JPH03254154A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH03254154A JPH03254154A JP2053065A JP5306590A JPH03254154A JP H03254154 A JPH03254154 A JP H03254154A JP 2053065 A JP2053065 A JP 2053065A JP 5306590 A JP5306590 A JP 5306590A JP H03254154 A JPH03254154 A JP H03254154A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mosfet
- gate
- shortcircuit
- electrode
- output element
- Prior art date
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- Pending
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ゲート電圧で駆動される出力素子を有し、そ
の素子の負荷短絡時に流れる過電流による破壊を防止す
るための負荷短絡保護を行うことができる半導体装置に
関する。
の素子の負荷短絡時に流れる過電流による破壊を防止す
るための負荷短絡保護を行うことができる半導体装置に
関する。
電力用スイッチング素子、例えば電力用縦型MO3FE
Tの負荷短絡保護回路としては第2図に示すような回路
が知られている。この回路の出力MO3FETIと同一
の半導体チンブに同一構造の電流検出用MO3FET2
1が形成されている。
Tの負荷短絡保護回路としては第2図に示すような回路
が知られている。この回路の出力MO3FETIと同一
の半導体チンブに同一構造の電流検出用MO3FET2
1が形成されている。
両M OS F E T21.22のゲートはゲート抵
抗2を介してゲート端子13に接続されている。MOS
FET1のオン時に通常の電流が流れている場合には、
ドレイン端子12からソース端子11へ流れる電流のう
ち、MOSFET21にはそのセルの面積比に対応した
電流が流れる。MO3FETIのゲートには逆流防止用
ダイオード3を介してゲート放電用MO3FET4が接
続されている。MOSFET4のゲートには、MOSF
ET21を流れる電流により、MOSFET4のソース
・ゲート間に接続された電流検出抵抗22によって降下
した電圧が印加される0通常のオン時には、この電圧降
下7!l(MOSFET4のゲートしきい値電圧以下と
なるようにすることによって、MO3FETIのゲート
には通常のゲート駆動電圧が印加される。いま、負荷の
短絡などにより、MO3FETIの電流が増加すると、
MOSFET21に流れる電流もそれに応じて増加する
。その電流増加により、抵抗22による電圧降下がMO
SFET4のゲートのしきい値電圧以上になるとMOS
FET4はオンし、MO3FETIのゲートの電荷は放
電する。
抗2を介してゲート端子13に接続されている。MOS
FET1のオン時に通常の電流が流れている場合には、
ドレイン端子12からソース端子11へ流れる電流のう
ち、MOSFET21にはそのセルの面積比に対応した
電流が流れる。MO3FETIのゲートには逆流防止用
ダイオード3を介してゲート放電用MO3FET4が接
続されている。MOSFET4のゲートには、MOSF
ET21を流れる電流により、MOSFET4のソース
・ゲート間に接続された電流検出抵抗22によって降下
した電圧が印加される0通常のオン時には、この電圧降
下7!l(MOSFET4のゲートしきい値電圧以下と
なるようにすることによって、MO3FETIのゲート
には通常のゲート駆動電圧が印加される。いま、負荷の
短絡などにより、MO3FETIの電流が増加すると、
MOSFET21に流れる電流もそれに応じて増加する
。その電流増加により、抵抗22による電圧降下がMO
SFET4のゲートのしきい値電圧以上になるとMOS
FET4はオンし、MO3FETIのゲートの電荷は放
電する。
このため、MO3FETIのゲート電圧は、ゲート抵抗
2とMOSFET4のオン抵抗で分圧されるか、MOS
FET4の飽和電流とゲート抵抗の積の値だけ低下する
。従って、短絡時などの過電流が流れた場合には出力M
O3FETIのゲート電圧が低下し、短絡電流が低下す
