WO1998033274A1 - Power switch circuit - Google Patents

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WO1998033274A1
WO1998033274A1 PCT/JP1997/000157 JP9700157W WO9833274A1 WO 1998033274 A1 WO1998033274 A1 WO 1998033274A1 JP 9700157 W JP9700157 W JP 9700157W WO 9833274 A1 WO9833274 A1 WO 9833274A1
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WO
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switch circuit
terminal
impurity region
transistor
gate
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Application number
PCT/JP1997/000157
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Kozo Sakamoto
Isao Yoshida
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K2017/0806Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Definitions

  • the present invention relates to speeding up of a switch circuit in which the power switch element is source-follower connected, prevention of malfunction, and prevention of withstand voltage degradation.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-52893 discloses an example in which an overheat protection circuit is incorporated on the same chip to improve the reliability of the power MOSFET.
  • a gate resistor is connected between the external gate terminal and the internal gate terminal
  • an M • SFET for a protection circuit is connected between the internal gate terminal and the external source terminal. If the chip temperature rises above the specified temperature, the power MOSFET is turned off before the power MOSFET is destroyed by turning on the MOSFET for protection circuit and flowing a gate current to the resistor. it can.
  • the process employs a self-isolation structure in which a control circuit is formed in the drain region of the power MOSFET to reduce the number of steps.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-58293 discloses an emitter of the parasitic npn transistor.
  • a diode for interrupting current is connected in series with the MOSFET for the protection circuit, and a diode for preventing breakdown of the diode is connected between an external base terminal and an external source terminal. Accordingly, when the gate terminal becomes a negative voltage with respect to the source terminal, the parasitic npn transistor turns on, thereby preventing a leak current from flowing from the drain terminal to the gate terminal. Protection was realized.
  • a high-side switch circuit is a circuit in which a power switch is wired to the power supply terminal side and a load is wired to the ground terminal side.
  • the load is wired to the power supply terminal side, and the power switch is wired to the ground terminal side.
  • This is a circuit configuration often used in in-vehicle power switch circuits because it has higher safety than a single-sided switch circuit. This is because, in the case of a single-sided switch circuit, if the load contacts the chassis (ground), overcurrent will continue to flow through the load and cause a fire, etc. This is because no current flows through the load even if it touches the chassis.
  • the power MOSFET 310 with a built-in control circuit used as the power switch of the high-side switch circuit is an n-channel type element that can obtain a low on-resistance element at a lower cost than the p-channel type. For this reason, the power MOSFET with a built-in protection circuit is used in a source follower connection. To shut off this element, it is necessary to apply a lower voltage to the gate terminal than to the source terminal. Since the power MOSFET with a built-in protection circuit disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-582293 is provided with the negative gate voltage protection as described above, a power MOSFET with an n-channel protection circuit with a built-in protection circuit is used. CT / JP 7/0 157
  • the gate resistance is usually as high as about 5 to 1 OkQ in order to prevent the current after the overheat protection operation from becoming excessive. Was used. Therefore, there is a problem that the switching speed is limited to about 5 to 10 ns due to the input capacitance of the power MOSFET and the RC time constant of the gate.
  • the first object of the present invention is to use a conventional power MOS SFET process to minimize the increase in the process cost and to use a control circuit built-in power MOS FET having a built-in MO SFET in the drain region of the power MO SFET. It is an object of the present invention to provide a power switch circuit using the power MOS FET with a built-in control circuit in a source follower.
  • a second object of the present invention is to use a conventional IGBT process to minimize the increase in process cost, to use a IGBT with a built-in control circuit having a MOS FET built in the n-type base region of the IGBT, and to use this IGBT with a built-in control circuit. It is an object of the present invention to provide a power switch circuit used in a mixer follower. In order to achieve the above object, in a power switch circuit according to the present invention,
  • It has at least an insulated gate semiconductor device (310) with built-in control circuit, a battery (301), and a load (304),
  • the insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310) is
  • the semiconductor substrate is covered with the N-type first impurity region (102), the P-type second impurity region (107) in contact with the first impurity region, and the second impurity region.
  • First transistor including N-type third impurity region (109a) (Power MO S 30) and
  • C) a second transistor (MO SFET 32), a first terminal (1) connected to the first impurity region,
  • a first switch circuit (SW 2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
  • a second switch circuit (S W3) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region
  • the first terminal (1) is connected to the battery (301), and the second terminal (3) is connected to the load (304). ), And the main current between the first terminal (1) and the second terminal (3) is controlled by the gate terminal (2). is there.
  • the gate electrode of the first transistor is connected to the sixth impurity region,
  • a third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the second terminal (3);
  • a protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor and turning on the third switch circuit and increasing the source-drain resistance of the second transistor is further provided. You only have to have it.
  • the gate electrode of the first transistor of the insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit (310) is connected to the sixth impurity region,
  • a third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and the ground line (6) connected to the fourth impurity region;
  • a protection circuit that detects an overload state of the first transistor, turns on the third switch circuit, and increases the source-drain resistance of the second transistor; May be further provided.
  • the third switch circuit (SW1) activates a third transistor (31 or 42) that is turned on by a signal indicating that the protection circuit has detected an overload state of the semiconductor device. You only have to have it.
  • the first transistor with its anode connected to the first Transit gate Further comprising a diode (91 or 89),
  • the first diode (91 or 89) may be connected in series with the source 'drain path of the third transistor (31 or 42). Further, if the present invention has a more preferable configuration,
  • the first switch circuit (SW2) is turned on when the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3).
  • a fifth transistor (40) which is turned on when the voltage of the first terminal (1) is higher than the predetermined positive voltage with respect to the second terminal (3) may be provided.
  • the fourth transistor (39) is an N-type transistor, and its source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region, and its gate is provided at the gate of the fourth transistor (39). It may be connected to two terminals (3). If the present invention has a more preferable configuration,
  • the fifth transistor (40) has an N-type transistor whose source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region.
  • a second diode (83) may be further provided between the gate of the fifth transistor (40) and the first terminal (1).
  • the second diode (92) is formed by the first impurity region and a P-type seventh impurity region (103c) in contact with the first impurity region.
  • the impurity region is formed between the second impurity region and the first impurity region when the predetermined positive voltage is applied to the first terminal (1). What is necessary is just to form in the position where the depletion layer formed between reaches.
  • the power switch circuit according to any one of claims 1 to 9, wherein the second switch circuit (SW3) is provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region. It suffices that a source-drain path is provided, and the gate thereof includes an N-type sixth transistor (38) connected to the gate terminal (2).
  • the N-type first impurity region (102) of the semiconductor substrate, the P-type second impurity region (107) in contact with the first impurity region, and the second impurity region A first transistor (power MOS 30) including an N-type third impurity region (109 a);
  • a first switch circuit (SW2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
  • a second switch circuit (SW3) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region
  • a first terminal provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region. And a resistance element (72).
  • the first terminal (1) is connected to the battery (301), and the second terminal (3) is connected to the load (304). ), And the main current between the first terminal (1) and the second terminal (3) may be controlled by the gate terminal (2).
  • FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional structural view of a semiconductor device used in the semiconductor circuit according to the first embodiment of the present invention. '
  • FIG. 3 shows a semiconductor circuit according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a semiconductor circuit according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a semiconductor circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a semiconductor circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a semiconductor circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block circuit diagram of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor device used in a semiconductor circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a semiconductor circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block circuit diagram of a semiconductor circuit according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a semiconductor circuit according to a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block circuit diagram of a semiconductor circuit according to the eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a block circuit diagram of a semiconductor circuit according to a 12th embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a sectional structural view of a semiconductor device used in the semiconductor circuit according to the 12th embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention.
  • 310 is the power M ⁇ SFET with a built-in protection circuit with a built-in protection circuit 21
  • 304 is a load
  • 310 is a battery
  • 310 is a pre-driver
  • 310 is its input terminal.
  • the control circuit built-in power MOSFET 310 used as a power switch is connected to the power supply terminal 303 side of the battery 301 by a source follower, and the load 304 is connected to the ground terminal 302. High side switch circuit connected to the side.
  • a high-side switch circuit is a circuit in which a power switch is wired to the power supply terminal side, and a load is wired to the dunland terminal side. The load is wired to the power supply terminal side, and the power switch is wired to the ground terminal side. Because it is more secure than a single-sided switch circuit, This is a circuit configuration often used in a worst switch circuit. This is because, in the case of a single-sided switch circuit, if the load contacts the chassis (ground), an overcurrent will continue to flow through the load and cause a fire, etc. This is because no current flows through the load even if the load contacts the chassis.
  • the power MOSFET with built-in control circuit used as the power switch of the high-side switch circuit uses an n-channel element, which is less expensive than a p-channel type.
  • the pre-driver 315 needs to drive the gate terminal 2 by boosting the gate terminal 2 by about 5 V to 10 V from the power supply terminal 303 so that the on-resistance of the power -M 0 SFET 30 is sufficiently reduced. is there.
  • To turn off the power MOSFET 30, lower the gate terminal 2 to ground 302.
  • the circuit configuration of the power MOSFET 310 with a built-in control circuit requires the following measures.
  • Control circuit built-in power MO SFET 310 protection circuit 2 1 has a built-in temperature detection circuit and overcurrent detection circuit i ⁇ , even if a positive voltage is applied to the gate terminal.
  • the power M0 SFET 30 is forcibly shut off, or a switch circuit that limits the drain current of the power MO SFET 30 ( SW 1) is provided.
  • ⁇ ⁇ 3 £ is the normal power 1 ⁇ 03?
  • the overheating or overcurrent detection circuit built into the circuit 21 operates, and the protection circuit operates to close the switch circuit (SW1) by the signal X.
  • the drain current of the MOSFET 30 can be cut off or limited to prevent device destruction.
  • This circuit is characterized in that when the protection circuit operates, the voltage of the node 10 is reduced to increase the on-resistance of the MOSFET 32.
  • the protection circuit operates to cut off or limit the drain current of the power MOSFET 30
  • the gate current from the gate terminal 2 becomes less likely to flow, and the switch circuit (SW The charge in the gate of the power MOSFET 30 is released via 1).
  • the MOSFET 32 suppresses the gate current, so that the power 0 SFET 30 can be cut off at high speed and the protection circuit operates.
  • the control circuit built-in power MOSFET 310 forms the control circuit 20 using a normal power MOSFET process in order to reduce the process cost. Therefore, although there is an advantage that the control circuit can be built in at a low process cost, the power M 0 SFET drain 102 is a collector and the control circuit MO SFET 32 is a drain area 109. b is an emitter, and a parasitic npn transistor 29 based on the body region 104 a of the MOSFET 32 which is a MOSFET for a control circuit is formed.
  • a forward voltage is applied to the drain region 1 09 b of the MOS FET 32 connected to the gate terminal 2 and the body region 104 a of the MO SFET 32.
  • the parasitic npn transistor 29 is turned on and a leak current flows from the drain terminal 1 to the gate terminal 2.
  • a switch circuit (SW 2) for connecting (short-circuiting) the body of the first MOS FET and the gate terminal 2 A switching circuit (SW3) that connects the SFET body 4 and the source terminal 3 is provided.
  • SW 2 is off and SW 3 is on.
  • the power MOSFET 30 is turned on, the voltage of the drain terminal 1 with respect to the source terminal 3 rises, and the voltage of the gate terminal 2 becomes the drain terminal 1 It is made larger than the voltage of. Therefore, if SW 2 is kept on, a forward bias is applied to the PN junction between the body 4 of the MOS FET 32 and the drain terminal 1. That is, the collector-emitter of the parasitic npn transistor 29 is forward-biased, and the parasitic npn transistor 29 operates in the reverse direction. This causes a problem that a leak current flows from the gate terminal 2 to the drain terminal 1.
  • SW 2 is turned off and SW 3 is turned on, so that the body 4 of the MOSFET 32 has the same potential as the source terminal 3.
  • SW2 is turned on and SW3 is turned on.
  • the body 4 of the MOSFET 32 has the same potential as the gate terminal 2 and prevents the parasitic npn transistor 29 from turning on.
  • the present embodiment is characterized in that a leak current from the drain terminal 1 to the gate terminal 2 can be prevented.
  • the switching means (SW2 and SW3) operate by the voltage applied between the gate terminal 2 and the source terminal 3. Therefore, it has been newly discovered that when the voltage between the gate terminal 2 and the source terminal 3 is substantially equal, both SW 2 and SW 3 are turned off or become high impedance. That is, the base 4 of the parasitic npn transistor 29 has a floating or high impedance. Therefore, when a high voltage is applied to the drain terminal 1 when the voltage between the gate terminal 2 and the source terminal 3 is substantially equal, the parasitic npn transistor becomes the original drain of the power MOSFET 30.
  • Collector-emitter withstand voltage BV ceo (approximately 20 to 30 V when emitter is open) or open when emitter is open or It was found that there was a risk that a breakdown would occur at a value close to that, and a large current would flow from the drain terminal 1 to the gate terminal 2. Therefore, in the present invention, the voltages of the gate terminal 2 and the source terminal 3 are substantially equal to each other so that the parasitic npn transistor does not break down due to the collector breakdown voltage BV ceo, and the drain terminal 1 has a margin for the BV ceo.
  • the second switching means (SW2) is also turned on when a positive voltage of about 10 to 20 V or more is applied.
  • the withstand voltage between the collector and the emitter of the parasitic npn transistor 29 is equal to the withstand voltage between the drain and the source of the primary MOS FET 30.
  • the withstand voltage between the collector and the emitter BV ces (base layer) If there is a short-circuit between the transmitters). Therefore, it is possible to prevent the drain MOS transistor 30 from deteriorating in drain withstand voltage.
  • the second switching means (SW2) is turned on, but if the value is smaller than BV ceo, There is no problem in theory.
  • an intelligent power MOSFET incorporating a protection circuit for improving reliability in a low-cost process can be operated at high speed, and even when the gate-source becomes negative, the operation of the parasitic element can be reduced.
  • Prevent negative Gate voltage protection can be built in, and furthermore, even with such additional functions, the drain-source breakdown voltage of the power MOSFET does not decrease.
  • FIG. 2 is a cross-sectional structure of the MOS FET 32 and the power MOSFET 30 shown in FIG.
  • the resistivity of antimony or arsenic is 0.02 ⁇ ⁇ en!
  • a ⁇ -type epitaxial layer having a resistivity of about 1 to 2 ⁇ ⁇ cm is formed on the order of 10 ⁇ m.
  • the part where the MO SFET 30 is formed has a gate oxide film 105 a of about 50 nm, a polycrystalline silicon gate layer 106 a formed thereon, and a polycrystalline silicon gate layer 106.
  • the first p-type p-type diffusion layer 103 a with a depth of 6 m and a dose of about 1 E 15 square cm between the patterns a and the polycrystalline silicon gate layer 106 a are used as masks.
  • the source n-type diffusion layer 109 a is provided.
  • a high concentration P-type diffusion with a depth of 0.5 im and a dose of about 1E15 square cm is used to obtain a uniform contact between the body 107 and the aluminum electrode 112a.
  • a layer 11'0a is provided, and an aluminum electrode layer 112a serving as a source electrode is formed on the polycrystalline silicon gate layer 106a via an insulating layer 111. I have.
  • a second p-type impurity layer 104 a having a body depth of 5 ⁇ m and a dose amount of about 2 E 13 no square cm is formed in the portion where the MOS FET 32 is formed.
  • a high-concentration n-type impurity layer 109 b and a high-concentration n-type diffusion layer 109 c serving as a drain impurity layer and a source impurity layer, respectively.
  • High-concentration p-type impurity layer formed 110b Is provided.
  • 106 b formed in the same process as 106 a is used as the gate electrode of the MOSFET for the protection circuit, and 108 is a dose of about 5 E 12 Z square cm for improving the drain withstand voltage.
  • the aluminum electrode layers 112b, 112c, and 112d are the drain electrode, source electrode, and body electrode of the M MSFET 32, respectively.
  • Reference numeral 105b denotes a field oxide film having a thickness of about 1 / xm formed by selective oxidation.
  • the control circuit built-in power M 0 SFET 310 uses a normal power MO SFET process to reduce the protection cost of the protection circuit MO SFETs such as the MOS SFET 32 to reduce the process cost. It is a self-separated structure formed in the pixel layer 102. This has the advantage that the control circuit can be built in at low cost, as in the conventional power MOSFET process, but as shown in Fig. 1, the drain terminal 1 of the power MOSFET is connected to the collector and the MOSFET 32 The drain region 109 b of the MOS FET 32 is used as an emitter, and a parasitic npn transistor 29 based on the body region 104 a of the MOSFET 32 is formed.
  • FIG. 3 shows a portion of a power MOS FET 310 with a built-in control circuit of a semiconductor circuit according to a second embodiment of the present invention. That is, in the present embodiment, only the portion of the power MOSFET 310 with a built-in control circuit in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit.
  • the ground 6 in FIG. 1 is an embodiment corresponding to the case of connecting to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are also shown as specific circuits. In this embodiment, a case is shown in which an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
  • SW 1 is a switch provided to open and close between the internal gate 5 and the source terminal 3 of the power MOSFET 30 so that the power MOSFET 30 does not break down even in an overload condition. It consists of M SFET 31 for protection and MO SFET 42 for overcurrent protection.
  • SW2 is a switch that opens and closes the gate terminal 2 and the body 4 of the MOS FET 32, and turns on when the gate terminal 2 becomes negative with respect to the source terminal 3. It consists of a MOS FET 40 that turns on when the drain terminal 1 has a positive voltage of 10 to 20 V or more with respect to the source terminal 3 when the terminal 2 has almost the same potential.
  • SW3 is a switch that opens and closes the source terminal 3 and the body 4 of the MOSFET 32, and is composed of a MOSFET 38.
  • the MOS SFETs 3, 1, 3, 3, 4, 2, 3, 5 and 3 6, 39, 40 are off, and M ⁇ SFETs 34, 37, 38, 41 are on.
  • the resistor 66 and the diode 82 constitute a constant voltage circuit, and a constant voltage of about 3 V is applied to the cathode of the diode 82.
  • the MOSFET 37 is gated by the resistor 65 and the voltage division of the diode row 81. Is applied with a voltage of 1.5 V or more.
  • the MOS FET 37 is on and the MOS SFET 36 is off.
  • the latch circuit composed of resistors 62, 63 and MOSFETs 34, 35 is designed so that the value of resistor 62 is approximately one digit larger than the value of resistor 63, so the gate terminal 2
  • the MOSFET 34 is always on and the MOSFET 35 is off. Therefore, the MOS FET 31 is off. Therefore, when the voltage of the gate terminal 2 is applied, a current flows from the gate terminal 2 to the diode 90 and the resistor 61 to turn on the MOS FET 32 and turn on the gate of the power MOSFET 30. And the power M 0 SFET 30 turns on at high speed.
  • the resistor 60 is provided to reduce a potential difference between the gate terminal 2 and the internal gate terminal 5 in a steady state. Further, the capacitor 25 is provided for increasing the gate voltage of the MOS FET 32 more quickly by the bootstrap effect when increasing the voltage of the gate terminal 2.
  • the overcurrent protection operation is as follows. That is, when the drain current increases, the drain current of the current sensing MOSFET 43 for monitoring the drain current of the power MOSFET 30 increases. As a result, the voltage drop at the resistor 70 increases and the MOSFET 42 starts to turn on. As a result, the MOS FET 31 is turned on, and the voltage of the internal gate 5 of the power MOSFET 30 is reduced (the resistance of SW 1 is reduced). This prevents the drain current of the power MOSFET 30 from becoming excessive.
  • the overheat protection operation is as follows. That is, the chip temperature is below the specified temperature. When the temperature rises, the MOS FET 37 is turned off because the voltage drop of the diode string 81 in which the forward voltage decreases due to the temperature rise decreases.
  • the MOS FET 36 is turned on, and the state of the latch circuit composed of the MOS FETs 34, 35 and the resistors 62, 63 is inverted. As a result, the internal gate voltage 5 of the MOS FET 30 is reduced (the resistance of SW 1 is reduced). This shuts off the power MOSFET 30.
  • the overcurrent protection and the overheat protection described above are activated, and the voltage 10 of the gate 10 of the MOS FET 32 is lowered even when the voltage of the internal gate 5 of the power MOSFET 30 is lowered.
  • the feature is that the on-resistance of the MOS FET 32 is increased.
  • the switch SW1 which is provided to cut off or limit the drain current of the power MOSFET, such as the MOSFET 31 and the MOSFET 42.
  • the protection circuit can operate.
  • the MOSFET whose source is connected to the source terminal 3 that is, MO SFET 31, MO SFET 42, and MO SFETs 33 to 37 are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-58293.
  • the diodes 91, 89, 90, 88 ' there exists between the drain of the above MOS FET and the drain of the power MOS FET 30.
  • MO SFETs 39, 40 Using 3 8.
  • MOS FETs 39 and 40 as SW2 are turned on and the MOS FET 38 as SW3 is turned off. Therefore, MO SFET 3 2
  • the body voltage 4 becomes the same potential as the gate terminal voltage 2 to prevent the base-emitter of the parasitic npn transistor 29 shown in FIG. 1 from being forward-biased.
  • such a negative gate voltage protection has an effect that a leak current from the drain terminal 1 to the gate terminal 2 can be cut off even when the MOS FET 32 is built in for high-speed operation. .
  • the threshold voltages of the MOS FETs 39, 38, and 40 are set to 1 V, for example, the MOSFETs 38, 39 , 40 are all turned off. Therefore, when the gate terminal 2 is near zero volts, the base of the parasitic npn transistor 29 described in FIG. 1 is in an open state or close to an open state. Therefore, the collector-emitter breakdown voltage of the parasitic npn transistor 29 is not the BV ces breakdown voltage (about 70 V) when the base and the emitter are short-circuited, but the BV ces breakdown voltage when the base is open. There is a possibility that the voltage will drop near the ceo breakdown voltage (about 20 to 30 V).
  • the drain terminal 1 becomes higher in potential than the source terminal 3 and the MOS SFET 40 as the SW 2 is turned on, the gate terminal 2 and the body 4 of the MO SFET 32 are short-circuited. It is.
  • the withstand voltage between the collector and the emitter of the parasitic npn transistor 29 is set to the BV ces withstand voltage when the base and the emitter are short-circuited (at about 70 V, the drain of the (Same as the source-to-source breakdown voltage).
  • the breakdown voltage of the diodes 83 and 84 is 10 V, respectively, and the resistance of the resistor 67 is 400 kQ or more, the drain leakage current flowing through the resistor 67 is reduced by the drain voltage.
  • diode 84 is used as gate protection for MOSFET 40. Work even.
