KR102588737B1 - 반도체 장치, 차지 펌프 회로, 반도체 시스템, 차량 및 반도체 장치의 제어 방법 - Google Patents

반도체 장치, 차지 펌프 회로, 반도체 시스템, 차량 및 반도체 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터의 열화를 막는 것이 가능한 반도체 장치를 제공하는 것.
[해결 수단] 일 실시 형태에 의하면, 반도체 칩(CHP1)은, 전원전압(VBAT)을 감압함으로써 생성된 정전압(Vin)이 공급되는 고전위측 전압 단자(T2)와, 출력 단자(T3)와의 사이에 설치된 트랜지스터(Tr1)와 접지 전압(GND)이 공급되는 저전위측 전압 단자(T6)와, 출력 단자(T3)와의 사이에 설치된 트랜지스터(Tr2)와, 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 온 오프를 제어하는 제어 회로(CTL1)와 출력 단자(T3)의 전압을 이용하여 전원 전압(VBAT)을 승압시킴으로써, 출력전압(Vout)을 생성하는 승압 회로와, 고전위측 전압 단자(T2)와 트랜지스터(Tr1)를 접속하는 전원 라인(W1)의 과전압을 검출하는 과전압 검출 회로(DT1)를 구비하고, 제어 회로(CTL1)는, 과전압이 검출된 경우,트랜지스터(Tr2)를 오프로 제어한다.

Description

반도체 장치, 차지 펌프 회로, 반도체 시스템, 차량 및 반도체 장치의 제어 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE, CHARGE PUMP CIRCUIT, SEMICONDUCTOR SYSTEM, VEHICLE, AND CONTROL METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 반도체 장치, 차지 펌프 회로, 반도체 시스템, 차량 및 반도체 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 예를 들면 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터나 배선의 열화를 막는데 적합한 반도체 장치, 차지 펌프 회로, 반도체 시스템, 차량 및 반도체 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는, 차지 펌프 회로의 구성이 개시되어 있다. 이 차지 펌프회로는, 일정한 전압을 출력하는 정전압 출력 회로와, 제어 회로와, 정전압 출력 회로의 출력이 공급되는 입력부를 갖고, 제어 회로에 의해 스위치 제어되는 승압 회로를 구비한다. 정전압 출력 회로는, 소정치 이상의 전류가 소정 시간 이상 흘렀을 경우에 있어서의 과전류를 검출하는 과전류 검출 회로와 과전류 검출 회로의 검출 결과에 기초해서 정전압 출력 회로를 보호하는 동작을 하는 과전류 보호 회로를 구비한다.
특허 문헌 1: 일본공개특허 제2007－82364호 공보
특허 문헌 1에 개시된 차지 펌프 회로의 구성에서는, 정전압 출력 회로에 과전류가 흐르고 있는 것을 검출하는 회로가 설치되고 있는 것에 불과하고, 승압 회로를 스위칭 제어하는 제어 회로에 과전류가 흐르고 있는지 여부에 대해서는 고려되어 있지 않다. 그 때문에, 만약 제어 회로의 출력 단자가 전원 전압 라인에 단락(즉, 천락(天絡))한 경우, 제어 회로에 과전류가 흐르고 있는 것을 검출할 수 없다. 그 결과, 제어 회로에 설치된 트랜지스터나 배선이 열화해버린다고 하는 문제가 있었다. 그 외의 과제와 신규한 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명확해질 것이다.
일 실시 형태에 의하면, 반도체 장치는, 전원 전압을 감압함으로써 생성된 정전압이 공급되는 고전위측 전압 단자와, 제1 출력 단자와의 사이에 설치된 제1 트랜지스터와, 기준 전압이 공급되는 저전위측 전압 단자와, 상기 제 1 출력 단자와의 사이에 설치된 제 2 트랜지스터와, 상기 제 1 및 상기 제 2 트랜지스터의 온 오프를 제어하는 제어회로와, 상기 제 1 출력 단자의 전압을 이용해서 상기 전원 전압을 승압시킴으로써, 출력전압을 생성하는 승압 회로와, 상기 고전위측 전압 단자와 상기 제 1 트랜지스터를 접속하는 전원 라인의 과전압을 검출하는 과전압 검출 회로를 구비하고, 상기 제어 회로는, 상기 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우, 적어도 상기 제 2 트랜지스터를 오프로 제어한다.
다른 실시 형태에 의하면, 반도체 장치의 제어 방법은, 전원 전압을 감압함으로써 생성된 정전압이 공급되는 고전위측 전압 단자, 및, 제1 출력 단자의 사이에 설치된 제 1 트랜지스터와, 기준 전압이 공급되는 저전위측 전압 단자, 및, 상기 제 1 출력 단자의 사이에 설치된 제 2 트랜지스터의 각각의 온 오프를 제어함으로써, 상기 제 1 출력 단자의 전압을 상기 정전압 또는 상기 기준 전압으로 주기적으로 전환하고, 상기 제 1 출력 단자의 전압을 이용하여 상기 전원 전압을 승압시킴으로써, 출력전압을 생성하고, 상기고 전위측 전압 단자와 상기 제 1 트랜지스터를 접속하는 전원 라인의 과전압을 검출한 경우, 적어도 상기 제 2 트랜지스터를 오프로 제어한다.
