KR102390729B1 - 온도 검출 회로 및 반도체 장치 - Google Patents

온도 검출 회로 및 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

[과제] 검출 온도의 제조 편차가 적고, 또한 검출 온도의 제조 편차를 간편하게 조정할 수 있는 온도 검출 회로를 제공한다.
[해결 수단] 정전류를 출력하는 정전류 회로와, 감열 소자가 출력하는 전압에 의해 제어되고 온도에 따른 전류를 출력하는 전압 제어 전류 회로와, 정전류와 온도에 따른 전류를 비교하여 소정의 온도를 검출한 것을 나타내는 검출 신호를 출력하는 전류 비교기를 구비하고, 정전류 회로의 온도 특성과 전압 제어 전류 회로의 온도 특성에 상관을 가지게 하여, 정전류 회로의 출력 전류와 전압 제어 전류 회로의 출력 전류를 비교한 결과로 온도 검출하는 구성으로 한 온도 검출 회로.

Description

온도 검출 회로 및 반도체 장치{TEMPERATURE DETECTION CIRCUIT AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 과열 보호 회로 등에 이용되는 온도 검출 회로에 관한 것이다.
도 6은, 종래의 온도 검출 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.
정전류 회로(108)와 다이오드(102)와 가변 저항(113)은, 전원 단자(10)와 그라운드 단자(11)의 사이에 직렬로 접속된다. 다이오드(102)는, 애노드가 정전류 회로(108)와 P채널 트랜지스터(111)의 게이트에 접속되고, 캐소드가 가변 저항(113)에 접속되어 있다. 저항(109)과 저항(110)은, 전원 단자(10)와 그라운드 단자(11)의 사이에 직렬로 접속된다. 저항(109)과 저항(110)의 접속점은, N채널 트랜지스터(112)의 게이트에 접속된다. P채널 트랜지스터(111)는, 소스가 전원 단자(10)에 접속되고, 드레인은 출력 단자(12)에 접속된다. N채널 트랜지스터(112)는, 드레인이 출력 단자(12)에 접속되고, 소스가 그라운드 단자에 접속된다.
온도가 상승하면, 다이오드(102)는 양단의 전압이 작아지고, P채널 트랜지스터(111)는 역치 전압(Vth)의 절대값이 작아진다.
이로 인해, 온도가 높아지면, P채널 트랜지스터(111)의 역치 전압(Vth)과, 전원 단자(10)와 P채널 트랜지스터(111)의 게이트 단자 사이의 전압이 역전하고, P채널 트랜지스터(111)는 온 한다. 따라서, 출력 단자(12)의 전압은, 그라운드 단자(11)의 전압으로부터 전원 단자(10)의 전압으로 반전한다.
가변 저항(113)은, 온도 검출 회로의 검출 온도를 조정하기 위해, 저항값을 적절한 값으로 설정한다.
일본국 특허 공개 2007-312529호 공보
그러나, 종래의 온도 검출 회로에서는, 검출 온도의 조정을 위해, P채널 트랜지스터(111)의 역치 전압 및 그 온도 특성과, 정전류 회로(108)의 전류값 및 그 온도 특성과, 가변 저항(113)의 온도 특성을 고려한 다음, 가변 저항의 저항값을 조정할 필요가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위해 고안된 것이며, 검출 온도를 간편하게 조정할 수 있고, 또한 정밀도가 좋은 온도 검출 회로를 실현하는 것이다.
본 발명의 온도 검출 회로는, 정전류를 출력하는 정전류 회로와, 감열 소자가 출력하는 전압에 의해 제어되고 온도에 따른 전류를 출력하는 전압 제어 전류 회로와, 정전류와 온도에 따른 전류를 비교하여 소정의 온도를 검출한 것을 나타내는 검출 신호를 출력하는 전류 비교기를 구비하고, 정전류 회로의 온도 특성과 전압 제어 전류 회로의 온도 특성에 상관을 가지게 하여, 정전류 회로의 출력 전류와 전압 제어 전류 회로의 출력 전류를 비교한 결과로 온도 검출하는 구성으로 했다.
본 발명의 온도 검출 회로에 의하면, 정전류 회로의 온도 특성과 감열 소자의 전압에 의해 제어되는 전압 제어 전류 회로의 온도 특성이 상관 관계를 가지는 회로로 함으로써, 검출 온도의 제조 편차가 적고, 또한 제조 편차에 대한 조정을 간편하게 행할 수 있다고 하는 효과가 있다.
도 1은 본 실시 형태의 온도 검출 회로를 도시하는 블럭도이다.
