JP7145745B2 - switch device - Google Patents

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Description

本明細書中に開示されている発明は、スイッチ装置に関する。 The invention disclosed in this specification relates to a switching device.

本願出願人は、以前より、車載IPD[intelligent power device]などのスイッチ装置に関して、数多くの新技術を提案している(例えば特許文献1を参照)。 The applicant of the present application has previously proposed many new technologies regarding switch devices such as in-vehicle IPDs (intelligent power devices) (see Patent Document 1, for example).

国際公開第2017/187785号WO2017/187785

しかしながら、上記従来のスイッチ装置では、突入電流抑制と安定起動の両立について更なる検討の余地があった。 However, in the above-described conventional switch device, there is room for further study on compatibility between rush current suppression and stable start-up.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らが見出した上記課題に鑑み、突入電流抑制と安定起動を両立することのできるスイッチ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The invention disclosed in the present specification aims to provide a switch device capable of achieving both inrush current suppression and stable start-up in view of the above-described problem found by the inventors of the present application.

本明細書中に開示されているスイッチ装置は、電源電圧の入力端と出力電圧の出力端との間に接続されたスイッチ素子を駆動するドライバのスルーレートを設定するスルーレート設定部と、前記電源電圧よりも高い昇圧電圧を生成して前記ドライバに供給する昇圧部と、前記出力電圧が閾値電圧よりも低いときに前記昇圧部を停止する昇圧制御部と、前記ドライバのスルーレートに応じて前記閾値電圧にヒステリシス電圧を付与するヒステリシス付与部と、を有する構成(第1の構成)とされている。 A switch device disclosed in this specification includes a slew rate setting unit for setting a slew rate of a driver that drives a switch element connected between an input end of a power supply voltage and an output end of an output voltage; a boosting unit that generates a boosted voltage higher than a power supply voltage and supplies it to the driver; a boosting control unit that stops the boosting unit when the output voltage is lower than a threshold voltage; and a hysteresis imparting unit that imparts a hysteresis voltage to the threshold voltage (first configuration).

なお、上記第1の構成から成るスイッチ装置において、前記ヒステリシス付与部は、前記ドライバのスルーレートが低いほど前記ヒステリシス電圧を高める構成(第2の構成)にするとよい。 In addition, in the switch device having the first configuration, the hysteresis applying unit preferably has a configuration (second configuration) that increases the hysteresis voltage as the slew rate of the driver decreases.

また、上記第1または第2の構成から成るスイッチ装置において、前記スルーレート設定部は、外付け素子を用いて前記ドライバのスルーレートを設定する構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having the first or second configuration, the slew rate setting unit preferably uses an external element to set the slew rate of the driver (third configuration).

また、上記第1~第3いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記スルーレート設定部は、前記ドライバの出力段に流れる駆動電流を可変制御する構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having any one of the first to third configurations, the slew rate setting unit preferably has a configuration (fourth configuration) that variably controls the drive current flowing through the output stage of the driver.

また、上記第1~第4いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記昇圧制御部は、前記昇圧部に供給される定電圧を基準として前記閾値電圧を設定する構成(第5の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having any one of the first to fourth configurations, the boost control unit is configured to set the threshold voltage based on a constant voltage supplied to the boost unit (fifth configuration). do it.

また、上記第1~第5いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記昇圧制御部は、前記出力電圧が前記閾値電圧よりも高いときに前記昇圧部への電流供給能力を増強する機能を備えている構成(第6の構成)にするとよい。 Further, in the switch device having any one of the first to fifth configurations, the boost control section has a function of enhancing current supply capability to the boost section when the output voltage is higher than the threshold voltage. A configuration (sixth configuration) is preferably used.

また、上記第1~第6いずれかの構成から成るスイッチ装置は、前記スイッチ素子として、Nチャネル型のトランジスタを有する構成(第7の構成)にするとよい。 Further, the switch device having any one of the first to sixth configurations may be configured to have an N-channel transistor as the switch element (seventh configuration).

また、本明細書中に開示されている電子機器は、上記第1~第7いずれかの構成から成るスイッチ装置と、前記スイッチ装置に接続される負荷と、を有する構成(第8の構成)とされている。 Further, the electronic equipment disclosed in this specification includes a switch device having any one of the first to seventh configurations, and a load connected to the switch device (eighth configuration). It is said that

なお、上記第8の構成から成る電子機器において、前記負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータである構成(第9の構成)にするとよい。 In the electronic device having the eighth configuration, the load may be a bulb lamp, a relay coil, a solenoid, a light-emitting diode, or a motor (ninth configuration).

また、本明細書中に開示されている車両は、上記第8または第9の構成から成る電子機器を有する構成(第10の構成)とされている。 Further, the vehicle disclosed in this specification has a configuration (tenth configuration) having the electronic device having the above eighth or ninth configuration.

本明細書中に開示されている発明によれば、突入電流抑制と安定起動を両立することのできるスイッチ装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the invention disclosed in this specification, it becomes possible to provide a switching device that can achieve both inrush current suppression and stable startup.

半導体集積回路装置の全体構成を示す図Diagram showing the overall configuration of a semiconductor integrated circuit device ゲート制御部の一構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a gate control unit スルーレート設定部の一構成例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a slew rate setting unit; スルーレートと突入電流との相関関係を示す図Diagram showing correlation between slew rate and inrush current 昇圧制御部の第1実施例を示す図FIG. 11 is a diagram showing the first embodiment of the boost control unit; 昇圧制御動作の一例を示すタイミングチャートTiming chart showing an example of boost control operation 低スルーレート設定時の昇圧制御異常を示す図Diagram showing boost control failure when low slew rate is set 昇圧制御部の第2実施例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a second embodiment of the boost control unit; バイアス電圧源の一構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a bias voltage source ソフトスタート電流とヒステリシス電圧の相関関係を示す図Diagram showing correlation between soft-start current and hysteresis voltage 車両の一構成例を示す外観図External view showing one configuration example of a vehicle

<半導体集積回路装置(全体構成)>
図1は、半導体集積回路装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の半導体集積回路装置1は、ECU[electronic control unit]2からの指示に応じて電源電圧VBBの印加端と負荷3との間を導通/遮断する車載用ハイサイドスイッチIC(=車載IPDの一種)である。
<Semiconductor integrated circuit device (overall configuration)>
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a semiconductor integrated circuit device. The semiconductor integrated circuit device 1 of the present embodiment is an automotive high-side switch IC (=in-vehicle A type of IPD).

なお、半導体集積回路装置1は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子T1~T4を備えている。外部端子T1は、不図示のバッテリから電源電圧VBB(例えば12V)の供給を受け付けるための電源端子(VBBピン)である。外部端子T2は、負荷3(バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータなど)を外部接続するための負荷接続端子ないしは出力端子(OUTピン)である。外部端子T3は、ECU2から外部制御信号Siの外部入力を受け付けるための信号入力端子(INピン)である。外部端子T4は、ECU2に状態報知信号Soを外部出力するための信号出力端子(SENSEピン)である。なお、外部端子T4と接地端との間には、外部センス抵抗4が外付けされている。 The semiconductor integrated circuit device 1 has external terminals T1 to T4 as means for establishing electrical connection with the outside of the device. The external terminal T1 is a power supply terminal (VBB pin) for receiving supply of a power supply voltage VBB (12 V, for example) from a battery (not shown). The external terminal T2 is a load connection terminal or an output terminal (OUT pin) for externally connecting a load 3 (bulb lamp, relay coil, solenoid, light emitting diode, motor, etc.). The external terminal T3 is a signal input terminal (IN pin) for receiving external input of the external control signal Si from the ECU 2 . The external terminal T4 is a signal output terminal (SENSE pin) for externally outputting the state notification signal So to the ECU2. An external sense resistor 4 is externally attached between the external terminal T4 and the ground terminal.

また、半導体集積回路装置1は、NMOSFET10と、出力電流監視部20と、ゲート制御部30と、制御ロジック部40と、信号入力部50と、内部電源部60と、異常保護部70と、出力電流検出部80と、信号出力部90と、を集積化して成る。 The semiconductor integrated circuit device 1 also includes an NMOSFET 10, an output current monitoring unit 20, a gate control unit 30, a control logic unit 40, a signal input unit 50, an internal power supply unit 60, an abnormality protection unit 70, and an output It is formed by integrating a current detection section 80 and a signal output section 90 .

NMOSFET10は、ドレインが外部端子T1に接続されてソースが外部端子T2に接続された高耐圧(例えば42V耐圧)のパワートランジスタである。このように接続されたNMOSFET10は、電源電圧VBBの印加端から負荷3を介して接地端に至る電流経路を導通/遮断するためのスイッチ素子(ハイサイドスイッチ)として機能する。なお、NMOSFET10は、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート駆動信号G1がローレベルであるときにオフする。 The NMOSFET 10 is a high withstand voltage (for example, 42 V withstand voltage) power transistor having a drain connected to the external terminal T1 and a source connected to the external terminal T2. The NMOSFET 10 connected in this manner functions as a switch element (high side switch) for conducting/interrupting a current path from the terminal to which the power supply voltage VBB is applied to the ground terminal via the load 3 . The NMOSFET 10 is turned on when the gate drive signal G1 is at high level, and turned off when the gate drive signal G1 is at low level.

なお、NMOSFET10は、オン抵抗値が数十mΩとなるように設計すればよい。ただし、NMOSFET10のオン抵抗値が低いほど、外部端子T2の地絡時(=接地端ないしはこれに準ずる低電位端への出力ショート時)に過電流が流れやすくなり、異常発熱を生じやすくなる。従って、NMOSFET10のオン抵抗値を下げるほど、後述する過電流保護回路71や温度保護回路73の重要性が高くなる。 The NMOSFET 10 may be designed to have an on-resistance value of several tens of mΩ. However, the lower the on-resistance of the NMOSFET 10, the more likely overcurrent will flow when the external terminal T2 is grounded (=when the output is short-circuited to the grounded terminal or a similar low-potential terminal), resulting in abnormal heat generation. Therefore, the lower the on-resistance of the NMOSFET 10, the more important the overcurrent protection circuit 71 and temperature protection circuit 73, which will be described later.

