(57)【要約】【課題】誤動作を防止し、パワーＭＯＳを安定して立ち上げる。【解決手段】パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間に付加される過熱遮断回路５０であって、過熱遮断回路５０は、ドレインが抵抗Ｒ２３を介してパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート１０１に接続され、ゲート／ソース間にダイオードＤｎが接続されたＭＯＳトランジスタＭ２１を有し、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度を検出する温度検出回路２０と、ゲートがＭＯＳトランジスタＭ２１のドレインに接続され、ゲート／ソース間電圧が閾値電圧を超えることによってパワーＭＯＳトランジスタＭ９０を遮断するために設けられたＭＯＳトランジスタＭ３１とを備え、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間に、抵抗Ｒ３２が接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間に付加される過熱遮断回路であって、
上記過熱遮断回路は、ドレインが抵抗を介して上記パワーＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、ゲート／ソース間にダイオードが接続された第１トランジスタを有し、上記パワーＭＯＳトランジスタの温度を検出する温度検出回路と、
ゲートが上記第１トランジスタのドレインに接続され、ゲート／ソース間電圧が閾値電圧を超えることによって上記パワーＭＯＳトランジスタを遮断するために設けられた第２トランジスタとを備え、
上記第２トランジスタのゲート／ソース間に、電流制限を行う素子が接続されていることを特徴とする過熱遮断回路。
【請求項２】
上記電流制限を行う素子は抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の過熱遮断回路。
【請求項３】
上記電流制限を行う素子は、抵抗値が５００ｋΩ以上５ＭΩ以下の抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の過熱遮断回路。
【請求項４】
パワーＭＯＳトランジスタと、
上記パワーＭＯＳトランジスタの保護のために、上記パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間に接続される過熱遮断回路とから構成されるパワーＭＯＳパッケージであって、
上記過熱遮断回路は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の過熱遮断回路であることを特徴とするパワーＭＯＳパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーＭＯＳ保護回路のうちの過熱遮断回路に関するものであり、特に、高温の環境下においてパワーＭＯＳトランジスタをＯＮした際に過熱遮断動作が誤動作するのを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体リレーとも呼ばれているパワーＭＯＳトランジスタがある。パワーＭＯＳトランジスタは、わずかな電力の入力で大電力のＯＮ／ＯＦＦを行うことができるために、電子機器などによく用いられている。例えば、ＯＮ／ＯＦＦ動作に必要な入力電圧を１０（Ｖ）、その時にパワーＭＯＳトランジスタに流れる電流を１０（μＡ）とすると、入力電力は１００（μＷ）となる。
【０００３】
上記パワーＭＯＳトランジスタを用いて１００Ｗの電力を消費する負荷をＯＮ／ＯＦＦすれば、その電力利得は１００万倍となる。それゆえ、パワーＭＯＳトランジスタは、電磁コイルを用いた機械式リレーに比べて制御効率が非常に高いという利点がある。
【０００４】
また、パワーＭＯＳトランジスタにはＯＮ／ＯＦＦするための機械的な接点がないため、信頼性に優れている。さらに、パワーＭＯＳトランジスタにはコイルがないため、非常に小型化できるといったメリットがある。よって、パワーＭＯＳトランジスタは、上記電力効率性／高信頼性のために、近年、機械式リレーからの置き換えが進んでいる。
【０００５】
しかしながら、パワーＭＯＳトランジスタには、利点がある一方で、機械式リレーと比べた時、熱に弱く、また温度特性を持つという最大の問題点がある。
【０００６】
このため、パワーＭＯＳトランジスタの信頼性確保のために、パワーＭＯＳトランジスタに保護回路を付加するのが一般的である。そこで、パワーＭＯＳトランジスタ保護回路（パワーＭＯＳ保護回路）を備えた半導体装置が、例えば、特許文献１〜３に開示されている。
【０００７】
パワーＭＯＳ保護回路は、パワーＭＯＳトランジスタの保護目的に応じて数種類存在する。例えば、過熱遮断回路、および電流制限回路などがあり、それらを組み合わせることも可能である。
【０００８】
ここで、本発明は、パワーＭＯＳ保護回路のうち特に、過熱遮断回路に関する発明である。
【０００９】
そこで、図３を参照しながら、基本的な従来の過熱遮断回路３５０の構成について説明する。
【００１０】
図３は、従来の過熱遮断回路３５０の構成を示す回路図である。
【００１１】
過熱遮断回路３５０は、過電流などによりパワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度が制限値（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Ｍ９０のゲート／ソース間を短絡させ、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＦＦさせる回路である。
【００１２】
また、過熱遮断回路３５０は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間に接続されている。そして、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０および過熱遮断回路３５０とが、ゲート端子４０１、ドレイン端子４０２、およびソース端子４０３の３端子を有する１つのパワーＭＯＳパッケージ４００を構成している。
【００１３】
