JP6542103B2 - 過熱検出回路、過熱保護回路、及び半導体装置 - Google Patents

過熱検出回路、過熱保護回路、及び半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、過熱検出回路、過熱検出回路を備えた過熱保護回路、及び過熱保護回路を備えた半導体装置に関する。
図６は従来の過熱検出回路６００を示す回路図である。
従来の過熱検出回路６００は、以下のように構成されている。
定電流源６０８が電源端子６０とダイオード６０１のアノードの間に接続され、定電流Ｉ０を出力する。
ダイオード６０１のカソードは調整抵抗６１３の一端に接続され、調整抵抗６１３の他端はグランド端子６１に接続されている。ダイオード６０１のアノードには、Ｐチャネルトランジスタ６１１のゲートが接続され、Ｐチャネルトランジスタ６１１のソースは電源端子６０に、ドレインは出力端子６２に接続されている。
電源端子６０とグランド端子６１の間には、抵抗６０９及び６１０が直列に接続されている。Ｎチャネルトランジスタ６１２のゲートは抵抗６０９と抵抗６１０の接続点に接続され、ドレインは出力端子６２に接続され、ソースはグランド端子６１に接続されている。
温度が上昇すると、Ｐチャネルトランジスタ６１１の閾値電圧（Ｖｔｈ）の絶対値が小さくなる。一方、ダイオード６０１のアノード端子の電圧は小さくなる。すなわち、Ｐチャネルトランジスタ６１１のゲート端子−電源端子６０間の電圧差が大きくなる。
このため、温度が高くなると、Ｐチャネルトランジスタ６１１の閾値電圧（Ｖｔｈ）と、Ｐチャネルトランジスタ６１１のゲート端子−電源端子６０間の電圧差が逆転し、Ｐチャネルトランジスタ６１１がオンし、出力端子６２の電圧がグランド端子６１の電位から、電源端子６０の電位に反転する。
このようにして、従来の過熱検出回路６００は、出力端子６２の電圧の変化により過熱状態を検出している（例えば、特許文献１参照）。
特許第４９２０３０５号公報
しかしながら、従来の技術では、過熱検出回路の検出温度の調整のために、Ｐチャネルトランジスタ６１１の閾値電圧と、Ｐチャネルトランジスタ６１１の閾値電圧の温度特性と、定電流６０８の出力電流Ｉ０の値と、定電流６０８の温度特性と、調整抵抗６１３の温度特性とを考慮した上で、調整抵抗６１３の抵抗値を調整する必要があった。工程ばらつきにより、トランジスタの閾値や抵抗値、定電流はそれぞればらつくため、ばらつき全てを考慮する必要があり、調整が非常に困難であった。
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、調整が容易で検出精度のよい過熱保護回路を実現するものである。
本発明の過熱検出回路は、第１の抵抗と、前記第１の抵抗と同一の温度特性を有し、抵抗値を調整可能な第２の抵抗と、前記第２の抵抗の一端に接続された感熱素子とを備え、前記第１の抵抗に第１の電圧に基づく第１の電流が供給され、前記第１の電流に比例した電流が前記第２の抵抗に供給されることにより、前記第２の抵抗の他端に第２の電圧が生成され、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較し、その比較結果を過熱検出信号として出力することを特徴とする。
本発明の過熱検出回路は、第１の抵抗と第２の抵抗の温度特性が同一であることにより、製造ばらつきに対する調整を簡便に行うことができる。
第一の実施形態の過熱検出回路を示す回路図である。 第二の実施形態の過熱検出回路の第一の例を示す回路図である。 第二の実施形態の過熱検出回路の第二の例を示す回路図である。 第二の実施形態の過熱検出回路の第三の例を示す回路図である。 第二の実施形態の過熱検出回路の第四の例を示す回路図である。 従来の過熱検出回路を示す図である。
第一の実施形態の過熱検出回路１００を図１に示す。
過熱検出回路１００は、以下のように構成されている。
差動増幅器１０６の反転入力端子に基準電圧源１０５の出力電圧（以下、Ｖｒｅｆと表記する）が入力され、非反転入力端子に抵抗１３の一端とＰチャネルトランジスタ５のドレインが接続されている。差動増幅器１０６の出力端子がＰチャネルトランジスタ５のゲートとＰチャネルトランジスタ６のゲートに接続されている。Ｐチャネルトランジスタ５のソースが電源端子１０に接続されている。抵抗１３の他端がグランド端子１１に接続されている。Ｐチャネルトランジスタ６のソースが電源端子１０に接続され、ドレインは抵抗値を調整することが可能な調整抵抗１１３の一端に接続されている。ダイオード１０１のアノードが調整抵抗１１３の他端に接続され、カソードがグランド端子１１に接続されている。
