JP3585105B2

JP3585105B2 - 過熱保護機能付き半導体装置の制御回路

Info

Publication number: JP3585105B2
Application number: JP34850099A
Authority: JP
Inventors: 茂夫山路
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: US6751080B2; JP2001168286A; CA2327863C; US20010038518A1; CA2327863A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過熱保護機能付き半導体装置の制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の一例を示す回路図である。制御回路は、マイクロコンピュータ１と、増幅回路２と、過熱保護機能付き半導体装置３と、負荷４とから構成される。
【０００３】
マイクロコンピュータ１は、過熱保護機能付き半導体装置３の制御を行うための制御信号、たとえばＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号を内部生成して（または、図示しない外部信号源から取り込んで）、出力ポートＰ１から出力する。
【０００４】
増幅回路２は、トランジスタ２１，２２，２３，２４と抵抗２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２からなるプッシュプル型増幅回路である。
【０００５】
過熱保護機能付き半導体装置３は、この実施の形態では過熱保護機能付きＭＯＳＦＥＴであり、ワンチップ上に搭載された、ＭＯＳＦＥＴ３３と、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートとゲート端子Ｇ間に接続されたゲート抵抗３４と、ソース端子ＳとＭＯＳＦＥＴ３３のソース間に接続された温度検出回路３５と、温度検出回路３５の温度検出出力をラッチするラッチ回路３６と、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートとソース間に接続されラッチ回路３６の出力で制御されるゲート遮断回路３７とから構成されている。ＭＯＳＦＥＴ３３のドレインは、＋Ｂ電源に接続されたドレイン端子Ｄに接続され、ソースはソース端子Ｓに接続されている。
【０００６】
半導体装置３の過熱保護機能は、ゲート抵抗３４と、温度検出回路３５と、ラッチ回路３６と、ゲート遮断回路３７との協動により行われる。
【０００７】
負荷４は、たとえば、車両においてターンシグナルを示すウインカ（フラッシャ）に利用されるランプである。
【０００８】
上述の構成において、マイクロコンピュータ１の出力ポートＰ１からＰＷＭ制御信号が出力され、増幅回路２で増幅され、抵抗３２を介して過熱保護機能付き半導体装置３のゲート端子Ｇに供給される。
【０００９】
通常動作状態では、ゲート端子Ｇに供給されたＰＷＭ信号により、ＭＯＳＦＥＴ３３がオン／オフ動作して、そのソースに増幅されたＰＷＭ制御信号が生じ、ソース端子Ｓを介して負荷４に供給される。負荷４は、供給されたＰＷＭ制御信号により点滅点灯するように駆動される。
【００１０】
一方、負荷４のショート等の異常状態が発生すると、その発生後に最初に到来するＰＷＭ制御信号により、ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン、ソース間に大電流が流れ、それによりチップの温度が上昇する。このチップの温度上昇は、温度検出回路３５で検出され、検出出力がラッチ回路３６に供給される。次いで、ラッチ回路３６の出力はゲート遮断回路３７に供給される。ゲート遮断回路３７は、ラッチ回路３６の出力で制御され、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲート入力を遮断するように保護動作する。したがって、ＭＯＳＦＥＴ３３に大電流が流れなくなり、チップの温度が下降する。
【００１１】
上述の保護動作後、次に到来するＰＷＭ制御信号の立ち上がり電圧で、ラッチ回路３６及びゲート遮断回路３７は解除される。そのため、再びＭＯＳＦＥＴ３３のドレインとソース間に大電流が流れ、チップの温度が再度上昇する。このチップの温度上昇は、温度検出回路３５で検出され、その検出出力によりラッチ回路３６及びゲート遮断回路３７が再び保護動作する。以下同様に、ＰＷＭ制御信号が立ち上がる毎に保護動作が行われる。
【００１２】
その結果、図４に示すように、マイクロコンピュータ１から増幅回路２を介して供給されるＰＷＭ制御信号によるＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧の立ち上がり時間をｔ_{Ｇ（ＯＮ）}とし、ゲート電圧が立ち下がる時間をｔ_{Ｇ（ＯＦＦ）}とすると、正常動作時は、ソース電圧波形は、ゲート電圧波形と同じになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、負荷４のショート時には、ソース電圧波形は、保護動作のたびに立ち上がり時間ｔ_{Ｇ（ＯＮ）}から次第に短くなるタイミングで立ち下がる波形となる。
【００１４】
そして、過熱保護機能は、チップの構造上、保護動作回数に限界があるため、ＰＷＭ制御信号が印加された状態で負荷４のショートが起こった場合、数十秒から数分でＭＯＳＦＥＴが破壊されてしまうことがあった。
【００１５】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑み、半導体装置が破壊される可能性を軽減できる過熱保護機能付き半導体装置の制御回路を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的にかんがみて、請求項１記載の発明の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路は、
ワンチップ上に、半導体素子３３と、前記ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路３５、前記温度検出回路３５の検出出力が供給されるラッチ回路３６及び前記ラッチ回路３６の出力が供給され、前記半導体素子３３のゲート入力を遮断するゲート遮断回路３７を含む過熱保護手段とを搭載した過熱保護機能付き半導体装置３の制御回路であって、
上記半導体素子３３にＰＷＭ制御信号を供給する制御手段１と、
上記過熱保護機能付き半導体装置３の出力状態を検出する出力状態検出手段５とを備え、
上記制御手段１は、前記ＰＷＭ制御信号の立ち上がり時間ｔ_G(ON)プラス所定の時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔ_G(OFF)（前記ＰＷＭ制御信号の立ち下がり時間）−ｔ_G(ON)）ごとの監視タイミングで、定期的に前記出力状態検出手段５からの検出出力を監視し、上記検出出力の論理１，０と上記ＰＷＭ制御信号の論理１，０とを比較することにより、上記検出出力の論理が上記ＰＷＭ制御信号の論理と異なっている状態が所定回数または所定時間の間継続して発生した場合は、上記半導体素子３３への上記ＰＷＭ制御信号の供給を停止するように制御する
ことを特徴とする。