상기 일 실시 형태에 의하면, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터나 배선의 열화 또는 손상을 방지하는 것이 가능한 반도체 장치, 차지 펌프 회로, 반도체 시스템, 차량 및 반도체 장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 차지 펌프 회로를 구비한 반도체 시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 차지 펌프 회로에 설치된 과전압 검출 회로의 구체적인 구성예를 나타내는 도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 반도체 시스템의 변형예를 나타내는 도이다.
도 4는 실시 형태 2에 관한 차지 펌프 회로를 구비한 반도체 시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 반도체 시스템의 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 도면은 개략적인 것이므로, 이 도면의 기재를 기초로 해서 실시 형태의 기술적 범위를 좁게 해석해서는 안 된다. 또, 동일한 요소에는, 동일한 부호를 부여하고, 중복 하는 설명은 생략한다.
이하의 실시 형태에 있어서, 편의상 그 필요가 있을 때는, 복수의 섹션 또는 실시 형태로 분할하여 설명하지만, 특히 명시했을 경우를 제외하고, 그것들은 서로 무관계한 것은 아니고, 한쪽은 다른 한쪽의 일부 또는 전부의 변형예, 응용예, 상세 설명, 보충 설명 등의 관계에 있다. 또, 이하의 실시 형태에 있어서, 요소의 수 등(개수, 수치, 양, 범위 등을 포함)으로 언급하는 경우, 특히 명시한 경우 및 원리적으로 분명하게 특정의 수로 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 특정의 수로 한정되는 것은 아니고, 특정의 수 이상이어도 이하이어도 된다.
또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 그 구성요소(동작 스텝 등도 포함)는, 특히 명시한 경우 및 원리적으로 분명하게 필수라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수의 것은 아니다. 마찬가지로 이하의 실시 형태에 있어서, 구성요소 등의 형상, 위치 관계 등으로 언급할 때는, 특히 명시한 경우 및 원리적으로 분명하게 그렇지 않다고 생각되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함하는 것으로 한다. 이것은, 상기 수 등(개수, 수치, 양, 범위 등을 포함)에 대해서도 같다.
＜실시 형태 1＞
도 1은, 실시 형태 1에 관한 차지 펌프 회로(1)를 구비한 반도체 시스템(SYS1)의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에 관한 차지 펌프 회로(1) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1)은 승압 회로의 용량 소자에 대한 인가 전압을 주기적으로 전환하는 구동 제어 회로의 출력 단자가 천락함으로써 발생하는 과전압을 검출하기 위한 과전압검출 회로를 구비한다. 그리고, 과전압 검출 회로에 의해 전원 라인(W1)의 과전압이 검출된 경우에는, 구동 제어 회로의 출력단에 설치된 트랜지스터(Tr1, Tr2)를 신속하게 오프로 제어한다. 그것에 의해, 본 실시 형태에 관한 차지 펌프 회로(1) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1)은 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터 및 배선의 열화를 방지할 수가 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.
도 1에 나타내듯이, 반도체 시스템(SYS1)은, 차지 펌프 회로(1)와 정전압 생성 회로(CVG1)를 구비한다. 반도체 시스템(SYS1)은, 예를 들면 차량에 탑재된다.
(정전압 생성 회로(CVG1))
정전압 생성 회로(CVG1)는, 배터리로부터의 전원 전압(VBAT)을 감압해서 정전압(Vin)을 생성한다. 또한, 배터리의 전원 전압(VBAT)은, 차량에 탑재되고 있는 경우에는, 일반적으로는 12V 또는 24V인 것이 많다. 또, 본 실시 형태에서는, 정전압(Vin)보다도 충분히 낮은 7V인 경우를 예로 설명한다. 여기서, 전원 전압(VBAT)은, 차지 펌프 회로(1)와 차지 펌프 회로(1)와는 다른 주변 회로(차량에 탑재되는 다른 전자기기)에 의해 공용되기 때문에, 매우 높은 전압 레벨을 나타낸 다거나(예를 들면, 12V), 광범위하게 변화한다거나 하는 일이 있다(예를 들면, 최대 40V). 여기서, 정전압 생성 회로(CVG1)를 이용함으로써, 예를 들면 매우 높은 전압 레벨의 전원전압(VBAT)을 차지 펌프 회로(1)에서 사용하는 레벨로까지 감압하고 있다. 혹은, 정전압 생성 회로(CVG1)를 이용함으로써, 예를 들면 전압 레벨이 광범위하게 변화할 수 있는 전원전압(VBAT)을 차지 펌프 회로(1)에서 사용할 수 있는 레벨로까지 안정시키고 있다.
(차지 펌프 회로(1))
차지 펌프 회로(1)는, 전원 전압(VBAT)를 승압시킴으로써, 출력전압 Vout를 생성한다.
