JPH0616540B2

JPH0616540B2 - 半導体集積回路の熱遮断回路

Info

Publication number: JPH0616540B2
Application number: JP59249378A
Authority: JP
Inventors: 捷男浅井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS61127156A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、電力増幅用ＩＣなどの半導体集積回路の異
常発熱時の動作停止または強制破壊に用いる熱遮断回路
に関する。

従来の技術電力増幅用ＩＣなどには、誤動作や過負荷によるＩＣの
異常発熱に起因するＩＣの破壊を防止するため、温度検
出４回路遮断とを組み合わせた熱遮断回路が設けられ、
通常時は出力部の電力トランジスタのベース電流を遮断
し、動作を停止させる制御を行っている。

ＶＴＲなどのマイクロコンピュータなどの制御装置を用
いて複雑なシステムコントロールを行うものでは、第５
図に示すように、商用交流電源のコンセントに装置の電
源供給用のプラグを差し込むと、常時電源回路が動作す
るような構成と成っている。すなわち、交流電源２は、
電源供給端子４Ａ、４Ｂからヒューズ６を介してトラン
ス８に供給され、その変圧出力は整流回路１０で整流さ
れた後、出力端子１２、１４から出力されるとともに、
安定化回路１６に加えられて安定化が図られる。この場
合、安定化回路１６は、トランジスタ１８、２０、定電
圧素子２２および抵抗２４で構成され、安定化出力は出
力端子２６から取り出されるとともに、たとえば、マイ
クロコンピュータで構成される制御回路２８に加えられ
ている。この制御回路２８には、動作切換用スイッチ３
０が設けられている。

このような電源回路を用いた装置では、装置自体に加え
られる交流電源２が常時供給状態に維持され、動作切換
用スイッチ３０の操作で直流電圧を遮断する。これは、
電源の遮断は装置の動作状態と無関係に行うわけにいか
ず、動作上総ての機能を停止または休止状態にして電源
を切るように、電源スイッチはマイクロコンピュータを
介して電源を制御する仕組みとなっている。

また、モータ駆動回路用電源、プランジャー駆動回路な
どの電源やタイマ表示などは、その機能上、出力端子１
２、１４に発生する非安定化出力を用いて常時通電状態
としている。これは、安定化すると、大容量の安定化電
源回路が必要となり、コストが高くなるので、通常、非
安定化出力が用いられる。

発明か解決しようとする問題点このような常時通電状態にされている装置に設置された
電力用ＩＣなどの半導体集積回路が故障すると、異常電
流が流れて発熱を生じ、装置の破壊や過熱による火災の
原因になる。とりわけ、破壊し難い集積回路ほど、破壊
に至るとき、異常発熱が続く傾向があり、その破壊強度
が上がるに従って半導体集積回路以外の重要な部分の破
壊が生じるなどの弊害が表面化している。

たとえば、半導体集積回路における電力トランジスタが
破壊した場合、制御が効かなくなり、ＶＴＲのように電
源スイッチがなく（マイクロコンピュータなどの制御手
段を経由）、常時、通電状態の場合、火災などのおそれ
がある。

また、これらの破壊は、半導体集積回路を構成する半導
体層を介して異常電流が流れるもので、完全な短絡とは
ならない。電源ヒューズを溶断するほど、過大電流が流
れることは少なく、ヒューズを用いも十分な保護ができ
ない。たとえば、サージ電圧などにより素子のＡＳＯ
（AREA OF SAFETY OPERATION：安全動作領域）を越
えた場合、破壊はマイクロセカンド（10^-6秒）のオーダ
で起こり、一方、異常発熱は極めて狭い領域でしか起こ
らず、半導体集積回路全体に熱が伝わるには、ミリセカ
ンド（10^-3秒）のオーダを要し、当然、破壊以前の発熱
検出で保護することはできない。

破壊後、異常電流が流れ続け、発熱する場合には、従来
の駆動信号を遮断する方法では、異常発熱を停止させる
ことができない。

そこで、この発明は、電力用ＩＣなどの半導体集積回路
の発熱温度を検出し、その発熱温度に応じて半導体集積
回路を動作停止ないし強制的な破壊に到らしめることに
より、半導体集積回路が設置されている回路装置を保護
する半導体集積回路の熱遮断回路の提供を目的とする。