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、過熱保護機能付き半導体装置の制御回路は、ワンチップ上に、半導体素子３３と、前記ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路３５、前記温度検出回路３５の検出出力が供給されるラッチ回路３６及び前記ラッチ回路３６の出力が供給され、前記半導体素子３３のゲート入力を遮断するゲート遮断回路３７を含む過熱保護手段とを搭載した過熱保護機能付き半導体装置３を制御するために、制御手段１と出力状態検出手段５とを備えている。制御手段１は、半導体素子３３にＰＷＭ制御信号を供給する。出力状態検出手段５は、過熱保護機能付き半導体装置３の出力状態を検出する。制御手段１は、ＰＷＭ制御信号の立ち上がり時間ｔ_G(ON)プラス所定の時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔ_G(OFF)（ＰＷＭ制御信号の立ち下がり時間）−ｔ_G(ON)）ごとの監視タイミングで、定期的に出力状態検出手段５からの検出出力を監視し、検出出力の論理１，０とＰＷＭ制御信号の論理１，０とを比較することにより、検出出力の論理がＰＷＭ制御信号の論理と異なっている状態が所定回数または所定時間の間継続して発生した場合は、半導体素子３３へのＰＷＭ制御信号の供給を停止するように制御する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の実施の形態を示す回路図である。
【００２４】
図１の制御回路は、回路構成上は、図３に示す従来の制御回路と同一構成に加えて、出力状態検出手段としての出力状態検出部５を備え、その検出出力を制御手段としてのマイクロコンピュータ１の入力ポートＰ２に供給する構成を有することを特徴とする。出力状態検出部５は、過熱保護機能付き半導体装置３のソース端子と、マイクロコンピュータ１の入力ポートＰ２の間に接続された抵抗５１と、過熱保護機能付き半導体装置３のソース端子と接地の間に接続された抵抗５２とからなる。
【００２５】
また、図１の制御回路は、制御上は、所定の監視タイミング、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧のｔ_G(ON) プラス所定時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔ_G(OFF)−ｔ_G(ON) ）ごとに、ＭＯＳＦＥＴ３３の出力電圧、すなわちソース電圧を出力状態検出部５で検出し、その出力状態がハイレベル（ＨＩ）にあるかまたはローレベル（ＬＯ）にあるかに基づいて過熱保護機能が動作しているか否かを、マイクロコンピュータ１で検出することが特徴である。所定時間ｔｓは、好適には、ｔ_G(OFF)−ｔ_G(ON) にできるだけ近い時間に設定される。
【００２６】
以下、本発明の動作について詳述する。
マイクロコンピュータ１の出力ポートＰ１から出力されたＰＷＭ制御信号が、増幅回路２で増幅され、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートに供給されて、ＰＷＭ制御が行われている時、マイクロコンピュータ１は、連続するＰＷＭ制御信号の立ち上がりと立ち下がりに対して、立ち上がり時間ｔ_{Ｇ（ＯＮ）}＋所定時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔ_{Ｇ（ＯＦＦ）}−ｔ_{Ｇ（ＯＮ）}）ごとに監視タイミングで、ＭＯＳＦＥＴ３３の出力電圧、すなわちソース電圧を出力状態検出部５で検出する。
【００２７】
図２に示すように、ソース電圧は、負荷４の状態が正常であれば、ＰＷＭ制御信号によるＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧の各々の立ち上がり時間ｔ_{Ｇ（ＯＮ）}で立ち上がり、各々の立ち下がり時間ｔ_{Ｇ（ＯＦＦ）}で立ち下がり、ゲート電圧と同一の波形となる。したがって、マイクロコンピュータ１により、各立ち上がりからｔ_{Ｇ（ＯＮ）}＋ｔｓの監視タイミングで、出力状態検出部５からの検出出力に基づいてソース出力状態を検出すると、ＨＩ（すなわち、論理１）になる。
【００２８】
一方、負荷４に異常、たとえばショートが生じ、ＭＯＳＦＥＴ３３が過熱保護手段としての温度検出回路３５、ラッチ回路３６及びゲート遮断回路３７の協動により過熱遮断されると、ＭＯＳＦＥＴ３３のソース電圧は、図２に示すように、保護動作のたびにゲート電圧の立ち上がり時間ｔ_G(ON)から次第に短くなるタイミングで立ち下がる波形となる。したがって、マイクロコンピュータ１により、各立ち上がりからｔ_G(ON) ＋ｔｓの監視タイミングで、出力状態検出部５からの検出出力に基づいてソース出力状態を検出すると、ＬＯ（すなわち、論理０）になる。
【００２９】
そして、マイクロコンピュータ１は、各監視タイミングにおいて、連続してｍ回またはｎ秒間の間ソース出力状態がＬＯ（すなわち、論理０）であることを検出すると、出力ポートＰ１にＰＷＭ制御信号を送らず、ＭＯＳＦＥＴ３３のＰＷＭ制御を停止する。上述のｍ回またはｎ秒は、ＭＯＳＦＥＴ３３の破壊を十分に回避できる回数または時間に設定される。
【００３０】
その結果、ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン、ソース間に電流が流れなくなり、温度上昇によるＭＯＳＦＥＴ３３の破壊が防止される。
【００３１】
また、マイクロコンピュータ１は、上述のように、定期的にソース出力状態を監視しておけば、ＰＷＭ制御信号のＨＩ，ＬＯ（論理１，０）とソース出力状態のＨＩ，ＬＯ（論理１，０）とを比較することにより、過熱保護機能付き半導体装置の動作状態を検出することができる。
【００３２】
すなわち、ＰＷＭ制御信号が０かつソース出力状態が０であるか、またはＰＷＭ制御信号が１かつソース出力状態が１であれば、マイクロコンピュータ１は、正常動作状態と判定する。また、ＰＷＭ制御信号が０かつソース出力状態が１であれば、マイクロコンピュータ１は、ＭＯＳＦＥＴ３３が破壊状態にあると判定する。さらに、ＰＷＭ制御信号が１かつソース出力状態が０であれば、マイクロコンピュータ１は、過熱保護機能の作動状態にあると判定する。
【００３３】
このように、ＰＷＭ制御時の過熱保護機能付き半導体装置３の動作状態を検出することにより、ＭＯＳＦＥＴ３３が破壊される可能性が大幅に軽減される。したがって、過熱保護機能付き半導体装置３が車両のランプ駆動のために利用された場合は、本発明は、車両火災の防止にも寄与する。
【００３４】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００３５】
たとえば、マイクロコンピュータ１は、ＰＷＭ制御信号以外の制御信号による制御時でも、定期的にソース出力状態を監視しておけば、ＭＯＳＦＥＴ３３の状態（破壊または過熱保護作動）を検出することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、過熱保護機能付き半導体装置が破壊される可能性が大幅に軽減される。また、車両のために利用された場合は、車両火災の防止にも寄与する。
【００３７】
また、ＭＯＳＦＥＴが破壊される可能性が大幅に軽減される。
【００３８】
また、監視タイミングを適切に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。
【図３】従来の過熱保護機能付き半導体装置の制御回路の実施の形態を示す回路図である。
【図４】図１の制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。
【符号の説明】
１マイクロコンピュータ（制御手段）
２増幅回路
３過熱保護機能付き半導体装置
４負荷
５出力状態検出部（出力状態検出手段）
３３ＭＯＳＦＥＴ（半導体素子）
３５温度検出回路（過熱保護手段の一部）
３６ラッチ回路（過熱保護手段の一部）
３７ゲート遮断回路（過熱保護手段の一部）