上記パワーＭＯＳパッケージ４００では、ドレイン端子４０２に負荷２００が接続されており、ソース端子４０３にＧＮＤが接続されている。それゆえ、過熱遮断回路３５０によってパワーＭＯＳトランジスタＭ９０がＯＦＦとなることにより、負荷２００に電流が流れないようになっている。
【００１４】
また、過熱遮断回路３５０は、図３に示すように、定電圧源回路１０、温度検出回路２０、ＭＯＳトランジスタＭ３１、および過熱遮断保持回路４０を備えている。
【００１５】
過熱遮断回路３５０は、パワーＭＯＳパッケージ４００のゲート／ソース端子間の電圧を電源として動作する。なお、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のアプリケーション上、過熱遮断回路３５０は、広い電圧範囲（例えば、４．５Ｖ〜１６Ｖ）で動作する必要がある。
【００１６】
定電圧源回路１０は、定電圧を温度検出回路２０に供給するための回路である。定電圧源回路１０は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間電圧が広い電圧範囲を有しているため、上記ゲート／ソース間電圧が変化しても温度検出回路２０での検出温度が変化しないようにするために、温度検出回路２０の前段に設けられている。
【００１７】
温度検出回路２０は、複数のダイオードＤｎ、ＭＯＳトランジスタＭ２１、抵抗Ｒ２２、および抵抗Ｒ２３を備え、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度を検出する回路である。複数のダイオードＤｎは、検出感度を上げるため多段構成とされている。
【００１８】
過熱遮断保持回路４０は、ラッチ回路４１、ＭＯＳトランジスタＭ４２、および抵抗Ｒ４３を備えている。
【００１９】
ラッチ回路４１は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＯＦＦにより温度が下がった時に、自動的にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮさせないように過熱遮断を保持する回路である。パワーＭＯＳトランジスタＭ９０がＯＦＦになった後、ラッチ回路４１をリセットするためには、一旦、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間電圧を０Ｖにする必要がある。ラッチ回路４１をリセットするまでは、パワーＭＯＳパッケージ４００をＯＮすることができず、負荷２００に再び電流を流すことはできない。
【００２０】
ここで、負荷２００に短絡などの異常が発生し、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０に過大な電流が流れて、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０が異常発熱したときの、上記構成の過熱遮断回路３５０の動作について説明する。
【００２１】
パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度検出には、温度検出回路２０に設けたダイオードＤｎの順方向電圧降下の温度特性を利用している。
【００２２】
詳細には、ダイオードの順方向電圧降下は温度の上昇によって小さくなることにより、室温（２５℃前後とする）ではＭＯＳトランジスタＭ２１がＯＮ状態となり、温度の上昇にしたがって、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流が減少すると共に、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン／ソース間電圧が上昇する。
【００２３】
また、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン／ソース間電圧が上昇することによって、同時に、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧も上昇する。そして、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の異常過熱温度（１７５℃前後とする）で、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧が閾値電圧を越えて、ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮする。それゆえ、ＭＯＳトランジスタＭ３１をＯＮさせるところまで、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流が減少するように、バイアス設計されている。
【００２４】
ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮになると、ラッチ回路４１が働き、ＭＯＳトランジスタＭ４２がＯＮとなる。ＭＯＳトランジスタＭ４２はパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間に接続されている。
【００２５】
よって、ＭＯＳトランジスタＭ４２がＯＮになることにより、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０はパワーＭＯＳパッケージ４００のゲート端子４０１の電圧に関わらず、強制的にＯＦＦとなる。したがって、負荷２００に流れる電流は遮断される。
【特許文献１】特開２００５−１５０７６２号公報（平成１７年６月９日公開）
【特許文献２】特開平６−２４４４１３号公報（１９９４年９月２日公開）
【特許文献３】特開平５−３０４４５０号公報（１９９３年１１月１６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、上記従来の過熱遮断回路３５０では、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮして立ち上げる際に誤動作が発生するという問題点を有している。
【００２７】
まず、図４を参照しながら、室温時にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮして立ち上げる際の、従来の過熱遮断回路３５０の動作について説明する。なお、以下の説明において、ゲート／ソース間電圧をＶｇｓと表記する。