問題点を解決するための手段すなわち、この発明の半導体集積回路の熱遮断回路は、
異常時、強制的に動作を停止又は破壊すべき回路素子
（電力トランジスタ５４）を持つ主回路部（３６）を備
えた半導体集積回路と、この半導体集積回路の任意の位
置に設定した第１の温度検出点に能動素子（トランジス
タ４０、ツェナーダイオード１１８）を設置し、この能
動素子を通して前記第１の温度検出点の発熱温度が第１
の基準温度以上であることを検出する第１の温度検出回
路（３２、３２０）と、前記半導体集積回路の前記第１
の温度検出点以外に設定した第２の温度検出点に能動素
子（トランジスタ５２、１３０）を設置し、この能動素
子を通して前記第２の温度検出点の発熱温度が前記第１
の基準温度より高く設定された第２の基準温度以上であ
ることを検出する第２の温度検出回路（３４、３４０）
と、前記第１の温度検出回路が前記第１の基準温度以上
の発熱温度を検出したとき、その温度検出出力を受けて
動作停止出力を前記回路素子に加え、前記主回路の動作
を停止させる第１のトランジスタ（１０８、１１０）
と、前記第２の温度検出回路が前記第２の基準温度以上
の発熱温度を検出したとき、その温度検出出力を受けて
前記回路素子に過大電流を流し、前記回路素子を破壊さ
せて前記主回路部の動作を停止させる第２のトランジス
タ（１１２、１１４）とから構成したことを特徴とす
る。

作用したがって、この発明は、半導体集積回路上に第１およ
び第２の温度検出点の２つの温度検出点を設定し、第１
の温度検出点の発熱温度が第１の基準温度以上の発熱温
度を検出して半導体集積回路の動作を停止させ、第２の
温度検出点の第２の基準温度以上の発熱温度を検出して
半導体集積回路の金線などの配線導体を溶断させ、半導
体集積回路を強制的に破壊させる。すなわち、異常な使
用条件、たとえば、負荷ショート、モータロック、異常
な過電圧印加などにより半導体集積回路が異常発熱して
破壊するのを防止するため、半導体集積回路内のチップ
温度を検出し、動作停止をさせ、さらに、動作停止後に
おいても、異常な発熱状態が進行し、チップ温度が上昇
している場合には、半導体集積回路が正常機能を失った
ものと判断し、強制的に破壊し、半導体集積回路を解放
状態にする。

実施例以下、この発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の半導体集積回路の熱射遮断回路の実
施例を示している。

第１図において、第１および第２の温度検出回路３２、
３４および主回路部３６は、同一の半導体集積回路で構
成され、温度検出回路３２は、その半導体集積回路の発
熱を伴う素子の近傍などの任意の位置に設定された第１
の温度検出点に設置され、温度検出回路３４は、第１の
温度検出回路３２の近傍または他の発熱を伴う素子の近
傍などの任意の位置に設定された第２の温度検出点に設
置されている。

すなわち、温度検出回路３２は、電源が供給される正側
ラインと設置側ラインとの間に定電流源３８にＮＰＮ形
のトランジスタ４０からなるダイオードを接続し、トラ
ンジスタ４０のエミッタと、共通化されたベース・コレ
クタとの間に分圧用の抵抗４２、４４を接続し、その分
圧点に温度を検出すべき能動素子としてのトランジスタ
４６のベースを接続したものである。トランジスタ４０
は、ベース・コレクタを共通化してツェナーダイオード
として構成され、正側ライン側と接地ライン側との間に
逆極性となるように設置され、ベース・エミッタ間のブ
レークダウン電圧を利用してツェナー動作を得ている。

また、第２の温度検出回路３４は、トランジスタ４０の
エミッタとベース・コレクタとの間に分圧用の抵抗４
８、５０を接続し、その分圧点に温度を検出すべき能動
素子としてのトランジスタ５２のベースを接続したもの
である。

温度検出回路３２には、動作開始点となるたとえば、 1
50℃で与えられる第１の基準温度が設定され、温度検出
回路３４には、動作開始点となるたとえば、第１の基準
温度より高い 200℃の第２の基準温度が設定されてい
る。これらの温度設定は、抵抗４２、４４または抵抗４
８、５０の抵抗比で設定できる。

