JPH0714063B2 - 半導体保護装置 - Google Patents
半導体保護装置Info
- Publication number
- JPH0714063B2 JPH0714063B2 JP63002941A JP294188A JPH0714063B2 JP H0714063 B2 JPH0714063 B2 JP H0714063B2 JP 63002941 A JP63002941 A JP 63002941A JP 294188 A JP294188 A JP 294188A JP H0714063 B2 JPH0714063 B2 JP H0714063B2
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- JP
- Japan
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- mosfet
- protection device
- source
- voltage
- overcurrent
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
- H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
- H10D89/601—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
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- Amplifiers (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の保護装置に関し、特に過熱保
護機能と過電流保護機能を有する半導体保護装置に関す
るものである。
護機能と過電流保護機能を有する半導体保護装置に関す
るものである。
従来から提案されている過熱保護装置と過電流保護装置
について図を用いて説明する。まず、第４図は従来の過
熱保護装置の構成図である。エンハンスメント型電界効
果トランジスタ（以下「MOSFET」という）40は負荷41と
電源VDCに直列に接続されており、MOSFET40のドレイン
とソースには電流の還流ダイオード42が接続されてい
る。温度センサ43はMOSFET40に近接して配置されてお
り、その出力は誤差増幅器44を介してドライバ45に接続
されている。ドライバ45は誤差増幅器44からの信号と入
力信号を受けてその出力をMOSFET40のゲートに供給する
ようになつている。
について図を用いて説明する。まず、第４図は従来の過
熱保護装置の構成図である。エンハンスメント型電界効
果トランジスタ（以下「MOSFET」という）40は負荷41と
電源VDCに直列に接続されており、MOSFET40のドレイン
とソースには電流の還流ダイオード42が接続されてい
る。温度センサ43はMOSFET40に近接して配置されてお
り、その出力は誤差増幅器44を介してドライバ45に接続
されている。ドライバ45は誤差増幅器44からの信号と入
力信号を受けてその出力をMOSFET40のゲートに供給する
ようになつている。
さて、MOSFET40が動作中、MOSFET40自身の発熱より温度
が異常に上昇すると、温度センサ43はMOSFET40の異常な
温度を検出する。そして、その出力は誤差増幅器で異常
と判断されてドライバ45に達する。ドライバ45はMOSFET
40のゲートへ送られる入力信号を制御してMOSFET40の出
力を減少させるように働き、MOSFET40が加熱によつて破
壊に至らないように動作する。
が異常に上昇すると、温度センサ43はMOSFET40の異常な
温度を検出する。そして、その出力は誤差増幅器で異常
と判断されてドライバ45に達する。ドライバ45はMOSFET
40のゲートへ送られる入力信号を制御してMOSFET40の出
力を減少させるように働き、MOSFET40が加熱によつて破
壊に至らないように動作する。
次に、第５図は従来の過電流保護装置の構成図である。
MOSFET50は負荷41と電源VDCに直列に接続されており、
第１のソース端子50aと第２のソース端子50bを有してい
る。そして、端子50aと端子50b間には抵抗51が接続され
