JP4920305B2 - Overheat detection circuit and semiconductor device and electronic apparatus incorporating the overheat detection circuit - Google Patents

Overheat detection circuit and semiconductor device and electronic apparatus incorporating the overheat detection circuit Download PDF

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Description

本発明は、半導体チップの温度を検出して過熱保護を行うための過熱検出回路に関し、特に検出感度が高く、しかもMOS型トランジスタを用いた半導体装置に有用な過熱検出回路、および該過熱検出回路を内蔵した半導体装置、ならびに該半導体装置を内蔵した電子機器に関する。   The present invention relates to an overheat detection circuit for detecting the temperature of a semiconductor chip to perform overheat protection, in particular, an overheat detection circuit having high detection sensitivity and useful for a semiconductor device using a MOS transistor, and the overheat detection circuit The present invention relates to a semiconductor device incorporating a semiconductor device and an electronic apparatus incorporating the semiconductor device.

定電圧回路や、モータ駆動回路、照明コントロール回路などに用いられているパワートランジスタを内蔵した半導体装置では、パワートランジスタに大電流が流れるのに伴って発熱し、当該パワートランジスタを破壊するなどの障害を起こす場合がある。従来は、電流制限回路を設けてパワートランジスタに流れる電流を制限することによって発熱を所定値以下に抑えるようにしていた。   In semiconductor devices with built-in power transistors used in constant voltage circuits, motor drive circuits, lighting control circuits, etc., there is a failure such as the generation of heat when a large current flows through the power transistors, destroying the power transistors May occur. Conventionally, a current limiting circuit is provided to limit the current flowing through the power transistor, thereby suppressing heat generation to a predetermined value or less.

しかし、半導体装置の温度は消費される電力と周囲温度によって決まるので、たとえば周囲温度が低い場合や、パワートランジスタに印加されている電圧が低い場合は、電流制限回路に所定値以上の電流を流すことができる場合もある。   However, since the temperature of the semiconductor device is determined by the consumed power and the ambient temperature, for example, when the ambient temperature is low or when the voltage applied to the power transistor is low, a current of a predetermined value or more is passed through the current limiting circuit. Sometimes you can.

逆に、電流制限回路が作動する前に半導体装置の温度が最大定格を超えてしまう場合もありうる。すなわち、電流制限回路だけでは半導体装置の保護は不十分である。   Conversely, the temperature of the semiconductor device may exceed the maximum rating before the current limiting circuit operates. That is, the protection of the semiconductor device is insufficient with only the current limiting circuit.

そのため、従来、パワートランジスタの近辺に温度感知素子を配置し、該パワートランジスタ近辺の温度が所定の温度に達したことを検出して、パワートランジスタの電流を制限するなどの方法により過熱保護を行っていた。   For this reason, conventionally, a temperature sensing element is arranged in the vicinity of the power transistor, and it is detected that the temperature in the vicinity of the power transistor has reached a predetermined temperature, and overcurrent protection is performed by limiting the current of the power transistor. It was.

このような過熱保護を行うための従来の過熱検出回路の例として、特開平1−175615号公報(特許文献1)に開示されたものがある。図4は、特許文献1の図1として開示されている熱保護回路を説明し易いようにブロック図にまとめたものである。   An example of a conventional overheat detection circuit for performing such overheat protection is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-175615 (Patent Document 1). FIG. 4 is a block diagram summarized for easy explanation of the thermal protection circuit disclosed as FIG.

特許文献1に開示されている従来の過保護回路は、図4に示すように、3つの定電流源I11〜I13、抵抗R11、NPNトランジスタQ1とQ2、ダイオードD1、インバータ回路11と12で構成されている。なお、特許文献1の図4においては、定電流源I11〜I13はPNPトランジスタを用いたカレントミラー回路で構成されており、比例した電流値を供給している。   As shown in FIG. 4, the conventional overprotection circuit disclosed in Patent Document 1 includes three constant current sources I11 to I13, a resistor R11, NPN transistors Q1 and Q2, a diode D1, and inverter circuits 11 and 12. Has been. In FIG. 4 of Patent Document 1, the constant current sources I11 to I13 are formed of a current mirror circuit using PNP transistors, and supply a proportional current value.

