JP5532631B2 - Semiconductor device, method for controlling semiconductor device, and protection circuit for secondary battery - Google Patents
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本発明は、半導体装置、当該半導体装置の制御方法及び当該半導体装置を用いた二次電池の保護回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a method for controlling the semiconductor device, and a protection circuit for a secondary battery using the semiconductor device.
携帯型の電子機器には、比較的簡単に取り扱うことができる電池パックが広く用いられている。電池パックは、少なくとも1つの二次電池を1つのパッケージに収納したものである。二次電池としては、従来の二次電池に比較して高いエネルギー密度を有するリチウムイオン電池、リチウムポリマ電池、ニッケル−水素化物電池などが用いられている。しかしながら、エネルギー密度が高いほど、二次電池の過充電、過放電又は過電流時の発熱の危険性が大きくなり、時には発火に至ることもある。このため、一般に、電池パックは、二次電池を過充電、過放電、充電過電流、放電過電流、短絡電流、及び異常過熱などから保護するための保護回路を備え、当該保護回路は、このような保護が必要であることを検出すると、二次電池と充電器あるいは負荷装置との間の接続を遮断して二次電池の発熱及び発火を防ぐと共に二次電池の劣化を防止するように構成されている。 Battery packs that can be handled relatively easily are widely used for portable electronic devices. The battery pack is obtained by storing at least one secondary battery in one package. As the secondary battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel-hydride battery, or the like having a higher energy density than a conventional secondary battery is used. However, the higher the energy density, the greater the risk of overheating, overdischarging, or overcurrent of the secondary battery, and sometimes fires. For this reason, in general, a battery pack includes a protection circuit for protecting a secondary battery from overcharge, overdischarge, charge overcurrent, discharge overcurrent, short-circuit current, abnormal overheating, and the like. When it is detected that such protection is necessary, the connection between the secondary battery and the charger or the load device is cut off to prevent the secondary battery from being heated and ignited and to prevent the secondary battery from deteriorating. It is configured.
図4は、第1の従来技術に係る保護回路2Aを備えた電池パック1Aの構成を示すブロック図である。図4において、電池パック1Aは二次電池3及び当該二次電池3に接続された保護回路2Aを備えて構成され、端子T1及びT2を介して携帯電話機などの負荷4に接続されている。二次電池3の充電時には、充電器5がスイッチSW1及びSW2を介して電池パック1Aに接続される。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a battery pack 1A including the protection circuit 2A according to the first conventional technique. In FIG. 4, the battery pack 1A includes a
また、保護回路2Aは、スイッチ回路20Aと、当該スイッチ回路20Aの動作を制御する制御回路10Aとを備えて構成される。制御回路10Aは、過充電検出回路11と、過放電検出回路12と、制御信号発生回路13Aと、端子Vdd,Vssと、放電制御端子Doutと、充電制御端子Coutと、端子V−とを備えて構成される。過充電検出回路11は端子Vdd及び端子Vssを介して二次電池3の正極端子及び負極端子に接続され、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が所定のしきい値以上であることを検出すると、当該検出結果を示す検出信号S11を発生して制御信号発生回路13Aに出力する。また、過放電検出回路12は端子Vdd及び端子Vssを介して二次電池3の正極端子及び負極端子に接続され、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が所定のしきい値以下であることを検出すると、当該検出結果を示す検出信号S12を発生して制御信号発生回路13Aに出力する。さらに、制御信号発生回路13Aは、入力される検出信号S11及びS12に基づいて、詳細後述するように所定の制御信号を発生し、放電制御端子Dout及び充電制御端子Coutを介してスイッチ回路20Aに出力する。
The protection circuit 2A includes a switch circuit 20A and a
図4において、半導体装置にてなるスイッチ回路20Aは、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1及びM2と、ダイオードDi1及びDi2と、ソース端子TS1,TS2と、ゲート端子TG1及びTG2とを備えて構成される。ここで、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1のゲートはゲート端子TG1を介して放電制御端子Doutに接続され、ソースはソース端子TS1を介して二次電池3の負極端子に接続されるとともにダイオードDi1のアノードに接続され、ドレインはNチャネル型MOS電界効果トランジスタM2のドレイン及びダイオードDi1,Di2の各カソードに接続される。また、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2のゲートはゲート端子TG2を介して充電制御端子Coutに接続され、ソースはソース端子TS2を介して端子V−及びT2に接続されるとともにダイオードDi2のアノードに接続され、ドレインはNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1のドレイン及びダイオードDi1,Di2の各カソードに接続される。なお、ダイオードDi1及びDi2は、スイッチ回路20Aの半導体装置の形成時に生成される寄生ダイオードである。
In FIG. 4, a switch circuit 20A formed of a semiconductor device includes N-channel MOS field effect transistors M1 and M2, diodes Di1 and Di2, source terminals TS1 and TS2, and gate terminals TG1 and TG2. The Here, the gate of the N-channel MOS field effect transistor M1 is connected to the discharge control terminal Dout through the gate terminal TG1, the source is connected to the negative terminal of the
次に、以上のように構成された電池パック1Aの動作を説明する。二次電池3の状態が過充電及び過放電などの異常な状態ではない正常状態であるときには、制御信号発生回路13AはNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1及びM2をオンするための各制御信号を発生してスイッチ回路20Aに出力している。正常状態において、二次電池3の充電時にはソース端子TS1、ダイオードDi1、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2及びソース端子TS2を介して図4の左から右に充電電流が流れ、放電時にはソース端子TS2、ダイオードDi2、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1及びソース端子TS2を介して図4の右から左に放電電流が流れる。
Next, the operation of the battery pack 1A configured as described above will be described. When the state of the
制御信号発生回路13Aは、二次電池3が過充電されていることを示す過充電検出回路11からの検出信号S11に応答して、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2をオフするための制御信号を発生してゲート端子TG2に出力し、これに応答して、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2はオフされ、充電が停止される。このように充電が停止しても、ソース端子TS2、ダイオードDi2、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1及びソース端子TS1を介して放電電流は流れるので、負荷4の動作は停止しない。また、制御信号発生回路13Aは、二次電池3が過放電していることを示す過放電検出回路12からの検出信号S12に応答して、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1をオフするための制御信号を発生してゲート端子TG1に出力し、これに応答して、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1はオフされ、放電が停止する。このように放電が停止しても、ソース端子TS1、ダイオードDi1、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2及びソース端子TS2を介して充電電流が流れるので、二次電池3を充電できる。
The control
特許文献1及び2は、このような保護回路2Aに用いられる双方向の電流経路の切り換えが可能なスイッチ回路20Aの半導体装置を開示している。
一般に、二次電池3の保護回路2Aに用いられるスイッチ回路20Aの半導体装置は、半導体層に掘られた複数のトレンチにゲート絶縁膜を介してゲート電極をそれぞれ埋め込んだトレンチゲート構造を有する。図5は、図4のスイッチ回路20Aの半導体装置の断面図である。図5において、半導体基板50にN型ウェル拡散領域であるドレイン領域51が形成されている。さらに、ドレイン領域51の上にP型導電領域である2つのチャネル層52a,52bが形成されている。そして、チャネル層52aの表面からドレイン領域51に達する深さまで掘られた4つのトレンチ61のそれぞれにゲート絶縁膜62を介してゲート電極G1が埋込形成されている。また、チャネル層52bの表面からドレイン領域51に達する深さまで掘られた4つのトレンチ63のそれぞれにゲート絶縁膜64を介してゲート電極G2が埋込形成されている。さらに、チャネル層52a,52bの各表面にはN型導電領域であるソース領域S1,S2がそれぞれ形成されている。4つのゲート電極G1は配線WG1を介してゲート端子TG1に接続され、4つのゲート電極G2は配線WG2を介してゲート端子TG2に接続される。また、各ソース領域S1は配線WS1を介してソース端子TS1に接続され、各ソース領域S2は配線WS2を介してソース端子TS2に接続される。このように、図5において、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2は、半導体基板50上に分離して配置される。
Generally, the semiconductor device of the switch circuit 20A used in the protection circuit 2A of the
図5に、Nチャネル型MOS電界効果トランジスM1及びM2が両方ともオンしているときの電流経路43を示す。図5において、スイッチ回路20Aの半導体装置の長手方向(ドレイン領域51に平行な方向である。)及びドレイン領域51に対して垂直な方向をx方向及びy方向とそれぞれ定義する。二次電池3の放電時には、放電電流は電流経路43を介してソース領域S2からソース領域S1に流れる。具体的には、放電電流は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2の全てのソース領域S2からドレイン領域51に向かってy方向に流れ、ドレイン領域51に達した放電電流はドレイン領域51をNチャネル型MOS電界効果トランジスM2側からNチャネル型MOS電界効果トランジスM1側に向かってx方向に流れ、さらにドレイン領域51からNチャネル型MOS電界効果トランジスM1の全てのソース領域S1に向かってy方向に流れる。また、二次電池3の充電時には、充電電流は電流経路43を介してソース領域S1からソース領域S2に流れる。具体的には、充電電流は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1の全てのソース領域S1からドレイン領域51に向かってy方向に流れ、ドレイン領域51に達した充電電流はドレイン領域51をNチャネル型MOS電界効果トランジスM1側からNチャネル型MOS電界効果トランジスM2側に向かってx方向に流れ、さらにドレイン領域51からNチャネル型MOS電界効果トランジスM2の全てのソース領域S2に向かってy方向に流れる。