ている。誤差増幅器52は入力側を端子50bへ接続してお
り、また出力側をドライバー53に接続している。ドライ
バー53は誤差増幅器52の信号と入力信号を受けてその出
力をMOSFET50のゲートに供給するようになつている。
MOSFET50は負荷41と電源VDCに直列に接続されており、
第１のソース端子50aと第２のソース端子50bを有してい
る。そして、端子50aと端子50b間には抵抗51が接続され
ている。誤差増幅器52は入力側を端子50bへ接続してお
り、また出力側をドライバー53に接続している。ドライ
バー53は誤差増幅器52の信号と入力信号を受けてその出
力をMOSFET50のゲートに供給するようになつている。
さて、負荷41の異常等によりMOSFET50に過電流が流れる
と抵抗51の電圧降下による電圧が上昇するため、誤差増
幅器52が過電流であることを検出しその出力をドライバ
53に送る。ドライバ53はMOSFET50のゲートへ送られる入
力信号を制御してMOSFET50の電流を減少させるように働
き、MOSFET50が過電流によつて破壊に至らないように動
作を行う。
と抵抗51の電圧降下による電圧が上昇するため、誤差増
幅器52が過電流であることを検出しその出力をドライバ
53に送る。ドライバ53はMOSFET50のゲートへ送られる入
力信号を制御してMOSFET50の電流を減少させるように働
き、MOSFET50が過電流によつて破壊に至らないように動
作を行う。
しかしながら、従来の過熱保護装置はMOSFET40に温度セ
ンサ43を近接して配置する必要があるため、その取付位
置を制限されて装置が大きくなる原因となつた。また、
温度センサ43で検出されるMOSFET40の温度は、MOSFET40
のパッケージにおけるヒートシンクの放熱や熱結合によ
る熱伝達度の相違などによつて実際のMOSFET40の温度と
は異なり、正確に検出することが困難であつた。さら
に、図示しないが複数のMOSFETをブリツジ構成に配置し
て同一のパッケージに内装してある場合などには、１つ
の温度センサで複数のMOSFETの温度検出を行うことは不
可能であり、１つのMOSFET毎に温度センサを設けること
は取付スペースの問題や経済的な面から困難であつた。
ンサ43を近接して配置する必要があるため、その取付位
置を制限されて装置が大きくなる原因となつた。また、
温度センサ43で検出されるMOSFET40の温度は、MOSFET40
のパッケージにおけるヒートシンクの放熱や熱結合によ
る熱伝達度の相違などによつて実際のMOSFET40の温度と
は異なり、正確に検出することが困難であつた。さら
に、図示しないが複数のMOSFETをブリツジ構成に配置し
て同一のパッケージに内装してある場合などには、１つ
の温度センサで複数のMOSFETの温度検出を行うことは不
可能であり、１つのMOSFET毎に温度センサを設けること
は取付スペースの問題や経済的な面から困難であつた。
また、過電流保護装置と過熱保護装置は保護機能の信頼
性を向上させるため併用することが望ましいとされてい
るが、この両者は前述のように回路構成が異なるため２
つの独立した検出部が必要となり、保護装置が複雑にな
るという問題があつた。
性を向上させるため併用することが望ましいとされてい
るが、この両者は前述のように回路構成が異なるため２
つの独立した検出部が必要となり、保護装置が複雑にな
るという問題があつた。
この発明は、以上のような問題点を解決するためになさ
れたもので、MOSFETの温度上昇を正確に検出すると共
に、過電流保護装置と過熱保護装置の併用ができる半導
体保護装置を得ることを目的としている。
れたもので、MOSFETの温度上昇を正確に検出すると共
に、過電流保護装置と過熱保護装置の併用ができる半導
体保護装置を得ることを目的としている。
前述の問題を解決するためこの発明は、主電流が流れる
主ソースとは別に複数のソースを有するMOSFETと、この
複数のソースそれぞれ接続された複数の抵抗と、この複
数の抵抗のソースに対する接続端の電圧比を検出する過
熱検出部と、同じく複数の抵抗のソースに対する接続端
の電圧値を検出する過電流検出部と、過熱検出部と過電
流検出部との出力信号を入力してMOSFETのゲートへの入