この熱保護回路の温度検出には、NPNトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧が温度により変化することを利用している。一般にトランジスタのベース−エミッタ間電圧は−2mV〜−3mV/℃の負の温度特性を持っている。   The temperature detection of this thermal protection circuit utilizes the fact that the base-emitter voltage of the NPN transistor Q1 varies with temperature. In general, a base-emitter voltage of a transistor has a negative temperature characteristic of −2 mV to −3 mV / ° C.

抵抗R11には定電流源I11から定電流が供給されているので、抵抗R11の両端の電圧VBは一定電圧である。また、電流源I11と抵抗R11は温度特性を持たないようにしているので、電圧VBは温度に対して変化しない。   Since the constant current is supplied from the constant current source I11 to the resistor R11, the voltage VB across the resistor R11 is a constant voltage. Since the current source I11 and the resistor R11 do not have temperature characteristics, the voltage VB does not change with respect to temperature.

電流源I11と抵抗R11の値を適当に選んで、電圧VBの値が、常温時のNPNトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧より少し低い電圧に設定しておく。   The values of the current source I11 and the resistor R11 are appropriately selected, and the value of the voltage VB is set to a voltage slightly lower than the base-emitter voltage of the NPN transistor Q1 at normal temperature.

この構成において、温度が上昇するに伴って、NPNトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧は、負の温度特性(−2mV〜−3mV/℃)を有するために低下していく。   In this configuration, as the temperature increases, the base-emitter voltage of the NPN transistor Q1 has a negative temperature characteristic (−2 mV to −3 mV / ° C.), and thus decreases.

その結果、NPNトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧が電圧VBより低くなると、NPNトランジスタQ1のベース電流が流れ出し、NPNトランジスタQ1がオンとなる。この信号がインバータ回路11と12を介して出力端子Voに出力される。   As a result, when the base-emitter voltage of the NPN transistor Q1 becomes lower than the voltage VB, the base current of the NPN transistor Q1 flows out and the NPN transistor Q1 is turned on. This signal is output to the output terminal Vo through the inverter circuits 11 and 12.

NPNトランジスタQ2は、NPNトランジスタQ1がオフの時はオンしているので、ダイオードD11のアノードの電位を接地電位GNDまで下げている。ダイオードD11のカソードには電圧VBが接続されているのでダイオードD11はオフしている。   Since the NPN transistor Q2 is on when the NPN transistor Q1 is off, the anode potential of the diode D11 is lowered to the ground potential GND. Since the voltage VB is connected to the cathode of the diode D11, the diode D11 is off.

NPNトランジスタQ1がオンすると、NPNトランジスタQ2のベース電位が低下しNPNトランジスタQ2はオフとなるので、ダイオードD11のアノード側の電位が電圧VB以上となりダイオードD11はオンする。すると、電流源I13の電流が抵抗R11に供給されるので電圧VBが上昇してNPNトランジスタQ1のオンを助長する。   When the NPN transistor Q1 is turned on, the base potential of the NPN transistor Q2 is lowered and the NPN transistor Q2 is turned off. Therefore, the potential on the anode side of the diode D11 becomes equal to or higher than the voltage VB, and the diode D11 is turned on. Then, since the current of the current source I13 is supplied to the resistor R11, the voltage VB rises and promotes the turning on of the NPN transistor Q1.

この状態から温度が低下した場合は、電圧VBは以前より高い電圧となっているので、NPNトランジスタQ1がオンしたときの温度よりさらに低い温度になるまで、NPNトランジスタQ1はオフできない。すなわち、電流源I13とダイオードD11とNPNトランジスタQ2は温度検出にヒステリシスをもたせる働きをしている。   When the temperature drops from this state, the voltage VB is higher than before, so the NPN transistor Q1 cannot be turned off until the temperature becomes lower than the temperature when the NPN transistor Q1 is turned on. That is, the current source I13, the diode D11, and the NPN transistor Q2 function to provide hysteresis for temperature detection.

