JP6655510B2 - 半導体装置、電子制御ユニットおよび車両装置 - Google Patents
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Description
《車両装置の概略構成》
図1は、本発明の実施の形態1による車両装置において、主要部の構成例を示す概略図である。図1に示す車両装置は、シャーシCHSと、バッテリBATと、電子制御ユニットECUと、負荷LODとを備える。バッテリBATは、電源を生成し、ワイヤハーネスWHg1を介して結合されるシャーシCHSを接地電源電圧GNDとして所定(代表的には12V)のバッテリ電圧Vbatを生成する。負荷LODは、この例では、並列接続される3個のフラッシャーFLSで構成される。当該3個のフラッシャーFLSの一端は、ワイヤハーネスWHg2を介して接地電源電圧GNDに結合される。当該3個のフラッシャーFLSは、例えば、車両装置の左前方部、左後方部、左側面部等にそれぞれ取り付けられる。
図16は、本発明の比較例として検討した電子制御ユニットにおいて、主要部の概略構成例を示す回路ブロック図である。図16に示す電子制御ユニットECU’は、図1に示した電源用のコネクタ端子Pv,Pg(Pvの図示は省略)および負荷駆動用のコネクタ端子Pldを備える配線基板で構成される。当該配線基板は、2個の半導体装置(パッケージ部品)DEV1,DEV2と、電流検出用抵抗Rcsと、LPF用コンデンサCfおよびLPF用抵抗Rfで構成されるロウパスフィルタ回路LPFとを搭載する。
図3は、本発明の実施の形態1による電子制御ユニットにおいて、主要部の概略構成例を示す回路ブロック図である。図4は、図3における電流生成回路の構成例を示す回路図である。図3に示す電子制御ユニットECUは、例えば、図1に示した電源用のコネクタ端子Pv,Pg(Pvの図示は省略)および負荷駆動用のコネクタ端子Pldを備える配線基板で構成される。当該配線基板は、図16の場合と異なり、1個の半導体装置(パッケージ部品)SIPと、LPF用コンデンサCfとを搭載する。
図5(a)は、図3の半導体装置に対する検査工程の一例を示すフロー図であり、図5(b)は、図5(a)の補足図である。図5(a)において、所定の検査装置は、まず、半導体装置SIPを所定の温度下に設置する(ステップS101)。次いで、検査装置は、フォルトイネーブル信号FENをアサートする(ステップS102)。具体的には、例えば、半導体チップCHP1にテスト用の回路を設け、検査装置に、外部端子を介して当該テスト用の回路に向けてフォルトイネーブル信号FENをアサートする命令を発行させるような方式が挙げられる。また、場合によっては、検査装置が半導体装置SIPの外部端子PNldに過剰の電流等を印加することで、異常検出回路FDETにフォルトイネーブル信号FENをアサートさせるような方式であってもよい。
図6(a)は、図3の半導体装置において、演算処理回路が異常判定を実行する際の処理内容の一例を示すフロー図であり、図6(b)は、図6(a)の補足図である。図6(a)において、演算処理回路MPUは、まず、記憶回路MEMに保持される電圧V1,V2を取得する(ステップS201)。次いで、演算処理回路MPUは、回数Nを0としたのち(ステップS202)、アナログディジタル変換回路ADCで測定された電流モニタ信号VISの電圧値(ディジタル信号)を取得する(ステップS203)。アナログディジタル変換回路ADCは、例えば、所定のサンプリング周波数で定期的に測定を行っているものとする。
図7は、図3における半導体装置の主要部の概略的な外形例を示す平面図である。図7に示す半導体装置SIPは、2個の半導体チップCHP1,CHP2が1個のパッケージに搭載されるパッケージ部品となっている。図7において、パッケージ(パッケージ樹脂)PKGの内部には、ダイパッドDPが設けられ、パッケージPKGの外周部には、外部端子となる複数のリードLDが設けられる。そして、ダイパッドDP上には、2個の半導体チップCHP1,CHP2が実装される。
図8は、図7の半導体装置を備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図である。図8に示す電子制御ユニットECUは、コネクタCNを搭載した配線基板PCBで構成される。コネクタCNは、図1に示した電源用のコネクタ端子Pv,Pgと、負荷駆動用のコネクタ端子Pldとを備える。配線基板PCBは、図3の場合と同様に、1個の半導体装置(パッケージ部品)SIPと、LPF用コンデンサCfとを搭載し、加えて電源レギュレータ装置VREGを搭載する。