主回路装置３６には、第１の温度検出回路３２の出力に
よって主回路部３６に設置された回路素子、即ち、異常
時、強制的に動作の停止ないし破壊すべき回路素子とし
ての電力トランジスタ５４の動作を停止させる動作停止
回路５６とともに、第２の温度検出回路３４の出力によ
って電力トランジスタ５４に過大電流を流し、この電力
トランジスタ５４に接続されている金線などの配線導体
を溶断させて半導体集積回路自体を破壊に至らしめる破
壊回路５８が設置されている。

以上の構成に基づき、その動作を説明する。

トランジスタ４０のベース・コレクタを共通にして構成
されたツェナーダイオードにおいて、そのベース・エミ
ッタ間のブレークダウン電圧ＢＶ_ＥＢＯは、通常＋２ｍ
Ｖ／℃の温度係数を持ち、トランジスタ４６、５２のベ
ース・エミッタ間の順方向電圧Ｖ_BEは、通常−２ｍＶ／
℃程度の温度係数を持っている。

トランジスタ４６のベース・エミッタ間電圧をＶ_BEとす
ると、トランジスタ４０の導通条件は、Ｖ_BE≦ＢＶ_ＥＢＯ ……(1) で与えられ、Ｋは抵抗４２、４４の分圧比であり、抵抗
４２、４４の抵抗値をＲ_１、Ｒ_２とすると、Ｒ_２／(Ｒ
_１＋Ｒ_２)である。

Ｖ_BE＝Ｖ_BE（25℃）＋α_１・ΔＴａ……(2) ＢＶ_BEO＝ＢＶ_BEO（25℃）＋α_２・ΔＴａ……(3) であり、ただしΔＴａは25℃よりの温度上昇分、ＢＶ
_BEO（25℃）およびＶ_BE（25℃）はそれぞれ25℃のとき
のＢＶ_BEOとＶ_BE、α_１はＶ_BEの温度係数−２ｍＶ／
℃、α_２はＢＶ_BEOの温度係数＋２ｍＶ／℃である。

（Ｖ_BE−Ｋ・ＢＶ_EBO） ≦（−α_１＋Ｋ・α_２）ΔＴ……(4) ΔＴ≦（Ｖ_BE−Ｋ・ＢＶ_EBO）（−α_１＋Ｋ・α_２）……(5) したがって、ΔＴが上記の値の温度で、トランジスタ４
６が導通する。

同様の条件により、抵抗４８、５０の分圧比を前記分圧
比Ｋより大きく設定し、その値のたとえば、200 ℃に対
応する値に設定することにより、トランジスタ５２も導
通させることができる。

トランジスタ４６の導通信号は動作停止回路５６に加え
られ、トランジスタ４６の導通によってトランジスタ５
４の動作が停止し、トランジスタ５２の導通信号が破壊
回路５８に加えられる。トランジスタ５２の導通によっ
て、トランジスタ５４に過大電流が流れることにより、
半導体集積回路を破壊に至らしめ、電流路を完全な開路
状態に移行させる。

そして、このような温度検出回路３２、３４は、基準温
度以上においてのみ動作し、半導体集積回路の主回路部
３６の動作を損なうものではない。

第２図は半導体集積回路において、配線導体として用い
られる金線の太さに対する溶断電流の大きさを示し、Ａ
は通電時間を１（sec）、Ｂは通電時間を 100（msec）
に設定した場合を示し、電力トランジスタ５４に過大電
流を流すことにより、容易に金線を溶断できることが判
る。

このように半導体集積回路の発熱を検出してその動作を
停止させ、さらに、その発熱温度が上昇して第２の基準
温度を越えると、配線導体を溶断するので、確実に発熱
状態を解除でき、半導体集積回路を設置している装置の
壊滅的な状態や過熱による火災を未然に防止できる。

なお、この実施例において、温度検出用のトランジスタ
４６と動作停止回路５６とを共通のトランジスタで構成
し、また、温度検出用のトランジスタ５２と破壊回路５
８を共通のトランジスタで構成してもよい。

第３図は、この発明の半導体集積回路の熱遮断回路をモ
ータの正逆転駆動用半導体集積回路に用いた具体的な回
路構成例を示し、第１図に示す実施例と同一部分には同
一符号を付してある。