特開平1−175615号公報JP-A-1-175615

しかしながら、上記熱保護回路は、検出温度の基準電圧として電流源I11の電流が抵抗R11に流れるときの抵抗R11の電圧降下VBを利用し、温度検出にNPNトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧の温度特性を利用しているため、温度が上昇して、NPNトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧が減少し、電圧VBに近づくと、電流源I11の電流の一部がNPNトランジスタQ1のベース電流となってしまうので、抵抗R11に流れる電流が減少してしまう。   However, the thermal protection circuit uses the voltage drop VB of the resistor R11 when the current of the current source I11 flows through the resistor R11 as the reference voltage of the detected temperature, and the temperature of the base-emitter voltage of the NPN transistor Q1 for temperature detection. Since the temperature rises and the base-emitter voltage of the NPN transistor Q1 decreases and approaches the voltage VB, a part of the current of the current source I11 becomes the base current of the NPN transistor Q1. As a result, the current flowing through the resistor R11 decreases.

すると、抵抗R11の電圧降下が小さくなるので電圧VBも低下してしまうため、NPNトランジスタQ1が確実にオンとなる温度がNPNトランジスタQ1の電流増幅率の変化で変動してしまうという問題が発生する。   Then, since the voltage drop of the resistor R11 is reduced, the voltage VB is also reduced, so that the temperature at which the NPN transistor Q1 is reliably turned on varies due to a change in the current amplification factor of the NPN transistor Q1. .

言い換えると、検出温度付近になると、NPNトランジスタQ1のベース電流の影響で基準電圧VBが低下してしまうので、前記したトランジスタのベース−エミッタ間電圧の温度特性−2mV〜−3mV/℃より変化が小さくなったのと同様の結果となるため、温度検出感度が落ちてしまうことになる。   In other words, near the detection temperature, the reference voltage VB decreases due to the influence of the base current of the NPN transistor Q1, and therefore the temperature characteristic of the base-emitter voltage of the transistor changes from −2 mV to −3 mV / ° C. Since it becomes the same result as having become small, temperature detection sensitivity will fall.

本発明は、上述した実情を考慮してなされたものであって、温度検出感度が高く、しかも素子数を少なくでき、半導体チップ内に占める面積が小さくて済む過熱検出回路および該過熱検出回路を内蔵した半導体装置および電子機器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and has an overheat detection circuit and a overheat detection circuit that have high temperature detection sensitivity, can reduce the number of elements, and can occupy a small area in a semiconductor chip. An object is to provide a built-in semiconductor device and electronic device.

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような構成を備えている。以下、請求項毎の構成と効果を述べる。なお、括弧書きで示した符号は、各請求項の構成と実施例との対応を明確にするために図1(第1の実施例)および図3(第2の実施例)に示した参照符号であるが、本発明は本明細書に記載した実施例の構成に限定されるものではなく、当業者が周知技術から容易に類推できる範囲に及ぶものであることはいうまでもない。   The present invention has the following configuration in order to solve the above-described problems. Hereinafter, the configuration and effects of each claim will be described. Reference numerals shown in parentheses are the references shown in FIG. 1 (first embodiment) and FIG. 3 (second embodiment) in order to clarify the correspondence between the structure of each claim and the embodiments. Although it is a code | symbol, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the structure of the Example described in this specification, and extends to the range which those skilled in the art can easily guess from a well-known technique.

a)請求項1では、半導体装置の温度を検出して過熱保護を行うための過熱検出回路において、定電圧を与える第1の電圧電源と第2の電圧電源の間に設けられた抵抗(R1,R2)と温度検出用ダイオード(D1)と定電流源(I1)の直列回路と、前記第1の電圧電源と前記第2の電圧電源の間に設けられた第1のMOSトランジスタ(M1)を含むインバータとを有し、前記定電流源(I1)の両端の電圧を、前記インバータを構成している第1のMOSトランジスタ(M1)のゲート−ソース間電圧としたことを特徴としている。この構成により、温度検出の感度が高くなり、高精度の過熱検出が可能となった。 a) In claim 1, in the overheat detection circuit for detecting the temperature of the semiconductor device and performing overheat protection, the resistor (R1) provided between the first voltage power supply and the second voltage power supply for applying a constant voltage , R2), a temperature detecting diode (D1) and a constant current source (I1), and a first MOS transistor (M1) provided between the first voltage power source and the second voltage power source. The voltage across the constant current source (I1) is the gate-source voltage of the first MOS transistor (M1) constituting the inverter. With this configuration, the temperature detection sensitivity is increased, and high-precision overheat detection is possible.

