JP4192330B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4192330B2 JP4192330B2 JP09998799A JP9998799A JP4192330B2 JP 4192330 B2 JP4192330 B2 JP 4192330B2 JP 09998799 A JP09998799 A JP 09998799A JP 9998799 A JP9998799 A JP 9998799A JP 4192330 B2 JP4192330 B2 JP 4192330B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- power supply
- semiconductor device
- fail
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷の通断電制御用のドライブ回路や制御動作用のロジック回路を、これらに電源を供給するための定電圧電源回路と共にワンチップ化して成る半導体装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
例えば自動車用のECU(Electronic Control Unit )は、マイコン、負荷駆動用のドライブ回路、このドライブ回路の制御並びに負荷の動作状態や温度の監視など行うロジック回路、定電圧電源回路などにより構成されるものであるが、近年では、その小型・軽量化のために、複数の回路を同一の半導体基板上に形成してワンチップ化することが行われている。この場合、一般的には、ドライブ回路、ロジック回路、定電圧電源回路などをワンチップ化したドライブ用ICを設け、このドライブ用ICとマイコンとの間でデータの授受を行いながら負荷を駆動する構成が考えられている。
【0003】
しかしながら、このような構成では、ロジック回路並びにマイコンの電源がドライブ用IC内の定電圧電源回路から供給される構成となるため、その定電圧電源回路で故障が発生した場合には、ロジック回路やマイコンの動作が不安定になって、負荷の制御動作が不可能になる恐れが出てくるものであり、この点が未解決の課題となっていた。
【0004】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷の動作制御用のドライブ回路、その制御動作を行うロジック回路及び定電圧電源回路などをワンチップ化して小型・軽量化を図った場合でも、定電圧電源回路の故障に対するフェールセーフ性能を高め得るようになる半導体装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に記載した手段を採用できる。この手段によれば、負荷を通断電制御するためのドライブ回路、このドライブ回路の制御を含む制御動作を行うためのロジック回路、並びに全体に電源を供給するための定電圧電源回路を同一の半導体基板上に形成する構成となっているから、全体の小型・軽量化を実現できる。この場合、定電圧電源回路の出力電圧が外部電源の出力電圧の電圧レベルまで上昇したときに前記負荷を強制的に断電させるフェールセーフ回路が設けられているが、このフェールセーフ回路は外部電源から給電される構成となっているから、上記のように定電圧電源回路の出力電圧が異常な状態になったとしても、負荷の強制的な断電動作を確実に行うことができて、そのフェールセーフ性能を高め得るようになる。
【0006】
請求項2記載の手段によれば、ドライブ回路が負荷の通断電を行うスイッチング素子を含んだ構成、つまり、電力用のスイッチング素子も同一の半導体基板上に形成する構成となっているから、全体のさらなる小型・軽量化を図り得るようになる。
【0007】
請求項3記載の手段のように、フェールセーフ回路を、半導体基板上に他の回路素子形成領域と絶縁分離された状態で設けられた所定の素子形成領域に形成する構成とした場合には、そのフェールセーフ回路の機能に対し、他の回路素子の状態に起因した悪影響が及ぶ恐れが小さくなる。
【0008】
請求項4記載の手段のように、SOI基板を用いると共に、フェイルセーフ回路のための素子形成領域がトレンチ分離構造を備えた状態とされた場合には、そのフェールセーフ回路の機能に対し、他の回路素子の状態に起因した悪影響が及ぶ事態を確実に防止できるから、そのフェールセーフ機能を一段と高めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
電気的構成を示す図1において、半導体装置としてのドライブ用IC1は、外部の負荷2を負荷接続端子1aを通じて駆動するためのもので、その負荷2を通断電制御するためのスイッチング素子としてパワーMOSFET3を備えている。このMOSFET3はNチャネル型のもので、ドレインが電源端子VB に接続され、ソースが前記負荷接続端子1aに接続されている。尚、電源端子VB には、図示しない外部電源(出力電圧は例えば12V)から給電される構成となっている。