도 2는 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 조정 원리를 도시하는 도이다.
도 3은 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 일 예를 도시하는 회로도이다.
도 4는 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 다른 예를 도시하는 회로도이다.
도 5는 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 다른 예를 도시하는 회로도이다.
도 6은 종래의 온도 검출 회로를 도시하는 도이다.
도 7은 본 실시 형태의 온도 검출 회로에 의한 과열 보호 회로를 구비한 반도체 장치의 일 예를 도시하는 회로도이다.
도 1은, 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 블럭도이다.
본 실시 형태의 온도 검출 회로는, 감열 소자(101)와, 정전류 회로(108)와, 전압 제어 전류 회로(104)와, 전류 비교기(106)를 구비하고 있다.
감열 소자(101)는, 온도에 따른 전압(Vd)을 출력한다. 전압 제어 전류 회로(104)는, 감열 소자(101)로부터 입력되는 전압(Vd)에 따른 정전류(I1)를 흐르게 한다. 정전류 회로(108)는, 온도 특성을 가진 정전류(I2)를 흐르게 한다. 정전류(I1)와 정전류(I2)의 온도 특성은, 제조상의 편차를 가지지만, 똑같이 불균일한 회로 구성으로 한다. 전류 비교기(106)는, 정전류(I1)와 정전류(I2)를 비교하여, 그 결과에 의해 온도 검출 회로의 출력 신호인 신호(VDET)를 출력한다.
이와 같이 온도 검출 회로를 구성했으므로, 검출 온도의 제조 편차가 적은 온도 검출 회로를 구성할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 검출 온도의 제조 편차를 조정하는 방법에 대해 설명한다.
도 2는, 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 조정 원리를 도시하는 도이다.
a)는 감열 소자(101)의 전압(Vd)의 온도 특성, b)는 전압 제어 전류 회로(104)의 정전류(I1)와 정전류 회로(108)의 정전류(I2)의 온도 특성, c)는 신호(VDET)를 나타낸다.
감열 소자(101)의 전압(Vd)은, 온도와 비례하여 낮아진다. 정전류 회로(108)의 정전류(I2)는, 온도와 비례하여 낮아진다. 정전류(I2)의 편차를 포함하지 않는 전류값을 파선으로 나타낸다. 전압 제어 전류 회로(104)의 정전류(I1)는, 입력되는 전압(Vd)에 따라 높아지도록 설정한다. 정전류(I1)의 조정 전의 전류값을 파선으로 나타낸다.
전류 비교기(106)는, 정전류(I1)와 정전류(I2)를 비교하여, 신호(VDET)를 출력한다. 신호(VDET)가 반전하는 온도의 기대값은, 파선의 정전류(I1)와 파선의 정전류(I2)가 교차하는 온도(T1)이다.
제조 편차에 의해, 정전류 회로(108)의 정전류(I2)의 온도 특성이 도 2b)의 실선으로 나타내는 특성이 되었을 때, 신호(VDET)가 반전하는 온도는, 파선의 정전류(I1)와 실선의 정전류(I2)가 교차하는 온도(T0)가 되어 버린다. 이때, 전압 제어 전류 회로(104)의 정전류(I1)의 온도 특성을 도 2b)의 실선으로 나타내는 특성으로 함으로써, 신호(VDET)가 반전하는 온도를 실선의 정전류(I1)와 실선의 정전류(I2)가 교차하는 온도(T1)로 할 수 있다.
따라서, 정전류 회로(108)의 정전류(I2)의 온도 특성이 불균일하더라도, 온도 검출 회로의 검출 온도는 원하는 온도(T1)로 간단하게 조정할 수 있다.
또한, 정전류 회로(108)의 정전류(I2)의 온도 특성을 파선으로 나타내는 특성으로 조정함으로써, 신호(VDET)가 반전하는 온도를 온도(T1)로 할 수도 있다.
도 3은, 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 일 예를 도시하는 회로도이다.