b)請求項2記載の発明は、請求項1記載の過熱検出回路において、前記抵抗は直列に接続された複数の抵抗(R1,R2)で構成され、該複数の抵抗のうち、少なくとも一つ(R1)にスイッチング手段(M3)が並列に接続され、前記第1のMOSトランジスタ(M1)がオンした場合に、前記スイッチング手段(M3)をオンにして、前記スイッチング手段(M3)に並列接続されている抵抗(R1)をショートするようにしたことを特徴としている。この構成により、検出温度にヒステリシスを付けることができ、安定した動作が可能となった。 b) The invention according to claim 2 is the overheat detection circuit according to claim 1, wherein the resistor is composed of a plurality of resistors (R1, R2) connected in series, and at least one of the plurality of resistors. When the switching means (M3) is connected in parallel to (R1) and the first MOS transistor (M1) is turned on, the switching means (M3) is turned on and connected in parallel to the switching means (M3). It is characterized in that the resistor (R1) is short-circuited. With this configuration, it is possible to add hysteresis to the detected temperature, and stable operation is possible.

c)請求項3記載の発明は、請求項2記載の過熱検出回路において、前記複数の抵抗のうち、少なくとも一つ(R2)はトリミングにより抵抗値を調整可能としたことを特徴としている。この構成により、製造プロセスのバラツキを補正することができ、高精度の過熱検出が可能となった。 c) According to a third aspect of the present invention, in the overheat detection circuit according to the second aspect, at least one of the plurality of resistors (R2) is capable of adjusting a resistance value by trimming. With this configuration, variations in the manufacturing process can be corrected, and high-precision overheat detection can be performed.

d)請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の過熱検出回路において、前記インバータを構成している前記第1のMOSトランジスタ(M1)の負荷は、定電流負荷であることを特徴とし、請求項5記載の発明は、第1の電圧電源(Vdd)と第2の電圧電源(GND)の間に設けられた定電圧電源回路(定電圧が印加されるR3,R4の抵抗直列回路)を更に有し、前記前記定電流負荷は、前記抵抗直列回路(R3,R4)から得られる定電圧がゲートに印加される第2のMOSトランジスタ(M2)からなることを特徴としている。この構成により、インバータ回路の利得を高くすることができ検出感度を上げることが可能となった。 d) The invention according to claim 4 is the overheat detection circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the load of the first MOS transistor (M1) constituting the inverter is a constant current load. According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a constant voltage power supply circuit (R3 to which a constant voltage is applied) provided between the first voltage power supply (Vdd) and the second voltage power supply (GND). R4 resistance series circuit), and the constant current load includes a second MOS transistor (M2) to which a constant voltage obtained from the resistance series circuit (R3, R4) is applied to the gate. It is a feature. With this configuration, the gain of the inverter circuit can be increased and the detection sensitivity can be increased.

e)請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の過熱検出回路を内蔵したことを特徴とする半導体装置であり、請求項7記載の発明は、該半導体装置を内蔵した電子機器である。ここでいう電子機器とは、例えば携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯用音響機器などの小型の電子機器に適用した場合に特に有効である。 e) The invention according to claim 6 is a semiconductor device including the overheat detection circuit according to any one of claims 1 to 5, and the invention according to claim 7 includes the semiconductor device. Electronic equipment. The electronic device here is particularly effective when applied to a small electronic device such as a mobile phone, a video camera, a digital camera, or a portable audio device.

本発明の一般的な効果を記すと、本発明は、正の温度特性を持たせた電圧(V1)と、負の温度特性を備えたMOSトランジスタ(M1)のスレッショルド電圧(Vth)を相互比較することで、温度検出の感度が極めて高くなり、高精度な過熱検出が可能となった。   To describe the general effect of the present invention, the present invention compares the voltage (V1) having a positive temperature characteristic with the threshold voltage (Vth) of a MOS transistor (M1) having a negative temperature characteristic. By doing so, the sensitivity of temperature detection became extremely high, and high-precision overheat detection became possible.

また、温度検出用MOSトランジスタ(M1)でインバータ回路を構成すると共に、該トランジスタの負荷として電流源(R3,R4,M2)を用いたのでインバータ回路の利得を高く取ることができ、感度をさらに向上させることが可能となった。   Further, the inverter circuit is configured by the temperature detection MOS transistor (M1), and the current source (R3, R4, M2) is used as the load of the transistor, so that the gain of the inverter circuit can be increased, and the sensitivity is further increased. It became possible to improve.