  • the intelligent power MOS FET incorporating the protection circuit for improving the reliability by a low-cost process can be operated at high speed, and furthermore, the gate-source can be improved. It has a built-in negative gate voltage protection to prevent the operation of the parasitic element even when the voltage becomes negative.Furthermore, even with such a function, the drain-source breakdown voltage of the power MOSFET does not deteriorate. is there.
  • the diodes and resistors used in this embodiment are preferably formed using a polycrystalline silicon layer used for MOS FET gates so that a parasitic element is not formed.
  • This embodiment also has a feature that a high-side switch circuit that drives the load 304 at a high speed by connecting the power MOS built-in power control MOSFET 310 that can be manufactured using an inexpensive process to a source follower can be realized. is there.
  • FIG. 4 shows a portion of the power MOSFET 310 of the control circuit built-in of the semiconductor circuit according to the third embodiment of the present invention. That is, also in this embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit. Also, the ground 6 in FIG. 1 is an embodiment corresponding to the case of connecting to the source terminal 3 (connection a), and SW 1 and SW 2 are also shown by specific circuits. In this embodiment, FIG. 3 shows an embodiment in which a diode 90 is used instead of the MSFET 38 used as SW3. This embodiment also shows a case where an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
  • FIG. 5 shows a control circuit built-in power MOSFET 3010 of a semiconductor circuit according to a third embodiment of the present invention. That is, also in the present embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit.
  • This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the body 4 of the MOS FET 32 (connection b), and SW 1 to SW 3 are shown by specific circuits. .
  • This embodiment also shows a case where an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
  • the negative gate voltage protection diodes 88, 91 used to prevent the operation of the parasitic npn transistors existing in the MOSFETs 31, 33 to 37 shown in FIG. 3 are used.
  • the figure shows a case in which the third switching means (SW 3), which is the third switching means (SW 3), is used, and the negative gate voltage protection is performed by the same method as that of the MOS FET 32.
  • the diode 90 is left. This is because the gate of the MOS FET 32 is boosted at a high speed in the normal ON operation of the MOS FET 30 due to the bootstrap effect of the capacitor 25. Therefore, if this bootstrap effect is not expected, diode 90 and capacitor 25 Is unnecessary.
  • the load 304 is driven at a high speed by connecting the power source built-in control circuit M ⁇ SFET 310, which can be manufactured using an inexpensive process, to the source follower.
  • the feature is that a high-side switch circuit can be realized.
  • the power MOS FET 310 with a built-in control circuit of the present embodiment uses a low on-resistance element as the MOS FET 38 to reduce the drain-source voltage of the MO SFET 38 as shown in FIGS. It can be lower than the anode-cathode voltage of the negative gate voltage protection diodes 88, 91 used in the above. Therefore, even if the voltage of the gate terminal 2 decreases by this voltage, the overheat protection circuit using the MOSFETs 33 to 37 can operate normally. In other words, there is an effect that the operation margin of the gate voltage can be expanded, and the voltage of the internal gate terminal 5 after the overheat protection circuit operates can be made lower than before, so that the ability to cut off the drain current can be increased. There is also the effect. Therefore, there is also a feature that a power switch circuit having a wide operation margin of the gate voltage of the control circuit built-in power MOSFET 310 and having a high drain current limiting effect after the protection circuit operates can be realized.
  • FIG. 6 shows a power MOS FET 310 with a built-in control circuit of a semiconductor circuit according to a fifth embodiment of the present invention. That is, also in this embodiment, only the portion of the control circuit built-in power M 0 SFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit.
  • This embodiment is also an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the body 4 of the M ⁇ SFET 32 (connection b), and SW 1 to SW 3 are shown by specific circuits. It is. In this embodiment, The case where the overheat protection circuit and the overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21 is shown.
  • the SW 2 is configured using the MO SFET 39 and the MO SFET 40, whereas in the present embodiment, the SW 2 is configured only with the MO SFET 40.
  • the negative gate voltage protection ability is lower than that of the fifth embodiment, but there is an effect that the area occupied by the protection circuit can be reduced because the MOS FET 39 shown in FIG. 5 is not required.
  • the feature is that a switching circuit can be realized.As described in the fourth embodiment, the operating margin of the gate voltage of the control circuit built-in MOS FET 310 is wide, and the drain current after the protection circuit operates is reduced. Another feature is that a power switch circuit with a high limiting effect can be realized.
  • FIG. 7 shows a portion of the power MOSFET 310 of the control circuit built-in of the semiconductor circuit according to the sixth embodiment of the present invention. That is, in this embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit.
  • This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are shown by specific circuits. Also, in this embodiment, a case is shown in which the overheat protection circuit and the overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
  • the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), but the body of the M ⁇ SFETs 31 and 33 to 37 is MO SF Connected to body 4 of ET 32.
  • the negative gate voltage protection diodes 88, 91 used in Fig. 1 etc. to prevent the operation of the parasitic npn transistor existing in the MOSFETs 31, 33, 37-37 must be used.
  • Negative gate voltage protection is performed using the third switching means (SW3), the MOS SFET 38, in the same manner as the MOS SFET 32 (a method of short-circuiting between the emitter and base of the parasitic npn transistor). ing. This is the same as the case of the fourth embodiment shown in FIG.
  • the control circuit built-in power M 0SFET 310 that can be manufactured using an inexpensive process drives the load 304 at high speed.
  • the operation margin of the gate voltage of the power MOSFET 310 with a built-in control circuit is wide and the protection circuit is Another feature is that a power switch circuit with a high drain current limiting effect after operation can be realized.
  • FIG. 8 shows a seventh embodiment of the semiconductor device according to the present invention.
  • this embodiment as shown in the cross-sectional view of FIG. 9, an embodiment in which SW 2 is controlled using the node 7 of the floating p-type diffusion layer 103 c is shown.
  • the power M 0 SF when a voltage of about 10 V is applied to the drain terminal 1, the power M 0 SF
  • the feature is that SW2 is turned on by this.
  • a parasitic diode 92 is formed between the floating node 7 and the n-type epitaxial layer 102, but the withstand voltage of this diode is the same as the drain withstand voltage of the MOSFET 30. It does not matter. In this embodiment, when the withstand voltage of the parasitic diode is set to be equal to the withstand voltage of the drain of the power MOSFET 30, the resistor provided to reduce the leakage current from the drain terminal 1 in FIG. 7 is unnecessary. In the case of this embodiment as well, as described in Embodiment 1, a high-side switch that drives the load 304 at high speed by connecting the power MOSFET 310 with a built-in control circuit that can be manufactured using an inexpensive process to the source follower. The feature is that a switch circuit can be realized.
  • FIG. 10 shows a part of a control circuit-built-in MOS FET 310 of a semiconductor circuit according to an eighth embodiment of the present invention. That is, in the present embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 8 is shown by a specific circuit.
  • This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are shown by specific circuits. Also, in this embodiment, a case is shown in which the overheat protection circuit and the overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
  • This embodiment is a circuit in which a parasitic diode 92 formed by an n-type epitaxial layer 102 and a p-type diffusion layer 103c instead of the polycrystalline diode 83 in FIG. 3 is formed. .
  • the breakdown voltage of the diode 92 is In this case, the resistor 67 provided for reducing the leakage current from the drain terminal 1 in FIG. 3 and the like is unnecessary when the power MOS FET 30 has the same drain withstand voltage.
  • the drain voltage becomes, for example, 10 V or more, the depletion layer formed between the p-type diffusion layer 103a and the n-type epitaxial layer 102 becomes a floating layer.
  • the floating node 7 goes to 10 V to reach the p-type diffusion layer 103 c of the floating (not because of the breakdown of the parasitic diode 92). Therefore, even when the gate terminal 2 and the source terminal 3 have almost the same voltage, the MO SFET 40 is turned on as in the circuit of FIG. 3, and the body 4 of the MO SFET 32 has the same voltage as the gate terminal 2. The degradation of the breakdown voltage between the drain and source due to the parasitic npn transistor can be prevented. Therefore, in the case of this embodiment, as described in the first and second embodiments, the power MOSFET 310 with a built-in control circuit, which can be manufactured using an inexpensive process, is connected to the source follower to drive the load 304 at high speed. It has the feature that a high-side switch circuit can be realized.
  • FIG. 11 shows a ninth embodiment of the semiconductor circuit according to the present invention.
  • this embodiment as a means for preventing the body of the MOS FET 29 from becoming floating when the gate terminal 2 and the source terminal 3 have substantially the same voltage in the first embodiment,
  • a resistor 72 is provided between the source and the source terminal 3 to prevent degradation of the drain-source breakdown voltage due to the parasitic npn transistor 29. Therefore, in the case of the present embodiment, it is not necessary to control the SW 2 by the drain voltage to prevent the body of the MOSFET 29 from floating as in the first embodiment.
  • resistor 72 should be about 5 times larger than the on resistance of SW 2 and SW 3.
  • FIG. 12 shows a part of a control circuit built-in power MOS FET 310 of a semiconductor circuit according to a tenth embodiment of the present invention. That is, in the present embodiment, only the portion of the control circuit built-in power M 0 S FET 310 in the embodiment shown in FIG. 11 is shown by a specific circuit.
  • This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are shown by specific circuits. Also, in this embodiment, a case where an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21 is shown.
  • the diodes 83 and 84 are not required, and instead, the resistor 72 is provided to prevent the body of the MOSFET 29 from floating.
  • the power MOS SFET 310 with a built-in control circuit which can be manufactured using an inexpensive process, is connected to the source follower, and the load 304 is connected. The feature is that a high-side switch circuit that can be driven at high speed can be realized.
  • FIG. 13 shows a first embodiment of the semiconductor circuit according to the present invention.
  • reference numerals 311 and 312 denote the power MOS FETs 310 with built-in control circuits shown in FIGS. 1 and 3 to 8 and 10 to 12, respectively.
  • 304 is a load
  • 310 is a battery
  • 311 and 314 are a part of the control circuit
  • 316 and 317 are parts of the control circuit built-in MO SFET.
  • Pre-drivers for driving 311, 312 and power MOSFETs 313, 314, and 307 and 308 are input terminals of the pre-driver.
  • This circuit is an H-bridge circuit that uses a control circuit built-in power MOSFET 311 and 312 used as a power switch as an upper arm element.
  • the on-resistance of the power MOS SFET 30 is controlled by the pre-driver circuits 316 and 317. It is necessary to drive the gate terminal 2 by boosting it from 5 V to 10 V from the power supply terminal 303 so that the voltage drops sufficiently. In order to turn off the power MOSFETs 311 and 312 with the built-in control circuit, the gate terminal 2 is lowered to ground 302.
  • FIG. 14 shows a twelfth embodiment of the semiconductor circuit according to the present invention.
  • This embodiment is an embodiment in which an IGBT 50 is used in place of the power MOSFET 30 shown in FIGS. 1, 3 to 8 and 10 to 12.
  • 11 is a collector terminal
  • 12 is a gate terminal
  • 13 is an emitter terminal.
  • the MOSFET 32 is provided for high-speed switching of the IGBT 50 as in the case of Fig. 1, and the IGBT 50 is used instead of the power MOSFET 30 for the power switch.
  • FIG. 15 shows a cross-sectional structure of an IGBT incorporating the protection circuit of the present invention. The difference between Fig. 15 and Fig.
  • n-type substrate 201 is used as the substrate, and a small number of p-type substrates 201 from the p-type substrate 201 to the n-type epitaxial layer 102 acting as the n-type base region.
  • an n-type buffer region 202 having a higher concentration than the n-type epitaxial layer 102 is provided in order to suppress carrier injection.
  • the parasitic thyristor 52 when a negative voltage is applied to the gate terminal 12 ', the parasitic thyristor 52 is turned on, and a leak current may flow from the collector terminal 11 to the gate terminal 12.
  • the IGBT 50 when the IGBT 50 is used instead of the power MOSFET 30, a problem occurs due to the parasitic thyristor 52 instead of the parasitic npn transistor 29, and the countermeasures are taken by the power MOSFET described above.
  • the same method as for 30 can be used. That is, by controlling the body 4 of the MOSFET 32 using the SW 2 and SW 3 shown in FIG. 1 of the first embodiment, the negative gate voltage protection of the IGBT 50 is achieved.
  • the effective collector-emitter voltage of the IGBT 50 deteriorates due to the latch-up of the thyristor 52. Is prevented.
  • a completely similar circuit can be configured, and the process cost is low and high-speed operation is achieved.
  • the feature is that a power switch circuit using an IGBT with a built-in control circuit of an emitter follower that protects the negative gate voltage and prevents deterioration of the withstand voltage between the collector and the emitter can be realized.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • all the MOS SFETs and IGBTs including the power MOS SFET are described as n-channel type.
  • the same effect can be obtained even if all the devices are of the p-channel type, and it goes without saying that many design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • a high-side switch using a power MOSFET or IGBT as a power switch element in which a control circuit such as an overheat protection circuit or an overcurrent protection circuit is built in a self-isolation structure is built in a self-isolation structure.
  • This has the effect that high-speed operation of switch circuits and bridge circuits can be realized by preventing malfunctions due to parasitic npn transistors and parasitic thyristors.

Abstract

A power switch circuit, whose manufacturing cost can be reduced by integrating a control circuit for overheat/overcurrent protection with an insulated-gate semiconductor device such as a power MOSFET (30) or IGBT (insulated-gate bipolar transistor). For high-speed operation, the insulated-gate device is connected at its gate with a MOSFET (32) as a gate resistor, and switches (SW2, SW3) are provided so that a parasitic npn transistor in the MOSFET (32) can never be forward-biased between its emitter and base to prevent the increase in gate-drain leakage and the decrease in allowable drain voltage.

Description

明 細 書  Specification
パワースィ ツチ回路 技術分野 Power switch circuit Technical field
パワー MO S F E Tや I G B T (Insulated gate bipolar t r an s i s tor)等の絶縁ゲート型半導体装置とその制御回路を同一チップ上に具備 する制御回路内蔵絶緣ゲー ト型半導体装置をパワースィ ッチ素子と して 用いたスィ ッチ回路に係り、 特に、 上記パワースィ ッチ素子をソースフ ォロア接続したスィ ッチ回路の高速化、 誤動作防止、 耐圧劣化防止に関 する。 背景技術  Uses an insulated gate semiconductor device such as a power MOSFET or IGBT (Insulated gate bipolar transistor) and an insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit that has its control circuit on the same chip as the power switch element. In particular, the present invention relates to speeding up of a switch circuit in which the power switch element is source-follower connected, prevention of malfunction, and prevention of withstand voltage degradation. Background art
パワー MO S F E Tの信頼性向上のため同一チップ上に過熱保護回路 を内蔵した例が特開平 7— 5 8 2 9 3号公報に開示されている。 この従 来例では外部ゲー ト端子と内部ゲー ト端子との間にゲー ト抵抗を接続し、 さらに内部ゲート端子と外部ソース端子との間には保護回路用 M◦ S F E Tを接続してある。 チップ温度が規定温度以上に上昇した場合には前 記保護回路用 MO S F E Tをオンさせで前記抵抗にゲー ト電流を流すこ とにより前記パワー M O S F E Tが破壊する前に前記パワー M O S F E Tを遮断させることができる。 プロセスはステップの増加を抑さえるた めパワー MO S F E Tの ドレイ ン領域に制御回路を形成する自己分離型 構造を採用してある。 従って、 プロセスコス トは安く抑さえられものの 保護回路用 MO S F E Tの ドレインと前記パワー MO S F E Tの ドレイ ンとの間に存在する寄生 n p n トランジスタが存在する。 そこで、 前記 の特開平 7— 5 8 2 9 3号では前記寄生 n p n トランジスタのエミ ッ夕 電流を遮断するためのダイオー ドを前記保護回路用 M O S F E Tと直列 に接続し、 さらに前記ダイオー ドの降伏を防止するダイオー ドを外部べ ース端子と外部ソース端子との間に接続していた。 これによ り、 ゲー ト 端子がソース端子に対し負電圧になった時に前記寄生 n p n トランジス 夕がオンすることにより、 ドレイ ン端子からゲー ト端子にリーク電流が 流れることを防止する負ゲー ト電圧保護を実現していた。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-52893 discloses an example in which an overheat protection circuit is incorporated on the same chip to improve the reliability of the power MOSFET. In this conventional example, a gate resistor is connected between the external gate terminal and the internal gate terminal, and an M • SFET for a protection circuit is connected between the internal gate terminal and the external source terminal. If the chip temperature rises above the specified temperature, the power MOSFET is turned off before the power MOSFET is destroyed by turning on the MOSFET for protection circuit and flowing a gate current to the resistor. it can. The process employs a self-isolation structure in which a control circuit is formed in the drain region of the power MOSFET to reduce the number of steps. Accordingly, although the process cost is suppressed at low cost, there is a parasitic npn transistor existing between the drain of the protection MOSFET and the drain of the power MOSFET. In view of the above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-58293 discloses an emitter of the parasitic npn transistor. A diode for interrupting current is connected in series with the MOSFET for the protection circuit, and a diode for preventing breakdown of the diode is connected between an external base terminal and an external source terminal. Accordingly, when the gate terminal becomes a negative voltage with respect to the source terminal, the parasitic npn transistor turns on, thereby preventing a leak current from flowing from the drain terminal to the gate terminal. Protection was realized.
車載分野においてはパワースィ ッチ回路を構成するために低オン抵抗 化と安全性の観点から nチャネル型の保護回路内蔵パワー M O S F E T をハイサイ ドスイ ッチ回路で用いられることが多い。 ハイサイ ドスイ ツ チ回路とはパワースィ ツチを電源端子側に配線し、 負荷をグラン ド端子 側に配線する回路で、 負荷を電源端子側に配線し、 パワースィ ッチをグ ラン ド端子側に配線する口一サイ ドスィ ツチ回路に比べ安全性が高いた め車載用のパワースィ ッチ回路においてしばしば使用される回路構成で ある。 これは、 口一サイ ドスィ ッチ回路では負荷がシャーシ (グラン ド ) に接触すると負荷に過電流が流れ続けて火災等の原因になるのに対し、 ハイサイ ドスィ ツチ回路の場合にはたとえ負荷がシャーシに接触しても 負荷には電流が流れないためである。  In the automotive field, in order to construct a power switch circuit, the power MOSFET with built-in n-channel protection circuit is often used in a high-side switch circuit from the viewpoints of low on-resistance and safety. A high-side switch circuit is a circuit in which a power switch is wired to the power supply terminal side and a load is wired to the ground terminal side.The load is wired to the power supply terminal side, and the power switch is wired to the ground terminal side. This is a circuit configuration often used in in-vehicle power switch circuits because it has higher safety than a single-sided switch circuit. This is because, in the case of a single-sided switch circuit, if the load contacts the chassis (ground), overcurrent will continue to flow through the load and cause a fire, etc. This is because no current flows through the load even if it touches the chassis.
また、 ハイサイ ドスイ ッチ回路のパワースィ ッチとして使用する制御 回路内蔵パワー M O S F E T 3 1 0は pチャネル型にく らべて低価格で 低オン抵抗素子が得られる nチヤネル型素子が使用される。 このため、 保護回路内蔵パワー M O S F E Tはソースフォロア接続で使用され、 こ の素子を遮断するためにはゲー ト端子にソース端子より低い電圧を印加 する必要が生ずる。 前記の特開平 7— 5 8 2 9 3号で開示してある保護 回路内蔵パワー M O S F E Tでは上述のように負ゲー ト電圧保護を設け てあるため nチャネル型の保護回路内蔵パワー M O S F E Tを用いたハ CT/JP 7/0 157 The power MOSFET 310 with a built-in control circuit used as the power switch of the high-side switch circuit is an n-channel type element that can obtain a low on-resistance element at a lower cost than the p-channel type. For this reason, the power MOSFET with a built-in protection circuit is used in a source follower connection. To shut off this element, it is necessary to apply a lower voltage to the gate terminal than to the source terminal. Since the power MOSFET with a built-in protection circuit disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-582293 is provided with the negative gate voltage protection as described above, a power MOSFET with an n-channel protection circuit with a built-in protection circuit is used. CT / JP 7/0 157
3 Three
ィサイ ドスィ ッチ回路を実現できるという特徴があった。 There was a feature that a side switch circuit could be realized.
一方、 過熱保護回路を内蔵して信頼性を向上した制御回路内蔵パワー M 0 S F E Tの高周波化のためには上記ゲー ト抵抗の代りに MO S F E Tを用いた例が特開平 6— 2 444 1 4号公報に開示してある。 この実 施例の場合にはパワー MO S F E Tをオンさせる時には前記ゲート抵抗 の代りの MO S F E Tをオンし、 過熱遮断回路が動作したときには前記 ゲー ト抵抗の代りの MO S F E Tをオフする。 これにより、 高速にパヮ — MO S F E Tをオンさせることができると同時に、 過熱遮断後のゲー ト電流も過大になることを防止した。 発明の開示  On the other hand, in order to increase the frequency of the power M 0 SFET with a built-in control circuit that has improved reliability by incorporating an overheat protection circuit, an example in which a MO SFET is used in place of the above gate resistor is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-244444. No. pp. 147-64. In this embodiment, when the power MOSFET is turned on, the MOSFET instead of the gate resistor is turned on, and when the overheat cutoff circuit operates, the MOSFET instead of the gate resistor is turned off. As a result, the power MOSFET can be turned on at a high speed, and at the same time, the gate current after overheating is prevented from becoming excessive. Disclosure of the invention
前記特開平 7— 5 8 2 9 3号公報に開示してある回路では過熱保護動 作後の電流が過大になることを防ぐため前記ゲート抵抗としては通常 5 〜 1 O k Q程度の高抵抗を使用していた。 このためパワー MO S F E T の入力容量と前記ゲー ト抵坊との R C時定数によりスィ ツチング速度は 5〜 1 0 n s程度が限界であるという問題がある。  In the circuit disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-52893, the gate resistance is usually as high as about 5 to 1 OkQ in order to prevent the current after the overheat protection operation from becoming excessive. Was used. Therefore, there is a problem that the switching speed is limited to about 5 to 10 ns due to the input capacitance of the power MOSFET and the RC time constant of the gate.