電圧比較器１０７によりＶｒｅｆの値と調整抵抗１１３の一端の電位とが比較され、比較された結果の信号が過熱検出信号として出力端子１２に出力される。
差動増幅器１０６とＰチャネルトランジスタ５は、抵抗１３の一端の電位がＶｒｅｆと等しくなるよう制御されるため、抵抗１３の抵抗値をＲ１とすると、抵抗１３に流れる電流は、
Ｉ１＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１ ・・・式１
となる。
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はゲートとソースが共通のため、Ｐチャネルトランジスタの出力電流Ｉ２をＩ１に比例させることが出来る。
Ｉ１＝αＩ２ （αは任意の比例係数） ・・・式２
ダイオード１０１の順方向電圧をＶｆとし、調整抵抗１１３の抵抗値をＲ２とすると、電圧比較器１０７の出力信号は、式３を閾値として反転する。
Ｖｒｅｆ＝Ｉ２＊Ｒ２＋Ｖｆ ・・・式３
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２は、温度特性が同一となる様構成することで、抵抗値は比例関係となる。
Ｒ１＝βＲ２ （βは任意の比例係数） ・・・式４
式１、式２、式３、及び式４から
（１−１／（α・β））Ｖｒｅｆ＝Ｖｆ ・・・式５
となる。
αとβは比例係数であるため、ＶｆとＶｒｅｆの温度による変化により、ある温度で電圧比較器１０７の出力信号が反転するため、温度変化の検出が可能となる。
特に、Ｖｒｅｆの温度変化が十分小さければ、Ｖｒｅｆの値によらず、Ｖｆの温度変化のみを考慮し、任意の温度により出力信号が反転する様に、βのみを調整抵抗１１３により調整すればよい。すなわち、本実施形態によれば、過熱検出回路の検出温度の調整において、従来の過熱検出回路のようにトランジスタの閾値や抵抗値のばらつき全てを考慮する必要がなくなり、検出温度の調整を容易に行うことができるという効果を奏する。
図２は、第二の実施形態の過熱検出回路の第一の例である過熱検出回路２００ａを示す回路図である。
過熱検出回路２００ａは、以下のように構成されている。
Ｎチャネルデプレッショントランジスタ１のドレインが、Ｐチャネルトランジスタ８のドレイン及びゲートと、Ｐチャネルトランジスタ９のゲートと、Ｐチャネルトランジスタ１５のゲートと、Ｐチャネルトランジスタ１６のゲートに接続され、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ１のゲートとソースがグランド端子１１に接続されている。
Ｐチャネルトランジスタ８のソースが電源端子１０と接続されている。
Ｐチャネルトランジスタ９のドレインが、Ｎチャネルトランジスタ４のドレインとＮチャネルトランジスタ７のゲートに接続されており、ソースが電源端子１０に接続されている。
Ｎチャネルトランジスタ４のソースがグランド端子１１に接続されており、ゲートが抵抗１３の一端とＰチャネルトランジスタ５のドレインに接続されている。
Ｎチャネルトランジスタ７のソースがグランド端子１１に接続されており、ドレインがＰチャネルトランジスタ５のゲートと、Ｐチャネルトランジスタ１５のドレインと、Ｐチャネルトランジスタ６のゲートに接続されている。
Ｐチャネルトランジスタ１５及び５のソースは電源端子１０に接続されている。
抵抗１３の他端はグランド端子１１に接続されている。
Ｐチャネルトランジスタ６のソースが電源端子１０に接続されており、ドレインが調整抵抗１１３の一端と、Ｎチャネルトランジスタ３のゲートに接続されている。
ダイオード１０１のアノードが調整抵抗１１３の他端に接続され、カソードがグランド端子１１に接続されている。
Ｐチャネルトランジスタ１６のドレインが、出力端子１２とＮチャネルトランジスタ３のドレインに接続されており、ソースが電源端子１０に接続されている。
Ｎチャネルトランジスタ３のソースはグランド端子１１に接続されている。
次に、過熱検出回路２００ａ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、Ｐチャネルトランジスタ８及び９で構成されるカレントミラー回路を介して、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チャネルトランジスタ４及び７とＰチャネルトランジスタ１５及び５は、負帰還回路を構成しており、Ｎチャネルトランジスタ４のゲート電圧が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Ｖｒｅｆとなるよう、第一の実施形態と同様に制御される。