구체적으로는, 차지 펌프 회로(1)는, 반도체 칩(반도체 장치)(CHP1)상에, 다이오드(D1, D2), 구동 제어 회로(10), 및 과전압 검출 회로(DT1)를 구비한 반도체칩(CHP1)의 외부에, 용량 소자(C1, C2)를 구비한다. 구동 제어 회로(10)는, 제어 회로(CTL1)와 게이트 구동 회로(DR1, DR2)와 트랜지스터(Tr1, Tr2)와 저항 소자(R1, R2)를 갖는다. 또, 반도체 칩(CHP1) 상에는, 외부 접속 단자(T1~T6)가칩 외주변을 따라 설치되어 있다. 또한, 다이오드(D1, D2) 및 용량 소자(C1, C2)에 의해 승압 회로가 구성되어 있다.
외부 접속 단자의 하나인 고전위측 전압 단자(T2)에는, 정전압 생성 회로(CVG1)에 의해 생성된 정전압(Vin)이 공급된다. 외부 접속 단자의 하나인 저전위측 전압 단자(T6)에는, 기준 전압(본 예에서는 접지 전압(GND))이 공급된다.
트랜지스터(Tr1)는, P채널 MOS 트랜지스터이며, 고전위측 전압 단자(T2)와 외부 접속 단자의 하나인 출력 단자(제1 출력 단자)(T3)와의 사이에 설치되어 있다. 트랜지스터(Tr2)는, N채널 MOS 트랜지스터이며, 저전위측 전압 단자(T6)와 출력 단자(T3)와의 사이에 설치되어 있다.
저항 소자(R1)는, 트랜지스터(Tr1)의 게이트 및 소스 사이에 설치되어 있다. 저항소자(R2)는, 트랜지스터(Tr2)의 게이트(제어 단자) 및 소스(제1 단자) 사이에 설치되어 있다.
제어 회로(CTL1)는, 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 온 오프를 제어하는 회로이다.
구체적으로는, 제어 회로(CTL1)는, 승압 동작시, H 레벨 또는 L 레벨로 주기적으로 변화하는 펄스 신호(P1)에 동기 해서, H 레벨 또는 L 레벨로 주기적으로 변화하는 제어 신호(S1, S2)를 출력한다.
게이트 구동 회로(DR1)는, 제어 신호(S1)에 대응한 구동 신호(DS1)를 생성해서, 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 인가한다. 본 예에서는, 게이트 구동 회로(DR1)는, 제어 신호(S1)가 H 레벨의 경우에, 출력을 하이 임피던스 상태로 설정하고, 제어 신호(S1)가 L 레벨의 경우에, 구동 신호(DS1)를 L 레벨로 설정한다. 여기서, 게이트 구동 회로(DR1)의 출력이 하이 임피던스 상태의 경우, 정전압(Vin)이 저항 소자(R1)를 통해서 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 인가되기 때문에, 트랜지스터(Tr1)는 오프한다. 한편, 게이트 구동 회로(DR1)의 출력이 L 레벨의 경우, 트랜지스터(Tr1)는 온한다.
게이트 구동 회로(DR2)는, 제어 신호(S2)에 대응한 구동 신호(DS2)를 생성해서, 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 인가한다. 본 예에서는, 게이트 구동 회로(DR2)는, 제어 신호(S2)가 H 레벨의 경우에, 구동 신호(DS2)를 H 레벨로 설정하고, 제어 신호(S2)가 L 레벨의 경우에, 출력을 하이 임피던스상태로 설정한다. 여기서, 게이트 구동 회로(DR2)의 출력이 H 레벨의 경우, 트랜지스터(Tr2)는 온한다. 한편, 게이트 구동 회로(DR2)의 출력이 하이 임피던스 상태의 경우, 접지 전압(GND)이 저항 소자(R2)를 통해서 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 인가되기 때문에, 트랜지스터(Tr2)는 오프한다.
그것에 의해, 승압 동작시, 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 상보적으로 온 오프를 반복한다. 또한, 실제로는 트랜지스터(Tr1, Tr2)는 데드 타임을 사이에 두어 상보적으로 온 오프를 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 트랜지스터(Tr2)가 오프로부터 온으로 바뀌는 경우에는, 트랜지스터(Tr1)가 온으로부터 오프로 바뀐 후, 데드 타임 경과 후에, 트랜지스터(Tr2)가 오프로부터 온으로 바뀌는 것이 바람직하다. 마찬가지로 트랜지스터(Tr1)가 오프로부터 온에 바뀌는 경우에는, 트랜지스터(Tr2)가 온으로부터 오프로 바뀐 후, 데드 타임 경과 후에, 트랜지스터(Tr1)가 오프로부터 온으로 바뀌는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 트랜지스터(Tr1, Tr2)가 순간적으로 동시에 온하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 관통 전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터(Tr1, Tr2) 및 배선의 열화 혹은 손상을 방지할 수 있어서 한층 더 소비 전력의 증대가 억제된다.
예를 들면, 트랜지스터(Tr1)가 온하고 또한, 트랜지스터(Tr2)가 오프하고 있는 경우, 고전위측 전압 단자(T2)에 공급된 정전압(Vin)이 출력 단자(T3)로부터 출력된다. 한편, 트랜지스터(Tr1)가 오프하고, 또한, 트랜지스터(Tr2)가 온하고 있는 경우, 저전위측 전압 단자(T6)에 공급된 접지 전압(GND)이 출력 단자(T3)로부터 출력된다. 즉, 승압동작시, 출력 단자(T3)의 전압은, 주기적으로 바뀌는 정전압(Vin) 및 접지 전압(GND)의 어느 하나의 값을 나타낸다.