【００２８】
図４は、室温時にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを立ち上げる際の、従来の過熱遮断回路３５０において、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを０Ｖから徐々に変化させた場合の、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧（Ｖｇｓ（Ｍ２１））、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース電圧（Ｖｇｓ（Ｍ３１））、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流（Ｉｄ（Ｍ２１））、およびＭＯＳトランジスタＭ３１のドレイン電流（Ｉｄ（Ｍ３１））の関係を示すグラフである。上側のグラフにおいて、縦軸は、Ｖｇｓ（Ｍ２１）およびＶｇｓ（Ｍ３１）を示し、横軸は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを示す。また、下側のグラフにおいて、縦軸は、Ｉｄ（Ｍ２１）およびＩｄ（Ｍ３１）を示し、横軸は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを示す。
【００２９】
なお、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを変化させる速度は、過熱遮断回路３５０中の容量成分による過渡的な変化の影響が生じない程度の速度である。例えば、０ＶからパワーＭＯＳトランジスタＭ９０の通常のＯＮ電圧（例えば１２Ｖ）までを、概ね５０μｓｅｃ以上かけて変化させた場合である。
【００３０】
室温の状況下において、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓが２〜３Ｖの立ち上がり付近では、定電圧源回路１０の電源であるパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓが定電圧源回路１０の出力設定電圧よりも低いため、定電圧源回路１０は定電圧源として作動せず、定電圧源回路１０の出力電位はゲート端子４０１の電位に等しくなる。
【００３１】
また、ダイオードＤｎにはほとんど電流が流れないため、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓはほぼそのままＭＯＳトランジスタＭ２１およびＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧となる。
【００３２】
上記状態において、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを徐々に上昇させると、Ｖｇｓ（Ｍ２１）およびＶｇｓ（Ｍ３１）共に、比例するように上昇する。
【００３３】
そして、Ｖｇｓ（Ｍ２１）およびＶｇｓ（Ｍ３１）が、ＭＯＳトランジスタＭ２１およびＭＯＳトランジスタＭ３１の閾値電圧（Ｖｔｈ）を超えると、ＭＯＳトランジスタＭ２１およびＭＯＳトランジスタＭ３１共に、ドレイン電流を流そうとする。
【００３４】
しかしながら、Ｉｄ（Ｍ２１）が流れ始めることによって、Ｖｇｓ（Ｍ３１）が下がるので、Ｉｄ（Ｍ３１）は流れなくなる。
【００３５】
よって、ＭＯＳトランジスタＭ３１は、ラッチ回路４１を駆動することも無く、ラッチ回路４１が遮断側に倒れることもない。
【００３６】
次に、図５を参照しながら、高温時にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮして立ち上げる際の、従来の過熱遮断回路３５０の動作について説明する。
【００３７】
図５は、高温時にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを立ち上げる際の、従来の過熱遮断回路３５０において、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを０Ｖから徐々に変化させた場合の、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧（Ｖｇｓ（Ｍ２１））、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース電圧（Ｖｇｓ（Ｍ３１））、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流（Ｉｄ（Ｍ２１））、およびＭＯＳトランジスタＭ３１のドレイン電流（Ｉｄ（Ｍ３１））の関係を示すグラフである。上側のグラフにおいて、縦軸は、Ｖｇｓ（Ｍ２１）およびＶｇｓ（Ｍ３１）を示し、横軸は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを示す。また、下側のグラフにおいて、縦軸は、Ｉｄ（Ｍ２１）およびＩｄ（Ｍ３１）を示し、横軸は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを示す。
【００３８】
なお、高温は概ね１００℃以上とし、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを変化させる速度は、０ＶからパワーＭＯＳトランジスタＭ９０の通常のＯＮ電圧（例えば１２Ｖ）までを、概ね５０μｓｅｃ以上かけて立ち上げた場合である。
【００３９】
高温の状況下では、温度検出回路２０のダイオードＤｎにおいて、ダイオードＤｎの順方向電圧降下が小さくなる。そのため、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧が低くなる。
【００４０】
よって、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓ上昇の際、Ｖｇｓ（Ｍ２１）がＶｔｈに達するまでのパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓの値が大きくなるので、Ｉｄ（Ｍ２１）の立ち上がるタイミングが遅くなる。
【００４１】