FIG. 5 shows a
スイッチ回路20Aのオン抵抗が大きいほど二次電池3が消耗するので、スイッチ回路20Aはより小さいオン抵抗を有することが求められる。一般に、トレンチゲート構造を有する半導体装置では、チャネル層52a,52bは極めて薄いので、当該チャネル層52a,52bのオン抵抗に対する寄与を極めて小さくすることができる。しかしながら、図5の半導体装置では、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2は半導体基板50上に分離して配置されるので、電流経路43の全体の経路長に対するドレイン領域51内での経路長の割合が比較的大きく、上記オン抵抗の大部分はドレイン領域11内の電流経路43の経路長に依存する。このため、オン抵抗をより小さくすることは難しかった。
Since the
図6は、第2の従来技術に係るスイッチ回路20Bの半導体装置の断面図である。スイッチ回路20Bの等価回路は図4スイッチ回路20Aの等価回路(図4参照。)と同一である。図6において、半導体基板50にN型ウェル拡散領域であるドレイン領域51が形成されている。さらに、ドレイン領域51の上にP型導電領域であるチャネル層52が形成され、チャネル層52の表面からドレイン領域51に達する深さまでチャネル層52を横切って分断するように掘られた3つのトレンチ71のそれぞれに、ゲート絶縁膜72を介してゲート電極G1,G2が埋込形成されている。ここで、図6に示すように、ゲート電極G1はトレンチ71の内壁のうちの一方の側壁に形成され、ゲート電極G2はトレンチ71の内壁のうちの他方の側壁に形成される。さらに、トレンチ71間のチャネル層52の表面にN型導電領域であるソース領域S1,S2が交互に形成される。また、3つのゲート電極G1は配線WG1を介してゲート端子TG1に接続され、3つのゲート電極G2は配線WG2を介してゲート端子TG2に接続される。各ソース領域S1は配線WS1を介してソース端子TS1に接続され、各ソース領域S2は配線WS2を介してソース端子TS2に接続される。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device of the switch circuit 20B according to the second prior art. The equivalent circuit of the switch circuit 20B is the same as the equivalent circuit (see FIG. 4) of the switch circuit 20A in FIG. In FIG. 6, a
図6に、Nチャネル型MOS電界効果トランジスM1及びM2が両方ともオンしているときの電流経路44を示す。図6において、二次電池3の放電時には、放電電流は電流経路44を介してソース領域S2からソース領域S1に流れる。具体的には、放電電流は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2の各ソース領域S2からドレイン領域51に向かってy方向に流れ、ドレイン領域51に達した放電電流はトレンチ71の下のドレイン領域51を通ってx方向に流れ、当該トレンチ71の反対側に形成されたソース領域S1に向かってy方向に流れる。また、二次電池3の充電時には、充電電流は電流経路44を介してソース領域S1からソース領域S2に流れる。具体的には、充電電流は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1の各ソース領域S1からドレイン領域51に向かってy方向に流れ、ドレイン領域51に達した充電電流はトレンチ71の下のドレイン領域51を通ってx方向に流れ、当該トレンチ71の反対側に形成されたソース領域S2に向かってy方向に流れる。
FIG. 6 shows the
第2の従来技術に係るスイッチング回路20Bによれば、第1の従来技術に係るスイッチング回路20Aに比較して、ドレイン領域51内の電流経路44の長さを短くしてオン抵抗を小さくできると期待される。しかしながら、第2の従来技術に係るスイッチング回路20Bの半導体装置では、1つのトレンチ71の2つの内壁に異なるNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2のためのゲート電極G1及びG2を形成するので、トレンチ71の幅を、第1の従来技術に係るスイッチング回路20Aのトレンチ61,63に比較して広くする必要がある。このため、ドレイン領域51内の電流経路44の長さを第1の従来技術に係るスイッチング回路20Aに比較して大幅に減少させることができず、オン抵抗を十分に小さくすることはできなかった。
According to the switching circuit 20B according to the second prior art, the on-resistance can be reduced by shortening the length of the
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して半導体装置に流れる電流の電流経路の長さをさらに短くしてオン抵抗を小さくできる半導体装置、当該半導体装置の制御方法及び当該半導体装置を用いた二次電池の保護回路を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to further reduce the on-resistance by reducing the length of the current path of the current flowing through the semiconductor device as compared with the prior art, a method for controlling the semiconductor device, and An object of the present invention is to provide a secondary battery protection circuit using the semiconductor device.
第1の発明に係る半導体装置は、半導体基板上の長手方向に繰り返し形成された互いに同一の構成を有する複数のブロックを備えた半導体装置において、上記各ブロックは、上記半導体基板上に形成されたドレイン領域と、上記ドレイン領域上に形成されたチャネル層と、上記チャネル層を貫通して上記ドレイン領域に達しかつ上記チャネル層を横切って分断するようにそれぞれ形成された第1乃至第4のトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介してそれぞれ形成された第1乃至第4のゲート電極と、上記各トレンチ間のチャネル層の上に、上記第1乃至第4のトレンチにそれぞれ対応するように形成された第1乃至第4のソース領域とを備え、全ての上記第2のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、全ての第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続されたことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a plurality of blocks having the same configuration and formed repeatedly in a longitudinal direction on a semiconductor substrate, wherein each of the blocks is formed on the semiconductor substrate. A drain region; a channel layer formed on the drain region; and first to fourth trenches formed to penetrate the channel layer to reach the drain region and to be divided across the channel layer. The first to fourth gate electrodes respectively formed through the gate insulating film and the channel layer between the trenches are formed to correspond to the first to fourth trenches, respectively. First to fourth source regions, all the second gate electrodes are electrically connected to each other, and all the fourth gate electrodes are electrically connected to each other. All the first and third gate electrodes are electrically connected to each other, all the first and second source regions are electrically connected to each other, and all the third and fourth source regions are connected. Are electrically connected to each other.
第2の発明に係る半導体装置の制御方法は、スイッチ回路として動作する上記半導体装置の制御方法であって、上記スイッチ回路は、上記第2のゲート電極であるゲートと、上記第2のゲート電極の両側に形成された上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第1のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、上記第4のゲート電極であるゲートと、上記第4のゲート電極の両側に形成された上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第2のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第3のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタとを備え、第1、第2及び第3の制御信号を発生して、上記第2のゲート電極、第4のゲート電極、並びに第1及び第3のゲート電極にそれぞれ印加することにより、上記第1乃至第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオンオフ制御することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a control method for a semiconductor device that operates as a switch circuit, wherein the switch circuit includes a gate that is the second gate electrode, and the second gate electrode. A first N-channel MOS field effect transistor having a source that is the first and second source regions and a drain that is the drain region, and a gate that is the fourth gate electrode. A second N-channel MOS field effect transistor having a source as the third and fourth source regions and a drain as the drain region formed on both sides of the fourth gate electrode, A third gate having a gate as the first and third gate electrodes, a source as the first and second source regions, and a drain as the drain region. A fourth N-channel having a channel-type MOS field-effect transistor, a gate that is the first and third gate electrodes, a source that is the third and fourth source regions, and a drain that is the drain region And a first MOS field effect transistor for generating first, second, and third control signals and applying them to the second gate electrode, the fourth gate electrode, and the first and third gate electrodes, respectively. Thus, the first to fourth N-channel MOS field effect transistors are on / off controlled.
上記半導体装置の制御方法において、上記第1及び第2のソース領域は二次電池の負極端子に接続され、上記第3及び第4のソース領域は、上記二次電池に接続された負荷に接続され、少なくとも上記二次電池の電圧に基づいて、上記第1、第2及び第3の制御信号を発生することを特徴とする。 In the method for controlling a semiconductor device, the first and second source regions are connected to a negative electrode terminal of a secondary battery, and the third and fourth source regions are connected to a load connected to the secondary battery. The first, second and third control signals are generated based on at least the voltage of the secondary battery.