제1 N채널 공핍 트랜지스터(1)는, 드레인이 전원 단자(10)와 접속되고, 소스와 게이트가 제1 N채널 트랜지스터(4)의 드레인에 접속된다. 제1 N채널 트랜지스터(4)는, 소스가 그라운드 단자(11)에 접속되고, 게이트가 제1 저항(9)의 일단에 접속된다. 제1 저항(9)의 타단은, 그라운드 단자(11)에 접속된다. 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)는, 게이트가 제1 N채널 트랜지스터(4)의 드레인에 접속되고, 소스가 제1 저항(9)의 일단에 접속된다. 제1 P채널 트랜지스터(5)는, 소스가 전원 단자(10)에 접속되고, 드레인과 게이트가 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)의 드레인에 접속된다. 제2 P채널 트랜지스터(6)는, 소스가 전원 단자(10)에 접속되고, 게이트가 제1 P채널 트랜지스터(5)의 게이트에 접속되며, 드레인이 출력 단자(12)에 접속된다. 제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)는, 드레인이 출력 단자(12)에 접속되고, 게이트가 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)의 게이트에 접속되며, 소스가 제2 저항(13)의 일단에 접속된다. 다이오드(8)는, 애노드가 제2 저항(13)의 타단에 접속되고, 캐소드가 그라운드 단자(11)에 접속된다. 제1 P채널 트랜지스터(5)와 제2 P채널 트랜지스터(6)는, 전류 미러를 구성하고 있다.
제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)는 정전류 회로(108)를, 제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)는 전압 제어 전류 회로(104)를, 구성하고 있다. 또한 제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)는, 제2 P채널 트랜지스터(6)와 더불어 전류 비교기(106)를 구성하고 있다.
다음에, 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 동작에 대해 설명한다.
제1 N채널 공핍 트랜지스터(1)는, 제1 N채널 트랜지스터(4)에 바이어스 전류를 공급한다. 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)와 제1 N채널 트랜지스터(4)는, 부귀환 회로를 구성하고 있다. 제1 N채널 트랜지스터(4)는, 게이트 전압이 제1 N채널 공핍 트랜지스터(1)가 공급하는 바이어스 전류와 제1 N채널 트랜지스터(4)의 역치 전압에 의해 정해지는 정전압(V2)이 되도록 제어된다.
제1 N채널 트랜지스터(4)의 게이트에 제1 저항(9)이 접속되어 있기 때문에, 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)에는, 정전류(I2)=V2/R이 흐른다. 정전류(I2)는, 제1 P채널 트랜지스터(5)와 제2 P채널 트랜지스터(6)에도 흐른다.
제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)와 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)는 게이트 전압이 공통이기 때문에, 제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)와 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)에 흐르는 전류값의 차는, 각각의 소스 전압에 따라 결정된다.
제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)는, 소스에 제2 저항(13)과 감열 소자가 되는 다이오드(8)가 접속되어 있다. 다이오드(8)의 애노드 전압은, 온도가 오름에 따라 감소한다. 따라서, 제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)의 소스 전압은, 온도가 오름에 따라 감소한다. 즉, 제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)의 흐르는 정전류(I1)는, 온도가 오름에 따라 증가한다.
여기서, 제2 N채널 공핍 트랜지스터(2)와 제3 N채널 공핍 트랜지스터(3)의 특성을 동일하게 하고, 제2 저항(13)과 제1 저항(9)의 온도 특성을 동일하게 하면, 정전류(I1)와 정전류(I2)의 온도 특성은 거의 동일해진다. 따라서, 제2 저항(13)의 저항값과 제1 저항(9)의 저항값을 적절한 비율로 함으로써, 정전류(I1)와 정전류(I2)가 역전하는 온도가 원하는 온도(T1)가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 온도 검출 회로에 의하면, 검출 온도의 제조 편차가 적은 온도 검출 회로를 실현할 수 있다.
또한, 정전류(I1)와 정전류(I2)의 온도 특성이 불균일한 경우여도, 제1 저항(9)과 제2 저항(13)의 어느 한쪽, 또는 양쪽 모두의 저항값을 적절한 값으로 조정이 가능한 구성으로 하여, 제조 후에 저항값을 조정함으로써 원하는 검출 온도(T1)를 얻을 수 있다. 즉, 검출 온도의 제조 편차에 대한 조정을 간편하게 행할 수 있다.
도 4는, 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 다른 예를 도시하는 회로도이다.
도 4의 온도 검출 회로는, 또한, 제어 회로(20)와, 스위치(21)와, 저항(22)을 구비하고 있다. 그 외의 회로는 도 3과 동일하다.
제어 회로(20)는, 출력 단자(12)가 출력하는 신호(VDET)를 입력하고, 스위치(21)를 제어하는 신호를 출력한다. 스위치(21)는, 온 오프 상태에 따라, 제1 저항(9)의 저항값을 바꿀 수 있도록 접속되어 있다.
온도 검출 회로를 이와 같이 구성하면, 온도 검출 회로의 구성을 온도 상승시와 온도 하강시로 전환할 수 있고, 즉 온도 검출 회로에 히스테리시스를 가지게 할 수 있어, 보다 동작이 안정된다.