るので発生損失を低減できる。このため、素子が破壊す
るまでの時間が長くなり、外部に接続される過熱保護回
路や遅い応答の過電流保護回路でも素子を保護すること
ができる。
2とMOSFET4のオン抵抗で分圧されるか、MOS
FET4の飽和電流とゲート抵抗の積の値だけ低下する
。従って、短絡時などの過電流が流れた場合には出力M
O3FETIのゲート電圧が低下し、短絡電流が低下す
るので発生損失を低減できる。このため、素子が破壊す
るまでの時間が長くなり、外部に接続される過熱保護回
路や遅い応答の過電流保護回路でも素子を保護すること
ができる。
通常、電力用スイッチング素子においては、短時間では
定格電流より大きな電流を流すことがしばしば生ずる。
定格電流より大きな電流を流すことがしばしば生ずる。
しかしながら、上述のような負荷短絡保護回路は、素子
に流れる電源を検出しているため、素子に印加された電
圧が比較的低く、発生損失が少ない場合にも動作してし
まう、従って、パルス的に定格電流以上の電流を流す用
途には、保護回路の過電流検出レベルを高く設定せざる
を得ない、このため、負荷短絡時などの大きな電流が流
れ、しかも素子に印加される電圧が高く、発生損失が非
常に大きい場合に十分な保護を行うことができないこと
が起こり得る。
に流れる電源を検出しているため、素子に印加された電
圧が比較的低く、発生損失が少ない場合にも動作してし
まう、従って、パルス的に定格電流以上の電流を流す用
途には、保護回路の過電流検出レベルを高く設定せざる
を得ない、このため、負荷短絡時などの大きな電流が流
れ、しかも素子に印加される電圧が高く、発生損失が非
常に大きい場合に十分な保護を行うことができないこと
が起こり得る。
本発明の百的は、上記の問題を解決し、出力素子のゲー
ト電極に印加される電圧が大きくなったことを検出して
素子に流れる電流を抑制して負荷短絡保護を行う半導体
装置を提供することにある。
ト電極に印加される電圧が大きくなったことを検出して
素子に流れる電流を抑制して負荷短絡保護を行う半導体
装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装Iは、
二つの主電極間に流れる電流をゲートに印加される電圧
により制御する出力素子とその素子の第一の主電極にド
レイン電極が接続される第一のMOSFETおよびソー
ス電極が接続される第二のMOS F ETとを備え、
出力素子の第一の主電極が第一のMOSFETのゲート
電極と接続され、出力素子のゲート電極が分圧抵抗を介
して第一のMOSFETのソース電極と、また出力素子
をオンするためにそのゲートに印加される電圧に対して
順方向のダイオードを介して第二のMOSFETのドレ
イン電極と共通に接続され、第一のMOSFETのソー
ス電極が第二のMOSFETのゲート電極に接続され、
かつ出力素子の第二の主電極の電位と第一のMOSFE
Tの基板電位が共通であるものとする。
二つの主電極間に流れる電流をゲートに印加される電圧
により制御する出力素子とその素子の第一の主電極にド
レイン電極が接続される第一のMOSFETおよびソー
ス電極が接続される第二のMOS F ETとを備え、
出力素子の第一の主電極が第一のMOSFETのゲート
電極と接続され、出力素子のゲート電極が分圧抵抗を介
して第一のMOSFETのソース電極と、また出力素子
をオンするためにそのゲートに印加される電圧に対して
順方向のダイオードを介して第二のMOSFETのドレ
イン電極と共通に接続され、第一のMOSFETのソー
ス電極が第二のMOSFETのゲート電極に接続され、
かつ出力素子の第二の主電極の電位と第一のMOSFE
Tの基板電位が共通であるものとする。
〔作用)
MOSFETは、基板領域とソース領域およびドレイン
領域間を逆バイアスすることにより、ゲートしきい値電
圧がMOSFETをオフする方向に変化する。出力素子
の第二の主電極の電位と第一のMOSFETの基板電位
と共通であるため、第一のMOS F ETのゲートし
きい値変化により出力素子の第二の主電極への印加電圧
を検出することができ、負荷短絡時にその印加電圧の上
昇により著しく増大したしきい値変化によって第一のM
OSFETがオフになる。第一のMOSFETがオフに
なることにより、そのドレイン電極にゲート電極が接続
された第二のMOSFETがオンとなり、出力素子のゲ
ート電極に印加される電圧が分圧されて低下し、短絡電
流が低減する。
領域間を逆バイアスすることにより、ゲートしきい値電
