JP4995647B2 - 過熱保護機能付き半導体装置の制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば自動車のランプを駆動するために用いられる大電力用半導体素子の過熱による破壊防止に適した過熱保護機能付き半導体装置の制御回路に関する。

過熱保護機能付き半導体装置の制御回路として、特許文献１では半導体装置が破壊される可能性を軽減できるようにしたものを提案している。これは、図６に示すように、ＣＰＵ１と、増幅回路２と、負荷４の駆動をオン／オフする過熱保護機能付き半導体装置３と、出力状態検出部５とを備えたものである。

ＣＰＵ１は、過熱保護機能付き半導体装置３の制御を行うための制御信号、たとえばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号を内部生成して（又は、図示しない外部信号源から取り込んで）、出力ポートＰ１から出力する。増幅回路２は、複数トランジスタと複数の抵抗とからなるプッシュプル型増幅回路である。

過熱保護機能付き半導体装置３は、ワンチップ上に搭載された、ＮｃｈのＭＯＳＦＥＴ３ａと、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートとゲート端子Ｇとの間に接続されたゲート抵抗３ｂと、ＭＯＳＦＥＴ３ａのソースとソース端子Ｓとの間に接続された温度検出回路３ｃと、温度検出回路３ｃの温度検出出力をラッチするラッチ回路３ｄと、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートとソース間に接続されラッチ回路３ｄの出力で制御されるゲート遮断回路３ｅとを有している。

ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレインは、＋Ｂ電源に接続されたドレイン端子Ｄに接続され、ソースはソース端子Ｓに接続されている。そして、半導体装置３の過熱保護機能は、ゲート抵抗３ｂと、温度検出回路３ｃと、ラッチ回路３ｄと、ゲート遮断回路３ｅとの協動により行われる。

負荷４は、たとえば車両においてターンシグナルを示すウインカ（フラッシャ）等に利用されるランプである。出力状態検出部５は、出力状態の検出出力をＣＰＵ１の入力ポートＰ２に供給する。

このような構成では、ＣＰＵ１の出力ポートＰ１から出力されたＰＷＭ制御信号が、増幅回路２で増幅され、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートに供給されて、ＰＷＭ制御が行われているとき、ＣＰＵ１は連続するＰＷＭ制御信号の立ち上がりと立ち下がりに対して、立ち上がり時間ｔＧ（ＯＮ）＋所定時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔＧ（ＯＦＦ）−ｔＧ（ＯＮ））毎の監視タイミングで、ＭＯＳＦＥＴ３ａの出力電圧、すなわちソース電圧を出力状態検出部５を介して検出する。

このとき、負荷４の状態が正常であれば、ソース電圧は、ＰＷＭ制御信号によるＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート電圧の各々の立ち上がり時間ｔＧ（ＯＮ）で立ち上がり、各々の立ち下がり時間ｔＧ（ＯＦＦ）で立ち下がり、ゲート電圧と同一の波形となる。したがって、ＣＰＵ１により、各立ち上がりからｔＧ（ＯＮ）＋ｔｓの監視タイミングで、出力状態検出部５からの検出出力に基づきソース出力状態を検出すると、Ｈｉ（すなわち、論理１）になる。

一方、負荷４に異常、たとえばショートが生じ、ＭＯＳＦＥＴ３ａが温度検出回路３ｃ、ラッチ回路３ｄ及びゲート遮断回路３ｅの協動により過熱遮断されると、ＭＯＳＦＥＴ３ａのソース電圧は、保護動作のたびにゲート電圧の立ち上がり時間ｔＧ（ＯＮ）から次第に短くなるタイミングで立ち下がる波形となる。したがって、ＣＰＵ１により、各立ち上がりからｔＧ（ＯＮ）＋ｔｓの監視タイミングで、出力状態検出部５からの検出出力に基づきソース出力状態を検出すると、Ｌｏ（すなわち、論理０）になる。

