KR102198209B1

KR102198209B1 - 과열 검출 회로 및 반도체 장치

Info

Publication number: KR102198209B1
Application number: KR1020150055851A
Authority: KR
Inventors: 마사카즈 스기우라; 츠토무 도미오카; 히데유키 사와이; 아츠시 이가라시; 나오 오츠카; 다이스케 오카노
Original assignee: 에이블릭 가부시키가이샤
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2021-01-04
Also published as: KR20150123170A; CN105043571A; JP2015210133A; CN105043571B; JP6353689B2; US9983067B2; US20150308902A1; TW201610403A; TWI642916B

Abstract

[과제] 고온에 있어서도 정확하게 반도체 장치의 온도를 검출하고, 잘못된 검출 결과를 출력하는 일이 없는 과열 검출 회로를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 감온 소자인 PN 접합 소자와, PN 접합 소자에 바이어스 전류를 공급하는 정전류 회로와, PN 접합 소자가 발생시키는 전압과 기준 전압을 비교하는 비교기와, 고온에 있어서 기준 전압 회로에 리크 전류를 흐르게 하는 제2 PN 접합 소자와, 고온에 있어서 정전류 회로의 리크 전류를 바이패스하는 제3 PN 접합 소자를 구비한 구성으로 했다.

Description

과열 검출 회로 및 반도체 장치{OVERHEAT DETECTION CIRCUIT AND SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 반도체 장치의 이상 온도를 검출하는 과열 검출 회로에 관한 것이다.

종래의 과열 검출 회로는, 선행 기술 문헌에 개시되는 회로가 알려져 있다.

도 3은, 종래의 과열 검출 회로의 회로도이다. 종래의 과열 검출 회로는, 기준 전압부(10), 감온부(20), 비교기(30)를 구비하고 있다. 종래의 과열 검출 회로는, 감온 소자인 PN 접합 소자(21)에 발생하는 전압과, 기준 전압 회로(11)가 출력하는 기준 전압(Vref)을, 비교기(30)가 비교 판정함으로써, 과열 상태를 검출한다. PN 접합 소자(21)에 발생하는 전압은, PN 접합 소자(21)가 정전류 회로(22)의 정전류로 바이어스되고 있는 한, 기본적으로는 음의 온도 특성을 나타낸다. 주위의 온도가 높아져, PN 접합 소자(21)에 발생하는 전압이 기준 전압(Vref)을 밑돌면, 비교기(30)가 과열 상태를 나타내는 신호를 출력한다.

일본국 특허 공개 평6-242176호 공보

그러나, 상술의 과열 검출 회로는, 예를 들어, 정전류 회로(22)가 PMOS 트랜지스터의 커런트 미러 회로로 구성되어 있는 경우 등, 고온이 되면 그 PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 기판 사이의 리크 전류가 증가함으로써, PN 접합 소자(21)를 바이어스하는 정전류가 증가한다. 따라서, PN 접합 소자(21)의 전압이 상승하므로, 온도를 올바르게 검출할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

또, 예를 들어, 기준 전압 회로(11)가 포화 접속된 NMOS 트랜지스터를 구비하고 있는 경우 등, 고온이 되면 그 NMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 기판 사이의 리크 전류가 증가함으로써, 기준 전압 회로(11)의 기준 전압(Vref)이 감소하므로, 비교기(30)의 기준이 변동하여, 온도를 올바르게 검출할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

또, 예를 들어, 비교기(30)를 구성하는 트랜지스터의 리크 전류가 증가해, 내부 동작점에 문제점이 발생하여, 온도를 올바르게 검출하는 것 및 결과를 올바르게 출력할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위해 고안된 것이며, 고온에 있어서도 정확하게 반도체 장치의 온도를 검출하고, 잘못된 검출 결과를 출력하는 일이 없는 과열 검출 회로를 제공하는 것이다.

종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 과열 검출 회로는 이하와 같은 구성으로 했다.

감온 소자인 PN 접합 소자와, PN 접합 소자에 바이어스 전류를 공급하는 정전류 회로와, PN 접합 소자가 발생시키는 전압과 기준 전압을 비교하는 비교기와, 고온에 있어서 기준 전압 회로에 리크 전류를 흐르게 하는 제2 PN 접합 소자와, 고온에 있어서 정전류 회로의 리크 전류를 바이패스하는 제3 PN 접합 소자를 구비한 구성으로 했다.