외부 접속 단자의 하나인 전압 입력 단자(T1)에는, 배터리로부터의 전원 전압(VBAT)이 공급된다. 또, 외부 접속 단자의 하나인 전압 출력 단자(T5)로부터, 외부로 출력전압(Vout)이 출력된다.
다이오드(D1, D2)는, 외부로부터 전원 전압(VBAT)이 공급되는 전압 입력 단자(T1)로부터 출력전압(Vout)을 외부로 출력하는 전압 출력 단자(T5)를 거쳐서 순방향으로 설치되어 있다. 외부 접속 단자(T4)는, 다이오드(D1, D2) 간의 노드(N1)에 접속되어 있다. 또한, 이하에서는, 설명의 간략화를 위해서 다이오드(D1, D2)의 순방향 전압에 대해서는 고려하지 않는다. 또는, 다이오드(D1, D2) 대신에, 2개의 트랜지스터가 이용되어도 된다. 이 경우, 다이오드(D1, D2)의 온 오프의 전환 타이밍과 같은 타이밍으로, 2개의 트랜지스터의 온 오프를 바꿀 필요가 있다.
　용량 소자(C1, C2)는, 반도체 칩(CHP1)에 외부 부착되고 있다. 구체적으로는, 용량소자(C1)는, 반도체 칩(CHP1)의 외부에 있어서, 외부 접속 단자(T4)와 출력 단자(T3)와의 사이에 설치되어 있다. 용량 소자(C2)는, 반도체 칩(CHP1)의 외부에 있어서, 전압출력 단자(T5)와 접지 전압 단자(GND)와의 사이에 설치되어 있다.
출력 단자(T3)의 전압은, 용량 소자(C1)를 통해서, 다이오드(D1, D2) 사이의 노드(ON1)에 인가된다.
차지 펌프 회로(1)의 승압 동작에서는, 다이오드(D1, D2) 및 용량 소자(C1, C2)로 되는 승압 회로가, 구동 제어 회로(10)의 출력전압(출력 단자(T3)의 전압)을 이용해서 전원 전압(VBAT)을 승압시킴으로써, 출력전압(Vout)을 생성한다.
구체적으로는, 우선, 제어 회로(CTL1)에 의해, 트랜지스터(Tr1)가 오프, 트랜지스터(Tr2)가 온으로 제어된다. 그것에 의해, 저전위측 전압 단자(T6)로부터 트랜지스터(Tr2)를 통해서 출력 단자(T3)를 향해서, 접지 전압(GND)이 공급된다. 또, 이때, 전압 입력 단자(T1)로부터 다이오드(D1)를 통해서 노드(N1)를 향해서, 전원 전압(VBAT)이 공급된다. 즉, 용량 소자(C1)의 일단에 접지 전압(GND)이 공급되고 용량 소자(C1)의 타단에 전원 전압(VBAT)이 공급된다. 그 때문에, 용량 소자(C1)에는, 전원 전압(VBAT)에 상당하는 전하가 충전된다.
그 후, 제어 회로(CTL1)에 의해, 트랜지스터(Tr1)가 온, 트랜지스터(Tr2)가 오프로 제어된다. 그것에 의해, 고전위측 전압 단자(T2)로부터 트랜지스터(Tr1)를 통해서 출력 단자(T3를) 향해서, 정전압(Vin)이 공급된다. 즉, 용량 소자(C1)의 일단에 공급되는 전압이, 접지 전압(GND)으로부터 정전압(Vin)으로 바뀐다. 여기서, 용량 소자(C1)에는 전원 전압(VBAT)에 상당하는 전하가 충전되고 있기 때문에, 용량 소자(C1)의 타단의 전압(노드(N1)의 전압)은, 전원 전압(VBAT)에 정전압(Vin)을 중첩한 전압 레벨까지 승압된다. 이 승압된 전압은, 다이오드(D2)를 통해서 전압 출력 단자(T5)에 공급되고, 출력전압(Vout)으로서 외부에 출력된다. 또한, 출력전압(Vout)은, 용량 소자(C2)에 의해 평활화되어 있다.
차지 펌프 회로(1)의 승압 동작에서는, 이러한 동작이 반복된다.
(과전압 검출 회로(DT1))
과전압 검출 회로(DT1)는, 고전위측 전압 단자(T2)와 트랜지스터(Tr1)를 접속하는 전원 라인(W1) 상의 노드(N2)의 과전압을 검출하는 회로이다. 예를 들면 출력 단자(T3)가 전원전압(VBAT) 라인에 단락(즉, 천락)한 경우, 출력 단자(T3)로부터 트랜지스터(Tr1)의 기생 다이오드, 전원 라인(W1), 및, 고전위측 전압 단자(T2)를 향해 전류가 흐르기 때문에 전원 라인(W1)의 전압 레벨이 정전압(Vin)보다 높아진다. 여기서, 과전압검출회로(DT1)는, 전원 라인(W1)의 전압 레벨이 정전압(Vin)보다 높은 소정 전압에 도달한 경우, 과전압이 발생한 것을 나타내는 검출 결과를 제어 회로(CTL1)에 대해서 출력한다.