【0010】
ドライブ用IC1内には、上記MOSFET3の他に、オン指令が与えられた状態で当該MOSFET3のためのゲート信号を発生するチャージポンプ回路4が設けられており、これらMOSFET3及びチャージポンプ回路4によって本発明でいうドライブ回路5が構成されている。尚、チャージポンプ回路4の電源は、前記電源端子VB から供給される。
【0011】
この他、ドライブIC1内には、監視ロジック6(本発明でいうロジック回路に相当)、定電圧電源回路7、フェールセーフ回路8が設けられている。
上記監視ロジック6は、前記MOSFET3に流れる負荷電流を検出するための図示しないカレントミラー回路、MOSFET3の温度を検出するための図示しない温度検出回路などを含む状態検出回路からの状態検出信号に基づいて、負荷電流やMOSFET3の温度などを監視する機能を備えており、その監視結果を示す信号をドライブIC1外のマイコン9に送信するようになっている。このマイコン9は、監視ロジック6からの信号並びに予め設定されたプログラムに基づいて負荷2の駆動方法を決定し、監視ロジック6に対しMOSFET3のオンオフを指令する信号を送信するようになっている。そして、監視ロジック6は、マイコン8からの指令信号に基づいてMOSFET3のオン指令及びオフ指令を発生するものであり、それらの指令に基づいてMOSFET3のオンオフ制御がチャージポンプ回路4を通じて行われる。
【0012】
定電圧電源回路7は、外部電源から電源端子VB を通じて給電されるもので、一定電圧(5V)の出力を前記監視ロジック6やカレントミラー回路などのような内部回路素子並びに前記マイコン9に供給する構成となっている。
【0013】
フェールセーフ回路8は、外部電源から電源端子VB を通じて給電されるように設けられたもので、以下のような構成となっている。
即ち、フェールセーフ回路8において、電圧検出回路10は、定電圧電回路7の出力端子とグランド端子との間に分圧抵抗10a、10bを直列接続したもので、それら抵抗10a、10bの共通接続点から定電圧電源回路7の出力電圧に比例した検出電圧Vdを発生する。基準電圧発生回路11は、電源端子VB とグランド端子との間に分圧抵抗11a、11bを直列接続したもので、それら抵抗11a、11bの共通接続点から一定レベルの基準電圧Vsを発生する。コンパレータ12は、外部電源から電源端子VB を通じて給電されるようになっており、検出電圧Vd及び基準電圧Vsのレベルを比較して、Vd>Vsの関係になったときに出力信号をローレベルからハイレベルに反転する構成となっている。尚、コンパレータ12には、帰還抵抗を接続してヒステリシスを持たせることが好ましい。
【0014】
また、フェールセーフ回路8において、コンパレータ12の出力端子は、抵抗13を介してNPN型トランジスタ14のベースに接続されており、このトランジスタ14のベース・エミッタ間にはバイアス抵抗15が接続されている。そして、トランジスタ14にあっては、コレクタが抵抗16を介してMOSFET3のゲートに接続され、エミッタがグランド端子に接続されている。従って、このトランジスタ14がオンされた場合、MOSFET3にあっては、ゲート・ソース間電圧がグランド電位レベル近くまで下げられて強制的にオフされることになる。
【0015】
図2には、ドライブ用IC1の模式的な断面構造が概略的に示されている。この図2において、ドライブ用IC1は、P型のベース用シリコン基板17a上に絶縁分離膜17bを介してN型シリコン層17cを形成したSOI基板17(本発明でいう半導体基板に相当)を利用したものである。この場合、そのシリコン層17cには、前記MOSFET3、チャージポンプ回路4、監視ロジック6、定電圧電源回路7、フェールセーフ回路8などの回路素子(図2中には図示せず)を形成するための複数の素子形成領域17dが、絶縁分離トレンチ17eにより互いに電気的に絶縁した状態で形成されている。
【0016】
上記構成によれば、定電圧電源回路7が正常に機能している常時においては、電圧検出回路10からの検出電圧Vdと基準電圧発生回路11からの基準電圧Vsとの関係がVd<Vsの状態にあるため、フェールセーフ回路8内のコンパレータ12はローレベル信号を出力している。従って、この状態では、トランジスタ14がオフされたままであるため、MOSFET3は、監視ロジック6からの信号によりチャージポンプ回路4を介してオンオフ制御される。
【0017】
一方、定電圧電源回路7に故障が発生してその出力電圧が電源端子VB の電圧レベルまで上昇した場合には、検出電圧Vd及び基準電圧Vsの関係がVd>Vsの状態に逆転し、コンパレータ12の出力がハイレベル信号に反転する。すると、トランジスタ14がオンされたMOSFET3が強制的にオフされるため、負荷2が無条件で強制的に断電される。尚、定電圧電源回路7の出力電圧がダウンする故障が発生したときには、監視ロジック6からのオン指令の出力が停止されてMOSFET3がオフされることになる。従って、定電圧電源回路7で故障が発生して監視ロジック6やマイコン9の動作が不安定になったとしても、負荷2の制御動作(断電動作)が不可能になる恐れがなくなる。