また、上記半導体装置の制御方法において、上記二次電池の電圧に基づいて上記二次電池の電圧異常又は電圧正常を検出し、電圧正常の状態を検出したときに、上記第1乃至第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオンするように上記第1乃至第3の制御信号を発生することを特徴とする。 In the method of controlling the semiconductor device, when the voltage abnormality or voltage normality of the secondary battery is detected based on the voltage of the secondary battery, and the voltage normal state is detected, the first to fourth The first to third control signals are generated so as to turn on the N-channel MOS field effect transistor.
さらに、上記半導体装置の制御方法において、上記二次電池の電圧に基づいて上記二次電池の電圧異常又は電圧正常を検出し、電圧異常の状態を検出したときに、上記第1及び第2のNチャネル型MOS電界効果トランジスタのうちの少なくとも一方をオフしかつ上記第3及び第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオフするように上記第1乃至第3の制御信号を発生することを特徴とする。 Further, in the method for controlling the semiconductor device, when the voltage abnormality or voltage normality of the secondary battery is detected based on the voltage of the secondary battery, and the voltage abnormality state is detected, the first and second The first to third control signals are generated so as to turn off at least one of the N-channel MOS field effect transistors and turn off the third and fourth N-channel MOS field effect transistors. And
第3の発明に係る二次電池の保護回路は、上記半導体装置にてなり、二次電池と、当該二次電池に接続された負荷との間に接続されたスイッチ回路と、上記二次電池に並列に接続された制御回路とを備えた保護回路であって、上記第1及び第2のソース領域は上記二次電池の負極端子に接続され、かつ上記第3及び第4のソース領域は上記負荷に接続され、上記スイッチ回路は、上記第2のゲート電極であるゲートと、上記第2のゲート電極の両側に形成された上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第1のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、上記第4のゲート電極であるゲートと、上記第4のゲート電極の両側に形成された上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第2のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第3のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタとを備え、上記制御回路は、少なくとも上記二次電池の電圧に基づいて、第1、第2及び第3の制御信号を発生して、上記第2のゲート電極、第4のゲート電極、並びに第1及び第3のゲート電極にそれぞれ印加することにより、上記第1乃至第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオンオフ制御することを特徴とする。 A protection circuit for a secondary battery according to a third invention comprises the semiconductor device, and is connected between the secondary battery and a load connected to the secondary battery, and the secondary battery. And a control circuit connected in parallel to each other, wherein the first and second source regions are connected to a negative electrode terminal of the secondary battery, and the third and fourth source regions are The switch circuit connected to the load includes a gate as the second gate electrode, a source as the first and second source regions formed on both sides of the second gate electrode, and the drain. A first N-channel MOS field effect transistor having a drain as a region; a gate as the fourth gate electrode; and the third and fourth sources formed on both sides of the fourth gate electrode. The source that is the area, and above A second N-channel MOS field effect transistor having a drain which is a drain region; a gate which is the first and third gate electrodes; a source which is the first and second source regions; and the drain. A third N-channel MOS field effect transistor having a drain as a region; a gate as the first and third gate electrodes; a source as the third and fourth source regions; and the drain region. A fourth N-channel MOS field effect transistor having a drain, and the control circuit generates first, second, and third control signals based on at least the voltage of the secondary battery. The first to fourth N-channels are applied to the second gate electrode, the fourth gate electrode, and the first and third gate electrodes, respectively. Characterized by on-off control type MOS field-effect transistor.
上記二次電池の保護回路において、上記制御回路は、上記二次電池の電圧に基づいて上記二次電池の電圧異常又は電圧正常を検出し、電圧正常の状態を検出したときに、上記第1乃至第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオンするように上記第1乃至第3の制御信号を発生することを特徴とする。 In the protection circuit for the secondary battery, the control circuit detects the voltage abnormality or voltage normality of the secondary battery based on the voltage of the secondary battery, and detects the voltage normal state when the first voltage is detected. The first to third control signals are generated to turn on the fourth to fourth N-channel MOS field effect transistors.
また、上記二次電池の保護回路において、上記制御回路は、上記二次電池の電圧に基づいて上記二次電池の電圧異常又は電圧正常を検出し、電圧異常の状態を検出したときに、上記第1及び第2のNチャネル型MOS電界効果トランジスタのうちの少なくとも一方をオフしかつ上記第3及び第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオフするように上記第1乃至第3の制御信号を発生することを特徴とする。 Further, in the protection circuit for the secondary battery, the control circuit detects the voltage abnormality or voltage normality of the secondary battery based on the voltage of the secondary battery, and detects the voltage abnormality state. The first to third control signals so as to turn off at least one of the first and second N-channel MOS field effect transistors and turn off the third and fourth N-channel MOS field effect transistors. It is characterized by generating.
本発明に係る半導体装置によれば、半導体基板上の長手方向に繰り返し形成された互いに同一の構成を有する複数のブロックを備えた半導体装置において、上記各ブロックは、上記半導体基板上に形成されたドレイン領域と、上記ドレイン領域上に形成されたチャネル層と、上記チャネル層を貫通して上記ドレイン領域に達しかつ上記チャネル層を横切って分断するようにそれぞれ形成された第1乃至第4のトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介してそれぞれ形成された第1乃至第4のゲート電極と、上記各トレンチ間のチャネル層の上に、上記第1乃至第4のトレンチにそれぞれ対応するように形成された第1乃至第4のソース領域とを備え、全ての上記第2のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、全ての第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続されている。従って、各トレンチにゲート電極を1つしか形成しないので、従来技術に比較して各トレンチの幅を狭くして、トレンチの下を通る電流経路を短くでき、半導体装置のオン抵抗を小さくできる。 According to the semiconductor device of the present invention, in the semiconductor device including a plurality of blocks having the same configuration, which are repeatedly formed in the longitudinal direction on the semiconductor substrate, each of the blocks is formed on the semiconductor substrate. A drain region; a channel layer formed on the drain region; and first to fourth trenches formed to penetrate the channel layer to reach the drain region and to be divided across the channel layer. The first to fourth gate electrodes respectively formed through the gate insulating film and the channel layer between the trenches are formed to correspond to the first to fourth trenches, respectively. First to fourth source regions, all the second gate electrodes are electrically connected to each other, and all the fourth gate electrodes are electrically connected to each other. All the first and third gate electrodes are electrically connected to each other, all the first and second source regions are electrically connected to each other, and all the third and fourth sources are connected to each other. The regions are electrically connected to each other. Therefore, since only one gate electrode is formed in each trench, the width of each trench can be narrowed compared to the prior art, the current path passing under the trench can be shortened, and the on-resistance of the semiconductor device can be reduced.
また、本発明に係る半導体装置の制御方法及び二次電池の保護回路によれば、上記半導体装置を二次電池と負荷との間に接続されるスイッチ回路として用いるので、従来技術に比較して、二次電池を大電流で充放電でき、充電時間の短縮並びに充電効率及び放電効率の向上が可能である。さらに、従来技術に比較して発熱量が小さくユーザにとって使い勝手がよい保護回路を提供できる。 Further, according to the method for controlling a semiconductor device and the protection circuit for a secondary battery according to the present invention, since the semiconductor device is used as a switch circuit connected between the secondary battery and a load, compared with the prior art. The secondary battery can be charged and discharged with a large current, and the charging time can be shortened and the charging efficiency and discharging efficiency can be improved. Furthermore, it is possible to provide a protection circuit that has a small amount of heat generation and is easy to use for the user as compared with the prior art.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。なお、当該明細書において、数式がイメージ入力された墨付き括弧の数番号と、数式が文字入力された大括弧の数式番号とを混在して用いている。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the same component. Note that in this specification, the number number of the black brackets in which the mathematical formula is input and the mathematical formula number of the square brackets in which the mathematical formula is input are mixedly used.
実施形態.