そして、ＣＰＵ１は、各監視タイミングにおいて、連続してｍ回又はｎ秒間の間ソース出力状態がＬｏ（すなわち、論理０）であることを検出すると、出力ポートＰ１にＰＷＭ制御信号を送らず、ＭＯＳＦＥＴ３ａのＰＷＭ制御を停止する。上述のｍ回又はｎ秒は、ＭＯＳＦＥＴ３ａの破壊を十分に回避できる回数又は時間に設定される。その結果、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン、ソース間に電流が流れなくなり、温度上昇によるＭＯＳＦＥＴ３ａの破壊が防止される。
特許３５８５１０５号

ところで、上述した特許文献１では、負荷４にショート等の異常が生じ、ＭＯＳＦＥＴ３ａが温度検出回路３ｃ、ラッチ回路３ｄ及びゲート遮断回路３ｅの協動により過熱遮断されると、ＣＰＵ１が各監視タイミングにおいて、連続してｍ回又はｎ秒間の間での出力状態検出部５を介して得られるソース出力状態がＬｏ（すなわち、論理０）であることを検出し、保護動作のためにＭＯＳＦＥＴ３ａのＰＷＭ制御を停止させるようにする構成であるため、回路が複雑となって大型化してしまうという問題があった。

また、保護動作を行うかどうかを判断する際に、ＭＯＳＦＥＴ３ａを再度オンさせて過熱遮断するという動作を数回繰り返す必要があり、ＭＯＳＦＥＴ３ａの劣化が進んでしまうおそれがあるという問題もあった。

さらに、車両においては、イグニッションスイッチがオンのときに限らず、オフのときでも駆動されるたとえばハザードランプ等の負荷４がある。この場合の回路構成は、たとえば図７に示すようになる。

図７は、図６の回路構成に、電源回路６とハザードランプ等の負荷４を点灯させるためのＰＷＭ点灯スイッチ７とを追加した構成となっている。同図において、ＣＰＵ１及び電源回路６は、図示しないイグニッションスイッチがオフのときには電力を消費しないようにオフされている。ここで、イグニッションスイッチがオフのときに、ＰＷＭ点灯スイッチ７がオンされると、電源回路６からの電力がＣＰＵ１及び増幅回路２等に供給されてＣＰＵ１のＰＷＭ制御により負荷４が駆動される。

このような構成で、負荷４がショートしたというような異常状態となったとき、ＭＯＳＦＥＴ３ａが温度検出回路３ｃ、ラッチ回路３ｄ及びゲート遮断回路３ｅの協動により過熱遮断されると、図８のタイミング図に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａのソース電圧が保護動作のたびにゲート電圧の立ち上がり時間から次第に短くなるタイミングで立ち下がる波形となる。

そして、連続してｍ回又はｎ秒間の間での出力状態検出部５を介して得られるソース出力状態がＬｏ（すなわち、論理０）であることを検出してＭＯＳＦＥＴ３ａのＰＷＭ制御を停止させることになるが、そのＰＷＭ制御の停止後、ＰＷＭ点灯スイッチ７がオン／オフされると、電源オフによりＣＰＵ１の動作がリセットされてしまう。

このようなリセットがかかると、ＭＯＳＦＥＴ３ａの温度が高いうちに再びＣＰＵ１からのＰＷＭ制御により負荷４が駆動されてはすぐに過熱遮断がかかったり、過熱保護動作検出の途中にＰＷＭ点灯スイッチ７がオフされては再度オンされるという具合に過熱遮断動作を繰り返されてしまい、ＭＯＳＦＥＴ３ａが破壊されてしまうおそれがあるという問題を招いてしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決することができる過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を提供することを目的とする。