圧がMOSFETをオフする方向に変化する。出力素子
の第二の主電極の電位と第一のMOSFETの基板電位
と共通であるため、第一のMOS F ETのゲートし
きい値変化により出力素子の第二の主電極への印加電圧
を検出することができ、負荷短絡時にその印加電圧の上
昇により著しく増大したしきい値変化によって第一のM
OSFETがオフになる。第一のMOSFETがオフに
なることにより、そのドレイン電極にゲート電極が接続
された第二のMOSFETがオンとなり、出力素子のゲ
ート電極に印加される電圧が分圧されて低下し、短絡電
流が低減する。
第1図は本発明の一実施例の半導体装置の回路を示し、
第2図と共通の部分には同一の符号が付されている。こ
の場合、pチャネルMOSFET5が電流検出用MO3
FETとしてそのドレイン電極およびゲート電極は出力
素子のれチャネルMO3FETIのソース電極に、その
ソース電極は抵抗6を介してMO3FETIのゲート電
極に接続されている。この回路において、いまゲート端
子13に正の電圧を印加して出力MO3FETIをオン
にする場合を考える。オフ状態では、MOSFET5の
基板電位はドレイン端子12に接続される負荷電源によ
り高電位となっており、MOSFET5はオフしている
。ゲート端子13に正の電圧を印加すると、MOSFE
T5がオフしているためMO3FETIのゲートの電位
が上がるにしたがってMOSFET4はオンし始める。
第2図と共通の部分には同一の符号が付されている。こ
の場合、pチャネルMOSFET5が電流検出用MO3
FETとしてそのドレイン電極およびゲート電極は出力
素子のれチャネルMO3FETIのソース電極に、その
ソース電極は抵抗6を介してMO3FETIのゲート電
極に接続されている。この回路において、いまゲート端
子13に正の電圧を印加して出力MO3FETIをオン
にする場合を考える。オフ状態では、MOSFET5の
基板電位はドレイン端子12に接続される負荷電源によ
り高電位となっており、MOSFET5はオフしている
。ゲート端子13に正の電圧を印加すると、MOSFE
T5がオフしているためMO3FETIのゲートの電位
が上がるにしたがってMOSFET4はオンし始める。
このため、MO3FETIの一部のゲート充電電流がM
OSFET4によってバイパスされるか、ゲート電位の
上昇によりMO3FETIがオンし始めMO3FETI
のオン電圧が低下するとともにMOSFET5の基板電
位が低下し、そのゲートしきい値電圧が低下してMOS
FET5はオンする。このため、MOS F ET 4
はオフし、それ以上ゲート電流がバイパスされることが
ない、したがって、正常オン状態では、MO3FETI
のゲート電圧は端子13に印加された電圧と一致する。
OSFET4によってバイパスされるか、ゲート電位の
上昇によりMO3FETIがオンし始めMO3FETI
のオン電圧が低下するとともにMOSFET5の基板電
位が低下し、そのゲートしきい値電圧が低下してMOS
FET5はオンする。このため、MOS F ET 4
はオフし、それ以上ゲート電流がバイパスされることが
ない、したがって、正常オン状態では、MO3FETI
のゲート電圧は端子13に印加された電圧と一致する。
ただし、MOSFET4のしきい値電圧をMO3FET
Iのしきい値電圧より高く設定することにより、オン当
初のゲート充電電流のバイパス効果をなくすることかで
きる。
Iのしきい値電圧より高く設定することにより、オン当
初のゲート充電電流のバイパス効果をなくすることかで
きる。
次に負荷短絡が発生し、出力素子lに印加される電圧が
上昇すると、MOSFET5の基板電位が上昇するため
そのゲートしきい値電圧が上昇してMOSFET5はオ
フし、MOSFET4がオンする。このため、MO3F
ETIのゲート電位はゲート抵抗2およびMOS F
ET 4のオン抵抗で分圧した値まで低下するか、ある
いはMOSFET4が活性領域で動作する様に設計した
場合はMOSFET4の飽和電流によるゲート抵抗2に
よる電圧降下分だけ低下し、短絡時の短絡電流を低減す
ることができる。そのため、負荷短絡時に出力素子で発
生するロスが低下し、素子破壊までの時間が長くなるた
め、通常用いられる低速の保護回路でも素子を負荷短絡
から保護することができる。
上昇すると、MOSFET5の基板電位が上昇するため
そのゲートしきい値電圧が上昇してMOSFET5はオ
フし、MOSFET4がオンする。このため、MO3F