出力電流監視部20は、NMOSFET21及び21’とセンス抵抗22を含み、NMOSFET10に流れる出力電流Ioに応じたセンス電圧Vs(=センス信号に相当)を生成する。 The output current monitoring unit 20 includes NMOSFETs 21 and 21 ′ and a sense resistor 22 and generates a sense voltage Vs (=sense signal) according to the output current Io flowing through the NMOSFET 10 .

NMOSFET21及び21’は、いずれもNMOSFET10に対して並列接続されたミラートランジスタであり、出力電流Ioに応じたセンス電流Is及びIs’を生成する。NMOSFET10とNMOSFET21及び21’とのサイズ比は、m:1(ただしm>1)である。従って、センス電流Is及びIs’は、出力電流Ioを1/mに減じた大きさとなる。なお、NMOSFET21及び21’は、NMOSFET10と同様、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート電圧G2がローレベルであるときにオフする。 NMOSFETs 21 and 21' are both mirror transistors connected in parallel with NMOSFET 10, and generate sense currents Is and Is' according to the output current Io. The size ratio between NMOSFET 10 and NMOSFETs 21 and 21' is m:1 (where m>1). Therefore, the sense currents Is and Is' have the magnitude of the output current Io reduced by 1/m. As with the NMOSFET 10, the NMOSFETs 21 and 21' are turned on when the gate drive signal G1 is at high level and turned off when the gate voltage G2 is at low level.

センス抵抗22(抵抗値:Rs)は、NMOSFET21のソースと外部端子T2との間に接続されており、センス電流Isに応じたセンス電圧Vs(=Is×Rs+Vo、ただし、Voは外部端子T2に現れる出力電圧)を生成する電流/電圧変換素子である。 The sense resistor 22 (resistance value: Rs) is connected between the source of the NMOSFET 21 and the external terminal T2, and the sense voltage Vs (=Is×Rs+Vo) corresponding to the sense current Is, where Vo is applied to the external terminal T2. It is a current-to-voltage conversion element that produces an output voltage appearing.

ゲート制御部30は、ゲート制御信号S1の電流能力を高めたゲート駆動信号G1を生成してNMOSFET10及び21それぞれのゲートに出力することにより、NMOSFET10及び21のオン/オフ制御を行う。なお、ゲート制御部30は、過電流保護信号S71に応じて出力電流Ioを制限するようにNMOSFET10及び21を制御する機能を備えている。 The gate control unit 30 performs on/off control of the NMOSFETs 10 and 21 by generating a gate drive signal G1 obtained by increasing the current capability of the gate control signal S1 and outputting it to the gates of the NMOSFETs 10 and 21, respectively. The gate control unit 30 has a function of controlling the NMOSFETs 10 and 21 so as to limit the output current Io according to the overcurrent protection signal S71.

制御ロジック部40は、内部電源電圧Vregの供給を受けてゲート制御信号S1を生成する。例えば、外部制御信号Siがハイレベル(=NMOSFET10をオンさせるときの論理レベル)であるときには、内部電源部60から内部電源電圧Vregが供給されるので、制御ロジック部40が動作状態となり、ゲート制御信号S1がハイレベル(=Vreg)となる。一方、外部制御信号Siがローレベル(=NMOSFET10をオフさせるときの論理レベル)であるときには、内部電源部60から内部電源電圧Vregが供給されないので、制御ロジック部40が非動作状態となり、ゲート制御信号S1がローレベル(=GND)となる。また、制御ロジック部40は、各種の異常保護信号(過電流保護信号S71、オープン保護信号S72、温度保護信号S73、及び、減電圧保護信号S74)を監視している。なお、制御ロジック部40は、上記した異常保護信号のうち、過電流保護信号S71、オープン保護信号S72、及び、温度保護信号S73の監視結果に応じて出力切替信号S2を生成する機能も備えている。 The control logic unit 40 receives the internal power supply voltage Vreg and generates the gate control signal S1. For example, when the external control signal Si is at a high level (=the logic level for turning on the NMOSFET 10), the internal power supply voltage Vreg is supplied from the internal power supply section 60, so that the control logic section 40 is in an operating state to control the gate. The signal S1 becomes high level (=Vreg). On the other hand, when the external control signal Si is at a low level (=the logic level for turning off the NMOSFET 10), the internal power supply voltage Vreg is not supplied from the internal power supply section 60, so the control logic section 40 is in a non-operating state, and gate control is performed. The signal S1 becomes low level (=GND). In addition, the control logic unit 40 monitors various abnormal protection signals (overcurrent protection signal S71, open protection signal S72, temperature protection signal S73, and undervoltage protection signal S74). The control logic unit 40 also has a function of generating the output switching signal S2 according to the monitoring results of the overcurrent protection signal S71, the open protection signal S72, and the temperature protection signal S73 among the above-described abnormality protection signals. there is

信号入力部50は、外部端子T3から外部制御信号Siの入力を受け付けて制御ロジック部40や内部電源部60に伝達するシュミットトリガである。なお、外部制御信号Siは、例えば、NMOSFET10をオンさせるときにハイレベルとなり、NMOSFET10をオフさせるときにローレベルとなる。 The signal input unit 50 is a Schmitt trigger that receives the input of the external control signal Si from the external terminal T3 and transmits it to the control logic unit 40 and the internal power supply unit 60 . For example, the external control signal Si becomes high level when the NMOSFET 10 is turned on, and becomes low level when the NMOSFET 10 is turned off.

内部電源部60は、電源電圧VBBから所定の内部電源電圧Vregを生成して半導体集積回路装置1の各部に供給する。なお、内部電源部60の動作可否は、外部制御信号Siに応じて制御される。より具体的に述べると、内部電源部60は、外部制御信号Siがハイレベルであるときに動作状態となり、外部制御信号Siがローレベルであるときに非動作状態となる。 The internal power supply section 60 generates a predetermined internal power supply voltage Vreg from the power supply voltage VBB and supplies it to each section of the semiconductor integrated circuit device 1 . Whether or not the internal power supply unit 60 can operate is controlled according to the external control signal Si. More specifically, the internal power supply section 60 becomes active when the external control signal Si is at high level, and becomes non-operating when the external control signal Si is at low level.

異常保護部70は、半導体集積回路装置1の各種異常を検出する回路ブロックであり、過電流保護回路71と、オープン保護回路72と、温度保護回路73と、減電圧保護回路74と、を含む。 The abnormality protection unit 70 is a circuit block that detects various abnormalities of the semiconductor integrated circuit device 1, and includes an overcurrent protection circuit 71, an open protection circuit 72, a temperature protection circuit 73, and a low voltage protection circuit 74. .

過電流保護回路71は、センス電圧Vsの監視結果(=出力電流Ioの過電流異常が生じているか否か)に応じた過電流保護信号S71を生成する。なお、過電流保護信号S71は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。 The overcurrent protection circuit 71 generates an overcurrent protection signal S71 according to the monitoring result of the sense voltage Vs (=whether or not an overcurrent abnormality has occurred in the output current Io). For example, the overcurrent protection signal S71 becomes low level when an abnormality is not detected, and becomes high level when an abnormality is detected.

オープン保護回路72は、出力電圧Voの監視結果(=負荷3のオープン異常が生じているか否か)に応じたオープン保護信号S72を生成する。なお、オープン保護信号S72は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。 The open protection circuit 72 generates an open protection signal S72 according to the monitoring result of the output voltage Vo (=whether or not the load 3 has an open abnormality). For example, the open protection signal S72 becomes low level when an abnormality is not detected, and becomes high level when an abnormality is detected.

温度保護回路73は、半導体集積回路装置1(特にNMOSFET10周辺)の異常発熱を検出する温度検出素子(不図示)を含み、その検出結果(=異常発熱が生じているか否か)に応じた温度保護信号S73を生成する。なお、温度保護信号S73は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。 The temperature protection circuit 73 includes a temperature detection element (not shown) that detects abnormal heat generation in the semiconductor integrated circuit device 1 (especially around the NMOSFET 10), and detects the temperature according to the detection result (=whether abnormal heat generation occurs). Generate a protection signal S73. For example, the temperature protection signal S73 becomes low level when an abnormality is not detected, and becomes high level when an abnormality is detected.

減電圧保護回路74は、電源電圧VBBないしは内部電源電圧Vregの監視結果(=減電圧異常が生じているか否か)に応じた減電圧保護信号S74を生成する。なお、減電圧保護信号S74は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。 The voltage reduction protection circuit 74 generates a voltage reduction protection signal S74 according to the monitoring result of the power supply voltage VBB or the internal power supply voltage Vreg (=whether or not a voltage reduction abnormality has occurred). For example, the low voltage protection signal S74 becomes low level when an abnormality is not detected, and becomes high level when an abnormality is detected.

出力電流検出部80は、不図示のバイアス手段を用いてNMOSFET21’のソース電圧と出力電圧Voとを一致させることにより、出力電流Ioに応じたセンス電流Is’(=Io/m)を生成して信号出力部90に出力する。 The output current detection unit 80 generates a sense current Is' (=Io/m) corresponding to the output current Io by matching the source voltage of the NMOSFET 21' with the output voltage Vo using bias means (not shown). output to the signal output unit 90.

信号出力部90は、出力選択信号S2に基づいてセンス電流Is’(=出力電流Ioの検出結果に相当)と固定電圧V90(=異常フラグに相当、本図では明示せず)の一方を外部端子T4に選択出力する。センス電流Is’が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、センス電流Is’を外部センス抵抗4(抵抗値:R4)で電流/電圧変換した出力検出電圧V80(=Is’×R4)がECU2に伝達される。出力検出電圧V80は、出力電流Ioが大きいほど高くなり、出力電流Ioが小さいほど低くなる。一方、固定電圧V90が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、固定電圧V90がECU2に伝達される。なお、状態報知信号Soから出力電流Ioの電流値を読み取る場合には、状態報知信号SoをA/D[analog-to-digital]変換してやればよい。一方、状態報知信号Soから異常フラグを読み取る場合には、固定電圧V90よりもやや低い閾値を用いて状態報知信号Soの論理レベルを判定してやればよい。 The signal output unit 90 outputs one of the sense current Is′ (=corresponding to the detection result of the output current Io) and the fixed voltage V90 (=corresponding to an abnormality flag, not explicitly shown in the figure) to an external device based on the output selection signal S2. It is selectively output to the terminal T4. When the sense current Is' is selectively output, the output detection voltage V80 (=Is'×R4 ) is transmitted to the ECU 2 . The output detection voltage V80 increases as the output current Io increases, and decreases as the output current Io decreases. On the other hand, when the fixed voltage V90 is selectively output, the fixed voltage V90 is transmitted to the ECU 2 as the state notification signal So. When reading the current value of the output current Io from the state notification signal So, the state notification signal So may be A/D [analog-to-digital] converted. On the other hand, when reading the abnormality flag from the state notification signal So, the logic level of the state notification signal So may be determined using a threshold value slightly lower than the fixed voltage V90.