さらに、スイッチング素子(M3)を設けることにより温度検出にヒステリシス幅を持たせたので、安定した過熱検出が行えるようになった。   Furthermore, since a hysteresis width is provided for temperature detection by providing the switching element (M3), stable overheat detection can be performed.

さらに、過熱検出回路の能動素子を全てMOSトランジスタ(M1,M2,M3)で構成したので、最新の半導体の主流であるMOSプロセスに適している。   Furthermore, since all the active elements of the overheat detection circuit are composed of MOS transistors (M1, M2, M3), it is suitable for the MOS process which is the mainstream of the latest semiconductors.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施例を示す過熱検出回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overheat detection circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.

同図に示すように、本実施例に係る過熱検出回路10は、NMOSトランジスタM1、PMOSトランジスタM2とM3、ダイオードD1、電流源I1、抵抗R1〜R4、インバータ回路11と12で構成されており、少なくともインバータ回路11と12以外の電源として定電圧Vdd(第1の電圧電源)が用いられている。   As shown in the figure, the overheat detection circuit 10 according to this embodiment includes an NMOS transistor M1, PMOS transistors M2 and M3, a diode D1, a current source I1, resistors R1 to R4, and inverter circuits 11 and 12. A constant voltage Vdd (first voltage power supply) is used as a power supply other than at least the inverter circuits 11 and 12.

ダイオードD1は温度検出用素子である。ダイオードD1には抵抗R1と抵抗R2、および電流源I1が直列接続されており、この直列回路は定電圧Vdd(第1の電圧電源)と接地電位GND(第2の電圧電源)間に接続されている。   The diode D1 is a temperature detection element. A resistor R1, a resistor R2, and a current source I1 are connected in series to the diode D1, and this series circuit is connected between a constant voltage Vdd (first voltage power supply) and a ground potential GND (second voltage power supply). ing.

NMOSトランジスタM1のソースは接地電位GND(第2の電圧電源)に接続され、ゲートはダイオードD1と電流源I1の交点に接続されている。また、電流源I1の他端は接地電位GND(第2の電圧電源)に接続されているので、NMOSトランジスタM1のゲート−ソース間には電流源I1の両端の電圧が印加されていることになる。   The source of the NMOS transistor M1 is connected to the ground potential GND (second voltage power supply), and the gate is connected to the intersection of the diode D1 and the current source I1. Further, since the other end of the current source I1 is connected to the ground potential GND (second voltage power supply), the voltage across the current source I1 is applied between the gate and source of the NMOS transistor M1. Become.

NMOSトランジスタM1のドレインは、PMOSトランジスタM2を介して定電圧Vdd(第1の電圧電源)に接続されている。PMOSトランジスタM2のゲートは、直列に接続され定電圧Vdd(第1の電圧電源)と接地電位GND(第2の電圧電源)に接続されている抵抗R3と抵抗R4の交点に接続されている。   The drain of the NMOS transistor M1 is connected to the constant voltage Vdd (first voltage power supply) via the PMOS transistor M2. The gate of the PMOS transistor M2 is connected in series to the intersection of a resistor R3 and a resistor R4 connected to a constant voltage Vdd (first voltage power supply) and a ground potential GND (second voltage power supply).

NMOSトランジスタM1のドレインは、さらにインバータ回路11の入力に接続され、インバータ回路11の出力はインバータ回路12の入力に接続され、インバータ回路12の出力が過熱検出回路10の出力Voとなっている。   The drain of the NMOS transistor M1 is further connected to the input of the inverter circuit 11, the output of the inverter circuit 11 is connected to the input of the inverter circuit 12, and the output of the inverter circuit 12 is the output Vo of the overheat detection circuit 10.

インバータ回路12の出力は、さらにPMOSトランジスタM3のゲートに接続されている。PMOSトランジスタM3のソースは定電圧Vddに、ドレインは抵抗R1と抵抗R2の交点に接続されている。すなわち抵抗R1に並列に接続されている。   The output of the inverter circuit 12 is further connected to the gate of the PMOS transistor M3. The source of the PMOS transistor M3 is connected to the constant voltage Vdd, and the drain is connected to the intersection of the resistors R1 and R2. That is, it is connected in parallel to the resistor R1.