一方、Ｖｇｓ（Ｍ３１）は、室温の時とほとんど変わらない値で上昇する。この時、Ｉｄ（Ｍ３１）はＩｄ（Ｍ２１）が立ち上がるまで、すなわちＶｇｓ（Ｍ２１）がＶｔｈを超えるまで増加し続ける。それゆえ、先に、Ｉｄ（Ｍ３１）がラッチ回路４１の駆動レベルに達してしまい、ラッチが遮断側に倒れてしまう。
【００４２】
ここで、ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮになるタイミングの温度依存は、ＭＯＳトランジスタＭ３１の閾値電圧の温度特性と、抵抗Ｒ２３の温度特性とで決まる。一方、ＭＯＳトランジスタＭ２１がＯＮになるタイミングの温度依存は、ＭＯＳトランジスタＭ２１の閾値電圧の温度特性と、抵抗Ｒ２２の温度特性とに加え、ダイオードＤｎの順方向電圧降下の温度特性とが関係する。
【００４３】
ダイオードＤｎは温度検出回路２０の温度検出素子であるので、検出感度を上げるためと、ＭＯＳトランジスタＭ２１の閾値電圧のばらつきの影響を小さくするためとに、ダイオードが多段接続されている。これにより、ダイオードＤｎの温度特性は、抵抗や閾値電圧の温度特性よりも数倍大きくなる。
【００４４】
ダイオードの順方向電圧降下は負の温度特性を有しているので、高温になるにしたがって、ＭＯＳトランジスタＭ２１がＯＮになるタイミングは、ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮになろうとするタイミングに比べて遅くなっていく。
【００４５】
その結果、ある温度を超えるとＭＯＳトランジスタＭ２１がＯＮになる前に、ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮになるため、ＭＯＳトランジスタＭ３１がラッチ回路４１を駆動し、ラッチが遮断側に倒れてしまう。それゆえ、負荷２００に電流が流れなくなってしまう。
【００４６】
したがって、従来の過熱遮断回路３５０では、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを立ち上げる際、もし温度検出回路２０が遮断温度を検出した場合以外の何らかの原因によって、ＭＯＳトランジスタＭ３１のドレイン電流がある値を一瞬でも超えると、ＭＯＳトランジスタＭ３１はラッチ回路４１を駆動して、ラッチを遮断側に倒してしまう。
【００４７】
ラッチ回路４１がいったん遮断側に倒れると、過熱遮断回路３５０では、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを０Ｖにして、ラッチ回路４１をリセットしない限り、遮断状態は解除されない。それゆえ、負荷２００に電流を流すために、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮすることができない。
【００４８】
ここで、上記誤動作を防止するためには、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓの立ち上げ時、すなわちパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＯＮ時に、ラッチ回路４１を誤動作させないようにする必要がある。すなわち、Ｉｄ（Ｍ３１）が流れる前にＩｄ（Ｍ２１）を流し、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲートがＯＮになるのを防止しなくてはならない。
【００４９】
しかしながら、ＭＯＳトランジスタＭ２１がＯＮになる前に、ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮになるような場合には、ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮになるタイミングは、抵抗Ｒ２３の値で制御することができないという問題点がある。
【００５０】
以上のように、従来の過熱遮断回路３５０では、高温時において、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮするとき、誤動作が生じるので、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０を安定して立ち上げることができないという問題点を有している。
【００５１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、誤動作を防止し、パワーＭＯＳを安定して立ち上げることができる過熱遮断回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５２】
本発明の過熱遮断回路は、上記課題を解決するために、パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間に付加される過熱遮断回路であって、上記過熱遮断回路は、ドレインが抵抗を介して上記パワーＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、ゲート／ソース間にダイオードが接続された第１トランジスタを有し、上記パワーＭＯＳトランジスタの温度を検出する温度検出回路と、ゲートが上記第１トランジスタのドレインに接続され、ゲート／ソース間電圧が閾値電圧を超えることによって上記パワーＭＯＳトランジスタを遮断するために設けられた第２トランジスタとを備え、上記第２トランジスタのゲート／ソース間に、電流制限を行う素子が接続されていることを特徴としている。
【００５３】
パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間電圧を０Ｖから立ち上げると、第１トランジスタのゲート／ソース間電圧、および第２トランジスタのゲート／ソース間電圧共に上昇し始める。ところが、温度検出回路では、パワーＭＯＳトランジスタの温度を、ダイオードの順方向電圧降下の温度特性により検出することによって、第１トランジスタのゲート／ソース間電圧が減少する。
【００５４】
そこで、上記の構成によれば、第２トランジスタのゲート／ソース間に、電流制限を行う素子が接続されていることにより、第２トランジスタのゲートには、パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間電圧を抵抗と電流制限を行う素子とによって分圧された電圧が入力される。それゆえ、第２トランジスタのゲート／ソース間電圧の値は減少される。