본 발명의 과열 검출 회로에 의하면, 고온에 있어서도 정확하게 반도체 장치의 온도를 검출하고, 올바른 검출 결과를 출력할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 과열 검출 회로의 회로도이다.
도 2는 본 실시 형태의 과열 검출 회로의 비교기의 회로도이다.
도 3은 종래의 과열 검출 회로의 회로도이다.

이하, 본 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 과열 검출 회로의 회로도이다.

본 실시 형태의 과열 검출 회로는, 기준 전압부(10)와, 감온부(20)와, 비교기(30)를 구비하고 있다. 기준 전압부(10)는, 기준 전압 회로(11)와, PN 접합 소자(12)를 구비하고 있다. 감온부(20)는, PN 접합 소자(21)와, 정전류 회로(22)와, PN 접합 소자(23)를 구비하고 있다. PN 접합 소자(21)는, 감온 소자이다. PN 접합 소자(12)와 PN 접합 소자(23)는, 고온시에 리크 전류를 조정하기 위한 소자이다.

PN 접합 소자(12)와 기준 전압 회로(11)는, 전원 단자와 접지 단자의 사이에 직렬로 접속되고, 접속점으로부터 기준 전압(Vref)을 출력한다. 정전류 회로(22)와 PN 접합 소자(21)는, 전원 단자와 접지 단자의 사이에 직렬로 접속되고, 접속점으로부터 온도에 따른 전압(Vpn)을 출력한다. PN 접합 소자(21)는, 정전류 회로(22)의 정전류로 바이어스되고 있다. PN 접합 소자(23)는, 그 접속점과 접지 단자의 사이에 접속된다.

도 2는, 본 실시 형태의 과열 검출 회로의 비교기(30)의 회로도이다.

비교기(30)는, PMOS 트랜지스터(31, 32)와, NMOS 트랜지스터(33, 34, 37)와, 정전류 회로(35, 36)와, PN 접합 소자(38)를 구비하고 있다. PMOS 트랜지스터(31, 32)와 NMOS 트랜지스터(33, 34)와 정전류 회로(35)는, 초단 앰프를 구성하고 있다. NMOS 트랜지스터(37)와 정전류 회로(36)는, 2단째의 앰프를 구성하고 있다. PN 접합 소자(38)는, 고온시에 리크 전류를 흐르게 하여, 비교기(30)의 출력 단자를 풀다운하기 위한 소자이다.

초단 앰프는, 차동 입력이 비교기의 입력 단자에 접속되고, 출력 단자가 NMOS 트랜지스터(37)의 게이트에 접속된다. 정전류 회로(36)와 NMOS 트랜지스터(37)는, 전원 단자와 접지 단자의 사이에 직렬로 접속되고, 접속점이 비교기(30)의 출력 단자에 접속된다. PN 접합 소자(38)는, 정전류 회로(36)와 NMOS 트랜지스터(37)의 접속점과 접지 단자의 사이에 접속된다.

비교기(30)는, 기준 전압(Vref)과 전압(Vpn)이 입력되며, 그 비교 결과를 출력 단자로부터 과열 검출 회로의 출력 단자(OUT)에 출력한다.

다음에, 본 실시 형태의 과열 검출 회로의 동작에 대해 설명한다.

감온 소자인 PN 접합 소자(21)는, 온도에 따른 전압(Vpn)을 발생시킨다. 비교기(30)는, 기준 전압 회로(11)가 출력하는 기준 전압(Vref)과 전압(Vpn)을, 비교 판정함으로써, 과열 상태를 검출한다.

PN 접합 소자(21)는, 정전류 회로(22)의 정전류로 바이어스되고 있으므로, 전압(Vpn)은 음의 온도 특성을 나타낸다. 따라서, 주위의 온도가 높아지면, 전압(Vpn)은 낮아진다. 그리고, 전압(Vpn)이 기준 전압(Vref)을 밑돌면, 비교기(30)가 과열 상태를 나타내는 신호(L)를 출력한다.

정전류 회로(22)는, PMOS 트랜지스터로 구성되는 커런트 미러 회로를 구비하고 있는 경우 등, 고온이 되면, PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 기판의 사이에 리크 전류가 발생하여, 전류가 증가한다. 따라서, PN 접합 소자(21)의 바이어스 전류가 증가하므로, 전압(Vpn)은 원하는 전압보다 높아져 버린다. 즉, 과열 검출 회로는, 소정의 온도에 있어서 과열을 검출할 수 없게 되어 버린다.