また、 特開平 6— 2 444 1 4号公報で述べた高周波駆動法の場合に はゲ一卜抵抗の代わりに M O S F Ε Τを'用いるがこの Μ 0 S F Ε Τの ド レインとパワー MO S F ETの ドレイ ンとの間に寄生バイポーラ 卜ラン ジス夕が形成され、 前記制御回路内蔵パワー M O S F E Tのゲー ト端子 とソース端子との間に負電圧が印加される場合にはこの寄生バイポーラ トランジスタがオンして ドレイ ン端子からゲー ト端子にリーク電流が流 れるという問題がある。 しかし、 このようにゲー ト抵抗の代わりに追加 した MO S F E Tに内蔵される寄生バイポーラ トランジスタに関しては 上記特開平 7— 5 8 2 9 3号公報に開示されているダイォー ドを用いた 寄生バイポーラ トランジスタ動作防止方法が利用できないという問題が あった。 これは、 ゲート抵抗の代わりに追加した上記 MO S F E Tでは パワー MO S F E丁をオン · オフさせるために双方向の ドレイ ン電流が 流れなければいけないが、 寄生ダイォード動作防止用のダイォードを直 列に接続させるとパワー MO S F E Tをオフできなくなってしまうため である。 このため、 制御回路内蔵パワー MO S F E Tをソースフォロア 回路にして高速動作させるパワースィ ッチ回路は実現できないという問 題があった。 In the case of the high-frequency driving method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244444, a MOSF is used instead of a gate resistor, but the drain and power of this 0SF are used. When a negative voltage is applied between the gate terminal and the source terminal of the power MOSFET with built-in control circuit, the parasitic bipolar transistor is turned on. Therefore, there is a problem that a leak current flows from the drain terminal to the gate terminal. However, for the parasitic bipolar transistor built in the MOS FET added in place of the gate resistor, the diode disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-52893 was used. There was a problem that the method of preventing parasitic bipolar transistor operation could not be used. This is because, in the above MOS FET added in place of the gate resistor, a bidirectional drain current must flow to turn on and off the power MOSFET, but a diode for preventing parasitic diode operation is connected in series. Otherwise, the power MOSFET cannot be turned off. For this reason, there is a problem that a power switch circuit that operates at high speed using a power MOS FET with a built-in control circuit as a source follower circuit cannot be realized.
本発明の第 1の目的はプロセスコス 卜の増加を極力抑えるため従来の パワー MO S F E Tプロセスを用いパワー MO S F E Tのドレイ ン頜域 内に MO S F E Tを内蔵した制御回路内蔵パヮ一 MO S F E Tを用い、 この制御回路内蔵パワー MO S F E Tをソ一スフォロアで使用するパヮ —スィ ッチ回路を提供することにある。  The first object of the present invention is to use a conventional power MOS SFET process to minimize the increase in the process cost and to use a control circuit built-in power MOS FET having a built-in MO SFET in the drain region of the power MO SFET. It is an object of the present invention to provide a power switch circuit using the power MOS FET with a built-in control circuit in a source follower.
本発明の第 2の目的はプロセスコス トの增加を極力抑えるため従来の I G B Tプロセスを用い I G B Tの n型ベース頜域内に MO S F E Tを 内蔵した制御回路内蔵 I G B Tを用い、 この制御回路内蔵 I G B Tをェ ミ ッタフォロアで使用するパワースィ ッチ回路を提供することにある。 上記の目的を達成するために、 本発明'に係るパワースィッチ回路にお いては、  A second object of the present invention is to use a conventional IGBT process to minimize the increase in process cost, to use a IGBT with a built-in control circuit having a MOS FET built in the n-type base region of the IGBT, and to use this IGBT with a built-in control circuit. It is an object of the present invention to provide a power switch circuit used in a mixer follower. In order to achieve the above object, in a power switch circuit according to the present invention,
制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) とバッテリ ( 3 0 1 ) と負荷 ( 3 0 4 ) を少なく とも有し、  It has at least an insulated gate semiconductor device (310) with built-in control circuit, a battery (301), and a load (304),
前記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は、 The insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310) is
半導体基板の N型の第 1の不純物領域 ( 1 0 2 ) と該第 1の不純物頜域 に接する P型の第 2の不純物領域 ( 1 0 7 ) と該第 2の不純物領域に覆 われた N型の第 3の不純物領域 ( 1 0 9 a ) とを含む第 1 卜ランジス夕 (パワー MO S 3 0 ) と、 The semiconductor substrate is covered with the N-type first impurity region (102), the P-type second impurity region (107) in contact with the first impurity region, and the second impurity region. First transistor including N-type third impurity region (109a) (Power MO S 30) and
上記第 1 の不純物領域に接する P型の第 4の不純物領域 ( 1 0 4 a ) と、 上記第 4の不純物領域に覆われた N型の第 5及び第 6の不純物領域 ( 1 0 9 b、 c ) を含む第 2のトランジスタ (MO S F E T 3 2 ) と、 上記第 1 の不純物領域に接続された第 1端子 ( 1 ) と、 A p-type fourth impurity region (104a) in contact with the first impurity region; and n-type fifth and sixth impurity regions (109b) covered by the fourth impurity region. , C), a second transistor (MO SFET 32), a first terminal (1) connected to the first impurity region,
上記第 2の トランジス夕の上記第 5の不純物領域 ( 1 0 9 b ) に接続さ れたゲ一 ト端子 ( 2 ) と、 A gate terminal (2) connected to the fifth impurity region (109b) in the second transistor;
上記第 3の不純物領域に接続された第 2端子 ( 3 ) と、 A second terminal (3) connected to the third impurity region,
上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 のスィ ッチ回路 ( SW 2 ) と、 A first switch circuit (SW 2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 2の スィ ッチ回路 ( S W 3 ) とを具備し、 A second switch circuit (S W3) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region;
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオフであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned off and the first switch is turned off. The circuit (SW2) is on and
上記ゲート端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオンであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオフであり'、 When the voltage of the gate terminal (2) is positive with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned on and the first switch circuit is turned on. (SW2) is off,
上記第 1端子 ( 1 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して所定の正極性 の電圧より も大きいとき上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオフであ るとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 When the voltage of the first terminal (1) is higher than a predetermined positive voltage with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned off and the second switch circuit (SW3) is turned off. 1 switch circuit (SW2) is on,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) を上記バッテリ ( 3 0 1 ) に接続し、 上記第 2端子 ( 3 ) を上記負 荷 ( 3 0 4 ) に接続し、 上記ゲート端子 ( 2 ) により上記第 1端子 ( 1 ) と上記第 2端子 ( 3 ) の間の主電流を制御するように構成したもので ある。 In the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit, the first terminal (1) is connected to the battery (301), and the second terminal (3) is connected to the load (304). ), And the main current between the first terminal (1) and the second terminal (3) is controlled by the gate terminal (2). is there.
さらに好適な構成としては、  As a more preferable configuration,
上記第 1 の トランジスタのゲ一 ト電極は上記第 6 の不純物領域と接続さ れ、 The gate electrode of the first transistor is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジスタのゲー ト電極と上記第 2端子 ( 3 ) に接続され たグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the second terminal (3);
上記第 1 の 卜ランジス夕の過負荷状態を検出して上記第 3のスィッチ回 路をオンするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイン間抵 抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさらに具備すればよい。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor and turning on the third switch circuit and increasing the source-drain resistance of the second transistor is further provided. You only have to have it.
また、 他の好適な構成としては、  Also, as another suitable configuration,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) の上記第 1 の トラ ンジス夕のゲー ト電極は上記第 6の不純物領域と接続され、 The gate electrode of the first transistor of the insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit (310) is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジス夕のゲー ト電極と上記第 4の不純物領域に接続さ れたグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and the ground line (6) connected to the fourth impurity region;
上記第 1 の トランジスタの過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ッチ回 路をオンにするとともに上記第 2の トラ'ンジス夕のソース · ドレイン間 抵抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさ らに具備すればよい。 A protection circuit that detects an overload state of the first transistor, turns on the third switch circuit, and increases the source-drain resistance of the second transistor; May be further provided.
本発明をさ らに具体的に構成すると、  When the present invention is configured more specifically,
上記第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) は上記保護回路が上記半導体装置の 過負荷状態を検出したことを示す信号によりオン状態となる第 3の トラ ンジス夕 ( 3 1 または 4 2 ) を具備すればよい。 The third switch circuit (SW1) activates a third transistor (31 or 42) that is turned on by a signal indicating that the protection circuit has detected an overload state of the semiconductor device. You only have to have it.
また、 本発明をさ らに好適な構成とするならば、  Further, if the present invention has a more preferable configuration,
上記第 1 の トランジス夕のゲートにそのァノ一ドが接続された第 1 のダ ィオー ド ( 9 1 または 8 9 ) をさらに具備し、 The first transistor with its anode connected to the first Transit gate Further comprising a diode (91 or 89),
上記第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) のソース ' ドレイ ン経路と 直列に上記第 1のダイオード ( 9 1 または 8 9 ) が接続すればよい。 また、 本発明をさ らに好適な構成とするならば、 The first diode (91 or 89) may be connected in series with the source 'drain path of the third transistor (31 or 42). Further, if the present invention has a more preferable configuration,
上記第 1のスィ ッチ回路 (SW2 ) は、 上記ゲート端子 ( 2 ) の電圧が 上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のときオン状態となる第 4の トラン ジス夕 ( 3 9 ) と、 The first switch circuit (SW2) is turned on when the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3). When,
上記第 1端子 ( 1 ) 電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して上記所定の正極 性の電圧より も大きいときオン状態となる第 5の トランジスタ (4 0 ) とを具備すればよい。 A fifth transistor (40) which is turned on when the voltage of the first terminal (1) is higher than the predetermined positive voltage with respect to the second terminal (3) may be provided.
本発明をさ らに具体的に構成すると、  When the present invention is configured more specifically,
上記第 4の トランジスタ ( 3 9 ) は N型の トランジスタからなり、 その ソース ' ドレイ ン経路は上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域 との間に設けられ、 そのゲートは上記第 2端子 ( 3 ) に接続さればよい また、 本発明をさ らに好適な構成とするならば、 The fourth transistor (39) is an N-type transistor, and its source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region, and its gate is provided at the gate of the fourth transistor (39). It may be connected to two terminals (3). If the present invention has a more preferable configuration,
上記第 5の トランジスタ (40 ) はそのソース · ドレイ ン経路が上記ゲ — 卜端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた N型の トラ ンジス夕からなり、 The fifth transistor (40) has an N-type transistor whose source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region.
上記第 5の トランジスタ (40 ) のゲー トと上記第 1端子 ( 1 ) との間 に設けられた第 2のダイオード ( 8 3 ) をさ らに具備すればよい。 A second diode (83) may be further provided between the gate of the fifth transistor (40) and the first terminal (1).
本発明をさ らに具体的に構成すると、  When the present invention is configured more specifically,
上記第 2のダイオード ( 9 2 ) は、 上記第 1の不純物領域と該第 1の不 純物領域に接する P型の第 7の不純物領域 ( 1 0 3 c ) により形成され. 上記第 7の不純物領域は上記所定の正極性の電圧が上記第 1端子 ( 1 ) に印加されたときに上記第 2の不純物領域と上記第 1の不純物領域との 間に形成される空乏層が達する位置に形成すればよい。 The second diode (92) is formed by the first impurity region and a P-type seventh impurity region (103c) in contact with the first impurity region. The impurity region is formed between the second impurity region and the first impurity region when the predetermined positive voltage is applied to the first terminal (1). What is necessary is just to form in the position where the depletion layer formed between reaches.
また、 本発明をさらに好適な構成とするならば、  Further, if the present invention has a more preferable configuration,
請求項 1乃至 9の何れかに記載のパワースィ ッチ回路において、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( SW 3 ) は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4 の不純物領域との間にそのソース · ドレイ ン経路が設けられ、 そのゲ一 卜が上記ゲー ト端子 ( 2 ) に接続された N型の第 6の トランジスタ ( 3 8 ) を具備すればよい。 The power switch circuit according to any one of claims 1 to 9, wherein the second switch circuit (SW3) is provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region. It suffices that a source-drain path is provided, and the gate thereof includes an N-type sixth transistor (38) connected to the gate terminal (2).
また、 他の好適な構成としては、  Also, as another suitable configuration,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は、 The above-mentioned insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310)
半導体基板の N型の第 1の不純物領域 ( 1 0 2 ) と該第 1の不純物頜域 に接する P型の第 2の不純物領域 ( 1 0 7 ) と該第 2の不純物領域 に覆われた N型の第 3の不純物領域 ( 1 0 9 a ) とを含む第 1 トランジ スタ (パワー MO S 3 0 ) と、 The N-type first impurity region (102) of the semiconductor substrate, the P-type second impurity region (107) in contact with the first impurity region, and the second impurity region A first transistor (power MOS 30) including an N-type third impurity region (109 a);
上記第 1の不純物領域に接する P型の第 4の不純物領域 ( 1 0 4 a ) と 上記第 4の不純物領域に覆われた N型の第 5及び第 6の不純物領域 ( 1 0 9 b , c ) を含む第 2の トランジスタ (MO S F E T 3 2 ) と、 上記第 1の不純物領域に接続された第 1端子 ( 1 ) と、 The P-type fourth impurity region (104a) in contact with the first impurity region and the N-type fifth and sixth impurity regions (109b, c) a second transistor (MO SFET 32), and a first terminal (1) connected to the first impurity region;
上記第 2の トランジス夕の上記第 5の不 物領域 ( 1 0 9 b) に接続さ れたゲー ト端子 ( 2 ) と、 A gate terminal (2) connected to the fifth impurity region (109b) of the second transistor,
上記第 3の不純物領域に接続された第 2端子 ( 3 ) と、 A second terminal (3) connected to the third impurity region,
上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 のスィ ッチ回路 (SW2 ) と、 A first switch circuit (SW2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 2の スィ ッチ回路 (SW3 ) と、 A second switch circuit (SW3) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1の 抵抗素子 ( 7 2 ) とを具備し、 A first terminal provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region. And a resistance element (72).
上記ゲート端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオフであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 When the voltage at the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is off and the first switch circuit is turned off. (SW 2) is on,
上記ゲ一ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオンであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオフであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is positive with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned on and the first switch is turned on. Switch (SW2) is off,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) を上記バッテリ ( 3 0 1 ) に接続し、 上記第 2端子 ( 3 ) を上記負 荷 ( 3 0 4 ) に接続し、 上記ゲー ト端子 ( 2 ) により上記第 1端子 ( 1 ) と上記第 2端子 ( 3 ) の間の主電流を制御すればよい。 In the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit, the first terminal (1) is connected to the battery (301), and the second terminal (3) is connected to the load (304). ), And the main current between the first terminal (1) and the second terminal (3) may be controlled by the gate terminal (2).
これらのさ らに具体的な構成及び作用効果は、 以下の説明において明 らかにする。 図面の簡単な説明  These more specific configurations and operational effects will be clarified in the following description. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
第 1 図は本発明の第 1 の実施例の半導体回路のプロック図である。 第 2図は本発明の第 1 の実施例の半導体回路に用いる半導体装置の断 面構造図を示す。 '  FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional structural view of a semiconductor device used in the semiconductor circuit according to the first embodiment of the present invention. '
第 3図は本発明の第 2の実施例の半導体回路である。  FIG. 3 shows a semiconductor circuit according to a second embodiment of the present invention.
第 4図は本発明の第 3の実施例の半導体回路である。  FIG. 4 shows a semiconductor circuit according to a third embodiment of the present invention.
第 5図は本発明の第 4の実施例の半導体回路である。  FIG. 5 shows a semiconductor circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
第 6図は本発明の第 5の実施例の半導体回路である。  FIG. 6 shows a semiconductor circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
第 7図は本発明の第 6の実施例の半導体回路である。  FIG. 7 shows a semiconductor circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
第 8図は本発明の第 7の実施例の半導体装置のブロック回路図である。 第 9図は本発明の第 7 の実施例の半導体回路に用いる半導体装置の断 面構造図を示す。 FIG. 8 is a block circuit diagram of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor device used in a semiconductor circuit according to a seventh embodiment of the present invention. FIG.
第 1 0図は本発明の第 8の実施例の半導体回路である。  FIG. 10 shows a semiconductor circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
第 1 1 図は本発明の第 9の実施例の半導体回路のブロック回路図であ る。  FIG. 11 is a block circuit diagram of a semiconductor circuit according to a ninth embodiment of the present invention.
第 1 2図は本発明の第 1 0の実施例の半導体回路である。  FIG. 12 shows a semiconductor circuit according to a tenth embodiment of the present invention.
第 1 3図は本発明の第 1 1 の実施例の半導体回路のブロック回路図で ある。  FIG. 13 is a block circuit diagram of a semiconductor circuit according to the eleventh embodiment of the present invention.
第 1 4図は本発明の第 1 2の実施例の半導体回路のブロック回路図で ある。  FIG. 14 is a block circuit diagram of a semiconductor circuit according to a 12th embodiment of the present invention.
第 1 5図は本発明の第 1 2の実施例の半導体回路に用いる半導体装置 の断面構造図を示す。  FIG. 15 is a sectional structural view of a semiconductor device used in the semiconductor circuit according to the 12th embodiment of the present invention.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明に係る半導体装置の実施例につき、 添付図面を参照しな がら以下詳細に説明する。  Hereinafter, embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(実施例 1 )  (Example 1)
図 1 は本発明に係る半導体回路の第 1 の実施例を示す。  FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention.
図 1 の 3 1 0 は保護回路 2 1 を内蔵した制御回路内蔵パワー M〇 S F E T 、 3 0 4は負荷、 3 0 1 はバッテリ、 3 1 5 はプリ ドライバで 3 0 6はその入力端子である。 本回路ではパヮ一スィ ツチとして使用する制 御回路内蔵パヮ一 M O S F E T 3 1 0 をバッテリ 3 0 1 の電源端子 3 0 3側にソ一スフォロア接続し、 負荷 3 0 4をグラン ド端子 3 0 2側に接 続したハイサイ ドスイ ッチ回路である。 ハイサイ ドスイ ッチ回路とはパ ワースィ ツチを電源端子側に配線し、 負荷をダラン ド端子側に配線する 回路で、 負荷を電源端子側に配線し、 パワースィ ッチをグラン ド端子側 に配線する口一サイ ドスィ ツチ回路に比べ安全性が高いため車載用のパ ワースイ ッチ回路においてしばしば使用される回路構成である。 これは、 口一サイ ドスィ ッチ回路では負荷がシャーシ (グラン ド) に接触すると 負荷に過電流が流れ続けて火災等の原因になるのに対し、 ハイサイ ドス イ ッチ回路の場合にはたとえ負荷がシャーシに接触しても負荷には電流 が流れないためである。 In Fig. 1, 310 is the power M〇SFET with a built-in protection circuit with a built-in protection circuit 21, 304 is a load, 310 is a battery, 310 is a pre-driver, and 310 is its input terminal. . In this circuit, the control circuit built-in power MOSFET 310 used as a power switch is connected to the power supply terminal 303 side of the battery 301 by a source follower, and the load 304 is connected to the ground terminal 302. High side switch circuit connected to the side. A high-side switch circuit is a circuit in which a power switch is wired to the power supply terminal side, and a load is wired to the dunland terminal side.The load is wired to the power supply terminal side, and the power switch is wired to the ground terminal side. Because it is more secure than a single-sided switch circuit, This is a circuit configuration often used in a worst switch circuit. This is because, in the case of a single-sided switch circuit, if the load contacts the chassis (ground), an overcurrent will continue to flow through the load and cause a fire, etc. This is because no current flows through the load even if the load contacts the chassis.
また、 ハイサイ ドスイ ッチ回路のパワースィ ッチとして使用する制御 回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0は pチャネル型にく らべ価格が安い nチャネル型素子が使用される。 このため、 プリ ドライバ 3 1 5はパヮ -M 0 S F E T 3 0のオン抵抗が十分下がるようにゲ一ト端子 2 を電源 端子 3 0 3より 5 Vから 1 0 V程度昇圧して駆動する必要がある。 また、 パワー MO S F E T 3 0 をオフさせるためにはゲー ト端子 2 をグラン ド 3 0 2 まで下げる。 この時注意すべき点は高速にパワー M O S F E T 3 0 をオフしょう とすると制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0のゲー 卜端子 2がソース端子 3より負に駆動される。 このため、 制御回路内蔵 パワー MO S F E T 3 1 0の回路構成には後述のような工夫が必要であ る。  Also, the power MOSFET with built-in control circuit used as the power switch of the high-side switch circuit uses an n-channel element, which is less expensive than a p-channel type. For this reason, the pre-driver 315 needs to drive the gate terminal 2 by boosting the gate terminal 2 by about 5 V to 10 V from the power supply terminal 303 so that the on-resistance of the power -M 0 SFET 30 is sufficiently reduced. is there. To turn off the power MOSFET 30, lower the gate terminal 2 to ground 302. At this time, it should be noted that if the power MOSFET 30 is turned off at high speed, the gate terminal 2 of the power MOSFET 30 with built-in control circuit is driven more negatively than the source terminal 3. For this reason, the circuit configuration of the power MOSFET 310 with a built-in control circuit requires the following measures.