【００５５】
よって、パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間電圧の立ち上げに対し、電流制限を行う素子の値によって、第２トランジスタのゲート／ソース間電圧の立ち上げる度合いを制御することが可能となる。
【００５６】
したがって、パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間電圧を立ち上げるとき、第２トランジスタのゲート／ソース間電圧が、第１トランジスタのゲート／ソース間電圧よりも先に、閾値電圧を超えてしまうことを防止することが可能となる。すなわち、第１トランジスタがＯＮする前に、第２トランジスタがＯＮしてしまう誤動作を防止することが可能となる。
【００５７】
以上により、本発明の過熱遮断回路は、誤動作を防止し、パワーＭＯＳを安定して立ち上げることが可能となる。
【００５８】
また、本発明の過熱遮断回路では、上記電流制限を行う素子は抵抗であることが好ましい。これにより、過熱遮断回路は容易に実現することが可能となる。
【００５９】
さらに、本発明の過熱遮断回路では、上記電流制限を行う素子は、抵抗値が５００ｋΩ以上５ＭΩ以下の抵抗であることが好ましい。
【００６０】
これにより、過熱遮断回路は、外観上は、あくまでも保護回路のない単体パワーＭＯＳとほぼ同等の動作を行いながら、誤動作を防止し、室温時においても高温時においてもパワーＭＯＳを安定して立ち上げることが可能となる。
【００６１】
また、本発明のパワーＭＯＳパッケージは、上記課題を解決するために、パワーＭＯＳトランジスタと、上記パワーＭＯＳトランジスタの保護のために、上記パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間に接続される上記過熱遮断回路とから構成されることを特徴としている。
【００６２】
上記の構成によれば、パワーＭＯＳトランジスタおよび過熱遮断回路とが、ゲート、ソース、およびドレインの３端子を有する１つのパワーＭＯＳパッケージを構成していることにより、保護回路を付加したパワーＭＯＳトランジスタとして、出荷したり使用することが可能となる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明の過熱遮断回路は、以上のように、パワーＭＯＳトランジスタのゲート／ソース間に付加される過熱遮断回路であって、上記過熱遮断回路は、ドレインが抵抗を介して上記パワーＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、ゲート／ソース間にダイオードが接続された第１トランジスタを有し、パワーＭＯＳトランジスタの温度を検出する温度検出回路と、ゲートが上記第１トランジスタのドレインに接続され、ゲート／ソース間電圧が閾値電圧を超えることによって上記パワーＭＯＳトランジスタを遮断するために設けられた第２トランジスタとを備え、上記第２トランジスタのゲート／ソース間に、電流制限を行う素子が接続されているという構成を有している。
【００６４】
これにより、第２トランジスタのゲート／ソース間電圧の立ち上げを調整することが可能となるため、誤動作を防止し、パワーＭＯＳを安定して立ち上げることが可能となる。
【００６５】
また、本発明のパワーＭＯＳパッケージは、パワーＭＯＳトランジスタおよび過熱遮断回路とが、ゲート、ソース、およびドレインの３端子を有する１つのパワーＭＯＳパッケージとして構成されていることにより、保護回路を付加したパワーＭＯＳトランジスタとして使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
本発明の一実施形態について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、図３に示した従来の過熱遮断回路３５０の構成要素と同等な機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付記する。また、以下の説明では、ゲート／ソース間電圧をＶｇｓと記載する。
【００６７】
図１は、本実施の形態の過熱遮断回路５０の一構成例を示す回路図である。
【００６８】
本実施の形態の過熱遮断回路５０は、過電流などによりパワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度が制限値（異常過熱温度とし、１７５℃とする）に達すると、自動的にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間を短絡させ、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＦＦさせる回路である。
【００６９】
過熱遮断回路５０は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間に接続されている。そして、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０および過熱遮断回路５０とが、ゲート端子１０１、ドレイン端子１０２、およびソース端子１０３の３端子を有する１つのパワーＭＯＳパッケージ１００を構成している。
【００７０】
また、上記パワーＭＯＳパッケージ１００では、ドレイン端子１０２に負荷２００が接続されており、ソース端子１０３にＧＮＤが接続されている。それゆえ、過熱遮断回路５０によってパワーＭＯＳトランジスタＭ９０がＯＦＦとなることにより、負荷２００に電流が流れないようになっている。
【００７１】
本実施の形態の過熱遮断回路５０は、図１に示すように、定電圧源回路１０、温度検出回路２０、過熱遮断駆動回路３０、および過熱遮断保持回路４０を備えている。
【００７２】
過熱遮断回路５０は、パワーＭＯＳパッケージ１００のゲート／ソース端子間の電圧を電源として動作する。具体的には、過熱遮断回路５０は、例えば、４．５Ｖ〜１６Ｖのゲート／ソース間電圧で動作する。
【００７３】