제어 회로(CTL1)는, 과전압 검출 회로(DT1)에 의해 과전압이 검출된 경우, 승압동작을 강제적으로 종료시켜서, 트랜지스터(Tr1, Tr2)를 모두 오프로 제어한다. 그것에 의해, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터(Tr1, Tr2) 및 배선의 열화를 방지할 수 있다. 특히, 트랜지스터(Tr2)에는 매우 큰 전류가 흐를 가능성이 높기 때문에, 전원 라인(W1)의 과전압을 검출해서 신속하게 트랜지스터(Tr2)를 오프하는 것은 매우 유효하다.
(과전압 검출 회로(DT1)의 구체적인 구성예)
도 2는, 과전압 검출 회로(DT1)의 구체적인 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타내듯이, 과전압 검출 회로(DT1)는, 저항 소자(R11, R12)와 소정 전압원(VG1)과 콤퍼레이터(CMP1)를 갖는다.
저항 소자(R11, R12)는, 전원 라인(W1)상의 노드(N2)와 저전위측 전압 단자(T6)와의 사이에 직렬로 설치되어 있다. 콤퍼레이터(CMP1)는, 저항 소자(R11, R12)간의 노드(N3)의 전압(즉, 전원 라인(W1)의 전압을 저항 분압한 전압)과 소정 전압원(VG1)으로부터 출력되는 소정 전압(Vc)을 비교한다. 콤퍼레이터(CMP1)의 비교 결과는, 과전압 검출 회로(DT1)의 검출 결과로서 제어 회로(CTL1)에 출력된다.
예를 들면, 콤퍼레이터(CMP1)는, 노드(N3)의 전압이, 소정 전압원(VG1)으로부터 출력되는 소정 전압(Vc)보다 낮은 경우, L 레벨의 비교 결과를 출력한다. 이 L 레벨의 비교결과는, 과전압이 발생하고 있지 않은 것을 나타내는 검출 결과로서 제어 회로(CTL1)에 출력되고. 또, 콤퍼레이터(CMP1)는, 노드(N3)의 전압이, 소정 전압(Vc)이상의 경우, H 레벨의 비교 결과를 출력한다. 이 H 레벨의 비교 결과는, 과전압이 발생한 것을 나타내는 검출 결과로서 제어 회로(CTL1)에 출력된다.
또한, 과전압 검출 회로(DT1)는, 도 2에 나타내는 회로 구성에 한정되지 않고, 동등의 기능을 갖는 다른 구성으로 적절히 변경 가능하다.
이와 같이, 본 실시 형태와 관련되는 차지 펌프 회로(1) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1)은, 승압 회로의 용량 소자(C1)에 대한 인가 전압을 주기적으로 전환하는 구동 제어회로의 출력 단자가 천락함으로써 발생하는 과전압을 검출하기 위한 과전압 검출회로를 구비한다. 그리고, 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우에는, 구동 제어 회로의 출력단에 설치된 트랜지스터(Tr1, Tr2)를 신속하게 오프로 제어한다. 그것에 의해, 본 실시 형태에 관한 차지 펌프 회로(1) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1)은, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터 및 배선의 열화 등을 방지할 수 있다. 특히, 트랜지스터(Tr2)에는 매우 큰 전류가 흐를 가능성이 높기 때문에, 전원 라인(W1)의 과전압을 검출해서 신속하게 트랜지스터(Tr2)를 오프하는 것은 매우 유효하다.
본 실시 형태에서는, 게이트 구동 회로(DR1)의 출력을 하이 임피던스 상태로 설정함으로써 트랜지스터(Tr1)를 오프하고, 게이트 구동 회로(DR2)의 출력을 하이 임피던스 상태로 설정함으로써 트랜지스터(Tr2)를 오프하는 경우를 예에 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 게이트 구동 회로(DR1)로부터 H 레벨의 구동 신호(DS1)를 출력함으로써 트랜지스터(Tr1)를 오프하고, 게이트 구동 회로(DR2)로부터 L 레벨의 구동 신호(DS2)를 출력함으로써 트랜지스터(Tr2)를 오프하는 구성이어도 된다. 이 경우, 저항소자(R1, R2)는 불필요하다. 다만, 과전압 검출시 등의 이상 발생시에는, 만일 구동회로(DR1, DR2)가 손상한 경우에 대비해서, 구동 회로(DR1, DR2)와는 따로 설치된 저항 소자(R1, R2)에 의해, 트랜지스터(Tr1, Tr2)를 보다 확실히 오프 하는 쪽이 바람직하다.
또, 본 실시 형태에서는, 과전압 검출 회로(DT1)가, 고전위측 전압 단자(T2)와 트랜지스터(Tr1)를 접속하는 전원 라인(W1) 상의 노드(N2)의 전압을 모니터함으로써 과전압을 검출하는 경우를 예로 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 과전압 검출 회로(DT1)는, 출력 단자(T3)의 전압을 직접 모니터함으로써 과전압을 검출하는 구성이어도 된다.