<ゲート制御部>
図2は、ゲート制御部30の一構成例を示すブロック図である。本構成例のゲート制御部30は、ゲートドライバ31と、オシレータ32と、チャージポンプ33と、クランパ34と、NMOSFET35と、抵抗36(抵抗値:R36)と、キャパシタ37(容量値:C37)と、ツェナダイオード38と、を含む。
<Gate control part>
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the gate control section 30. As shown in FIG. The gate control unit 30 of this configuration example includes a gate driver 31, an oscillator 32, a charge pump 33, a clamper 34, an NMOSFET 35, a resistor 36 (resistance value: R36), and a capacitor 37 (capacitance value: C37). , Zener diode 38 .

ゲートドライバ31は、チャージポンプ33の出力端(=昇圧電圧VGの印加端)と外部端子T2(=出力電圧Voの印加端)との間に接続されており、ゲート制御信号S1の電流能力を高めたゲート駆動信号G1を生成する。なお、ゲート駆動信号G1は、ゲート制御信号S1がハイレベルであるときにハイレベル(=VG)となり、ゲート制御信号S1がローレベルであるときにローレベル(=Vo)となる。 The gate driver 31 is connected between the output end of the charge pump 33 (=the end to which the boosted voltage VG is applied) and the external terminal T2 (=the end to which the output voltage Vo is applied), and controls the current capability of the gate control signal S1. A raised gate drive signal G1 is generated. The gate drive signal G1 becomes high level (=VG) when the gate control signal S1 is high level, and becomes low level (=Vo) when the gate control signal S1 is low level.

オシレータ32は、所定周波数のクロック信号CLKを生成してチャージポンプ33に出力する。なお、オシレータ32の動作可否は、制御ロジック部40からのイネーブル信号Saに応じて制御される。 The oscillator 32 generates a clock signal CLK having a predetermined frequency and outputs it to the charge pump 33 . Whether or not the oscillator 32 can operate is controlled according to an enable signal Sa from the control logic unit 40 .

チャージポンプ33は、クロック信号CLKを用いてフライングキャパシタを駆動することにより、電源電圧VBBよりも高い昇圧電圧VGを生成してゲートドライバ31に供給する昇圧部の一例である。なお、チャージポンプ33の動作可否は、制御ロジック部40からのイネーブル信号Sbに応じて制御される。 The charge pump 33 is an example of a booster that generates a boosted voltage VG higher than the power supply voltage VBB by driving a flying capacitor using the clock signal CLK and supplies the boosted voltage VG to the gate driver 31 . Whether or not the charge pump 33 operates is controlled according to the enable signal Sb from the control logic unit 40 .

クランパ34は、外部端子T1(=電源電圧VBBの印加端)とNMOSFET10のゲートとの間に接続されている。外部端子T2に誘導性の負荷3が接続されるアプリケーションでは、NMOSFET10をオンからオフへ切り替える際、負荷3の逆起電力により、出力電圧Voが負電圧(<GND)となる。そのため、エネルギー吸収用にクランパ34(いわゆるアクティブクランプ回路)が設けられている。 The clamper 34 is connected between the external terminal T<b>1 (=application terminal of the power supply voltage VBB) and the gate of the NMOSFET 10 . In an application in which an inductive load 3 is connected to the external terminal T2, when the NMOSFET 10 is switched from on to off, the back electromotive force of the load 3 causes the output voltage Vo to become a negative voltage (<GND). Therefore, a clamper 34 (so-called active clamp circuit) is provided for energy absorption.

NMOSFET35のドレインは、NMOSFET10のゲートに接続されている。NMOSFET35のソースは、外部端子T2に接続されている。NMOSFET35のゲートは、過電流保護信号S71の印加端に接続されている。また、NMOSFET35のドレイン・ゲート間には、抵抗36とキャパシタ37が直列に接続されている。 The drain of NMOSFET 35 is connected to the gate of NMOSFET 10 . The source of NMOSFET 35 is connected to external terminal T2. The gate of the NMOSFET 35 is connected to the application end of the overcurrent protection signal S71. A resistor 36 and a capacitor 37 are connected in series between the drain and gate of the NMOSFET 35 .

ツェナダイオード38のカソードは、NMOSFET10のゲートに接続されている。ツェナダイオード38のアノードは、NMOSFET10のソースに接続されている。このように接続されたツェナダイオード38は、NMOSFET10のゲート・ソース間電圧(=VG-Vo)を所定値以下に制限するクランプ素子として機能する。 The cathode of Zener diode 38 is connected to the gate of NMOSFET 10 . The anode of Zener diode 38 is connected to the source of NMOSFET 10 . The Zener diode 38 connected in this manner functions as a clamping element that limits the gate-source voltage (=VG-Vo) of the NMOSFET 10 to a predetermined value or less.

本構成例のゲート制御部30において、過電流保護信号S71がハイレベルに立ち上げられると、ゲート駆動信号G1が定常時のハイレベル(=VG)から所定の時定数τ(=R36×C37)で引き下げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に低下していくので、出力電流Ioに制限が掛けられる。一方、過電流保護信号S71がローレベルに立ち下げられると、ゲート駆動信号G1が所定の時定数τで引き上げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に上昇していくので、出力電流Ioの制限が解除される。 In the gate control unit 30 of this configuration example, when the overcurrent protection signal S71 is raised to a high level, the gate drive signal G1 changes from a steady high level (=VG) to a predetermined time constant τ (=R36×C37). is lowered by As a result, the conductivity of the NMOSFET 10 gradually decreases, so that the output current Io is limited. On the other hand, when the overcurrent protection signal S71 is lowered to low level, the gate drive signal G1 is raised with a predetermined time constant τ. As a result, the conductivity of the NMOSFET 10 gradually increases, so that the restriction on the output current Io is lifted.

このように、本構成例のゲート制御部30は、過電流保護信号S71に応じて出力電流Ioを制限するようにゲート駆動信号G1を制御する機能を備えている。 Thus, the gate control section 30 of this configuration example has a function of controlling the gate drive signal G1 so as to limit the output current Io according to the overcurrent protection signal S71.

<突入電流抑制機能(ソフトスタート機能)>
ところで、負荷3として容量性負荷が接続された場合には、半導体集積回路装置1の起動時(=NMOSFET10のオン時)に容量を充電するための大電流(=突入電流)を要する。そのため、過電流保護回路71としては、過電流検出時に出力電流Ioをオフさせるタイプ(=停止型)ではなく、出力電流Ioを上限値以下に制限するタイプ(=制限型)が一般的である。
<Rush current suppression function (soft start function)>
Incidentally, when a capacitive load is connected as the load 3, a large current (=rush current) is required to charge the capacitance when the semiconductor integrated circuit device 1 is started (=when the NMOSFET 10 is turned on). Therefore, the overcurrent protection circuit 71 is generally not of a type that turns off the output current Io when an overcurrent is detected (=stop type), but of a type that limits the output current Io below the upper limit (=limiting type). .

ただし、後者では、過電流を検出しても大きな出力電流Ioが流れ続けるので発熱が大きい。そのため、半導体集積回路装置1の機能安全を考慮すると、過電流保護機能とは別に、突入電流抑制機能(ソフトスタート機能)を導入することが望ましい。 However, in the latter, even if an overcurrent is detected, a large output current Io continues to flow, resulting in large heat generation. Therefore, considering the functional safety of the semiconductor integrated circuit device 1, it is desirable to introduce an inrush current suppression function (soft start function) in addition to the overcurrent protection function.

そこで、半導体集積回路装置1には、上記の突入電流抑制機能(ソフトスタート機能)を実現するための手段として、ゲートドライバ31のスルーレート(=ゲート駆動信号G1の立上り速度、延いては、出力電圧Voの立上り速度)を設定するスルーレート設定部が設けられている。 Therefore, the semiconductor integrated circuit device 1 has a slew rate of the gate driver 31 (=rising speed of the gate drive signal G1, and furthermore, an output A slew rate setting section is provided for setting the rising speed of the voltage Vo.

<スルーレート設定部>
図3は、スルーレート設定部の一構成例を示す図である。本構成例のスルーレート設定部110は、オペアンプ111と、NMOSFET112と、抵抗113(抵抗値:Rss)と、外部端子SSと、を含む。
<Slew rate setting part>
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a slew rate setting unit. The slew rate setting unit 110 of this configuration example includes an operational amplifier 111, an NMOSFET 112, a resistor 113 (resistance value: Rss), and an external terminal SS.

オペアンプ111の電源端は、内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。オペアンプ111の基準電位端は、接地端GNDに接続されている。オペアンプ111の非反転入力端(+)は、ソフトスタート電圧Vssの印加端に接続されている。オペアンプ111の反転入力端(-)とNMOSFET112のソースは、外部端子SSに接続されている。オペアンプ111の出力端は、NMOSFET112のゲートに接続されている。NMOSFET112のドレインは、ソフトスタート電流Issの出力端に接続されている。抵抗113は、半導体集積回路装置1の外部において、外部端子SSと接地端GNDとの間に接続されている。 A power supply end of the operational amplifier 111 is connected to an application end of the internal power supply voltage Vreg. A reference potential terminal of the operational amplifier 111 is connected to the ground terminal GND. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 111 is connected to the application terminal of the soft start voltage Vss. The inverting input terminal (-) of the operational amplifier 111 and the source of the NMOSFET 112 are connected to the external terminal SS. The output terminal of the operational amplifier 111 is connected to the gate of the NMOSFET 112 . The drain of NMOSFET 112 is connected to the output end of soft start current Iss. The resistor 113 is connected between the external terminal SS and the ground terminal GND outside the semiconductor integrated circuit device 1 .