【0018】
上記した本実施例によれば、負荷2を通断電制御するためのMOSFET3を含むドライブ回路5、このドライブ回路5の制御動作などを行うための監視ロジック6、並びに全体に電源を供給するための定電圧電源回路7を同一のSOI基板17上に形成してワンチップ化する構成となっているから、全体の小型・軽量化を実現できる。
【0019】
この場合、定電圧電源回路7の出力電圧が異常状態となったときには、フェールセーフ回路8によって負荷2が強制的に断電されるものであるが、このフェールセーフ回路8は外部電源から給電される構成となっているから、上記のように定電圧電源回路7の出力電圧が異常な状態になったとしても、負荷2の強制的な断電動作を確実に行うことができて、そのフェールセーフ性能を高め得るようになる。
【0020】
また、IC化するための半導体基板としてSOI基板17を利用する構成とした上で、そのSOI基板17上に、絶縁分離トレンチ17eにより互いに電気的に絶縁した状態の複数の素子形成領域17dを形成し、この素子形成領域17dにフェールセーフ回路8などの回路素子をそれぞれ形成する構成としたから、そのフェールセーフ回路8の機能に対し、他の回路素子の状態に起因した悪影響が及ぶ恐れ事態を確実に防止できるようになり、そのフェールセーフ機能を大幅に高め得ると共に、各回路素子のレイアウト上の制約を小さくできる。
【0021】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
スイッチング素子(MOSFET3)は外部に接続されるものであっても良く、この場合には、チャージポンプ回路4が本発明でいうドライブ回路に相当することになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路構成図
【図2】半導体基板の模式的な断面図
【符号の説明】
1はドライブ用IC(半導体装置)、2は負荷、3はMOSFET(スイッチング素子)、4はチャージポンプ回路、5はドライブ回路、6は監視ロジック(ロジック回路)、7は定電圧電源回路、8はフェールセーフ回路、9はマイコン、10は電圧検出回路、11は基準電圧発生回路、12はコンパレータ、17はSOI基板(半導体基板)、17dは素子形成領域、17eは絶縁分離トレンチを示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which a drive circuit for controlling power on / off of a load and a logic circuit for control operation are formed on a single chip together with a constant voltage power supply circuit for supplying power to them.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
For example, an ECU (Electronic Control Unit) for an automobile is composed of a microcomputer, a drive circuit for driving a load, a logic circuit for controlling the drive circuit and monitoring a load operating state and temperature, a constant voltage power supply circuit, and the like. However, in recent years, in order to reduce the size and weight, a plurality of circuits are formed on the same semiconductor substrate to form a single chip. In this case, generally, a drive IC in which a drive circuit, a logic circuit, a constant voltage power supply circuit, etc. are made into one chip is provided, and a load is driven while data is exchanged between the drive IC and a microcomputer. Configuration is considered.