다만, 이 경우, 출력 단자(T3)의 전압이 주기적으로 변화하는 것에 유의할 필요가 있다.
(반도체 시스템(SYS1)의 변형예)
도 3은, 반도체 시스템(SYS1)의 변형예를 반도체 시스템(SYS1a)으로서 나타내는 도면이다. 반도체 시스템(SYS1a)은, 반도체 시스템(SYS1)과 비교해서, 차지 펌프 회로(1) 대신 차지 펌프 회로(1a)를 구비한다. 차지 펌프 회로(1a)는, 차지 펌프 회로(1)에 비해서, 트랜지스터(Tr3)를 더 구비한다. 또한, 차지 펌프회로(1a)에 있어서의 반도체 칩(CHP1a) 및 구동 제어 회로(10a)는, 각각 차지 펌프 회로(1)에 있어서의 반도체 칩(CHP1) 및 구동 제어 회로(10)에 대응한다.
구체적으로는, 트랜지스터(Tr3)는, N채널 MOS 트랜지스터이며, 트랜지스터(Tr2)의 게이트 및 소스 사이에 설치되어 있다.
제어 회로(CTL1)는, 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 온 오프를 제어할 뿐만 아니라, 트랜지스터(Tr3)의 온 오프도 제어한다. 환언하면, 제어 회로(CTL1)는, 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 온 오프를 제어하기 위한 제어 신호(S1, S2)를 출력할 뿐만 아니라, 트랜지스터(Tr3)의 온 오프를 제어하기 위한 제어 신호(S3)를 더 출력한다. 제어 신호(S3)는, 트랜지스터(Tr3)의 게이트에 공급된다.
예를 들면, 승압 동작시, 제어 회로(CTL1)는, L 레벨의 제어 신호(S3)를 출력함으로써 트랜지스터(Tr3)를 오프한다. 그것에 대해서, 과전압 검출시, 제어 회로(CTL1)는, H 레벨의 제어 신호(S3)를 출력함으로써 트랜지스터(Tr3)를 온한다. 그것에 의해, 전원 라인(W1)의 과전압을 검출한 경우에, 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 축적된 전하가, 온 상태의 트랜지스터(Tr3)를 통해서 저전위측 전압 단자(T6)를 향해서 급속히 방출되기 때문에, 트랜지스터(Tr2)는 신속하게 오프한다. 그것에 의해, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터(Tr2) 및 배선의 열화 혹은 손상을 한층 더 효과적으로 방지할 수 있다.
차지 펌프 회로(1a) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1a)의 그 밖의 구성에 대해서는, 차지 펌프 회로(1) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1)과 동일하므로 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 본 실시 형태와 관련되는 차지 펌프 회로(1a) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1a)은, 트랜지스터(Tr2)의 게이트 및 소스 사이에 설치되어 과전압 검출시에 온하는 트랜지스터(Tr3)를 더 구비한다. 그것에 의해, 과전압 검출시, 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 축적된 전하가, 온 상태의 트랜지스터(Tr3)를 통해서, 저전위측 전압 단자(T6)를 향해 급속히 방출되기 때문에, 트랜지스터(Tr2)는 신속하게 오프한다. 그 결과, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터(Tr2) 및 배선의 열화를 한층 더 효과적으로 방지할 수 있다.
＜실시 형태 2＞
도 4는, 실시 형태 2에 관한 차지 펌프 회로(2)를 구비한 반도체 시스템(SYS2)의 구성예를 나타내는 도면이다. 반도체 시스템(SYS2)은, 반도체 시스템(SYS1)에 비해서, 차지 펌프 회로(1) 대신에 차지 펌프 회로(2)를 구비한다. 차지 펌프 회로(2)는, 차지 펌프 회로(1)에 비해서, 반도체 칩상에, 게이트 구동 회로(DR3) 및 트랜지스터(스위치 소자))(Tr4)를 더 구비한다. 또한, 차지 펌프 회로(2)에 있어서 반도체 칩(CHP2)은, 차지 펌프 회로(1)에 있어서의 반도체 칩(CHP1)에 대응한다.
구체적으로는, 트랜지스터(Tr4)는, 트랜지스터(Tr1)와는 다른 도전형의 N채널 MOS 트랜지스터이며, 과전압 검출 회로(DT1)가 접속된 전원 라인(W1)상의 노드(N2)와 고전위측 전압 단자와의 사이의 전원 라인(W1)상에 설치되어 있다.
게이트 구동 회로(DR3)는, 과전압 검출 회로(DT1)에 의해 과전압이 검출되지 않은 경우에는, 트랜지스터(Tr4)를 온으로 제어하고, 과전압 검출 회로(DT1)에 의해 과전압이 검출된 경우에는, 트랜지스터(Tr4)를 오프로 제어한다.
