JP6436728B2 - 温度検出回路及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、過熱保護回路などに用いられる温度検出回路に関する。

図６は、従来の温度検出回路の構成例を示す回路図である。
定電流回路１０８とダイオード１０２と可変抵抗１１３は、電源端子１０とグランド端子１１の間に直列に接続される。ダイオード１０２は、アノードが定電流回路１０８とＰチャネルトランジスタ１１１のゲートに接続され、カソードが可変抵抗１１３に接続されている。抵抗１０９と抵抗１１０は、電源端子１０とグランド端子１１の間に直列に接続される。抵抗１０９と抵抗１１０の接続点は、Ｎチャネルトランジスタ１１２のゲートに接続される。Ｐチャネルトランジスタ１１１は、ソースが電源端子１０に接続され、ドレインは出力端子１２に接続される。Ｎチャネルトランジスタ１１２は、ドレインが出力端子１２に接続され、ソースがグランド端子に接続される。

温度が上昇すると、ダイオード１０２は両端の電圧が小さくなり、Ｐチャネルトランジスタ１１１は閾値電圧（Ｖｔｈ）の絶対値が小さくなる。
このため、温度が高くなると、Ｐチャネルトランジスタ１１１の閾値電圧（Ｖｔｈ）と、電源端子１０とＰチャネルトランジスタ１１１のゲート端子間の電圧が逆転し、Ｐチャネルトランジスタ１１１はオンする。従って、出力端子１２の電圧は、グランド端子１１の電圧から電源端子１０の電圧に反転する。
可変抵抗１１３は、温度検出回路の検出温度を調整するため、抵抗値を適切な値に設定する。

特開２００７−３１２５２９号公報

しかしながら、従来の温度検出回路では、検出温度の調整のために、Ｐチャネルトランジスタ１１１の閾値電圧及びその温度特性と、定電流１０８の電流値及びその温度特性と、可変抵抗１１３の温度特性を考慮した上で、可変抵抗の抵抗値を調整する必要があった。

本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、調整を簡便に行うことができ、かつ精度のよい温度検出回路を実現するものである。

本発明の温度検出回路は、定電流を出力する定電流回路と、感熱素子の出力する電圧によって制御され温度に応じた電流を出力する電圧制御電流回路と、定電流と温度に応じた電流を比較し所定の温度を検出したことを示す検出信号を出力する電流比較器を備え、定電流回路の温度特性と電圧制御電流回路の温度特性に相関を持たせ、定電流回路の出力電流と電圧制御電流回路の出力電流を比較した結果で温度検出する構成とした。

本発明の温度検出回路によれば、定電流回路の温度特性と感熱素子の電圧により制御される電圧制御電流回路の温度特性が相関関係を持つ回路としたことで、検出温度の製造ばらつきが少なく、かつ製造ばらつきに対する調整を簡便に行うことができるという効果がある。

本実施形態の温度検出回路を示すブロック図である。 本実施形態の温度検出回路の調整原理を示す図である。 本実施形態の温度検出回路の一例を示す回路図である。 本実施形態の温度検出回路の他の例を示す回路図である。 本実施形態の温度検出回路の他の例を示す回路図である。 従来の温度検出回路を示す図である。 本実施形態の温度検出回路による過熱保護回路を備えた半導体装置の一例を示す回路図である。

図１は、本実施形態の温度検出回路のブロック図である。
本実施形態の温度検出回路は、感熱素子１０１と、定電流回路１０８と、電圧制御電流回路１０４と、電流比較器１０６と、を備えている。

感熱素子１０１は、温度に応じた電圧Ｖｄを出力する。電圧制御電流回路１０４は、感熱素子１０１から入力される電圧Ｖｄに応じた定電流Ｉ１を流す。定電流回路１０８は、温度特性を持った定電流Ｉ２を流す。定電流Ｉ１と定電流Ｉ２の温度特性は、製造上のばらつきを有するが、同じようにばらつく回路構成とする。電流比較器１０６は、定電流Ｉ１と定電流Ｉ２を比較して、その結果により温度検出回路の出力信号である信号ＶＤＥＴを出力する。
このように温度検出回路を構成したので、検出温度の製造ばらつきが少ない温度検出回路を構成することが出来る。

次に、本実施形態の温度検出回路の検出温度の製造ばらつきを調整する方法について説明する。
図２は、本実施形態の温度検出回路の調整原理を示す図である。
ａ）は感熱素子１０１の電圧Ｖｄの温度特性、ｂ）は電圧制御電流回路１０４の定電流Ｉ１と定電流回路１０８の定電流Ｉ２の温度特性、ｃ）は信号ＶＤＥＴ、を示す。

感熱素子１０１の電圧Ｖｄは、温度と比例して低くなる。定電流回路１０８の定電流Ｉ２は、温度と比例して低くなる。定電流Ｉ２のバラツキを含まない電流値を破線で示す。電圧制御電流回路１０４の定電流Ｉ１は、入力される電圧Ｖｄに応じて高くなるように設定する。定電流Ｉ１の調整前の電流値を破線で示す。