抵抗R2はトリミング可能な構成で、製造プロセスの変動によって生じる検出温度の変動を、抵抗R2の抵抗値を変更することで補正するようにしている。   The resistor R2 has a configuration capable of trimming, and the variation in the detected temperature caused by the variation in the manufacturing process is corrected by changing the resistance value of the resistor R2.

図2は、本発明の第1実施例の回路動作を説明するためのタイミングチャートで、NMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)と、NMOSトランジスタM1のゲート電圧である電圧V1の関係を示している。   FIG. 2 is a timing chart for explaining the circuit operation of the first embodiment of the present invention, and shows the relationship between the threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 and the voltage V1 which is the gate voltage of the NMOS transistor M1. .

次に、図2のタイミングチャートを参照しながら、図1の回路動作を説明する。
ダイオードD1は、−2mV〜−3mV/℃の負の温度特性を持っているので、電流源I1の両端の電圧V1は温度が上昇するほど高くなる。すなわち、電圧V1は+2mV〜+3mVの正の温度特性を持つことになる(図2の「過熱検出前のV1」参照)。
Next, the circuit operation of FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG.
Since the diode D1 has a negative temperature characteristic of −2 mV to −3 mV / ° C., the voltage V1 across the current source I1 increases as the temperature increases. That is, the voltage V1 has a positive temperature characteristic of +2 mV to +3 mV (see “V1 before detecting overheating” in FIG. 2).

常温時において、電圧V1はNMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)より低くなるように、抵抗R1とR2の値、および電流源I1の電流値を設定しておく。   The values of the resistors R1 and R2 and the current value of the current source I1 are set so that the voltage V1 is lower than the threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 at room temperature.

NMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)の温度特性も−数mVの負の温度特性を備えているので、温度上昇と共にNMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)は低下する(図2の「M1のVth」参照)。   Since the temperature characteristic of the threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 also has a negative temperature characteristic of −several mV, the threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 decreases as the temperature rises (“Vth of M1” in FIG. 2). "reference).

温度が上昇して過熱検出を行う場合は、図2の実線で示した「過熱検出前のV1」と、NMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)がクロスするポイント(A点)が検出温度である。   When the temperature rises and overheat detection is performed, the detected temperature is the point (point A) where the threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 crosses “V1 before overheat detection” shown by the solid line in FIG. .

検出温度に到達すると、NMOSトランジスタM1はオンするので、ドレイン電圧が低下する。その電圧はインバータ回路11と12を介して出力端子Voから出力される。   When the detection temperature is reached, the NMOS transistor M1 is turned on, so that the drain voltage decreases. The voltage is output from the output terminal Vo via the inverter circuits 11 and 12.

NMOSトランジスタM1のドレイン電圧が低下して、インバータ回路12の出力が低下すると、PMOSトランジスタM3のゲート電圧が低下するのでPMOSトランジスタM3はオンとなり、抵抗R1をショートする。すると電圧V1は上昇し、図2のB点にジャンプする。   When the drain voltage of the NMOS transistor M1 decreases and the output of the inverter circuit 12 decreases, the gate voltage of the PMOS transistor M3 decreases, so the PMOS transistor M3 is turned on and the resistor R1 is short-circuited. Then, the voltage V1 rises and jumps to the point B in FIG.

温度が低下する場合は、電圧V1は図2の破線で示す「過熱検出後のV1」線上を右上から左下へ移動する。NMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)は温度の低下と共に上昇する。ある温度まで下がると再び、C点で電圧V1と、NMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)がクロスする。この温度が復帰温度となる。   When the temperature decreases, the voltage V1 moves from the upper right to the lower left on the “V1 after overheating detection” line indicated by a broken line in FIG. The threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 increases as the temperature decreases. When the temperature drops to a certain temperature, the voltage V1 and the threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 cross again at the point C. This temperature is the return temperature.

この温度を下回ると、NMOSトランジスタM1はオフとなるので、ドレイン電圧は上昇する。その出力がインバータ回路11と12を介して出力端子Voから出力される。   Below this temperature, the NMOS transistor M1 is turned off and the drain voltage rises. The output is output from the output terminal Vo via the inverter circuits 11 and 12.