上記のように接続されたオペアンプ111は、非反転入力端(+)と反転入力端(-)がイマジナリショートするようにNMOSFET112のゲート制御を行う。その結果、抵抗113には、自身の抵抗値Rssに応じたソフトスタート電流Iss(=Vss×Rss)が流れる。すなわち、ソフトスタート電流Issは、抵抗値Rssが高いほど大きくなり、逆に、抵抗値Rssが低いほど小さくなる。従って、外付けの抵抗113を用いてソフトスタート電流Issを任意に設定することが可能となる。なお、オペアンプ111内部の差動段をカスコード回路とすれば、ソフトスタート電流Issの設定精度を高めることができる。 The operational amplifier 111 connected as described above controls the gate of the NMOSFET 112 so that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (-) are imaginarily shorted. As a result, a soft start current Iss (=Vss×Rss) corresponding to its own resistance value Rss flows through the resistor 113 . That is, the soft-start current Iss increases as the resistance value Rss increases, and conversely decreases as the resistance value Rss decreases. Therefore, it is possible to arbitrarily set the soft start current Iss using the external resistor 113 . If the differential stage inside the operational amplifier 111 is a cascode circuit, the setting accuracy of the soft-start current Iss can be improved.

上記のソフトスタート電流Issは、ゲートドライバ31のスルーレートを設定するための電流信号として、ゲートドライバ31に供給されている。すなわち、スルーレート設定部110は、上記のソフトスタート電流Issを用いて、ゲートドライバ31のスルーレートを設定する。なお、ゲートドライバ31は、その出力段を形成するソース電流源311及びシンク電流源312と、これらを制御するコントローラ313と、を含む。 The soft start current Iss is supplied to the gate driver 31 as a current signal for setting the slew rate of the gate driver 31 . That is, the slew rate setting unit 110 sets the slew rate of the gate driver 31 using the soft start current Iss. The gate driver 31 includes a source current source 311 and a sink current source 312 that form its output stage, and a controller 313 that controls them.

ソース電流源311は、昇圧電圧VGの印加端とゲート駆動信号G1の印加端との間に接続されており、ゲート駆動信号G1をハイレベル(=VG)とするときにオンされて、ゲート駆動信号G1の印加端にソース電流IH(=上側ゲート駆動電流)を流し込む。 The source current source 311 is connected between the application end of the boosted voltage VG and the application end of the gate drive signal G1, and is turned on when the gate drive signal G1 is set to high level (=VG) to drive the gate. A source current IH (=upper gate driving current) is supplied to the application terminal of the signal G1.

なお、ソース電流IHは、ソフトスタート電流Issに応じて変化する。例えば、ソフトスタート電流Issが大きいほどソース電流IHも大きくなるので、ゲートドライバ31のスルーレートが高くなる。逆に、ソフトスタート電流Issが小さいほどソース電流IHも小さくなるので、ゲートドライバ31のスルーレートが低くなる。このように、スルーレート設定部110は、ソフトスタート電流Issを用いて、ゲートドライバ31の出力段に流れるソース電流IHを可変制御する。 Note that the source current IH changes according to the soft start current Iss. For example, the larger the soft start current Iss, the larger the source current IH, so the slew rate of the gate driver 31 increases. Conversely, the smaller the soft-start current Iss, the smaller the source current IH, so the slew rate of the gate driver 31 becomes lower. In this manner, the slew rate setting unit 110 variably controls the source current IH flowing through the output stage of the gate driver 31 using the soft start current Iss.

シンク電流源312は、ゲート駆動信号G1の印加端と外部端子T2(=出力電圧Voの印加端)との間に接続されており、ゲート駆動信号G1をローレベル(=Vo)とするときにオンされて、ゲート駆動信号G1の印加端からシンク電流IL(=下側ゲート駆動電流)を引き込む。なお、シンク電流ILは、ソフトスタート電流Issに依らず、固定値に設定しておけばよい。 The sink current source 312 is connected between the application terminal of the gate drive signal G1 and the external terminal T2 (=the application terminal of the output voltage Vo), and when the gate drive signal G1 is at low level (=Vo), When turned on, sink current IL (=lower side gate drive current) is drawn from the application terminal of gate drive signal G1. The sink current IL may be set to a fixed value regardless of the soft start current Iss.

コントローラ313は、ゲート制御信号S1に応じてソース電流源311及びシンク電流源312を制御することにより、ソース電流IH及びシンク電流ILそれぞれのオン/オフ制御を行う。例えば、コントローラ313は、ゲート制御信号S1がハイレベルであるときに、ソース電流IHをオンしてシンク電流ILをオフすることにより、ゲート駆動信号G1をハイレベル(=VG)とする。一方、コントローラ313は、ゲート制御信号S1がローレベルであるときに、ソース電流IHをオフしてシンク電流ILをオンすることにより、ゲート駆動信号G1をローレベル(=Vo)とする。 The controller 313 controls the source current source 311 and the sink current source 312 according to the gate control signal S1, thereby performing on/off control of the source current IH and the sink current IL. For example, the controller 313 sets the gate drive signal G1 to high level (=VG) by turning on the source current IH and turning off the sink current IL when the gate control signal S1 is at high level. On the other hand, the controller 313 sets the gate drive signal G1 to low level (=Vo) by turning off the source current IH and turning on the sink current IL when the gate control signal S1 is at low level.

図4は、ゲートドライバ31のスルーレート(=出力電圧Voの立上り速度)と負荷3に流れる突入電流(=出力電流Ioのピーク電流値)との相関関係を示す図であり、上から順番に、外部制御信号Si、出力電圧Vo、及び、出力電流Ioが描写されている。なお、出力電圧Vo及び出力電流Ioそれぞれの線種(実線、小破線、大破線、及び、一点鎖線)は一対一で対応している。 FIG. 4 is a diagram showing the correlation between the slew rate of the gate driver 31 (=rising speed of the output voltage Vo) and the inrush current flowing through the load 3 (=peak current value of the output current Io). , the external control signal Si, the output voltage Vo and the output current Io are depicted. The line types (solid line, small dashed line, large dashed line, and one-dot chain line) of the output voltage Vo and the output current Io are in one-to-one correspondence.

外部制御信号Siがハイレベルに立ち上げられると、NMOSFET10がオンするので、出力電圧Voが上昇し始める。このとき、負荷3が容量を持っていれば、その容量を充電するために大きな出力電流Io(=突入電流)が流れる。 When the external control signal Si rises to a high level, the NMOSFET 10 turns on, so the output voltage Vo begins to rise. At this time, if the load 3 has a capacity, a large output current Io (=rush current) flows to charge the capacity.

ここで、出力電流Ioのピーク電流値は、容量充電期間が短いほど大きくなり、逆に、容量充電期間が長いほど小さくなる。従って、例えば、ゲートドライバ31のソース電流IHを小さく絞って出力電圧Voの立上り速度を引き下げることにより、容量充電期間を長くして出力電流Ioのピーク電流値を抑制することが可能となる。 Here, the peak current value of the output current Io becomes larger as the capacity charging period becomes shorter, and conversely becomes smaller as the capacity charging period becomes longer. Therefore, for example, by narrowing down the source current IH of the gate driver 31 to reduce the rising speed of the output voltage Vo, it is possible to lengthen the capacity charging period and suppress the peak current value of the output current Io.

なお、出力電流Ioのピーク電流値は、負荷3の容量値や電源電圧VBBの電圧値に応じて変動するが、スルーレート設定部110は、外付けの抵抗113を用いてソフトスタート電流Iss(延いてはソース電流IH)を任意に調整することができるので、様々なアプリケーションにも柔軟に対応することが可能である。 The peak current value of the output current Io fluctuates according to the capacitance value of the load 3 and the voltage value of the power supply voltage VBB. Furthermore, since the source current (IH) can be arbitrarily adjusted, it is possible to flexibly cope with various applications.

また、半導体集積回路装置1には、その安定起動(並びに起動時の省電力化)を実現するための手段として、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いときにチャージポンプ33を停止する昇圧制御部が設けられている。 In the semiconductor integrated circuit device 1, as a means for realizing its stable start-up (and power saving at start-up), the charge pump 33 is stopped when the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth. department is provided.

<昇圧制御部(第1実施例)>
図5は昇圧制御部の第1実施例を示す回路図である。本実施例の昇圧制御部120は、チャージポンプ33による昇圧電圧VG(=Vo+β、例えばVo+5V)の生成動作を制御するための回路部であり、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN1~N5と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP1~P4と、ダイオードD1~D4と、ツェナダイオードZD1~ZD3と、電流源CS1と、レベルシフタLVSと、を含む。
<Boost control unit (first embodiment)>
FIG. 5 is a circuit diagram showing a first embodiment of the boost control section. The boost control unit 120 of this embodiment is a circuit unit for controlling the generation operation of the boosted voltage VG (=Vo+β, for example Vo+5V) by the charge pump 33, and includes N-channel MOS field effect transistors N1 to N5, P It includes channel type MOS field effect transistors P1-P4, diodes D1-D4, Zener diodes ZD1-ZD3, current source CS1, and level shifter LVS.

なお、上記構成要素のうち、ダイオードD4、ツェナダイオードZD3、及び、レベルシフタLVSは、検出部DETの構成要素として機能する。 Among the components described above, the diode D4, the Zener diode ZD3, and the level shifter LVS function as components of the detection unit DET.

また、本図中に示されている定電圧VBB_REF及び定電圧VBBM5は、いずれも半導体集積回路装置1の内部で生成される基準電圧であり、例えば、VBB_REF≒VBB、VBBM5≒VBB-5Vとなる。 The constant voltage VBB_REF and the constant voltage VBBM5 shown in the figure are both reference voltages generated inside the semiconductor integrated circuit device 1, and for example, VBB_REF≈VBB, VBBM5≈VBB-5V. .