本発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路は、ワンチップ上に、＋Ｂ電源からの電力を負荷に供給する半導体素子と、前記ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路、該温度検出回路の検出出力を保持するラッチ回路及び該ラッチ回路の出力に応じて前記半導体素子のゲート入力を遮断するゲート遮断回路を含む過熱保護手段とを搭載した過熱保護機能付き半導体装置の制御回路であって、前記半導体素子をオン／オフさせるためのＰＷＭ信号を供給する制御手段と、前記過熱保護手段を駆動させるための駆動電力を供給する駆動電力供給手段と、前記ＰＷＭ信号の供給に応じて前記駆動電力供給手段に駆動電力を供給させるタイマ手段とを備え、前記温度検出回路が作動して前記ゲート遮断回路がオンし、前記半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われ、前記制御手段からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、前記タイマ手段によって所定期間だけ前記駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続されることを特徴とする。
また、前記半導体素子に流れ込む電流を検知し、該電流の値が所定のしきい値を超えたとき、検知信号を出力する電流検知回路と、該電流検知回路の検知信号と前記ＰＷＭ信号との論理和を出力する論理ゲートと、該論理ゲートの出力に応じて前記半導体素子を駆動させる駆動回路とを有するようにすることができる。
また、前記制御手段は、所定のスイッチのオン／オフ操作に応じて前記ＰＷＭ信号を供給するようにすることができる。
本発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路では、制御手段からのＰＷＭ信号によって＋Ｂ電源からの電力を負荷に供給する半導体素子がオン／オフされ、駆動電力供給手段からワンチップ上に搭載される、ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路、該温度検出回路の検出出力を保持するラッチ回路及び該ラッチ回路の出力に応じて半導体素子のゲート入力を遮断するゲート遮断回路を含む過熱保護手段を駆動させるための駆動電力が供給され、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとともに、制御手段からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続される。

本発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路によれば、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとともに、制御手段からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続されるようにしたので、従来のように、保護動作を行うかどうかを判断するために半導体素子の出力状態を取り込んで半導体素子のＰＷＭ制御を停止させるような構成が不要となるため、回路が簡素化され小型化を図ることができる。

また、本発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路によれば、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとき、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続されるようにしたので、過熱保護手段のゲート遮断回路によるゲート遮断が維持され、従来のように、半導体素子を再度オンさせて過熱遮断するという数回にわたる動作が不要となり、半導体素子の劣化を阻止することができる。

また、本発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路によれば、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとき、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続され、過熱保護手段のゲート遮断回路によるゲート遮断が維持されるようにしたので、そのゲート遮断が維持されているときに制御手段からのＰＷＭ信号に変化があっても半導体素子がオンしないことから、半導体素子の温度が高いうちに半導体素子が再度オンされて破壊されてしまうということを防止することができる。

本実施形態では、制御手段からのＰＷＭ信号によって＋Ｂ電源からの電力を負荷に供給する半導体素子がオン／オフされ、駆動電力供給手段からワンチップ上に搭載される、ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路、該温度検出回路の検出出力を保持するラッチ回路及び該ラッチ回路の出力に応じて半導体素子のゲート入力を遮断するゲート遮断回路を含む過熱保護手段を駆動させるための駆動電力が供給され、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとともに、制御手段からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続されるようにした。

この場合、電流検知回路によって半導体素子に流れ込む電流を検知し、該電流の値が所定のしきい値を超えたとき、検知信号を出力し、論理ゲートにより電流検知回路の検知信号と制御手段からのＰＷＭ信号との論理和を出力すると、駆動回路により論理ゲートの出力に応じて半導体素子が駆動されるようにする。

これにより、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとともに、制御手段からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続されるので、従来のように、保護動作を行うかどうかを判断するために半導体素子の出力状態を取り込んで半導体素子のＰＷＭ制御を停止させるような構成が不要となり、回路が簡素化されて小型化が図れる。

また、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとき、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続されることで、過熱保護手段のゲート遮断回路によるゲート遮断が維持され、従来のように、半導体素子を再度オンさせて過熱遮断するという数回にわたる動作が不要となり、半導体素子の劣化が阻止される。