定電圧源回路１０は、定電圧を温度検出回路２０に供給するための回路である。定電圧源回路１０は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間電圧が広い電圧範囲を有しているため、上記ゲート／ソース間電圧が変化しても温度検出回路２０での検出温度が変化しないようにするために、温度検出回路２０の前段に設けられている。
【００７４】
温度検出回路２０は、複数のダイオードＤｎ、ＭＯＳトランジスタＭ２１、抵抗Ｒ２２、および抵抗Ｒ２３を備え、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度を検出する回路である。
【００７５】
ＭＯＳトランジスタＭ２１は、ドレインが抵抗Ｒ２３を介してパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲートに接続され、ゲートが抵抗Ｒ２２を介して定電圧源回路１０に接続され、ソースがパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のソースに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間には、複数のダイオードが接続されている。複数のダイオードＤｎは、検出感度を上げるため多段構成とされている。
【００７６】
温度検出回路２０では、ダイオードＤｎの順方向電圧降下の温度特性を利用して、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度を検出している。詳細には、ダイオードの順方向電圧降下は温度の上昇によって小さくなることにより、室温（２５℃前後とする）ではＭＯＳトランジスタＭ２１がＯＮ状態となり、温度の上昇にしたがって、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流が減少し、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の温度が異常過熱温度に到達すると、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧が閾値電圧を越えて、ＭＯＳトランジスタＭ３１をＯＮさせるところまで、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流が減少するように、バイアス設計されている。
【００７７】
過熱遮断駆動回路３０は、ＭＯＳトランジスタＭ３１、および抵抗Ｒ３２を備えている。ＭＯＳトランジスタＭ３１は、ドレインが過熱遮断保持回路４０のラッチ回路４１に接続され、ゲートがＭＯＳトランジスタＭ２１のドレインに接続され、ソースがパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のソースに接続されている。また、抵抗Ｒ３２は、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間に接続されている。
【００７８】
過熱遮断保持回路４０は、ラッチ回路４１、ＭＯＳトランジスタＭ４２、および抵抗Ｒ４３を備えている。ＭＯＳトランジスタＭ４２は、ドレインがパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲートに接続され、ゲートがラッチ回路４１に接続され、ソースがパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のソースに接続されている。それゆえ、ＭＯＳトランジスタＭ４２は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間に接続されている。
【００７９】
また、ＭＯＳトランジスタＭ２１、ＭＯＳトランジスタＭ３１、およびＭＯＳトランジスタＭ４２は通常横型ＭＯＳが用いられるが、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０は、横型ＭＯＳ、縦型ＭＯＳ、またはトレンチゲート型ＭＯＳのうちから、好適に選択される。
【００８０】
ここで、上記の構成における本実施の形態の過熱遮断回路５０において、負荷２００に短絡などの異常が発生し、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０に過大な電流が流れて、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０が異常発熱したときの過熱遮断動作は、上述した従来の過熱遮断回路における過熱遮断動作の説明と同様である。
【００８１】
次に、図２を参照しながら、高温時にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮして立ち上げる際の、本実施の形態の過熱遮断回路５０の動作について説明する。
【００８２】
図２は、高温時にパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを立ち上げる際の過熱遮断回路５０において、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを０Ｖから徐々に変化させた場合の、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧（Ｖｇｓ（Ｍ２１））、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース電圧（Ｖｇｓ（Ｍ３１））、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流（Ｉｄ（Ｍ２１））、およびＭＯＳトランジスタＭ３１のドレイン電流（Ｉｄ（Ｍ３１））の関係を示すグラフである。上側のグラフにおいて、縦軸は、Ｖｇｓ（Ｍ２１）およびＶｇｓ（Ｍ３１）を示し、横軸は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを示す。また、下側のグラフにおいて、縦軸は、Ｉｄ（Ｍ２１）およびＩｄ（Ｍ３１）を示し、横軸は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを示す。
【００８３】
なお、高温は概ね１００℃以上とし、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを変化させる速度は、０ＶからパワーＭＯＳトランジスタＭ９０の通常のＯＮ電圧（例えば１２Ｖ）までを、概ね５０μｓｅｃ以上かけて立ち上げた場合である。