ETIのゲート電位はゲート抵抗2およびMOS F
ET 4のオン抵抗で分圧した値まで低下するか、ある
いはMOSFET4が活性領域で動作する様に設計した
場合はMOSFET4の飽和電流によるゲート抵抗2に
よる電圧降下分だけ低下し、短絡時の短絡電流を低減す
ることができる。そのため、負荷短絡時に出力素子で発
生するロスが低下し、素子破壊までの時間が長くなるた
め、通常用いられる低速の保護回路でも素子を負荷短絡
から保護することができる。
第3図は第1図の回路の主要素子を一つの半導体基体内
に構成した半導体装置を示す、第1図の回路の各素子に
対応する部分には、第1図と同一の符号が付されている
。この半導体基体は、n0シリコン基板31上に積層し
たn−エピタキシャル層32を有し、その層32にnチ
ャネルたて型MO3FETIのチャネル領域となるps
Jl域33およびn゛ソース領域34が形成されている
。また層32にはpウェル35内にnチャネル横型MO
SFET4のn゛ソース領域36.ドレイン領域37お
よびpチャネル横型MOSFET5のp型ソース領域3
8、ドレイン領域39が形成されている。基体表面には
ゲート酸化膜を介して、MO3FETIのゲート電極4
1M03FET4のゲート電極42.MOSFET5の
ゲート電極43が形成され、またMO3FETIのソー
ス電極44.ドレイン電極45.MOSFET4のソー
ス電極46. ドレイン電極47.MOSFET5の
ソース電極48.ドレイン電極49が設けられている。
に構成した半導体装置を示す、第1図の回路の各素子に
対応する部分には、第1図と同一の符号が付されている
。この半導体基体は、n0シリコン基板31上に積層し
たn−エピタキシャル層32を有し、その層32にnチ
ャネルたて型MO3FETIのチャネル領域となるps
Jl域33およびn゛ソース領域34が形成されている
。また層32にはpウェル35内にnチャネル横型MO
SFET4のn゛ソース領域36.ドレイン領域37お
よびpチャネル横型MOSFET5のp型ソース領域3
8、ドレイン領域39が形成されている。基体表面には
ゲート酸化膜を介して、MO3FETIのゲート電極4
1M03FET4のゲート電極42.MOSFET5の
ゲート電極43が形成され、またMO3FETIのソー
ス電極44.ドレイン電極45.MOSFET4のソー
ス電極46. ドレイン電極47.MOSFET5の
ソース電極48.ドレイン電極49が設けられている。
さらに、横型MOS F ET 4の分離のためにpウ
ェル51および分離用ゲート電極52が形成されている
。各ゲート電極と基板の間にはゲート酸化@40が介在
しているが、MOSFET5のゲート電極43の下には
、ゲートしきい値の基板電位依存性を大きくするために
約5000人の厚さのゲート酸化膜41が介在している
。基体上の各ゲート電極およびソース、ドレイン電極は
、配線により第1図の回路にしたがって接続される。こ
のうち、ダイオード3は、基体上にSO■技術を用いて
形成することができる。しかし、各MO3FET4゜5
を出力素子1と別の個別素子にしてもよい、その場合、
MOSFET5には4端子MO3FETを用いる。
ェル51および分離用ゲート電極52が形成されている
。各ゲート電極と基板の間にはゲート酸化@40が介在
しているが、MOSFET5のゲート電極43の下には
、ゲートしきい値の基板電位依存性を大きくするために
約5000人の厚さのゲート酸化膜41が介在している
。基体上の各ゲート電極およびソース、ドレイン電極は
、配線により第1図の回路にしたがって接続される。こ
のうち、ダイオード3は、基体上にSO■技術を用いて
形成することができる。しかし、各MO3FET4゜5
を出力素子1と別の個別素子にしてもよい、その場合、
MOSFET5には4端子MO3FETを用いる。
第4図は本発明の別の実施例の回路で、出力素子をnチ
ャネルIGBTにした例であり、第1゜第2図と共通の
部分には同一の符号が付されている。nチャネルI G
ETは、第3図に示したようなれチャネルたて型MO3
FETIのドレイン側にptfl域を付加した構造であ
るため、同一半導体基体にpチャネル横型MOS F
ET 5を形成した場合には、図に示すように等価回路
的にI GET7のドレインとpチャネルMO3FET
5の基板領域間に順方向にダイオード8が接続された形
となるが、全く同様の動作が得られる。
ャネルIGBTにした例であり、第1゜第2図と共通の
部分には同一の符号が付されている。nチャネルI G
