JPH11340459A - 温度検出回路 - Google Patents

温度検出回路

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JPH11340459A
JPH11340459A JP10145609A JP14560998A JPH11340459A JP H11340459 A JPH11340459 A JP H11340459A JP 10145609 A JP10145609 A JP 10145609A JP 14560998 A JP14560998 A JP 14560998A JP H11340459 A JPH11340459 A JP H11340459A
Authority
JP
Japan
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diode
mos transistor
temperature
circuit
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP10145609A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Mizutani
友一 水谷
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Publication date
Application filed by Toyoda Automatic Loom Works Ltd filed Critical Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Publication of JPH11340459A publication Critical patent/JPH11340459A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でありながら半導体回路の近傍の
温度を正確に検出できる回路を提供する。 【解決手段】 MOSトランジスタ1のドレインとゲー
トとの間に保護回路2が設けられている。保護回路2
は、そのアノードがMOSトランジスタ1のドレインに
接続されるダイオードD2、およびそのアノードがMO
Sトランジスタ1のゲートに接続され且つそのカソード
がダイオードD2のカソードに接続されるツェナーダイ
オードZDから構成される。ダイオードD2は、MOS
トランジスタ1の近傍に設けられる。温度検出部4は、
ダイオードD2の順方向電圧に基づいて温度を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体回路の近傍
の温度を検出する技術、およびその温度検出に付随して
上記半導体回路を保護する技術に係わる。
【0002】
【従来の技術】半導体回路を電力制御用に利用すること
が広く行われている。例えば、近年、電気自動車等の開
発が進むに連れて、モータを制御するためのスイッチン
グ素子として大電流を流すことができるMOSトランジ
スタなどの半導体素子が利用されている。
【0003】半導体回路は、一般に、電流が流れること
によって発熱する。特に、上述のような大電流を流す半
導体素子や、集積度が非常に高い半導体素子において
は、その発熱量は相当なものである。
【0004】その一方で、半導体素子は、安定的に使用
できる温度範囲が決まっている。したがって、上述のよ
うな自己発熱の場合も含めて、半導体素子の周囲の温度
が高温状態になることが予想される場合には、半導体素
子の近傍の温度を測定し、その測定結果に従って半導体
素子の動作を制御するようなことがしばしば行われてい
る。
【0005】半導体素子の周囲の温度を検出する場合に
は、たとえば、(1) 対象となる半導体素子を含む半導体
モジュールの近傍に温度センサを設け、その温度センサ
の出力を監視する手法、或いは、(2) 半導体モジュール
内に温度センサを設け、その温度センサの出力を監視す
る手法が一般的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した手
法により温度検出を実現しようとすると、必然的に、そ
のための部品(すなわち、温度センサ)を新たに設けな
ければならない。したがって、回路が複雑になったり、
あるいはコストが上昇するなどの問題があった。また、
半導体モジュールの外に温度センサを設ける構成では、
半導体素子とその温度センサとの間の距離が大きくなる
ので、対象となる半導体素子の近傍の温度を正確に検出
できないこともあった。
【0007】本発明の課題は、簡単な構成でありながら
半導体回路の近傍の温度を正確に検出できる回路を提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の温度検出回路
は、スイッチング素子と、そのスイッチング素子の近傍
に設けられたダイオードを含みそのスイッチング素子を
保護するための保護回路と、を含む回路の近傍の温度を
検出する構成であって、 上記ダイオードの両端電圧に
基づいて上記スイッチング素子の近傍の温度を検出す
る。スイッチング素子は、例えばトランジスタであり、
保護回路は、例えばスナバ回路である。
【0009】ダイオードの特性、特にその順方向電圧
は、一般に、温度依存性を有する。したがって、ダイオ
ードの両端電圧をモニタすることにより、その周囲の温
度を検出することができる。
【0010】上記構成によれば、スイッチング素子を安
全に使用するために用いられる保護回路の一部であるダ
イオードを利用して温度検出を実現しているので、温度
検出のために新たな部品を設ける必要がない。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。
