【手続補正書】
【提出日】平成19年1月15日(2007.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関用イグニッションシステムにおいて、メンテナンス中の作業ミス等により制御信号がオンしたままになり、誘導負荷（例えばトランスフォーマーや、負荷コイル）の電流を制御するスイッチング素子が導通し続け、半導体装置自身や負荷が発熱により特性劣化や破壊に至るという問題がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
例えば、特許文献１に記載の発明は、コンデンサの充電時間により、出力電流の遮断速度を制御している。出力電流の遮断速度を低くするために、大きな容量のコンデンサを必要とするので回路面積を縮小することが困難である。また、誘導負荷の大きさに応じて発生する誘導起電力の大きさが異なるので、誘導負荷の大きさに応じてコンデンサの容量を変更する必要がある。そのため、誘導負荷の大きさによらないで所望のクランプ電圧となるように誘導起電圧を制御することが困難である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
入力端子１０から入力信号ＶＩＮが入力されると、制御回路６は、ＩＧＢＴ１の駆動状態を監視する監視回路（図示せず）からの信号に応答して入力信号ＶＩＮを制御し、ゲート駆動回路９に制御信号を出力する。ゲート駆動回路９は、制御信号に基づいてＩＧＢＴ１のゲートを駆動する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
タイマー回路７は、通常Ｌレベルの信号を出力している。そして、入力端子１０からオン信号が入力されると、タイマー動作を行う。すなわち、メンテナンス作業中のミス等により、オン信号が入力され続けると、オン信号の入力開始から所定時間経過後にＨレベルの信号を出力するように動作する。またタイマー回路７は、オン信号が所定時間以上継続しない場合は、Ｌレベルの信号を出力し続ける。すなわち、タイマー回路７は、ＩＧＢＴ１を駆動するためのオン信号が所定時間以上入力されると、所定の出力信号（上記の例ではＨレベルの信号）を出力するように構成されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次に、図２を用いてゲート駆動回路９の構成について説明する。カレントミラー回路１４の入力が制御回路６の出力に接続されている。そして、カレントミラー回路１４の出力は、ＩＧＢＴ１のゲートに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ１５のドレインがカレントミラー回路１４の入力に接続され、ソースは接地されている。ＮＭＯＳトランジスタ１５のゲートはタイマー回路７の出力に接続されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
上述したように、ゲート放電抵抗部１０１の抵抗値は抵抗４の抵抗値によって与えられている。そのため、ツェナーダイオード３を流れるリーク電流程度ではＩＧＢＴ１をオン状態に遷移する程のゲート電圧は発生せず、ＩＧＢＴ１がオフ状態に保たれまま電圧ＶＣＥは上昇していく。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
次に一次コイル側で発生した誘導起電力は、二次コイル側に−３０ｋＶ程度に昇圧されて伝わり、点火プラグ１３にアーク放電を発生させる。すると、負荷コイル２の一次コイル側及び二次コイル側の電圧は低下し、電圧ＶＣＥおよび点火プラグ１３の電圧Ｖ２は電圧ＶBになる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の保護動作時での動作について説明する。入力信号ＶＩＮがオン信号となってから所定時間経過後、タイマー回路７はＨレベルの信号を出力する。タイマー回路７から出力された信号は、インバータ８で反転されて、Ｌレベルの信号としてＮＭＯＳトランジスタ１１のゲートに入力される。Ｌレベルの信号が入力されると、ＮＭＯＳトランジスタ１１はオン状態からオフ状態となる。そのためＩＧＢＴ１のゲート放電抵抗部１０１の抵抗値は、抵抗４及び抵抗５の合成抵抗によって与えられる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ＩＧＢＴ１がオフ状態に遷移するとともに、コレクタ電流ＩＣが徐々に遮断され、電圧ＶＣＥが上昇する。前述したように保護動作時に、ゲート放電抵抗部１０１は抵抗４及び抵抗５の合成抵抗で与えられている。そして抵抗５の抵抗値を設定することにより、ツェナーダイオード３を流れるリーク電流程度でＩＧＢＴ１がオンするように、合成抵抗の抵抗値が設定されている。電圧ＶＣＥが３０Ｖ程度に上昇すると、ツェナーダイオード３を流れるリーク電流で、ＩＧＢＴ１をオン状態に保持するのに十分なゲート電圧がＩＧＢＴ１のゲートに印加される。そのため、ゲート駆動回路９からＬレベルの信号が出力されても、ＩＧＢＴ１は完全にオフ状態に遷移することなく、コレクタ電流ＩＣは、破線で示すように徐々に減少する。コレクタ電流ＩＣが０になると、ＩＧＢＴ１は完全にオフ状態となり、また電圧ＶＣＥは電圧ＶBとなる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
以上説明したように、抵抗５の抵抗値を適当に選ぶことで保護動作時に印加されるゲート電圧値を制御すると、電圧ＶＣＥは３０Ｖ程度の上昇で抑えられる。そして、図３の破線に示すように、点火プラグ１３の電圧Ｖ２も−３０００Ｖ程度の上昇で抑えられアーク放電の発生を防止することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