トランジスタP1及びP2それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも電源電圧VBBの印加端に接続されている。トランジスタP1及びP2それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP1のドレインに接続されている。トランジスタP1のドレインは、電流源CS1を介して接地端GNDに接続されている。トランジスタP2のドレインは、定電圧VBB_REF(≒VBB)の印加端に接続されている。 The sources and backgates of the transistors P1 and P2 are both connected to the application terminal of the power supply voltage VBB. The gates of transistors P1 and P2 are both connected to the drain of transistor P1. The drain of transistor P1 is connected to ground GND via current source CS1. The drain of the transistor P2 is connected to the application terminal of the constant voltage VBB_REF (≈VBB).

ダイオードD1のアノードは、定電圧VBB_REFの印加端に接続されている。ダイオードD1のカソードは、ダイオードD2のアノードに接続されている。ダイオードD2のカソードは、トランジスタN3のドレインに接続されている。トランジスタN3のソース、ゲート及びバックゲートは、いずれもダイオードD3のアノードに接続されている。ダイオードD3のカソードは、トランジスタN1のドレイン(閾値電圧Vthの印加端)に接続されている。なお、ダイオードD1~D3の直列段数は、必要な順方向降下電圧α(例えば4V)に応じて適切に設定すればよい。 The anode of the diode D1 is connected to the application end of the constant voltage VBB_REF. The cathode of diode D1 is connected to the anode of diode D2. The cathode of diode D2 is connected to the drain of transistor N3. The source, gate and backgate of transistor N3 are all connected to the anode of diode D3. The cathode of the diode D3 is connected to the drain of the transistor N1 (the terminal to which the threshold voltage Vth is applied). The number of series stages of the diodes D1 to D3 may be appropriately set according to the required forward voltage drop α (eg, 4 V).

トランジスタN1及びN2それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも出力電圧Voの印加端に接続されている。トランジスタN1及びN2それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN1のドレインに接続されている。 The sources and backgates of the transistors N1 and N2 are both connected to the application terminal of the output voltage Vo. The gates of transistors N1 and N2 are both connected to the drain of transistor N1.

トランジスタP3及びP4それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも電源電圧VBBの印加端に接続されている。トランジスタP3のゲートは、トランジスタN2のドレインに接続されている。トランジスタP3のドレインは、トランジスタP4のゲートに接続されている。トランジスタP4のドレインは、定電圧VBB_REFの印加端に接続されている。 The sources and back gates of the transistors P3 and P4 are both connected to the application terminal of the power supply voltage VBB. The gate of transistor P3 is connected to the drain of transistor N2. The drain of transistor P3 is connected to the gate of transistor P4. The drain of transistor P4 is connected to the application end of constant voltage VBB_REF.

トランジスタN4及びN5それぞれのドレインは、いずれも電源電圧VBBの印加端に接続されている。トランジスタN4のソース、ゲート及びバックゲートは、いずれもトランジスタN2のドレインに接続されている。トランジスタN5のソース、ゲート及びバックゲートは、いずれもトランジスタP3のドレインに接続されている。 The drains of the transistors N4 and N5 are both connected to the application terminal of the power supply voltage VBB. The source, gate and backgate of transistor N4 are all connected to the drain of transistor N2. The source, gate and backgate of transistor N5 are all connected to the drain of transistor P3.

ツェナダイオードZD1及びZD2それぞれのカソードは、いずれも電源電圧VBBの印加端に接続されている。ツェナダイオードZD1のアノードは、トランジスタP3のゲートに接続されている。ツェナダイオードZD2のアノードは、トランジスタP4のゲートに接続されている。 The cathodes of the Zener diodes ZD1 and ZD2 are both connected to the application terminal of the power supply voltage VBB. The anode of Zener diode ZD1 is connected to the gate of transistor P3. The anode of Zener diode ZD2 is connected to the gate of transistor P4.

ツェナダイオードZD3のカソードは、定電圧VBB_REFの印加端に接続されている。一方、ツェナダイオードZD3のアノードは、ダイオードD4のアノードに接続されている。ダイオードD4のカソードは、定電圧VBBM5の印加端に接続されている。 The cathode of Zener diode ZD3 is connected to the application end of constant voltage VBB_REF. On the other hand, the anode of Zener diode ZD3 is connected to the anode of diode D4. The cathode of diode D4 is connected to the application end of constant voltage VBBM5.

トランジスタP3のドレインは、レベルシフタLVSの入力端に接続されている。レベルシフタLVSの出力端は、イネーブル信号ENの出力端に相当する。 The drain of transistor P3 is connected to the input terminal of level shifter LVS. The output end of the level shifter LVS corresponds to the output end of the enable signal EN.

なお、上記したトランジスタN1~N5のうち、トランジスタN1及びN2は、いずれもエンハンスメント型であり、トランジスタN3~N5は、いずれもデプレッション型である。特に、トランジスタN3は、電流制限素子として機能する。また、トランジスタN4及びN5は、プルアップ素子として機能する。 Of the transistors N1 to N5 described above, the transistors N1 and N2 are both enhancement type, and the transistors N3 to N5 are all depletion type. In particular, transistor N3 functions as a current limiting element. Transistors N4 and N5 also function as pull-up elements.

レベルシフタLVS、オシレータ32、及び、チャージポンプ33それぞれの上側電源端は、いずれも定電圧VBB_REFの印加端に接続されている。レベルシフタLVS、オシレータ32、及び、チャージポンプ33それぞれの下側電源端は、いずれも定電圧VBBM5の印加端に接続されている。従って、レベルシフタLVSから出力されるイネーブル信号EN、及び、オシレータ32から出力されるクロック信号CLKについて、それぞれのハイレベルは、いずれも定電圧VBB_REFとなり、それぞれのローレベルは、いずれも定電圧VBBM5となる。 The upper power supply terminals of the level shifter LVS, the oscillator 32, and the charge pump 33 are all connected to the application terminal of the constant voltage VBB_REF. The lower power terminals of the level shifter LVS, the oscillator 32, and the charge pump 33 are all connected to the application terminal of the constant voltage VBBM5. Therefore, for the enable signal EN output from the level shifter LVS and the clock signal CLK output from the oscillator 32, the high level is the constant voltage VBB_REF, and the low level is the constant voltage VBBM5. Become.

イネーブル信号ENがハイレベル(=イネーブル時の論理レベル)であるときには、オシレータ32からクロック信号CLKが出力されるので、チャージポンプ33による昇圧電圧VGの生成動作が行われる。すなわち、ゲート駆動信号G1のハイレベル(=昇圧電圧VG)は、NMOSFET10のソース電圧に相当する出力電圧Voよりも高い電圧値に引き上げられる。従って、ハイサイドスイッチとして用いられるNMOSFET10を確実にオンすることが可能となる。 When the enable signal EN is at a high level (=logic level when enabled), the clock signal CLK is output from the oscillator 32, so that the charge pump 33 generates the boosted voltage VG. That is, the high level (=boosted voltage VG) of the gate drive signal G1 is raised to a voltage value higher than the output voltage Vo corresponding to the source voltage of the NMOSFET10. Therefore, it is possible to reliably turn on the NMOSFET 10 used as a high-side switch.

図6は、第1実施例における昇圧制御動作の一例(基本動作)を示すタイミングチャートであって、上から順に、外部制御信号Siと、各部の電圧及び信号(出力電圧Vo(実線)、昇圧電圧VG(一点鎖線)、及び、ゲート駆動信号G1(破線))が描写されている。以下では、先出の図5も適宜参照しながら、本図の動作説明を行う。 FIG. 6 is a timing chart showing an example (basic operation) of the boost control operation in the first embodiment. A voltage VG (chain line) and a gate drive signal G1 (broken line) are depicted. In the following, the operation of this figure will be described with appropriate reference to FIG. 5 as well.

時刻t21において、外部制御信号Siがローレベルからハイレベルに立ち上げられると、NMOSFET10がオンするので、出力電圧Voが0Vから上昇し始める。なお、出力電圧Voが所定の閾値電圧Vth(=VBB_REF-α)よりも低いときには、トランジスタN1及びN2から成るカレントミラーが動作するので、トランジスタN2にドレイン電流I1が流れる。従って、トランジスタP3のゲート電圧Vxがローレベル(≒Vo)に引き下げられるので、トランジスタP3がオンする。その結果、トランジスタP4のゲート電圧Vyがハイレベル(≒VBB)に引き上げられるので、トランジスタP4がオフする。 At time t21, when the external control signal Si rises from the low level to the high level, the NMOSFET 10 turns on, so the output voltage Vo starts rising from 0V. When the output voltage Vo is lower than a predetermined threshold voltage Vth (=VBB_REF-α), the current mirror consisting of the transistors N1 and N2 operates, so that the drain current I1 flows through the transistor N2. Therefore, the gate voltage Vx of the transistor P3 is lowered to a low level (≈Vo), turning on the transistor P3. As a result, the gate voltage Vy of the transistor P4 is raised to a high level (≈VBB), turning off the transistor P4.

なお、レベルシフタLVSは、入力信号(=ゲート電圧Vy)をレベルシフトした上でその論理レベルを反転した出力信号(=イネーブル信号EN)を出力する。従って、ゲート電圧Vyがハイレベル(≒VBB)になると、イネーブル信号ENがローレベル(≒VBBM5)となる。その結果、オシレータ32によるクロック信号CLKの生成動作が停止されるので、チャージポンプ33による昇圧電圧VGの生成動作も停止される。 The level shifter LVS outputs an output signal (=enable signal EN) obtained by level-shifting the input signal (=gate voltage Vy) and then inverting the logic level thereof. Therefore, when the gate voltage Vy becomes high level (≈VBB), the enable signal EN becomes low level (≈VBBM5). As a result, the operation of generating the clock signal CLK by the oscillator 32 is stopped, so the operation of generating the boosted voltage VG by the charge pump 33 is also stopped.

また、トランジスタP4がオフしているときには、電源電圧VBBの印加端から定電圧VBB_REFの印加端に至る電流供給経路が遮断される。従って、チャージポンプ33への電流供給能力は増強されない。 Further, when the transistor P4 is turned off, the current supply path from the application end of the power supply voltage VBB to the application end of the constant voltage VBB_REF is cut off. Therefore, the current supply capability to charge pump 33 is not enhanced.

