TW201346483A - 半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題是在於提供一種可配合半導體裝置的容許損失特性來設定任意的過電流保護特性,不會降低效率安全的半導體裝置。其解決手段係以第一電晶體、感應電壓產生電路、基準電壓電路、放大器及第二電晶體所構成,該第一電晶體係以控制訊號來控制,該感應電壓產生電路係產生根據加算對應於第一電晶體的電流之電流與基準電流後的電流之感應電壓;該基準電壓電路係反映基準電流電路的電流來使基準電壓產生,該放大器係比較在感應電壓產生電路所產生的電壓與基準電壓,該第二電晶體係可關閉閘極被連接至放大器的輸出端子的第一電晶體。
Description
本發明是有關附過熱過電流保護機能的半導體裝置。
說明有關以往的半導體裝置。圖4是表示以往的半導體裝置的電路圖。
以往的半導體裝置是以過電流檢測部304,過熱關機(Thermal Shutdown)檢測部(以下稱為TSD檢測部)309,NMOS電晶體301、302、306、307,電阻303、305、308,接地端子100及外部端子321、322所構成。以過電流檢測部304,電阻303及NMOS電晶體306來構成過電流保護電路331。以NMOS電晶體307及TSD檢測部309來構成過熱保護電路332。
NMOS電晶體301是回應來自外部端子322的訊號進行開啟/關閉控制。過電流保護電路331是用以從過電流來保護NMOS電晶體301者,同樣過熱保護電路332是用以從過熱來保護NMOS電晶體301者。過電流保護電路331是具有過電流檢測部304。過電流檢測部304是參照例如流至NMOS電晶體302的電流來檢測出NMOS
電晶體301的汲極電流ID。然後,過電流檢測部304是當電流ID達到過電流制限值時,使NMOS電晶體306開啟,將外部端子322強制性地接地,藉此使NMOS電晶體301關閉。如此一來,從過電流所造成的破壞來保護NMOS電晶體301。過熱保護電路332是具有TSD檢測部309,此TSD檢測部309是當半導體裝置的溫度達到初期設定溫度時,使NMOS電晶體307開啟,藉此將外部端子322強制性地接地。如此一來,從過熱所造成的破壞來保護NMOS電晶體301。
過電流保護電路331是藉由過電流檢測部304來檢測出NMOS電晶體301的汲極電流ID,當此電流ID到達過電流檢測值時,控制成過熱保護電路332的回應時間會變短,抑制加諸於NMOS電晶體301的能量。如此一來,外觀上容許電力大的領域中安全動作領域的範圍擴大,在廣的安全動作領域內可自過電流及過熱來保護(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]特開2002-280886號公報
然而,就以往的技術而言,半導體裝置的安全動作領域並不是沿著實際的半導體裝置的容許損失的特性者,即是在安全動作領域也有因為保護電路作用無法使用的條件。
本發明是有鑑於上述課題而研發者,可配合半導體裝置的容許損失特性來設定任意的過電流保護特性。
為了解決以往的課題,本發明的半導體裝置是設為以下那樣的構成。
為具備以控制訊號來控制的第一電晶體之半導體裝置,係以基準電流電路、感應電壓產生電路、基準電壓電路、放大器及第二電晶體所構成,
該感應電壓產生電路係產生根據加算對應於第一電晶體的電流之電流與基準電流後的電流之感應電壓,
該基準電壓電路係反映基準電流電路的電流來使電壓產生,
該放大器係比較在感應電壓產生電路所產生的電壓與在基準電壓電路所產生的電壓,
該第二電晶體係可關閉閘極被連接至放大器的輸出端子的第一電晶體。
本發明之具備過熱過電流保護機能的半導體
裝置是可配合半導體裝置的容許損失的特性來設定任意的過電流保護特性,因此可提供一種不會降低效率安全的半導體裝置。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102‧‧‧控制端子
110、210‧‧‧基準電流電路
111、112、128、211、212‧‧‧PN接合元件
113、130‧‧‧放大器
126‧‧‧負荷電流源
141‧‧‧感應電壓產生電路
142‧‧‧基準電壓電路
304‧‧‧過電流檢測部
309‧‧‧TSD檢測部
圖1是表示第一實施形態的半導體裝置的電路圖。
圖2是表示第二實施形態的半導體裝置的電路圖。
圖3是說明第一及第二實施形態的動作的圖。
圖4是表示以往的半導體裝置的電路圖。
以下,參照圖面說明有關本發明的實施形態。
圖1是第一實施形態的半導體裝置的電路圖。第一實施形態的半導體裝置是以放大器113、130,PMOS電晶體115、116、121、122、123、124、125,負荷電流源126,PN接合元件111、112、128,電阻114、127、129,電源端子101,控制端子102及接地端子100所構成。基準電流電路110是以PMOS電晶體115、116,放大器113,PN接合元件111、112及電阻114所構成。感應電壓產生電路141是以PMOS電晶體122、