図1は、本発明の実施形態に係る保護回路2を備えた電池パック1の構成を示すブロック図である。また、図1のスイッチ回路20の半導体装置の平面図であり、図3は、図2の半導体装置のA−B線に沿う断面図である。図2及び図3において、スイッチ回路20Aの半導体装置の長手方向(ドレイン領域51に平行な方向である。)及びドレイン領域51に対して垂直な方向をx方向及びy方向とそれぞれ定義する。
Embodiment.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
図1において、電池パック1は二次電池3及び当該二次電池3に接続された保護回路2を備えて構成され、端子T1及びT2を介して携帯電話機などの負荷4に接続されている。二次電池3の充電時には、充電器5がスイッチSW1及びSW2を介して電池パック1に接続される。
In FIG. 1, a
保護回路2は、スイッチ回路20と、当該スイッチ回路20の動作を制御する保護回路10とを備えて構成される。制御回路10は、過充電検出回路11と、過放電検出回路12と、故障検出回路14と、制御信号発生回路13と、端子Vdd,Vssと、放電制御端子Doutと、充電制御端子Coutと、ゲート制御端子Goutと、端子V−とを備えて構成される。
The
過充電検出回路11は端子Vdd及び端子Vssを介して二次電池3の正極端子及び負極端子に接続されている。過充電検出回路11は、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が所定の第1のしきい値以上であることを検出すると、当該検出結果を示すハイレベルの検出信号S11を発生して制御信号発生回路13に出力する一方、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が第1のしきい値未満であることを検出すると、当該検出結果を示すローレベルの検出信号S11を発生して制御信号発生回路13に出力する。ここで、第1のしきい値は、二次電池3の過充電時や過充電電流時の電圧に対応する値に設定される。
The
また、過放電検出回路12は端子Vdd及び端子Vssを介して二次電池3の正極端子及び負極端子に接続されている。過放電検出回路12は、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が所定の第2のしきい値以下であることを検出すると、当該検出結果を示すハイレベルの検出信号S12を発生して制御信号発生回路13に出力する一方、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が第2のしきい値より大きいことを検出すると、当該検出結果を示すローレベルの検出信号S12を発生して制御信号発生回路13に出力する。ここで、第2のしきい値は、二次電池3の過放電時や過放電電流時の電圧に対応する値に設定される。
Further, the
さらに、故障検出回路14は端子Vssを介して二次電池3の負極端子に接続され、端子V−を介してスイッチ回路の端子TS2に接続されている。過放電検出回路12は、端子Vss,V−間の電圧が所定の第3のしきい値以上であることを検出すると、当該検出結果を示すハイレベルの検出信号S14を発生して制御信号発生回路13に出力する一方、端子Vss,V−間の電圧が第3のしきい値未満であることを検出すると、当該検出結果を示すローレベルの検出信号S14を発生して制御信号発生回路13に出力する。ここで、第3のしきい値は、二次電池3において短絡などの致命的な故障が発生した時の電圧に対応する値に設定される。
Further, the
制御信号発生回路13は、入力される検出信号S11,S12,S14に基づいて、詳細後述するように所定の制御信号Cd,Cc,Cgを発生し、放電制御端子Dout、充電制御端子Cout、ゲート制御端子Goutを介してスイッチ回路20にそれぞれ出力する。
The control
図1において、半導体装置にてなるスイッチ回路20は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4と、ダイオードDi1及びDi2と、ソース端子TS1,TS2と、ゲート端子TG1〜TG3とを備えて構成される。詳細後述するように、スイッチ回路20は、双方向の電流経路の切り換えが可能な回路である。ここで、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1のゲートG1はゲート端子TG1を介して放電制御端子Doutに接続され、ソースS1はソース端子TS1を介して二次電池3の負極端子に接続されるとともにダイオードDi1のアノードに接続される。また、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2のゲートG2はゲート端子TG2を介して充電制御端子Coutに接続され、ソースS2はソース端子TS2を介して端子V−及びT2に接続されるとともにダイオードDi2のアノードに接続される。さらに、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM3のゲートG3はゲート端子TG3を介してゲート制御端子Goutに接続され、ソースS3はソース端子TS1を介して二次電池3の負極端子に接続されるとともにダイオードDi1のアノードに接続される。またさらに、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM4のゲートG4はゲート端子TG3を介してゲート制御端子Goutに接続され、ソースS4はソース端子TS2を介して端子V−及びT2に接続されるとともにダイオードDi2のアノードに接続される。なお、ダイオードDi1及びDi2は、スイッチ回路20の半導体装置の形成時に生成される寄生ダイオードであり、ダイオードDi1及びDi2の各カソード及びNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4の各ドレインは共通にドレイン領域51(図3を参照して詳細後述する。)に接続される。
In FIG. 1, a switch circuit 20 made of a semiconductor device includes N-channel MOS field effect transistors M1 to M4, diodes Di1 and Di2, source terminals TS1 and TS2, and gate terminals TG1 to TG3. The As will be described in detail later, the switch circuit 20 is a circuit that can switch bidirectional current paths. Here, the gate G1 of the N-channel MOS field effect transistor M1 is connected to the discharge control terminal Dout through the gate terminal TG1, and the source S1 is connected to the negative terminal of the
図2及び図3において、スイッチ回路20の半導体装置は、当該半導体装置の長手方向(x方向である。)に繰り返し形成された互いに同一の構成を有する複数N個のブロックBn(n=1,2,…,N)を備える。各ブロックBnは、半導体基板50の上に形成されたN型ウェル拡散領域であるドレイン領域51と、ドレイン領域51の上に形成されたP型導電領域であるチャネル層52と、チャネル層52を貫通してドレイン領域51に達しかつチャネル層52を横切って分断するように形成された4つのトレンチ53a,53b,53c,53d内にゲート絶縁膜54a,54b,54c,54dを介してそれぞれ形成されたゲート電極E1,E2,E3,E4と、トレンチ53aとトレンチ53bとの間のチャネル層52の上に形成されたソース領域56aと、トレンチ53bとトレンチ53cとの間のチャネル層52の上に形成されたソース領域56bと、トレンチ53cとトレンチ53dとの間のチャネル層52の上に形成されたソース領域56cと、トレンチ53dと隣のブロックBn+1のトレンチ53aとの間のチャネル層52の上に形成されたソース領域56dとを備えて構成される。また、ソース領域56a,56bとドレイン領域51との間には寄生ダイオードDi1が形成され、ソース領域56c,56dとドレイン領域51との間には寄生ダイオードDi2が形成されている。なお、ソース領域56a〜56dはそれぞれN型導電領域である。また、図2に示すように、トレンチ53a〜53dによって分断された各チャネル層52の上には、写真製版によってN型導電領域であるソース領域56a〜56dと、2個のP型導電領域55が形成されている。P型導電領域55は、チャネル層52の電位を取り出すために形成される。また、ブロックBnの総数Nは、スイッチ回路20に流す放電電流及び充電電流の最大値に基づいて決定され、当該最大値が大きいほど総数Nは大きい値に設定される。
2 and 3, the semiconductor device of the switch circuit 20 includes a plurality of N blocks Bn (n = 1, n) having the same configuration and formed repeatedly in the longitudinal direction (x direction) of the semiconductor device. 2, ..., N). Each block Bn includes a
さらに、図3において、全てのブロックB1〜BNのゲート電極E2は配線WG1を用いて互いに電気的に接続され、配線WG1はゲート端子TG1に接続される。また、全てのブロックB1〜BNのゲート電極E4は配線WG2を用いて互いに電気的に接続され、配線WG2はゲート端子TG2に接続される。全てのブロックB1〜BNのゲート電極E1,E3は配線WG3を用いて互いに電気的に接続され、配線WG3はゲート端子TG3に接続される。また、全てのブロックB1〜BNのソース領域56a,56bは配線WS1を用いて互いに電気的に接続され、配線WS1はソース端子TS1に接続される。さらに、全てのブロックB1〜BNのソース領域56c,56dは配線WS2を用いて互いに電気的に接続され、配線WS2はソース端子TS2に接続される。
Further, in FIG. 3, the gate electrodes E2 of all the blocks B1 to BN are electrically connected to each other using the wiring WG1, and the wiring WG1 is connected to the gate terminal TG1. Further, the gate electrodes E4 of all the blocks B1 to BN are electrically connected to each other using the wiring WG2, and the wiring WG2 is connected to the gate terminal TG2. The gate electrodes E1 and E3 of all the blocks B1 to BN are electrically connected to each other using the wiring WG3, and the wiring WG3 is connected to the gate terminal TG3. Further, the
以上のようにスイッチ回路20Aの半導体装置を構成することにより、半導体基板50上に以下の4つのNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4が繰り返し形成される。
(a)ゲート電極E2であるゲートG1と、ゲート電極E2の両側に形成されたソース領域56a,56bであるソースS1と、ドレイン領域51であるドレインとを有するNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1;
(b)ゲート電極E4であるゲートG2と、ゲート電極E4の両側に形成されたソース領域56c,56dであるソースS2と、ドレイン領域51であるドレインとを有するNチャネル型MOS電界効果トランジスタM2;
(c)ゲート電極E1,E3であるゲートG3と、ソース領域56a,56bであるソースS3と、ドレイン領域51であるドレインとを有するNチャネル型MOS電界効果トランジスタM3;
(d)ゲート電極E1,E3であるゲートG4と、ソース領域56d,56cであるソースS4と、ドレイン領域51であるドレインとを有するNチャネル型MOS電界効果トランジスタM4.
