(57)【要約】【課題】  製造プロセス等のばらつきの影響を受けにくい保護回路を備える半導体集積回路を提供する。【解決手段】  保護対象回路の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に減少する第１温度検出信号を生成する第１温度検出信号生成手段１１と、第１温度検出信号に基づいて、動作温度が過熱温度に到達したか否かを検出する第１過熱温度検出手段１２と、動作温度の上昇に応じて電圧が単調に増加する第２温度検出信号を生成する第２温度検出信号生成手段１４と、第２温度検出信号に基づいて、動作温度が過熱温度に到達したか否かを検出する第２過熱温度検出手段１５と、第１過熱温度検出手段または第２過熱温度検出手段の少なくとも何れか一方において、動作温度が過熱温度に到達したと検出された場合に、保護対象回路の動作温度が駆動許可範囲外にあると判定する判定手段とを備える。【選択図】        図１
2008172411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象回路の動作温度が、前記保護対象回路を安全に駆動可能な駆動許可範囲にあるか否かに応じて動作制御を行なう半導体集積回路であって、
前記保護対象回路の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に減少する温度特性を有する第１温度検出信号を生成する第１温度検出信号生成手段と、
前記第１温度検出信号に基づいて、前記保護対象回路の動作温度が、前記駆動許可範囲の上限を示す過熱温度に到達したか否かを検出する第１過熱温度検出手段と、
前記保護対象回路の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に増加する前記第１温度検出信号とは逆の温度特性を有する第２温度検出信号を生成する第２温度検出信号生成手段と、
前記第２温度検出信号に基づいて、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したか否かを検出する第２過熱温度検出手段と、
前記第１過熱温度検出手段または前記第２過熱温度検出手段の少なくとも何れか一方において、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したと検出された場合に、前記保護対象回路の動作温度が前記駆動許可範囲外にあると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記第１過熱温度検出手段及び前記第２過熱温度検出手段が、製造プロセスの標準状態で作成されている場合に、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したことを同時に検出し、
前記標準状態以外の状態で作成されている場合に、前記第１過熱温度検出手段及び前記第２過熱温度検出手段の何れか一方が、前記保護対象回路が前記標準状態で作成されている場合よりも低い動作温度で、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したことを検出する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。
【請求項３】
前記第１温度検出信号生成手段は、複数のダイオードを夫々の順バイアスの方向をそろえて直列に接続した第１ダイオード群と第１抵抗素子の直列回路を備え、前記第１抵抗素子の一端と前記第１ダイオード群のアノード端を接続した中間点が、前記第１温度検出信号を出力するための出力端に接続されており、
前記第２温度検出信号生成手段は、複数のダイオードを夫々の順バイアスの方向をそろえて直列に接続した前記第１ダイオード群と同じ特性を有する第２ダイオード群と、前記第１抵抗素子と同じ特性を有する第２抵抗素子の直列回路を備え、前記第２ダイオード群のカソード端と前記第２抵抗素子の一端を接続した中間点が、前記第２温度検出信号を出力するための出力端に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記第１過熱温度検出手段は、第１ＮＭＯＳトランジスタを備え、前記第１ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に前記第１温度検出信号が入力され、ドレイン端子に当該第１過熱温度検出手段の出力端が接続されて、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したか否かを示す２値の出力信号を出力するように構成されており、
前記第２過熱温度検出手段は、第２ＮＭＯＳトランジスタを備え、前記第２ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に前記第２温度検出信号が入力され、ドレイン端子に当該第２過熱温度検出手段の出力端が接続されて、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したか否かを示す２値の出力信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記判定手段は、前記第１過熱温度検出手段の出力調整用ＮＭＯＳトランジスタを備え、前記出力調整用ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に前記第１過熱温度検出手段の出力端が接続され、ドレイン端子に前記第２過熱温度検出手段の出力端が接続されてなり、前記出力調整用ＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子の電圧を保持するラッチ回路を備えて構成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記判定手段において前記保護対象回路の動作温度が前記駆動許可範囲外にあると判定された場合に、前記保護対象回路の動作を停止させる前記動作制御を行なう遮断回路を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーＭＯＳトランジスタ等の保護対象回路の保護回路を備える半導体集積回路に関し、特に、保護対象回路の動作温度が、保護対象回路を安全に駆動可能な駆動許可範囲にあるか否かに応じて動作制御を行なう半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
別回路の接点のオン・オフ制御を行うリレーには、半導体を用いた機械的接点を有しない半導体リレーや、電磁コイルを用いた機械式リレーがある。半導体リレーであるパワーＭＯＳトランジスタは、機械式リレーに比べ、オン・オフ制御のための機械的接点がないため、信頼性に優れている。また、パワーＭＯＳトランジスタは、機械式リレーのようにコイルを備えないため、機械式リレーより小型化できる。更に、パワーＭＯＳトランジスタは、わずかな電力の制御信号を入力するだけで、大電力で動作する別回路（負荷）の接点のオン・オフ制御を行うことができる。このため、機械式リレーに比べ、制御効率が非常に高い。具体的には、例えば、オン・オフ制御時にパワーＭＯＳトランジスタに入力される制御信号の電圧が１０Ｖ、この時にパワーＭＯＳトランジスタに流れる電流が１０μＡであるとすると、オン・オフ制御においてパワーＭＯＳトランジスタが消費する電力は１００μＷとなる。更に、例えば、パワーＭＯＳトランジスタが接点のオン・オフ制御を行なう負荷の消費電力が１００Ｗであるとすると、その電力利得は１００万倍（１００Ｗ／１００μＷ）となる。
【０００３】
しかし、パワーＭＯＳトランジスタには、機械式リレーに比べ、半導体特有の熱に弱いといった問題や、過電流に対して弱いといった問題がある。具体的には、特に、車載用等のパワーＭＯＳトランジスタでは大電流を扱うため、該大電流による発熱により、パワーＭＯＳトランジスタの動作温度がパワーＭＯＳトランジスタを安全に駆動可能な駆動許可範囲を超える場合があった。パワーＭＯＳトランジスタの動作温度が駆動許可範囲を超えると、パワーＭＯＳトランジスタの破壊等を引き起こし、信頼性が低下する可能性がある。従って、従来は、これらの問題に対応して信頼性を確保するため、半導体集積回路に、保護対象回路（パワーＭＯＳトランジスタ）の発熱や過電流による破損を防止するための保護回路を付加して対応していた。
【０００４】
保護対象回路の発熱や過電流による破損を防止する技術として、例えば、保護対象回路の動作温度を検出して保護対象回路のオン・オフ制御を行なう過熱遮断回路と、負荷に流れる電流を制御する電流制限回路で構成される保護回路を備えた半導体集積回路がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。より具体的には、過熱遮断回路は、パワーＭＯＳトランジスタの動作温度が駆動許可範囲の上限温度である過熱温度（一般的に、１７５℃程度）に達すると、自動的にパワーＭＯＳトランジスタのゲート端子・ソース端子間を短絡し、パワーＭＯＳトランジスタをオフすることで、発熱によるパワーＭＯＳトランジスタの破損を防止する。また、電流制限回路は、負荷に流れる電流を制限することで、過電流による発熱をおさえ、過電流によるパワーＭＯＳトランジスタの破損を防止する。尚、電流制限回路は、パワーＭＯＳトランジスタがオン状態となったときに負荷に流れる突入電流を制限することにより、パワーＭＯＳトランジスタだけでなく、負荷の過電流による破損を防止することが可能である。
【０００５】
ここで、図４は、特許文献１または特許文献２に記載の従来の半導体集積回路の構成を示す概略回路図である。半導体集積回路１００は、ゲート端子Ｇ、ソース端子Ｓ及びドレイン端子Ｄの３端子を有するパッケージＰの中に、定電圧回路１０１、パワーＭＯＳトランジスタ１４０、パワーＭＯＳトランジスタ１４０の動作温度を検出する温度検出回路１１０、温度検出回路１１０からの出力信号を受けてラッチ回路１２２を駆動するラッチ駆動手段として機能するＭＯＳトランジスタ１２１、ラッチ回路１２２からの出力信号に基づいてパワーＭＯＳトランジスタ１４０を遮断するゲート遮断回路として機能するＭＯＳトランジスタ１２３、及び、抵抗素子１３０を備えて構成されている。
【０００６】
より具体的には、過熱遮断回路の温度検出回路１１０は、抵抗素子１１１、ダイオードの複数を夫々の順バイアスの方向をそろえて直列に接続したダイオード群１１２、抵抗素子１１３及びＭＯＳトランジスタ１１４を備えている。温度検出回路１１０は、抵抗素子１１１の一端が定電圧回路１０１に、他端がダイオード群１１２のアノード端に接続され、ダイオード群１１２のカソード端が接地電位に接続されている。このように構成することにより、抵抗素子１１１の他端とダイオード群１１２のアノード端を接続した中間点の電圧は、パワーＭＯＳトランジスタの動作温度の上昇に応じて単調に減少するので、温度検出信号として利用できる。また、温度検出回路１１０は、ＭＯＳトランジスタ１１４のゲート端子が中間点に、ドレイン端子が抵抗素子１１３の一端に、ソース端子が接地電位に接続され、抵抗素子１１３の他端がパッケージＰのゲート端子Ｇに接続されている。更に、温度検出回路１１０は、中間点の電圧を過熱温度に達した時にＭＯＳトランジスタ１１４の閾値電圧より小さくなるようにダイオード群１１２のダイオード段数と抵抗１１１の抵抗値を調整することで設定し、中間点の電圧をＭＯＳトランジスタ１１４のゲート端子に入力して、パワーＭＯＳトランジスタの動作温度が過熱温度を超えたときにＭＯＳトランジスタ１１４がオフするように構成している。
【０００７】
過熱遮断回路は、温度検出回路１１０のＭＯＳトランジスタ１１４のドレイン端子の電圧をＭＯＳトランジスタ１２１のゲート端子に入力し、ＭＯＳトランジスタ１２１のドレイン端子の電圧をラッチ回路１２２に出力することで、保護対象回路の動作温度が過熱温度を超えないようにしている。更に、過熱遮断回路は、ラッチ回路１２２からの出力信号によってパワーＭＯＳトランジスタ１４０のオン・オフ制御を行なっている。
【０００８】
また、過熱遮断回路は、パッケージＰのゲート端子Ｇ・ソース端子Ｓ間の電圧を電源として動作する。ここで、パッケージＰのゲート端子Ｇ・ソース端子Ｓ間の電圧は、パワーＭＯＳトランジスタ１４０のアプリケーション制約上、広い範囲（例えば４．５Ｖ〜１６Ｖ）で変動する可能性がある。このため、ここでの過熱遮断回路は、温度検出回路１１０に定電圧回路１０１を接続して、パッケージＰのゲート端子Ｇ・ソース端子Ｓ間の電圧変動が、温度検出回路１１０の動作に影響を与えないように構成している。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１５０７６２号公報
【特許文献２】特開平５−３０４４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図４に示す特許文献１または特許文献２に記載の半導体集積回路１００では、製造プロセス等のばらつきにより、過熱遮断回路の温度検出回路１１０を構成するＭＯＳトランジスタ１１４の閾値電圧Ｖｔｈがばらつくことで、保護対象回路の動作温度が過熱温度を超えたか否かの判定精度が低下する可能性がある。より具体的には、図４に示す半導体集積回路１００では、ＭＯＳトランジスタ１１４の閾値電圧Ｖｔｈが高めにばらついた場合、過熱遮断回路は、保護対象回路の動作温度が過熱温度の設計値より低めの状態で動作する。また、ＭＯＳトランジスタ１１４の閾値電圧Ｖｔｈが低めにばらついた場合には、過熱遮断回路は、半導体集積回路１００の動作温度が過熱温度の設計値に対し高めになってから動作することとなる。
【００１１】
しかし、過熱遮断回路における動作温度に対する判定精度を良好にするため、製造プロセス等によるＭＯＳトランジスタ１１４の特性ばらつきを小さくするために、半導体集積回路１００のウェハ製造工程の改善を行なうとすると、半導体集積回路の製造コストが増大するという問題がある。
【００１２】
このため、保護対象回路の動作温度に対する過熱遮断回路の判定精度を良好にするために、ＭＯＳトランジスタ１１４の閾値電圧Ｖｔｈのばらつきの影響を受けにくい保護回路を構成することが望まれている。
【００１３】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造プロセス等のばらつきの影響を受けにくい保護回路を備える半導体集積回路を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体集積回路は、保護対象回路の動作温度が、前記保護対象回路を安全に駆動可能な駆動許可範囲にあるか否かに応じて動作制御を行なう半導体集積回路であって、前記保護対象回路の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に減少する温度特性を有する第１温度検出信号を生成する第１温度検出信号生成手段と、前記第１温度検出信号に基づいて、前記保護対象回路の動作温度が、前記駆動許可範囲の上限を示す過熱温度に到達したか否かを検出する第１過熱温度検出手段と、前記保護対象回路の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に増加する前記第１温度検出信号とは逆の温度特性を有する第２温度検出信号を生成する第２温度検出信号生成手段と、前記第２温度検出信号に基づいて、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したか否かを検出する第２過熱温度検出手段と、前記第１過熱温度検出手段または前記第２過熱温度検出手段の少なくとも何れか一方において、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したと検出された場合に、前記保護対象回路の動作温度が前記駆動許可範囲外にあると判定する判定手段と、を備えることを第１の特徴とする。
【００１５】
尚、上記特徴の半導体集積回路では、第１温度検出信号生成手段は、少なくとも、保護対象回路が動作中であり、保護対象回路の動作温度が過熱温度に達したか否かを検出する必要がある場合に、第１温度検出信号を出力するように構成されていれば良い。また、第１温度検出信号は、保護対象回路が動作中でないときは、保護対象回路の温度の上昇に応じて電圧が単調に減少するように構成されていなくても良い。同様に、第２温度検出信号生成手段は、少なくとも、保護対象回路が動作中であり、保護対象回路の動作温度が過熱温度に達したか否かを検出する必要がある場合に、第２温度検出信号を出力するように構成されていれば良い。更に、第２温度検出信号は、保護対象回路が動作中でないときは、保護対象回路の温度の上昇に応じて電圧が単調に増加するように構成されていなくても良い。
【００１６】
上記特徴の本発明に係る半導体集積回路は、前記第１過熱温度検出手段及び前記第２過熱温度検出手段が、製造プロセスの標準状態で作成されている場合に、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したことを同時に検出し、前記標準状態以外の状態で作成されている場合に、前記第１過熱温度検出手段及び前記第２過熱温度検出手段の何れか一方が、前記保護対象回路が前記標準状態で作成されている場合よりも低い動作温度で、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したことを検出するように構成されていることを第２の特徴とする。
【００１７】
上記何れかの特徴の本発明に係る半導体集積回路は、前記第１温度検出信号生成手段は、複数のダイオードを夫々の順バイアスの方向をそろえて直列に接続した第１ダイオード群と第１抵抗素子の直列回路を備え、前記第１抵抗素子の一端と前記第１ダイオード群のアノード端を接続した中間点が、前記第１温度検出信号を出力するための出力端に接続されており、前記第２温度検出信号生成手段は、複数のダイオードを夫々の順バイアスの方向をそろえて直列に接続した前記第１ダイオード群と同じ特性を有する第２ダイオード群と、前記第１抵抗素子と同じ特性を有する第２抵抗素子の直列回路を備え、前記第２ダイオード群のカソード端と前記第２抵抗素子の一端を接続した中間点が、前記第２温度検出信号を出力するための出力端に接続されていることを第３の特徴とする。
【００１８】
上記第２または第３の特徴の本発明に係る半導体集積回路は、前記第１過熱温度検出手段は、第１ＮＭＯＳトランジスタを備え、前記第１ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に前記第１温度検出信号が入力され、ドレイン端子に当該第１過熱温度検出手段の出力端が接続されて、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したか否かを示す２値の出力信号を出力するように構成されており、前記第２過熱温度検出手段は、第２ＮＭＯＳトランジスタを備え、前記第２ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に前記第２温度検出信号が入力され、ドレイン端子に当該第２過熱温度検出手段の出力端が接続されて、前記保護対象回路の動作温度が前記過熱温度に到達したか否かを示す２値の出力信号を出力するように構成されていることを第４の特徴とする。
【００１９】
上記特徴の本発明に係る半導体集積回路は、前記判定手段は、前記第１過熱温度検出手段の出力調整用ＮＭＯＳトランジスタを備え、前記出力調整用ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に前記第１過熱温度検出手段の出力端が接続され、ドレイン端子に前記第２過熱温度検出手段の出力端が接続されてなり、前記出力調整用ＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子の電圧を保持するラッチ回路を備えて構成されることを第５の特徴とする。
【００２０】
上記何れかの特徴の本発明に係る半導体集積回路は、前記判定手段において前記保護対象回路の動作温度が前記駆動許可範囲外にあると判定された場合に、前記保護対象回路の動作を停止させる前記動作制御を行なう遮断回路を備えることを第６の特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上記特徴の半導体集積回路によれば、保護対象回路の破損等を防止するために付加する保護回路としての過熱遮断回路を、温度特性が逆となる２つの温度検出回路、即ち、保護対象回路の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に減少する第１過熱温度検出手段と保護対象回路の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に増加する第２過熱温度検出手段を設けて構成したので、例えば、保護対象回路の動作温度が過熱温度を超えたか否かを判定する判定用ＭＯＳトランジスタ（第１ＮＭＯＳトランジスタ及び第２ＮＭＯＳトランジスタ）の閾値電圧が高めにばらついた場合と低めにばらついた場合の両方に個別に対応して、保護対象回路の動作温度が過熱温度を超えたか否かを判定することができる。従って、上記特徴の半導体集積回路によれば、製造プロセス等のばらつきにより保護回路を構成するＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈがばらついたとしても、保護回路の判定精度のばらつきを、従来技術に係る保護回路の場合に比べ、半分以下におさえることが可能になる。
【００２２】
更に、上記特徴の半導体集積回路によれば、保護回路の判定精度のばらつきを回路構成によっておさえるので、半導体集積回路のウェハ製造工程の改善を図る場合に比べ、製造コストの増大をおさえることができる。このため、上記特徴の半導体集積回路は、パワーＭＯＳトランジスタの耐圧を向上させるためにゲート酸化膜の厚さを厚くする必要がある場合等、半導体集積回路を構成するＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈの特性ばらつきを小さい範囲に制御することが困難な場合に非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る半導体集積回路（以下、適宜「本発明回路」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
先ず、本発明回路の構成について図１及び図２を基に説明する。ここで、図１は、本発明回路の概略構成例を示す概略ブロック図であり、図２は、本発明回路の一構成例を示す概略回路図である。
【００２５】
本発明回路は、保護対象回路の動作温度が、保護対象回路を安全に駆動可能な駆動許可範囲にあるか否かに応じて動作制御を行なう。尚、本実施形態では、保護対象回路として、パワーＭＯＳトランジスタを想定し、駆動許可範囲の上限を示す過熱温度が１７５℃に設定されている場合について説明する。
【００２６】
具体的には、図１に示すように、本発明回路１は、ゲート端子Ｇ、ソース端子Ｓ及びドレイン端子Ｄの３端子を有するパッケージＰの中に、負荷２の接点のオン・オフ制御を行うパワーＭＯＳトランジスタ１８、第１温度検出信号生成手段１１及び第２温度検出信号生成手段１４に対して定電圧を供給する定電圧回路１０、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に減少する温度特性を有する第１温度検出信号を生成する第１温度検出信号生成手段１１、第１温度検出信号に基づいてパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したか否かを検出し、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したか否かを示す第１過熱温度検出信号を出力する第１過熱温度検出手段１２、第１過熱温度検出手段１２からの第１過熱温度検出信号をラッチ回路１６で利用可能な信号に変換する第１ラッチ駆動手段１３（判定手段の出力調整用ＮＭＯＳトランジスタに相当）、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に増加する第１温度検出信号とは逆の温度特性を有する第２温度検出信号を生成する第２温度検出信号生成手段１４、第２温度検出信号に基づいて、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したか否かを検出し、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したか否かを示す第２過熱温度検出信号をラッチ回路１６に出力する第２過熱温度検出手段１５、第１過熱温度検出手段１２または第２過熱温度検出手段１５の少なくとも何れか一方において、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したと検出された場合に、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が駆動許可範囲外にあると判定し、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が駆動許可範囲外にあることを示す判定信号を出力するラッチ回路１６（判定手段のラッチ回路に相当）、及び、ラッチ回路１６からの判定信号に応じて、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が駆動許可範囲外にあると判定された場合に、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作を停止させる動作制御を行なうゲート遮断回路１７（遮断回路に相当）を備えて構成される。
【００２７】
より詳しくは、本発明回路１は、本発明回路１が製造プロセスの標準状態で作成されている場合に、第１過熱温度検出手段１２及び第２過熱温度検出手段１５が、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したことを同時に検出し、本発明回路１が標準状態以外の状態で作成されている場合に、第１過熱温度検出手段１２及び第２過熱温度検出手段１５の何れか一方が、本発明回路１が標準状態で作成されている場合よりも低い動作温度で、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したことを検出するように構成されている。
【００２８】
パワーＭＯＳトランジスタ１８は、図２に示すように、ゲート端子にパッケージＰのゲート端子Ｇが抵抗素子を介して接続され、ドレイン端子に負荷２が接続され、ソース端子に接地電位（パッケージＰのソース端子Ｓ）が接続されている。
【００２９】
定電圧回路１０は、図２に示すように、パッケージＰのゲート端子Ｇ・ソース端子Ｓ間の電圧を電源として、第１温度検出信号生成手段１１及び第２温度検出信号生成手段１４に対し、定電圧を出力するように構成されている。これによって、第１温度検出信号生成手段１１及び第２温度検出信号生成手段１４は、ゲート端子Ｇ・ソース端子Ｓ間の電圧変動の影響を受けずに、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度に応じて第１温度検出信号及び第２温度検出信号を生成することが可能になる。
【００３０】
第１温度検出信号生成手段１１は、図２に示すように、複数のダイオードを夫々の順バイアスの方向をそろえて直列に接続した第１ダイオード群１１ａと第１抵抗素子１１ｂの直列回路を備え、第１抵抗素子１１ｂの一端と第１ダイオード群１１ａのアノード端を接続した中間点１１ｃが、第１温度検出信号を出力するための出力端に接続されている。また、第１抵抗素子１１ｂの他端が定電圧回路１０に、第１ダイオード群１１ａのカソード端が接地電位に接続されている。
【００３１】
ここで、図３（ａ）は、中間点１１ｃにおける動作温度と電圧値の関係を示している。図３（ａ）に示すように、第１温度検出信号は、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に減少する温度特性を有する。尚、本実施形態では、中間点１１ｃの電圧値は、少なくとも、パワーＭＯＳトランジスタ１８が駆動中であり、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したか否かを検出する必要がある期間において、即ち、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が駆動許可範囲にある期間において、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に減少するように構成されている。更に、後述する第１過熱温度検出手段１２、第１ラッチ駆動手段１３及びラッチ回路１６では、パワーＭＯＳトランジスタ１８が駆動中であり、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したか否かを検出する必要がある期間、ここでは、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が１７５℃に達するまでの期間における中間点１１ｃの電圧信号を第１温度検出信号として用いるように構成されている。
【００３２】
第１過熱温度検出手段１２は、図２に示すように、抵抗素子１２ａと第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂを備えて構成されており、第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂのゲート端子に第１温度検出信号が入力され、ドレイン端子に第１過熱温度検出手段１２の出力端と抵抗素子１２ａの一端が接続され、ソース端子に接地電位が接続されている。更に、抵抗素子１２ａの他端がパッケージＰのゲート端子Ｇに接続されている。また、第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂの閾値電圧を用いて、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したか否かを示す２値の第１過熱温度検出信号を出力するように構成されている。ここでは、第１過熱温度検出手段１２は、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達した場合には、第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂがオフ状態となり、Ｈレベルの第１過熱温度検出信号を出力し、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度より低い場合には、第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂがオン状態となり、Ｌレベルの第１過熱温度検出信号を出力する。
【００３３】
第１ラッチ駆動手段１３は、出力調整用ＮＭＯＳトランジスタ１３ａを備えて構成されており、出力調整用ＮＭＯＳトランジスタ１３ａのゲート端子に第１過熱温度検出手段１２からの第１過熱温度検出信号が入力され、ドレイン端子に第１ラッチ駆動手段１３の出力端が接続され、ソース端子に接地電位が接続されている。これにより、第１ラッチ駆動手段１３は、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達した場合には、ラッチ回路１６に接地電位を出力し、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度より低い場合には、ラッチ回路１６に接地電位を出力しない。尚、第１ラッチ駆動手段１３とラッチ回路１６の接続ノードは、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作開始時にＨレベルとなるように構成されており、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したと判定されて第１ラッチ駆動手段１３により接地電位に接続されると、電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化する。
【００３４】
第２温度検出信号生成手段１４は、図２に示すように、複数のダイオードを夫々の順バイアスの方向をそろえて直列に接続した第１ダイオード群１１ａと同じ特性を有する第２ダイオード群１４ａと、第１抵抗素子１１ｂと同じ特性を有する第２抵抗素子１４ｂの直列回路を備え、第２ダイオード群１４ａのカソード端と第２抵抗素子１４ｂの一端を接続した中間点１４ｃが、第２温度検出信号を出力するための出力端に接続されている。また、第２ダイオード群１４ａのアノード端が定電圧回路１０に、第２抵抗素子１４ｂの他端が接地電位に接続されている。
【００３５】
ここで、図３（ｂ）は、中間点１４ｃにおける動作温度と電圧値の関係を示している。図３（ｂ）に示すように、第２温度検出信号は、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に増加する温度特性を有する。即ち、図３（ａ）及び図３（ｂ）から分かるように、第２温度検出信号の温度特性は、第１温度検出信号の温度特性とは逆になっている。図３に示すように、中間点１４ｃの電圧値は、少なくとも、パワーＭＯＳトランジスタ１８が駆動中であり、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したか否かを検出する必要がある期間において、即ち、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が駆動許可範囲にある期間において、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度の上昇に応じて電圧が単調に増加するように構成されている。更に、後述する第２過熱温度検出手段１５及びラッチ回路１６では、パワーＭＯＳトランジスタ１８が駆動中であり、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したか否かを検出する必要がある期間、ここでは、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が１７５℃に達するまでの期間における中間点１４ｃの電圧信号を第２温度検出信号として用いるように構成されている。
【００３６】
第２過熱温度検出手段１５は、図２に示すように、第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａを備えて構成され、第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａのゲート端子に第２温度検出信号が入力され、ドレイン端子に第２過熱温度検出手段１５の出力端が接続され、ソース端子に接地電位が接続されて、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したか否かを示す２値の第２過熱温度検出信号を出力するように構成されている。ここでは、第２過熱温度検出手段１５は、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達した場合には、第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａがオン状態となり、ラッチ回路１６に接地電位を出力し、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度より低い場合には、第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａがオフ状態となり、ラッチ回路１６に接地電位を出力しない。更に、本実施形態の第２過熱温度検出手段１５は、更に、ラッチ回路１６を駆動する第２ラッチ駆動手段として機能する。尚、第２過熱温度検出手段１５の第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａのドレイン端子は、第１ラッチ駆動手段１３とラッチ回路１６の接続ノードに接続されている。上述したように、該接続ノードは、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作開始時にＨレベルとなるように構成されており、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したと判定されて第２過熱温度検出手段１５により接地電位に接続されると、電圧レベルがＨレベルからＬレベルに変化する。
【００３７】
ラッチ回路１６は、図２に示すように、パッケージＰのゲート端子Ｇ及びソース端子Ｓに接続され、第１ラッチ駆動手段１３からの出力調整信号と第２過熱温度検出手段１５からの第２過熱温度検出信号が入力されるように構成されている。ここでは、上述したように、第１ラッチ駆動手段１３からの出力調整信号と第２過熱温度検出手段１５からの第２過熱温度検出信号が同じ接続ノードに入力されるように構成されており、第１ラッチ駆動手段１３及び第２過熱温度検出手段１５の何れか一方により、ラッチ回路１６との接続ノードが接地電位（パッケージＰのソース端子Ｓ）に接続されると、即ち、第１ラッチ駆動手段１３及び第２過熱温度検出手段１５の何れか一方においてパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したと検出されると、Ｈレベルの判定信号をゲート遮断回路１７に出力する。つまり、ラッチ回路１６は、第１過熱温度検出手段１２の第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂがＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わるのに伴って第１ラッチ駆動手段１３の出力調整用ＮＭＯＳトランジスタ１３ａがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わったとき、または、第２過熱温度検出手段１５の第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わったときに、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したと判定し、Ｈレベルの判定信号をゲート遮断回路１７に出力する。
【００３８】
ゲート遮断回路１７は、図２に示すように、ＮＭＯＳトランジスタ１７ａを備えて構成されており、ＮＭＯＳトランジスタ１７ａのゲート端子に判定信号が入力され、ドレイン端子がパワーＭＯＳトランジスタ１８のゲート端子に接続され、ソース端子が接地電位に接続されている。ゲート遮断回路１７は、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に到達したことを示すＨレベルの判定信号がゲート端子に入力されると、パワーＭＯＳトランジスタ１８のゲート端子とソース端子を短絡して、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作を停止させる。
【００３９】
以上より、本発明回路１において、製造プロセスのばらつきにより、第１過熱温度検出手段１２の第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂの閾値電圧、及び、第２過熱温度検出手段１５の第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａの閾値電圧が高めにばらついた場合、第１過熱温度検出手段１２では過熱温度の設計値より低い動作温度でパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことが検出され、第２過熱温度検出手段１５では過熱温度の設計値より高い動作温度でパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことが検出されることとなる。この場合は、第１過熱温度検出手段１２においてパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことが検出されたときに、パワーＭＯＳトランジスタ１８をオフ制御する。
【００４０】
また、第１過熱温度検出手段１２の第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂの閾値電圧、及び、第２過熱温度検出手段１５の第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａの閾値電圧が低めにばらついた場合、第１過熱温度検出手段１２では過熱温度の設計値より高い動作温度でパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことが検出され、第２過熱温度検出手段１５では過熱温度の設計値より低い動作温度でパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことが検出されることとなる。この場合は、第２過熱温度検出手段１５においてパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことが検出されたときに、パワーＭＯＳトランジスタ１８をオフ制御する。
【００４１】
より具体的には、閾値電圧が高めにばらついた場合、図３（ａ）に示すように、第１過熱温度検出手段１２の第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂは、閾値電圧が電圧Ｖｔｈ１（ｍａｘ）となり、過熱温度の設計値１７５℃以下の温度（実線矢符ａ１（ｍａｘ）の範囲）でＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わることとなる。また、閾値電圧が高めにばらついた場合、図３（ｂ）に示すように、第２過熱温度検出手段１５の第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａは、閾値電圧が電圧Ｖｔｈ２（ｍａｘ）となり、過熱温度の設計値１７５℃より高い温度（破線矢符ａ２（ｍａｘ）の範囲）でＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。従って、動作温度の上昇に伴って先にＯＮ・ＯＦＦ状態が切り替わる第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂによって、パワーＭＯＳ１８のオフ制御が行なわれることとなる。
【００４２】
また、閾値電圧が低めにばらついた場合は、図３（ａ）に示すように、第１過熱温度検出手段１２の第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂは、閾値電圧が電圧Ｖｔｈ１（ｍｉｎ）となり、過熱温度の設計値１７５℃より高い温度（破線矢符ａ１（ｍｉｎ）の範囲）でＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わることとなる。また、閾値電圧が低めにばらついた場合、図３（ｂ）に示すように、第２過熱温度検出手段１５の第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａは、閾値電圧が電圧Ｖｔｈ２（ｍｉｎ）となり、過熱温度の設計値１７５℃以下の温度（実線矢符ａ２（ｍｉｎ）の範囲）でＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。従って、動作温度の上昇に伴って先にＯＮ・ＯＦＦ状態が切り替わる第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａによって、パワーＭＯＳ１８のオフ制御が行なわれることとなる。
【００４３】
更に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、製造プロセスの標準状態で作成されている場合は、第１過熱温度検出手段１２の第１ＮＭＯＳトランジスタ１２ｂの閾値電圧は電圧Ｖｔｈ１（ｔｙｐ）に、第２過熱温度検出手段１５の第２ＮＭＯＳトランジスタ１５ａの閾値電圧は電圧Ｖｔｈ２（ｔｙｐ）になり、共に、過熱温度の設計値１７５℃でＯＮ・ＯＦＦ状態が切り替わることとなる。
【００４４】
即ち、本発明回路１は、図３（ａ）の実線矢符ａ１（ｍａｘ）及び図３（ｂ）の実線矢符ａ２（ｍｉｎ）で示した範囲で、パワーＭＯＳ１８のオフ制御が行なわれることとなる。
【００４５】
本発明回路１に対し、従来技術に係る半導体集積回路では、第１温度検出信号生成手段１１及び第１過熱温度検出手段１２のみで、パワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したか否かを判定するのとほぼ同様の結果になる。ここで、図５は、従来技術に係る半導体集積回路における第１過熱温度検出手段１２、即ち、ＭＯＳトランジスタ１１４の動作温度と電圧値の関係を示している。製造プロセスのばらつきにより閾値電圧が高めにばらつくと、ＭＯＳトランジスタ１１４は、閾値電圧が電圧Ｖｔｈ（ｍａｘ）となり、過熱温度の設計値１７５℃以下の温度でＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わる。閾値電圧が低めにばらつくと、ＭＯＳトランジスタ１１４は、閾値電圧が電圧Ｖｔｈ（ｍｉｎ）となり、過熱温度の設計値１７５℃より高い温度でＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わる。即ち、矢符ａ０で示した範囲で、パワーＭＯＳ１８のオフ制御が行なわれることとなる。
【００４６】
従って、従来技術に係る半導体集積回路では、矢符ａ０で示した範囲でパワーＭＯＳ１８のオフ制御が行なわれることとなるのに対し、本発明回路１では、図３（ａ）の実線矢符ａ１（ｍａｘ）及び図３（ｂ）の実線矢符ａ２（ｍｉｎ）で示した範囲でパワーＭＯＳ１８のオフ制御が行なわれることとなるため、少なくとも、パワーＭＯＳ１８のオフ制御のばらつきを半分以下におさえることが可能になる。
【００４７】
更に具体的には、従来技術に係る半導体集積回路では、図４に示すダイオード群１１２を構成するダイオードの温度特性が線形であると想定すると、例えば、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが設計値に対して±０．２５Ｖばらついたとすると、過熱温度であると判定される動作温度は、例えば、約±３０℃ばらつくことになる。これに対し、本発明回路１では、図２に示すダイオード群１１ａ及びダイオード群１４ａを構成するダイオードの温度特性が線形であると想定すると、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが設計値に対して−０．２５Ｖばらついたときには、上述したように、第２温度検出信号生成手段１４及び第２過熱温度検出手段１５においてパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことを検出し、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが設計値に対して＋０．２５Ｖばらついたときには、第１温度検出信号生成手段１１及び第１過熱温度検出手段１２においてパワーＭＯＳトランジスタ１８の動作温度が過熱温度に達したことを検出するので、過熱温度であると判定される動作温度は、−３０℃〜０℃の間でばらつくことになる。この場合、本発明回路１は、従来技術に係る半導体集積回路に比べ、過熱温度であると判定される動作温度のばらつきを半分に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る半導体集積回路の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る半導体集積回路の一構成例を示す概略回路図
【図３】本発明に係る半導体集積回路の第１温度検出信号及び第２温度検出信号の動作温度と電圧値の一関係例を示すグラフ
【図４】従来技術に係る半導体集積回路の概略構成を示すブロック図
【図５】従来技術に係る半導体集積回路の温度検出信号の動作温度と電圧値の一関係例を示すグラフ
【符号の説明】
【００４９】
１      本発明に係る半導体集積回路
２      負荷
１０    定電圧回路
１１    第１温度検出信号生成手段
１１ａ  第１ダイオード群
１１ｂ  第１抵抗素子
１１ｃ  中間点
１２    第１過熱温度検出手段
１２ａ  抵抗素子
１２ｂ  第１ＮＭＯＳトランジスタ
１３    第１ラッチ駆動手段
１３ａ  出力調整用ＮＭＯＳトランジスタ
１４    第２温度検出信号生成手段
１４ａ  第２ダイオード群
１４ｂ  第２抵抗素子
１４ｃ  中間点
１５    第２過熱温度検出手段
１５ａ  第２ＮＭＯＳトランジスタ
１６    ラッチ回路
１７    ゲート遮断回路
１７ａ  ＮＭＯＳトランジスタ
１８    パワーＭＯＳトランジスタ
１００  従来技術に係る半導体集積回路
１０１  定電圧回路
１１０  温度検出回路
１１１  抵抗素子
１１２  ダイオード群
１１３  抵抗素子
１１４  ＭＯＳトランジスタ（温度検出用）
１２１  ＭＯＳトランジスタ（ラッチ回路駆動用）
１２２  ラッチ回路
１２３  ＭＯＳトランジスタ（遮断用）
１３０  抵抗素子
１４０  パワーＭＯＳトランジスタ
２００  負荷
Ｇ      ゲート端子
Ｄ      ドレイン端子
Ｓ      ソース端子
Ｐ      パッケージ
【図１】
2008172411.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008172411.tif 000006
【図５】
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