制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の保護回路 2 1 の中には温度 検出回路や過電流検出回路などを内蔵さ i±、 ゲー ト端子に正の電圧が印 加されている場合でも ドレイ ン端子 1 · ソース端子 3間に大電流が流れ る過負荷状態ではパワー M 0 S F E T 3 0 を強制的に遮断、 若しく は、 パワー MO S F E T 3 0の ドレイ ン電流を制限するスィ ッチ回路 ( S W 1 ) を設けてある。 ^〇 3 £丁 3 2は通常のパヮー1^03 ? £丁 3 0 のスイ ッチング時には M〇 S F E T 3 2のオン抵抗を下げることにより ゲート端子 2からパワー MO S F E T 3 0のゲー トまで入力信号を伝達 しゃすく して、 高速スイ ッチングを可能にさせる。 過負荷状態では保護 回路 2 1 に内蔵してある過熱または過電流などの検出回路が動作し、 信 号 Xによりスィ ッチ回路 (SW 1 ) を閉じるよう に保護回路が動作する これにより、 過負荷状態においてはパワー MO S F E T 3 0の ドレイ ン 電流を遮断ないしは制限し、 素子の破壊を防止できる。 本回路では上記 保護回路が動作するときノード 1 0の電圧を低下させて MO S F E T 3 2のオン抵抗を上げることが特徴である。 これにより、 保護回路が動作 してパワー M O S F E T 3 0の ドレイ ン電流を遮断ないしは制限する場 合には、 ゲー ト端子 2からのゲー ト電流が流れにく くなり、 上記スイ ツ チ回路 ( SW 1 ) を介してパワー MO S F E T 3 0のゲー トにある電荷 が放出される。 この場合、 上記スィ ッチ回路 (SW 1 ) のオン抵抗が高 い場合でも M O S F E T 3 2がゲー ト電流を抑制しているため、 パワー 0 S F E T 3 0を高速に遮断でき、 また保護回路が働いた後のゲー ト 電流も小さくできるため消費電力が小さ くてすむという特徴がある。 一方、 図 2を用いて後述するように、 制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0はプロセスコス ト低減のため通常のパワー MO S F E Tプロセ スを用いて制御回路 2 0を形成している。 このため、 安いプロセスコス 卜で制御回路を内蔵できるという利点があるもののパワー M 0 S F E T のドレイ ン 1 0 2をコ レクタ、 制御回路用 MO S F E Tである MO S F E T 3 2の ドレイ ン領域 1 0 9 b をェミ ッタ、 制御回路用 M O S F E T である MO S F E T 3 2のボディ領域 1 0 4 aをべ一スとする寄生 n p n トランジスタ 2 9が形成される。 従ってゲート端子が負になった場合 には、 ゲート端子 2に接続される MO S F E T 3 2の ドレイ ン頜域 1 0 9 bと MO S F E T 3 2のボディ領域 1 0 4 aに順方向電圧が印加され ることになり、 寄生 n p n トランジスタ 2 9がオンして、 ドレイン端子 1からゲー ト端子 2ヘリーク電流が流れるという問題がある。 本実施例ではこの寄生 n p n トランジスタ問題を解決するために前記 第 1 の MO S F E Tのボディ とゲ一ト端子 2 を接続 (短絡) するスイ ツ チ回路 ( S W 2 ) と、 前記第 1 の M〇 S F E Tのボディ 4 とソース端子 3 を接続するスイ ッチング回路 ( SW 3 ) を設けてある。 Control circuit built-in power MO SFET 310 protection circuit 2 1 has a built-in temperature detection circuit and overcurrent detection circuit i ±, even if a positive voltage is applied to the gate terminal. In an overload condition where a large current flows between terminal 1 and source terminal 3, the power M0 SFET 30 is forcibly shut off, or a switch circuit that limits the drain current of the power MO SFET 30 ( SW 1) is provided. ^ 〇 3 £ is the normal power 1 ^ 03? When switching the £ 30, the input signal from the gate terminal 2 to the gate of the power MOSFET 30 To enable high-speed switching. Protection in overload condition The overheating or overcurrent detection circuit built into the circuit 21 operates, and the protection circuit operates to close the switch circuit (SW1) by the signal X. The drain current of the MOSFET 30 can be cut off or limited to prevent device destruction. This circuit is characterized in that when the protection circuit operates, the voltage of the node 10 is reduced to increase the on-resistance of the MOSFET 32. As a result, when the protection circuit operates to cut off or limit the drain current of the power MOSFET 30, the gate current from the gate terminal 2 becomes less likely to flow, and the switch circuit (SW The charge in the gate of the power MOSFET 30 is released via 1). In this case, even when the on-resistance of the switch circuit (SW 1) is high, the MOSFET 32 suppresses the gate current, so that the power 0 SFET 30 can be cut off at high speed and the protection circuit operates. The characteristic is that the power consumption can be reduced because the gate current can also be reduced after the aging. On the other hand, as will be described later with reference to FIG. 2, the control circuit built-in power MOSFET 310 forms the control circuit 20 using a normal power MOSFET process in order to reduce the process cost. Therefore, although there is an advantage that the control circuit can be built in at a low process cost, the power M 0 SFET drain 102 is a collector and the control circuit MO SFET 32 is a drain area 109. b is an emitter, and a parasitic npn transistor 29 based on the body region 104 a of the MOSFET 32 which is a MOSFET for a control circuit is formed. Therefore, when the gate terminal becomes negative, a forward voltage is applied to the drain region 1 09 b of the MOS FET 32 connected to the gate terminal 2 and the body region 104 a of the MO SFET 32. As a result, there is a problem that the parasitic npn transistor 29 is turned on and a leak current flows from the drain terminal 1 to the gate terminal 2. In this embodiment, in order to solve this parasitic npn transistor problem, a switch circuit (SW 2) for connecting (short-circuiting) the body of the first MOS FET and the gate terminal 2, A switching circuit (SW3) that connects the SFET body 4 and the source terminal 3 is provided.
ゲート端子 2の電圧が正の場合には、 S W 2 はオフで S W 3はオンに する。 通常、 ゲート端子 2の電圧が正の場合には、 パワー MO S F E T 3 0がオンして、 ソース端子 3 に対する ドレイ ン端子 1 の電圧は立ち上 がり、 ゲー ト端子 2の電圧はドレイ ン端子 1 の電圧より も大きく される。 従って、 S W 2がオンのままでは、 MO S F E T 3 2のボディ 4 と ドレ イ ン端子 1 との間の P N接合に順バィァスが印加されることになつてし まう。 すなわち、 寄生 n p n トランジスタ 2 9のコ レクタ ' ェミ ッタ間 が順バイァスされ寄生 n p n トランジスタ 2 9 は逆方向動作する。 この ため、 ゲー ト端子 2から ドレイ ン端子 1へリーク電流が流れるという問 題が生じる。 そこで、 S W 2 をオフして S W 3 をオンして、 MO S F E T 3 2のボディ 4はソース端子 3 と同電位とする。 このようにして寄生 n p n トランジスタ 2 9の逆方向動作を防止できるという特徴がある。 一方、 ゲー ト端子 2の電圧がソース端子 3の電圧に対して負の場合に は、 S W 2 はオンで S W 3はオンにする。 これにより、 MO S F E T 3 2のボディ 4はゲー ト端子 2 と同電位になり、 寄生 n p n トランジスタ 2 9がオンすることを防止する。 このようにすることで、 本実施例には ドレイ ン端子 1からゲート端子 2へリーク電流を防止できるという特徴 がある。  If the voltage at gate terminal 2 is positive, SW 2 is off and SW 3 is on. Normally, when the voltage of the gate terminal 2 is positive, the power MOSFET 30 is turned on, the voltage of the drain terminal 1 with respect to the source terminal 3 rises, and the voltage of the gate terminal 2 becomes the drain terminal 1 It is made larger than the voltage of. Therefore, if SW 2 is kept on, a forward bias is applied to the PN junction between the body 4 of the MOS FET 32 and the drain terminal 1. That is, the collector-emitter of the parasitic npn transistor 29 is forward-biased, and the parasitic npn transistor 29 operates in the reverse direction. This causes a problem that a leak current flows from the gate terminal 2 to the drain terminal 1. Therefore, SW 2 is turned off and SW 3 is turned on, so that the body 4 of the MOSFET 32 has the same potential as the source terminal 3. Thus, there is a feature that the reverse operation of the parasitic npn transistor 29 can be prevented. On the other hand, when the voltage of the gate terminal 2 is negative with respect to the voltage of the source terminal 3, SW2 is turned on and SW3 is turned on. As a result, the body 4 of the MOSFET 32 has the same potential as the gate terminal 2 and prevents the parasitic npn transistor 29 from turning on. By doing so, the present embodiment is characterized in that a leak current from the drain terminal 1 to the gate terminal 2 can be prevented.
上述の対策は特願平 7— 2 3 2 3 9 7及び特願平 8— 2 3 4 5 7 3 に おいて考慮されている。 ところが、 スイ ッチング手段 ( S W 2 と S W 3 ) はゲー ト端子 2 とソース端子 3 との間に印加される電圧により動作す るためゲー ト端子 2とソース端子 3との間の電圧がほぼ等しい場合には S W 2も S W 3もオフ状態または高イ ンピーダンスとなることが新たに 発見された。 つまり、 前記寄生 n p n トランジスタ 2 9のべ一ス 4はフ ローテイ ングまたは高イ ンピーダンスとなる。 このため、 ゲー ト端子 2 とソース端子 3との間の電圧がほぼ等しい場合に ドレイ ン端子 1 に高電 圧が印加されると、 前記寄生 n p n トランジスタはパワー MO S F E T 3 0の本来の ドレイ ン耐圧 (約 7 0 V ) より低いベース ' エミ ッ夕間が 開放の場合のコ レクタ · ェミ ッタ間耐圧 B V c e o (約 2 0〜 3 0 V : ェミ ツ夕が開放の場合) ないしはそれに近い値で降伏し、 ドレイ ン端子 1からゲ一ト端子 2に大電流が流れる危険性があることが判明した。 そこで、 本発明では前記寄生 n p n トランジスタがコ レクタ · ェミ ツ 夕間耐圧 B V c e oにより降伏しないようにゲート端子 2とソース端子 3の電圧がほぼ等しく、 ドレイ ン端子 1に上記 B V c e oにマージンを 入れた 1 0〜 2 0 V程度以上の正の電圧が印加される場合にも前記第 2 のスイ ッチング手段 (SW2 ) をオンすることにした。 これにより、 寄 生 n p n トランジスタ 2 9のコ レクタ ' ェミ ッタ間耐圧はパヮ一 MO S F E T 3 0の ドレイ ン · ソース間耐圧と等しいコレクタ · ェミ ッタ間耐 圧 B V c e s (ベース · ェミ ッタ間が短'絡の場合) となる。 このため、 パワー MO S F E T 3 0のドレイ ン耐圧劣化を防止できる。 なお、 ここ では 1 0 ~ 2 0 V程度以上の正の電圧が印加される場合には前記第 2の スイ ッチング手段 (SW2 ) をオンすることにしたが、 BV c e oより も小さい値であれば、 理論的には問題ない。 The measures described above are taken into account in Japanese Patent Application Nos. 7-2323297 and 8-2343573. However, the switching means (SW2 and SW3) operate by the voltage applied between the gate terminal 2 and the source terminal 3. Therefore, it has been newly discovered that when the voltage between the gate terminal 2 and the source terminal 3 is substantially equal, both SW 2 and SW 3 are turned off or become high impedance. That is, the base 4 of the parasitic npn transistor 29 has a floating or high impedance. Therefore, when a high voltage is applied to the drain terminal 1 when the voltage between the gate terminal 2 and the source terminal 3 is substantially equal, the parasitic npn transistor becomes the original drain of the power MOSFET 30. Base voltage lower than withstand voltage (approximately 70 V) Collector-emitter withstand voltage BV ceo (approximately 20 to 30 V when emitter is open) or open when emitter is open or It was found that there was a risk that a breakdown would occur at a value close to that, and a large current would flow from the drain terminal 1 to the gate terminal 2. Therefore, in the present invention, the voltages of the gate terminal 2 and the source terminal 3 are substantially equal to each other so that the parasitic npn transistor does not break down due to the collector breakdown voltage BV ceo, and the drain terminal 1 has a margin for the BV ceo. The second switching means (SW2) is also turned on when a positive voltage of about 10 to 20 V or more is applied. Thus, the withstand voltage between the collector and the emitter of the parasitic npn transistor 29 is equal to the withstand voltage between the drain and the source of the primary MOS FET 30. The withstand voltage between the collector and the emitter BV ces (base layer) If there is a short-circuit between the transmitters). Therefore, it is possible to prevent the drain MOS transistor 30 from deteriorating in drain withstand voltage. Here, when a positive voltage of about 10 to 20 V or more is applied, the second switching means (SW2) is turned on, but if the value is smaller than BV ceo, There is no problem in theory.
すなわち、 本実施例では信頼性向上のための保護回路を低コス トプロ セスで内蔵したイ ンテリジェントパヮ一 MO S F E Tを高速動作化でき、 さらにゲート · ソース間が負になる場合にも寄生素子動作を防止する負 ゲー ト電圧保護を内蔵でき、 さ らにこのような機能追加によってもパヮ 一 MO S F E Tの ドレイ ン · ソース間耐圧が低下しないという特徴があ る。 In other words, in this embodiment, an intelligent power MOSFET incorporating a protection circuit for improving reliability in a low-cost process can be operated at high speed, and even when the gate-source becomes negative, the operation of the parasitic element can be reduced. Prevent negative Gate voltage protection can be built in, and furthermore, even with such additional functions, the drain-source breakdown voltage of the power MOSFET does not decrease.
図 2は図 1の MO S F E T 3 2とパワー MO S F E T 3 0の断面構造 である。 図 2において、 アンチモン又は砒素を不純物とした抵抗率 0. 0 2 Ω · en!〜 0. 0 0 2 Ω · c m程度の高濃度 n型半導体基板 1 0 1上に、 抵抗率 1〜 2 Ω · cm程度の Ν型ェピタキシャル層を 1 0 β m程度形成さ れている。  FIG. 2 is a cross-sectional structure of the MOS FET 32 and the power MOSFET 30 shown in FIG. In FIG. 2, the resistivity of antimony or arsenic is 0.02 Ω · en! On a high-concentration n-type semiconductor substrate 101 of about 0.02 Ω · cm, a Ν-type epitaxial layer having a resistivity of about 1 to 2 Ω · cm is formed on the order of 10 βm.
パヮ一 MO S F E T 3 0の形成部分には約 5 0 nmのゲート酸化膜 1 0 5 a と、 その上に形成した多結晶シリ コンゲート層 1 0 6 a と、 多結晶 シリ コンゲー ト層 1 0 6 aのパターン間に深さ 6 m、 ドーズ量 1 E 1 5ノ平方 c m程度の第 1の p型ゥエル拡散層 1 0 3 a と、 多結晶シリ コ ンゲー ト層 1 0 6 aをマスクにして自己整合的に形成した深さ 2 ;/ m、 ドーズ量 5 E 1 3 平方 c m程度のボディ用 p型拡散層 1 0 7と深さ 0. 4 u rn, ドーズ量 1 E 1 6 Z平方 c m程度のソース用 n型拡散層 1 0 9 a とが設けられている。 また、 ボディ 1 0 7 とアルミ電極 1 1 2 aの間に ォ一ミ ックなコンタク トを取るために深さ 0. 5 i m、 ドーズ量 1 E 1 5 平方 c m程度の高濃度 P型拡散層 1 1'0 aが設けられ、 多結晶シリ コ ンゲ一ト層 1 0 6 aの上には絶縁層 1 1 1を介してソース電極となるァ ルミ電極層 1 1 2 aが形成されている。  The part where the MO SFET 30 is formed has a gate oxide film 105 a of about 50 nm, a polycrystalline silicon gate layer 106 a formed thereon, and a polycrystalline silicon gate layer 106. The first p-type p-type diffusion layer 103 a with a depth of 6 m and a dose of about 1 E 15 square cm between the patterns a and the polycrystalline silicon gate layer 106 a are used as masks. Self-aligned depth of 2; / m, body p-type diffusion layer 107 with a dose of 5E13 square cm and depth 0.4 urn, dose 1E16Z square cm The source n-type diffusion layer 109 a is provided. In addition, a high concentration P-type diffusion with a depth of 0.5 im and a dose of about 1E15 square cm is used to obtain a uniform contact between the body 107 and the aluminum electrode 112a. A layer 11'0a is provided, and an aluminum electrode layer 112a serving as a source electrode is formed on the polycrystalline silicon gate layer 106a via an insulating layer 111. I have.
また MO S F E T 3 2の形成部分にはボディ となる深さ 5 ^m、 ドー ズ量 2 E 1 3ノ平方 c m程度の第 2の p型ゥエル不純物層 1 0 4 a と、 前記 1 0 9 a と同一工程で形成され、 ドレイン不純物層およびソース不 純物層となる高濃度 n型不純物層 1 0 9 b及び高濃度 n型拡散層 1 0 9 c と、 前記 1 1 0 a と同一工程で形成される高濃度 p型不純物層 1 1 0 b が設けられている。 また、 1 0 6 a と同じ工程で形成される 1 0 6 bを 保護回路用 MO S F E Tのゲート電極とし、 1 0 8を ドレイ ン耐圧向上 のための ドーズ量 5 E 1 2 Z平方 c m程度の低濃度 n型オフセッ ト領域 としてある。 また、 アルミ電極層 1 1 2 b、 1 1 2 c, 1 1 2 dは各々 M 〇 S F E T 3 2の ドレイ ン電極、 ソース電極、 ボディ電極である。 また、 1 0 5 bは選択酸化により形成された厚さ約 1 /xmのフィ 一ルド酸化膜 である。 Further, a second p-type impurity layer 104 a having a body depth of 5 ^ m and a dose amount of about 2 E 13 no square cm is formed in the portion where the MOS FET 32 is formed. And a high-concentration n-type impurity layer 109 b and a high-concentration n-type diffusion layer 109 c serving as a drain impurity layer and a source impurity layer, respectively. High-concentration p-type impurity layer formed 110b Is provided. In addition, 106 b formed in the same process as 106 a is used as the gate electrode of the MOSFET for the protection circuit, and 108 is a dose of about 5 E 12 Z square cm for improving the drain withstand voltage. It is a low-concentration n-type offset region. The aluminum electrode layers 112b, 112c, and 112d are the drain electrode, source electrode, and body electrode of the M MSFET 32, respectively. Reference numeral 105b denotes a field oxide film having a thickness of about 1 / xm formed by selective oxidation.
制御回路内蔵パワー M 0 S F E T 3 1 0はプロセスコス ト低減のため 通常のパワー MO S F E Tプロセスを用いて MO S F E T 3 2等の保護 回路用 MO S F E Tをパワー MO S F E Tの ドレイ ン領域である n型ェ ピ夕キシャル層 1 0 2の中に形成した自己分離型構造である。 このため、 従来のパワー MO S F E Tプロセスと同様に低コス 卜で制御回路を内蔵 できるという利点があるものの図 1 に示したようにパワー M 0 S F E T の ドレイ ン端子 1をコ レクタ、 MO S F E T 3 2の ドレイ ン領域 1 0 9 b をェミ ッタ、 MO S F E T 3 2のボディ領域 1 0 4 aをベースとする寄 生 n p n トランジスタ 2 9が形成される。 しかし、 本発明の半導体回路 では上記図 1の説明したように SW2、 SW 3により MO S F E T 3 2 のボディ 4の電圧を制御することにより上記寄生 n p n トランジスタ 2 9の動作を防止できる制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0を使用し ていることが特徴である。 このため、 安価なプロセスを用いて製作可能 な制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0をソースフ才ロア接続させて 負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ドスイ ッチ回路を実現できるという 特徴がある。  The control circuit built-in power M 0 SFET 310 uses a normal power MO SFET process to reduce the protection cost of the protection circuit MO SFETs such as the MOS SFET 32 to reduce the process cost. It is a self-separated structure formed in the pixel layer 102. This has the advantage that the control circuit can be built in at low cost, as in the conventional power MOSFET process, but as shown in Fig. 1, the drain terminal 1 of the power MOSFET is connected to the collector and the MOSFET 32 The drain region 109 b of the MOS FET 32 is used as an emitter, and a parasitic npn transistor 29 based on the body region 104 a of the MOSFET 32 is formed. However, in the semiconductor circuit of the present invention, as described with reference to FIG. 1 above, by controlling the voltage of the body 4 of the MOS FET 32 by using SW2 and SW3, it is possible to prevent the operation of the parasitic npn transistor 29 by using a power supply with a built-in control circuit. The feature is that MOS FET 310 is used. For this reason, there is a feature that a high-side switch circuit that can drive the load 304 at high speed by connecting the power supply with built-in control circuit MOSFET 310 that can be manufactured using an inexpensive process to the source circuit lower can be realized.
(実施例 2 ) 図 3は本発明に係る第 2の実施例の半導体回路の制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の部分を示す。 すなわち、 本実施例では図 1に示し た実施例のなかの制御回路内蔵パワー M O S F E T 3 1 0の部分だけを 具体的な回路で示してある。 また、 図 1のグラン ド 6はソース端子 3に 接続する場合 (接続 a) に対応した実施例であり、 SW 1から SW3も具 体的な回路で示した。 また、 本実施例では保護回路 2 1 として過熱保護 回路と過電流保護回路を内蔵した場合を示してある。 (Example 2) FIG. 3 shows a portion of a power MOS FET 310 with a built-in control circuit of a semiconductor circuit according to a second embodiment of the present invention. That is, in the present embodiment, only the portion of the power MOSFET 310 with a built-in control circuit in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit. In addition, the ground 6 in FIG. 1 is an embodiment corresponding to the case of connecting to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are also shown as specific circuits. In this embodiment, a case is shown in which an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
すなわち、 SW 1はパワー MO S F E T 3 0の内部ゲート 5とソース 端子 3の間を開閉しパヮ一 M〇 S F E T 3 0が過負荷状態においても破 壊しないように設けたスィ ッチであり、 過熱保護に対する M 0 S F E T 3 1、 過電流保護に対する MO S F E T 4 2で構成されている。 SW2 はゲート端子 2と MO S F E T 3 2のボディ 4を開閉するスィ ッチで、 ソース端子 3に対しゲー ト端子 2が負になった時にオンする MO S F E T 3 9と、 ソース端子 3に対しゲー ト端子 2がほぼ同電位の時に ドレイ ン端子 1がソース端子 3に対し 1 0〜 2 0 V以上の正電圧になった場合 にオンする MO S F E T 4 0で構成されている。 SW3はソース端子 3 と MO S F E T 3 2のボディ 4を開閉するスィ ッチで、 MO S F E T 3 8で構成されている。  That is, SW 1 is a switch provided to open and close between the internal gate 5 and the source terminal 3 of the power MOSFET 30 so that the power MOSFET 30 does not break down even in an overload condition. It consists of M SFET 31 for protection and MO SFET 42 for overcurrent protection. SW2 is a switch that opens and closes the gate terminal 2 and the body 4 of the MOS FET 32, and turns on when the gate terminal 2 becomes negative with respect to the source terminal 3. It consists of a MOS FET 40 that turns on when the drain terminal 1 has a positive voltage of 10 to 20 V or more with respect to the source terminal 3 when the terminal 2 has almost the same potential. SW3 is a switch that opens and closes the source terminal 3 and the body 4 of the MOSFET 32, and is composed of a MOSFET 38.