Claims

ワンチップ上に、半導体素子と、前記ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路、前記温度検出回路の検出出力が供給されるラッチ回路及び前記ラッチ回路の出力が供給され、前記半導体素子のゲート入力を遮断するゲート遮断回路を含む過熱保護手段とを搭載した過熱保護機能付き半導体装置の制御回路であって、
上記半導体素子にＰＷＭ制御信号を供給する制御手段と、
上記過熱保護機能付き半導体装置の出力状態を検出する出力状態検出手段とを備え、
上記制御手段は、前記ＰＷＭ制御信号の立ち上がり時間ｔ_G(ON)プラス所定の時間ｔｓ（ただし、ｔｓ＜ｔ_G(OFF)（前記ＰＷＭ制御信号の立ち下がり時間）−ｔ_G(ON)）ごとの監視タイミングで、定期的に前記出力状態検出手段からの検出出力を監視し、上記検出出力の論理１，０と上記ＰＷＭ制御信号の論理１，０とを比較することにより、上記検出出力の論理が上記ＰＷＭ制御信号の論理と異なっている状態が所定回数または所定時間の間継続して発生した場合は、上記半導体素子への上記ＰＷＭ制御信号の供給を停止するように制御する
ことを特徴とする過熱保護機能付き半導体装置の制御回路。