力信号を制御するドライブ制御回路とから構成したもの
である。
主ソースとは別に複数のソースを有するMOSFETと、この
複数のソースそれぞれ接続された複数の抵抗と、この複
数の抵抗のソースに対する接続端の電圧比を検出する過
熱検出部と、同じく複数の抵抗のソースに対する接続端
の電圧値を検出する過電流検出部と、過熱検出部と過電
流検出部との出力信号を入力してMOSFETのゲートへの入
力信号を制御するドライブ制御回路とから構成したもの
である。
MOSFETが過熱すると、複数の抵抗のソースに対する接続
端に生ずる各電圧の電圧比が変化する。そして、この変
化を過熱検出部が検出して出力信号をドライブ制御回路
へ出力し、ドライブ制御回路がMOSFETのゲート入力信号
を制御する。
端に生ずる各電圧の電圧比が変化する。そして、この変
化を過熱検出部が検出して出力信号をドライブ制御回路
へ出力し、ドライブ制御回路がMOSFETのゲート入力信号
を制御する。
また、MOSFETに過電流を流れると、複数の抵抗のソース
に対する接続端に生ずる電圧値が変化する。そして、こ
の変化を過電流検出部が検出して出力信号をドライブ制
御回路へ出力し、ドライブ制御回路がMOSFETのゲートの
入力信号を制御する。
に対する接続端に生ずる電圧値が変化する。そして、こ
の変化を過電流検出部が検出して出力信号をドライブ制
御回路へ出力し、ドライブ制御回路がMOSFETのゲートの
入力信号を制御する。
以下、本発明の一実施例を図に従つて説明する。第１図
は本発明に係る半導体保護装置の回路構成図である。図
において、１はドレイン端子1aと、第１のソース端子1b
と、第２のソース端子1cと、第３のソース端子1dと、そ
してゲート端子1eとを有するMOSFETである。また、ソー
ス端子1bと２つのソース端子1c,1d間にはそれぞれ抵抗
値の異なる抵抗R1と抵抗R2が接続されている。２は除算
器3,誤差増幅器4,基準電圧源5,から構成された過熱検出
部、６は２つの誤差増幅器7,8及び基準電圧源９から構
成された過電流検出部である。10は過熱検出部２と過電
流検出部６からの出力を受けてMOSFET1のゲート端子1e
へ送る入力信号を制御するドライブ制御回路である。な
お、41は電源VDCとMOSFETに直列に接続された負荷であ
る。
は本発明に係る半導体保護装置の回路構成図である。図
において、１はドレイン端子1aと、第１のソース端子1b
と、第２のソース端子1cと、第３のソース端子1dと、そ
してゲート端子1eとを有するMOSFETである。また、ソー
ス端子1bと２つのソース端子1c,1d間にはそれぞれ抵抗
値の異なる抵抗R1と抵抗R2が接続されている。２は除算
器3,誤差増幅器4,基準電圧源5,から構成された過熱検出
部、６は２つの誤差増幅器7,8及び基準電圧源９から構
成された過電流検出部である。10は過熱検出部２と過電
流検出部６からの出力を受けてMOSFET1のゲート端子1e
へ送る入力信号を制御するドライブ制御回路である。な
お、41は電源VDCとMOSFETに直列に接続された負荷であ
る。
第２図は半導体保護装置におけるMOSFET1の断面図であ
る。図において、20はn+形半導体基板、21はn+半導体基
板20上に形成されたn-形半導体層、22はn-形半導体層21
内に複数形成されたｐ形半導体領域、23はｐ形半導体領
域22内に形成されたn+形半導体領域、24はゲート電極、
25は第１のソース電極、25aは第２のソース電極、25bは
第３のソース電極、26はゲート電極24とソース電極25,2
5a,25bとを絶縁する層間絶縁膜である。
る。図において、20はn+形半導体基板、21はn+半導体基
板20上に形成されたn-形半導体層、22はn-形半導体層21
内に複数形成されたｐ形半導体領域、23はｐ形半導体領
域22内に形成されたn+形半導体領域、24はゲート電極、
25は第１のソース電極、25aは第２のソース電極、25bは
第３のソース電極、26はゲート電極24とソース電極25,2
5a,25bとを絶縁する層間絶縁膜である。
次に動作について説明する。第１図において、MOSFET1
はゲート端子1eに入力信号が印加されるとドレイン端子
1aとソース端子1bが導通状態となり、電源VDCから負荷4
1を介して電流IOが流れる。このとき、ソース端子1b,1