NMOSトランジスタM1のドレイン電圧が上昇して、インバータ回路12の出力がハイレベルになると、PMOSトランジスタM3はオフとなり、抵抗R1のショートを解除するので、電圧V1は低下して、図2のD点にジャンプする。このようにして検出温度にヒステリシスを持たせている。   When the drain voltage of the NMOS transistor M1 rises and the output of the inverter circuit 12 becomes high level, the PMOS transistor M3 is turned off and the short circuit of the resistor R1 is released, so that the voltage V1 is lowered and the point D in FIG. Jump to. In this way, the detected temperature is given hysteresis.

PMOSトランジスタM2のゲートには、定電圧Vddを抵抗R3と抵抗R4で分圧した電圧が印加されているので、PMOSトランジスタM2はNMOSトランジスタM1の定電流負荷として作用している。すなわち、NMOSトランジスタM1とPMOSトランジスタM2はインバータ回路を構成しており、PMOSトランジスタM2を定電流負荷としたことでNMOSトランジスタM1は高い利得を得ている。   Since the voltage obtained by dividing the constant voltage Vdd by the resistors R3 and R4 is applied to the gate of the PMOS transistor M2, the PMOS transistor M2 functions as a constant current load of the NMOS transistor M1. That is, the NMOS transistor M1 and the PMOS transistor M2 constitute an inverter circuit, and the NMOS transistor M1 obtains a high gain by using the PMOS transistor M2 as a constant current load.

上述したように、本発明においては、正の温度特性を持たせた電圧V1と、負の温度特性を備えたNMOSトランジスタM1のスレッショルド電圧(Vth)による相互比較を行うようにしたので、温度検出の感度が極めて高くなり、高精度な過熱検出が可能となった。   As described above, in the present invention, since the voltage V1 having the positive temperature characteristic and the threshold voltage (Vth) of the NMOS transistor M1 having the negative temperature characteristic are compared, the temperature detection is performed. The sensitivity of the sensor has become extremely high, and high-precision overheat detection has become possible.

また、NMOSトランジスタM1の負荷にPMOSトランジスタM2による電流負荷を構成したのでNMOSトランジスタM1とPMOSトランジスタM2で構成されたインバータ回路の利得を高く取ることができ、検出感度をさらに高めることが可能となった。   In addition, since the current load by the PMOS transistor M2 is configured as the load of the NMOS transistor M1, the gain of the inverter circuit configured by the NMOS transistor M1 and the PMOS transistor M2 can be increased, and the detection sensitivity can be further increased. It was.

さらに、PMOSトランジスタM3により温度検出にヒステリシスを持たせたので、安定した過熱検出が行えるようになった。   Further, since hysteresis is provided for temperature detection by the PMOS transistor M3, stable overheat detection can be performed.

さらに、本過熱検出回路の能動素子は全てMOSトランジスタで構成しているので、最新の半導体装置に適した回路になった。   Furthermore, since all the active elements of the overheat detection circuit are composed of MOS transistors, the circuit is suitable for the latest semiconductor devices.

図3は、本発明の第2の実施例を示す過熱検出回路図である。
図3の過熱検出回路が、第1の実施例に係る図1の過熱検出回路と異なる点は、MOSトランジスタのチャネル構成を逆にしたことにより、回路構成を定電圧Vdd側と接地電位GND側を全て逆にしたものである。動作については、図1、図2で説明した内容と全く同様なので省略する。
FIG. 3 is an overheat detection circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
The overheat detection circuit of FIG. 3 is different from the overheat detection circuit of FIG. 1 according to the first embodiment in that the circuit configuration is changed to the constant voltage Vdd side and the ground potential GND side by reversing the channel configuration of the MOS transistor. Are all reversed. The operation is the same as that described with reference to FIGS.

なお、上記実施例に係る過熱検出回路を、パワートランジスタを内蔵した半導体装置や電子機器に組み込むことにより、過熱による半導体装置や電子機器の破壊を防止することができる。   In addition, by incorporating the overheat detection circuit according to the above-described embodiment into a semiconductor device or electronic device having a built-in power transistor, it is possible to prevent the semiconductor device or electronic device from being destroyed due to overheating.

本発明の第1の実施例を示す過熱検出回路の構成図である。It is a block diagram of the overheat detection circuit which shows the 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例の回路動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the circuit operation | movement of 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例を示す過熱検出回路の構成図である。It is a block diagram of the overheat detection circuit which shows the 2nd Example of this invention. 従来の過熱保護を行うための過熱検出回路の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the overheat detection circuit for performing the conventional overheat protection.

