JPH07202667A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は例えばスイッチング電
源用ＩＣのように、スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴを
制御駆動する半導体装置、又はこの半導体装置とスイッ
チングパワーＭＯＳＦＥＴが一体化した半導体装置に関
する。なお、以下各図において同一符号は同一もしくは
相当部分を示す。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device for controlling and driving a switching power MOSFET, such as an IC for a switching power supply, or a semiconductor device in which the semiconductor device and the switching power MOSFET are integrated. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図２はスイッチング電源のスイッチング
パワーＭＯＳＦＥＴ（以下パワーＭＯＳとも略記する）
のゲートを制御駆動（バイアス）するいわゆるスイッチ
ング電源用ＩＣ内の従来のパワーＭＯＳ駆動部分の構成
例を示す。同図において、１はゲート膜厚５００Å程
度，ゲート耐圧１２Ｖ程度のスイッチングパワーＭＯＳ
ＦＥＴ（パワーＭＯＳ）、２はパワーＭＯＳ１のゲート
を直接バイアス駆動するために、図外のバイポーラ素子
をいわゆるトーテンポール接続してなる駆動回路、また
３は駆動回路２を直前で制御する回路（便宜上直前制御
回路と呼ぶ）で、論理回路等からなる。４はこのＩＣ内
の他の機能を持つ第２回路、５は同じく第１回路、６は
第１回路５内のバンドギャップ回路からなる基準電圧回
路である。2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a switching power MOSFET (hereinafter also referred to as a power MOS) of a switching power supply.
An example of the configuration of a conventional power MOS driving portion in a so-called switching power supply IC for controlling and driving (biasing) the gate of the above is shown. In the figure, 1 is a switching power MOS with a gate film thickness of about 500Å and a gate breakdown voltage of about 12V.
FET (power MOS) 2 is a drive circuit in which a bipolar element (not shown) is so-called totem pole connection in order to directly bias the gate of the power MOS 1, and 3 is a circuit which controls the drive circuit 2 immediately before (for convenience, immediately before It is called a control circuit) and is composed of a logic circuit and the like. Reference numeral 4 is a second circuit having another function in this IC, 5 is the same first circuit, and 6 is a reference voltage circuit composed of a bandgap circuit in the first circuit 5.
【０００３】またＶｃｃ1 は、このＩＣの電源入力端子
から駆動回路２，直前制御回路３，および第１回路５に
共通に供給される高圧側電源（この例では約１２Ｖ）、
Ｖｃｃ2 は高圧側電源Ｖｃｃ1 から分け、さらに第１回
路５内の基準電圧回路６から発生させた高圧側電源であ
る。この図２の回路は、駆動回路２によってパワーＭＯ
Ｓ１に対し、そのゲートしきい値Ｖｔｈを越える電圧を
印加（バイアス）して、パワーＭＯＳ１をＯＮさせ、ま
たゲートしきい値Ｖｔｈより低い電圧を印加（バイア
ス）してパワーＭＯＳ１をＯＦＦさせる。Further, Vcc 1 is a high-voltage side power supply (about 12 V in this example) commonly supplied from the power supply input terminal of this IC to the drive circuit 2, the immediately preceding control circuit 3, and the first circuit 5.
Vcc 2 is a high voltage side power source generated from the reference voltage circuit 6 in the first circuit 5, which is separated from the high voltage side power source Vcc 1 . The circuit shown in FIG.
A voltage exceeding the gate threshold Vth is applied (biased) to S1 to turn on the power MOS1, and a voltage lower than the gate threshold Vth is applied (biased) to turn off the power MOS1.
【０００４】この図２の回路ではパワーＭＯＳ１のＯＮ
時には駆動回路２の出力が高圧側電源Ｖｃｃ1 の電圧
（約１２Ｖ）に上昇する。In the circuit of FIG. 2, the power MOS1 is turned on.
At times, the output of the drive circuit 2 rises to the voltage (about 12V) of the high voltage side power source Vcc 1 .
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ＩＣのチップサイズの
縮小化が進む現在においては、パワーＭＯＳ１において
も、さらに小形化し、かつ出力電流をなるべく増大する
ことが要求されている。パワーＭＯＳ１のチップサイズ
を小さくし、出力電流を増大するには、微細加工プロセ
スを使用しなければならず、さらにまた、ゲートしきい
値Ｖｔｈを下げる必要があり、そのためにはゲート酸化
膜を薄くする必要がある。At the present time when the chip size of the IC is being reduced, the power MOS 1 is required to be further downsized and the output current be increased as much as possible. In order to reduce the chip size of the power MOS 1 and increase the output current, it is necessary to use a microfabrication process, and it is also necessary to lower the gate threshold Vth. Therefore, the gate oxide film is thin. There is a need to.