By configuring the semiconductor device of the switch circuit 20A as described above, the following four N-channel MOS field effect transistors M1 to M4 are repeatedly formed on the
(A) an N-channel MOS field effect transistor M1 having a gate G1 that is the gate electrode E2, a source S1 that is the
(B) an N-channel MOS field effect transistor M2 having a gate G2 as the gate electrode E4, a source S2 as the
(C) an N-channel MOS field effect transistor M3 having a gate G3 as the gate electrodes E1 and E3, a source S3 as the
(D) An N-channel MOS field effect transistor M4... Having a gate G4 as the gate electrodes E1 and E3, a source S4 as the
すなわち、図2及び図3に示すように、各Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1はゲート電極E2の両側に形成され、各Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2はゲート電極E4の両側に形成さる。また、各Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM3はゲート電極E1,E3のNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1側に形成され、各Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM4はゲート電極E1,E3のNチャネル型MOS電界効果トランジスタM2側に形成される。 That is, as shown in FIGS. 2 and 3, each N-channel MOS field effect transistor M1 is formed on both sides of the gate electrode E2, and each N-channel MOS field effect transistor M2 is formed on both sides of the gate electrode E4. Each N channel type MOS field effect transistor M3 is formed on the N channel type MOS field effect transistor M1 side of the gate electrodes E1 and E3, and each N channel type MOS field effect transistor M4 is an N channel type of the gate electrodes E1 and E3. It is formed on the MOS field effect transistor M2 side.
次に、以上のように構成されたスイッチ回路20の動作を説明する。表1は、スイッチ回路20の状態と、ゲート端子TG1〜TG3の電圧レベルと、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4のオンオフ状態と、端子TS1,TS2間のオン抵抗値Rsとの関係を示す表である。表1において、ハイレベル及びローレベルの電圧レベルを「H」及び「L」と記載する。また、チャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4のオン抵抗値をそれぞれR1〜R4と定義し、ダイオードRi1,Ri2のオン抵抗値をそれぞれRd1,Rd2と定義する。 Next, the operation of the switch circuit 20 configured as described above will be described. Table 1 shows the relationship between the state of the switch circuit 20, the voltage levels of the gate terminals TG1 to TG3, the on / off states of the N-channel MOS field effect transistors M1 to M4, and the on resistance value Rs between the terminals TS1 and TS2. It is a table | surface which shows. In Table 1, the high-level and low-level voltage levels are described as “H” and “L”. The on-resistance values of the channel-type MOS field effect transistors M1 to M4 are defined as R1 to R4, respectively, and the on-resistance values of the diodes Ri1 and Ri2 are defined as Rd1 and Rd2, respectively.
(1)第1の状態.
第1の状態において、全てのゲート端子TG1〜TG3の電圧レベルはハイレベルに設定される。このとき、全てのNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4はオンする。従って、端子TS1から端子TS2に電流が流れる充電時及び端子TS2から端子TS1に電流が流れる放電時のオン抵抗値Rsは次式で表され、第1〜第8の各状態におけるオン抵抗値Rsのうちで最も小さい。
(1) First state.
In the first state, the voltage levels of all the gate terminals TG1 to TG3 are set to a high level. At this time, all the N-channel MOS field effect transistors M1 to M4 are turned on. Therefore, the on-resistance value Rs during charging when current flows from the terminal TS1 to the terminal TS2 and during discharging when current flows from the terminal TS2 to the terminal TS1 is expressed by the following equations, and the on-resistance value Rs in each of the first to eighth states. The smallest of them.
図3に、第1の状態におけるNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2間の電流経路41及びNチャネル型MOS電界効果トランジスタM3,M4間の電流経路422を示す。Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2のソースS1及びS2はゲート電極E1の両側及びゲート電極E3の両側に形成されているので、ドレイン領域51における電流経路41,42は、ゲート電極E1,E3がそれぞれ形成されているトレンチ53a,53bの下のみを通る。具体的には、電流経路41は、トレンチ53bの近傍をソース領域56aからドレイン領域51までy方向に通り、ドレイン領域11をx方向に通り、トレンチ53dの近傍をドレイン領域51からソース領域56dまでy方向に通る経路と、トレンチ53bの近傍をソース領域56bからドレイン領域51までy方向に通り、ドレイン領域11をx方向に通り、トレンチ53dの近傍をドレイン領域51からソース領域56cまでy方向に通る経路とを含む。また、電流経路42は、トレンチ53aの近傍をソース領域56dからドレイン領域51までy方向に通り、ドレイン領域11をx方向に通り、トレンチ53aの近傍をドレイン領域51からソース領域56aまでy方向に通る経路と、トレンチ53cの近傍をソース領域56bからドレイン領域51までy方向に通り、ドレイン領域11をx方向に通り、トレンチ53cの近傍をドレイン領域51からソース領域56cまでy方向に通る経路とを含む。
FIG. 3 shows a
(2)第2の状態.
第2の状態において、ゲート端子TG2,TG3の各電圧レベルはハイレベルに設定され、ゲート端子TG1の電圧レベルはローレベルに設定される。このとき、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2〜M4はオンし、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1はオフする。従って、充電時及び放電時のオン抵抗値Rsは次式でそれぞれ表される。
(2) Second state.
In the second state, the voltage levels of the gate terminals TG2 and TG3 are set to a high level, and the voltage level of the gate terminal TG1 is set to a low level. At this time, the N-channel MOS field effect transistors M2 to M4 are turned on, and the N-channel MOS field effect transistor M1 is turned off. Therefore, the on-resistance value Rs during charging and discharging is expressed by the following equations, respectively.
(3)第3の状態.
第3の状態において、ゲート端子TG1,TG3の各電圧レベルはハイレベルに設定され、ゲート端子TG2の電圧レベルはローレベルに設定される。このとき、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M3,M4はオンし、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2はオフする。従って、充電時及び放電時のオン抵抗値Rsは次式でそれぞれ表される。
(3) Third state.
In the third state, the voltage levels of the gate terminals TG1 and TG3 are set to a high level, and the voltage level of the gate terminal TG2 is set to a low level. At this time, the N-channel MOS field effect transistors M1, M3, and M4 are turned on, and the N-channel MOS field effect transistor M2 is turned off. Therefore, the on-resistance value Rs during charging and discharging is expressed by the following equations, respectively.
(4)第4の状態.
第4の状態において、ゲート端子TG3の電圧レベルはハイレベルに設定され、ゲート端子TG1,TG2の各電圧レベルはローレベルに設定される。このとき、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM3,M4はオンし、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2はオフする。従って、充電時及び放電時のオン抵抗値Rsは次式でそれぞれ表される。
(4) Fourth state.
In the fourth state, the voltage level of the gate terminal TG3 is set to a high level, and the voltage levels of the gate terminals TG1 and TG2 are set to a low level. At this time, the N-channel MOS field effect transistors M3 and M4 are turned on, and the N-channel MOS field effect transistors M1 and M2 are turned off. Therefore, the on-resistance value Rs during charging and discharging is expressed by the following equations, respectively.
[数1]
Rs=R3+R4
[Equation 1]
Rs = R3 + R4
(5)第5の状態.
第5の状態において、ゲート端子TG1,TG2の各電圧レベルはハイレベルに設定され、ゲート端子TG3の電圧レベルはローレベルに設定される。このとき、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2はオンし、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM3,M4はオフする。従って、充電時及び放電時のオン抵抗値Rsは次式でそれぞれ表される。
(5) Fifth state.
In the fifth state, the voltage levels of the gate terminals TG1 and TG2 are set to a high level, and the voltage level of the gate terminal TG3 is set to a low level. At this time, the N-channel MOS field effect transistors M1 and M2 are turned on, and the N-channel MOS field effect transistors M3 and M4 are turned off. Therefore, the on-resistance value Rs during charging and discharging is expressed by the following equations, respectively.
[数2]
Rs=R1+R2
[Equation 2]
Rs = R1 + R2
(6)第6の状態.
第6の状態において、ゲート端子TG2の電圧レベルはハイレベルに設定され、ゲート端子TG1,TG3の各電圧レベルはローレベルに設定される。このとき、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2はオンし、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M3,M4はオフする。従って、第6の状態において、充電時のオン抵抗値Rsは次式で表される。一方、寄生ダイオードD1によってソースS2からソースS1への電流の流れが阻止されるので、放電電流は流れない。
(6) Sixth state.