室温において、 ゲート端子 2に 5〜 1 0 V程度の正のゲー ト電圧を印 加してパワー MO S F E T 3 0をオンさせる場合には MO S F E T 3 1、 3 3、 4 2、 3 5、 3 6、 3 9、 4 0はオフ状態、 M〇 S F E T 3 4、 3 7、 3 8、 4 1はオン状態になる。 この理由は以下の通りである。 す なわち、 抵抗 6 6とダイオー ド 8 2は定電圧回路を構成しており、 ダイ ォ一 ド 8 2のカソー ドには 3 V程度の定電圧が印加される。 室温状態で は抵抗 6 5とダイオー ド列 8 1の分圧により M O S F E T 3 7のゲー ト には 1. 5 V以上の電圧が印加されている。 このため MO S F E T 3 7は オン、 MO S F E T 3 6はオフ状態である。 また、 抵抗 6 2、 6 3とM O S F E T 3 4、 3 5で構成されるラッチ回路は抵抗 6 2の値を抵抗 6 3の値より約 1桁大きく設計してあるため、 ゲ一 卜端子 2の正の電圧が 印加されたときには、 常に MO S F E T 3 4はオン、 MO S F E T 3 5 はオフ状態となる。 このため、 MO S F E T 3 1はオフ状態である。 こ のため、 ゲー 卜端子 2の電圧が印加されるとダイォ一 ド 9 0と抵抗 6 1 にゲ一 ト端子 2から電流が流れ MO S F E T 3 2をオンし、 パワー MO S F E T 3 0のゲー トに電荷が供給されパワー M 0 S F E T 3 0は高速 にオンする。 抵抗 6 0は定常状態においてゲー卜端子 2と内部ゲー ト端 子 5の電位差を小さくするために設けてある。 また、 キャパシタ 2 5は ゲー ト端子 2の電圧を上昇させるときブー トス 卜ラップ効果によりさら に高速に MO S F E T 3 2のゲー ト電圧を上昇させるために設けてある。 ゲー ト端子 2をゼロボルトにしてパワー MO S F E T 3 0をオフする場 合には MO S F E T 3 2のみならずダイオー ド 8 0を介してもパワー M ◦ S F E T 3 0のゲー ト電荷を放出できるためパワー MO S F E T 3 0 を高速に遮断できる。 At room temperature, when a positive gate voltage of about 5 to 10 V is applied to the gate terminal 2 to turn on the power MOS SFET 30, the MOS SFETs 3, 1, 3, 3, 4, 2, 3, 5 and 3 6, 39, 40 are off, and M〇 SFETs 34, 37, 38, 41 are on. The reason is as follows. That is, the resistor 66 and the diode 82 constitute a constant voltage circuit, and a constant voltage of about 3 V is applied to the cathode of the diode 82. At room temperature, the MOSFET 37 is gated by the resistor 65 and the voltage division of the diode row 81. Is applied with a voltage of 1.5 V or more. For this reason, the MOS FET 37 is on and the MOS SFET 36 is off. Also, the latch circuit composed of resistors 62, 63 and MOSFETs 34, 35 is designed so that the value of resistor 62 is approximately one digit larger than the value of resistor 63, so the gate terminal 2 When a positive voltage is applied, the MOSFET 34 is always on and the MOSFET 35 is off. Therefore, the MOS FET 31 is off. Therefore, when the voltage of the gate terminal 2 is applied, a current flows from the gate terminal 2 to the diode 90 and the resistor 61 to turn on the MOS FET 32 and turn on the gate of the power MOSFET 30. And the power M 0 SFET 30 turns on at high speed. The resistor 60 is provided to reduce a potential difference between the gate terminal 2 and the internal gate terminal 5 in a steady state. Further, the capacitor 25 is provided for increasing the gate voltage of the MOS FET 32 more quickly by the bootstrap effect when increasing the voltage of the gate terminal 2. When turning off the power MOSFET 30 by setting the gate terminal 2 to zero volts, the power can be released not only through the MOSFET 32 but also through the diode 80. MO SFET 30 can be shut off at high speed.
過電流保護動作は以下の通りである。 'すなわち、 ドレイ ン電流が増加 する場合にはパワー MO S F E T 3 0の ドレイ ン電流をモニタする電流 センス用の MO S F E T 4 3の ドレイ ン電流が増加する。 このため、 抵 抗 7 0における電圧降下が増加し MO S F E T 4 2がオンし始める。 こ のため、 MO S F E T 3 1がオンし、 パワー MO S F E T 3 0の内部ゲ —ト 5の電圧を低下させる (S W 1の抵抗を小さくする) 。 これにより パワー MO S F E T 3 0の ドレイ ン電流が過大になることを防止する。 過熱保護動作は以下の通りである。 すなわち、 チップ温度が規定温度以 上に上昇する場合には、 温度の上昇により順方向電圧が低下するダイォ ード列 8 1の電圧降下が低下するため MO S F E T 3 7がオフする。 こ のため、 MO S F E T 3 6がオンして、 MO S F E T 3 4、 3 5と抵抗 6 2、 6 3で構成されるラッチ回路の状態が反転する。 このため、 パヮ — MO S F E T 3 0の内部ゲー ト電圧 5は低下する (SW 1の抵抗を小 さくする) 。 これによりパワー MO S F E T 3 0が遮断する。 The overcurrent protection operation is as follows. That is, when the drain current increases, the drain current of the current sensing MOSFET 43 for monitoring the drain current of the power MOSFET 30 increases. As a result, the voltage drop at the resistor 70 increases and the MOSFET 42 starts to turn on. As a result, the MOS FET 31 is turned on, and the voltage of the internal gate 5 of the power MOSFET 30 is reduced (the resistance of SW 1 is reduced). This prevents the drain current of the power MOSFET 30 from becoming excessive. The overheat protection operation is as follows. That is, the chip temperature is below the specified temperature. When the temperature rises, the MOS FET 37 is turned off because the voltage drop of the diode string 81 in which the forward voltage decreases due to the temperature rise decreases. As a result, the MOS FET 36 is turned on, and the state of the latch circuit composed of the MOS FETs 34, 35 and the resistors 62, 63 is inverted. As a result, the internal gate voltage 5 of the MOS FET 30 is reduced (the resistance of SW 1 is reduced). This shuts off the power MOSFET 30.
本実施例では、 上述の過電流保護や過熱保護が働き、 パワー MO S F E T 3 0の内部ゲー ト 5の電圧を下げる場合にも MO S F E T 3 2のゲ ート 1 0の電圧 1 0を下げて、 MO S F E T 3 2のオン抵抗を増加させ ることが特徴である。 これにより、 MO S F E T 3 1や MO S F E T 4 2のようにパワー MO S F E Tの ドレイ ン電流を遮断または制限するた めに設けてあるスィ ッチ SW 1のオン抵抗をあまり低く しなくても高速 に保護回路を動作できるという効果がある。 また、 過大なゲー ト電流を 流す必要がなくなるという効果もある。  In the present embodiment, the overcurrent protection and the overheat protection described above are activated, and the voltage 10 of the gate 10 of the MOS FET 32 is lowered even when the voltage of the internal gate 5 of the power MOSFET 30 is lowered. The feature is that the on-resistance of the MOS FET 32 is increased. As a result, high-speed operation can be achieved without significantly reducing the on-resistance of the switch SW1, which is provided to cut off or limit the drain current of the power MOSFET, such as the MOSFET 31 and the MOSFET 42. There is an effect that the protection circuit can operate. In addition, there is an effect that it is not necessary to flow an excessive gate current.
本実施例では、 ソースがソース端子 3に接続されている M O S F E T、 すなわち、 MO S F E T 3 1、 MO S F E T 4 2、 MO S F E T 3 3〜 3 7に関しては特開平 7— 5 8 2 9 3号公報に開示してある方法、 すな わちダイオー ド 9 1、 8 9、 9 0、 8 8'を用いることにより、 上記 MO S F E Tの ドレイ ンとパワー MO S F E T 3 0の ドレイ ンとの間に存在 する寄生 n p n トランジスタの動作防止を行い負ゲート電圧保護を行な い、 さらにソースがソース端子 3に接続されていない MO S F E T 3 2 の寄生 n p n トランジスタの動作防止のためには MO S F E T 3 9、 4 0、 3 8を使用している。 すなわち、 外部ゲー ト端子 2が負になった場 合には SW2である MO S F E T 3 9と MO S F E T 4 0がオンし、 S W 3である MO S F E T 3 8がオフする。 このため、 MO S F E T 3 2 のボディ電圧 4はゲート端子電圧 2と同電位になり、 図 1に示した寄生 n p n トランジスタ 2 9のべ一ス · エミ ッ夕間が順バイアスされること を防止した。 本実施例ではこのような負ゲー ト電圧保護により、 高速動 作化のため MO S F E T 3 2を内蔵させた場合にも ドレイ ン端子 1から ゲート端子 2へのリーク電流を遮断できるという効果がある。 In the present embodiment, the MOSFET whose source is connected to the source terminal 3, that is, MO SFET 31, MO SFET 42, and MO SFETs 33 to 37 are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-58293. By using the disclosed method, i.e., the diodes 91, 89, 90, 88 ', there exists between the drain of the above MOS FET and the drain of the power MOS FET 30. To prevent the operation of the parasitic npn transistor and protect the negative gate voltage, and to prevent the operation of the parasitic npn transistor of the MOS SFET 32 whose source is not connected to the source terminal 3, MO SFETs 39, 40 , Using 3 8. That is, when the external gate terminal 2 becomes negative, the MOS FETs 39 and 40 as SW2 are turned on and the MOS FET 38 as SW3 is turned off. Therefore, MO SFET 3 2 The body voltage 4 becomes the same potential as the gate terminal voltage 2 to prevent the base-emitter of the parasitic npn transistor 29 shown in FIG. 1 from being forward-biased. In the present embodiment, such a negative gate voltage protection has an effect that a leak current from the drain terminal 1 to the gate terminal 2 can be cut off even when the MOS FET 32 is built in for high-speed operation. .
さらに本実施例では、 MO S F E T 3 9、 3 8、 4 0のしきい電圧を例 えば 1 Vにした場合にはゲー ト端子 2の電圧が土 1 Vの範囲内では M O S F E T 3 8、 3 9、 4 0はすべてオフ状態となる。 このため、 ゲー ト 端子 2がゼロボルト近辺の時には図 1で述べた寄生 n p n トランジスタ 2 9のベースが開放状態ないしは開放状態に近くなる。 従って、 前記寄 生 n p n トランジスタ 2 9のコ レクタ ' ェミ ツ夕間耐圧はベース ' エミ ッタ間を短絡した場合の B V c e s耐圧 (約 7 0 V) ではなく 、 ベース が開放の場合の B V c e o耐圧 ( 2 0〜 3 0 V程度) 近く に低下する恐 れがある。 そこで、 本実施例ではドレイ ン端子 1がソース端子 3に対し 高電位になり、 SW 2である MO S F E T 4 0がオンすると、 ゲー ト端 子 2と MO S F E T 3 2のボディ 4を短絡するようにしてある。 これに より、 上記寄生 n p n トランジスタ 2 9のコ レクタ · エミ ッ夕間耐圧を ベース · ェミ ッタ間を短絡した場合の B V c e s耐圧 (約 7 0 Vでパヮ 一 MO S F E T 3 0の ドレイン · ソース間耐圧と同じ) に戻し ドレイ ン 耐圧の劣下を防止することができるという効果がある。 なお、 ダイォー ド 8 3、 8 4の降伏電圧を各々 1 0 V、 抵抗 6 7として 40 0 k Q以上 の抵抗を用いた場合には抵抗 6 7を通って流れる ドレイ ンリーク電流は ドレイ ン電圧が 2 0 V程度までは遮断し、 ドレイン電圧が 6 0 Vにおい ても l O O A (= ( 6 0 V- 2 X 1 0 V) / 4 0 0 k Ω ) 以下に抑え られる。 ここで、 ダイオー ド 8 4は MO S F E T 4 0のゲー ト保護とし ても働く。 Further, in this embodiment, when the threshold voltages of the MOS FETs 39, 38, and 40 are set to 1 V, for example, the MOSFETs 38, 39 , 40 are all turned off. Therefore, when the gate terminal 2 is near zero volts, the base of the parasitic npn transistor 29 described in FIG. 1 is in an open state or close to an open state. Therefore, the collector-emitter breakdown voltage of the parasitic npn transistor 29 is not the BV ces breakdown voltage (about 70 V) when the base and the emitter are short-circuited, but the BV ces breakdown voltage when the base is open. There is a possibility that the voltage will drop near the ceo breakdown voltage (about 20 to 30 V). Therefore, in this embodiment, when the drain terminal 1 becomes higher in potential than the source terminal 3 and the MOS SFET 40 as the SW 2 is turned on, the gate terminal 2 and the body 4 of the MO SFET 32 are short-circuited. It is. As a result, the withstand voltage between the collector and the emitter of the parasitic npn transistor 29 is set to the BV ces withstand voltage when the base and the emitter are short-circuited (at about 70 V, the drain of the (Same as the source-to-source breakdown voltage). When the breakdown voltage of the diodes 83 and 84 is 10 V, respectively, and the resistance of the resistor 67 is 400 kQ or more, the drain leakage current flowing through the resistor 67 is reduced by the drain voltage. It is cut off to about 20 V, and it can be suppressed to less than l OOA (= (60 V-2 X 10 V) / 400 kΩ) even when the drain voltage is 60 V. Here, diode 84 is used as gate protection for MOSFET 40. Work even.
従って本実施例でも実施例 1で述べたように信頼性向上のための保護 回路を低コス トプロセスで内蔵したインテリ ジェン トのパワー MO S F E Tを高速動作化でき、 さ らにゲ一ト · ソース間が負になる場合にも寄 生素子動作を防止する負ゲー ト電圧保護を内蔵でき、 さらにこのような 機能追加によってもパワー M 0 S F E Tの ドレイ ン · ソース間耐圧が劣 化しないという特徴がある。 なお、 本実施例で使用されるダイオードや 抵抗は寄生素子が形成されないように MO S F E Tのゲー トに用いる多 結晶シリ コン層を用いて形成することが望ましい。  Therefore, in the present embodiment, as described in the first embodiment, the intelligent power MOS FET incorporating the protection circuit for improving the reliability by a low-cost process can be operated at high speed, and furthermore, the gate-source can be improved. It has a built-in negative gate voltage protection to prevent the operation of the parasitic element even when the voltage becomes negative.Furthermore, even with such a function, the drain-source breakdown voltage of the power MOSFET does not deteriorate. is there. The diodes and resistors used in this embodiment are preferably formed using a polycrystalline silicon layer used for MOS FET gates so that a parasitic element is not formed.
本実施例においても、 安価なプロセスを用いて製作可能な制御回路内 蔵パワー MO S F E T 3 1 0をソースフォロア接続させて負荷 3 0 4を 高速駆動するハイサイ ドスィ ッチ回路を実現できるという特徴がある。  This embodiment also has a feature that a high-side switch circuit that drives the load 304 at a high speed by connecting the power MOS built-in power control MOSFET 310 that can be manufactured using an inexpensive process to a source follower can be realized. is there.
(実施例 3 ) (Example 3)
図 4は本発明に係る第 3の実施例の半導体回路の制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の部分を示す。 すなわち、 本実施例でも図 1 に示し た実施例のなかの制御回路内蔵パワー M O S F E T 3 1 0の部分だけを 具体的な回路で示してある。 また、 図 1のグラン ド 6はソース端子 3に 接続する場合 (接続 a) に対応した実施例であり、 SW 1 と SW 2も具体 的な回路で示した。 本実施例では図 3において SW3として使用した M 〇 S F E T 3 8の代りにダイオー ド 9 0を用いた場合の実施例を示して ある。 また、 本実施例でも保護回路 2 1 として過熱保護回路と過電流保 護回路を内蔵した場合を示してある。  FIG. 4 shows a portion of the power MOSFET 310 of the control circuit built-in of the semiconductor circuit according to the third embodiment of the present invention. That is, also in this embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit. Also, the ground 6 in FIG. 1 is an embodiment corresponding to the case of connecting to the source terminal 3 (connection a), and SW 1 and SW 2 are also shown by specific circuits. In this embodiment, FIG. 3 shows an embodiment in which a diode 90 is used instead of the MSFET 38 used as SW3. This embodiment also shows a case where an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
本実施例ではゲー ト端子 2の電圧が正の時には M〇 S F E T 3 2のボ ディ 4の電圧はダイオー ド 9 3を介してほぼソース端子 3の電圧になる ため M0 S F E T 3 8を用いた場合に比べ MO S F E T 3 2のボディ電 圧とソース端子 3の電圧との差は大きくなりやすいという点が実施例 2 と異なるだけであり本実施例においても、 実施例 1や 2で述べたように 安価なプロセスを用いて製作可能な制御回路内蔵パワー M〇 S F E T 3 1 0をソ一スフォロア接続させて負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ド スィ ッチ回路を実現できるという特徴がある。 In this embodiment, when the voltage of the gate terminal 2 is positive, the voltage of the body 4 of the M〇SFET 32 becomes almost the voltage of the source terminal 3 via the diode 93. Therefore, the difference between the body voltage of the MO SFET 32 and the voltage of the source terminal 3 is likely to be larger than that in the case where the M0 SFET 38 is used. As described in Examples 1 and 2, a high-side switch circuit that drives the load 304 at high speed by connecting the power M 内 蔵 SFET 310 with a source follower that can be manufactured using an inexpensive process. There is a feature that can be realized.
(実施例 4 ) (Example 4)
図 5は本発明に係る第 3の実施例の半導体回路の制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の部分を示す。 すなわち、 本実施例でも図 1に示し た実施例のなかの制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の部分だけを 具体的な回路で示してある。 本実施例は図 1 に示したグラン ド 6は MO S F E T 3 2のボディ 4に接続する場合 (接続 b) に対応した実施例であ り、 SW 1〜 SW3を具体的な回路で示してある。 また、 本実施例でも 保護回路 2 1 として過熱保護回路と過電流保護回路を内蔵した場合を示 してある。  FIG. 5 shows a control circuit built-in power MOSFET 3010 of a semiconductor circuit according to a third embodiment of the present invention. That is, also in the present embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit. This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the body 4 of the MOS FET 32 (connection b), and SW 1 to SW 3 are shown by specific circuits. . This embodiment also shows a case where an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
本実施例では図 3に示していた MO S F E T 3 1、 3 3〜 3 7に存在 する寄生 n p n トランジスタ動作防止のために使用していた負ゲー ト電 圧保護用ダイオー ド 8 8、 9 1を使用せずに第三のスィ ツチング手段 ( SW 3 ) である MO S F E T 3 8を用いて MO S F E T 3 2 と同じ方法 により負ゲート電圧保護を行う場合を示してある。 なお、 本実施例では ダイオー ド 9 0を残してある。 これは、 キャパシ夕 2 5によるブ一 トス トラップ効果により、 通常の MO S F E T 3 0のオン動作では MO S F E T 3 2のゲー トを高速に昇圧させるためである。 従って、 このブート ス トラップ効果を期待しない場合にはダイオー ド 9 0とキャパシタ 2 5 は不要である。 In this embodiment, the negative gate voltage protection diodes 88, 91 used to prevent the operation of the parasitic npn transistors existing in the MOSFETs 31, 33 to 37 shown in FIG. 3 are used. The figure shows a case in which the third switching means (SW 3), which is the third switching means (SW 3), is used, and the negative gate voltage protection is performed by the same method as that of the MOS FET 32. In this embodiment, the diode 90 is left. This is because the gate of the MOS FET 32 is boosted at a high speed in the normal ON operation of the MOS FET 30 due to the bootstrap effect of the capacitor 25. Therefore, if this bootstrap effect is not expected, diode 90 and capacitor 25 Is unnecessary.
本実施例においても、 実施例 1や 2で述べたように安価なプロセスを 用いて製作可能な制御回路内蔵パヮ一 M〇 S F E T 3 1 0をソースフォ ロア接続させて負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ドスイ ッチ回路を実 現できるという特徴がある。  Also in this embodiment, as described in the first and second embodiments, the load 304 is driven at a high speed by connecting the power source built-in control circuit M〇SFET 310, which can be manufactured using an inexpensive process, to the source follower. The feature is that a high-side switch circuit can be realized.
さ らに、 本実施例の制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0は MO S F E T 3 8として低オン抵抗素子を使用することにより、 MO S F E T 3 8における ドレイ ン · ソース間電圧を図 1〜図 4で用いていた負ゲー ト 電圧保護用ダイオー ド 8 8、 9 1のアノー ド · カソー ド間電圧より低く することができる。 従ってこの電圧分だけゲート端子 2の電圧が下がつ ても MO S F E T 3 3〜 3 7を用いた過熱保護回路は正常動作範囲でき る。 すなわち、 ゲー ト電圧の動作マージンを拡大できるという効果があ り、 さらに、 過熱保護回路が動作した後の内部ゲー ト端子 5の電圧を従 来より低くできるため ドレイン電流を遮断する能力を高くできるという 効果もある。 従って、 制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0のゲー ト 電圧の動作マージンが広く、 保護回路が動作した後の ドレイ ン電流の制 限効果が高いパワースィ ッチ回路を実現できるという特徴もある。 In addition, the power MOS FET 310 with a built-in control circuit of the present embodiment uses a low on-resistance element as the MOS FET 38 to reduce the drain-source voltage of the MO SFET 38 as shown in FIGS. It can be lower than the anode-cathode voltage of the negative gate voltage protection diodes 88, 91 used in the above. Therefore, even if the voltage of the gate terminal 2 decreases by this voltage, the overheat protection circuit using the MOSFETs 33 to 37 can operate normally. In other words, there is an effect that the operation margin of the gate voltage can be expanded, and the voltage of the internal gate terminal 5 after the overheat protection circuit operates can be made lower than before, so that the ability to cut off the drain current can be increased. There is also the effect. Therefore, there is also a feature that a power switch circuit having a wide operation margin of the gate voltage of the control circuit built-in power MOSFET 310 and having a high drain current limiting effect after the protection circuit operates can be realized.
(実施例 5 ) (Example 5)
図 6は本発明に係る第 5の実施例の半導体回路の制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の部分を示す。 すなわち、 本実施例でも図 1 に示し た実施例のなかの制御回路内蔵パワー M 0 S F E T 3 1 0の部分だけを 具体的な回路で示してある。 本実施例も図 1に示したグラン ド 6は M〇 S F E T 3 2のボディ 4に接続する場合 (接続 b) に対応した実施例であ り、 SW 1〜 SW 3を具体的な回路で示してある。 また、 本実施例でも 保護回路 2 1 として過熱保護回路と過電流保護回路を内蔵した場合を示 してある。 FIG. 6 shows a power MOS FET 310 with a built-in control circuit of a semiconductor circuit according to a fifth embodiment of the present invention. That is, also in this embodiment, only the portion of the control circuit built-in power M 0 SFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit. This embodiment is also an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the body 4 of the M〇SFET 32 (connection b), and SW 1 to SW 3 are shown by specific circuits. It is. In this embodiment, The case where the overheat protection circuit and the overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21 is shown.
図 6に示した実施例 5においては MO S F E T 3 9と MO S F E T 4 0を用いて SW 2を構成していたのに対し、 本実施例は MO S F E T 4 0だけで SW2を構成でした場合の実施例である。 本実施例では実施例 5に比べ負ゲー ト電圧保護能力が低下するものの図 5に示した MO S F E T 3 9を使用しなくてもすむため保護回路の占有面積を低減できると いう効果がある。 本実施例の場合にも実施例 1や 2で述べたように安価 なプロセスを用いて製作可能な制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0 をソースフォロア接続させて負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ドスィ ツチ回路を実現できるという特徴があり、 実施例 4に述べたように制御 回路内蔵パヮ一 MO S F E T 3 1 0のゲー ト電圧の動作マージンが広く、 保護回路が動作した後の ドレイ ン電流の制限効果が高いパワースィ ツチ 回路を実現できるという特徴もある。  In the embodiment 5 shown in FIG. 6, the SW 2 is configured using the MO SFET 39 and the MO SFET 40, whereas in the present embodiment, the SW 2 is configured only with the MO SFET 40. This is an example. In the present embodiment, the negative gate voltage protection ability is lower than that of the fifth embodiment, but there is an effect that the area occupied by the protection circuit can be reduced because the MOS FET 39 shown in FIG. 5 is not required. In this embodiment as well, as described in the first and second embodiments, a high-speed circuit for driving the load 304 at a high speed by connecting the power MOSFET 310 with a built-in control circuit, which can be manufactured using an inexpensive process, to the source follower. The feature is that a switching circuit can be realized.As described in the fourth embodiment, the operating margin of the gate voltage of the control circuit built-in MOS FET 310 is wide, and the drain current after the protection circuit operates is reduced. Another feature is that a power switch circuit with a high limiting effect can be realized.