【０００６】しかしパワーＭＯＳ１のゲート酸化膜を２
５０Å程度に薄した場合には、ゲート耐圧が７Ｖ程度に
低くなる。このため、そのゲート耐圧以下でパワーＭＯ
Ｓのゲートをバイアスし、さらにスピードも確保できる
駆動回路が必要であった。さらに、図２の回路で、パワ
ーＭＯＳ１にゲート耐圧７Ｖ程度のものを使うには、ゲ
ート駆動電圧を大面積のツエナーダイオード等でクラン
プする必要があり、この方法ではＩＣのチップサイズが
大きくなってしまうため、チップサイズに影響与をえな
いことも必要であった。However, if the gate oxide film of the power MOS1 is 2
When the thickness is reduced to about 50Å, the gate breakdown voltage becomes as low as about 7V. Therefore, if the gate breakdown voltage is lower than the power MO
A drive circuit that biases the gate of S and can secure the speed is required. Further, in the circuit of FIG. 2, in order to use a power MOS1 having a gate breakdown voltage of about 7 V, it is necessary to clamp the gate drive voltage with a Zener diode having a large area, and this method increases the IC chip size. Therefore, it is necessary to not affect the chip size.
【０００７】また、図２のパワーＭＯＳ１の駆動回路の
動作時（スイッチング時）には、１Ａ程度のかなり大き
いスイッチング電流が過度的に流れるため、その際の電
源電圧の変動の影響をＩＣ内の他の回路に与えないこと
が必要であり、この過度的な電流による駆動回路の電源
電圧変動も低減する必要があった。そこで本発明はこれ
らの問題を解消できる半導体装置を提供することを課題
とする。Further, when the drive circuit of the power MOS 1 shown in FIG. 2 is operating (at the time of switching), a considerably large switching current of about 1 A excessively flows, so that the influence of the fluctuation of the power supply voltage at that time is affected in the IC. It is necessary not to apply it to other circuits, and it is also necessary to reduce fluctuations in the power supply voltage of the drive circuit due to this excessive current. Therefore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can solve these problems.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の半導体装置は、スイッチングパワーＭ
ＯＳＦＥＴ（１など）を制御駆動する半導体装置（スイ
ッチング電源用ＩＣなど）であって、この半導体装置内
の他の回路で（直前制御回路３など）で作られた制御信
号に応じ、前記スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴのゲー
トを直接バイアスして、このスイッチングパワーＭＯＳ
ＦＥＴをオン／オフする駆動回路（２など）を持ち、こ
の駆動回路はこの半導体装置の電源入力端子に供給され
る高圧側電源（Ｖｃｃ1 など、以下第１の高圧側電源と
いう）を自身の高圧側電源端子（８など）に入力し、こ
の第１の高圧側電源をオン又はオフのバイアス電圧とし
て前記スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴのゲートに与え
るものであるような半導体装置において、この半導体装
置の前記電源入力端子と、前記駆動回路の高圧側電源端
子との間に、１つ以上の能動素子からなり、この半導体
装置内で前記第１の高圧側電源を用いて（基準電圧回路
６などを介し）作られる（基準電圧ライン６ａなどの）
基準電圧によって制御され、前記駆動回路の高圧側電源
端子の電圧を安定化させる高圧電源安定化手段（高圧電
源クランプ回路７など）を備えたものとする。In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor device according to claim 1 has a switching power M.
A semiconductor device (such as a switching power supply IC) for controlling and driving an OSFET (1 or the like), wherein the switching power is changed according to a control signal generated by another circuit in the semiconductor device (such as the immediately preceding control circuit 3). By directly biasing the MOSFET gate, this switching power MOS
It has a drive circuit (2, etc.) for turning on / off the FET, and this drive circuit uses a high voltage side power supply (Vcc 1, etc., hereinafter referred to as a first high voltage side power supply) supplied to the power supply input terminal of this semiconductor device. A semiconductor device in which the first high-voltage power supply is applied to the gate of the switching power MOSFET as an ON or OFF bias voltage by inputting it to a high-voltage power supply terminal (8, etc.) Between the input terminal and the high-voltage side power supply terminal of the drive circuit, one or more active elements are used, and the first high-voltage side power supply is used in this semiconductor device (via the reference voltage circuit 6 or the like). Made (such as the reference voltage line 6a)
It is assumed that a high-voltage power supply stabilizing unit (such as a high-voltage power supply clamp circuit 7) that is controlled by a reference voltage and stabilizes the voltage of the high-voltage power supply terminal of the drive circuit is provided.