c,1dの各ソースの構成数をL,M,Nとして、その条件がＬ
≫Ｍ≧Ｎを満すときソース端子1cにはIO×M/Lの電流が
流れ、ソース端子1dにはIO×N/Lの電流が流れることに
なる。また、ソース端子1c,1dに接続されるMOSFET1の導
通時のオン抵抗をそれぞれRON1,RON2としてドレイン電
圧をVDとすると、ソース端子1cとソース端子1dに表われ
る電圧V1,V2は V1＝VD×ＲON1／（Ｒ１＋ＲON1） V2＝VD×ＲON2／（Ｒ２＋ＲON2） となる。
はゲート端子1eに入力信号が印加されるとドレイン端子
1aとソース端子1bが導通状態となり、電源VDCから負荷4
1を介して電流IOが流れる。このとき、ソース端子1b,1
c,1dの各ソースの構成数をL,M,Nとして、その条件がＬ
≫Ｍ≧Ｎを満すときソース端子1cにはIO×M/Lの電流が
流れ、ソース端子1dにはIO×N/Lの電流が流れることに
なる。また、ソース端子1c,1dに接続されるMOSFET1の導
通時のオン抵抗をそれぞれRON1,RON2としてドレイン電
圧をVDとすると、ソース端子1cとソース端子1dに表われ
る電圧V1,V2は V1＝VD×ＲON1／（Ｒ１＋ＲON1） V2＝VD×ＲON2／（Ｒ２＋ＲON2） となる。
さて、一般にMOSFET1のオン抵抗は温度依存性があるた
め、MOSFET1の温度が変化すると同時にオン抵抗も変化
する。すなわち、MOSFET1の自己発熱により温度が上昇
すると電圧V1と電圧V2の電圧比がMOSFET1の温度上昇に
伴い変化することになる。従つて、本装置は電圧V1と電
圧V2の電圧比を除算器３で算出して、その出力を誤差増
幅器４で基準電圧５と比較することによつて入力された
電圧比が異常過熱か否かの判定を行いその結果をドライ
ブ制御回路10へ出力する。ドライブ制御回路10は誤差増
幅器４からの出力が異常過熱を示すものであればMOSFET
1のゲート端子1eへ送る入力信号を制御して、MOSFET1が
過度の温度上昇による熱破壊に至らないように過熱保護
の制御を行う。このように構成することによつて本装置
は、温度センサを用いることなくMOSFET1の温度を検出
することができるため、装置を小型化することができ
る。また、温度変化を電圧比V1/V2の値として検出する
ため、パッケージのヒートシンクや熱結合等の熱的影響
を受けることがなくMOSFET1自身の温度を正確に検出す
ることができる。さらに、MOSFET1から直接電圧V1,V2を
測定することができるため、MOSFETが複数で構成されて
いる装置においても個々の温度変化を検出することがで
きる。
め、MOSFET1の温度が変化すると同時にオン抵抗も変化
する。すなわち、MOSFET1の自己発熱により温度が上昇
すると電圧V1と電圧V2の電圧比がMOSFET1の温度上昇に
伴い変化することになる。従つて、本装置は電圧V1と電
圧V2の電圧比を除算器３で算出して、その出力を誤差増
幅器４で基準電圧５と比較することによつて入力された
電圧比が異常過熱か否かの判定を行いその結果をドライ
ブ制御回路10へ出力する。ドライブ制御回路10は誤差増
幅器４からの出力が異常過熱を示すものであればMOSFET
1のゲート端子1eへ送る入力信号を制御して、MOSFET1が
過度の温度上昇による熱破壊に至らないように過熱保護
の制御を行う。このように構成することによつて本装置
は、温度センサを用いることなくMOSFET1の温度を検出
することができるため、装置を小型化することができ
る。また、温度変化を電圧比V1/V2の値として検出する
ため、パッケージのヒートシンクや熱結合等の熱的影響
を受けることがなくMOSFET1自身の温度を正確に検出す
ることができる。さらに、MOSFET1から直接電圧V1,V2を
測定することができるため、MOSFETが複数で構成されて
いる装置においても個々の温度変化を検出することがで
きる。
次に、MOSFET1のドレイン端子1aとソース端子1bに過電
流Inが流れると、前述のようにソース端子1c,1dにもそ
れぞれIn×M/L,In×N/Lの電流が流れることになり、電
圧V1,V2は正常状態よりも大きくなる。すなわち、電圧V
1,V2の増加量を測定することにより過電流がMOSFET1に
通過していることを検知することができる。従つて本装
