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公開番号2024115160
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-26
出願番号2023020685
出願日2023-02-14
発明の名称半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類H03K 17/08 20060101AFI20240819BHJP(基本電子回路)
要約【課題】製造プロセスの簡素化およびチップ面積の削減を図る。
【解決手段】制御回路1bは、出力素子1a1がオン状態の場合に、センス素子1a2の高電位端子C1を出力素子1a1の高電位端子C2に接続し、かつセンス素子1a2の低電位端子SEを非接地にして、センス素子1a2を出力素子1a1に流れる電流を検出するための電流センス素子として機能させる。また、出力素子1a1がオフ状態の場合に、センス素子1a2の高電位端子C1と出力素子1a1の高電位端子C2との接続を遮断して高電位端子C1に定電流Irefを流し、かつセンス素子1a2の低電位端子SEを接地して、センス素子1a2を出力素子1a1の温度を検出するための温度センス素子として機能させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチングして負荷を作動する出力素子と、センス素子と、を含む半導体デバイス部と、
前記出力素子がオン状態の場合に、前記センス素子の第１の高電位端子を前記出力素子の第２の高電位端子に接続し、かつ前記センス素子の低電位端子を非接地にした状態にして前記センス素子をオンして、前記センス素子を前記出力素子に流れる電流を検出するための電流センス素子として機能させ、
前記出力素子がオフ状態の場合に、前記センス素子の前記第１の高電位端子と前記出力素子の前記第２の高電位端子との接続を遮断して、前記センス素子の前記低電位端子を接地した状態で前記第１の高電位端子から定電流を流し、前記センス素子をオンして、前記センス素子を前記出力素子の温度を検出するための温度センス素子として機能させる制御回路と、
を有する半導体装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記制御回路は、論理回路と、定電流源と、前記定電流源の出力端を前記センス素子の前記第１の高電位端子に対して接続または非接続にする第１のスイッチと、前記センス素子の前記低電位端子を接地または非接地にする第２のスイッチと、を備え、
前記センス素子の前記第１の高電位端子を前記出力素子の前記第２の高電位端子に対して接続または非接続にする第３のスイッチが前記半導体デバイス部の内部または外部に配置され、
前記論理回路は、前記出力素子をスイッチングするための駆動制御信号のレベルと、温度検出制御信号とのレベルにもとづいて、前記第１のスイッチのスイッチ制御を行う第１のスイッチ制御信号、前記第２のスイッチのスイッチ制御を行う第２のスイッチ制御信号および前記第３のスイッチのスイッチ制御を行う第３のスイッチ制御信号を生成して出力する、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記論理回路は、
前記出力素子をターンオンさせるレベルの前記駆動制御信号および前記センス素子を前記電流センス素子として機能させるレベルの前記温度検出制御信号が入力した場合、
前記第１のスイッチ制御信号により前記第１のスイッチをオフして前記定電流源の出力端を前記センス素子の前記第１の高電位端子に対して非接続にし、前記第２のスイッチ制御信号により前記第２のスイッチをオフして前記センス素子の前記低電位端子を非接地にし、前記第３のスイッチ制御信号により前記第３のスイッチをオンして前記センス素子の前記第１の高電位端子を前記出力素子の前記第２の高電位端子に接続して、前記センス素子を前記電流センス素子として機能させる、
請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記論理回路は、
前記出力素子をターンオフさせるレベルの前記駆動制御信号および前記センス素子を前記温度センス素子として機能させるレベルの前記温度検出制御信号が入力した場合、
前記第１のスイッチ制御信号により前記第１のスイッチをオンして前記定電流源の出力端を前記センス素子の前記第１の高電位端子に接続し、前記第２のスイッチ制御信号により前記第２のスイッチをオンして前記センス素子の前記低電位端子を接地し、前記第３のスイッチ制御信号により前記第３のスイッチをオフして前記センス素子の前記第１の高電位端子を前記出力素子の前記第２の高電位端子に対して非接続にして、前記センス素子を前記温度センス素子として機能させる、
請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記論理回路は、
セット端子、リセット端子、出力端子および第１の反転出力端子を備えるＲＳ型フリップフロップと、クロック端子、入力端子および第２の反転出力端子を備えるＤ型フリップフロップとを備え、