第３図において、モータの正逆転駆動回路６０は、トラ
ンジスタ６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、
７６および抵抗７８、８０、８２、８４、８６、８８、
９０、９２で構成され、トランジスタ６８、７６のコレ
クタに形成された端子９４、９６にはモータ９８が接続
され、電源端子９９と接地側端子１００との間には非安
定化電源から駆動電圧Ｖｃｃ₁が加えられ、電源端子１
０２と接地側端子１００との間には、安定化電源から駆
動電圧Ｖｃｃ₂が加えられ、制御入力端子１０４、１０
６には正転または逆転のための制御信号が加えられる。
たとえば、正転時、制御入力端子１０４に制御入力が与
えられるので、トランジスタ７０、７２、６６、６８が
導通してモータ９８に駆動電流が与えられ、また、逆転
時、制御入力端子１０６に制御入力が与えられるので、
トランジスタ６２、６４、７４、７６が導通してモータ
９８に駆動電流が与えられ、モータ９８は電流の流れる
方向が切り換えられてその回転方向が切り換えられる。

そして、トランジスタ６６、７４のベースと接地側ライ
ンとの間には、それぞれ動作停止回路５６Ａ、５６Ｂが
設置され、この実施例の場合、動作停止回路５６Ａは第
１のトランジスタ１０８、動作停止回路５６Ｂは第１の
トランジスタ１１０で構成されている。また、トランジ
スタ６２、６８のベース間には破壊回路５８Ａが設置さ
れ、トランジスタ７０、７６のベース間には破壊回路５
８Ｂが設置されている。この実施例の場合、破壊回路５
８Ａは第２のトランジスタ１１２、破壊回路５８Ｂは第
２のトランジスタ１１４で構成されている。

温度検出回路３２は、トランジスタ１１６、ツェナーダ
イオード１１８および抵抗１２０、１２２、１２４、１
２６で構成され、トランジスタ１１６の導通信号は、ト
ランジスタ１２８を介してトランジスタ１０８、１１０
のベースに加えられている。

また、温度検出回路３４は、トランジスタ１３０および
抵抗１３２、１３４、１３６で構成され、トランジスタ
１３０の導通信号はトランジスタ１３８および抵抗１４
０からなるスイッチ回路を介してトランジスタ１１２、
１１４のベースに加えられている。

このような構成によれば、トランジスタ１１６が第１の
基準温度以上の発熱を検出して導通すると、トランジス
タ１０８、１１０が導通するため、トランジスタ６６、
７４のベース電位が低下し、トランジスタ６６、７４が
非導通となるので、駆動電流の供給が解除されてモータ
９８の回転が停止される。

さらに、発熱が続いて発熱温度が第２の基準温度以上に
なったことをトランジスタ１３０が検出して導通する
と、トランジスタ１１２、１１４が導通し、トランジス
タ６２、６８、７０、７６に過大なベース電流が流れ込
む。この結果、トランジスタ６２、６８、７０、７６に
接続されている配線導体が溶断し、完全な開路状態に移
行させるので、異常電流の持続による異常発熱が阻止さ
れ、過熱や過熱による火災の発生が防止できる。

また、温度検出回路３２、３４の動作条件は温度上昇に
のみ依存しており、通常の使用状態での発熱では非導通
状態となるように設定するので、制御動作などの正規の
動作には何等影響を与えることはない。

なお、動作停止回路５６Ａ、５６Ｂおよび破壊回路５８
Ａ、５８Ｂは、サイリスタで構成してもよく、この場
合、温度検出回路３２、３４からゲート信号を与える。

第４図はこの発明の熱遮断回路の他の実施例を示し、第
３図に示す実施例と同一部分には同一符号を付してあ
る。

温度検出回路３２０は、トランジスタ１１６、１４２、
ツェナーダイオード１１８および抵抗１２０、１２２、
１２４、１２６で構成され、第３図に示す温度検出回路
３２のツェナーダイオード１１８のアノード側にトラン
ジスタ１４２を設置し、このトランジスタ１４２のエミ
ッタ側に抵抗１２２、１２４を接続したものであり、ト
ランジスタ１１６の導通信号は、動作停止回路５６Ｃに
加えられている。