【0012】図1は、本発明の一実施形態の温度検出回
路が適用された回路である。ここでは、温度測定の対象
となる半導体素子をMOSトランジスタとしている。
【0013】MOSトランジスタ1は、制御回路3から
そのゲートに印加されるスイッチング信号に従ってオン
/オフ状態が制御される。また、MOSトランジスタ1
のソースとドレインとの間には、このMOSトランジス
タ1がオフ状態となったときにソースからドレインに向
かう方向に電流を流すためのダイオードD1が接続され
ている。
【0014】保護回路2は、MOSトランジスタ1のド
レイン・ソース間に印加される過電圧を防ぐことを目的
として設けられている。この種の保護回路の一例は、ス
ナバ回路である。本実施形態の保護回路2は、そのアノ
ードがMOSトランジスタ1のドレインに接続されたダ
イオードD2と、そのアノードがMOSトランジスタ1
のゲートに接続され且つそのカソードがダイオードD2
のカソードに接続されたツェナーダイオードZDから構
成されている。
【0015】MOSトランジスタ1と保護回路2とは、
互いに近接して設けることが望ましい。特に、ダイオー
ド2Dは、MOSトランジスタ1に近接して設ける必要
がある。少なくとも、MOSトランジスタ1をモジュー
ル化する際には、ダイオードD2をそのモジュール内に
設ける。このような構成とすることにより、ダイオード
D2は、MOSトランジスタ1と実質的に同じ環境下
(同じ周囲温度)に置かれることになる。なお、ツェナ
ーダイオードZDは、必ずしもMOSトランジスタ1の
近傍に設ける必要はない。
【0016】ダイオードD2は、市販されているチップ
ダイオードを用いることができる。この場合、ダイオー
ドD2は、たとえば、MOSトランジスタ1が形成され
ている基板上の所定の位置にボンディング或いはハンダ
等により接続される。また、ダイオードD2は、MOS
トランジスタ1が形成される半導体基板上のP型半導体
領域およびN型半導体領域として実現してもよい。この
場合、MOSトランジスタ1の各半導体領域を形成する
工程とダイオードD2の各半導体領域を形成する工程と
をできる限り共通化することが望ましい。
【0017】制御回路3は、MOSトランジスタ1のオ
ン/オフ状態を制御するためのスイッチング信号を生成
する。制御方式は、例えばPWM制御である。この場
合、スイッチング信号は、MOSトランジスタ1をオン
状態にするための信号状態(例えば、「H」レベル)の
期間とMOSトランジスタ1をオフ状態にするための信
号状態(例えば、「L」レベル)の期間との比率が所定
の条件に従って制御されたパルス信号であるる。
【0018】温度検出部4は、保護回路2に設けられて
いるダイオードD2の両端の電位が入力されており、そ
の電位差に基づいてMOSトランジスタ1の近傍の温度
を検出する。なお、制御回路3は、MOSトランジスタ
1を制御するためのスイッチング信号を生成する際、温
度検出部4によって検出された温度を1つのパラメータ
とする。すなわち、制御回路3は、MOSトランジスタ
1の近傍の温度を考慮しながらMOSトランジスタ1を
制御する。
【0019】保護回路2の動作を簡単に説明する。MO
Sトランジスタ1は、制御回路3からそのゲートに
「H」が印加されると、オン状態になり、そのドレイン
電圧は低下する。したがって、このとき、ダイオードD
2には順方向電圧は印加されないので、そこを介しては
電流が流れない。この後、制御回路3からゲートに
「L」が印加されると、MOSトランジスタはオフ状態
になり、そのドレイン電圧は上昇してゆく。そして、ド
レイン電圧が上昇することによってダイオードD2に所
定値以上の順方向電圧が印加されると、ダイオードD2
を介して電流が流れるようになる。
【0020】ここで、一般に、MOSトランジスタ1の
周辺にはインダクタンス成分が存在する。このため、M
OSトランジスタ1がターンオフされると、ドレインに
はサージ電圧が印加されることになる。そして、このサ
ージ電圧がツェナーダイオードZDのツェナー電圧を越
えると、保護回路2は、MOSトランジスタ1のドレイ
ンからゲートに向かう方向に電流を流す。この結果、も
し、MOSトランジスタ1のゲートに実質的に「H」に
相当する電圧が印加されると、MOSトランジスタ1は
再びオン状態になり、ドレイン電圧は低下する。上記構
成において、ツェナー電圧をMOSトランジスタ1の耐
圧よりも小さく設定しておけば、MOSトランジスタ1
にその耐圧を越える電圧が印加されることが回避され
る。
【0021】次に、温度検出方法について説明する。本
実施形態では、上述したように、温度検出部4がダイオ
ードD2の順方向電圧に基づいて温度を検出する。ここ
で、一般に、ダイオードの特性は、図2(a) および(b)
に示すように、温度に依存して変化する。すなわち、ダ
イオードの順方向電圧は、温度の上昇に伴って低くなる
傾向を持っている。そして、温度検出部4は、このダイ
オードの順方向電圧の温度依存性を利用してその周辺の
温度を検出する。
【0022】図3(a) は、温度検出部の一例を示す図で
ある。この回路は、ダイオード2のアノードおよびカソ
ードの電位をそれぞれ分圧抵抗を用いて分圧し、それら
各分圧点(点Aおよび点B)の電位をそれぞれCPU1
1に入力するものである。ここで、ダイオードD2の順
方向電圧は、上述したように、温度に従って変化するの
で、CPU11は、入力される2つの電位の電位差に基
づいて温度を検出できる。なお、CPU11により実行
されるプログラムは、ダイオードの特性、および分圧抵
抗の特性および分圧比等に関連づけられて記述されてい
る。
【0023】CPU11は、検出した温度が予め決めら
れている温度範囲外であった場合、特に、予め決められ
ている温度範囲の上限値よりも高かった場合、保護処理