また、過熱保護手段の温度検出回路が作動してゲート遮断回路がオンし、半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われるとき、タイマ手段によって所定期間だけ駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続され、過熱保護手段のゲート遮断回路によるゲート遮断が維持されることで、そのゲート遮断が維持されているときに制御手段からのＰＷＭ信号に変化があっても半導体素子がオンしないことから、半導体素子の温度が高いうちに半導体素子が再度オンされて破壊されてしまうということが防止される。

以下、本発明の実施例の詳細について説明する。図１は、本発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の一実施例を説明するための図である。

同図に示す過熱保護機能付き半導体装置の制御回路は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０、電源回路３０、タイマ回路４０、ＯＲゲート５０、ゲート駆動回路６０、電流検知回路７０を備えている。

なお、図中符号１０はＰＷＭ点灯スイッチであり、符号９０はイグニッションスイッチがオンのときに限らず、オフのときでも駆動されるたとえばハザードランプ等であり、符号８０は過熱保護機能付き半導体装置である。

ＥＣＵ２０は、ＰＷＭ点灯スイッチ１０の操作に応じて予め定められているデューティ比のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を出力する。

電源回路３０は、タイマ回路４０からの信号に応じてオンし、各回路にＶＰ電源を供給する。タイマ回路４０は、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号によってオンし、そのＰＷＭ信号がオフになっても予め定められている時間だけ電源回路３０をオンさせるための信号を出力する。

ＯＲゲート５０は、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号と電流検知回路７０からの検知信号とのＯＲ論理出力をゲート駆動回路６０に与える。ゲート駆動回路６０は、トランジスタＱ１，Ｑ２を有し、ＯＲゲート５０からのＯＲ論理出力に応じてトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフさせる。

なお、ここでは、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号と電流検知回路７０からの検知信号とのＯＲ論理出力をゲート駆動回路６０に与えるために、ＯＲゲート５０を用いているが、これに限らず、ＡＮＤゲートやＮＡＮＤゲート等のような他の論理ゲートを用いてもよいことは勿論である。これらの他の論理ゲートを用いる場合は、これらの論理ゲートの周辺の回路を所望の論理出力が得られるように配慮すればよい。

電流検知回路７０は、過熱保護機能付き半導体装置８０の後述のＭＯＳＦＥＴ８１のゲート端子に流れ込む電流ＩＧを検出し、その値があるしきい値を超えたとき、Ｈｉを出力する。

過熱保護機能付き半導体装置８０は、ワンチップ上に搭載された、ＮｃｈのＭＯＳＦＥＴ８１と、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲートとゲート端子Ｇとの間に接続されたゲート抵抗８２と、ＭＯＳＦＥＴ８１のソースとソース端子Ｓとの間に接続された温度検出回路８３と、温度検出回路８３の温度検出出力をラッチするラッチ回路８４と、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲートとソース間に接続されラッチ回路８４の出力で制御されるゲート遮断回路８５とを有している。ＭＯＳＦＥＴ８１のドレインは、＋Ｂ電源に接続されたドレイン端子Ｄに接続され、ソースはソース端子Ｓに接続されている。そして、半導体装置８０の過熱保護機能は、ゲート抵抗８２と、温度検出回路８３と、ラッチ回路８４と、ゲート遮断回路８５との協動により行われる。

図２は、上述した過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の具体的な構成を示す回路図である。同図に示すように、ゲート駆動回路６０は、トランジスタＱ１〜Ｑ４と、抵抗Ｒ２〜Ｒ１１と、ダイオードＤ１とによって構成されている。

ここで、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号がＨｉでトランジスタＱ４がオンすると、トランジスタＱ４のコレクタ電圧はＬｏとなり、トランジスタＱ１がオンする。そのため、ＶＰ電源から抵抗Ｒｓ、トランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ、抵抗Ｒ２の経路でゲート電流ＩＧが流れてＭＯＳＦＥＴ８１のゲートが抵抗Ｒ１を通して充電され、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓが上昇し、その電圧がしきい値を超えると、ＭＯＳＦＥＴ８１がオンする。