In the sixth state, the voltage level of the gate terminal TG2 is set to a high level, and the voltage levels of the gate terminals TG1 and TG3 are set to a low level. At this time, the N-channel MOS field effect transistor M2 is turned on, and the N-channel MOS field effect transistors M1, M3, and M4 are turned off. Accordingly, in the sixth state, the on-resistance value Rs during charging is expressed by the following equation. On the other hand, since the parasitic diode D1 prevents current flow from the source S2 to the source S1, no discharge current flows.
[数3]
Rs=Rd1+R2
[Equation 3]
Rs = Rd1 + R2
(7)第7の状態.
第7の状態において、ゲート端子TG1の電圧レベルはハイレベルに設定され、ゲート端子TG2,TG3の各電圧レベルはローレベルに設定される。このとき、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1はオンし、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2,M3,M4はオフする。従って、第7の状態において、放電時のオン抵抗値Rsは次式で表される。一方、寄生ダイオードD2によってソースS1からソースS2への電流の流れが阻止されるので、充電電流は流れない。
(7) Seventh state.
In the seventh state, the voltage level of the gate terminal TG1 is set to a high level, and the voltage levels of the gate terminals TG2 and TG3 are set to a low level. At this time, the N-channel MOS field effect transistor M1 is turned on, and the N-channel MOS field effect transistors M2, M3, and M4 are turned off. Accordingly, in the seventh state, the on-resistance value Rs during discharge is expressed by the following equation. On the other hand, since the current flow from the source S1 to the source S2 is blocked by the parasitic diode D2, no charging current flows.
[数4]
Rs=R1+Rd2
[Equation 4]
Rs = R1 + Rd2
(8)第8の状態.
第8の状態において、全てのゲート端子TG1〜TG3の各電圧レベルはローレベルに設定される。このとき、全てのNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4はオフする。従って、端子TS1,TS2間に電流は流れない。
(8) Eighth state.
In the eighth state, each voltage level of all the gate terminals TG1 to TG3 is set to a low level. At this time, all the N-channel MOS field effect transistors M1 to M4 are turned off. Therefore, no current flows between the terminals TS1 and TS2.
次に、制御信号発生回路13によるスイッチ回路20の動作の制御方法を説明する。制御信号発生回路13は、入力される検出信号S11,S12,S14に基づいて、スイッチ回路20の状態を第1,第6,第7,第8の状態のうちの1つの状態に切り換えるように制御する。具体的には、ローレベルの検出信号S11,S12,S14に応答して、制御信号発生回路13はハイレベルの制御信号Cd,Cc,Cgを発生してゲート端子TG1,TG2,TG3にそれぞれ出力することにより、スイッチ回路20の状態を第1の状態に切り換える。また、ハイレベルの検出信号S12に応答して、制御信号発生回路13は、ローレベルの制御信号Cdと、ハイレベルの制御信号Ccと、ローレベルの制御信号Cgとを発生してゲート端子TG1,TG2,TG3にそれぞれ出力することにより、スイッチ回路20の状態を第6の状態に切り換える。さらに、ハイレベルの検出信号S11に応答して、制御信号発生回路13は、ハイレベルの制御信号Cdと、ローレベルの制御信号Ccと、ローレベルの制御信号Cgとを発生してゲート端子TG1,TG2,TG3にそれぞれ出力することにより、スイッチ回路20の状態を第7の状態に切り換える。また、ハイレベルの検出信号S14に応答して、制御信号発生回路13は、ローレベルの制御信号Cd,Cc,Cgを発生してゲート端子TG1,TG2,TG3にそれぞれ出力することにより、スイッチ回路20の状態を第8の状態に切り換える。なお、制御電圧発生回路13は、スイッチ回路20の状態を第2〜第5の各状態に切り換えない。
Next, a method for controlling the operation of the switch circuit 20 by the control
すなわち、制御回路10は、過充電検出回路11、過放電検出回路12によって、第2のしきい値より大きくかつ第1のしきい値より小さい二次電池3の正極及び負極端子間の正常電圧を検出したときに、スイッチ回路20を第1の状態に切り換えてNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4をオンするように制御する。また、制御回路10は、(a)過充電検出回路11によって第1のしきい値以上の二次電池3の正極及び負極端子間の電圧異常を検出したとき、(b)過放電検出回路11によって第2のしきい値以下の二次電池3の正極及び負極端子間の電圧異常を検出したとき、又は(c)故障検出回路14によって端子Vss,V−間の電圧が第3のしきい値以上である二次電池3の電圧異常を検出したときに、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M2のうちの少なくとも一方をオフしかつNチャネル型MOS電界効果トランジスタM3,M4をオフするように制御する。
That is, the control circuit 10 uses the
例えば、電池パック1に負荷4が接続されて二次電池3が放電状態にあるときに、二次電池3が過放電状態になると、過放電検出回路12によって、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が第2のしきい値以下であることが検出されてハイレベルの検出信号S12が発生される。これに応答して、制御信号発生回路13は、スイッチ回路20の状態を第6の状態に切り換える。これにより、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2はオンのままに設定され、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1,M3,M4はオフに切り換えられる。その結果、端子TS2から端子TS1に向かう電流は遮断されるので、二次電池3から負荷4への給電が遮断される。しかしながら、端子TS1から端子TS2に向かう電流は、寄生ダイオードDi1とNチャネル型MOS電界効果トランジスタM2を介して流れることができるので、二次電池3の充電は可能である。
For example, when the
次に、この状態で、充電器5がスイッチSW1,SW2を介して電池パック1に接続されると、スイッチ回路20Aに流れる電流の向きが反転し、寄生ダイオードDi1とNチャネル型MOS電界効果トランジスタM2を介して端子TS1から端子TS2に向かって充電電流が流れる。そして、過放電検出回路12によって、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が第2のしきい値より大きくなったことが検出されてローレベルの検出信号S12が発生される。これに応答して、制御信号発生回路13は、スイッチ回路20の状態を第1の状態に切り換える。この結果、全てのNチャネル型MOS電界効果トランジスタがオンするので、端子TS1,TS2間のオン抵抗値Rsは最小になる。このため、二次電池3の大電流での充電が可能となる。なお、充電器5を電池パック1に接続した直後は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2だけしかオンしていないが、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタのオン抵抗値R2に比べ、寄生ダイオードDi1のオン抵抗値Rd1の方が圧倒的に大きいので、充電電流は流れる。
Next, in this state, when the
さらに、電池パック1に充電器5が接続されて二次電池3が充電状態にあるときに、二次電池3が過充電状態になると、過充電検出回路11によって、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が第1のしきい値以上であることが検出されてハイレベルの検出信号S11が発生される。これに応答して、制御信号発生回路13は、スイッチ回路20の状態を第7の状態に切り換える。これにより、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM1はオンのままに設定され、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM2,M3,M4はオフに切り換えられる。その結果、端子TS1から端子TS2に向かう電流は遮断されるので、充電器5から二次電池3への充電電流が遮断される。しかしながら、端子TS2から端子TS1に向かう電流は、寄生ダイオードDi2とNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1を介して流れることができるので、二次電池3の放電は可能である。
Furthermore, when the
次に、この状態で二次電池3に負荷4が接続されると放電電流が流れる。そして、過充電検出回路11によって、二次電池3の正極端子及び負極端子間の電圧が第1のしきい値未満になったことが検出されてローレベルの検出信号S11が発生される。これに応答して、制御信号発生回路13は、スイッチ回路20の状態を第1の状態に切り換える。この結果、全てのNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4がオンするので、端子TS1,TS2間のオン抵抗値Rsは最小になる。このため、二次電池3の大電流での放電が可能となる。
Next, when the
さらに、短絡などの電池パック1の充放電が行なえないような致命的な故障が発生すると、故障検出回路14によって端子Vss,V−間の電圧が第3のしきい値以上であることが検出されてハイレベルの検出信号S14が発生される。これに応答して、制御信号発生回路13は、スイッチ回路20の状態を第8の状態に切り換える。これにより、全てのNチャネル型MOS電界効果トランジスタM1〜M4はオフし、端子TS1と端子TS2との間は完全に遮断されるので、二次電池3は充電も放電されない。
Further, when a fatal failure such as a short circuit that cannot charge / discharge the
以上詳述したように、本実施形態に係るスイッチ回路20の半導体装置によれば、各トレンチ53a〜53dにはゲート電極を1つしか形成しないので、図6の第2の従来技術に係るスイッチ回路20Bの半導体装置に比較して各トレンチ53a〜53dの幅を極めて狭くできる。このため、トレンチ53a,53cの下を通る電流経路41,43の長さが短くなり、スイッチ回路20のオン抵抗を小さくできる。また、従来技術に比較して各トレンチ53a〜53dの幅を狭くできるので、同一の半導体基板50上により多くのNチャネル型MOS電界効果トランジスタを形成でき、スイッチ回路20のオン抵抗を小さくできる。さらに、従来技術に比較してスイッチ回路20のオン抵抗を小さくできるので、スイッチ回路20における発熱を小さくできる。
As described above in detail, according to the semiconductor device of the switch circuit 20 according to the present embodiment, since only one gate electrode is formed in each of the
本実施形態に係る保護回路2によれば、上述したスイッチ回路20Aを用いたので、従来技術に比較して、二次電池3を大電流で充放電でき、充電時間の短縮並びに充電効率及び放電効率の向上が可能である。さらに、従来技術に比較して発熱量が小さくユーザにとって使い勝手がよい保護回路2を提供できる。
According to the