그것에 의해, 출력 단자(T3)로부터 트랜지스터(Tr1)의 기생 다이오드, 전원 라인(W1)을 통해서 고전위측 전압 단자(T2)를 향해 흐르는 전류의 전류 경로를 차단할 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터(Tr1) 및 전원 라인(W1)의 열화를 방지하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 과전류가 공급되는 것에 의한 정전압 생성 회로(CVG1)의 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 정전압 생성 회로(CVG1)에 의해 생성되는 정전압(Vin)이 차지 펌프 회로(2 이외의 다른 회로에도 공급되고 있는 경우에는, 해당 다른 회로의 내압 파괴를 방지할 수 있다.
　또한, 출력 단자(T3)가 천락하고 있는 기간 중은, 출력 단자(T3)로부터 트랜지스터(Tr1)의 기생 다이오드, 전원 라인(W1)을 통해서, 과전압 검출 회로(DT1)를 향해서 전류가 계속해서 흐르기 때문에, 과전압 검출 회로(DT1)는, 트랜지스터(Tr1, Tr4)를 계속해서 오프할 수 있다.
(반도체 시스템 SYS2의 변형예)
도 5는, 반도체 시스템(SYS2)의 변형예를 반도체 시스템(SYS2a)으로서 나타내는 도면이다. 반도체 시스템(SYS2a)은, 반도체 시스템(SYS2)에 비해서, 차지 펌프 회로(2) 대신에 차지 펌프 회로(2a)를 구비한다. 차지 펌프 회로(2a)는, 차지 펌프 회로(2)에 비해서, 트랜지스터(Tr3)를 더 구비한다. 또한, 차지 펌프 회로(2a)에 있어서의 반도체 칩(CHP2a) 및 구동 제어 회로(10a)는, 각각 차지 펌프 회로(2)에 있어서의 반도체 칩(CHP2) 및 구동 제어 회로(10)에 대응한다.
구체적으로는, 트랜지스터(Tr3)는, N채널 MOS 트랜지스터이며, 트랜지스터(Tr2)의 게이트와 소스 사이에 설치되고 있다.
트랜지스터(Tr3)의 상세한 것에 대해서는, 이미 설명한 바와 같다. 또, 차지 펌프 회로(2a) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS2a)의 그 밖의 구성에 대해서는, 차지 펌프 회로(2) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS2)과 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 본 실시 형태와 관련되는 차지 펌프 회로(2a) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS2a)은, 트랜지스터(Tr2)의 게이트와 소스 사이에 설치되며, 과전압 검출시에 온하는 트랜지스터(Tr3)를 더 구비한다. 그것에 의해, 과전압 검출시, 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 축적된 전하가, 온 상태의 트랜지스터(Tr3)를 통해서, 저전위측 전압 단자(T6)를 향해 급속히 방출되기 때문에, 트랜지스터(Tr2)는 신속하게 오프한다. 그 결과, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터(Tr2) 및 배선의 열화를 한층 더 효과적으로 방지할 수 있다.
이상과 같이, 상기 실시 형태 1, 2에 관한 차지 펌프 회로 및 그것을 구비한 반도체 시스템은, 승압 회로의 용량 소자(C1)에 대한 인가 전압을 주기적으로 전환하는 구동 제어회로의 출력 단자(T3)가 천락하는 것에 의해서 발생하는 과전압을 검출하기 위한 과전압검출회로를 구비한다. 그리고, 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우에는, 구동 제어회로의 출력단에 설치된 트랜지스터(Tr1, Tr2)를 신속하게 오프로 제어한다. 그것에 의해, 본 실시 형태에 관한 차지 펌프 회로(1) 및 그것을 구비한 반도체 시스템(SYS1)은 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터 및 배선의 열화 등을 방지할 수 있다. 특히, 트랜지스터(Tr2)에는 매우 큰 전류가 흐를 가능성이 높기 때문에, 전원 라인(W1)의 과전압을 검출해서 신속하게 트랜지스터(Tr2)를 오프하는 것은 매우 유효하다.
또한, 상기 실시 형태 1, 2에 관한 차지 펌프 회로 및 그것을 구비한 반도체 시스템은, 트랜지스터(Tr2)의 게이트 및 소스 사이에 설치되어 과전압 검출시에 온하는 트랜지스터(Tr3)를 더 구비한다. 그것에 의해, 과전압 검출시, 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 축적된 전하가, 온 상태의 트랜지스터(Tr3)를 통해서 저전위측 전압 단자(T6)를 향해 급속히 방출되기 때문에, 트랜지스터(Tr2)는 신속하게 오프한다. 그 결과, 과전류가 흐르는 것에 의한 트랜지스터(Tr2) 및 배선의 열화를 한층 더 효과적으로 방지할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시 형태를 기초로 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 위에서 기술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 상기의 실시 형태와 관련되는 반도체 장치에서는, 반도체 기판, 반도체층, 확산층(확산영역) 등의 도전형(p형 혹은 n형)을 반전시킨 구성으로 해도 된다. 그 때문에, n형, 및 p형의 한쪽의 도전형을 제1의 도전형으로 ㅎ하고, 다른 한쪽의 도전형을 제2의 도전형으로 한 경우, 제1의 도전형을 p형, 제2의 도전형을 n형으로 할 수도 있고, 반대로 제1의 도전형을 n형, 제2의 도전형을 p형으로 할 수도 있다.