【００８４】
高温の状況下では、温度検出回路２０のダイオードＤｎにおいて、ダイオードＤｎの順方向電圧降下が小さくなる。そのため、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧が低くなる。
【００８５】
よって、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓが上昇する際、Ｖｇｓ（Ｍ２１）がＶｔｈに達するまでのパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓの値が大きくなるので、Ｉｄ（Ｍ２１）の立ち上がるタイミングが遅くなる。
【００８６】
ここで、ＭＯＳトランジスタＭ３１には、ゲート／ソース間に抵抗Ｒ３２が接続されている。このため、ゲート１０１、抵抗Ｒ２３、抵抗Ｒ３２、およびソース１０３の経路が接続されることにより、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ３２とによる電圧降下が生じる。よって、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲートには、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ３２とによって分圧された電圧が入力される。
【００８７】
これにより、従来の過熱遮断回路では、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓがＭＯＳトランジスタＭ３１のゲートにそのまま入力されていたが、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間に抵抗Ｒ３２を備えることによって、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲートには、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓを抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ３２とによって分圧された電圧が入力される。それゆえ、Ｖｇｓ（Ｍ３１）は減少される。
【００８８】
よって、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓの立ち上げに対し、抵抗Ｒ３２の値によって、Ｖｇｓ（Ｍ３１）の立ち上げる度合いを制御することが可能となっている。
【００８９】
それゆえ、抵抗Ｒ３２の値は、必要な遮断温度で過熱遮断回路５０が遮断動作を行い、かつ、遮断温度よりも低い温度でのパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース電圧立ち上げ時には遮断動作が起こらない様に決められる。
【００９０】
したがって、高温時において、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０をＯＮするとき、Ｖｇｓ（Ｍ３１）が、Ｖｇｓ（Ｍ２１）よりも先に、閾値電圧を超えてしまうことを防止することが可能となる。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ２１がＯＮする前に、ＭＯＳトランジスタＭ３１がＯＮしてしまうことを防止することが可能となる。
【００９１】
以上により、本実施の形態の過熱遮断回路５０は、誤動作を防止し、室温時においても高温時においてもパワーＭＯＳトランジスタＭ９０を安定して立ち上げることが可能となる。
【００９２】
また、一般に、過熱遮断回路５０は回路全体の動作電流が１ｍＡ以下（通常１００μＡ前後）とするため、過熱遮断回路５０に用いられる抵抗素子は概ね１００ｋΩ〜数ＭΩ程度の値を用いることが多い。
【００９３】
上記理由としては、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の保護回路（例えば、過熱遮断回路５０など）はパワーＭＯＳトランジスタＭ９０に付加的に加えられたものであり、パッケージの外から見る限り、あくまでも保護回路のない単体パワーＭＯＳトランジスタとほぼ同等の動作をするべきであることによる。
【００９４】
保護回路を持たない単体パワーＭＯＳトランジスタの場合は絶縁ゲートの構造であるために、ＤＣ的なゲート電流は流れず、トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ時のみゲート容量の充放電のために過渡的にゲート電流がパワーＭＯＳトランジスタに流れる。
【００９５】
上記の場合、パワーＭＯＳトランジスタのゲート容量の値を１ｎＦ、ゲートの充放電時間を１０μｓｅｃ、パワーＭＯＳトランジスタのＯＮ時のＶｇｓを１２Ｖとすると、充放電電流は約１ｍＡとなる。それゆえ、このパワーＭＯＳトランジスタを外部から駆動するゲートドライブ回路には、１ｍＡの電流供給能力が必要となる。
【００９６】
また、上記パワーＭＯＳトランジスタに保護回路を付加した場合（すなわち、本実施の形態のパワーＭＯＳトランジスタＭ９０に過熱遮断回路５０を付加した場合）、ＯＮ／ＯＦＦ時のゲート容量の充放電以外に、ＯＮ状態が継続している時にもＤＣ的なゲート電流がパワーＭＯＳトランジスタＭ９０に流れる。基本的には、上記ゲート電流のために、外部から駆動するゲートドライブ回路に新たな能力を付加することは好ましくない。
【００９７】
したがって、ＤＣ的なゲート電流の値は、ゲート容量の充放電電流に比べて十分小さくする必要があり、通常１００μＡ程度に抑えるように設計されている。
【００９８】
ここで、ＤＣ的なゲート電流は保護回路全体の電流に相当するので、本実施の形態のために挿入する抵抗Ｒ３２の枝電流は、１０μＡ程度に抑える必要がある。保護回路の電源電圧はパワーＭＯＳトランジスタＭ９０のＶｇｓとなるため、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の動作するＶｇｓの標準電圧を１２Ｖとすると、抵抗Ｒ３２の枝には、１．２ＭΩの抵抗が入ることになる。
【００９９】