また、トランジスタＱ１のオンと同時にトランジスタＱ３もオンするので、トランジスタＱ２のベース電圧が引き上げられてトランジスタＱ２がオフする。ダイオードＤ１は、トランジスタＱ２のベース保護用として設けられている。

一方、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号がＬｏとなると、トランジスタＱ４がオフとなり、トランジスタＱ４のコレクタ電圧はＶＰ電源の値となり、トランジスタＱ３，Ｑ１がオフする。トランジスタＱ３のオフにより、トランジスタＱ２のベースがＬｏとなり、トランジスタＱ２のエミッタもＬｏとなり、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲートから抵抗Ｒ２、トランジスタＱ２のエミッタ−コレクタを通ってグランドへと電荷が放電される。

このとき、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓが下降し、その電圧がしきい値を下回ると、ＭＯＳＦＥＴ８１がオフする。以上の動作の繰り返しで、＋Ｂ電源からの電力がＰＷＭ制御に応じて負荷９０に供給される。

電流検知回路７０は、トランジスタＱ５、抵抗Ｒｓ、Ｒ１２で構成されている。すなわち、抵抗Ｒｓを流れるゲート電流ＩＧが増加して抵抗Ｒｓの電圧降下が約０．７Ｖになると、トランジスタＱ５がオンし、トランジスタＱ５のコレクタ電圧がＨｉとなる。

ＯＲゲート５０は、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４で構成されている。チャージポンプ回路３０ａは、電源回路３０としての働きをするものであり、ＶＰ電源＝ＶＢ（＋Ｂ電源）＋１０Ｖの電圧を生成する。

タイマ回路４０は、トランジスタＱ７，Ｑ８、抵抗Ｒ１５〜Ｒ１８、コンデンサＣ１で構成されている。すなわち、ＰＷＭ信号がＨｉとなると、トランジスタＱ７がオンし、コンデンサＣ１の電位ＶＣ１が引き下げられてコンデンサＣ１への充電が行われる。

ここで、電位ＶＣ１が抵抗Ｒ１７，Ｒ１８で設定されたトランジスタＱ８の動作しきい値よりも低い間はトランジスタＱ８がオンするので、ＰＷＭ信号がＬｏになってもしばらくの間はＶＰ電源の供給が行われることになる。

次に、ＭＯＳＦＥＴ８１の保護動作について説明する。図３は、保護動作を説明するためのタイミング図である。同図においては、ＶＢ（＋Ｂ電源）＝１２Ｖ、ＶＰ電源＝２２Ｖとしている。また、上述した抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｓは、それぞれ、Ｒ１＝１０ｋΩ、Ｒ２＝１０ｋΩ、Ｒｓ＝１．２ｋΩとしている。

すなわち、ＰＷＭ点灯スイッチ１０がオンされてＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号がＨｉとなると、上述したトランジスタＱ７がオンし、コンデンサＣ１が充電されて電位ＶＣ１がＬｏとなり、トランジスタＱ８がオンしてチャージポンプ回路３０ａが起動しＶＰ電源が２２Ｖとなる。

一方、上述したトランジスタＱ４がオンし、トランジスタＱ１がオンすると、ゲート駆動回路６０の出力がＨｉとなり、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート電圧ＶＧが約２２Ｖに上昇し、ＭＯＳＦＥＴ８１のソース電圧が約１２Ｖに上昇する。

これに伴い、ゲート電流ＩＧが流れ、ＭＯＳＦＥＴ８１がオンして負荷９０へ＋Ｂ電源からの駆動電流が供給される。ＭＯＳＦＥＴ８１のターンオン初期にはゲートへの充電電流が約１ｍＡ、数マイクロ秒から数十マイクロ秒の間流れるので、その期間は抵抗Ｒｓの電圧降下が０．７Ｖ以上となり、電流検知回路７０の出力（トランジスタＱ５のコレクタ）がＨｉとなる。しかし、この期間は、元々ＰＷＭ信がＨｉであるため、ＭＯＳＦＥＴ８１のオン動作には影響がない。