電流比較器１０６は、定電流Ｉ１と定電流Ｉ２とを比較し、信号ＶＤＥＴを出力する。信号ＶＤＥＴが反転する温度の期待値は、破線の定電流Ｉ１と破線の定電流Ｉ２が交差する温度Ｔ１である。

製造ばらつきにより、定電流回路１０８の定電流Ｉ２の温度特性が図２ｂ）の実線で示すような特性になったとき、信号ＶＤＥＴが反転する温度は、破線の定電流Ｉ１と実線の定電流Ｉ２が交差する温度Ｔ０になってしまう。このとき、電圧制御電流回路１０４の定電流Ｉ１の温度特性を図２ｂ）の実線で示すような特性にすることにより、信号ＶＤＥＴが反転する温度を実線の定電流Ｉ１と実線の定電流Ｉ２が交差する温度Ｔ１にすることができる。

従って、定電流回路１０８の定電流Ｉ２の温度特性がばらついたとしても、温度検出回路の検出温度は所望の温度Ｔ１に簡単に調整することができる。
なお、定電流回路１０８の定電流Ｉ２の温度特性を破線で示すような特性に調整することにより、信号ＶＤＥＴが反転する温度を温度Ｔ１にすることもできる。

図３は、本実施形態の温度検出回路の一例を示す回路図である。
Ｎチャネルデプレッショントランジスタ１は、ドレインが電源端子１０と接続され、ソースとゲートがＮチャネルトランジスタ４のドレインに接続される。Ｎチャネルトランジスタ４は、ソースがグランド端子１１に接続され、ゲートが抵抗９の一端に接続される。抵抗９の他端は、グランド端子１１に接続される。Ｎチャネルデプレッショントランジスタ２は、ゲートがＮチャネルトランジスタ４のドレインに接続され、ソースが抵抗９の一端に接続される。Ｐチャネルトランジスタ５は、ソースが電源端子１０に接続され、ドレインとゲートがＮチャネルデプレッショントランジスタ２のドレインに接続される。Ｐチャネルトランジスタ６は、ソースが電源端子１０に接続され、ゲートがＰチャネルトランジスタ５のゲートに接続され、ドレインが出力端子１２に接続される。Ｎチャネルデプレッショントランジスタ３は、ドレインが出力端子１２に接続され、ゲートがＮチャネルデプレッショントランジスタ２のゲートに接続され、ソースが抵抗１３の一端に接続される。ダイオード８は、アノードが抵抗１３の他端に接続され、カソードがグランド端子１１に接続される。Ｐチャネルトランジスタ５とＰチャネルトランジスタ６は、カレントミラーを構成している。

Ｎチャネルデプレッショントランジスタ２は定電流回路１０８を、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ３は電圧制御電流回路１０４を構成している。更にＮチャネルデプレッショントランジスタ３は、Ｐチャネルトランジスタ６とともに電流比較器１０６を構成している。

次に、本実施形態の温度検出回路の動作について説明する。
Ｎチャネルデプレッショントランジスタ１は、Ｎチャネルトランジスタ４にバイアス電流を供給する。Ｎチャネルデプレッショントランジスタ２とＮチャネルトランジスタ４は、負帰還回路を構成している。Ｎチャネルトランジスタ４は、ゲート電圧がＮチャネルデプレッショントランジスタ１の供給するバイアス電流とＮチャネルトランジスタ４の閾値電圧によって定められる定電圧Ｖ２となるように制御される。

Ｎチャネルトランジスタ４のゲートに抵抗９が接続されているため、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ２には、定電流Ｉ２＝Ｖ２／Ｒが流れる。定電流Ｉ２は、Ｐチャネルトランジスタ５とＰチャネルトランジスタ６にも流れる。

Ｎチャネルデプレッショントランジスタ３とＮチャネルデプレッショントランジスタ２はゲート電圧が共通のため、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ３とＮチャネルデプレッショントランジスタ２に流れる電流値の差は、夫々のソース電圧により決定される。

Ｎチャネルデプレッショントランジスタ３は、ソースに抵抗１３と感熱素子となるダイオード８が接続されている。ダイオード８のアノード電圧は、温度が上がるにしたがって減少する。従って、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ３のソース電圧は、温度が上がるにしたがって減少する。即ち、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ３の流す定電流Ｉ１は、温度が上がるにしたがって増加する。

ここで、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ２とＮチャネルデプレッショントランジスタ３の特性を同一とし、抵抗１３と抵抗９の温度特性を同一とすると、定電流Ｉ１と定電流Ｉ２の温度特性はほぼ等しくなる。従って、抵抗１３の抵抗値と抵抗９の抵抗値を適切な比率とすることで、定電流Ｉ１と定電流Ｉ２が逆転する温度が所望の温度Ｔ１となる。
以上説明したように、本実施形態の温度検出回路に寄れば、検出温度の製造ばらつきが少ない温度検出回路を実現することが出来る。