1　차지 펌프 회로
2　차지 펌프 회로
10, 10a　구동 제어 회로
C1, C2　용량 소자
CHP1, CHP1a　반도체 칩
CHP2, CHP2a　반도체 칩
CMP1　콤퍼레이터
CTL1　제어 회로
CVG1　정전압 생성 회로
D1, D2　다이오드
DR1~DR3　게이트 구동 회로
DT1　과전압 검출 회로
N1~N3　노드
R1, R2　저항 소자
R11, R12　저항 소자
SYS1, SYS2　반도체 시스템
T1　전압 입력 단자
T2　고전위측 전압 단자
T3　출력 단자
T4　외부 접속 단자
T5　전압 출력 단자
T6　저전위측 전압 단자
Tr1~Tr4　트랜지스터
VG1　소정 전압원
W1　전원 라인

Claims (12)

  1. 전원 전압을 감압함으로써 생성된 정전압이 공급되는 고전위측 전압 단자와, 제1 출력 단자와의 사이에 설치된 제1 트랜지스터와,
    기준 전압이 공급되는 저전위측 전압 단자와, 상기 제 1 출력 단자와의 사이에 설치된 제 2 트랜지스터와,
    상기 제 1 및 상기 제 2 트랜지스터의 온 오프를 제어하는 제어회로와,
    상기 제 1 출력 단자의 전압을 이용해서 상기 전원 전압을 승압시킴으로써, 출력전압을 생성하는 승압 회로와,
    상기 고전위측 전압 단자와 상기 제 1 트랜지스터를 접속하는 전원 라인의 과전압을 검출하는 과전압 검출 회로를 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우, 적어도 상기 제 2 트랜지스터를 오프로 제어하는 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터의 단자 중, 제어 단자와, 상기 저전위측 전압 단자 측에 설치된 제 1 단자와의 사이에 설치된 제 3 트랜지스터를 더 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우, 또한 상기 제 3 트랜지스터를 온으로 제어하는, 반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터의 단자 중, 제어 단자와, 상기 저전위측 전압 단자 측에 설치된 제 1 단자와의 사이에 설치된 저항 소자와,
    상기 저항 소자에 병렬로 설치된 제3 트랜지스터를 더 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우, 상기 제 2 트랜지스터의 제어 단자에 대한 출력을 하이 임피던스 상태로 설정함과 동시에, 상기 제 3 트랜지스터를 온으로 제어하는, 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서, 　
    상기 제어 회로는, 상기 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우, 상기 제 2 트랜지스터를 오프로 함과 동시에, 상기 제 1 트랜지스터를 오프로 제어하는, 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원 라인상에 설치되고, 상기 과전압 검출 회로에 의해 과전압이 검출된 경우에 오프하는 스위치 소자를 더 구비한, 반도체 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치 소자는, 상기 제 1 트랜지스터와는 다른 도전형의 MOS 트랜지스터인, 반도체 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스위치 소자는, 상기 과전압 검출 회로가 접속된 상기 전원 라인상의 노드와 상기 고전위측 전압 단자와의 사이의 상기 전원 라인상에 설치되어 있는, 반도체 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 승압 회로는,
    외부로부터 상기 전원 전압이 공급되는 전압 입력 단자로부터, 상기 출력전압을 외부로 출력하는 전압 출력 단자에 걸쳐서, 순방향으로 설치된 제1 및 제2 다이오드를 갖고,
    상기 제 1 및 제2 다이오드 사이의 노드에 대해서, 용량 소자를 통해서 상기 제 1 출력단자의 전압이 인가되는, 반도체 장치.
  9. 제8항에 기재된 반도체 장치와,
    상기 제1 및 상기 제2 다이오드 사이의 노드와, 상기 제 1 출력 단자와의 사이에 설치된 상기 용량 소자를 구비한, 차지 펌프 회로.
  10. 제9항에 기재된 차지 펌프 회로와,
    상기 전원 전압을 감압해서 상기 정전압을 생성하는 정전압 생성 회로를 구비한, 반도체 시스템.
  11. 제10항에 기재된 반도체 시스템을 구비하고,
    상기 전원 전압은, 상기 차지 펌프 회로와, 해당 차지 펌프 회로와는 다른 주변회로에 의해 공용되어 있는, 차량.
  12. 전원 전압을 감압함으로써 생성된 정전압이 공급되는 고전위측 전압 단자, 및, 제1 출력 단자의 사이에 설치된 제 1 트랜지스터와, 기준 전압이 공급되는 저전위측 전압 단자, 및, 상기 제 1 출력 단자의 사이에 설치된 제 2 트랜지스터의 각각의 온 오프를 제어함으로써, 상기 제 1 출력 단자의 전압을 상기 정전압 또는 상기 기준 전압으로 주기적으로 전환하고,
    상기 제 1 출력 단자의 전압을 이용하여 상기 전원 전압을 승압시킴으로써, 출력전압을 생성하고,
    상기 고 전위측 전압 단자와 상기 제 1 트랜지스터를 접속하는 전원 라인의 과전압을 검출한 경우, 적어도 상기 제 2 트랜지스터를 오프로 제어하는, 반도체 장치의 제어 방법.
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