そこで、図１に示した抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ３２との和が１．２ＭΩとなるためには、抵抗Ｒ３２の抵抗値としては最低でも５００ｋΩ程度となる。これにより、本実施の形態の過熱遮断回路５０は、外観上は、あくまでも保護回路のない単体パワーＭＯＳトランジスタとほぼ同等の動作を行うことになり、消費電流も大きくないようにすることが可能なる。
【０１００】
一方、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧の立ち上がり度合いを、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧の立ち上がり度合いよりも低くするという目的を考える場合、その効果を出すためには、抵抗Ｒ３２の抵抗値は概ね５ＭΩ以下である必要がある。
【０１０１】
以上によって、抵抗Ｒ３２の抵抗値は、５００ｋΩ≦抵抗Ｒ３２の抵抗値≦５ＭΩの範囲とすることにより、本実施の形態の過熱遮断回路５０は、外観上は、あくまでも保護回路のない単体パワーＭＯＳトランジスタとほぼ同等の動作を行いながら、誤動作を防止し、室温時においても高温時においてもパワーＭＯＳトランジスタＭ９０を安定して立ち上げることが可能となる。
【０１０２】
また、上記過熱遮断回路５０では、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧の立ち上がるタイミングを調整する素子として、抵抗Ｒ３２を用いている。よって、抵抗Ｒ３２を備えるだけであるので、過熱遮断回路５０は容易に実現することが可能となり、また、低コストで実現可能である。
【０１０３】
さらに、上記過熱遮断回路５０では、過熱遮断駆動回路３０のＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間に抵抗Ｒ３２を備えることによって、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧の立ち上がるタイミングを調整したが、これに限らず、トランジスタを備えてもよい。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース間電圧の立ち上がるタイミングを制御できるものであればよい。
【０１０４】
また、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０の信頼性確保のために、パワーＭＯＳ保護回路として過熱遮断回路５０に関する実施例を述べたが、これに限らず、パワーＭＯＳ保護回路として上記過熱遮断回路５０に電流制限回路を備える構成であってもよい。
【０１０５】
電流制限回路は、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０自身の保護のみならず、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０をオンした際に負荷２００に流れる突入電流を制限することにより、負荷２００を保護し、負荷２００の寿命を長くすることに役立つ。
【０１０６】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、わずかな電力の入力で大電力のオン／オフを行うことが要望されるパワーＭＯＳに適用できる。特に、車載などの厳しい高温環境下で使用されるパワーＭＯＳに対して非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明における過熱遮断回路の実施の一形態を示す回路図である。
【図２】高温時の上記過熱遮断回路における、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間電圧と、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧およびＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース電圧、並びに、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流およびＭＯＳトランジスタＭ３１のドレイン電流との関係を示すグラフである。
【図３】従来の過熱遮断回路を示す回路図である。
【図４】室温時の上記従来の過熱遮断回路における、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間電圧と、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧およびＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース電圧、並びに、ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレイン電流およびＭＯＳトランジスタＭ３１のドレイン電流との関係を示すグラフである。
【図５】高温時の上記従来の過熱遮断回路における、パワーＭＯＳトランジスタＭ９０のゲート／ソース間電圧と、ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート／ソース間電圧およびＭＯＳトランジスタＭ３１のゲート／ソース電圧、並びに、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電流およびＭＯＳトランジスタＭ３１のドレイン電流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  定電圧源回路
２０  温度検出回路
３０  過熱遮断駆動回路
４０  過熱遮断保持回路
４１  ラッチ回路
５０  過熱遮断回路
１００  パワーＭＯＳパッケージ
２００  負荷
Ｍ２１  ＭＯＳトランジスタ（第１トランジスタ）
Ｍ３１  ＭＯＳトランジスタ（第２トランジスタ）
Ｒ３２  抵抗（電流制限を行う素子）
Ｍ４２  ＭＯＳトランジスタ
Ｍ９０  パワーＭＯＳトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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