(実施例 6 ) (Example 6)
図 7は本発明に係る第 6の実施例の半導体回路の制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の部分を示す。 すな'わち、 本実施例でも図 1 に示し た実施例のなかの制御回路内蔵パワー M O S F E T 3 1 0の部分だけを 具体的な回路で示してある。 本実施例は図 1 に示したグラン ド 6はソー ス端子 3に接続する場合 (接続 a) に対応した実施例であり、 SW 1〜 S W 3を具体的な回路で示してある。 また、 本実施例でも保護回路 2 1 と して過熱保護回路と過電流保護回路を内蔵した場合を示してある。  FIG. 7 shows a portion of the power MOSFET 310 of the control circuit built-in of the semiconductor circuit according to the sixth embodiment of the present invention. That is, in this embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 1 is shown by a specific circuit. This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are shown by specific circuits. Also, in this embodiment, a case is shown in which the overheat protection circuit and the overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
本実施例では図 1 に示したグラン ド 6はソース端子 3に接続する場合 (接続 a) ではあるが M〇 S F E T 3 1、 3 3〜 3 7のボディ は MO S F E T 3 2のボディ 4と接続してある。 このため、 MO S F E T 3 1、 3 3 - 3 7に存在する寄生 n p n トランジスタ動作防止のために図 1等で 使用していた負ゲ一ト電圧保護用ダイオード 8 8、 9 1 を使用せずに第 三のスイ ッチング手段 (SW3 ) である MO S F E T 3 8を用いて MO S F E T 3 2と同じ方法 (寄生 n p n トランジスタのェミ ッタ · ベース 間を短絡する方法) により負ゲー ト電圧保護を行っている。 この点では 図 5に示した実施例 4の場合と同様である。 本実施例では MO S F E T 3 1、 3 3 ~ 3 7のソースがソース端子 3に接続してあるため MO S F E T 3 1、 3 3〜 3 7の ドレイ ン電流が M O S F E T 3 8には流れない。 このため、 図 6に示した実施例 5の場合に比べ MO S F E T 3 8のオン 抵抗を低く しなくても (素子の占有面積を大きく しなくても) MO S F E T 3 2のボディ 4を容易に制御できるという利点がある。 その他の点 では本実施例の場合にも実施例 1や 2で述べたように安価なプロセスを 用いて製作可能な制御回路内蔵パワー M〇 S F E T 3 1 0を用い負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ドスィ ツチ回路を耐圧劣化なく実現できる という効果があり、 さらに、 実施例 4に述べたように制御回路内蔵パヮ -M O S F E T 3 1 0のゲ一 ト電圧の動作マ一ジンが広く、 保護回路が 動作した後の ドレイ ン電流の制限効果が'高いパワースィ ッチ回路を実現 できるという特徴もある。 In this embodiment, the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), but the body of the M〇 SFETs 31 and 33 to 37 is MO SF Connected to body 4 of ET 32. For this reason, the negative gate voltage protection diodes 88, 91 used in Fig. 1 etc. to prevent the operation of the parasitic npn transistor existing in the MOSFETs 31, 33, 37-37 must be used. Negative gate voltage protection is performed using the third switching means (SW3), the MOS SFET 38, in the same manner as the MOS SFET 32 (a method of short-circuiting between the emitter and base of the parasitic npn transistor). ing. This is the same as the case of the fourth embodiment shown in FIG. In this embodiment, since the sources of the MOS SFETs 31 and 33 to 37 are connected to the source terminal 3, the drain current of the MO SFETs 31 and 33 to 37 does not flow through the MOSFET 38. Therefore, compared to the case of the fifth embodiment shown in FIG. 6, the body 4 of the MO SFET 32 can be easily formed without reducing the ON resistance of the MO SFET 38 (without increasing the area occupied by the element). There is an advantage that it can be controlled. In other respects, in the case of this embodiment as well, as described in Embodiments 1 and 2, the control circuit built-in power M 0SFET 310 that can be manufactured using an inexpensive process drives the load 304 at high speed. This has the effect that a high-side switch circuit can be realized without deterioration of the withstand voltage. Further, as described in the fourth embodiment, the operation margin of the gate voltage of the power MOSFET 310 with a built-in control circuit is wide and the protection circuit is Another feature is that a power switch circuit with a high drain current limiting effect after operation can be realized.
(実施例 7 ) (Example 7)
図 8は本発明に係る半導体装置の第 7の実施例を示す。 本実施例では 図 9の断面図に示してあるようにフローティ ングの p型拡散層 1 0 3 c のノー ド 7を用いて S W 2を制御する場合の実施例である。 本実施例で はドレイ ン端子 1 に 1 0 V程度の電圧が印加されたときパワー M 0 S F E T 3 0のボディである p型拡散層 1 0 3 a と n型ェピタキシャル層 1 0 2の間に形成される空乏層がフローティ ングの p型拡散層 1 0 3 cに 達するように設計し、 これにより SW2がオンするようにしてあること が特徴である。 このフローティ ングノード 7 と n型ェピ夕キシャル層 1 0 2との間には寄生ダイォ一ド 9 2が形成されるがこのダイォ一 ドの耐 圧は MO S F E T 3 0の ドレイ ン耐圧と同じにしても構わない。 本実施 の場合には寄生ダイォ一 ドの耐圧をパワー MO S F E T 3 0の ドレイン 耐圧と同じにした場合には図 3等において ドレイ ン端子 1からのリーク 電流を低減するために設けていた抵抗 6 7は不要である。 本実施例の場 合にも実施例 1で述べたように安価なプロセスを用いて製作可能な制御 回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0をソースフォロア接続させて負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ドスイ ッチ回路を実現できるという特徴が ある。 FIG. 8 shows a seventh embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 9, an embodiment in which SW 2 is controlled using the node 7 of the floating p-type diffusion layer 103 c is shown. In this embodiment, when a voltage of about 10 V is applied to the drain terminal 1, the power M 0 SF The depletion layer formed between the p-type diffusion layer 103a, which is the body of the ET30, and the n-type epitaxial layer 102, is designed to reach the floating p-type diffusion layer 103c. The feature is that SW2 is turned on by this. A parasitic diode 92 is formed between the floating node 7 and the n-type epitaxial layer 102, but the withstand voltage of this diode is the same as the drain withstand voltage of the MOSFET 30. It does not matter. In this embodiment, when the withstand voltage of the parasitic diode is set to be equal to the withstand voltage of the drain of the power MOSFET 30, the resistor provided to reduce the leakage current from the drain terminal 1 in FIG. 7 is unnecessary. In the case of this embodiment as well, as described in Embodiment 1, a high-side switch that drives the load 304 at high speed by connecting the power MOSFET 310 with a built-in control circuit that can be manufactured using an inexpensive process to the source follower. The feature is that a switch circuit can be realized.
(実施例 8 ) (Example 8)
図 1 0は本発明に係る第 8の実施例の半導体回路の制御回路内蔵パヮ — MO S F E T 3 1 0の部分を示す。 すなわち、 本実施例は図 8に示し た実施例のなかの制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0の部分だけを 具体的な回路で示してある。 本実施例は図 1 に示したグラン ド 6はソー ス端子 3に接続する場合 (接続 a) に対応した実施例であり、 SW 1〜 S W3を具体的な回路で示してある。 また、 本実施例でも保護回路 2 1 と して過熱保護回路と過電流保護回路を内蔵した場合を示してある。  FIG. 10 shows a part of a control circuit-built-in MOS FET 310 of a semiconductor circuit according to an eighth embodiment of the present invention. That is, in the present embodiment, only the portion of the control circuit built-in power MOSFET 310 in the embodiment shown in FIG. 8 is shown by a specific circuit. This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are shown by specific circuits. Also, in this embodiment, a case is shown in which the overheat protection circuit and the overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21.
本実施例は図 3の多結晶ダイォー ド 8 3の代りに n型ェピタキシャル層 1 0 2と p型拡散層 1 0 3 cにより形成される寄生ダイオー ド 9 2が形 成される回路になる。 本実施例では前述のようにダイォー ド 9 2の耐圧 をパワー MO S F E T 3 0の ドレイ ン耐圧と同じにした場合には図 3等 において ドレイ ン端子 1からのリーク電流を低減するために設けていた 抵钪 6 7は不要である。 本実施例では実施例 7で説明したように ドレイ ン電圧が例えば 1 0 V以上になると p型拡散層 1 0 3 a と n型ェピタキ シャル層 1 0 2の間に形成される空乏層がフローティ ングの p型拡散層 1 0 3 c に達するためにフローティ ングノード 7が 1 0 Vになる (寄生 ダイオー ド 9 2が降伏するためではない) 。 このため、 ゲー ト端子 2 と ソース端子 3がほぼ同じ電圧の場合でも図 3の回路と同じように MO S F E T 4 0がオンするため MO S F E T 3 2のボディ 4はゲー ト端子 2 と同じ電圧となり寄生 n p n トランジスタによる ドレイ ン ' ソース間の 耐圧劣化を防止できる。 このため、 本実施例の場合にも実施例 1や 2で 述べたように安価なプロセスを用いて製作可能な制御回路内蔵パワー M O S F E T 3 1 0 をソースフォロア接続させて負荷 3 0 4を高速駆動す るハイサイ ドスィ ッチ回路を実現できるという特徴がある。 This embodiment is a circuit in which a parasitic diode 92 formed by an n-type epitaxial layer 102 and a p-type diffusion layer 103c instead of the polycrystalline diode 83 in FIG. 3 is formed. . In this embodiment, as described above, the breakdown voltage of the diode 92 is In this case, the resistor 67 provided for reducing the leakage current from the drain terminal 1 in FIG. 3 and the like is unnecessary when the power MOS FET 30 has the same drain withstand voltage. In this embodiment, as described in the seventh embodiment, when the drain voltage becomes, for example, 10 V or more, the depletion layer formed between the p-type diffusion layer 103a and the n-type epitaxial layer 102 becomes a floating layer. The floating node 7 goes to 10 V to reach the p-type diffusion layer 103 c of the floating (not because of the breakdown of the parasitic diode 92). Therefore, even when the gate terminal 2 and the source terminal 3 have almost the same voltage, the MO SFET 40 is turned on as in the circuit of FIG. 3, and the body 4 of the MO SFET 32 has the same voltage as the gate terminal 2. The degradation of the breakdown voltage between the drain and source due to the parasitic npn transistor can be prevented. Therefore, in the case of this embodiment, as described in the first and second embodiments, the power MOSFET 310 with a built-in control circuit, which can be manufactured using an inexpensive process, is connected to the source follower to drive the load 304 at high speed. It has the feature that a high-side switch circuit can be realized.
(実施例 9 ) (Example 9)
図 1 1 は本発明に係る半導体回路の第 9の実施例を示す。 本実施例で は実施例 1 においてゲー 卜端子 2 とソース端子 3がほぼ同じ電圧の場合 に MO S F E T 2 9のボディがフローティ ングになることを防止する手 段として、 MO S F E T 3 2のボディ 4 とソース端子 3 との間に抵抗 7 2 を設けて寄生 n p n トランジスタ 2 9による ドレイ ン · ソース間耐圧 劣化を防止する場合の実施例である。 このため、 本実施例の場合には実 施例 1 のように ドレイ ン電圧により SW 2 を制御して MO S F E T 2 9 のボディがフローティ ングになることを防ぐ必要はなくなる。  FIG. 11 shows a ninth embodiment of the semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment, as a means for preventing the body of the MOS FET 29 from becoming floating when the gate terminal 2 and the source terminal 3 have substantially the same voltage in the first embodiment, This is an embodiment in which a resistor 72 is provided between the source and the source terminal 3 to prevent degradation of the drain-source breakdown voltage due to the parasitic npn transistor 29. Therefore, in the case of the present embodiment, it is not necessary to control the SW 2 by the drain voltage to prevent the body of the MOSFET 29 from floating as in the first embodiment.
抵抗 7 2の値は S W 2や S W 3のオン抵抗より約 5倍以上大きくする ことにより、 本実施例の場合にも実施例 1で述べたように安価なプロセ スを用いて製作可能な制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0をソース フォロア接続させて負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ドスイ ッチ回路 を実現できるという特徴がある。 The value of resistor 72 should be about 5 times larger than the on resistance of SW 2 and SW 3. As a result, in this embodiment as well, as described in the first embodiment, the power MOSFET 310 with a built-in control circuit that can be manufactured using an inexpensive process is connected to the source follower to drive the load 304 at high speed. The feature is that a high-side switch circuit can be realized.
(実施例 1 0 ) (Example 10)
図 1 2は本発明に係る第 1 0の実施例の半導体回路の制御回路内蔵パ ヮー MO S F E T 3 1 0の部分を示す。 すなわち、 本実施例は図 1 1 に 示した実施例のなかの制御回路内蔵パワー M 0 S F E T 3 1 0の部分だ けを具体的な回路で示してある。 本実施例は図 1に示したグラン ド 6は ソース端子 3に接続する場合 (接続 a) に対応した実施例であり、 SW 1 〜 SW3を具体的な回路で示してある。 また、 本実施例でも保護回路 2 1 として過熱保護回路と過電流保護回路を内蔵した場合を示してある。 本実施例ではドレイ ン電圧により SW 2を制御して MO S F E T 2 9の ボディがフローティ ングになることを防ぐ必要はないため、 図 3の抵抗 6 7〜 7 0、 MO S F E T 4 0、 4 1、 ダイオー ド 8 3、 8 4が不要と なり、 そのかわり抵抗 7 2を設けて MO S F E T 2 9のボディがフロー ティ ングになることを防止している。 これにより、 本実施例の場合にも 実施例 1や 2で述べたように安価なプロセスを用いて製作可能な制御回 路内蔵パワー MO S F E T 3 1 0をソースフォロア接続させて負荷 3 0 4を高速駆動するハイサイ ドスィ ッチ回路を実現できるという特徴があ る。  FIG. 12 shows a part of a control circuit built-in power MOS FET 310 of a semiconductor circuit according to a tenth embodiment of the present invention. That is, in the present embodiment, only the portion of the control circuit built-in power M 0 S FET 310 in the embodiment shown in FIG. 11 is shown by a specific circuit. This embodiment is an embodiment corresponding to the case where the ground 6 shown in FIG. 1 is connected to the source terminal 3 (connection a), and SW1 to SW3 are shown by specific circuits. Also, in this embodiment, a case where an overheat protection circuit and an overcurrent protection circuit are incorporated as the protection circuit 21 is shown. In this embodiment, since it is not necessary to control the SW 2 by the drain voltage to prevent the body of the MOS FET 29 from becoming floating, the resistors 67 to 70 and the MOS SFETs 40 and 41 in FIG. The diodes 83 and 84 are not required, and instead, the resistor 72 is provided to prevent the body of the MOSFET 29 from floating. As a result, in this embodiment as well, as described in the first and second embodiments, the power MOS SFET 310 with a built-in control circuit, which can be manufactured using an inexpensive process, is connected to the source follower, and the load 304 is connected. The feature is that a high-side switch circuit that can be driven at high speed can be realized.
なお、 本実施例においてゲー ト端子 2に正の電圧が印加されている場 合に MO S F E T 3 2のボディ 4とソース端子 3のイ ンピーダンスを小 さくする必要がない場合には M 0 S F E T 3 8を取り除く ことも可能で ある。 (実施例 1 1 ) In this embodiment, when a positive voltage is applied to the gate terminal 2 and the impedance between the body 4 of the MOS FET 32 and the source terminal 3 does not need to be reduced, the M 0 SFET 3 It is also possible to remove 8 is there. (Example 11)
図 1 3は本発明に係る半導体回路の第 1 1の実施例を示す。 本実施例 では 3 1 1、 3 1 2は図 1、 3 ~ 8、 1 0〜 1 2に示した制御回路内蔵 パワー MO S F E T 3 1 0である。 また、 3 0 4は負荷、 3 0 1はバッ テリ、 3 1 3、 3 1 4はパヮ一^1〇 3 ? £丁、 3 1 6と 3 1 7は上記制 御回路内蔵パヮ一 MO S F E T 3 1 1、 3 1 2とパワー MO S F E T 3 1 3、 3 1 4を駆動するプリ ドライバ、 3 0 7、 3 0 8はプリ ドライバ の入力端子である。 本回路ではパワースィ ツチとして使用する制御回路 内蔵パワー MO S F E T 3 1 1、 3 1 2を上アーム素子として使用した Hプリ ッジ回路である。 本実施例の場合にも制御回路内蔵パワー MO S F E T 3 1 1、 3 1 2はソースフォロア接続されているため、 プリ ドラ ィバ回路 3 1 6、 3 1 7でパワー MO S F E T 3 0のオン抵抗が十分下 がるようにゲート端子 2を電源端子 3 0 3より 5 Vから 1 0 V程度昇圧 して駆動する必要がある。 また、 制御回路内蔵パワー M O S F E T 3 1 1、 3 1 2をオフさせるためにはゲート端子 2をグラン ド 3 0 2まで下 げる。 この時注意すべき点は実施例 1でも述べたように高速に制御回路 内蔵パワー MO S F E T 3 1 1、 3 1 2をオフしょう とすると制御回路 内蔵パワー MO S F E T 3 1 1、 3 1 2のゲー ト端子 2がソース端子 3 より負に駆動されることであるが、 安価なプロセスを用いて製作可能な 制御回路内蔵パヮ一 M〇 S F E T 3 1 1、 3 1 2を実施例 1から 1 0ま でに示した回路構成にすることによりハイサイ ドスィ ッチ回路の場合と 同様に本実施例で示すようなプリ ッジ回路も実現でき高速に駆動できる という特徴がある。 (実施例 1 2 ) FIG. 13 shows a first embodiment of the semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment, reference numerals 311 and 312 denote the power MOS FETs 310 with built-in control circuits shown in FIGS. 1 and 3 to 8 and 10 to 12, respectively. Also, 304 is a load, 310 is a battery, 311 and 314 are a part of the control circuit, and 316 and 317 are parts of the control circuit built-in MO SFET. Pre-drivers for driving 311, 312 and power MOSFETs 313, 314, and 307 and 308 are input terminals of the pre-driver. This circuit is an H-bridge circuit that uses a control circuit built-in power MOSFET 311 and 312 used as a power switch as an upper arm element. Also in this embodiment, since the power MOS SFETs 311 and 312 with a built-in control circuit are connected to the source follower, the on-resistance of the power MOS SFET 30 is controlled by the pre-driver circuits 316 and 317. It is necessary to drive the gate terminal 2 by boosting it from 5 V to 10 V from the power supply terminal 303 so that the voltage drops sufficiently. In order to turn off the power MOSFETs 311 and 312 with the built-in control circuit, the gate terminal 2 is lowered to ground 302. At this time, it should be noted that as described in the first embodiment, when the control circuit built-in power MO SFETs 311 and 312 are turned off at high speed, the control circuit built-in power MO SFETs 311 and 312 Although the gate terminal 2 is driven more negatively than the source terminal 3, the control circuit built-in MFETSFETs 311 and 312 that can be manufactured using an inexpensive process are used in the first to tenth embodiments. By adopting the circuit configuration shown in (1) and (2), similarly to the case of the high-side switch circuit, there is a feature that the bridge circuit as shown in this embodiment can be realized and can be driven at high speed. (Example 12)
図 1 4は本発明に係る半導体回路の第 1 2の実施例を示す。 本実施例 は図 1 、 3 〜 8 、 1 0〜 1 2 に示したパヮ一M O S F E T 3 0の代りに I G B T 5 0 を用いた場合の実施例である。 図 1 4において 1 1 はコ レ クタ端子、 1 2 はゲー ト端子、 1 3はェミ ッタ端子である。 また M O S F E T 3 2は図 1 の場合と同様に I G B T 5 0の高速スイ ッチングを行 うために設けてあり、 ノ ワ一スィ ッチ素子がパワー M O S F E T 3 0の 代りに I G B T 5 0 を使用したことだけが異なり他の回路構成は同じで ある。 図 1 5 には本発明の保護回路を内蔵した I G B Tの断面構造を示 してある。 図 1 5 と図 2の相違点は基板として p型基板 2 0 1 を使用し, その上に p型基板 2 0 1 から n型ベース領域として働く n型ェピタキシ ャル層 1 0 2への少数キャ リアの注入を抑制するために n型ェピタキシ ャル層 1 0 2より高濃度の n型バッファ領域 2 0 2 を設けている点だけ である。 また、 本実施例の場合には寄生 n p n トランジスタの代りに図 1 5の断面構造から明らかなように、 I G B T 5 0のコ レクタ端子 1 1 と MO S F E T 3 2の ドレイ ンの間には図 1 4に示す寄生サイ リス夕 5 2が形成される。 従ってゲー 卜端子 1 2'に負の電圧が印加されるとこの 寄生サイ リス夕 5 2がオンしてコ レクタ端子 1 1からゲート端子 1 2 に リーク電流が流れる恐れがある。 つまり、 パワー M O S F E T 3 0の代 りに I G B T 5 0 を用いた場合には寄生 n p n トランジスタ 2 9の代り に寄生サイ リス夕 5 2 による問題が発生し、 その対策はこれまで述べて きたパワー MO S F E T 3 0の場合と同じ方法が使用できる。 すなわち 実施例 1 の図 1 に示した S W 2 と S W 3 を用いた M O S F E T 3 2のボ ディ 4の制御により I G B T 5 0の負ゲー ト電圧保護を達成し、 さらに ゲ一ト端子 1 2がゼロポル卜付近においてサイ リス夕 5 2のベース 4 フローティ ングになった時、 サイ リス夕 5 2のラッチアップにより I G B T 5 0 の実効的コレクタ · ェミ ツタ間耐圧が劣化することを防止して いる。 すなわち、 実施例 1 1 までにパワー MO S F E Tを用いて説明し た本発明の半導体回路のように I G B Tを用いた場合にも全く同様な回 路を構成でき、 プロセスコス トが安く 、 高速動作化、 負ゲー ト電圧保護、 コ レクタ · ェミ ッタ間耐圧の劣下防止を図ったェミ ッタフォロアの制御 回路内蔵 I G B Tを用いたパワースィ ッチ回路が実現できるという特徴 がある。 FIG. 14 shows a twelfth embodiment of the semiconductor circuit according to the present invention. This embodiment is an embodiment in which an IGBT 50 is used in place of the power MOSFET 30 shown in FIGS. 1, 3 to 8 and 10 to 12. In FIG. 14, 11 is a collector terminal, 12 is a gate terminal, and 13 is an emitter terminal. The MOSFET 32 is provided for high-speed switching of the IGBT 50 as in the case of Fig. 1, and the IGBT 50 is used instead of the power MOSFET 30 for the power switch. The only difference is that the other circuit configurations are the same. FIG. 15 shows a cross-sectional structure of an IGBT incorporating the protection circuit of the present invention. The difference between Fig. 15 and Fig. 2 is that a p-type substrate 201 is used as the substrate, and a small number of p-type substrates 201 from the p-type substrate 201 to the n-type epitaxial layer 102 acting as the n-type base region. The only difference is that an n-type buffer region 202 having a higher concentration than the n-type epitaxial layer 102 is provided in order to suppress carrier injection. Further, in the case of this embodiment, as is apparent from the cross-sectional structure of FIG. 15 in place of the parasitic npn transistor, between the collector terminal 11 of the IGBT 50 and the drain of the MOS FET 32, as shown in FIG. The parasitic thyristor 52 shown in 4 is formed. Therefore, when a negative voltage is applied to the gate terminal 12 ', the parasitic thyristor 52 is turned on, and a leak current may flow from the collector terminal 11 to the gate terminal 12. In other words, when the IGBT 50 is used instead of the power MOSFET 30, a problem occurs due to the parasitic thyristor 52 instead of the parasitic npn transistor 29, and the countermeasures are taken by the power MOSFET described above. The same method as for 30 can be used. That is, by controlling the body 4 of the MOSFET 32 using the SW 2 and SW 3 shown in FIG. 1 of the first embodiment, the negative gate voltage protection of the IGBT 50 is achieved. When the gate terminals 1 and 2 reach the base 4 floating of the thyristor 52 near the zero port, the effective collector-emitter voltage of the IGBT 50 deteriorates due to the latch-up of the thyristor 52. Is prevented. In other words, even when an IGBT is used like the semiconductor circuit of the present invention described using the power MOSFET in the first embodiment, a completely similar circuit can be configured, and the process cost is low and high-speed operation is achieved. The feature is that a power switch circuit using an IGBT with a built-in control circuit of an emitter follower that protects the negative gate voltage and prevents deterioration of the withstand voltage between the collector and the emitter can be realized.