図18(a)は、図3における異常検出回路の構成例を示す概略図であり、図18(b)は、図18(a)の動作例を示す波形図である。図18(a)に示す異常検出回路FDETは、過電流検出回路OCDETと、過温度検出回路OTDETと、温度差検出回路DTDETと、アンド演算回路ADと、SRラッチ回路SRLTとを備える。過電流検出回路OCDETは、電力供給用トランジスタQdに過剰な電流が流れたことを検出した場合に、過電流検出信号OCDをアサートする。過温度検出回路OTDETは、電力供給用トランジスタQdの絶対温度が所定の温度を超えたことを検出した場合に過温度検出信号OTDをアサートする。温度差検出回路DTDETは、電力供給用トランジスタQdの温度が急激に上昇したことを検出した場合に温度差検出信号DTDをアサートする。
図9(a)および図9(b)は、本発明の実施の形態1による半導体装置、電子制御ユニットおよび車両装置を用いた場合の効果の一例を示す説明図である。図9(a)には、負荷LODに電力供給が開始された初期段階でのセンス電流ILsの特性と、フォルト電流Iftの規格範囲の下限値との関係が示されている。本実施の形態1の方式を用いることで、図16のような比較例の方式と比べて、規格範囲を大幅に狭めることができる。
《電子制御ユニット(実施の形態2)の構成》
図10(a)は、本発明の実施の形態2による電子制御ユニットにおいて、主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、図10(b)は、図10(a)における温度センサ回路の構成例を示す回路図である。図10(a)に示す電子制御ユニットECUは、図3の構成例と比較して、主に、半導体装置SIPaの構成と、LPF用コンデンサCf2を新たに備える点とが異なっている。
図11は、図10(a)の半導体装置に対する検査工程の一例を示すフロー図である。図12(a)および図12(b)は、図11の補足図である。図11に示すフローは、図5(a)に示したフローと比較して、図5(a)のステップS103とステップS104の間にステップS301が追加された点と、図5(a)のステップS105が図11のステップS302に置き換わった点とが異なっている。
《電子制御ユニットの構成(応用例)》
図13は、本発明の実施の形態3による電子制御ユニットにおいて、主要部の概略構成例を示す回路ブロック図である。図13に示す電子制御ユニットは、図3の構成例と比較して、異常検出回路FDET2と電流生成回路IGEN2の構成が異なっている。異常検出回路FDET2は、図3の場合には各種異常のいずれかを検出した場合に共通のフォルトイネーブル信号を出力したが、ここでは、各種異常の種類に応じて異なるフォルトイネーブル信号FEN1,FEN2を出力する。
図15は、図13の電子制御ユニットにおいて、演算処理回路が異常の検出有無を判定する際の処理内容の一例を示す説明図である。まず、図13における記憶回路MEMは、実施の形態1の場合と同様にして、半導体装置の検査工程で得られるフォルト電流Ift1,Ift2の各電流値を、それぞれ、別の判定基準値として保持する。演算処理回路MPUは、当該複数の判定基準値に基づき、互いに重複しない複数の規格範囲を定める。
BAT バッテリ
WH ワイヤハーネス
SIP 半導体装置
CHP1,CHP2 半導体チップ
IGEN 電流生成回路
Qd 電力供給用トランジスタ
Rcs 電流検出用抵抗
FDET 異常検出回路
DRV ドライバ回路
ILs センス電流
Ift フォルト電流
VIS 電流モニタ信号
Qcs センス用トランジスタ
SEN センスイネーブル信号
FEN フォルトイネーブル信号
MEM 記憶回路
MPU 演算処理回路
ADC アナログディジタル変換回路
TSEN 温度センサ回路
VF 温度モニタ信号
CN コネクタ
PCB 配線基板
Claims (18)
- 1個のパッケージに搭載される第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、負荷駆動端子とを備える半導体装置であって、
前記第1の半導体チップは、
前記負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給する電力供給用トランジスタと、