以上詳述したように、本発明に係る半導体装置によれば、半導体基板上の長手方向に繰り返し形成された互いに同一の構成を有する複数のブロックを備えた半導体装置において、上記各ブロックは、上記半導体基板上に形成されたドレイン領域と、上記ドレイン領域上に形成されたチャネル層と、上記チャネル層を貫通して上記ドレイン領域に達しかつ上記チャネル層を横切って分断するようにそれぞれ形成された第1乃至第4のトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介してそれぞれ形成された第1乃至第4のゲート電極と、上記各トレンチ間のチャネル層の上に、上記第1乃至第4のトレンチにそれぞれ対応するように形成された第1乃至第4のソース領域とを備え、全ての上記第2のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、全ての第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、全ての第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続されている。従って、各トレンチにゲート電極を1つしか形成しないので、従来技術に比較して各トレンチの幅を狭くして、トレンチの下を通る電流経路を短くでき、半導体装置のオン抵抗を小さくできる。 As described above in detail, according to the semiconductor device of the present invention, in each of the semiconductor devices including a plurality of blocks having the same configuration, which are repeatedly formed in the longitudinal direction on the semiconductor substrate, each of the blocks is A drain region formed on the semiconductor substrate, a channel layer formed on the drain region, and formed so as to penetrate the channel layer to reach the drain region and to be divided across the channel layer. The first to fourth trenches are formed on the channel layers between the first to fourth gate electrodes formed in the first to fourth trenches through the gate insulating film, and between the trenches. First to fourth source regions formed so as to correspond to each other, all the second gate electrodes are electrically connected to each other, and all the fourth gate electrodes are connected to each other. All the first and third gate electrodes are electrically connected to each other, all the first and second source regions are electrically connected to each other, and all the first and third gate electrodes are electrically connected to each other. The third and fourth source regions are electrically connected to each other. Therefore, since only one gate electrode is formed in each trench, the width of each trench can be narrowed compared to the prior art, the current path passing under the trench can be shortened, and the on-resistance of the semiconductor device can be reduced.
また、本発明に係る半導体装置の制御方法及び二次電池の保護回路によれば、上記半導体装置を二次電池と負荷との間に接続されるスイッチ回路として用いるので、従来技術に比較して、二次電池を大電流で充放電でき、充電時間の短縮並びに充電効率及び放電効率の向上が可能である。さらに、従来技術に比較して発熱量が小さくユーザにとって使い勝手がよい保護回路を提供できる。 Further, according to the method for controlling a semiconductor device and the protection circuit for a secondary battery according to the present invention, since the semiconductor device is used as a switch circuit connected between the secondary battery and a load, compared with the prior art. The secondary battery can be charged and discharged with a large current, and the charging time can be shortened and the charging efficiency and discharging efficiency can be improved. Furthermore, it is possible to provide a protection circuit that has a small amount of heat generation and is easy to use for the user as compared with the prior art.
1…電池パック、
2…保護回路、
3…二次電池、
4…負荷、
5…充電器、
10…制御回路、
11…過充電検出回路、
12…過放電検出回路、
13…制御信号発生回路、
14…故障検出回路、
20…スイッチ回路、
41,42…電流経路、
50…半導体基板、
51…ドレイン領域、
52…チャネル層(P型導電領域)、
53a,53b,53c,53d…トレンチ、
54a,54b,54c,54d…ゲート絶縁膜、
55…P型導電領域、
56a,56b,56c,56d…ソース領域(N型導電領域)
Di1,Di2…ダイオード、
E1,E2,E3,E4…ゲート電極、
M1,M2,M3,M4…Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ。
1 ... Battery pack,
2 ... Protection circuit,
3 ... secondary battery,
4 ... Load,
5 ... Charger,
10: Control circuit,
11 ... Overcharge detection circuit,
12: Overdischarge detection circuit,
13 ... control signal generation circuit,
14 ... Fault detection circuit,
20 ... Switch circuit,
41, 42 ... current path,
50 ... Semiconductor substrate,
51 ... drain region,
52 ... Channel layer (P-type conductive region),
53a, 53b, 53c, 53d ... trench,
54a, 54b, 54c, 54d ... gate insulating film,
55 ... P-type conductive region,
56a, 56b, 56c, 56d ... Source region (N-type conductive region)
Di1, Di2 ... diodes,
E1, E2, E3, E4 ... gate electrodes,
M1, M2, M3, M4... N-channel MOS field effect transistors.
Claims (13)
上記半導体装置は、半導体基板上の長手方向に繰り返し形成された互いに同一の構成を有する複数のブロックを備え、
上記各ブロックは、
上記半導体基板上に形成されたドレイン領域と、
上記ドレイン領域上に形成されたチャネル層と、
上記チャネル層を貫通して上記ドレイン領域に達しかつ上記チャネル層を横切って分断するようにそれぞれ形成された第1乃至第4のトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介してそれぞれ形成された第1乃至第4のゲート電極と、
上記各トレンチ間のチャネル層の上に、上記第1乃至第4のトレンチにそれぞれ対応するように形成された第1乃至第4のソース領域とを備え、
上記第2のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、
上記第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続され、
上記半導体装置は、
上記第2のゲート電極であるゲートと、上記第2のゲート電極の両側に形成された上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第1のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第4のゲート電極であるゲートと、上記第4のゲート電極の両側に形成された上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第2のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第3のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタとを備え、
第1、第2及び第3の制御信号を発生して、上記第2のゲート電極、第4のゲート電極、並びに第1及び第3のゲート電極にそれぞれ印加することにより、上記第1乃至第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオンオフ制御し、
上記第1及び第2のソース領域は二次電池の負極端子に接続され、
上記第3及び第4のソース領域は、上記二次電池に接続された負荷に接続され、
少なくとも上記二次電池の電圧に基づいて、上記第1、第2及び第3の制御信号を発生することを特徴とする半導体装置の制御方法。 A method for controlling a semiconductor device connected to a secondary battery,
The semiconductor device includes a plurality of blocks having the same configuration and formed repeatedly in the longitudinal direction on a semiconductor substrate ,
Each block above
A drain region formed on the semiconductor substrate;
A channel layer formed on the drain region;
First to fourth trenches are formed through gate insulating films in first to fourth trenches formed so as to penetrate the channel layer, reach the drain region, and are divided across the channel layer. A fourth gate electrode;
First to fourth source regions formed on the channel layer between the trenches so as to correspond to the first to fourth trenches, respectively.
Upper Symbol second gate electrode are electrically connected to each other,
Fourth gate electrode above SL are electrically connected to each other,
The first and third gate electrodes above SL are electrically connected to each other,
It said first and second source regions are electrically connected to each other,
A source region of the third and fourth are electrically connected to each other,
The semiconductor device is
A first N having a gate as the second gate electrode, a source as the first and second source regions formed on both sides of the second gate electrode, and a drain as the drain region. A channel MOS field effect transistor;
A second N having a gate as the fourth gate electrode, a source as the third and fourth source regions formed on both sides of the fourth gate electrode, and a drain as the drain region. A channel MOS field effect transistor;
A third N-channel MOS field effect transistor having a gate which is the first and third gate electrodes, a source which is the first and second source regions, and a drain which is the drain region;
A fourth N-channel MOS field effect transistor having a gate as the first and third gate electrodes, a source as the third and fourth source regions, and a drain as the drain region. ,
First, second, and third control signals are generated and applied to the second gate electrode, the fourth gate electrode, and the first and third gate electrodes, respectively. 4 N-channel MOS field effect transistors are turned on and off,
The first and second source regions are connected to the negative electrode terminal of the secondary battery,
The third and fourth source regions are connected to a load connected to the secondary battery,
A method for controlling a semiconductor device , characterized in that the first, second and third control signals are generated based on at least the voltage of the secondary battery .
