the ambient temperature is lower than the thermal cutoff temperature, the
On the other hand, when the ambient temperature exceeds the thermal cutoff temperature, the
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention,MOSSo-called bipolar transistors that can be formed in the transistor manufacturing processMOSSince the thermal shutdown circuit was configured to be combined with the transistor,MOSWhen a transistor is formed, a bipolar transistor can be manufactured by the same procedure, and an efficient manufacturing can be performed without complicating the manufacturing process. Moreover, with bipolar transistorsMOSBy combining with a transistor, twoMOSThe ratio of the emitter areas of bipolar transistors connected in series toMOSWith the resistance connected between the transistor and the bipolar transistor as a parameter, the thermal cutoff temperature can be easily set to a desired value. In particular, the resistance and emitter area ratios can be set with high precision by the integrated circuit manufacturing process, so unlike the conventional case, the heat cutoff temperature can be set with high accuracy, and a highly reliable thermal cutoff circuit. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first circuit example of a thermal shutdown circuit in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the structure of a pnp transistor used in the circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second circuit example of the thermal shutdown circuit in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a third circuit example of the thermal shutdown circuit in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional circuit example.
[Explanation of symbols]
23 ... Bias control transistor
24 ... Output control transistor
25 ...Current source circuit
26: First current source
27. Second current source
30: First resistance
40 ... Thermal shutdown output
41 ... Current generator
42 ... Current mirror section
43 ... Second resistance
Claims (4)
第1のバイポーラトランジスタ及び第2のバイポーラトランジスタのベース同士及びコレクタ同士を接続すると共に、ベースとコレクタを接続し、Connecting the bases and collectors of the first bipolar transistor and the second bipolar transistor, and connecting the base and collector;
前記第1のバイポーラトランジスタ及び前記第2のバイポーラトランジスタは、前記NMOSトランジスタが形成されたp形基板において、Nウェル領域を形成し、当該Nウェル領域の一部にpThe first bipolar transistor and the second bipolar transistor form an N-well region in a p-type substrate on which the NMOS transistor is formed, and a p-type electrode is formed in a part of the N-well region. ++ イオンの打ち込みにより形成されたPMOSトランジスタ用のドレイン又はソースをエミッタとし、前記Nウェル領域をベースとし、前記p形基板をコレクタとして形成されるpnp形の寄生トランジスタであり、A pnp-type parasitic transistor formed by using a drain or source for a PMOS transistor formed by ion implantation as an emitter, using the N-well region as a base, and using the p-type substrate as a collector;
前記第1のNMOSトラジンスタと、前記第1のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが接続され、A source and an emitter are connected to the first NMOS transistor transistor and the first bipolar transistor,
前記第2のNMOSトランジスタと、前記第2のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが第1の抵抗を介して接続され、A source and an emitter of the second NMOS transistor and the second bipolar transistor are connected via a first resistor,
前記第1のNMOSトランジスタ及び前記第2のNMOSトランジスタのドレインが第1の電流源回路にそれぞれ接続されると共に、該第1の電流源回路は、所定の正電源に接続される一方、The drains of the first NMOS transistor and the second NMOS transistor are respectively connected to a first current source circuit, and the first current source circuit is connected to a predetermined positive power source,
前記第1のバイポーラトランジスタ及び前記第2のバイポーラトランジスタのコレクタは、所定の負電源にそれぞれ接続され、The collectors of the first bipolar transistor and the second bipolar transistor are respectively connected to a predetermined negative power source,
前記第2バイポーラトランジスタのエミッタ面積は、前記第1のバイポーラトランジスタのエミッタ面積の所定倍数であり、The emitter area of the second bipolar transistor is a predetermined multiple of the emitter area of the first bipolar transistor;
前記第2のNMOSトランジスタの導通、非導通状態を熱遮断信号として出力可能としたことを特徴とする熱遮断回路。A thermal shutdown circuit characterized in that the conduction and non-conduction states of the second NMOS transistor can be output as a thermal shutdown signal.
第3のNMOSトランジスタ及び第4のNMOSトランジスタのゲート同士を接続し、該第3のNMOSトランジスタをダイオード接続状態とし、The gates of the third NMOS transistor and the fourth NMOS transistor are connected to each other, and the third NMOS transistor is set in a diode connection state.