ETは、第3図に示したようなれチャネルたて型MO3
FETIのドレイン側にptfl域を付加した構造であ
るため、同一半導体基体にpチャネル横型MOS F
ET 5を形成した場合には、図に示すように等価回路
的にI GET7のドレインとpチャネルMO3FET
5の基板領域間に順方向にダイオード8が接続された形
となるが、全く同様の動作が得られる。
なお、本発明は以上の実施例の各MOS F ETある
いはIGBTのチャネルを逆の導電型にし、ダイオード
を逆向きにすることによっても実施できる。
いはIGBTのチャネルを逆の導電型にし、ダイオード
を逆向きにすることによっても実施できる。
本発明によれば、負荷短絡を素子を流れる過電流によっ
て検出するのではなく、電流検出用MO3FETの基板
電位を出力素子の一生電極と共通にしてそのゲートしき
い値の変化を利用して素子に印加された電圧によって検
出することにより、負荷短絡でない過電流時には短絡保
護回路が動作しないため、短時間に定格以上の電流を流
す必要のある用途に対しても支障なく短絡保護を行うこ
とが可能になった。
て検出するのではなく、電流検出用MO3FETの基板
電位を出力素子の一生電極と共通にしてそのゲートしき
い値の変化を利用して素子に印加された電圧によって検
出することにより、負荷短絡でない過電流時には短絡保
護回路が動作しないため、短時間に定格以上の電流を流
す必要のある用途に対しても支障なく短絡保護を行うこ
とが可能になった。
第1図は本発明の一実施例の半導体装置の回路図、第2
図は従来の半導体装置の回路図、第3図は第1図の回路
の主要素子を一つの半導体基体内に構成した半導体装置
の断面図、第4図は本発明の別の実施例の半導体装置の
断面図である。 に出力MOS F ET、3:ダイオード、4:ゲート
放電用MO3FET、5 F電力検出用MO3FET、
6 :分圧抵抗、7:出力I GBT、11:ソース端
子、12ニドレイン端子、13:ゲート端子、−9
図は従来の半導体装置の回路図、第3図は第1図の回路
の主要素子を一つの半導体基体内に構成した半導体装置
の断面図、第4図は本発明の別の実施例の半導体装置の
断面図である。 に出力MOS F ET、3:ダイオード、4:ゲート
放電用MO3FET、5 F電力検出用MO3FET、
6 :分圧抵抗、7:出力I GBT、11:ソース端
子、12ニドレイン端子、13:ゲート端子、−9
Claims (1)
- 1)二つの主電極間に流れる電流をゲートに印加される
電圧により制御する出力素子とその素子の第一の主電極
にドレイン電極が接続される第一のMOSFETおよび
ソース電極が接続される第二のMOSFETとを備え、
出力素子の第一の主電極が第一のMOSFETのゲート
電極と接続され、出力素子のゲート電極が分圧抵抗を介
して第一のMOSFETのソース電極と、また出力素子
をオンするためにそのゲートに印加される電圧に対して
順方向のダイオードを介して第二のMOSFETのドレ
イン電極と共通に接続され、第一のMOSFETのソー
ス電極が第二のMOSFETのゲート電極に接続され、
かつ出力素子の第二の主電極の電位と第一のMOSFE
Tの基板電位が共通であることを特徴とする半導体装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053065A JPH03254154A (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053065A JPH03254154A (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03254154A true JPH03254154A (ja) | 1991-11-13 |
Family
ID=12932433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2053065A Pending JPH03254154A (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03254154A (ja) |
-
1990
- 1990-03-05 JP JP2053065A patent/JPH03254154A/ja active Pending
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