以上、 本発明の好敵な実施例について説明したが、 本発明は前記実施 例に限定するものではなく、 例えば前記実施例ではパワー MO S F E T を含む全ての MO S F E Tや I G B Tは nチャネル型として説明したが 全ての素子を pチャネル型としても同様の効果が得られ、 本発明の精神 を逸脱しない範囲内において数々の設計変更をなしえることは勿論であ る。  Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.For example, in the above-described embodiment, all the MOS SFETs and IGBTs including the power MOS SFET are described as n-channel type. However, the same effect can be obtained even if all the devices are of the p-channel type, and it goes without saying that many design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
前述した実施例から明らかなように、 本発明によれば例えば過熱保護 回路や過電流保護回路等の制御回路を自己分離構造で内蔵したパワー M O S F E Tや I G B Tをパワースィ ッチ素子として使用するハイサイ ド スィ ッチ回路やブリ ッジ回路の高速動作化を寄生 n p n トランジスタや 寄生サイ リス夕による誤動作を防止して実現できるという効果がある。  As is clear from the embodiments described above, according to the present invention, for example, a high-side switch using a power MOSFET or IGBT as a power switch element in which a control circuit such as an overheat protection circuit or an overcurrent protection circuit is built in a self-isolation structure. This has the effect that high-speed operation of switch circuits and bridge circuits can be realized by preventing malfunctions due to parasitic npn transistors and parasitic thyristors.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 制御回路内蔵絶縁ゲ一 ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) とバッテリ ( 3 0 1 ) と負荷 ( 3 0 4 ) を少なく とも有し、 1. Insulated gate type semiconductor device with built-in control circuit (310), battery (310) and load (304) at least.
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は、 The above-mentioned insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310)
半導体基板の N型の第 1 の不純物領域 ( 1 0 2 ) と該第 1 の不純物領域 に接する P型の第 2の不純物領域 ( 1 0 7 ) と該第 2の不純物領域に覆 われた N型の第 3の不純物領域 ( 1 0 9 a ) とを含む第 1 トランジスタN-type first impurity region (102) of the semiconductor substrate, P-type second impurity region (107) in contact with the first impurity region, and N covered by the second impurity region Transistor including a third impurity region of type (109a)
(パワー MO S 3 0 ) と、 (Power MO S 30) and
上記第 1 の不純物領域に接する P型の第 4の不純物領域 ( 1 0 4 a ) と、 上記第 4の不純物領域に覆われた N型の第 5及び第 6の不純物領域 ( 1 0 9 b、 c ) を含む第 2の トランジスタ (MO S F E T 3 2 ) と、 上記第 1 の不純物領域に接続された第 1端子 ( 1 ) と、 A p-type fourth impurity region (104a) in contact with the first impurity region; and n-type fifth and sixth impurity regions (109b) covered by the fourth impurity region. , C), a second transistor (MO SFET 32), a first terminal (1) connected to the first impurity region,
上記第 2の トランジス夕の上記第 5の不純物領域 ( 1 0 9 b ) に接続さ れたゲー ト端子 ( 2 ) と、 A gate terminal (2) connected to the fifth impurity region (109b) in the second transistor,
上記第 3の不純物領域に接続された第 2端子 ( 3 ) と、 A second terminal (3) connected to the third impurity region,
上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) と、 A first switch circuit (SW2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 2の スィ ッチ回路 ( S W 3 ) とを具備し、 A second switch circuit (S W3) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region;
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオフであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned off and the first switch is turned off. The circuit (SW2) is on and
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( SW 3 ) がオンであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオフであり、 上記第 1端子 ( 1 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して所定の正極性 の電圧より も大きいとき上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオフであ るとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) を上記バッテリ ( 3 0 1 ) に接続し、 上記第 2端子 ( 3 ) を上記負 荷 ( 3 0 4 ) に接続し、 上記ゲ一 ト端子 ( 2 ) により上記第 1端子 ( 1 ) と上記第 2端子 ( 3 ) の間の主電流を制御することを特徴とするパヮ ースィ ツチ回路。 When the voltage of the gate terminal (2) is positive with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned on and the first switch is turned on. The circuit (SW2) is off, When the voltage of the first terminal (1) is higher than a predetermined positive voltage with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned off and the second switch circuit (SW3) is turned off. The switch circuit (SW2) of No. 1 is on, and the insulated gate semiconductor device (310) with the built-in control circuit connects the first terminal (1) to the battery (310), The second terminal (3) is connected to the load (304), and the main current between the first terminal (1) and the second terminal (3) is controlled by the gate terminal (2). A power switch circuit characterized by controlling.
2. 請求項 1 に記載のパワースィ ッチ回路において、  2. The power switch circuit according to claim 1,
上記第 1 の トランジス夕のゲー ト電極は上記第 6の不純物領域と接続さ れ、 The gate electrode of the first transistor is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジスタのゲー ト電極と上記第 2端子 ( 3 ) に接続され たグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the second terminal (3);
上記第 1 の トランジスタの過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ッチ回 路をオンするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイ ン間抵 抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさらに具備することを特徴とする パワースィ ツチ回路。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor, turning on the third switch circuit, and increasing the source-drain resistance of the second transistor. A power switch circuit further provided.
3. 請求項 1 に記載のパワースィ ッチ回路において、  3. In the power switch circuit according to claim 1,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) の上記第 1 の トラ ンジス夕のゲート電極は上記第 6の不純物領域と接続され、 The gate electrode of the first transistor of the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジスタのゲー ト電極と上記第 4の不純物領域に接続さ れたグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the fourth impurity region;
上記第 1 の トランジス夕の過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ツチ回 路をオンにするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイ ン間 抵抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさらに具備することを特徴とす るパワースィ ッチ回路。 The overload state of the first transistor is detected and the third switch is turned on. A power switch circuit, further comprising: a protection circuit (21) for turning on a path and increasing a source-drain resistance of the second transistor.
4. 請求項 2又は 3のいずれかに記載のパワースィ ッチ回路において、 上記第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) は上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半 導体装置 ( 3 1 0 ) の過負荷状態を検出したことを示す信号によりオン 状態となる第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) を具備することを特 徴とするパワースィ ッチ回路。  4. The power switch circuit according to claim 2, wherein the third switch circuit (SW1) is connected to the insulated gate semiconductor device (310) having the built-in control circuit. A power switch circuit comprising a third transistor (31 or 42) that is turned on by a signal indicating that a load state has been detected.
5. 請求項 4 に記載のパワースィ ッチ回路において、  5. The power switch circuit according to claim 4,
上記第 1 の トランジスタのゲー トにそのアノードが接続された第 1 のダ ィオード ( 9 1 または 8 9 ) をさらに具備し、 A first diode (91 or 89) having an anode connected to the gate of the first transistor,
上記第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) のソース ' ドレイ ン経路と 直列に上記第 1 のダイオード ( 9 1 または 8 9 ) が接続されることを特 徵とするパワースィ ッチ回路。 A power switch circuit characterized in that the first diode (91 or 89) is connected in series with the source 'drain path of the third transistor (31 or 42).
6. 請求項 1 乃至 5の何れかに記載のパヮ一スィ ツチ回路において、 上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) は、 上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が 上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のときオン状態となる第 4の トラン ジス夕 ( 3 9 ) と、  6. The power switch circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the first switch circuit (SW2) is configured such that the voltage of the gate terminal (2) is equal to the voltage of the second terminal (3). ), A fourth transistor (39) that is turned on when it has a negative polarity with respect to
上記第 1端子 ( 1 ) 電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して上記所定の正極 性の電圧より も大きいときオン状態となる第 5の トランジスタ ( 4 0 ) とを具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。 A fifth transistor (40) that is turned on when the voltage of the first terminal (1) is higher than the predetermined positive voltage with respect to the second terminal (3). Power switch circuit.
7. 請求項 6 に記載のパワースィ ッチ回路において、  7. In the power switch circuit according to claim 6,
上記第 4のトランジスタ ( 3 9 ) は N型の 卜ランジス夕からなり、 その ソース · ドレイ ン経路は上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域 との間に設けられ、 そのゲートは上記第 2端子 ( 3 ) に接続されること を特徴とするパワースィ ッチ回路。 The fourth transistor (39) comprises an N-type transistor, and its source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region, and its gate is Be connected to the second terminal (3) A power switch circuit characterized by the following.
8. 請求項 6又は 7 の何れかに記載のパワースィ ッチ回路において、 上記第 5の トランジスタ ( 4 0 ) はそのソース , ドレイ ン経路が上記ゲ ー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた N型の トラ ンジス夕からなり、  8. The power switch circuit according to claim 6, wherein the fifth transistor (40) has a source and a drain path connected to the gate terminal (2) and the fourth impurity. It consists of an N-shaped transistor provided between the area and
上記第 5の トランジスタ ( 4 0 ) のゲー トと上記第 1端子 ( 1 ) との間 に設けられた第 2のダイオー ド ( 8 3 ) をさらに具備することを特徴と するパワースィ ッチ回路。 A power switch circuit further comprising a second diode (83) provided between the gate of the fifth transistor (40) and the first terminal (1).
9. 請求項 8 に記載のパワースィ ッチ回路において、  9. In the power switch circuit according to claim 8,
上記第 2 のダイオード ( 9 2 ) は、 上記第 1 の不純物領域と該第 1 の不 純物頜域に接する P型の第 7の不純物領域 ( 1 0 3 c ) により形成され、 上記第 7 の不純物領域は上記所定の正極性の電圧が上記第 1端子 ( 1 ) に印加されたときに上記第 2の不純物領域と上記第 1 の不純物領域との 間に形成される空乏層が達する位置に形成されていることを特徴とする パワースィ ツチ回路。 The second diode (92) is formed by the first impurity region and a P-type seventh impurity region (103c) in contact with the first impurity region. The impurity region is located at a position where a depletion layer formed between the second impurity region and the first impurity region reaches when the predetermined positive polarity voltage is applied to the first terminal (1). A power switch circuit characterized by being formed in a power switch.
1 0. 請求項 1 乃至 9の何れかに記載のパヮ一スィ ツチ回路において、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4 の不純物頜域との間にそのソース ' ドレイ ン経路が設けられ、 そのゲ一 卜が上記ゲート端子 ( 2 ) に接続された N型の第 6の トランジスタ ( 3 8 ) を具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。  10. The power switch circuit according to any one of claims 1 to 9, wherein the second switch circuit (SW3) includes the second terminal (3) and the fourth impurity region. A power drain path is provided between the gate terminal and the gate terminal, and the gate includes an N-type sixth transistor (38) connected to the gate terminal (2). Switch.
1 1 . 請求項 1 乃至 9の何れかに記載のパワースィ ッチ回路において、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( SW 3 ) は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4 の不純物領域との間に上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) は、 上記第 2 端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間にダイオー ド ( 9 2 ) を有す ることを特徴とするパワースィ ツチ回路。 11. The power switch circuit according to any one of claims 1 to 9, wherein the second switch circuit (SW3) is connected between the second terminal (3) and the fourth impurity region. The second switch circuit (SW3) has a diode (92) between the second terminal (3) and the fourth impurity region. Switch circuit.
1 2. 請求項 2 に記載のパワースィ ッチ回路において、 上記第 2の トランジスタ ( 3 2 ) のソースと ドレイ ンとの間に接続され た抵抗素子 1 2. The power switch circuit according to claim 2, wherein a resistance element connected between a source and a drain of the second transistor (32).
( 6 0 ) をさ らに具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。  (60) A power switch circuit further comprising:
1 3. 請求項 2又は 1 2の何れかに記載のパヮ一スィ ッチ回路において、 上記第 1 の トランジスタ ( 3 0 ) のゲートと上記第 2の トランジスタ ( 3 2 ) のゲートとの間に接続されたキャパシタ ( 2 5 ) をさらに具備す ることを特徴とするパワースィ ッチ回路。  1 3. The power switch circuit according to claim 2, wherein the gate of the first transistor (30) and the gate of the second transistor (32) A power switch circuit, further comprising a connected capacitor (25).
1 4. 制御回路内蔵絶縁ゲー 卜型半導体装置 ( 3 1 0 ) とバッテリ ( 3 1 4. Insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310) and battery (3
0 1 ) と負荷 ( 3 0 4 ) を少なく とも有し、 0 1) and load (3 0 4)
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は、 The above-mentioned insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310)
半導体基板の P型の第 1 の不純物領域 ( 1 0 2 ) と該第 1 の不純物領域 に接する N型の第 2の不純物領域 ( 1 0 7 ) と該第 2の不純物領域に覆 われた P型の第 3の不純物領域 ( 1 0 9 a ) とを含む第 1 トランジスタP-type first impurity region (102) of the semiconductor substrate, N-type second impurity region (107) in contact with the first impurity region, and P-type impurity region covered by the second impurity region. Transistor including a third impurity region of type (109a)
(パワー MO S 3 0 ) と、 (Power MO S 30) and
上記第 1 の不純物領域に接する N型の第 4の不純物領域 ( 1 0 4 a ) と、 上記第 4の不純物領域に覆われた P型の第 5及び第 6の不純物領域 ( 1 0 9 b、 c ) を含む第 2の トランジスタ (MO S F E T 3 2 ) と、 上記第 1 の不純物領域に接続された第 1端子 ( 1 ) と、 An N-type fourth impurity region (104a) in contact with the first impurity region; and a P-type fifth and sixth impurity region (109b) covered by the fourth impurity region. , C), a second transistor (MO SFET 32), a first terminal (1) connected to the first impurity region,
上記第 2の トランジス夕の上記第 5の不純物領域 ( 1 0 9 b ) に接続さ れたゲー ト端子 ( 2 ) と、 A gate terminal (2) connected to the fifth impurity region (109b) in the second transistor,
上記第 3の不純物領域に接続された第 2端子 ( 3 ) と、 A second terminal (3) connected to the third impurity region,
上記ゲート端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) と、 A first switch circuit (S W2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 2 の スィ ッチ回路 ( S W 3 ) とを具備し、 A second terminal provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region. And a switch circuit (SW3).
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( SW 3 ) がオフであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is positive with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is off and the first switch is turned off. The circuit (SW2) is on and
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオンであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオフであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned on and the first switch is turned on. The circuit (SW2) is off,
上記第 1端子 ( 1 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して所定の負極性 の電圧より も大きいとき上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオフであ るとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 上記制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置 ( 3 1 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) を上記バッテリ ( 3 0 1 ) に接続し、 上記第 2端子 ( 3 ) を上記負 荷 ( 3 0 4 ) に接続し、 上記ゲー ト端子 ( 2 ) により上記第 1端子 ( 1 ) と上記第 2端子 ( 3 ) の間の主電流を制御することを特徴とするパヮ ースィ ツチ回路。 When the voltage at the first terminal (1) is higher than a predetermined negative voltage with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned off and the second switch circuit (SW3) is turned off. The switch circuit (SW 2) of No. 1 is on, and the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit connects the first terminal (1) to the battery (310), The second terminal (3) is connected to the load (304), and the main current between the first terminal (1) and the second terminal (3) is controlled by the gate terminal (2). A power switch circuit characterized in that:
1 5. 請求項 1 4に記載のパワースィ ッチ回路において、  1 5. In the power switch circuit according to claim 14,
上記第 1 の トランジスタのゲ一ト電極は上記第 6の不純物領域と接続さ れ、 The gate electrode of the first transistor is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジスタのゲー ト電極と上記第 2端子 ( 3 ) に接続され たグランド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the second terminal (3);
上記第 1 の トランジス夕の過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ツチ回 路をオンするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイ ン間抵 抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさらに具備することを特徴とする パワースィ ツチ回路。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor, turning on the third switch circuit, and increasing the source-drain resistance of the second transistor. A power switch circuit further provided.
1 6. 請求項 1 4に記載のパワースィ ッチ回路において、 1 6. In the power switch circuit according to claim 14,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) の上記第 1の トラ ンジス夕のゲー ト電極は上記第 6の不純物頜域と接続され、 The gate electrode of the first transistor of the insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit (310) is connected to the sixth impurity region,
上記第 1の トランジス夕のゲート電極と上記第 4の不純物領域に接続さ れたグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and the ground line (6) connected to the fourth impurity region;
上記第 1の トランジスタの過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ッチ回 路をオンにするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイン間 抵抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさ らに具備することを特徴とす るパワースィ ツチ回路。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor, turning on the third switch circuit, and increasing the source-drain resistance of the second transistor. A power switch circuit characterized by comprising:
1 7. 請求項 1 5又は 1 6のいずれかに記載のパワースィ ッチ回路にお いて、  1 7. In the power switch circuit according to claim 15 or 16,
上記第 3のスィ ッチ回路 (SW 1 ) は上記制御回路内蔵絶縁ゲート型半 導体装置 ( 3 1 0 ) の過負荷状態を検出したことを示す信号によりオン 状態となる第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) を具備することを特 徴とするパワースィ ッチ回路。 The third switch circuit (SW 1) is turned on by a signal indicating that an overload state of the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit is detected. A power switch circuit characterized by comprising (1) or (2).
1 8. 請求項 1 7に記載のパワースィ ッチ回路において、  1 8. In the power switch circuit according to claim 17,
上記第 1の トランジス夕のゲー トにその'ァノ一ドが接続された第 1のダ ィオード ( 9 1 または 8 9 ) をさ らに具備し、 Further comprising a first diode (91 or 89) having its gate connected to the first transition gate;
上記第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) のソース ' ドレイ ン経路と 直列に上記第 1のダイオー ド ( 9 1または 8 9 ) が接続されることを特 徴とするパワースィ ッチ回路。 A power switch circuit characterized in that the first diode (91 or 89) is connected in series with the source 'drain path of the third transistor (31 or 42).
1 9. 請求項 1 4乃至 1 8の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、  1 9. In the power switch circuit according to any one of claims 14 to 18,
上記第 1のスィ ッチ回路 ( SW 2 ) は、 上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が 上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のときオン状態となる第 4の 卜ラン ジス夕 ( 3 9 ) と、 The first switch circuit (SW2) is connected to the gate terminal (2). A fourth transistor (39) that is turned on when the second terminal (3) has a positive polarity with respect to the second terminal (3);
上記第 1端子 ( 1 ) 電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して上記所定の負極 性の電圧より も大きいときオン状態となる第 5の トランジスタ ( 4 0 ) とを具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。 A fifth transistor (40) that is turned on when the voltage of the first terminal (1) is higher than the predetermined negative voltage with respect to the second terminal (3). Power switch circuit.
2 0. 請求項 1 9に記載のパワースィ ッチ回路において、  20. In the power switch circuit according to claim 19,
上記第 4の トランジスタ ( 3 9 ) は P型の トランジスタからなり、 その ソース · ドレイ ン経路は上記ゲート端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域 との間に設けられ、 そのゲー トは上記第 2端子 ( 3 ) に接続されること を特徴とするパワースィ ッチ回路。 The fourth transistor (39) is a P-type transistor, and its source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region. A power switch circuit characterized by being connected to two terminals (3).
2 1 . 請求項 1 9又は 2 0の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、  21. In the power switch circuit according to claim 19 or 20,
上記第 5の トランジスタ ( 4 0 ) はそのソース ' ドレイン経路が上記ゲ — ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた N型の トラ ンジス夕からなり、 The fifth transistor (40) has an N-type transistor whose source and drain paths are provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region.
上記第 5の トランジスタ ( 4 0 ) のゲー トと上記第 1端子 ( 1 ) との間 に設けられた第 2のダイオー ド ( 8 3 ) をさ らに具備することを特徴と するパワースィ ッチ回路。 ' A power switch further comprising a second diode (83) provided between the gate of the fifth transistor (40) and the first terminal (1). circuit. '
2 2. 請求項 2 1 に記載のパワースィ ッチ回路において、  2 2. In the power switch circuit according to claim 21,
上記第 2のダイオー ド ( 9 2 ) は、 上記第 1 の不純物領域と該第 1 の不 純物領域に接する N型の第 7 の不純物領域 ( 1 0 3 c ) により形成され、 上記第 7の不純物領域は上記所定の負極性の電圧が上記第 1端子 ( 1 ) に印加されたときに上記第 2の不純物領域と上記第 1 の不純物領域との 間に形成される空乏層が達する位置に形成されていることを特徴とする パワースィ ツチ回路。 The second diode (92) is formed by the first impurity region and an N-type seventh impurity region (103c) in contact with the first impurity region. The impurity region is located at a position where a depletion layer formed between the second impurity region and the first impurity region reaches when the predetermined negative voltage is applied to the first terminal (1). A power switch circuit characterized by being formed in a power switch.