【０００９】また請求項２の半導体装置は、請求項１に
記載の半導体装置において、前記駆動回路を直接前段で
制御する回路（直前制御回路３など）の高圧側電源を前
記基準電圧から作られた第２の高圧側電源（Ｖｃｃ2 な
ど）とする。また請求項３の半導体装置は、請求項１ま
たは請求項２に記載の半導体装置において、前記高圧電
源安定化手段を介して前記駆動回路の高圧側電源端子に
与えられる電圧を前記第１の高圧側電源の電圧より低く
する。According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the high-voltage side power supply of a circuit (such as the immediately preceding control circuit 3) that directly controls the drive circuit at the preceding stage is made from the reference voltage. The second high-voltage power source (Vcc 2 or the like). According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the voltage applied to the high voltage side power supply terminal of the drive circuit via the high voltage power supply stabilizing means is the first high voltage. Lower than the voltage of the side power supply.
【００１０】また請求項４の半導体装置では、請求項１
ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置におい
て、前記高圧電源安定化手段はダーリントントランジス
タ（ＮＰＮトランジスタ９，１０など）からなるもので
あるようにする。また請求項５の半導体装置では、請求
項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体装置は、
スイッチング電源用ＩＣであるようにする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device of the first aspect.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-voltage power supply stabilizing means is composed of Darlington transistors (NPN transistors 9, 10, etc.). A semiconductor device according to claim 5 is the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
It should be an IC for switching power supply.
【００１１】また請求項６の半導体装置では、請求項１
ないし請求項５のいずれかに記載の半導体装置は、前記
スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴを一体に備えたもので
あるようにする。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 is integrally provided with the switching power MOSFET.
【００１２】[0012]
【作用】図１に示すように駆動回路２の高圧側電源端子
８とＩＣの電源入力端子に供給される高圧側電源Ｖｃｃ
1 との間に、１個以上の能動素子で構成された（この例
ではダーリントン接続されたＮＰＮトランジスタ）高圧
電源クランプ回路７を追加し、さらに直前制御回路３の
高圧側電源を第１回路５内の基準電圧回路６から発生さ
せた高圧側電源Ｖｃｃ2 とする。As shown in FIG. 1, the high voltage side power supply Vcc supplied to the high voltage side power supply terminal 8 of the drive circuit 2 and the power supply input terminal of the IC.
A high voltage power supply clamp circuit 7 composed of one or more active elements (in this example, a Darlington-connected NPN transistor) is added between 1 and 1, and the high voltage side power supply of the immediately preceding control circuit 3 is connected to the first circuit 5 The high-voltage side power supply Vcc 2 generated from the reference voltage circuit 6 therein.
【００１３】[0013]
【実施例】図１は本発明の一実施例としての回路図で図
２に対応するものである。図１においては、図２に対し
１２Ｖ程度の従来の高圧側電源Ｖｃｃ1 から１個以上の
能動素子で構成された高圧電源クランプ回路７を介して
駆動回路２の高圧側電源端子８へ高圧側電源を供給す
る。なお本発明では駆動回路２は通常、ＣＭＯＳ素子の
トーテンポール回路からなる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a circuit diagram as an embodiment of the present invention and corresponds to FIG. In FIG. 1, the high-voltage side power supply terminal 8 of the drive circuit 2 is connected to the high-voltage side power supply terminal 8 of the drive circuit 2 from the conventional high-voltage side power supply Vcc 1 of about 12V through the high-voltage power supply clamp circuit 7 composed of one or more active elements. Supply power. In the present invention, the drive circuit 2 is usually a totem pole circuit of CMOS elements.