前記ＲＳ型フリップフロップに対し、前記セット端子には、前記駆動制御信号が入力され、前記リセット端子には、前記温度検出制御信号が入力され、前記出力端子から前記第３のスイッチ制御信号が出力され、前記第１の反転出力端子から前記第１のスイッチ制御信号および前記第２のスイッチ制御信号が出力され、
前記Ｄ型フリップフロップに対し、前記クロック端子には、前記駆動制御信号が入力され、前記入力端子には、前記温度検出制御信号が入力され、前記第２の反転出力端子から前記センス素子を駆動するセンス素子用駆動制御信号が出力される、
請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記電流センス素子から出力されるセンス電流を電圧のセンス電流検出信号として出力する電流検出用抵抗と、前記センス電流検出信号と電流検出用基準電圧との比較により、前記出力素子の電流状態を検出する電流検出回路をさらに有する、請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記定電流を流した際の前記センス素子の温度特性に依存して降下する前記温度センス素子から出力されるセンス電圧検出信号と、温度検出用基準電圧との比較により、前記出力素子の温度状態を検出する温度検出回路をさらに有する、請求項１記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭ（Intelligent Power Module）等の半導体装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワー半導体素子を含む半導体チップが内蔵されている。また、半導体チップには、過電流や過熱などの異常状態に対する保護機能が備えられている。
【０００３】
関連技術としては、例えば、パワートランジスタが設けられた半導体基板内に一体に設けられ、定電流源より出力される定電流にもとづいて、温度に応じた電圧を発生する温度検出素子を備えるパワートランジスタの駆動回路が提案されている（特許文献１）。また、パワー半導体デバイスのメインゲート抵抗値とセンスゲート抵抗値を補正するゲート駆動回路を備えてメイン領域とセンス領域間の電流スイッチタイミングおよび過渡特性のずれを補正するパワー半導体デバイスが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－２１９６３３号公報
特開２０１２－８５１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、１つのセンス素子で温度と電流の検出を可能とする構成により製造プロセスの簡素化およびチップ面積の削減を可能にした半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、半導体装置が提供される。半導体装置は、スイッチングして負荷を作動する出力素子と、センス素子と、を含む半導体デバイス部と、出力素子がオン状態の場合に、センス素子の第１の高電位端子を出力素子の第２の高電位端子に接続し、かつセンス素子の低電位端子を非接地にした状態にしてセンス素子をオンして、センス素子を出力素子に流れる電流を検出するための電流センス素子として機能させ、出力素子がオフ状態の場合に、センス素子の第１の高電位端子と出力素子の第２の高電位端子との接続を遮断して、センス素子の低電位端子を接地した状態で第１の高電位端子から定電流を流し、センス素子をオンして、センス素子を出力素子の温度を検出するための温度センス素子として機能させる制御回路と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
１側面によれば、製造プロセスの簡素化およびチップ面積の削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
半導体装置の一例を説明するための図である。
改善前の半導体装置の構成の一例を示す図である。
温度検出用ダイオードの温度特性を示す図である。
半導体装置の構成の一例を示す図である。
スイッチのスイッチング動作を説明するための図である。
電流検出モード時のスイッチング状態における半導体装置の構成を示す図である。
温度検出モード時のスイッチング状態における半導体装置の構成を示す図である。
センスＩＧＢＴの温度特性を示す図である。
論理回路の構成の一例を示す図である。
論理回路の構成の一例を示す図である。
半導体装置の変形例を示す図である。
ハイサイド回路に適用された半導体装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において実質的に同一の構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【００１０】
図１は半導体装置の一例を説明するための図である。半導体装置１は、半導体デバイス部１ａと制御回路１ｂを備える。半導体デバイス部１ａは、出力素子１ａ１およびセンス素子１ａ２を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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