[0003]
However, in such a configuration, since the power of the logic circuit and the microcomputer is supplied from the constant voltage power circuit in the drive IC, when a failure occurs in the constant voltage power circuit, the logic circuit or The operation of the microcomputer becomes unstable, and there is a possibility that the control operation of the load becomes impossible. This is an unsolved problem.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce the size and weight by integrating a drive circuit for controlling the operation of a load, a logic circuit for performing the control operation, a constant voltage power supply circuit, and the like into one chip. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can improve fail-safe performance against a failure of a constant voltage power supply circuit even in the case shown.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the means described in claim 1 can be employed. According to this means, a drive circuit for controlling disconnection of the load, a logic circuit for performing a control operation including control of the drive circuit, and a constant voltage power supply circuit for supplying power to the whole are the same. Since the structure is formed on the semiconductor substrate, the overall size and weight can be reduced. In this case, a fail-safe circuit for forcibly disconnecting the load when the output voltage of the constant voltage power supply circuit rises to the voltage level of the output voltage of the external power supply is provided. Since it is configured to be powered from the power supply, even if the output voltage of the constant voltage power supply circuit becomes abnormal as described above, the load can be forcibly cut off reliably. The fail-safe performance can be improved.
[0006]
According to the means of
[0007]
When the fail-safe circuit is formed in a predetermined element formation region provided in a state of being insulated from other circuit element formation regions on the semiconductor substrate, as in the means of claim 3, The risk of adverse effects due to the state of other circuit elements is reduced with respect to the function of the fail-safe circuit.
[0008]
When the SOI substrate is used and the element formation region for the fail-safe circuit is provided with the trench isolation structure as in the means described in claim 4, the function of the fail-safe circuit is Since the adverse effect caused by the state of the circuit element can be reliably prevented, the fail-safe function can be further enhanced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1 showing an electrical configuration, a drive IC 1 as a semiconductor device is for driving an
[0010]
In the drive IC 1, in addition to the MOSFET 3, a charge pump circuit 4 that generates a gate signal for the MOSFET 3 in a state where an ON command is given is provided. The drive circuit 5 referred to in the invention is configured. Incidentally, the power of the charge pump circuit 4 is supplied from the power supply terminal VB.
[0011]
In addition, a monitoring logic 6 (corresponding to a logic circuit in the present invention), a constant voltage power circuit 7 and a fail safe circuit 8 are provided in the drive IC 1.
The monitoring logic 6 is based on a state detection signal from a state detection circuit including a current mirror circuit (not shown) for detecting a load current flowing through the MOSFET 3 and a temperature detection circuit (not shown) for detecting the temperature of the MOSFET 3. A function of monitoring the load current, the temperature of the MOSFET 3 and the like is provided, and a signal indicating the monitoring result is transmitted to the microcomputer 9 outside the drive IC 1. The microcomputer 9 determines a driving method of the
[0012]
The constant voltage power supply circuit 7 is supplied with power from an external power supply through a power supply terminal VB, and supplies a constant voltage (5 V) output to internal circuit elements such as the monitoring logic 6 and current mirror circuit and the microcomputer 9. It has a configuration.
[0013]
The fail safe circuit 8 is provided so that power is supplied from an external power source through the power terminal VB, and has the following configuration.
That is, in the fail-safe circuit 8, the
[0014]
In the fail safe circuit 8, the output terminal of the comparator 12 is connected to the base of an NPN transistor 14 via a
[0015]
FIG. 2 schematically shows a schematic cross-sectional structure of the drive IC 1. In FIG. 2, the drive IC 1 uses an SOI substrate 17 (corresponding to a semiconductor substrate in the present invention) in which an N-type silicon layer 17c is formed on a P-type base silicon substrate 17a via an
[0016]
According to the above configuration, when the constant voltage power supply circuit 7 is functioning normally, the relationship between the detection voltage Vd from the
[0017]
On the other hand, when a failure occurs in the constant voltage power supply circuit 7 and the output voltage rises to the voltage level of the power supply terminal VB, the relationship between the detection voltage Vd and the reference voltage Vs is reversed to the state of Vd> Vs, and the comparator The output of 12 is inverted to a high level signal. Then, since the MOSFET 3 with the transistor 14 turned on is forcibly turned off, the
[0018]
According to the embodiment described above, the drive circuit 5 including the MOSFET 3 for controlling the disconnection of the
[0019]
In this case, when the output voltage of the constant voltage power circuit 7 becomes abnormal, the
[0020]
In addition, the
[0021]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications or expansions are possible.