また、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号がＬｏとなると、ゲート駆動回路６０の出力もＬｏとなり、ＭＯＳＦＥＴ８１はオフしＶＳは０Ｖに下がる。このとき、トランジスタＱ７はオフするがコンデンサＣ１の電位ＶＣ１はしばらくの間Ｌｏのままであるため、トランジスタＱ８はオンしておりＶＰ電源の値も２２Ｖのままである。また、ゲート出力Ｌｏのときは電流検知回路７０が働かないため、電流検知出力はＬｏのままである。

ここで、ＭＯＳＦＥＴ８１の過熱遮断は、オンしているときに起きるものである。オフのときにＭＯＳＦＥＴ８１が外部から熱せられて温度がしきい値を超えたとしても、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲートに動作しきい値以上の電圧が加えられたときに初めてＭＯＳＦＥＴ８１の温度検出回路８３が働き遮断がかかる。

ＭＯＳＦＥＴ８１の温度検出回路８３が作動してゲート遮断回路８５がオンすると、ＭＯＳＦＥＴ８１の内部ゲートとソース間が短絡されるので、ゲート電流ＩＧは約１ｍＡ流れ、ゲート電圧ＶＧは約１０Ｖに低下する。

それに引き続いて、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート電荷が引き抜かれるので、ＭＯＳＦＥＴ８１がオフする。このとき、ゲート電流ＩＧが約１ｍＡ流れることにより、抵抗Ｒｓの電圧降下が０．７Ｖ以上となり、電流検知回路７０の出力がＨｉとなる。

この状態でＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号がＬｏに下げられても、ＶＰ電源の値が２２Ｖを維持しているので、電流検知回路７０のＨｉとのＯＲ論理により、ゲート駆動回路６０はＨｉを出力し続ける。

そのため、ＭＯＳＦＥＴ８１には約１ｍＡのゲート電流ＩＧが流れ続け、ＭＯＳＦＥＴ８１は遮断動作を維持する。同様に、これ以降にＰＷＭ信号に変化があっても、ＭＯＳＦＥＴ８１の遮断が維持される。

ここで、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号のＬｏの期間が設定された時間を超えると、コンデンサＣ１の電位ＶＣ１がトランジスタＱ８の動作しきい値電圧よりも高くなり、トランジスタＱ８がオフしチャージポンプ回路３０ａが停止するので、ＶＰ電源の値は０Ｖになり、ゲート電圧ＶＧもＬｏになって過熱遮断が維持されなくなる。

ただし、タイマ期間の間にＭＯＳＦＥＴ８１の温度が下がるので、再度ＰＷＭ信号が入って再び過熱遮断しても、従来のように、既に高くなった温度からの上昇による熱の蓄積は起こらず、破壊に至るおそれが小さくなる。

なお、タイマ期間は、最低限ＰＷＭ周期よりも長ければよいが、信頼性を高めるために過熱遮断した温度から装置周囲の温度に戻るまでの十分な時間としてもよい。

このように、本実施例では、制御手段としてのＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号によって＋Ｂ電源からの電力を負荷に供給する半導体素子としてのＭＯＳＦＥＴ８１がオン／オフされ、駆動電力供給手段としての電源回路３０からワンチップ上に搭載される、ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路８３、該温度検出回路８３の検出出力を保持するラッチ回路８４及び該ラッチ回路８４の出力に応じてＭＯＳＦＥＴ８１のゲート入力を遮断するゲート遮断回路８５を含む過熱保護手段を駆動させるための駆動電力が供給され、過熱保護手段の温度検出回路８３が作動してゲート遮断回路８５がオンし、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート遮断による保護動作が行われるとともに、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、タイマ手段としてのタイマ回路４０によって所定期間だけ電源回路３０による駆動電力の供給が継続されるようにした。