도 5는, 본 실시 형태의 온도 검출 회로의 다른 예를 도시하는 회로도이다.
도 5의 온도 검출 회로는, 제2 저항(13)의 저항값을 바꿀 수 있도록 스위치(21)와 저항(22)을 접속했다. 그 외의 회로와, 회로의 동작은, 도 4의 회로와 동일하므로 설명을 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 온도 검출 회로에 의하면, 정전류 회로의 온도 특성과 감열 소자의 전압에 의해 제어되는 전압 제어 전류 회로의 온도 특성이 상관 관계를 가지는 회로로 함으로써, 검출 온도의 제조 편차가 적고, 또한 제조 편차에 대한 조정을 간편하게 행할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 히스테리시스를 가지게 함으로써, 온도 검출 회로는 보다 검출이 안정적으로 행해진다, 라고 하는 효과를 가진다.
도 7은, 본 실시 형태의 온도 검출 회로를 이용한 과열 보호 회로를 구비한 반도체 장치, 일 예로서 전압 레귤레이터를 도시한 회로도이다. 전압 레귤레이터(70)는, 기준 전압 회로(71)와, 오차 증폭기(72)와, 출력 트랜지스터(73)와, 분압 회로(74)와, 과열 보호 회로(75)를 구비하고 있다. 본 실시 형태의 온도 검출 회로는, 과열 보호 회로(75)에 적용할 수 있다.
본 실시 형태의 온도 검출 회로를, 예를 들어 전압 레귤레이터와 같은 반도체 장치의 과열 보호 회로에 이용함으로써, 간편한 조정으로 온도 검출 정밀도가 좋은 과열 보호 회로를 구비한 안전성이 높은 제품을 제공할 수 있다.
20 제어 회로
71 기준 전압 회로
72 오차 증폭기
75 과열 보호 회로

Claims (7)

  1. 정전류를 출력하는 정전류 회로와,
    감열 소자와,
    상기 감열 소자가 출력하는 전압에 의해 제어되고, 온도에 따른 전류를 출력하는 전압 제어 전류 회로와,
    상기 정전류와 상기 온도에 따른 전류를 비교하여, 소정의 온도를 검출한 것을 나타내는 검출 신호를 출력하는 전류 비교기를 구비하고,
    상기 정전류 회로를 구성하는 N채널 공핍 트랜지스터와, 상기 전압 제어 전류 회로를 구성하는 N채널 공핍 트랜지스터는, 게이트 전압이 동일하며, 상기 정전류 회로의 온도 특성과 상기 전압 제어 전류 회로의 온도 특성에 상관을 가지게 하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 회로.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전류 회로는, 드레인이 전원 단자에 접속되고, 소스와 게이트가 접속된 제1 N채널 공핍 트랜지스터와,
    소스가 그라운드 단자에 접속되고, 드레인이 상기 제1 N채널 공핍 트랜지스터의 소스와 게이트에 접속된 제1 N채널 트랜지스터와,
    일단이 상기 제1 N채널 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 타단이 그라운드 단자에 접속된 제1 저항과,
    소스가 상기 제1 저항의 일단에 접속되고, 게이트가 상기 제1 N채널 트랜지스터의 드레인에 접속된 제2 N채널 공핍 트랜지스터를 구비하며,
    상기 전압 제어 전류 회로는,
    소스가 상기 감열 소자의 일단에 접속되고, 게이트가 상기 제2 N채널 공핍 트랜지스터의 게이트에 접속되며, 드레인이 상기 온도 검출 회로의 출력 단자에 접속된 제3 N채널 공핍 트랜지스터를 구비하고,
    상기 감열 소자는,
    일단이 상기 제3 N채널 공핍 트랜지스터의 소스에 접속된 제2 저항과,
    일단이 상기 제2 저항의 타단에 접속되고, 타단이 그라운드 단자에 접속된 다이오드를 구비하며,
    상기 전류 비교기는,
    입력 단자가 상기 제2 N채널 공핍 트랜지스터의 드레인에 접속되고,
    출력 단자가 상기 온도 검출 회로의 출력 단자에 접속된 전류 미러 회로와,
    상기 제3 N채널 공핍 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 온도 검출 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 저항은 저항 가변 수단을 가지고, 상기 온도 검출 회로의 검출 신호에 따라 저항값을 전환하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 회로.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 저항은 저항 가변 수단을 가지고, 상기 온도 검출 회로의 검출 신호에 따라 저항값을 전환하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 회로.
  6. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 온도 검출 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 반도체 장치는 과열 보호 회로를 구비하고, 상기 온도 검출 회로는 상기 과열 보호 회로에 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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