前記電力供給用トランジスタを駆動するドライバ回路と、
第1の端子と、
前記第1の端子に結合され、流れる電流に応じた電圧を前記第1の端子に出力する電流検出用抵抗と、
異常を検出する異常検出回路と、
前記負荷駆動端子に流れる電流を反映したセンス電流と、前記異常検出回路が前記異常を検出したことを表すフォルト電流とを生成し、前記異常の検出有無に応じて前記センス電流か前記フォルト電流の一方を前記電流検出用抵抗に流す電流生成回路と、
を有し、
前記第2の半導体チップは、
前記第1の端子に結合するための第2の端子と、
前記第2の端子に入力されるアナログ信号を第1のディジタル信号に変換する第1のアナログディジタル変換回路と、
前記半導体装置の検査工程で得られる前記フォルト電流の電流値を判定基準値として保持する記憶回路と、
前記判定基準値に基づき規格範囲を定め、前記第1のディジタル信号が表す電流値が前記規格範囲内に含まれるか否かで前記異常検出回路における前記異常の検出有無を判定する演算処理回路と、
を有する、
半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記記憶回路は、第1の温度での前記判定基準値である第1の判定基準値と、第1の温度と異なる第2の温度での前記判定基準値である第2の判定基準値とを保持し、
前記演算処理回路は、前記第1の判定基準値と前記第2の判定基準値の間の範囲を前記規格範囲として定める、
半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記演算処理回路は、前記第1のディジタル信号が表す電流値が前記規格範囲内に所定の期間継続して含まれるか否かで前記異常の検出有無を判定する、
半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第1の半導体チップは、さらに、
温度を検出する温度センサ回路と、
前記温度センサ回路からの温度モニタ信号を出力する第3の端子と、
を有し、
前記第2の半導体チップは、さらに、
前記第3の端子に結合するための第4の端子と、
前記第4の端子に入力されるアナログ信号を第2のディジタル信号に変換する第2のアナログディジタル変換回路と、
を有し、
前記記憶回路は、さらに、前記半導体装置の検査工程で得られる、前記第1の温度での前記温度モニタ信号のレベルを表す第1の信号レベルと、前記第2の温度での前記温度モニタ信号のレベルを表す第2の信号レベルとを保持し、
前記演算処理回路は、前記第2のディジタル信号と、前記記憶回路に保持される前記第1の判定基準値、前記第1の信号レベル、前記第2の判定基準値および前記第2の信号レベルとに基づき前記規格範囲を定める、
半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記負荷には、電力供給が開始された初期段階で突入電流が流れ、
前記演算処理回路は、前記初期段階で前記異常の検出有無を判定する、
半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置において、
前記電流生成回路は、前記異常検出回路が第1の異常を検出したことを表す第1のフォルト電流と、前記第1の異常とは異なる種類の第2の異常を検出したことを表し、前記第1のフォルト電流とは電流値が異なる第2のフォルト電流とを生成し、前記異常の種類に応じて前記第1のフォルト電流か前記第2のフォルト電流を前記電流検出用抵抗に流し、
前記記憶回路は、前記半導体装置の検査工程で得られる前記第1のフォルト電流の電流値と前記第2のフォルト電流の電流値とを、それぞれ、第1の異常の判定基準値および第2の異常の判定基準値として保持し、
前記演算処理回路は、前記第1の異常の判定基準値に基づく第1の規格範囲と、前記第2の異常の判定基準値に基づく第2の規格範囲とを定め、前記第1のディジタル信号が表す電流値が前記第1の規格範囲内または前記第2の規格範囲内に含まれるか否かで前記異常検出回路における前記第1の異常または前記第2の異常の検出有無を判定する、
半導体装置。 - 請求項6記載の半導体装置において、
前記第1の異常は、前記第2の異常よりも優先度が高く、
前記電流生成回路が生成する前記第1のフォルト電流は、前記第2のフォルト電流よりも大きい、
半導体装置。 - 1個のパッケージで構成される半導体装置と前記半導体装置に結合されるコネクタとを搭載した配線基板を備える電子制御ユニットであって、
