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公開番号2022089211
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-06-16
出願番号2020201399
出願日2020-12-04
発明の名称半導体集積回路装置
出願人ミツミ電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02H 3/093 20060101AFI20220609BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】過電流保護回路を備えた半導体集積回路装置において、許容損失を超える前に出力電流を遮断できるようにする。
【解決手段】直流電圧が入力される電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された出力トランジスタと、この出力トランジスタをオン状態またはオフ状態に制御する制御回路と、を備えた半導体集積回路装置において、出力トランジスタに流れている電流を比例縮小した電流を生成可能な比例電流生成回路と、比例電流生成回路により生成された電流に基づいて出力トランジスタに所定値以上の電流が流れたことを検出可能な過電流検出回路と、過電流検出回路が出力電流の過電流状態を検出したことに応じて出力トランジスタを間欠的にオフ状態にさせるための信号を生成するリトライ回路とを備えるように構成する。また、制御回路はリトライ回路から出力される信号に基づいて出力トランジスタを一時的にオフさせる制御を繰り返すように構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
直流電圧が入力される電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された出力トランジスタと、前記出力トランジスタをオン状態またはオフ状態に制御する制御回路と、を備えた半導体集積回路装置であって、
前記出力トランジスタに流れている電流を比例縮小した電流を生成可能な比例電流生成回路と、
前記比例電流生成回路により生成された電流に基づいて前記出力トランジスタに所定値以上の電流が流れたことを検出可能な過電流検出回路と、
前記過電流検出回路が出力電流の過電流状態を検出したことに応じて前記出力トランジスタを間欠的にオフ状態にさせるための信号を生成し出力するリトライ回路と、を備えていることを特徴とする半導体集積回路装置。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記制御回路は前記リトライ回路から出力される信号に基づいて前記出力トランジスタを一時的にオフさせる制御を繰り返すように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。
【請求項3】
所定の信号を入力するための第1外部端子と、
前記第1外部端子に入力された信号と前記リトライ回路から出力される信号とを入力とするロジック回路と、備え、
前記制御回路は、前記ロジック回路から出力される信号に基づいて前記出力トランジスタを制御するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路装置。
【請求項4】
前記リトライ回路は、タイマー回路を備え、
前記タイマー回路は、前記過電流検出回路が過電流状態を検出したことに応じて計時動作を開始して所定時間を計時すると前記ロジック回路へ信号を出力し、
前記ロジック回路は、前記タイマー回路からの信号に基づいて前記制御回路へ前記出力トランジスタを一時的にオフさせるための信号を供給するように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体集積回路装置。
【請求項5】
第2外部端子を備え、
前記タイマー回路は、定電流源と、該定電流源の電流を転写するカレントミラー回路と、該カレントミラー回路の電流によって充放電されるコンデンサと、を備え、
前記コンデンサは前記第2外部端子に接続された外付けのコンデンサにより構成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
【請求項6】
前記出力トランジスタにより流される出力電流が所定値以上流れないように制限するカレントリミット回路を備え、
前記カレントリミット回路が検知して動作する出力電流の前記所定値は、前記過電流検出回路が過電流状態を検出する電流値よりも高い値に設定されていることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の半導体集積回路装置。
【請求項7】
前記半導体集積回路装置はハイサイドスイッチ用の半導体集積回路装置であり、
前記比例電流生成回路は、
前記出力トランジスタと並列に接続され前記出力トランジスタの制御端子に印加される制御信号と同一の信号が制御端子に印加された第1トランジスタと、
前記電圧入力端子と接地点との間に、前記第1トランジスタと直列をなすように接続された第2トランジスタおよび電流-電圧変換手段と、
前記出力トランジスタの出力側の電位と前記第1トランジスタおよび第2トランジスタの接続ノードの電位とを入力とする差動増幅回路と、
を備え、前記差動増幅回路の出力が前記第2トランジスタの制御端子に印加され、前記電流-電圧変換手段により電流-電圧変換された電圧が前記過電流検出回路に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の半導体集積回路装置。
【請求項8】
前記半導体集積回路装置はリニアレギュレータ用の半導体集積回路装置であり、
前記比例電流生成回路は、
前記出力トランジスタと並列に接続され前記出力トランジスタの制御端子に印加される制御信号と同一の信号が制御端子に印加された第1トランジスタと、
前記電圧入力端子と接地点との間に、前記第1トランジスタと直列をなすように接続された電流-電圧変換手段と、
を備え、前記電流-電圧変換手段により電流-電圧変換された電圧が前記過電流検出回路に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の半導体集積回路装置。
【請求項9】
第3外部端子を備え、