なお、定電流Ｉ１と定電流Ｉ２の温度特性がばらついた場合であっても、抵抗９と抵抗１３のどちらか、または両方の抵抗値を適切な値に調整が可能な構成とし、製造後に抵抗値を調整することで所望の検出温度Ｔ１を得ることが出来る。即ち、検出温度の製造ばらつきに対する調整を簡便に行うことができる。

図４は、本実施形態の温度検出回路の他の例を示す回路図である。
図４の温度検出回路は、更に、制御回路２０と、スイッチ２１と、抵抗２２を備えている。その他の回路は図３と等しい。

制御回路２０は、出力端子１２が出力する信号ＶＤＥＴを入力して、スイッチ２１を制御する信号を出力する。スイッチ２１は、オンオフ状態によって、抵抗９の抵抗値が変えられるように接続されている。

温度検出回路をこの様に構成すると、温度上昇時と温度下降時の温度検出回路を切替えることができ、即ち温度検出回路にヒステリシスを持たせることが出来、より動作が安定する。

図５は、本実施形態の温度検出回路の他の例を示す回路図である。
図５の温度検出回路は、抵抗１３の抵抗値が変えられるようにスイッチ２１と抵抗２２を接続した。その他の回路と、回路の動作は、図４の回路と等しいので説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態の温度検出回路によれば、定電流回路の温度特性と感熱素子の電圧により制御される電圧制御電流回路の温度特性が相関関係を持つ回路としたことで、検出温度の製造ばらつきが少なく、かつ製造ばらつきに対する調整を簡便に行うことができるという効果がある。更に、ヒステリシスを持たせることにより、温度検出回路はより検出が安定して行える、という効果を有する。

図７は、本実施形態の温度検出回路を用いた過熱保護回路を備えた半導体装置、一例としてボルテージレギュレータ、を示した回路図である。ボルテージレギュレータ７０は、基準電圧回路７１と、誤差増幅器７２と、出力トランジスタ７３と、分圧回路７４と、過熱保護回路７５と、を備えている。本実施形態の温度検出回路は、過熱保護回路７５に適用することが出来る。

本実施形態の温度検出回路を、例えばボルテージレギュレータのような半導体装置の過熱保護回路に用いることで、簡便な調整で温度検出精度のよい過熱保護回路を備えた安全性の高い製品を提供することができる。

２０ 制御回路
７１、基準電圧回路
７２、誤差増幅器
７５、過熱保護回路

Claims (6)

1. 定電流を出力する定電流回路と、
   感熱素子と、
   前記感熱素子の出力する電圧によって制御され、温度に応じた電流を出力する電圧制御電流回路と、
   前記定電流と前記温度に応じた電流を比較し、所定の温度を検出したことを示す検出信号を出力する電流比較器と、を備え、
   前記定電流回路を構成するＮチャネルデプレッショントランジスタと、前記電圧制御電流回路を構成するＮチャネルデプレッショントランジスタは、ゲート電圧を等しくし、前記定電流回路の温度特性と前記電圧制御電流回路の温度特性に相関を持たせることを特徴とする温度検出回路。
2. 前記定電流回路は、
   ドレインが電源端子に接続され、ソースとゲートが接続された第一のＮチャネルデプレッショントランジスタと、
   ソースがグランド端子に接続され、ドレインが前記第一のＮチャネルデプレッショントランジスタのソースとゲートに接続された第一のＮチャネルトランジスタと、
   一端が前記第一のＮチャネルトランジスタのゲートに接続され、他端がグランド端子に接続された第一の抵抗と、
   ソースが前記第一の抵抗の一端に接続され、ゲートが前記第一のＮチャネルトランジスタのドレインに接続された第二のＮチャネルデプレッショントランジスタと、を備え、
   前記電圧制御電流回路は、
   ソースが前記感熱素子の一端に接続され、ゲートが前記第二のＮチャネルデプレッショントランジスタのゲートに接続され、ドレインが前記温度検出回路の出力端子に接続された第三のＮチャネルデプレッショントランジスタを備え、
   前記感熱素子は、
   一端子が前記第三のＮチャネルデプレッショントランジスタのソースに接続された第二の抵抗と、
   一端が前記第二の抵抗の他端に接続され、他端がグランド端子に接続されたダイオードと、を備え、
   前記電流比較器は、
   入力端子が前記第二のＮチャネルデプレッショントランジスタのドレインに接続され、出力端子が前記温度検出回路の出力端子に接続されたカレントミラー回路と、
   前記第三のＮチャネルデプレッショントランジスタを備えたことを特徴とする請求項１記載の温度検出回路。
3. 前記第一の抵抗は抵抗可変手段を有し、前記温度検出回路の検出信号によって抵抗値を切り替えることを特徴とする請求項２記載の温度検出回路。
4. 前記第二の抵抗は抵抗可変手段を有し、前記温度検出回路の検出信号によって抵抗値を切り替えることを特徴とする請求項２または３記載の温度検出回路。
5. 請求項１から４のいずれか記載の温度検出回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
6. 前記半導体装置は過熱保護回路を備え、前記温度検出回路は前記過熱保護回路に設けられたことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。

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