温度検出回路３４０は、トランジスタ１３０および抵抗
１３２、１３４、１３６、１４４で構成され、トランジ
スタ１３０の導通信号はトランジスタ１４３および抵抗
１４４からなるスイッチ回路を介して破壊回路５８Ｃに
加えらている。

動作停止回路５６Ｃはマルチエミッタトランジスタ１４
６で構成され、破壊回路５８Ｃはマルチエッミタトラジ
スタ１４８および抵抗１５０、で構成されている。

そして、主回路部３６０には、トランジスタ１５４、１
５６および抵抗１５８、１６０、１６２などを付加した
制御回路が設置されており、抵抗１６０、１６２の接続
点に動作停止回路５６Ｃのトランジスタ１４６の一方の
エミッタが接続され、トランジスタ１５６のベースに破
壊回路５８Ｃのトランジスタ１４８の一方のエミッタが
接続されている。

トランジスタ１４６、１４８の他方のエミッタは、図示
していない電力トランジスタなどの動作停止、またはそ
の過大電流用に用いる。

このような構成によれば、温度検出回路３２０の動作に
応動してトランジスタ１４６が導通すると、トランジス
タ１５６のベース電位が低下し、その動作が停止され
る。

また、温度検出回路３４０が動作し、トランジスタ１４
８が導通すると、トランジスタ１５６にトランジスタ１
４８から過大なベース電流が与えられ、トランジスタ１
５４、１５６やその電極を接続する金線などが破壊され
る。

また、このようにマルチエミッタトランジスタ１４６、
１４８の使用によって、複数の電力トランジスタの動作
停止や配線導体の溶断を２以上の箇所で行うことがで
き、安全率を高めることができる。

発明の効果以上説明したように、この発明によれば、半導体集積回
路が果たすべき正規の動作状態を損なうことなく、半導
体集積回路の基板上の発熱温度を異なる２個所の位置で
しかも異なる第１および第２の基準温度を設定して同時
に検出することにより、その発熱温度に応じて半導体集
積回路の動作を停止ないし破壊による保護動作を段階的
に行うので、その半導体集積回路が設置されている回路
装置の過熱による損傷を未然に防止できるとともに、火
災の発生などの壊滅的な破壊状態の発生を未然に防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体集積回路の熱遮断回路の実施
例を示す回路図、第２図は金線の太さに対する溶断電流
を示す説明図、第３図はこの発明の半導体集積回路の熱
遮断回路の具体的な実施例を示す回路図、第４図はこの
発明の半導体集積回路の熱遮断回路の他の実施例を示す
回路図、第５図は従来の制御装置の構成を示す説明図で
ある。３２、３２０……第１の温度検出回路３４、３４０……第２の温度検出回路３６……主回路部４６、５２……トランジスタ（能動素子）５４……電力トランジスタ（回路素子）１０８、１１０……第１のトランジスタ１１２、１１４……第２のトランジスタ１１８……ツェナーダイオード（能動素子）１３０……トランジスタ（能動素子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異常時、強制的に動作を停止又は破壊すべ
き回路素子を持つ主回路部を備えた半導体集積回路と、この半導体集積回路の任意の位置に設定した第１の温度
検出点に能動素子を設置し、この能動素子を通して前記
第１の温度検出点の発熱温度が第１の基準温度以上であ
ることを検出する第１の温度検出回路と、前記半導体集積回路の前記第１の温度検出点以外に設定
した第２の温度検出点に能動素子を設置し、この能動素
子を通して前記第２の温度検出点の発熱温度が前記第１
の基準温度より高く設定された第２の基準温度以上であ
ることを検出する第２の温度検出回路と、前記第１の温度検出回路が前記第１の基準温度以上の発
熱温度を検出したとき、その温度検出出力を受けて動作
停止出力を前記回路素子に加え、前記主回路部の動作を
停止させる第１のトランジスタと、前記第２の温度検出回路が前記第２の基準温度以上の発
熱温度を検出したとき、その温度検出出力を受けて前記
回路素子に過大電流を流し、前記回路素子を破壊させて
前記主回路部の動作を停止させる第２のトランジスタ
と、から構成したことを特徴とする半導体集積回路の熱遮断
回路。
【請求項２】前記第１の温度検出回路または前記第２の
温度検出回路は、トランジスタまたはツェナーダイオー
ドで構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の半導体集積回路の熱遮断回路。