【００１４】高圧電源クランプ回路７はこの例ではＮＰ
Ｎトランジスタ９，１０（但しＮＰＮトランジスタ１０
はエミッタが１本以上のものを用いる）のダーリントン
接続のエミッタフォロワ回路として構成されており、ト
ランジスタ９，１０のコレクタを高圧側電源にＶｃｃ1
に、トランジスタ１０のエミッタを駆動回路２の高圧側
電源端子８に、さらに第１回路５内の基準電圧回路６の
微小電流（５０μＡ程度）が流れる基準電圧ライン６ａ
を、トランジスタ９のベースに接続している。このよう
にトランジスタ９，１０によるエミッタフォロワ動作に
よって駆動回路２の高圧側電源端子８は、基準電圧回路
６の基準電圧ライン（即ちトランジスタ９のベース）６
ａの電圧から、トランジスタ９，１０のベース・エミッ
タ電圧分（つまりほぼダイオード２個分の１．２〜１．
４Ｖ）、降下した電圧に安定化される。さらに、その基
準電圧ライン６ａの電圧を低く６．２Ｖ程度に設定する
ことにより、パワーＭＯＳ１のゲートには、低い電圧
（５Ｖ程度）がバイアスとして与えられ、ゲート耐圧が
７Ｖ程度に低いパワーＭＯＳ１のゲートでも駆動（バイ
アス）が可能となる。The high voltage power supply clamp circuit 7 is an NP in this example.
N transistors 9 and 10 (however, NPN transistor 10
Is configured as a Darlington-connected emitter follower circuit (using one or more emitters), and the collectors of the transistors 9 and 10 are connected to the high-voltage side power source with Vcc 1
In addition, the emitter of the transistor 10 is connected to the high-voltage side power supply terminal 8 of the drive circuit 2, and a minute current (about 50 μA) of the reference voltage circuit 6 in the first circuit 5 flows through the reference voltage line 6a.
Is connected to the base of the transistor 9. As described above, the high voltage side power supply terminal 8 of the drive circuit 2 is operated by the emitter follower operation by the transistors 9 and 10, and the reference voltage line of the reference voltage circuit 6 (that is, the base of the transistor 9) 6
a voltage corresponding to the base-emitter voltages of the transistors 9 and 10 (that is, 1.2 to 1.
4V), stabilized to a reduced voltage. Further, by setting the voltage of the reference voltage line 6a to a low value of about 6.2V, a low voltage (about 5V) is applied to the gate of the power MOS1 as a bias, and the gate breakdown voltage of the power MOS1 is as low as about 7V. Driving (bias) is possible even at the gate.
【００１５】また図１では直前制御回路３の高圧側電源
をＶｃｃ1 から分け、さらにバンドギャップ回路からな
る基準電圧回路６から発生させたＶｃｃ2 としている。
これによりＣＭＯＳ素子からなる駆動回路２の動作時
（スイッチング時）に流れる過渡的なスイッチング電流
（１Ａ程度）による高圧側電源Ｖｃｃ1 の電源電圧の変
動は、高圧側電源Ｖｃｃ2 とＶｃｃ1 が分かれているた
め、電源Ｖｃｃ2 へは伝わりにくくなる。これは基準電
圧回路６がバンドギャップ回路であるため、電源Ｖｃｃ
1 の変動は回路６の基準電圧に影響しないためである。Further, in FIG. 1, the high-voltage side power supply of the immediately preceding control circuit 3 is divided from Vcc 1 and is further set to Vcc 2 generated from the reference voltage circuit 6 composed of a bandgap circuit.
As a result, the fluctuation of the power supply voltage of the high-voltage side power supply Vcc 1 due to the transient switching current (about 1 A) that flows during the operation (switching) of the drive circuit 2 composed of CMOS elements is divided into the high-voltage side power supplies Vcc 2 and Vcc 1. Therefore, it is difficult to reach the power source Vcc 2 . This is because the reference voltage circuit 6 is a bandgap circuit and therefore the power supply Vcc
This is because the fluctuation of 1 does not affect the reference voltage of the circuit 6.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明によれば駆動回路２の高圧側電源
端子８と、ＩＣの電源入力端子に供給される高圧側電源
Ｖｃｃ1 との間に１個以上の能動素子で構成された（例
えばダーリントン接続されたＮＰＮトランジスタのエミ
ッタフォロワ回路のような）高圧電源クランプ回路７を
追加し、さらに直前制御回路３の高圧側電源を第１回路
５内の基準電圧回路６から発生させた高圧側電源Ｖｃｃ
2 とするようにしたので、 チップサイズを大幅に大き
くすることなく微細加工プロセスで作ったゲート耐圧の
低いスイッチングパワーＭＯＳの安定な制御駆動が可能
となった。According to the present invention, one or more active elements are provided between the high voltage side power source terminal 8 of the drive circuit 2 and the high voltage side power source Vcc 1 supplied to the power source input terminal of the IC ( A high voltage side clamp circuit 7 (for example, an emitter follower circuit of Darlington-connected NPN transistors) is added, and the high voltage side power source of the immediately preceding control circuit 3 is generated from the reference voltage circuit 6 in the first circuit 5 Power supply Vcc
Since it is set to 2 , stable control drive of switching power MOS with low gate breakdown voltage made by microfabrication process is possible without significantly increasing the chip size.