The switching element (MOSFET 3) may be connected to the outside. In this case, the charge pump circuit 4 corresponds to the drive circuit referred to in the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor substrate.
1 is a drive IC (semiconductor device), 2 is a load, 3 is a MOSFET (switching element), 4 is a charge pump circuit, 5 is a drive circuit, 6 is a monitoring logic (logic circuit), 7 is a constant voltage power supply circuit, 8 Is a fail safe circuit, 9 is a microcomputer, 10 is a voltage detection circuit, 11 is a reference voltage generation circuit, 12 is a comparator, 17 is an SOI substrate (semiconductor substrate), 17d is an element formation region, and 17e is an isolation trench.
Claims (4)
前記外部電源から給電されるように設けられ、前記定電圧電源回路の出力電圧が前記外部電源の出力電圧の電圧レベルまで上昇したときに前記ドライブ回路を通じて前記負荷を強制的に断電させるフェールセーフ回路を組み込んだことを特徴とする半導体装置。A drive circuit for controlling power on / off of the load, a logic circuit for performing a control operation including control of the drive circuit, and an output lower than an output voltage of the external power supply to an internal circuit element including the logic circuit that is fed from an external power supply In a semiconductor device formed on the same semiconductor substrate with a constant voltage power supply circuit for supplying voltage power,
The provided so as to be powered from an external power supply, fail to forcibly deenergized the load through the drive circuit when the output voltage of the constant voltage power supply circuit rises to the voltage level of the output voltage of the external power supply A semiconductor device including a safe circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09998799A JP4192330B2 (en) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09998799A JP4192330B2 (en) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | Semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000293246A JP2000293246A (en) | 2000-10-20 |
JP4192330B2 true JP4192330B2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=14262014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09998799A Expired - Fee Related JP4192330B2 (en) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4192330B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100482456B1 (en) * | 2002-11-27 | 2005-04-14 | 주식회사 두원전자 | Blower fan motor circuit of vehicle |
US8598854B2 (en) * | 2009-10-20 | 2013-12-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | LDO regulators for integrated applications |
-
1999
- 1999-04-07 JP JP09998799A patent/JP4192330B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000293246A (en) | 2000-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8390340B2 (en) | Load driving device | |
JP4271169B2 (en) | Semiconductor device | |
JP4295389B2 (en) | Circuit and method for protection from overcurrent conditions and electrical no-load detection | |
TWI388100B (en) | Method of forming an integrated voltage protection device and structure | |
US9142951B2 (en) | Electronic device for protecting against a polarity reversal of a DC power supply voltage, and its application to motor vehicles | |
KR101110102B1 (en) | Glow plug drive device | |
JP2009010477A (en) | Semiconductor device | |
US20110026171A1 (en) | Electronic Device for Protecting Against a Polarity Reversal of a DC Power Supply Voltage, and its Application to Motor Vehicles | |
JP5053847B2 (en) | Rotating electrical machine control / power module | |
EP1670139B1 (en) | Apparatus for driving inductive load | |
JP4192330B2 (en) | Semiconductor device | |
US9337749B2 (en) | Abnormal H-bridge gate voltage detection | |
JPH0834222B2 (en) | Semiconductor device | |
JPH03166816A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
JP6951662B2 (en) | Power system | |
US20200282843A1 (en) | Electrified vehicle high-voltage disconnect system and method | |
US9929556B2 (en) | Fail-safe device corresponding apparatus and vehicle | |
JP3564764B2 (en) | Electronic control unit | |
JP2669177B2 (en) | Load drive control device | |
CN114128102B (en) | Motor system for vehicle, fan module and electric connector | |
US20230117130A1 (en) | Motor inverter | |
JP3762797B2 (en) | Monolithic integrated power output final circuit | |
JP2017019363A (en) | Power control apparatus for vehicle | |
JP2001295693A (en) | Ic for driving fuel feeder and using method therefor | |
JPH01122321A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050509 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080513 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080710 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080826 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080908 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |