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公開番号2025066935
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023176526
出願日2023-10-12
発明の名称半導体装置、電子機器、車両
出願人ローム株式会社
代理人弁理士法人佐野特許事務所
主分類H02H 5/04 20060101AFI20250417BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】異常保護機能を損なうことなく容量性負荷を適切に駆動する。
【解決手段】半導体装置1は、出力スイッチ9と、過電流保護回路34と、過熱保護回路36と、駆動信号出力回路40と、高速ターンオフ回路60と、モード制御回路53を備える。容量性負荷駆動モード(S1=L)において、過電流保護回路34は、出力電流IOUTを過電流保護閾値Iocp(=Iocp2)以下に制限し、過熱保護回路36は、監視対象温度(Temp1又はΔTemp)が通常モード(S1=H)で設定される第1過熱保護閾値Ttsd1よりも低い第2過熱保護閾値Ttsd2まで上昇する度に出力スイッチ9の強制オフと再起動を繰り返し、駆動信号出力回路40は、駆動信号VGをオン時の論理レベルに切り替えるときのスルーレートが通常モードで設定される第1スルーレートよりも低い第2スルーレートに設定され、高速ターンオフ回路60は無効とされる。
【選択図】図16
特許請求の範囲【請求項１】
出力スイッチと、
前記出力スイッチに流れる出力電流を検出して過電流保護を掛けるように構成される過電流保護回路と、
監視対象温度を検出して過熱保護を掛けるように構成される過熱保護回路と、
前記出力スイッチの駆動信号を生成するように構成される駆動信号出力回路と、
異常検出時に前記出力スイッチを異常未検出時よりも高速にオフするように構成される高速ターンオフ回路と、
前記出力スイッチの一端に印加される出力電圧に応じて動作モードを容量性負荷駆動モードとするか通常モードとするかを制御するように構成されるモード制御回路と、
を備え、
前記容量性負荷駆動モードにおいて、
前記過電流保護回路は、前記出力電流を過電流保護閾値以下に制限し、
前記過熱保護回路は、前記監視対象温度が前記通常モードで設定される第１過熱保護閾値よりも低い第２過熱保護閾値まで上昇する度に前記出力スイッチの強制オフと再起動を繰り返し、
前記駆動信号出力回路は、前記駆動信号をオン時の論理レベルに切り替えるときのスルーレートが前記通常モードで設定される第１スルーレートよりも低い第２スルーレートに設定され、
前記高速ターンオフ回路は、無効とされる、半導体装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記出力スイッチは、電源電極と出力電極との間を導通／遮断するように構成されるハイサイドスイッチ素子であり、
前記モード制御回路は、前記出力電極に印加される前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも低いときに前記動作モードを前記容量性負荷駆動モードとし、前記出力電圧が前記閾値電圧よりも高いときに前記動作モードを前記通常モードとする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記出力スイッチは、出力電極と基準電圧電極との間を導通／遮断するように構成されるローサイドスイッチ素子であり、
前記モード制御回路は、前記出力電極に印加される前記出力電圧が所定の閾値電圧よりも高いときに前記動作モードを前記容量性負荷駆動モードとし、前記出力電圧が前記閾値電圧よりも低いときに前記動作モードを前記通常モードとする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記駆動信号出力回路は、前記駆動信号をオン時の論理レベルに切り替えるときに前記出力スイッチの制御端に付随する容量を充電又は放電するための第１電流を生成するように構成される第１電流源を含み、
前記第１電流源は、前記通常モードにおいて前記第１電流を第１電流値に設定し、前記容量性負荷駆動モードにおいて前記第１電流を前記第１電流値よりも小さい第２電流値に設定する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記駆動信号出力回路は、前記駆動信号をオフ時の論理レベルに切り替えるときに前記出力スイッチの前記制御端に付随する前記容量を放電又は充電するための第２電流を生成するように構成される第２電流源をさらに含み、
前記第２電流源は、カレントミラーを形成するように構成される第１トランジスタ及び第２トランジスタと、を含み、
前記高速ターンオフ回路は、前記第１トランジスタに基準電流を入力して前記第２トランジスタから前記基準電流をミラーした前記第２電流を出力するか、前記第１トランジスタに前記基準電流を入力せずに前記第２トランジスタをフルオンするかを切り替える、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記容量性負荷駆動モードにおいて、前記過電流保護閾値は、前記通常モードで設定される第１過電流保護閾値よりも低い第２過電流保護閾値に設定される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記通常モードにおいて、前記過電流保護回路は、前記出力電流を前記過電流保護閾値以下に制限する電流制限動作、前記出力電流が前記過電流保護閾値まで増大する度に前記出力スイッチの強制オフと再起動を繰り返すヒカップ動作、又は、前記出力電流が前記過電流保護閾値まで増大した時点で前記出力スイッチを強制オフし続けるオフラッチ動作のいずれかを実施する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記監視対象温度は、前記出力スイッチを含むパワー素子領域で検出される第１温度、又は、前記第１温度と前記パワー素子領域以外で検出される第２温度との温度差である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
請求項１～８のいずれか一項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置に接続される負荷と、
を備える、電子機器。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子機器を備える、車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置、電子機器及び車両に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、ＩＰＤ［intelligent power device］、ＳＰＳ［smart power switch］と呼ばれる半導体装置に関して、これまでに数多くの新技術を提案している（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１７／１８７７８５号
【０００４】
［概要］
しかしながら、従来の半導体装置は、容量性負荷の駆動手法（異常保護機能との両立）について検討の余地があった。
【０００５】
例えば、本開示に係る半導体装置は、出力スイッチと、前記出力スイッチに流れる出力電流を検出して過電流保護を掛けるように構成される過電流保護回路と、監視対象温度を検出して過熱保護を掛けるように構成される過熱保護回路と、前記出力スイッチの駆動信号を生成するように構成される駆動信号出力回路と、異常検出時に前記出力スイッチを異常未検出時よりも高速にオフするように構成される高速ターンオフ回路と、前記出力スイッチの一端に印加される出力電圧に応じて動作モードを容量性負荷駆動モードとするか通常モードとするかを制御するように構成されるモード制御回路と、を備え、前記容量性負荷駆動モードにおいて、前記過電流保護回路は、前記出力電流を過電流保護閾値以下に制限し、前記過熱保護回路は、前記監視対象温度が前記通常モードで設定される第１過熱保護閾値よりも低い第２過熱保護閾値まで上昇する度に前記出力スイッチの強制オフと再起動を繰り返し、前記駆動信号出力回路は、前記駆動信号をオン時の論理レベルに切り替えるときのスルーレートが前記通常モードで設定される第１スルーレートよりも低い第２スルーレートに設定され、前記高速ターンオフ回路は、無効とされる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、半導体装置を備えた電子機器の一構成例を示す図である。
図２は、半導体装置の第１実施形態を示す図である。
図３は、機械式ヒューズを備えた電子機器の一例を示す図である。
図４は、半導体装置の第２実施形態を示す図である。
図５は、異常保護動作の第１例を示す図である。
図６は、異常保護動作の第２例を示す図である。
図７は、異常保護動作の第３例を示す図である。
図８は、異常保護動作の第４例を示す図である。
図９は、起動動作の第１例を示す図である。
図１０は、起動動作の第２例を示す図である。
図１１は、起動動作の第３例を示す図である。
図１２は、半導体装置の第３実施形態を示す図である。
図１３は、第３実施形態のターンオフ挙動を示す図である。
図１４は、第３実施形態の起動挙動を示す図である。
図１５は、図１４の一部が部分的に拡大された図である。
図１６は、半導体装置の第４実施形態を示す図である。
図１７は、第４実施形態の起動挙動を示す図である。
図１８は、車両の外観を示す図である。
【０００７】
［詳細な説明］
＜電子機器＞
図１は、半導体装置を備えた電子機器の一構成例を示す図である。本構成例の電子機器Ａは、半導体装置１と、直流電源２と、負荷３と、を備える。
【０００８】
半導体装置１は、直流電源２と負荷３との間を導通／遮断するハイサイドスイッチＩＣ（ＩＰＤの一種）であり、パワーＭＩＳＦＥＴ［metal insulator semiconductor field effect transistor］９と、コントローラ１０と、を集積化して成る。
【０００９】
また、半導体装置１は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、複数の外部電極を備える。本図に即して述べると、半導体装置１は、ドレイン電極１１（＝電源電極ＶＢＢに相当）と、ソース電極１２（＝出力電極ＯＵＴに相当）と、入力電極１３（＝入力電極ＩＮに相当）と、基準電圧電極１４（＝接地電極ＧＮＤに相当）を備える。
【００１０】
パワーＭＩＳＦＥＴ９は、絶縁ゲート型パワートランジスタ（＝出力スイッチ）の一例であり、ドレイン電極１１とソース電極１２との間を導通／遮断するハイサイドスイッチ素子として機能する。
（【００１１】以降は省略されています）

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