【図１】本発明の一実施例としての要部構成を示す回路
図FIG. 1 is a circuit diagram showing a main part configuration as one embodiment of the present invention.
【図２】図１に対応する従来の回路図FIG. 2 is a conventional circuit diagram corresponding to FIG.
１ スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴ（パワーＭＯ
Ｓ） ２ 駆動回路 ３ 直前制御回路 ４ 第２回路 ５ 第１回路 ６ 基準電圧回路 ６ａ 基準電圧ライン ７ 高圧電源クランプ回路 ８ 駆動回路２の高圧側電源端子 ９ ＮＰＮトランジスタ １０ ＮＰＮトランジスタ Ｖｃｃ1 高圧側電源 Ｖｃｃ2 高圧側電源1 Switching power MOSFET (Power MO
S) 2 drive circuit 3 immediately preceding control circuit 4 second circuit 5 first circuit 6 reference voltage circuit 6a reference voltage line 7 high voltage power supply clamp circuit 8 high voltage power supply terminal of drive circuit 2 9 NPN transistor 10 NPN transistor Vcc 1 high voltage power supply Vcc 2 High voltage side power supply
Claims (6)
動する半導体装置であって、 この半導体装置内の他の回路で作られた制御信号に応
じ、前記スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴのゲートを直
接バイアスして、このスイッチングパワーＭＯＳＦＥＴ
をオン／オフする駆動回路を持ち、 この駆動回路はこの半導体装置の電源入力端子に供給さ
れる高圧側電源（以下第１の高圧側電源という）を自身
の高圧側電源端子に入力し、この第１の高圧側電源をオ
ン又はオフのバイアス電圧として前記スイッチングパワ
ーＭＯＳＦＥＴのゲートに与えるものであるような半導
体装置において、 この半導体装置の前記電源入力端子と、前記駆動回路の
高圧側電源端子との間に、１つ以上の能動素子からな
り、この半導体装置内で前記第１の高圧側電源を用いて
作られる基準電圧によって制御され、前記駆動回路の高
圧側電源端子の電圧を安定化させる高圧電源安定化手段
を備えたことを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device for controlling and driving a switching power MOSFET, wherein the gate of the switching power MOSFET is directly biased in accordance with a control signal generated by another circuit in the semiconductor device, and the switching power MOSFET is MOSFET
Has a drive circuit for turning on / off, and this drive circuit inputs a high voltage side power source (hereinafter referred to as a first high voltage side power source) supplied to a power source input terminal of this semiconductor device to its own high voltage side power source terminal, In a semiconductor device in which a first high-voltage power supply is applied to the gate of the switching power MOSFET as an on or off bias voltage, the power input terminal of the semiconductor device and the high-voltage power supply terminal of the drive circuit And is controlled by a reference voltage generated by using the first high-voltage side power supply in the semiconductor device to stabilize the voltage of the high-voltage side power supply terminal of the drive circuit. A semiconductor device comprising high voltage power supply stabilizing means.
前記基準電圧から作られた第２の高圧側電源としたこと
を特徴とする半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the high-voltage power supply for the circuit that directly controls the drive circuit in the preceding stage is a second high-voltage power supply made from the reference voltage. Semiconductor device.
置において、 前記高圧電源安定化手段を介して前記駆動回路の高圧側
電源端子に与えられる電圧を前記第１の高圧側電源の電
圧より低くしたことを特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the voltage applied to the high voltage side power supply terminal of the drive circuit via the high voltage power supply stabilizing means is the voltage of the first high voltage side power supply. A semiconductor device characterized by being made lower.
の半導体装置において、 前記高圧電源安定化手段はダーリントントランジスタか
らなるものであることを特徴とする半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the high-voltage power supply stabilizing means comprises a Darlington transistor.
の半導体装置は、スイッチング電源用ＩＣであることを
特徴とする半導体装置。5. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, which is an IC for a switching power supply.
の半導体装置は、前記スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴ
を一体に備えたものであることを特徴とする半導体装
置。6. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the switching power MOSFET is
A semiconductor device characterized by being integrally provided with.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP65094A JPH07202667A (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP65094A JPH07202667A (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202667A true JPH07202667A (en) | 1995-08-04 |
Family
ID=11479594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP65094A Pending JPH07202667A (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07202667A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1994
- 1994-01-10 JP JP65094A patent/JPH07202667A/en active Pending
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