123及電阻127所構成。基準電壓電路142是以PMOS電晶體124,PN接合元件128及電阻129所構成。
其次,說明有關第一實施形態的半導體裝置的連接。放大器113是反轉輸入端子被連接至PMOS電晶體115的汲極及PN接合元件111的陽極的連接點,非反轉輸入端子是被連接至PMOS電晶體116的汲極及電阻114的一方的端子的連接點,輸出端子是被連接至PMOS電晶體115的閘極、PMOS電晶體116的閘極、PMOS電晶體123的閘極及PMOS電晶體124的閘極。PN接合元件112是陽極被連接至電阻114的另一方的端子,陰極是被連接至接地端子100。PN接合元件111的陰極是被連接至接地端子100。PMOS電晶體115的源極是被連接至電源端子101,PMOS電晶體116的源極是被連接至電源端子101。PMOS電晶體121是閘極被連接至控制端子102、PMOS電晶體122的閘極及PMOS電晶體125的汲極,汲極是被連接至負荷電流源126的一方的端子,源極是被連接至電源端子101。負荷電流源126的另一方的端子是被連接至接地端子100。PMOS電晶體122是汲極被連接至電阻127的一方的端子、PMOS電晶體123的汲極及放大器130的反轉輸入端子,源極是被連接至電源端子101。電阻127的另一方的端子是被連接至接地端子100。PMOS電晶體123的源極是被連接至電源端子101。PMOS電晶體124是汲極被連接至放大器130的非反轉輸入端子、電阻129的一方的端子及PN接合元件128的陽
極,源極是被連接至電源端子101。電阻129的另一方的端子是被連接至接地端子100。PN接合元件128的陰極是被連接至接地端子100。放大器130的輸出端子是被連接至PMOS電晶體125的閘極。PMOS電晶體125的源極是被連接至電源端子101。
其次,說明有關第一實施形態的半導體裝置的動作。若從控制端子102輸入Lo的訊號,則PMOS電晶體121會流動電流來驅動負荷電流源126。例如,若半導體裝置為電壓調節器(voltage regulator),則會在控制端子102連接差動放大器的輸出端子,負荷電流源126是以其電壓來驅動的負荷電路。
PMOS電晶體122是大小比PMOS電晶體121小,閘極會被連接至控制端子102。因此,PMOS電晶體122是流動對應於流至PMOS電晶體121的電流之感應電流。PMOS電晶體123是反映基準電流電路110的電流,流動補償電流(offset current)。電阻127是感應電流及補償電流會流動,產生對應於該電流的電壓。PMOS電晶體124是反映基準電流電路110的電流,流動定電流。該定電流是流至並聯的電阻129及PN接合元件128,使基準電壓產生。
例如,因為負荷電流源126的兩端在接地端子100被短路等,一旦在PMOS電晶體121流動大電流,則PMOS電晶體122的感應電流也會增加,在電阻127產生的電壓會上昇。一旦此電壓高於基準電壓,則放大器
130會將Lo的訊號給予輸出端子而使PMOS電晶體125關閉,使PMOS電晶體121的閘極強制性地在電源端子101短路,藉此使PMOS電晶體121關閉。如此一來,可加諸過電流保護。
若無PN接合元件128,則基準電壓對於溫度是持平的特性。基準電壓電路142是將PN接合元件128及電阻129並聯,調整電阻129的電阻值,藉此可在任意的溫度以上使對於溫度持負的傾斜。若基準電壓對於溫度持負的傾斜,則隨溫度的上昇,基準電壓會降低,所以可降低加諸過電流保護的電流值。因此,如圖3所示般,可配合半導體裝置的容許損失的特性來調整成當溫度上昇超過溫度T1時降低過電流保護的電流值。
並且,加諸過電流保護的電流值對於溫度呈平的溫度領域的電流值是藉由PMOS電晶體123的大小的調整來調整補償電流的大小,藉此可使在電阻127的兩端產生的電壓持任意的補償電壓,因此可任意地控制。
另外,藉由更調節電阻127及電阻129的電阻值,PMOS電晶體122、123、124的大小,也可調節隨溫度上昇之過電流保護的電流值。並且,PN接合元件是可使用二極體或雙極電晶體的飽和結線、弱反轉動作的MOS電晶體,並不限於特定的形態。
如以上說明般,第一實施形態的半導體裝置是可設定配合半導體裝置的容許損失的特性之過電流保護特性。因此,可提供一種不會降低效率安全的半導體裝
置。
圖2是第二實施形態的半導體裝置的電路圖。與圖1的電路不同的是變更基準電流電路110的構成的點。第二實施形態的半導體裝置是以PMOS電晶體215、216,NMOS電晶體213、214,PN接合元件211、212及電阻217來構成基準電流電路210。其他是與第一實施形態相同。