여기서, 본 실시 형태의 과열 검출 회로는, 정전류 회로(22)와 PN 접합 소자(21)의 접속점에 PN 접합 소자(23)가 접속된다. PN 접합 소자(23)는, 고온이 되면 리크 전류가 증가하고, 정전류 회로(22)의 리크 전류를 접지 단자에 흐르게 하도록 접속되어 있다. 따라서, 고온이 되었을 때, PN 접합 소자(21)의 바이어스 전류가 증가하는 것을 방지할 수 있으므로, 전압(Vpn)은 원하는 전압이 된다. 즉, 과열 검출 회로는, 소정의 온도에 있어서 과열을 검출할 수 있다.

또, 기준 전압 회로(11)의 포화 접속된 NMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 기판 사이의 리크 전류가 증가함으로써, 기준 전압(Vref)은 원하는 전압보다 낮아져 버린다. 즉, 과열 검출 회로는, 소정의 온도에 있어서 과열을 검출할 수 없게 되어 버린다.

여기서, 본 실시 형태의 과열 검출 회로는, 전원 단자와 기준 전압 회로(11)의 사이에 PN 접합 소자(12)가 접속된다. PN 접합 소자(12)는, 고온이 되면 리크 전류가 증가하며, 기준 전압 회로(11)에 그 리크 전류를 흐르게 하도록 접속되어 있다.

예를 들어, 기준 전압(Vref)이 포화 접속된 NMOS 트랜지스터가 일정 전류로 바이어스됨으로써 생성되는 경우, PN 접합 소자(12)의 리크 전류가 포화 접속된 NMOS 트랜지스터에 유입하므로, 기준 전압(Vref)은 고온에서 원하는 전압이 된다. 즉, 과열 검출 회로는, 소정의 온도에 있어서 과열을 검출할 수 있다.

또, 비교기(30)를 구성하는 트랜지스터의 리크 전류가 증가해, 내부 동작점에 문제점이 발생하여, 온도를 올바르게 검출하는 것 및 결과를 올바르게 출력할 수 없게 되어 버린다.

여기서, 본 실시 형태의 과열 검출 회로는, 비교기(30)의 내부의 출력 단자와 접지 단자의 사이에 PN 접합 소자(38)가 접속된다. PN 접합 소자(38)는, 고온이 되면 리크 전류가 증가하여, 정전류 회로(36)의 전류보다 많아지도록 설계한다.

예를 들어, 과열 검출을 해야 할 온도 근방에서, PN 접합 소자(38)의 리크 전류가 정전류 회로(36)의 전류보다 많아지면, NMOS 트랜지스터(37)의 온 오프에 관계없이, 비교기(30)의 출력 단자는 신호(L)를 출력한다. 즉, 과열 검출 회로는, 과열 검출을 해야 할 온도 근방에 있어서, 과열을 검출한 신호를 출력할 수 있다. 이와 같이 설계함으로써, 과열 검출 회로는, 잘못된 검출 결과를 출력하는 일이 없어진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 과열 검출 회로는, 고온에 있어서도 정확하게 반도체 장치의 온도를 검출하고, 잘못된 검출 결과를 출력하는 일이 없다.

10 기준 전압부
12, 21, 23 PN 접합 소자
20 감온부
22, 35 정전류 회로
30 비교기

Claims

감온 소자인 PN 접합 소자와,
상기 PN 접합 소자에 바이어스 전류를 공급하는 정전류 회로와,
기준 전압을 출력하는 기준 전압 회로와,
상기 PN 접합 소자가 발생시키는 전압과 상기 기준 전압을 비교하는 비교기를 구비한 과열 검출 회로로서,
고온에 있어서 상기 기준 전압 회로에 리크 전류를 흐르게 하는 제2 PN 접합 소자와,
고온에 있어서 상기 정전류 회로의 리크 전류를 바이패스하는 제3 PN 접합 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 비교기는,
상기 PN 접합 소자가 발생시키는 전압과 상기 기준 전압이 입력되는 차동 증폭 회로와,
상기 차동 증폭 회로의 출력이 게이트에 입력되는 MOS 트랜지스터와,
상기 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 제2 정전류 회로와,
상기 제2 정전류 회로에 접속되어, 고온에 있어서 리크 전류를 흐르게 하는 제4 PN 접합 소자를 구비하고,
상기 MOS 트랜지스터와 상기 제2 정전류 회로의 접속점이 상기 비교기의 출력 단자인 것을 특징으로 하는 과열 검출 회로.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 과열 검출 회로를 구비한, 반도체 장치.