このように、外部制御信号Siがハイレベルに立ち上がっても、Vo>Vthとなるまでは、チャージポンプ33の昇圧動作が開始されない。従って、昇圧電圧VG(延いてはゲート駆動信号G1)は、出力電圧Voと所定の電位差(=NMOSFET10のオンスレッショルド電圧)を維持しつつ、出力電圧Voと共に上昇していく。 Thus, even if the external control signal Si rises to a high level, the charge pump 33 does not start the boosting operation until Vo>Vth. Therefore, the boosted voltage VG (and thus the gate drive signal G1) rises together with the output voltage Vo while maintaining a predetermined potential difference (=the on-threshold voltage of the NMOSFET 10) from the output voltage Vo.

その後、時刻t22において、Vo>Vthになると、トランジスタN1及びN2から成るカレントミラーが動作できなくなるので、トランジスタN2のドレイン電流I1が流れなくなる。従って、トランジスタP3のゲート電圧Vxがハイレベル(≒VBB)に引き上げられるので、トランジスタP3がオフする。その結果、トランジスタP4のゲート電圧Vyがローレベル(≒VBBM5)に低下するので、トランジスタP4がオンする。 After that, when Vo>Vth at time t22, the current mirror consisting of the transistors N1 and N2 cannot operate, so that the drain current I1 of the transistor N2 stops flowing. Therefore, the gate voltage Vx of the transistor P3 is raised to a high level (≈VBB), turning off the transistor P3. As a result, the gate voltage Vy of the transistor P4 drops to a low level (≈VBBM5), turning on the transistor P4.

なお、ゲート電圧Vyがローレベル(≒VBBM5)になると、イネーブル信号ENがハイレベル(≒VBB_REF)となる。その結果、オシレータ32によるクロック信号CLKの生成動作が開始されるので、チャージポンプ33による昇圧電圧VGの生成動作も開始される。 When the gate voltage Vy becomes low level (≈VBBM5), the enable signal EN becomes high level (≈VBB_REF). As a result, the oscillator 32 starts generating the clock signal CLK, and the charge pump 33 also starts generating the boosted voltage VG.

また、トランジスタP4がオンすると、電源電圧VBBの印加端から定電圧VBB_REFの印加端に至る電流供給経路が導通される。従って、チャージポンプ33への電流供給能力が増強される。 Further, when the transistor P4 is turned on, the current supply path from the power supply voltage VBB application terminal to the constant voltage VBB_REF application terminal is conducted. Therefore, the current supply capability to the charge pump 33 is enhanced.

このように、Vo>Vthになるとチャージポンプ33の昇圧動作が開始されるので、昇圧電圧VGが出力電圧Voよりも引き上げられる。ただし、昇圧電圧VGは、図2のツェナダイオード38により、所定の目標値Vo(VBB)+βにクランプされる。 Thus, when Vo>Vth, the charge pump 33 starts the boosting operation, so that the boosted voltage VG is raised above the output voltage Vo. However, boosted voltage VG is clamped to a predetermined target value Vo(VBB)+β by Zener diode 38 in FIG.

その後、時刻t23において、外部制御信号Siがハイレベルからローレベルに立ち下げられると、NMOSFET10がオフするので、出力電圧Voが0Vに向けて低下し始める。ただし、Vo>Vthである間は、チャージポンプ33の昇圧動作が継続される。従って、昇圧電圧VGは、目標値Vo(VBB)+βに維持される。 After that, at time t23, when the external control signal Si falls from the high level to the low level, the NMOSFET 10 is turned off, so the output voltage Vo starts to drop toward 0V. However, the boosting operation of the charge pump 33 is continued while Vo>Vth. Therefore, the boosted voltage VG is maintained at the target value Vo(VBB)+β.

一方、時刻t24において、Vo<Vthになると、チャージポンプ33の昇圧動作が停止される。従って、これ以降、昇圧電圧VG(延いてはゲート駆動信号G1)は、出力電圧Voと所定の電位差(=NMOSFET10のオンスレッショルド電圧)を維持しつつ、出力電圧Voと共に低下していく。 On the other hand, when Vo<Vth at time t24, the boosting operation of charge pump 33 is stopped. Therefore, after this, the boosted voltage VG (and thus the gate drive signal G1) decreases along with the output voltage Vo while maintaining a predetermined potential difference (=the ON threshold voltage of the NMOSFET 10) from the output voltage Vo.

上記一連の動作から分かるように、本実施例の昇圧制御部120は、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも低いときに、チャージポンプ33の昇圧動作を停止する。言い換えれば、昇圧制御部120は、出力電圧Voが閾値電圧Vthよりも高い電圧値まで立ち上がってから、チャージポンプ33の昇圧動作を開始させる。 As can be seen from the above series of operations, the boost control unit 120 of this embodiment stops the boost operation of the charge pump 33 when the output voltage Vo is lower than the threshold voltage Vth. In other words, the boost control unit 120 starts the boost operation of the charge pump 33 after the output voltage Vo rises to a voltage value higher than the threshold voltage Vth.

このような昇圧制御動作によれば、半導体集積回路装置1の起動時(=NMOSFET10のオン直後)における消費電流を低減するとともに、ノイズによるゲート駆動信号G1の歪みを抑制することができる。従って、半導体集積回路装置1の安定起動を実現することが可能となる。 According to such a boost control operation, it is possible to reduce current consumption when the semiconductor integrated circuit device 1 is started (=immediately after the NMOSFET 10 is turned on), and to suppress distortion of the gate drive signal G1 due to noise. Therefore, it is possible to achieve stable startup of the semiconductor integrated circuit device 1 .

また、異常保護部70をオンしてからチャージポンプ33をオンする、といった起動シーケンス(順番起動)を容易に設定することができるので、安全なオン/オフ設計を実現することも可能となる。 In addition, since it is possible to easily set a start-up sequence (sequential start-up) such as turning on the charge pump 33 after turning on the abnormality protection section 70, it is possible to realize a safe on/off design.

ただし、上記の昇圧制御(=出力電圧Voに応じたチャージポンプ制御)と、先述の突入電流抑制機能(ソフトスタート機能)を組み合わせて実施する場合には、留意すべき点がある。以下、その留意点について詳細に検討する。 However, there is a point to be noted when performing the boost control (=charge pump control according to the output voltage Vo) in combination with the above-described inrush current suppression function (soft start function). The points to be noted are examined in detail below.

図7は、低スルーレート設定時の昇圧制御異常を示す図であり、上から順に、出力電圧Voとイネーブル信号ENが描写されている。なお、実線は高スルーレート時の挙動を示しており、破線は低スルーレート時の挙動を示している。 FIG. 7 is a diagram showing an abnormality in boost control when a low slew rate is set, and depicts the output voltage Vo and the enable signal EN in order from the top. A solid line indicates the behavior at a high slew rate, and a broken line indicates the behavior at a low slew rate.

半導体集積回路装置1の起動時において、出力電圧Voが閾値電圧Vth(=VBB_REF-α)よりも高くなると、イネーブル信号ENがハイレベルに立ち上がるので、チャージポンプ33の昇圧動作が開始される。 When the semiconductor integrated circuit device 1 is started, when the output voltage Vo becomes higher than the threshold voltage Vth (=VBB_REF-α), the enable signal EN rises to a high level, so that the charge pump 33 starts boosting operation.

また、このとき、昇圧制御部120では、電源電圧VBBの印加端から定電圧VBB_REFの印加端に至る電流供給経路が導通され、チャージポンプ33への電流供給能力が増強される。そのため、定電圧VBB_REFが過渡的に持ち上がる場合がある。なお、閾値電圧Vthは、定電圧VBB_REFを基準として設定されているので、定電圧VBB_REFが持ち上がると、閾値電圧Vthも同様の挙動で持ち上がる。 At this time, in the boost control unit 120, the current supply path from the application end of the power supply voltage VBB to the application end of the constant voltage VBB_REF is turned on, and the current supply capability to the charge pump 33 is enhanced. Therefore, the constant voltage VBB_REF may rise transiently. Since the threshold voltage Vth is set based on the constant voltage VBB_REF, when the constant voltage VBB_REF rises, the threshold voltage Vth also rises with the same behavior.

ここで、ゲートドライバ31のスルーレート(=出力電圧Voの立上り速度)が高ければ、定電圧VBB_REFが過渡的に持ち上がったとしても、Vo>Vthが維持されるので、チャージポンプ33の昇圧動作が停止されることはない(実線を参照)。 Here, if the slew rate of the gate driver 31 (=the rising speed of the output voltage Vo) is high, Vo>Vth is maintained even if the constant voltage VBB_REF rises transiently, so the boosting operation of the charge pump 33 is maintained. It is never stopped (see solid line).

一方、ゲートドライバ31のスルーレートが低いと、定電圧VBB_REFの過渡上昇時にVo>Vthが維持されなくなるので、チャージポンプ33の昇圧動作が意図せずに停止したり、オン/オフを繰り返したりする場合がある(破線を参照)。 On the other hand, if the slew rate of the gate driver 31 is low, Vo>Vth cannot be maintained when the constant voltage VBB_REF transiently rises, so the boosting operation of the charge pump 33 unintentionally stops or is repeatedly turned on/off. (see dashed line).

特に、先述の突入電流抑制機能(ソフトスタート機能)を持つ半導体集積回路装置1では、ゲートドライバ31のスルーレートが任意に可変制御されるので、昇圧制御部120の閾値電圧Vthに一意的なヒステリシスを付与するだけでは不十分である。以下では、上記の不具合を解消することのできる新規な構成について提案する。 In particular, in the semiconductor integrated circuit device 1 having the above-described inrush current suppression function (soft start function), the slew rate of the gate driver 31 is arbitrarily variably controlled. is not enough. In the following, we propose a new configuration that can solve the above problems.