を実行する。保護処理は、たとえば、MOSトランジス
タ1のオン時間を制限する動作、MOSトランジスタ1
を強制的にオフ状態にする動作、あるいは温度異常が発
生したことを示す信号を出力する動作などを実行するも
のである。なお、CPU11にこのような保護処理を実
行させるのであれば、CPU11の機能を、MOSトラ
ンジスタ1のスイッチング動作を制御するためのCPU
(制御回路3)の機能の一部として実現することが望ま
しい。
【0024】温度検出は、上述したように、ダイオード
D2に順方向電圧が印加されている期間、すなわち、M
OSトランジスタ1がオフ状態となっている期間に実行
される。ここで、MOSトランジスタ1のスイッチング
動作は、基本的に、制御回路3により制御されている。
このため、CPU11は、たとえば、制御回路3と連携
することにより、或いは、CPU11の機能をMOSト
ランジスタ1のスイッチング動作を制御するためのCP
Uの機能の一部として実現することにより、MOSトラ
ンジスタ1がオフ状態となっているタイミングを認識で
きる。したがって、CPU11は、MOSトランジスタ
1がオフ状態となっている期間に入力されたダイオード
D2の両端電圧(または、その分圧値)をパラメータと
して所定の演算を実行することにより、MOSトランジ
スタ1の近傍の温度を検出することができる。
【0025】図3(b) は、温度検出部の他の例を示す図
である。この構成は、図3(a) に示したCPU11の機
能の一部をハードウェアで実現したものである。すなわ
ち、図3(b) に示す構成では、点Aの電位と点Bの電位
との差を差動アンプ12を用いて増幅し、その出力をコ
ンパレータ13を用いて参照電圧Vref と比較すること
により、MOSトランジスタ1の近傍の温度が所定の値
を越えているか否かを判断している。
【0026】なお、上記実施例では、ドレイン電圧が基
本的にソース電圧よりも高くなる回路を想定しているの
で、ドレインに接続されるダイオードの順方向電圧を利
用して温度を検出しているが、ドレイン電圧が基本的に
ソース電圧よりも低くなる回路においては、ソースに接
続されるダイオードの順方向電圧を利用して温度を検出
することもある得る。
【0027】また、上記実施例では、MOSトランジス
タを採り上げて説明したが、他の半導体素子、特に、電
圧制御型のスイッチング素子にも適用できる。
【0028】さらに、上記実施例では、MOSトランジ
スタの保護回路として、ダイオードとツェナーダイオー
ドとを接続した構成を示したが、本発明はこの構成には
限定されるものではなく、スイッチング素子が通常動作
をしている期間の少なくとも一部の時間帯において順方
向電圧が印加されるダイオードを含むものであれば他の
構成であってもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子の保護回路
の構成要素の1つであるダイオードを利用してその半導
体素子の近傍の温度を測定することができる。このた
め、温度を検出するために新たに部品を追加する必要は
ないので、回路の構成が簡単であり、また、コストの上
昇を抑えることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の温度検出回路が適用され
た回路である。
【図2】ダイオードの特性の温度依存性を示す図であ
る。
【図3】温度検出部の例を示す図である。
【符号の説明】
1 MOSトランジスタ 2 保護回路 3 制御回路 4 温度検出部 11 CPU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/088 H01L 29/78 657G H03K 17/08 23/56 D // H01L 23/58

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子と、そのスイッチング
    素子の近傍に設けられたダイオードを含みそのスイッチ
    ング素子を保護するための保護回路と、を含む回路の近
    傍の温度を検出する回路であって、 上記ダイオードの両端電圧に基づいて上記スイッチング
    素子の近傍の温度を検出する温度検出回路。
  2. 【請求項2】 MOSトランジスタと、そのMOSのド
    レインまたはソースにアノードが接続されたダイオード
    と、そのダイオードのカソードにカソードが接続される
    と共に上記MOSトランジスタのゲートにアノードが接
    続されたツェナーダイオードを含む半導体回路の近傍の
    温度を検出する回路であって、 上記ダイオードの順方向電圧に基づいて上記MOSトラ
    ンジスタの近傍の温度を検出する温度検出回路。
  3. 【請求項3】 上記MOSトランジスタの少なくとも一
    部の半導体領域および上記ダイオードの少なくとも一部
    の半導体領域を同一の半導体製造工程で形成する請求項
    2に記載の温度検出回路。
  4. 【請求項4】 上記MOSトランジスタがオフ状態の期
    間の上記ダイオードの順方向電圧に基づいて上記MOS
    トランジスタの近傍の温度を検出する請求項2に記載の
    温度検出回路。
JP10145609A 1998-05-27 1998-05-27 温度検出回路 Pending JPH11340459A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6605853B2 (en) 2000-07-25 2003-08-12 Denso Corporation Semiconductor device having heat protection circuits
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20021217