符号の説明Explanation of symbols

10:過熱検出回路
11,12:インバータ回路
M1:NMOSトランジスタ
M2,M3:PMOSトランジスタ
D1,D11:ダイオード
R1〜R4,R11:抵抗
Q1,Q2:NPNトランジスタ
I1:電流源
I11〜I13:定電流源
Vdd:定電圧(第1の電圧電源)
GND:接地電位(第2の電圧電源)
V1,VA,VB:電圧
Vo:出力
Vth:スレッショルド電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Overheat detection circuit 11,12: Inverter circuit M1: NMOS transistor M2, M3: PMOS transistor D1, D11: Diode R1-R4, R11: Resistor Q1, Q2: NPN transistor I1: Current source I11-I13: Constant current source Vdd: constant voltage (first voltage power supply)
GND: Ground potential (second voltage power supply)
V1, VA, VB: Voltage Vo: Output Vth: Threshold voltage

Claims (7)

半導体装置の温度を検出して過熱保護を行うための過熱検出回路において、
定電圧を与える第1の電圧電源と第2の電圧電源の間に設けられた抵抗と温度検出用ダイオード定電流源の直列回路と、
前記第1の電圧電源と前記第2の電圧電源の間に設けられた第1のMOSトランジスタを含むインバータとを有し、
前記定電流源の両端の電圧を、前記インバータを構成している第1のMOSトランジスタのゲート−ソース間電圧としたことを特徴とする過熱検出回路。
In the overheat detection circuit to detect the temperature of the semiconductor device and perform overheat protection,
A series circuit of a resistor, a temperature detection diode, and a constant current source provided between a first voltage power source and a second voltage power source for applying a constant voltage ;
An inverter including a first MOS transistor provided between the first voltage power source and the second voltage power source;
The overheat detection circuit according to claim 1, wherein the voltage across the constant current source is a gate-source voltage of the first MOS transistor constituting the inverter.
請求項1記載の過熱検出回路において、
前記抵抗は直列に接続された複数の抵抗で構成され、
該複数の抵抗のうち、少なくとも一つにスイッチング手段が並列に接続され、
前記第1のMOSトランジスタがオンした場合に、前記スイッチング手段をオンにして、前記スイッチング手段に並列接続されている抵抗をショートするようにしたことを特徴とする過熱検出回路。
The overheat detection circuit according to claim 1,
The resistor is composed of a plurality of resistors connected in series,
Switching means is connected in parallel to at least one of the plurality of resistors,
An overheat detection circuit, wherein when the first MOS transistor is turned on, the switching means is turned on to short-circuit a resistor connected in parallel to the switching means.
請求項2記載の過熱検出回路において、
前記複数の抵抗のうち、少なくとも一つはトリミングにより抵抗値を調整可能としたことを特徴とする過熱検出回路。
The overheat detection circuit according to claim 2,
An overheat detection circuit, wherein a resistance value of at least one of the plurality of resistors can be adjusted by trimming.
請求項1から3のいずれかに記載の過熱検出回路において、
前記インバータを構成している前記第1のMOSトランジスタの負荷は、定電流負荷であることを特徴とする過熱検出回路。
In the overheat detection circuit in any one of Claim 1 to 3,
The overheat detection circuit, wherein the load of the first MOS transistor constituting the inverter is a constant current load.
請求項4に記載の過熱検出回路において、
前記第1の電圧電源と前記第2の電圧電源の間に設けられて前記定電圧が印加される抵抗直列回路とを更に有し、
前記定電流負荷は、前記抵抗直列回路から得られる定電圧がゲートに印加される第2のMOSトランジスタからなることを特徴とする過熱検出回路。
The overheat detection circuit according to claim 4,
A resistor series circuit provided between the first voltage power source and the second voltage power source to which the constant voltage is applied;
The overheat detection circuit according to claim 1, wherein the constant current load comprises a second MOS transistor to which a constant voltage obtained from the resistor series circuit is applied to a gate.
請求項1から5のいずれかに記載の過熱検出回路を内蔵したことを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device comprising the overheat detection circuit according to claim 1. 請求項6に記載の半導体装置を内蔵したことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the semiconductor device according to claim 6.
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