ダイオード接続状態とされたpnp形トランジスタのエミッタを前記第3のNMOSトランジスタのソースに接続し、An emitter of a pnp transistor in a diode connection state is connected to a source of the third NMOS transistor;
前記第4のNMOSトランジスタのソースと、前記ダイオード接続状態とされたpnp形トランジスタのコレクタとを第2の抵抗を介して接続すると共に、その接続点に所定の負電源を接続する一方、While connecting the source of the fourth NMOS transistor and the collector of the diode-connected pnp transistor via a second resistor, a predetermined negative power source is connected to the connection point,
前記第4のNMOSトランジスタのドレインに流れる電流をカレントミラー回路を介して前記第1のNMOSトランジスタ及び前記第2のNMOSトランジスタのドレインに供給するように構成されてなることを特徴とする請求項1記載の熱遮断回路。The current flowing through the drain of the fourth NMOS transistor is supplied to the drains of the first NMOS transistor and the second NMOS transistor through a current mirror circuit. Thermal shutdown circuit as described.
第3のバイポーラトランジスタ及び第4のバイポーラトランジスタのベース同士及びコレクタ同士を接続すると共に、ベースとコレクタを接続し、Connecting the bases and collectors of the third bipolar transistor and the fourth bipolar transistor, and connecting the base and collector;
前記第3のバイポーラトランジスタ及び第4のバイポーラトランジスタは、前記PMOSトランジスタが形成されたn形基板において、Pウェル領域を形成し、当該Pウェル領域の一部にnThe third bipolar transistor and the fourth bipolar transistor form a P-well region in the n-type substrate on which the PMOS transistor is formed, and an n-type substrate is formed on a part of the P-well region. ++ イオンの打ち込みにより形成されたNMOSトランジスタ用のドレイン又はソースをエミッタとし、前記Pウェル領域をベースとし、前記n形基板をコレクタとして形成されるnpn形の寄生トランジスタであり、An npn-type parasitic transistor formed by using the drain or source for an NMOS transistor formed by ion implantation as an emitter, the P-well region as a base, and the n-type substrate as a collector;
前記第1のPMOSトラジンスタと、前記第3のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが接続され、A source and an emitter are connected to the first PMOS transistor and the third bipolar transistor,
前記第2のPMOSトランジスタと、前記第4のバイポーラトランジスタとは、ソースとエミッタとが第1の抵抗を介して接続され、The second PMOS transistor and the fourth bipolar transistor have a source and an emitter connected via a first resistor,
前記第1のPMOSトランジスタ及び前記第2のPMOSトランジスタのドレインが第2の電流源回路にそれぞれ接続されると共に、該第2の電流源回路は、所定の負電源に接続される一方、The drains of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor are connected to a second current source circuit, respectively, and the second current source circuit is connected to a predetermined negative power source,
前記第3のバイポーラトランジスタ及び第4のバイポーラトランジスタのコレクタは、所定の正電源にそれぞれ接続され、The collectors of the third bipolar transistor and the fourth bipolar transistor are respectively connected to a predetermined positive power source,
前記第4バイポーラトランジスタのエミッタ面積は、前記第3のバイポーラトランジスタのエミッタ面積の所定倍数であり、The emitter area of the fourth bipolar transistor is a predetermined multiple of the emitter area of the third bipolar transistor;
前記第2のPMOSトランジスタの導通、非導通状態を熱遮断信号として出力可能としたことを特徴とする熱遮断回路。A thermal shutdown circuit characterized in that the conduction and non-conduction states of the second PMOS transistor can be output as a thermal shutdown signal.
第3のPMOSトランジスタ及び第4のPMOSトランジスタのゲート同士を接続し、該第3のPMOSトランジスタをダイオード接続状態とし、The gates of the third PMOS transistor and the fourth PMOS transistor are connected to each other, the third PMOS transistor is in a diode connection state,
ダイオード接続状態とされたnpn形トランジスタのエミッタを前記第3のPMOSトランジスタのソースに接続し、Connecting the emitter of a diode-connected npn transistor to the source of the third PMOS transistor;
前記第4のPMOSトランジスタのソースと、前記ダイオード接続状態とされたnpn形トランジスタのコレクタとを第2の抵抗を介して接続すると共に、その接続点に所定の正電源を接続する一方、While connecting the source of the fourth PMOS transistor and the collector of the npn transistor in the diode connection state via a second resistor, a predetermined positive power source is connected to the connection point,
前記第4のPMOSトランジスタのドレインに流れる電流をカレントミラー回路を介して前記第1のPMOSトランジスタ及び前記第2のPMOSトランジスタのドレインに供給するように構成されてなることを特徴とする請求項3記載の熱遮断回路。The current flowing through the drain of the fourth PMOS transistor is supplied to the drains of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor via a current mirror circuit. Thermal shutdown circuit as described.
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