<昇圧制御部(第2実施例)>
図8は、昇圧制御部120の第2実施例を示す図である。本実施例の昇圧制御部120は、先の第1実施例(図5)をベースとしつつ、ヒステリシス付与部130が組み込まれた構成とされている。
<Boost Control Unit (Second Embodiment)>
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the boost control section 120. As shown in FIG. The boost control section 120 of the present embodiment is based on the first embodiment (FIG. 5) and has a configuration in which a hysteresis imparting section 130 is incorporated.

ヒステリシス付与部130は、ソフトスタート電流Issに応じて閾値電圧Vthにヒステリシス電圧Vhysを付与するための手段として、定電圧VBB_REFの印加端とダイオードD1との間に挿入された回路ブロックであり、バイアス電圧源Eと、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN21と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP21と、を含む。 The hysteresis applying unit 130 is a circuit block inserted between the application end of the constant voltage VBB_REF and the diode D1 as means for applying the hysteresis voltage Vhys to the threshold voltage Vth in accordance with the soft start current Iss. It includes a voltage source E, an N-channel MOS field effect transistor N21, and a P-channel MOS field effect transistor P21.

バイアス電圧源Eの正極端、トランジスタN21のドレイン、並びに、トランジスタP21のソース及びバックゲートは、いずれも定電圧VBB_REFの印加端に接続されている。バイアス電圧源Eの負極端は、トランジスタN21のゲートに接続されている。トランジスタN21のソース及びバックゲートとトランジスタP21のドレインは、いずれもダイオードD1のアノードに接続されている。トランジスタP21のゲートは、イネーブル信号ENの印加端(=検出部DETの出力端)に接続されている。 The positive terminal of the bias voltage source E, the drain of the transistor N21, and the source and backgate of the transistor P21 are all connected to the application terminal of the constant voltage VBB_REF. The negative end of bias voltage source E is connected to the gate of transistor N21. The source and backgate of the transistor N21 and the drain of the transistor P21 are all connected to the anode of the diode D1. The gate of the transistor P21 is connected to the application end of the enable signal EN (=the output end of the detection section DET).

なお、トランジスタN21のドレイン・ソース間電圧は、閾値電圧Vthに付与されるヒステリシス電圧Vhysに相当する。例えば、EN=Lであるときには、トランジスタP21がオンするので、Vhys≒0となり、延いては、Vth=VBB_REF-αとなる。一方、EN=Hであるときには、トランジスタP21がオフするので、Vhys=VgsN+VB(ただし、VgsNはトランジスタN21のゲート・ソース間電圧、VBはバイアス電圧源Eで生成されるバイアス電圧)となり、延いては、Vth=VBB_REF-(α+VgsN+VB)となる。 Note that the drain-source voltage of the transistor N21 corresponds to the hysteresis voltage Vhys applied to the threshold voltage Vth. For example, when EN=L, the transistor P21 is turned on, so Vhys≈0, and Vth=VBB_REF-α. On the other hand, when EN=H, the transistor P21 is turned off, so Vhys=VgsN+VB (where VgsN is the voltage between the gate and source of the transistor N21, and VB is the bias voltage generated by the bias voltage source E). is Vth=VBB_REF-(α+VgsN+VB).

すなわち、イネーブル信号ENがローレベルからハイレベルに切り替わると、閾値電圧VthがVBB_REF-αからVBB_REF-(α+VgsN+VB)に引き下げられる。従って、定電圧VBB_REFが過渡的に持ち上がったとしても、Vo>Vthが維持されやすくなるので、チャージポンプ33の昇圧動作が停止されにくくなる。 That is, when the enable signal EN switches from low level to high level, the threshold voltage Vth is lowered from VBB_REF-α to VBB_REF-(α+VgsN+VB). Therefore, even if the constant voltage VBB_REF rises transiently, Vo>Vth is likely to be maintained, and the boosting operation of the charge pump 33 is less likely to be stopped.

特に、バイアス電圧源Eは、スルーレート設定部110で生成されるソフトスタート電流Issに応じたバイアス電圧VBを生成する。より具体的に述べると、バイアス電圧VBは、ソフトスタート電流Issが大きいほど低くなり、ソフトスタート電流Issが小さいほど高くなる。すなわち、ヒステリシス電圧Vhysは、高スルーレート時に低くなり、低スルーレート時に高くなる。 In particular, bias voltage source E generates bias voltage VB corresponding to soft start current Iss generated by slew rate setting section 110 . More specifically, the bias voltage VB decreases as the soft-start current Iss increases, and increases as the soft-start current Iss decreases. That is, the hysteresis voltage Vhys is low at high slew rates and high at low slew rates.

このような構成であれば、ゲートドライバ31のスルーレートに応じて昇圧制御部120のヒステリシス電圧Vhysを最適化することができるので、突入電流抑制と安定起動を両立することが可能となる。 With such a configuration, the hysteresis voltage Vhys of the boost control unit 120 can be optimized according to the slew rate of the gate driver 31, so it is possible to achieve both inrush current suppression and stable startup.

<バイアス電圧源>
図9はバイアス電圧源Eの一構成例を示す図である。本構成例のバイアス電圧源Eは、電流源CS2と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN22及びN23と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP21と、抵抗R1~R3と、を含む。
<Bias voltage source>
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the bias voltage source E. In FIG. The bias voltage source E of this configuration example includes a current source CS2, N-channel MOS field effect transistors N22 and N23, a P-channel MOS field effect transistor P21, and resistors R1 to R3.

電流源CS2の第1端は、電源電圧VBBの印加端に接続されている。電流源CS2の第2端と抵抗R1の第1端は、トランジスタP22のゲートに接続されている。抵抗R1の第2端は、接地端に接続されている。なお、抵抗R1は、温度特性の小さいp+ポリシリコン抵抗で形成するとよい。 A first end of the current source CS2 is connected to the application end of the power supply voltage VBB. The second end of current source CS2 and the first end of resistor R1 are connected to the gate of transistor P22. A second end of the resistor R1 is connected to the ground end. It should be noted that the resistor R1 is preferably formed of a p+ polysilicon resistor having a small temperature characteristic.

抵抗R2及びR3それぞれの第1端とトランジスタP22のバックゲートは、いずれも定電圧VBB_REFの印加端に接続されている。抵抗R2の第2端は、トランジスタP22のソースに接続されている。抵抗R3の第2端は、トランジスタN21のゲートに接続されている。なお、抵抗R2及びR3は、互いの製造ばらつきや温度特性をキャンセルするために、同一プロセスのポリシリコン抵抗で形成するとよい。 The first terminals of the resistors R2 and R3 and the back gate of the transistor P22 are both connected to the application terminal of the constant voltage VBB_REF. A second end of resistor R2 is connected to the source of transistor P22. A second end of the resistor R3 is connected to the gate of the transistor N21. It should be noted that the resistors R2 and R3 are preferably formed of polysilicon resistors of the same process in order to cancel mutual manufacturing variations and temperature characteristics.

トランジスタN22のドレインは、トランジスタP22のドレインに接続されている。トランジスタN23のドレインは、トランジスタN21のゲートに接続されている。トランジスタN22及びN23それぞれのゲートは、トランジスタN22のドレインに接続されている。トランジスタN22及びN23それぞれのソース及びバックゲートは、接地端に接続されている。 The drain of transistor N22 is connected to the drain of transistor P22. The drain of transistor N23 is connected to the gate of transistor N21. The gates of transistors N22 and N23 are connected to the drain of transistor N22. The sources and back gates of transistors N22 and N23 are connected to the ground terminal.

電流源CS2は、ソフトスタート電流Iss(=Vss/Rss)に応じた電流I1を生成する。抵抗R1は、電流I1を電圧V1(=I1×R1)に変換する。抵抗R2は、その両端間電圧V2(=VBB_REF-(V1+VgsP)、ただしVgsPはトランジスタP22のゲート・ソース間電圧)に応じた電流I2(=V2/R2)を生成する。トランジスタN22及びN23は、電流I2をミラーして電流I3を生成する。抵抗R3は、電流I3を電圧V3(=I3×R3)に変換する。電圧V3は、バイアス電圧VBとしてトランジスタN21のゲート・ドレイン間に印加される。従って、ヒステリシス電圧Vhysは、次の数式で表すことができる。 Current source CS2 generates current I1 according to soft start current Iss (=Vss/Rss). Resistor R1 converts current I1 into voltage V1 (=I1×R1). The resistor R2 generates a current I2 (=V2/R2) corresponding to the voltage V2 across it (=VBB_REF−(V1+VgsP), where VgsP is the voltage across the gate and source of the transistor P22). Transistors N22 and N23 mirror current I2 to produce current I3. Resistor R3 converts current I3 to voltage V3 (=I3×R3). Voltage V3 is applied between the gate and drain of transistor N21 as bias voltage VB. Therefore, the hysteresis voltage Vhys can be expressed by the following formula.

Figure 0007145745000001
Figure 0007145745000001

上式から分かるように、抵抗値Rssを高くしてソフトスタート電流Issを大きくするほど、ヒステリシス電圧Vhysが低くなり、抵抗値Rssを低くしてソフトスタート電流Issを小さくするほど、ヒステリシス電圧Vhysが高くなる。すなわち、ヒステリシス電圧Vhysは、高スルーレート時に低くなり、低スルーレート時に高くなる。 As can be seen from the above equation, the hysteresis voltage Vhys decreases as the resistance value Rss increases and the soft-start current Iss increases, and the hysteresis voltage Vhys decreases as the resistance value Rss decreases and the soft-start current Iss decreases. get higher That is, the hysteresis voltage Vhys is low at high slew rates and high at low slew rates.

なお、トランジスタP22のゲート・ソース間電圧VgsPは、負の温度特性を持つ。これを鑑みると、ソフトスタート電圧Vssに正の温度特性を持たせておき、相互に温度特性を打ち消し合うことが望ましい。 The gate-source voltage VgsP of the transistor P22 has a negative temperature characteristic. In view of this, it is desirable to give the soft start voltage Vss a positive temperature characteristic so that the temperature characteristics cancel each other out.