全ての上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、All the fourth gate electrodes are electrically connected to each other;
全ての上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、All the first and third gate electrodes are electrically connected to each other;
全ての上記第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、All the first and second source regions are electrically connected to each other;
全ての上記第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続されたことを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載の半導体装置の制御方法。4. The method of controlling a semiconductor device according to claim 1, wherein all the third and fourth source regions are electrically connected to each other.
半導体基板上の長手方向に繰り返し形成された互いに同一の構成を有する複数のブロックを備えた半導体装置において、
上記各ブロックは、
上記半導体基板上に形成されたドレイン領域と、
上記ドレイン領域上に形成されたチャネル層と、
上記チャネル層を貫通して上記ドレイン領域に達しかつ上記チャネル層を横切って分断するようにそれぞれ形成された第1乃至第4のトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介してそれぞれ形成された第1乃至第4のゲート電極と、
上記各トレンチ間のチャネル層の上に、上記第1乃至第4のトレンチにそれぞれ対応するように形成された第1乃至第4のソース領域とを備え、
上記第2のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、
上記第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第2のソース領域は二次電池の負極端子に接続され、
上記第3及び第4のソース領域は、上記二次電池に接続された負荷に接続され、
少なくとも上記二次電池の電圧に基づいて、制御信号を発生することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device connected to a secondary battery,
In a semiconductor device provided with a plurality of blocks having the same configuration mutually formed in the longitudinal direction on a semiconductor substrate,
Each block above
A drain region formed on the semiconductor substrate;
A channel layer formed on the drain region;
First to fourth trenches are formed through gate insulating films in first to fourth trenches formed so as to penetrate the channel layer, reach the drain region, and are divided across the channel layer. A fourth gate electrode;
First to fourth source regions formed on the channel layer between the trenches so as to correspond to the first to fourth trenches, respectively.
The second gate electrodes are electrically connected to each other;
The fourth gate electrodes are electrically connected to each other;
The first and third gate electrodes are electrically connected to each other;
It said first and second source regions are electrically connected to each other,
A source region of the third and fourth are electrically connected to each other,
The first and second source regions are connected to the negative electrode terminal of the secondary battery,
The third and fourth source regions are connected to a load connected to the secondary battery,
A semiconductor device which generates a control signal based on at least the voltage of the secondary battery .
上記第2のゲート電極であるゲートと、上記第2のゲート電極の両側に形成された上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第1のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第4のゲート電極であるゲートと、上記第4のゲート電極の両側に形成された上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第2のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第3のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタとを備え、
上記制御信号として第1、第2及び第3の制御信号を発生して、上記第2のゲート電極、第4のゲート電極、並びに第1及び第3のゲート電極にそれぞれ印加することにより、上記第1乃至第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオンオフ制御することを特徴とする請求項5記載の半導体装置。 The semiconductor device is
A gate upper SL is a second gate electrode, and a source is the second of said first and second source regions formed on both sides of the gate electrode, a first having a drain and a said drain region An N-channel MOS field effect transistor;
A second N having a gate as the fourth gate electrode, a source as the third and fourth source regions formed on both sides of the fourth gate electrode, and a drain as the drain region. A channel MOS field effect transistor;
A third N-channel MOS field effect transistor having a gate which is the first and third gate electrodes, a source which is the first and second source regions, and a drain which is the drain region;
A fourth N-channel MOS field effect transistor having a gate as the first and third gate electrodes, a source as the third and fourth source regions, and a drain as the drain region. ,
First as the control signal, generates a second and a third control signal, the second gate electrode, a fourth gate electrode, and by applying to the first and third gate electrodes, the 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the first to fourth N-channel MOS field effect transistors are on / off controlled .
全ての上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、All the fourth gate electrodes are electrically connected to each other;
全ての上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、All the first and third gate electrodes are electrically connected to each other;
全ての上記第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、All the first and second source regions are electrically connected to each other;
全ての上記第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続されたことを特徴とする請求項5乃至8のうちのいずれか1つに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 5, wherein all the third and fourth source regions are electrically connected to each other.
上記二次電池に接続された負荷との間に接続されたスイッチ回路と、
上記二次電池に並列に接続された制御回路とを備え、
上記スイッチ回路を構成する半導体装置は、半導体基板上の長手方向に繰り返し形成された互いに同一の構成を有する複数のブロックを備え、
上記各ブロックは、
上記半導体基板上に形成されたドレイン領域と、
上記ドレイン領域上に形成されたチャネル層と、
上記チャネル層を貫通して上記ドレイン領域に達しかつ上記チャネル層を横切って分断するようにそれぞれ形成された第1乃至第4のトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介してそれぞれ形成された第1乃至第4のゲート電極と、
上記各トレンチ間のチャネル層の上に、上記第1乃至第4のトレンチにそれぞれ対応するように形成された第1乃至第4のソース領域とを備え、
上記第2のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、
上記第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続され、
上記第1及び第2のソース領域は上記二次電池の負極端子に接続され、かつ上記第3及び第4のソース領域は上記負荷に接続され、
上記スイッチ回路は、
上記第2のゲート電極であるゲートと、上記第2のゲート電極の両側に形成された上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第1のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第4のゲート電極であるゲートと、上記第4のゲート電極の両側に形成された上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第2のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第1及び第2のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第3のNチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
上記第1及び第3のゲート電極であるゲートと、上記第3及び第4のソース領域であるソースと、上記ドレイン領域であるドレインとを有する第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタとを備え、
上記制御回路は、少なくとも上記二次電池の電圧に基づいて、第1、第2及び第3の制御信号を発生して、上記第2のゲート電極、第4のゲート電極、並びに第1及び第3のゲート電極にそれぞれ印加することにより、上記第1乃至第4のNチャネル型MOS電界効果トランジスタをオンオフ制御することを特徴とする二次電池の保護回路。 A secondary battery protection circuit,
A switch circuit connected between the load connected to the secondary battery,
A control circuit connected in parallel to the secondary battery ,
The semiconductor device constituting the switch circuit includes a plurality of blocks having the same configuration and formed repeatedly in the longitudinal direction on the semiconductor substrate ,
Each block above
A drain region formed on the semiconductor substrate;
A channel layer formed on the drain region;
First to fourth trenches are formed through gate insulating films in first to fourth trenches formed so as to penetrate the channel layer, reach the drain region, and are divided across the channel layer. A fourth gate electrode;
First to fourth source regions formed on the channel layer between the trenches so as to correspond to the first to fourth trenches, respectively.
Upper Symbol second gate electrode are electrically connected to each other,
Fourth gate electrode above SL are electrically connected to each other,
The first and third gate electrodes above SL are electrically connected to each other,
It said first and second source regions are electrically connected to each other,
A source region of the third and fourth are electrically connected to each other,
The first and second source regions are connected to the negative terminal of the secondary battery, and the third and fourth source regions are connected to the load,
The switch circuit is
A first N having a gate as the second gate electrode, a source as the first and second source regions formed on both sides of the second gate electrode, and a drain as the drain region. A channel MOS field effect transistor;
A second N having a gate as the fourth gate electrode, a source as the third and fourth source regions formed on both sides of the fourth gate electrode, and a drain as the drain region. A channel MOS field effect transistor;
A third N-channel MOS field effect transistor having a gate which is the first and third gate electrodes, a source which is the first and second source regions, and a drain which is the drain region;
A fourth N-channel MOS field effect transistor having a gate as the first and third gate electrodes, a source as the third and fourth source regions, and a drain as the drain region. ,
The control circuit generates first, second, and third control signals based on at least the voltage of the secondary battery, and generates the second gate electrode, the fourth gate electrode, and the first and second A protection circuit for a secondary battery, wherein the first to fourth N-channel MOS field effect transistors are controlled to be turned on and off by being respectively applied to three gate electrodes .
全ての上記第4のゲート電極は互いに電気的に接続され、All the fourth gate electrodes are electrically connected to each other;
全ての上記第1及び第3のゲート電極は互いに電気的に接続され、All the first and third gate electrodes are electrically connected to each other;
全ての上記第1及び第2のソース領域は互いに電気的に接続され、All the first and second source regions are electrically connected to each other;
全ての上記第3及び第4のソース領域は互いに電気的に接続されたことを特徴とする請求項10乃至12のうちのいずれか1つに記載の二次電池の保護回路。The secondary battery protection circuit according to claim 10, wherein all the third and fourth source regions are electrically connected to each other.
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