この場合、電流検知回路７０によってＭＯＳＦＥＴ８１に流れ込むゲート電流ＩＧを検知し、該電流の値が所定のしきい値を超えたとき、検知信号を出力し、論理ゲートとしてのＯＲゲート５０により電流検知回路７０の検知信号とＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号との論理和を出力すると、駆動回路としてのゲート駆動回路６０によりＯＲゲート５０の出力に応じてＭＯＳＦＥＴ８１が駆動されるようにしている。

これにより、過熱保護手段の温度検出回路８３が作動してゲート遮断回路８５がオンし、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート遮断による保護動作が行われるとともに、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、タイマ回路４０によって所定期間だけ電源回路３０による駆動電力の供給が継続されるので、従来のように、保護動作を行うかどうかを判断するために半導体素子の出力状態を取り込んで半導体素子のＰＷＭ制御を停止させるような構成が不要となり、回路が簡素化されて小型化を図ることができる。

また、過熱保護手段の温度検出回路８３が作動してゲート遮断回路８５がオンし、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート遮断による保護動作が行われるとき、タイマ回路４０によって所定期間だけ電源回路３０による駆動電力の供給が継続されることで、過熱保護手段のゲート遮断回路８５によるゲート遮断が維持され、従来のように、半導体素子を再度オンさせて過熱遮断するという数回にわたる動作が不要となり、ＭＯＳＦＥＴ８１の劣化を阻止することができる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ８１の劣化が阻止されることで、ＭＯＳＦＥＴ８１の信頼性を高めることも可能となる。

また、過熱保護手段の温度検出回路８３が作動してゲート遮断回路８５がオンし、ＭＯＳＦＥＴ８１のゲート遮断による保護動作が行われるとき、タイマ回路４０によって所定期間だけ電源回路３０による駆動電力の供給が継続され、過熱保護手段のゲート遮断回路８５によるゲート遮断が維持されることで、そのゲート遮断が維持されているときにＥＣＵ２０からのＰＷＭ信号に変化があってもＭＯＳＦＥＴ８１がオンしないことから、ＭＯＳＦＥＴ８１の温度が高いうちにＭＯＳＦＥＴ８１が再度オンされて破壊されてしまうということを防止することができる。

すなわち、本実施例では、過熱保護手段が元々有している遮断ラッチ機能を生かして保護動作を行うようにしているため、従来のように、連続してｍ回又はｎ秒間の間での出力状態検出部を介して得られるソース出力状態がＬｏ（すなわち、論理０）であることを検出してＭＯＳＦＥＴのＰＷＭ制御を停止させるような制御が不要となると言える。

また、本実施例では、外乱ノイズの影響を受けないＥＣＵ２０によってＰＷＭ制御が行われるため、従来のＣＰＵのように電源回路からの電力を受けることで外乱ノイズの影響を受けてしまうことがなく、ＭＯＳＦＥＴ８１の誤遮断や負荷９０の誤動作等を生じさせてしまうようなこともなくなる。

また、本実施例では、ＰＷＭ点灯スイッチ１０の操作に応じてＥＣＵ２０からＰＷＭ信号が供給される構成であるため、たとえばイグニッションスイッチがオフのときに駆動されるハザードランプ等の負荷９０に適用しても、電源回路３０からの電力供給がタイマ回路４０によってある時間保持されるので、保護動作が行われている間、ＭＯＳＦＥＴ８１のオン／オフの繰り返しが無くなり、ＭＯＳＦＥＴ８１の劣化の促進が抑えられる。

なお、本実施例では、電流検知回路７０の出力をハザードランプ等の負荷９０を駆動する半導体装置８０の過熱保護に用いた場合で説明したが、この例に限らず、電流検知回路７０の出力を他の電装系や駆動系等の外部のＥＣＵに出力して別の制御に用いるようにしてもよい。