前記半導体装置は、前記1個のパッケージに搭載される第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、負荷駆動端子とを備え、
前記コネクタは、前記負荷駆動端子に前記配線基板上の配線を介して結合され、負荷に電力を供給する負荷駆動用のコネクタ端子を備え、
前記第1の半導体チップは、
前記負荷駆動端子および前記負荷駆動用のコネクタ端子を介して前記負荷に電力を供給する電力供給用トランジスタと、
前記電力供給用トランジスタを駆動するドライバ回路と、
第1の端子と、
前記第1の端子に結合され、流れる電流に応じた電圧を前記第1の端子に出力する電流検出用抵抗と、
異常を検出する異常検出回路と、
前記負荷駆動端子に流れる電流を反映したセンス電流と、前記異常検出回路が前記異常を検出したことを表すフォルト電流とを生成し、前記異常の検出有無に応じて前記センス電流か前記フォルト電流の一方を前記電流検出用抵抗に流す電流生成回路と、
を有し、
前記第2の半導体チップは、
前記第1の端子に結合するための第2の端子と、
前記第2の端子に入力されるアナログ信号を第1のディジタル信号に変換する第1のアナログディジタル変換回路と、
前記半導体装置の検査工程で得られる前記フォルト電流の電流値を判定基準値として保持する記憶回路と、
前記判定基準値に基づき規格範囲を定め、前記第1のディジタル信号が表す電流値が前記規格範囲内に含まれるか否かで前記異常検出回路における前記異常の検出有無を判定する演算処理回路と、
を有する、
電子制御ユニット。 - 請求項8記載の電子制御ユニットにおいて、
前記記憶回路は、第1の温度での前記判定基準値である第1の判定基準値と、第1の温度と異なる第2の温度での前記判定基準値である第2の判定基準値とを保持し、
前記演算処理回路は、前記第1の判定基準値と前記第2の判定基準値の間の範囲を前記規格範囲として定める、
電子制御ユニット。 - 請求項9記載の電子制御ユニットにおいて、
前記第1の半導体チップは、さらに、
温度を検出する温度センサ回路と、
前記温度センサ回路からの温度モニタ信号を出力する第3の端子と、
を有し、
前記第2の半導体チップは、さらに、
前記第3の端子に結合するための第4の端子と、
前記第4の端子に入力されるアナログ信号を第2のディジタル信号に変換する第2のアナログディジタル変換回路と、
を有し、
前記記憶回路は、さらに、前記半導体装置の検査工程で得られる、前記第1の温度での前記温度モニタ信号のレベルを表す第1の信号レベルと、前記第2の温度での前記温度モニタ信号のレベルを表す第2の信号レベルとを保持し、
前記演算処理回路は、前記第2のディジタル信号と、前記記憶回路に保持される前記第1の判定基準値、前記第1の信号レベル、前記第2の判定基準値および前記第2の信号レベルとに基づき前記規格範囲を定める、
電子制御ユニット。 - 請求項8記載の電子制御ユニットにおいて、
前記負荷には、電力供給が開始された初期段階で突入電流が流れ、
前記演算処理回路は、前記初期段階で前記異常の検出有無を判定する、
電子制御ユニット。 - 請求項11記載の電子制御ユニットにおいて、
前記電流生成回路は、前記異常検出回路が第1の異常を検出したことを表す第1のフォルト電流と、前記第1の異常とは異なる種類の第2の異常を検出したことを表し、前記第1のフォルト電流とは電流値が異なる第2のフォルト電流とを生成し、前記異常の種類に応じて前記第1のフォルト電流か前記第2のフォルト電流を前記電流検出用抵抗に流し、
前記記憶回路は、前記半導体装置の検査工程で得られる前記第1のフォルト電流の電流値と前記第2のフォルト電流の電流値とを、それぞれ、第1の異常の判定基準値および第2の異常の判定基準値として保持し、
前記演算処理回路は、前記第1の異常の判定基準値に基づく第1の規格範囲と、前記第2の異常の判定基準値に基づく第2の規格範囲とを定め、前記第1のディジタル信号が表す電流値が前記第1の規格範囲内または前記第2の規格範囲内に含まれるか否かで前記異常検出回路における前記第1の異常または前記第2の異常の検出有無を判定する、
電子制御ユニット。 - 電源を生成するバッテリと、
負荷と、
前記バッテリに第1のワイヤハーネスを介して結合され、前記負荷に第2のワイヤハーネスを介して結合される電子制御ユニットと、
を有する車両装置であって、
前記電子制御ユニットは、1個のパッケージで構成される半導体装置と前記半導体装置に結合されるコネクタとを搭載した配線基板を備え、