また、Ｎチャネルトランジスタ３には、Ｐチャネルトランジスタ８及び１６で構成されるカレントミラー回路を介して、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ１からバイアス電流が供給されている。
カレントミラー比と、Ｎチャネルトランジスタ４と３のサイズ比を調整することにより、Ｎチャネルトランジスタ３のゲート電圧が変化した場合、出力端子１２の出力信号が反転する閾値電圧をＶｒｅｆに同期させることが出来る。
従って、出力端子１２の出力信号はある温度で反転し、その温度は、第一の実施形態と同様に設定される。
よって、第二の実施形態においても、上記第一の実施形態と同様の効果が得られる。
図３は、第二の実施形態の過熱検出回路の第二の例である過熱検出回路２００ｂを示す回路図である。
図２に示した過熱検出回路２００ａと比較して、Ｎチャネルトランジスタ７とＰチャネルトランジスタ１５及び５の替わりに、Ｎチャネルトランジスタ１７のゲートがＮチャネルトランジスタ４のドレインとＰチャネルトランジスタ９のドレインに接続され、ドレインがＰチャネルトランジスタ１８のソース及びゲートとＰチャネルトランジスタ６のゲートに、ソースがＮチャネルトランジスタ４のゲートと抵抗１３の一端に接続されている。
また、Ｐチャネルトランジスタ１８のソースは電源端子１０に接続されている。
この様に接続することで、Ｎチャネルトランジスタ１７はソースとゲートが同電位になる様制御される。
また、Ｐチャネルトランジスタ１８とＰチャネルトランジスタ６は、カレントミラー回路を構成しているため、抵抗１３に流れる電流Ｉ１と調整抵抗１１３に流れる電流Ｉ２を比例関係とすることが出来る。
従って、このような構成としても、図２の過熱検出回路２００ａと同等の動作を得ることができる。
図４は第二の実施形態の過熱検出回路の第三の例である過熱検出回路２００ｃを示す回路図である。
図３で示した過熱検出回路２００ｂと比較して、Ｐチャネルトランジスタ９の替わりに、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ１のゲートとソースガＮチャネルトランジスタ４のドレインとＮチャネルトランジスタ１７のゲートに接続されている。
このように接続することにより、カレントミラーを介さずにＮチャネルトランジスタ４にバイアス電流を供給できるため、図３の過熱検出回路２００ｂと同等の動作を得ることができる。
図５は第二の実施形態の過熱検出回路の第四の例である過熱検出回路２００ｄを示す回路図である。
図４で示した実施形態と比較して、Ｐチャネルトランジスタ１６の替わりに、Ｎチャネルデプレッショントランジスタ２のゲートとソースがＮチャネルトランジスタ３のドレインと出力端子１２に接続されている。
Ｎチャネルデプレッショントランジスタ２の特性をＮチャネルデプレッショントランジスタ１の特性とあわせることにより、カレントミラーを介さずに、Ｎチャネルトランジスタ３にＮチャネルトランジスタ４に流れているバイアス電流に比例した電流を供給できるため、図２の過熱検出回路２００ａと同等を得ることができる。
以上のとおり、本発明によれば、過熱検出回路における検出温度の調整を容易に行うことが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態に示した過熱検出回路を含み、該過熱検出回路によって検出された検出信号を用いて過熱保護を行う過熱保護回路、及び該過熱保護回路を備えた半導体装置も提供することができる。
１０ 電源端子
１１ グランド端子
１２ 出力端子
１０１ ダイオード
１０５ 基準電圧源
１０６ 差動増幅器
１０７ 電圧比較器
１１３ 調整抵抗

Claims (3)

  1. 第１の抵抗と、
    前記第１の抵抗と同一の温度特性を有し、抵抗値を調整可能な第２の抵抗と、
    前記第２の抵抗の一端に接続された感熱素子とを備え、
    前記第１の抵抗に第１の電圧に基づく第１の電流が供給され、
    前記第１の電流に比例した電流が前記第２の抵抗に供給されることにより、前記第２の抵抗の他端に第２の電圧が生成され、
    前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較し、その比較結果を過熱検出信号として出力することを特徴とする過熱検出回路。
  2. 請求項１に記載の過熱検出回路を備えた過熱保護回路。
  3. 請求項２に記載の過熱保護回路を備えた半導体装置。
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