2 3. 請求項 1 4乃至 2 2の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、 2 3. In the power switch circuit according to any one of claims 14 to 22,
上記第 2 のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4 の不純物頜域との間にそのソース · ドレイン経路が設けられ、 そのゲー 卜が上記ゲート端子 ( 2 ) に接続された P型の第 6の トランジスタ ( 3 8 ) を具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。 The second switch circuit (SW3) has a source / drain path provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region, and the gate is connected to the gate terminal (SW3). A power switch circuit comprising a P-type sixth transistor (38) connected to 2).
2 4. 請求項 1 4乃至 2 2の何れかに記載のパワースィ ツチ回路におい て、 2 4. In the power switch circuit according to any one of claims 14 to 22,
上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4 の不純物領域との間に上記第 2のスィ ッチ回路 ( SW 3 ) は、 上記第 2 端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間にダイオー ド ( 9 2 ) を有す ることを特徴とするパワースィ ッチ回路。 The second switch circuit (SW3) is connected between the second terminal (3) and the fourth impurity region. The second switch circuit (SW3) is connected to the second terminal. A power switch circuit having a diode (92) between (3) and the fourth impurity region.
2 5. 請求項 1 5 に記載のパワースィ ッチ回路において、  2 5. In the power switch circuit according to claim 15,
上記第 2の トランジスタ ( 3 2 ) のソースと ドレインとの間に接続され た抵抗素子 A resistance element connected between the source and the drain of the second transistor (32)
( 6 0 ) をさらに具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。  (60) A power switch circuit further comprising:
2 6. 請求項 1 5又は 2 5の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、  2 6. In the power switch circuit according to claim 15 or 25,
上記第 1 の トランジスタ ( 3 0 ) のゲートと上記第 2の トランジスタ (The gate of the first transistor (30) and the gate of the second transistor (30)
3 2 ) のゲートとの間に接続されたキャパシタ ( 2 5 ) をさ らに具備す ることを特徴とするパワースィ ッチ回路。 A power switch circuit further comprising a capacitor (25) connected between the gate of (32) and the gate of (32).
2 7 . 制御回路内蔵絶縁ゲート型半導体装置とバッテリ と負荷を少なく とも有し、  27. Insulated gate semiconductor device with built-in control circuit, battery and load at least
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は、 The above-mentioned insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310)
半導体基板の N型の第 1 の不純物領域 ( 1 0 2 ) と該第 1 の不純物領域 に接する P型の第 2の不純物領域 ( 1 0 7 ) と該第 2の不純物領域に覆 われた N型の第 3の不純物領域 ( 1 0 9 a ) とを含む第 1 トランジスタN-type first impurity region (102) of the semiconductor substrate and the first impurity region A first transistor including a P-type second impurity region (107) in contact with the semiconductor substrate and an N-type third impurity region (109a) covered by the second impurity region
(パワー MO S 3 0 ) と、 (Power MO S 30) and
上記第 1 の不純物領域に接する P型の第 4の不純物領域 ( 1 0 4 a ) と、 上記第 4の不純物領域に覆われた N型の第 5及び第 6の不純物領域 ( 1 0 9 b、 c ) を含む第 2の トランジスタ (MO S F E T 3 2 ) と、 上記第 1 の不純物領域に接続された第 1端子 ( 1 ) と、 A p-type fourth impurity region (104a) in contact with the first impurity region; and n-type fifth and sixth impurity regions (109b) covered by the fourth impurity region. , C), a second transistor (MO SFET 32), a first terminal (1) connected to the first impurity region,
上記第 2の トランジス夕の上記第 5の不純物領域 ( 1 0 9 b ) に接続さ れたゲー ト端子 ( 2 ) と、 A gate terminal (2) connected to the fifth impurity region (109b) in the second transistor,
上記第 3の不純物領域に接続された第 2端子 ( 3 ) と、 A second terminal (3) connected to the third impurity region,
上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) と、 A first switch circuit (SW2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 2の スィ ッチ回路 ( S W 3 ) と、 A second switch circuit (S W3) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 の 抵抗素子 ( 7 2 ) とを具備し、 A first resistive element (72) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region;
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) 'がオフであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオンであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) 'is off and the first switch is turned off. Switch (SW2) is on,
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオンであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオフであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is positive with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned on and the first switch is turned on. The circuit (SW2) is off,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) を上記バッテリ ( 3 0 1 ) に接続し、 上記第 2端子 ( 3 ) を上記負 荷 ( 3 0 4 ) に接続し、 上記ゲー ト端子 ( 2 ) により上記第 1端子 ( 1 ) と上記第 2端子 ( 3 ) の間の主電流を制御することを特徴とするパヮ 一スィ ッチ回路。 In the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit, the first terminal (1) is connected to the battery (301), and the second terminal (3) is connected to the load (304). ) And the first terminal (1) by the gate terminal (2). ) And the second terminal (3), wherein the main current is controlled.
2 8. 請求項 2 7 に記載のパワースィ ッチ回路において、  2 8. In the power switch circuit according to claim 27,
上記第 1 の トランジス夕のゲート電極は上記第 6の不純物領域と接続さ れ、 The gate electrode of the first transistor is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジスタのゲー ト電極と上記第 2端子 ( 3 ) に接続され たグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the second terminal (3);
上記第 1 の トランジスタの過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ッチ回 路をオンするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイ ン間抵 抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさらに具備することを特徴とする パワースィ ツチ回路。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor, turning on the third switch circuit, and increasing the source-drain resistance of the second transistor. A power switch circuit further provided.
2 9. 請求項 2 8 に記載のパワースィ ッチ回路において、  2 9. The power switch circuit according to claim 28, wherein:
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) の上記第 1 の トラ ンジス夕のゲ一 ト電極は上記第 6の不純物領域と接続され、 The gate electrode of the first transistor of the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジスタのゲー ト電極と上記第 4の不純物領域に接続さ れたグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (S W1) provided between the gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the fourth impurity region;
上記第 1 のトランジスタの過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ッチ回 路をオンにするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイン間 抵抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさ らに具備することを特徴とす るパワースィ ッチ回路。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor, turning on the third switch circuit, and increasing the source-drain resistance of the second transistor. A power switch circuit characterized by comprising:
3 0. 請求項 2 8又は 2 9のいずれかに記載のパワースィ ッチ回路にお いて、  30. In the power switch circuit according to claim 28 or 29,
上記第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) は上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半 導体装置 ( 3 1 0 ) の過負荷状態を検出したことを示す信号によりオン 状態となる第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) を具備することを特 徴とするパワースィ ッチ回路。 The third switch circuit (SW1) is an insulated gate half-type circuit with a built-in control circuit. A power switch circuit comprising a third transistor (31 or 42) that is turned on by a signal indicating that an overload state of the conductor device (310) has been detected.
3 1 . 請求項 3 0 に記載のパヮ一スィ ッチ回路において、  31. In the power switch circuit according to claim 30,
上記第 1 の トランジスタのゲー トにそのアノー ドが接続された第 1 のダ ィオー ド ( 9 1 または 8 9 ) をさらに具備し、 A first diode (91 or 89) having an anode connected to the gate of the first transistor,
上記第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) のソース ' ドレイ ン経路と 直列に上記第 1 のダイオー ド ( 9 1 または 8 9 ) が接続されることを特 徴とするパワースィ ッチ回路。 A power switch circuit characterized in that the first diode (91 or 89) is connected in series with the source 'drain path of the third transistor (31 or 42).
3 2. 請求項 2 7乃至 3 1 の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、  3 2. In the power switch circuit according to any one of claims 27 to 31,
上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) は、 上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が 上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のときオン状態となる第 4のトラン ジス夕 ( 3 9 ) を具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。 The first switch circuit (SW2) is connected to a fourth transistor (3) that is turned on when the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3). 9) A power switch circuit comprising:
3 3. 請求項 3 2 に記載のパワースィ ッチ回路において、 3 3. In the power switch circuit according to claim 32,
上記第 4の トランジスタ ( 3 9 ) は N型の トランジスタからなり、 その ソース ' ドレイ ン経路は上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域 との間に設けられ、 そのゲートは上記第 2端子 ( 3 ) に接続されること を特徴とするパワースィ ツチ回路。 The fourth transistor (39) is an N-type transistor, and its source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region, and its gate is provided at the gate of the fourth transistor (39). A power switch circuit characterized by being connected to two terminals (3).
3 4. 請求項 2 7又は 3 3の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、  3 4. In the power switch circuit according to any one of claims 27 and 33,
上記第 2のスィ ッチ回路は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領 域との間にそのソース · ドレイ ン経路が設けられ、 そのゲー トが上記ゲ ート端子 ( 2 ) に接続された N型の第 6の トランジスタ ( 3 8 ) を具備 することを特徴とするパワースィ ッチ回路。 In the second switch circuit, a source / drain path is provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region, and the gate is connected to the gate terminal (2). A power switch circuit characterized by comprising an N-type sixth transistor (38) connected to the power supply circuit.
3 5. 請求項 2 7又は 3 3の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、 3 5. In the power switch circuit according to any one of claims 27 and 33,
上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4 の不純物領域との間にダイオード ( 9 2 ) を有することを特徴とするパ ヮ一スィ ツチ回路。 The second switch circuit (SW3) includes a diode switch (92) between the second terminal (3) and the fourth impurity region. .
3 6. 請求項 2 8 に記載のパワースィ ッチ回路において、  3 6. In the power switch circuit according to claim 28,
上記第 2の トランジスタ ( 3 2 ) のソースと ドレイ ンとの間に接続され た第 2の抵抗素子 ( 6 0 ) をさらに具備することを特徴とするパワース ィ ツチ回路。 A power switch circuit further comprising a second resistance element (60) connected between a source and a drain of the second transistor (32).
3 7. 請求項 2 8又は 3 6の何れかに記載のパヮ一スィ ッチ回路におい て、  3 7. In the switch circuit according to claim 28 or 36,
上記第 1 の トランジスタ ( 3 0 ) のゲー トと上記第 2の トランジスタ ( 3 2 ) のゲー トとの間に接続されたキャパシ夕 ( 2 5 ) をさらに具備す ることを特徴とするパワースィ ッチ回路。 A power switch further comprising a capacitor (25) connected between the gate of the first transistor (30) and the gate of the second transistor (32). Switch.
3 8. 制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) とバッテリ ( 3 3 8. Insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310) and battery (3
0 1 ) と負荷 ( 3 0 4 ) を少なく とも有し、 0 1) and load (3 0 4)
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は、 The above-mentioned insulated gate semiconductor device with built-in control circuit (310)
半導体基板の P型の第 1 の不純物領域 (·1 0 2 ) と該第 1 の不純物領域 に接する Ν型の第 2の不純物領域 ( 1 0 7 ) と該第 2の不純物領域に覆 われた Ρ型の第 3の不純物領域 ( 1 0 9 a ) とを含む第 1 トランジスタThe semiconductor substrate is covered with the P-type first impurity region (· 102), the Ν-type second impurity region (107) in contact with the first impurity region, and the second impurity region. A first transistor including a Ρ-type third impurity region (109a)
(パワー MO S 3 0 ) と、 (Power MO S 30) and
上記第 1 の不純物領域に接する N型の第 4の不純物領域 ( 1 0 4 a ) と、 上記第 4の不純物領域に覆われた P型の第 5及び第 6の不純物領域 ( 1 0 9 b、 c ) を含む第 2の トランジスタ (MO S F E T 3 2 ) と、 上記第 1 の不純物領域に接続された第 1端子 ( 1 ) と、 上記第 2の トランジス夕の上記第 5の不純物領域 ( 1 0 9 b ) に接続さ れたゲー ト端子 ( 2 ) と、 An N-type fourth impurity region (104a) in contact with the first impurity region; and a P-type fifth and sixth impurity region (109b) covered by the fourth impurity region. , C), a second transistor (MO SFET 32), a first terminal (1) connected to the first impurity region, A gate terminal (2) connected to the fifth impurity region (109b) in the second transistor,
上記第 3の不純物領域に接続された第 2端子 ( 3 ) と、 A second terminal (3) connected to the third impurity region,
上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 のスィ ッチ回路 ( SW 2 ) と、 A first switch circuit (SW 2) provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 2の スィ ッチ回路 ( SW 3 ) と、 A second switch circuit (SW3) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region;
上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領域との間に設けられた第 1 の 抵抗素子 ( 7 2 ) とを具備し、 A first resistive element (72) provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region;
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオフであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( SW 2 ) がオンであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is positive with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is off and the first switch is turned off. The circuit (SW2) is on and
上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が上記第 2端子 ( 3 ) に対して負極性のと き、 上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) がオンであるとともに上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) がオフであり、 When the voltage of the gate terminal (2) is negative with respect to the second terminal (3), the second switch circuit (SW3) is turned on and the first switch is turned on. The circuit (SW2) is off,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) を上記バッテリ ( 3 0 1 ) に接続し、 上記第 2端子 ( 3 ) を上記負 荷 ( 3 0 4 ) に接続し、 上記ゲー ト端子 ' ( 2 ) により上記第 1端子 ( 1 ) と上記第 2端子 ( 3 ) の間の主電流を制御することを特徴とするパヮ ースィ ツチ回路。 In the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit, the first terminal (1) is connected to the battery (301), and the second terminal (3) is connected to the load (304). ), And the main current between the first terminal (1) and the second terminal (3) is controlled by the gate terminal (2).
3 9. 請求項 3 8 に記載のパワースィ ッチ回路において、  3 9. In the power switch circuit according to claim 38,
上記第 1 の トランジスタのゲ一ト電極は上記第 6の不純物領域と接続さ れ、 The gate electrode of the first transistor is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジスタのゲー ト電極と上記第 2端子 ( 3 ) に接続され たグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) と、 A third switch circuit (SW1) provided between a gate electrode of the first transistor and a ground line (6) connected to the second terminal (3); When,
上記第 1 の トランジスタの過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ッチ回 路をオンするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイ ン間抵 抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさらに具備することを特徴とする パワースィ ッチ回路。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor, turning on the third switch circuit, and increasing the source-drain resistance of the second transistor. A power switch circuit further provided.
4 0. 請求項 3 9 に記載のパワースィ ッチ回路において、  40. In the power switch circuit according to claim 39,
上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半導体装置 ( 3 1 0 ) の上記第 1 の トラ ンジス夕のゲー ト電極は上記第 6の不純物領域と接続され、 The gate electrode of the first transistor of the insulated gate semiconductor device with a built-in control circuit (310) is connected to the sixth impurity region,
上記第 1 の トランジス夕のゲート電極と上記第 4の不純物領域に接続さ れたグラン ド線 ( 6 ) との間に設けられた第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1A third switch circuit (SW 1) provided between the gate electrode of the first transistor and the ground line (6) connected to the fourth impurity region.
) と、 ) When,
上記第 1 の トランジスタの過負荷状態を検出して上記第 3のスィ ッチ回 路をオンにするとともに上記第 2の トランジスタのソース · ドレイ ン間 抵抗を大きくする保護回路 ( 2 1 ) とをさ らに具備することを特徴とす るパワースィ ッチ回路。 A protection circuit (21) for detecting the overload state of the first transistor, turning on the third switch circuit, and increasing the source-drain resistance of the second transistor. A power switch circuit further provided.
4 1 . 請求項 3 9又は 4 0のいずれかに記載のパワースィ ッチ回路にお いて、  41. In the power switch circuit according to claim 39 or 40,
上記第 3のスィ ッチ回路 ( S W 1 ) は上記制御回路内蔵絶縁ゲー ト型半 導体装置 ( 3 1 0 ) の過負荷状態を検出したことを示す信号によりオン 状態となる第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) を具備することを特 徴とするパワースィ ッチ回路。 The third switch circuit (SW1) is turned on by a signal indicating that an overload state of the insulated gate semiconductor device (310) with a built-in control circuit is detected. 31. A power switch circuit characterized by having the following.
4 2. 請求項 4 1 に記載のパワースィ ッチ回路において、  4 2. In the power switch circuit according to claim 41,
上記第 1 の トランジスタのゲー トにそのアノー ドが接続された第 1 のダ ィオー ド ( 9 1 または 8 9 ) をさ らに具備し、 A first diode (91 or 89) having the anode connected to the gate of the first transistor,
上記第 3の トランジスタ ( 3 1 または 4 2 ) のソース ' ドレイ ン経路と 直列に上記第 1 のダイオー ド ( 9 1 または 8 9 ) が接続されることを特 徴とするパワースィ ッチ回路。 The source 'drain path of the third transistor (31 or 42) and A power switch circuit characterized in that the first diode (91 or 89) is connected in series.
4 3. 請求項 3 8乃至 4 1 の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、  4 3. In the power switch circuit according to any one of claims 38 to 41,
上記第 1 のスィ ッチ回路 ( S W 2 ) は、 上記ゲー ト端子 ( 2 ) の電圧が 上記第 2端子 ( 3 ) に対して正極性のときオン状態となる第 4の トラン ジス夕 ( 3 9 ) を具備することを特徴とするパワースィ ッチ回路。 The first switch circuit (SW2) is connected to a fourth transistor (3) which is turned on when the voltage of the gate terminal (2) is positive with respect to the second terminal (3). 9) A power switch circuit comprising:
4 4. 請求項 4 3 に記載のパワースィ ッチ回路において、 4 4. In the power switch circuit according to claim 43,
上記第 4の トランジスタ ( 3 9 ) は N型の トランジスタからなり、 その ソース · ドレイ ン経路は上記ゲー ト端子 ( 2 ) と上記第 4の不純物領域 との間に設けられ、 そのゲー トは上記第 2端子 ( 3 ) に接続されること を特徴とするパワースィ ッチ回路。 The fourth transistor (39) is an N-type transistor, and its source / drain path is provided between the gate terminal (2) and the fourth impurity region. A power switch circuit connected to the second terminal (3).
4 5. 請求項 3 8又は 4 4の何れかに記載のパワースィ ッチ回路におい て、  4 5. In the power switch circuit according to claim 38 or 44,
上記第 2のスィ ッチ回路は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4の不純物領 域との間にそのソース · ドレイ ン経路が設けられ、 そのゲー トが上記ゲ —ト端子 ( 2 ) に接続された P型の第 6の トランジスタ ( 3 8 ) を具備 することを特徴とするパワースィ ッチ回'路。 In the second switch circuit, a source / drain path is provided between the second terminal (3) and the fourth impurity region, and the gate is connected to the gate terminal (2). A power switch circuit comprising a P-type sixth transistor (38) connected to the power switch circuit.
4 6. 請求項 3 8又は 4 4の何れかに記載のパワースィ ツチ回路におい て、  4 6. In the power switch circuit according to any one of claims 38 and 44,
上記第 2のスィ ッチ回路 ( S W 3 ) は、 上記第 2端子 ( 3 ) と上記第 4 の不純物領域との間にダイオー ド ( 9 2 ) を有することを特徴とするパ ワースイ ッチ回路。 The second switch circuit (SW3) has a diode (92) between the second terminal (3) and the fourth impurity region. .
4 7 . 請求項 3 9 に記載のパワースィ ッチ回路において、  47. In the power switch circuit according to claim 39,
上記第 2の トランジスタ ( 3 2 ) のソースと ドレイ ンとの間に接続され た第 2の抵抗素子 ( 6 0 ) をさ らに具備することを特徴とするパワース ィ ツチ回路。 The transistor is connected between the source and the drain of the second transistor (32). A power switch circuit further comprising a second resistance element (60).
4 8. 請求項 3 9又は 4 7の何れかに記載のパワースィ ツチ回路におい て、  4 8. In the power switch circuit according to any one of claims 39 and 47,
上記第 1 の トランジスタ ( 3 0 ) のゲー トと上記第 2の トランジスタ (The gate of the first transistor (30) and the gate of the second transistor (30)
3 2 ) のゲー トとの間に接続されたキャパシ夕 ( 2 5 ) をさらに具備す ることを特徴とするパワースィ ツチ回路。 A power switch circuit further comprising a capacity (25) connected between the gate and the gate of (2).
4 9. 請求項 1 乃至 4 8の何れかに記載のパワースィ ッチ回路において、 上記第 1 の トランジスタ ( 3 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) を ドレイ ン端子、 上記第 2端子 ( 3 ) をソース端子とするパワー MO S F E Tであること を特徴とするパワースィ ッチ回路。  49. In the power switch circuit according to any one of claims 1 to 48, the first transistor (30) has the first terminal (1) as a drain terminal and the second transistor (3) as the first transistor (30). A power switch circuit characterized in that it is a power MOSFET having a source terminal.
5 0. 請求項 1 乃至 4 8の何れかに記載のパワースィ ッチ回路において、 上記第 1 の不純物領域 ( 1 0 2 ) と上記第 1端子 ( 1 ) との間には、 上 記第 1 の不純物頜域 ( 1 0 2 ) に接して上記第 1 の不純物領域と同じ導 電型であって上記第 1 の不純物領域より も不純物濃度の高い第 8の不純 物領域 ( 2 0 2 ) と、 上記第 1 の不純物領域と逆の導電型の第 9の不純 物領域 ( 2 0 1 ) とをさらに具備することを特徴とするパワースィ ッチ 回路。 '  50. The power switch circuit according to any one of claims 1 to 48, wherein the first impurity region (102) and the first terminal (1) are provided between the first impurity region (102) and the first terminal (1). And an eighth impurity region (202) having the same conductivity type as the first impurity region and having a higher impurity concentration than the first impurity region in contact with the impurity region (102) A power switch circuit, further comprising a ninth impurity region (201) having a conductivity type opposite to that of the first impurity region. '
5 1 . 請求項 5 0 に記載のパヮ一スィ ッチ回路において、  51. The power switch circuit according to claim 50,
上記第 1 の トランジスタ ( 3 0 ) は上記第 1端子 ( 1 ) をコ レクタ端子、 上記第 2端子 ( 3 ) をェミ ッタ端子とする絶縁ゲー ト型バイポーラ トラ ンジスタであることを特徴とするパワースィ ツチ回路。 The first transistor (30) is an insulated gate bipolar transistor having the first terminal (1) as a collector terminal and the second terminal (3) as an emitter terminal. Power switch circuit.
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