前記半導体装置は、前記1個のパッケージに搭載される第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、負荷駆動端子とを備え、
前記コネクタは、前記第1のワイヤハーネスに結合される電源用のコネクタ端子と、前記負荷駆動端子に前記配線基板上の配線を介して結合され、前記負荷に前記第2のワイヤハーネスを介して電力を供給する負荷駆動用のコネクタ端子とを備え、
前記第1の半導体チップは、
前記負荷駆動端子および前記負荷駆動用のコネクタ端子を介して前記負荷に電力を供給する電力供給用トランジスタと、
前記電力供給用トランジスタを駆動するドライバ回路と、
第1の端子と、
前記第1の端子に結合され、流れる電流に応じた電圧を前記第1の端子に出力する電流検出用抵抗と、
異常を検出する異常検出回路と、
前記負荷駆動端子に流れる電流を反映したセンス電流と、前記異常検出回路が前記異常を検出したことを表すフォルト電流とを生成し、前記異常の検出有無に応じて前記センス電流か前記フォルト電流の一方を前記電流検出用抵抗に流す電流生成回路と、
を有し、
前記第2の半導体チップは、
前記第1の端子に結合するための第2の端子と、
前記第2の端子に入力されるアナログ信号を第1のディジタル信号に変換する第1のアナログディジタル変換回路と、
前記半導体装置の検査工程で得られる前記フォルト電流の電流値を判定基準値として保持する記憶回路と、
前記判定基準値に基づき規格範囲を定め、前記第1のディジタル信号が表す電流値が前記規格範囲内に含まれるか否かで前記異常検出回路における前記異常の検出有無を判定する演算処理回路と、
を有する、
車両装置。 - 請求項13記載の車両装置において、
前記記憶回路は、第1の温度での前記判定基準値である第1の判定基準値と、第1の温度と異なる第2の温度での前記判定基準値である第2の判定基準値とを保持し、
前記演算処理回路は、前記第1の判定基準値と前記第2の判定基準値の間の範囲を前記規格範囲として定める、
車両装置。 - 請求項14記載の車両装置において、
前記第1の半導体チップは、さらに、
温度を検出する温度センサ回路と、
前記温度センサ回路からの温度モニタ信号を出力する第3の端子と、
を有し、
前記第2の半導体チップは、さらに、
前記第3の端子に結合するための第4の端子と、
前記第4の端子に入力されるアナログ信号を第2のディジタル信号に変換する第2のアナログディジタル変換回路と、
を有し、
前記記憶回路は、さらに、前記半導体装置の検査工程で得られる、前記第1の温度での前記温度モニタ信号のレベルを表す第1の信号レベルと、前記第2の温度での前記温度モニタ信号のレベルを表す第2の信号レベルとを保持し、
前記演算処理回路は、前記第2のディジタル信号と、前記記憶回路に保持される前記第1の判定基準値、前記第1の信号レベル、前記第2の判定基準値および前記第2の信号レベルとに基づき前記規格範囲を定める、
車両装置。 - 請求項13記載の車両装置において、
前記負荷には、電力供給が開始された初期段階で突入電流が流れ、
前記演算処理回路は、前記初期段階で前記異常の検出有無を判定する、
車両装置。 - 請求項16記載の車両装置において、
前記第2のワイヤハーネスは、前記記憶回路に保持される前記判定基準値を反映した径を有する、
車両装置。 - 請求項16記載の車両装置において、
前記電流生成回路は、前記異常検出回路が第1の異常を検出したことを表す第1のフォルト電流と、前記第1の異常とは異なる種類の第2の異常を検出したことを表し、前記第1のフォルト電流とは電流値が異なる第2のフォルト電流とを生成し、前記異常の種類に応じて前記第1のフォルト電流か前記第2のフォルト電流を前記電流検出用抵抗に流し、
前記記憶回路は、前記半導体装置の検査工程で得られる前記第1のフォルト電流の電流値と前記第2のフォルト電流の電流値とを、それぞれ、第1の異常の判定基準値および第2の異常の判定基準値として保持し、
前記演算処理回路は、前記第1の異常の判定基準値に基づく第1の規格範囲と、前記第2の異常の判定基準値に基づく第2の規格範囲とを定め、前記第1のディジタル信号が表す電流値が前記第1の規格範囲内または前記第2の規格範囲内に含まれるか否かで前記異常検出回路における前記第1の異常または前記第2の異常の検出有無を判定する、
車両装置。
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