また、本実施例では、過熱保護機能付き半導体装置８０を負荷９０の上流側に設けるようにした場合について説明したが、この例に限らず、図４に示すように、過熱保護機能付き半導体装置８０を負荷９０の下流側に設けるようにした、いわゆるローサイドスイッチング回路構成としてもよい。

この場合、ＭＯＳＦＥＴ８１は、負荷９０への＋Ｂ電源からの電流供給のオン／オフの役目を果たすことになるため、チャージポンプ回路３０ａが不要となるとともに、トランジスタＱ８がタイマ回路４０の出力と電源回路３０の機能とを兼ねることができる。

また、本実施例では、ＮｃｈのＭＯＳＦＥＴ８１を用いた場合について説明したが、この例に限らず、図５のように、ＰｃｈのＭＯＳＦＥＴ８１ａを用いるようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ２０からのＰＷＭ入力がＬｏのとき、ゲート駆動回路６０の出力もＬｏとなり、ＭＯＳＦＥＴ８１ａがオンする。

また、この場合、電源回路３０のトランジスタＱ８はグランド側に設けられ、Ｒｓはゲート電流ＩＧが流れ込む側（トランジスタＱ２側）に設けられるようにする。

たとえばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いた車載ネットワークでの過熱保護の制御にも適用可能である。

本発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の一実施例を説明するための図である。 図１の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の具体的な構成を示す回路図である。 図１のＭＯＳＦＥＴの保護動作について説明するためのタイミング図である。 図１の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の他の例を説明するための図である。 図１の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の他の例を説明するための図である。 従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の一例を説明するための図である。 従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の他の例を説明するための図である。 図７のＭＯＳＦＥＴの保護動作について説明するためのタイミング図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ 増幅回路
３ 半導体装置
３ｂ ゲート抵抗
３ｃ 温度検出回路
３ｄ ラッチ回路
３ｅ ゲート遮断回路
４ 負荷
５ 出力状態検出部
６ 電源回路
７ ＰＷＭ点灯スイッチ
１０ ＰＷＭ点灯スイッチ
３０ 電源回路
３０ａ チャージポンプ回路
４０ タイマ回路
５０ ＯＲゲート
６０ ゲート駆動回路
７０ 電流検知回路
８０ 半導体装置
８２ ゲート抵抗
８３ 温度検出回路
８４ ラッチ回路
８５ ゲート遮断回路
９０ 負荷

Claims (3)

1. ワンチップ上に、＋Ｂ電源からの電力を負荷に供給する半導体素子と、前記ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路、該温度検出回路の検出出力を保持するラッチ回路及び該ラッチ回路の出力に応じて前記半導体素子のゲート入力を遮断するゲート遮断回路を含む過熱保護手段とを搭載した過熱保護機能付き半導体装置の制御回路であって、
   前記半導体素子をオン／オフさせるためのＰＷＭ信号を供給する制御手段と、
   前記過熱保護手段を駆動させるための駆動電力を供給する駆動電力供給手段と、
   前記ＰＷＭ信号の供給に応じて前記駆動電力供給手段に駆動電力を供給させるタイマ手段とを備え、
   前記温度検出回路が作動して前記ゲート遮断回路がオンし、前記半導体素子のゲート遮断による保護動作が行われ、前記制御手段からのＰＷＭ信号の供給が無くなると、前記タイマ手段によって所定期間だけ前記駆動電力供給手段による駆動電力の供給が継続される
   ことを特徴とする過熱保護機能付き半導体装置の制御回路。
2. 前記半導体素子に流れ込む電流を検知し、該電流の値が所定のしきい値を超えたとき、検知信号を出力する電流検知回路と、
   該電流検知回路の検知信号と前記ＰＷＭ信号との論理和を出力する論理ゲートと、
   該論理ゲートの出力に応じて前記半導体素子を駆動させる駆動回路とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路。
3. 前記制御手段は、所定のスイッチのオン／オフ操作に応じて前記ＰＷＭ信号を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路。

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