図10は、ソフトスタート電流Issとヒステリシス電圧Vhysの相関関係を示す図である。本図で示したように、ヒステリシス付与部130は、ソフトスタート電流Issが小さいほどヒステリシス電圧Vhysを引き上げ、ソフトスタート電流Issが大きいほどヒステリシス電圧Vhysを引き下げる。すなわち、ヒステリシス電圧Vhysは、高スルーレート時に低くなり、低スルーレート時に高くなる。このように、ゲートドライバ31のスルーレートに応じて昇圧制御部120のヒステリシス電圧Vhysを最適化することにより、突入電流抑制と安定起動を両立することが可能となる。 FIG. 10 is a diagram showing the correlation between soft-start current Iss and hysteresis voltage Vhys. As shown in the figure, the hysteresis applying unit 130 raises the hysteresis voltage Vhys as the soft-start current Iss decreases, and lowers the hysteresis voltage Vhys as the soft-start current Iss increases. That is, the hysteresis voltage Vhys is low at high slew rates and high at low slew rates. By optimizing the hysteresis voltage Vhys of the boost control unit 120 according to the slew rate of the gate driver 31 in this way, it is possible to achieve both inrush current suppression and stable startup.

<車両への適用>
図11は、車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、バッテリ(本図では不図示)と、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器X11~X18とを搭載している。なお、本図における電子機器X11~X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
<Application to vehicles>
FIG. 11 is an external view showing one configuration example of a vehicle. A vehicle X of this configuration example is equipped with a battery (not shown in the drawing) and various electronic devices X11 to X18 that operate with power supplied from the battery. Note that the mounting positions of the electronic devices X11 to X18 in this figure may differ from the actual ones for convenience of illustration.

電子機器X11は、エンジンに関連する制御(インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など)を行うエンジンコントロールユニットである。 The electronic device X11 is an engine control unit that performs engine-related controls (injection control, electronic throttle control, idling control, oxygen sensor heater control, auto-cruise control, etc.).

電子機器X12は、HID[high intensity discharged lamp]やDRL[daytime running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。 The electronic device X12 is a lamp control unit that controls lighting and extinguishing of HID [high intensity discharged lamps] and DRL [daytime running lamps].

電子機器X13は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。 The electronic device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.

電子機器X14は、車両Xの運動に関連する制御(ABS[anti-lock brake system]制御、EPS[electric power steering]制御、電子サスペンション制御など)を行うボディコントロールユニットである。 The electronic device X14 is a body control unit that performs control related to the movement of the vehicle X (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.).

電子機器X15は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。 The electronic device X15 is a security control unit that drives and controls door locks, security alarms, and the like.

電子機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー(ショックアブソーバー)、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Xに組み込まれている電子機器である。 Electronic device X16 includes wipers, electric door mirrors, power windows, dampers (shock absorbers), electric sunroofs, electric seats, and other electronic devices built into vehicle X at the factory shipment stage as standard equipment or manufacturer options. is.

電子機器X17は、車載A/V[audio/visual]機器、カーナビゲーションシステム、及び、ETC[electronic toll collection system]など、ユーザオプション品として任意で車両Xに装着される電子機器である。 The electronic device X17 is an electronic device arbitrarily mounted on the vehicle X as a user option, such as an in-vehicle A/V [audio/visual] device, a car navigation system, and an ETC [electronic toll collection system].

電子機器X18は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。 The electronic device X18 is an electronic device having a high withstand voltage motor, such as an in-vehicle blower, an oil pump, a water pump, and a battery cooling fan.

なお、先に説明した半導体集積回路装置1、ECU2、及び、負荷3は、電子機器X11~X18のいずれにも組み込むことが可能である。 The semiconductor integrated circuit device 1, the ECU 2, and the load 3 described above can be incorporated in any of the electronic devices X11 to X18.

<その他の変形例>
また、上記の実施形態では、車載用ハイサイドスイッチICを例に挙げて説明を行ったが、本明細書中に開示されている発明の適用対象は、これに限定されるものではなく、例えば、その他の車載用IPD(車載用ローサイドスイッチICや車載用電源ICなど)はもちろん、車載用途以外の半導体集積回路装置にも広く適用することが可能である。
<Other Modifications>
Further, in the above-described embodiments, the high-side switch ICs for automobiles have been described as an example, but the application of the invention disclosed herein is not limited to this. , and other vehicle-mounted IPDs (such as vehicle-mounted low-side switch ICs and vehicle-mounted power supply ICs), as well as semiconductor integrated circuit devices other than vehicle-mounted applications.

また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 In addition to the above-described embodiments, the various technical features disclosed in this specification can be modified in various ways without departing from the gist of the technical creation. That is, the above-described embodiments should be considered as examples and not restrictive in all respects, and the technical scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments. It should be understood that all changes that fall within the meaning and range of equivalence to the claims are included.

本明細書中に開示されている発明は、車載用IPDなどに利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The invention disclosed in this specification can be used for an in-vehicle IPD and the like.

1 半導体集積回路装置(スイッチ装置)
2 ECU
3 負荷
4 外部センス抵抗
10 NMOSFET(スイッチ素子)
20 出力電流監視部
21、21’ NMOSFET
22 センス抵抗
30 ゲート制御部
31 ゲートドライバ
311 ソース電流源
312 シンク電流源
313 コントローラ
32 オシレータ
33 チャージポンプ(昇圧部)
34 クランパ
35 NMOSFET
36 抵抗
37 キャパシタ
38 ツェナダイオード(クランプ素子)
40 制御ロジック部
50 信号入力部
60 内部電源部
70 異常保護部
71 過電流保護回路
72 オープン保護回路
73 温度保護回路
74 減電圧保護回路
80 出力電流検出部
90 信号出力部
110 スルーレート設定部
111 オペアンプ
112 NMOSFET
113 抵抗
120 昇圧制御部
130 ヒステリシス付与部
CS1、CS2 電流源
D1~D4 ダイオード
DET 検出部
E バイアス電圧源
LVS レベルシフタ
N1~N5、N21~N23 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
P1~P4、P21 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
R1~R3 抵抗
SS 外部端子
T1~T4 外部端子
X 車両
X11~X18 電子機器
ZD1~ZD3 ツェナダイオード
1 Semiconductor integrated circuit device (switch device)
2 ECUs
3 load 4 external sense resistor 10 NMOSFET (switch element)
20 output current monitoring unit 21, 21' NMOSFET
22 sense resistor 30 gate controller 31 gate driver 311 source current source 312 sink current source 313 controller 32 oscillator 33 charge pump (booster)
34 clamper 35 NMOSFET
36 resistor 37 capacitor 38 Zener diode (clamp element)
40 control logic unit 50 signal input unit 60 internal power supply unit 70 abnormality protection unit 71 overcurrent protection circuit 72 open protection circuit 73 temperature protection circuit 74 undervoltage protection circuit 80 output current detection unit 90 signal output unit 110 slew rate setting unit 111 operational amplifier 112 NMOSFETs
113 resistor 120 boost control unit 130 hysteresis applying unit CS1, CS2 current source D1-D4 diode DET detection unit E bias voltage source LVS level shifter N1-N5, N21-N23 N-channel MOS field effect transistor P1-P4, P21 P-channel type MOS Field Effect Transistor R1~R3 Resistance SS External Terminal T1~T4 External Terminal X Vehicle X11~X18 Electronic Equipment ZD1~ZD3 Zener Diode

Claims (10)

電源電圧の入力端と出力電圧の出力端との間に接続されたスイッチ素子を駆動するドライバのスルーレートを設定するスルーレート設定部と、
前記電源電圧よりも高い昇圧電圧を生成して前記ドライバに供給する昇圧部と、
前記出力電圧が閾値電圧よりも低いときに前記昇圧部を停止する昇圧制御部と、
前記ドライバのスルーレートに応じて前記閾値電圧にヒステリシス電圧を付与するヒステリシス付与部と、
を有することを特徴とするスイッチ装置。
a slew rate setting unit for setting a slew rate of a driver that drives a switching element connected between an input end of a power supply voltage and an output end of an output voltage;
a boosting unit that generates a boosted voltage higher than the power supply voltage and supplies it to the driver;
a boost control unit that stops the boost unit when the output voltage is lower than a threshold voltage;
a hysteresis applying unit that applies a hysteresis voltage to the threshold voltage according to the slew rate of the driver;
A switch device comprising:
前記ヒステリシス付与部は、前記ドライバのスルーレートが低いほど前記ヒステリシス電圧を高めることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ装置。 2. The switch device according to claim 1, wherein the hysteresis applying unit increases the hysteresis voltage as the slew rate of the driver decreases. 前記スルーレート設定部は、外付け素子を用いて前記ドライバのスルーレートを設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスイッチ装置。 3. The switch device according to claim 1, wherein the slew rate setting section uses an external element to set the slew rate of the driver. 前記スルーレート設定部は、前記ドライバの出力段に流れる駆動電流を可変制御することを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のスイッチ装置。 The switch device according to any one of claims 1 to 3, wherein the slew rate setting section variably controls the drive current flowing through the output stage of the driver. 前記昇圧制御部は、前記昇圧部に供給される定電圧を基準として前記閾値電圧を設定することを特徴とする請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のスイッチ装置。 5. The switch device according to claim 1, wherein the boost control section sets the threshold voltage based on a constant voltage supplied to the boost section. 前記昇圧制御部は、前記出力電圧が前記閾値電圧よりも高いときに前記昇圧部への電流供給能力を増強する機能を備えていることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のスイッチ装置。 6. The step-up control section according to claim 1, wherein the step-up control section has a function of enhancing current supply capability to the step-up section when the output voltage is higher than the threshold voltage. A switch device according to any one of the preceding claims. 前記スイッチ素子として、Nチャネル型のトランジスタを有することを特徴とする請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のスイッチ装置。 The switch device according to any one of claims 1 to 6, wherein the switch device has an N-channel transistor as the switch element. 請求項1~請求項7のいずれか一項に記載のスイッチ装置と、
前記スイッチ装置に接続される負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。
a switch device according to any one of claims 1 to 7;
a load connected to the switch device;
An electronic device comprising:
前記負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータであることを特徴とする請求項8に記載の電子機器。 9. The electronic device according to claim 8, wherein the load is a bulb lamp, a relay coil, a solenoid, a light emitting diode, or a motor. 請求項8または請求項9に記載の電子機器を有することを特徴とする車両。 A vehicle comprising the electronic device according to claim 8 or 9.
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