置においては、電圧V1,V2を誤差増幅器7,8に入力し、基
準電源９と比較することによつて入力された電圧V1,V2
が過電流によつて発生した電圧であるか否かの判定を行
い、その結果をドライブ制御回路10へ出力する。ドライ
ブ制御回路10は、誤差増幅器7,8からの出力が過電流を
示すものであれば、MOSFET1のゲート端子1eへ送る入力
信号を制御してMOSFET1が過電流による破壊に至らない
ように過電流保護の制御を行う。このように構成するこ
とによつて、本装置は電圧V1,V2の２つの電圧を用いて
過電流を行つているので、一方が故障しても他方が正常
に動作するため信頼性が向上する。
流Inが流れると、前述のようにソース端子1c,1dにもそ
れぞれIn×M/L,In×N/Lの電流が流れることになり、電
圧V1,V2は正常状態よりも大きくなる。すなわち、電圧V
1,V2の増加量を測定することにより過電流がMOSFET1に
通過していることを検知することができる。従つて本装
置においては、電圧V1,V2を誤差増幅器7,8に入力し、基
準電源９と比較することによつて入力された電圧V1,V2
が過電流によつて発生した電圧であるか否かの判定を行
い、その結果をドライブ制御回路10へ出力する。ドライ
ブ制御回路10は、誤差増幅器7,8からの出力が過電流を
示すものであれば、MOSFET1のゲート端子1eへ送る入力
信号を制御してMOSFET1が過電流による破壊に至らない
ように過電流保護の制御を行う。このように構成するこ
とによつて、本装置は電圧V1,V2の２つの電圧を用いて
過電流を行つているので、一方が故障しても他方が正常
に動作するため信頼性が向上する。
以上説明のように本装置は、装置を大型にすることな
く、かつ簡易な回路構成で過熱保護および過電流保護の
動作を併用することができるため、保護装置としての信
頼性を向上させることができる。
く、かつ簡易な回路構成で過熱保護および過電流保護の
動作を併用することができるため、保護装置としての信
頼性を向上させることができる。
なお、前述の実施例ではＮチヤネルMOSFETを用いたがＰ
チヤネルMOSFETやIGBT（アイソレーシヨン・ゲート・バ
イポーラ・トランジスタ）にも適用することができる。
第３図は半導体保護装置におけるIGBTの断面図である。
チヤネルMOSFETやIGBT（アイソレーシヨン・ゲート・バ
イポーラ・トランジスタ）にも適用することができる。
第３図は半導体保護装置におけるIGBTの断面図である。
以上説明のように本発明は、MOSFETの複数のソースに接
続された抵抗の電圧を検出することによつて、MOSFETの
過熱保護と過電流保護の動作を併用することができる。
従つて、過熱保護の場合は、温度センサを用いることな
く正確な温度検出ができる。また、MOSFETの温度を電圧
比の値で検出しているので周囲の熱的影響を受けること
がない。さらに、複数のMOSFETで構成された半導体装置
であつても個々のMOSFETの温度を正確に検出することが
できる。
続された抵抗の電圧を検出することによつて、MOSFETの
過熱保護と過電流保護の動作を併用することができる。
従つて、過熱保護の場合は、温度センサを用いることな
く正確な温度検出ができる。また、MOSFETの温度を電圧
比の値で検出しているので周囲の熱的影響を受けること
がない。さらに、複数のMOSFETで構成された半導体装置
であつても個々のMOSFETの温度を正確に検出することが
できる。
過電流保護の場合は、複数の検出値を入力することがで
きるので一方の検出部が故障しても正常に動作すること
ができるため信頼性が向上する。さらに、複数の検出値
で観測できるので精度の良い過電流検出をすることがで
きるなどの効果を有する。
きるので一方の検出部が故障しても正常に動作すること
ができるため信頼性が向上する。さらに、複数の検出値
で観測できるので精度の良い過電流検出をすることがで
きるなどの効果を有する。
また、装置を大型にすることなく、かつ簡易な回路構成
で過熱保護と過電流保護装置の動作を併用させることが
できるので、保護装置としての性能、信頼性を向上させ
ることができる。
で過熱保護と過電流保護装置の動作を併用させることが
できるので、保護装置としての性能、信頼性を向上させ
ることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体保護装置の回路
構成図、第２図は本発明の半導体保護装置におけるエン
ハンスメント型電界効果トランジスタの断面図、第３図
は本発明の半導体保護装置におけるIGBTの断面図、第４
図は従来の過熱保護装置の回路構成図、第５図は従来の
過電流保護装置の回路構成図である。 １……エンハンスメント形電界効果トランジスタ、1b…
…第１のソース端子、1c……第２のソース端子、1d……
第３のソース端子、1e……ゲート端子、２……過熱検出
部、６……過電流検出部、10……ドライブ制御回路。
構成図、第２図は本発明の半導体保護装置におけるエン
ハンスメント型電界効果トランジスタの断面図、第３図
は本発明の半導体保護装置におけるIGBTの断面図、第４
図は従来の過熱保護装置の回路構成図、第５図は従来の
過電流保護装置の回路構成図である。 １……エンハンスメント形電界効果トランジスタ、1b…
…第１のソース端子、1c……第２のソース端子、1d……
第３のソース端子、1e……ゲート端子、２……過熱検出
部、６……過電流検出部、10……ドライブ制御回路。
Claims (1)
- 【請求項１】主電流が流れる主ソースとは別に複数のソ
ースを有するエンハンスメント型電界効果トランジスタ
と、 前記複数のソースにそれぞれ接続された複数の抵抗と、 前記複数の抵抗のソースに対する接続端に生ずる電圧を
検出しその電圧比に対応して出力信号を出力する過熱検
出部と、 前記複数の抵抗のソースに対する接続端に生ずる電圧を
検出しその電圧値に対応して出力信号を出力する過電流
検出部と、 前記過熱検出部と前記過電流検出部の各出力信号を入力
して前記エンハンスメント型電界効果トランジスタのゲ
ートへの入力信号を制御するドライブ制御回路とを備え
たことを特徴とする半導体保護装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63002941A JPH0714063B2 (ja) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | 半導体保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63002941A JPH0714063B2 (ja) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | 半導体保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01181474A JPH01181474A (ja) | 1989-07-19 |
| JPH0714063B2 true JPH0714063B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=11543386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63002941A Expired - Lifetime JPH0714063B2 (ja) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | 半導体保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714063B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3367699B2 (ja) * | 1993-01-08 | 2003-01-14 | 本田技研工業株式会社 | 過電流保護回路 |
| JP3241279B2 (ja) | 1996-11-14 | 2001-12-25 | 株式会社日立製作所 | 保護機能付きスイッチ回路 |
-
1988
- 1988-01-08 JP JP63002941A patent/JPH0714063B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01181474A (ja) | 1989-07-19 |
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