前記電流-電圧変換手段は、前記第3外部端子に接続された外付けの抵抗素子であることを特徴とする請求項7または8に記載の半導体集積回路装置。
【請求項10】
チップの温度が所定値以上になったことを検出した場合に、前記出力トランジスタをオフさせるための信号を生成し出力するサーマルシャットダウン回路を備えることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の半導体集積回路装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電圧入力端子と出力端子との間に接続されたスイッチ用または出力用のトランジスタおよび該トランジスタを過電流から保護する過電流保護回路を備えた半導体集積回路装置(IC)に関し、例えばハイサイドスイッチICやリニアレギュレータ用IC(電源用IC)に利用して有効な技術に関する。
続きを表示(約 2,300 文字)【背景技術】
【0002】
電源と負荷との間に接続され負荷に電源電圧を供給したり遮断したりする機能を有するハイサイドスイッチICや、直流電圧入力端子と出力端子との間に設けられたトランジスタを制御して所望の電位の直流電圧を出力するICとしてリニアレギュレータを構成する電源用ICがある。
また、ハイサイドスイッチICや電源用ICにおいては、トランジスタを過電流から保護する過電流保護回路を設けることがある。
【0003】
従来、過電流保護回路には、図5(A)に示すような垂下型特性を有する回路と、図5(B)に示すようなフの字特性を有する回路がある。さらに、過電流状態が解消すると定常状態に自動復帰する機能を有するものや、一旦過電流状態を検出すると電流を遮断し続けるラッチオフ機能を有するものがある。
また、電源と負荷との間に接続され負荷に電源電圧を供給したり遮断したりするトランジスタを過電流から保護する過電流保護回路を設けるようにした発明として、特許文献1に記載されているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2012-85382号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図5(A)に示されている垂下型特性を有する過電流保護回路は、出力ショート時に最大電力となり許容損失を超えてしまうことがある。一方、図5(B)に示されているフの字特性を有する過電流保護回路は、ハーフショート時に大きな電流が流れ続けて許容損失を超えてしまうことがあるという課題がある。なお、許容損失を超えると、過熱保護機能が動作して出力電流を遮断する制御を行うのが一般的である。
【0006】
ここで、一般的な過熱保護機能による動作においては、ジャンクション(チップ接合面)の温度が150℃に達すると電流を遮断し、100℃で復帰する制御を実行した場合、ジャンクションの温度は100~150℃になる。そのため、瞬間的なショートが発生した場合は問題ないが、負荷の継続的なショートが発生した場合には100℃以上の温度を維持してしまう。その結果、デバイスの寿命が低下したり、素子破壊が生じたりすることがあるという課題がある。
【0007】
この発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、電圧入力端子と出力端子との間に接続されたトランジスタおよび過電流保護回路を備えたハイサイドスイッチICや電源用ICのような半導体集積回路装置において、過熱保護機能によることなく許容損失を超える前に出力電流を遮断できるようにすることにある。
本発明の他の目的は、過電流状態が解消すると定常状態に自動復帰することができる半導体集積回路装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、デバイス起動時に出力トランジスタがオンすることで出力端子に接続されている安定化用のコンデンサを所定電圧まで充電する一時的なラッシュ電流を誤って過電流として検出して出力電流を遮断することのない半導体集積回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明は、
直流電圧が入力される電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された出力トランジスタと、前記出力トランジスタをオン状態またはオフ状態に制御する制御回路と、を備えた半導体集積回路装置において、
前記出力トランジスタに流れている電流を比例縮小した電流を生成可能な比例電流生成回路と、
前記比例電流生成回路により生成された電流に基づいて前記出力トランジスタに所定値以上の電流が流れたことを検出可能な過電流検出回路と、
前記過電流検出回路が出力電流の過電流状態を検出したことに応じて前記出力トランジスタを間欠的にオフ状態にさせるための信号を生成し出力するリトライ回路と、を備える ように構成したものである。
【0009】
上記のような構成を有する半導体集積回路装置によれば、出力ショートなどによって過電流状態が発生した場合に、出力トランジスタがオン状態とオフ状態とを繰り返すことにより、過熱保護機能によることなく許容損失を超える前に出力電流を遮断し、チップを保護することができるとともに、過電流状態が解消すると定常状態に自動復帰することができる。ここで、前記制御回路は前記リトライ回路から出力される信号に基づいて前記出力トランジスタを一時的にオフさせる制御を繰り返すように構成するとよい。
【0010】
また、望ましくは、所定の信号を入力するための第1外部端子と、
前記第1外部端子に入力された信号と前記リトライ回路から出力される信号とを入力とするロジック回路と、備え、
前記制御回路は、前記ロジック回路から出力される信号に基づいて前記出力トランジスタを制御するように構成する。
かかる構成によれば、外部端子に入力された信号に基づいて出力トランジスタをオン状態またはオフ状態に制御するように構成された半導体集積回路装置において、過電流状態が発生した場合に、過熱保護機能によることなく許容損失を超える前に出力電流を遮断し、チップを保護することができる。そのため、既存のハイサイドスイッチICや電源用ICのような半導体集積回路装置に容易に適用することができる。
(【0011】以降は省略されています)

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