說明有關第二實施形態的半導體裝置的連接。PMOS電晶體215是閘極被連接至PMOS電晶體216的閘極及汲極,汲極是閘極被連接至NMOS電晶體213的閘極及汲極以及NMOS電晶體214的閘極,源極是被連接至電源端子101。PMOS電晶體216的源極是被連接至電源端子101。PN接合元件211是陽極被連接至NMOS電晶體213的源極,陰極是被連接至接地端子100。NMOS電晶體214是汲極被連接至PMOS電晶體216的汲極、PMOS電晶體123的閘極及PMOS電晶體124的閘極,源極是被連接至電阻217的一方的端子。PN接合元件212是陽極被連接至電阻217的另一方的端子,陰極是被連接至接地端子100。其他的連接是與第一實施形態相同。
其次,說明有關第二實施形態的半導體裝置的動作。PMOS電晶體121是根據來自控制端子102的訊
號來控制動作,藉由來自PMOS電晶體121的電流來使負荷電流源126驅動。PMOS電晶體122是大小比PMOS電晶體121小,閘極會被連接至控制端子102,因此可感應與流至PMOS電晶體121的電流同動作的電流,流動感應電流。PMOS電晶體123是自基準電流電路210反映電流,流動補償電流。感應電流及補償電流是流至電阻127產生電壓。PMOS電晶體124是自基準電流電路210反映電流,流動定電流。定電流是流至電阻129及PN接合元件128,使基準電壓產生。
例如,因為負荷電流源126的兩端在接地端子100被短路等,一旦在PMOS電晶體121流動大電流,則PMOS電晶體122的感應電流也會增加,在電阻127產生的電壓會上昇。一旦此電壓高於基準電壓,則放大器130會將Lo的訊號給予輸出端子而使PMOS電晶體125關閉,使PMOS電晶體121的閘極強制性地在電源端子101短路,藉此使PMOS電晶體121關閉。如此一來,可加諸過電流保護。若無PN接合元件128,則基準電壓對於溫度是持平的特性。而且,將PN接合元件128並聯於電阻129,調整電阻129的電阻值,藉此可在任意的溫度以上使對於溫度持負的傾斜。若基準電壓對於溫度持負的傾斜,則隨溫度的上昇,基準電壓會降低,因此可降低加諸過電流保護的電流值。如此一來,像圖3所示般,以能夠合於半導體裝置的容許損失的特性之方式,當溫度上昇超過溫度T1時可降低電流值。
並且,加諸過電流保護的電流值對於溫度呈平的溫度領域的電流值是藉由PMOS電晶體123的大小的調整來調整補償電流的大小,藉此可使在電阻127的兩端產生的電壓持任意的補償電壓,因此可任意地控制。
另外,藉由更調節電阻127及電阻129的電阻值,PMOS電晶體122、123、124的大小,也可調節伴隨溫度上昇之過電流保護的電流值。並且,PN接合元件可使用二極體或雙極電晶體的飽和結線、弱反轉動作的MOS電晶體,並不限於特定的形態。
根據以上,第二實施形態的半導體裝置是以能夠合於半導體裝置的容許損失的特性之方式,當溫度上昇時可降低過電流保護的電流值,可使能設定任意的安全動作領域之半導體裝置動作。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102‧‧‧控制端子
110‧‧‧基準電流電路
111、112、128‧‧‧PN接合元件
113、130‧‧‧放大器
114,127,129‧‧‧電阻
115‧‧‧PMOS電晶體
116‧‧‧PMOS電晶體
121‧‧‧PMOS電晶體
122‧‧‧PMOS電晶體
123‧‧‧PMOS電晶體
124‧‧‧PMOS電晶體
125‧‧‧PMOS電晶體
126‧‧‧負荷電流源
141‧‧‧感應電壓產生電路
142‧‧‧基準電壓電路
Claims (4)
- 一種半導體裝置,係具備以控制訊號來控制的第一電晶體之半導體裝置,其特徵係具備:基準電流電路,其係產生基準電流;感應電壓產生電路,其係產生根據加算對應於前述第一電晶體的電流之電流與前述基準電流後的電流之感應電壓;基準電壓電路,其係根據前述基準電流來產生基準電壓;放大器,其係比較前述感應電壓與前述基準電壓;及第二電晶體,其係於前述放大器的輸出端子連接閘極,一旦前述感應電壓高於前述基準電壓,則關閉前述第一電晶體。
- 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中,前述感應電壓產生電路係具備:第三電晶體,其係感應流至前述第一電晶體的電流;第四電晶體,其係反映前述基準電流;及第一電阻,其係流動流至前述第三電晶體的電流及流至前述第四電晶體的電流。
- 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中,前述基準電壓電路係具備:第五電晶體,其係反映前述基準電流;及並聯的第一PN接合元件及第二電阻,其係流動流至前述第五電晶體的電流。
- 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中,前述基準電流電路係具有複數的PN接合元件,產生根據前述複數的PN接合元件的順方向電壓的差之電流。
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