次に従来の半導体装置の動作について説明する。通常動作時は、タイマー回路７から入力されたＬレベルの信号が、インバータ２２で反転してＮＭＯＳトランジスタ２０のゲートに入力される。そのため、電流源１８から流れる電流は、ＮＭＯＳトランジスタ２０を介して接地電位に流れる。制御回路６から出力されるオン信号は、引き算回路２３で介してそのままカレントミラー回路１４に出力される。カレントミラー回路１４は、引き算回路２３から出力された出力電流を増幅して出力する。ＩＧＢＴ１のオン状態では、カレントミラー回路１４から出力される電流が抵抗１６を流れることにより、ＩＧＢＴ１をオン状態にするのに十分な電圧をＩＧＢＴ１のゲートに印加している。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、コレクタ電流ＩＣを遮断する速度は、コンデンサ２１の容量の大きさによって制御されるため、負荷コイル２の巻き数に応じてコンデンサ２１の容量を設定する必要がある。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
さらにまた、引き算回路２３を駆動するための電源を入力信号ＶＩＮから供給する必要がある場合、グランド浮き等により引き算回路２３に供給される電源が小さくなり引き算回路２３が動作しなくなるという可能性もある。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
また、抵抗５の抵抗値を調節して、ＩＧＢＴ１のゲートに印加される電圧を制御することで、電圧ＶＣＥをクランプするクランプ電圧の大きさを制御することができる。言い換えれば、用いる負荷コイル２の大きさによらず、所望のクランプ電圧で電圧ＶＣＥをクランプすることができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
図６は、ゲート放電抵抗部１０１をＰＭＯＳトランジスタ２４を用いて構成した構成例を示している。バッファ４５の入力がタイマー回路７の出力に接続され、バッファ４５の出力がＰＭＯＳトランジスタ２４のゲートに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ２４のソース・ドレイン間には抵抗４が介挿され、ＰＭＯＳトランジスタ２４のソースはＩＧＢＴ１のゲートに接続され、ドレインは接地されている。本実施の形態では、抵抗４は大きな抵抗値の抵抗が用いられ、抵抗５の大きさは小さな値の抵抗が用いられるように構成されている。その他の構成は、図１に示した半導体装置と同一のため説明は省略する。また動作についても、図１の構成と同様のため省略する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
以上の構成では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた例を示したが、本発明は、パワーＭＯＳＦＥＴ等を用いた半導体装置にも適用することができる。また、負荷コイル２以外の構成要素を同一半導体基板上に形成することにより、回路面積を縮小することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
次に本実施の形態に係る半導体装置の動作について説明する。通常動作時では、タイマー回路７からＬレベルの信号がバッファ回路２５を介してＮＭＯＳトランジスタ２６のゲートに出力されている。そのため、ＮＭＯＳトランジスタ２６はオフ状態となっている。ＰＭＯＳトランジスタ２７はオンすることなく、ツェナーダイオード２８がＩＧＢＴ１のゲート・コレクタ間に接続されることはない。そのため、ＩＧＢＴ１のゲート・コレクタ間電圧はツェナーダイオード３によってクランプされる。ツェナーダイオード３のクランプ電圧程度まで電圧ＶＣＥは上昇し、点火プラグ１３で放電が行われる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
保護動作時には、ツェナーダイオード２８、３を流れるリーク電流が抵抗４，５を流れてＩＧＢＴ１がオン状態に保持される。その結果、既に実施の形態１の半導体装置と同様に、コレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥが所望のクランプ電圧でクランプされ、点火プラグ１３でのアーク放電の発生を防止することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
本実施の形態では、ツェナーダイオード２８を流れるリーク電流がツェナーダイオード３を流れるリーク電流に加わるので、抵抗５の抵抗値を実施の形態１に比べて小さくすることができる。従って、回路面積を実施の形態１に比べて縮小することができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
またタイマー回路７の出力はバッファ２５を介してＮＭＯＳトランジスタ２６のゲートに入力され、ＮＭＯＳトランジスタ２６はオン状態に遷移する。ＰＭＯＳトランジスタ２７のゲートはＮＭＯＳトランジスタ２６を介して接地され、オン状態になる。ＰＭＯＳトランジスタ２７がオン状態となる結果、ツェナーダイオード２８が、ＰＭＯＳトランジスタ２７を介してＩＧＢＴ１のゲート・コレクタ間に接続されることになる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
次に動作について説明する。通常動作時には、タイマー回路７からＬレベルの信号が出力され、バッファ３２を介してＮＭＯＳトランジスタ３０のゲートに入力される。ＮＭＯＳトランジスタ３０はオフ状態となり、通常動作時にはツェナーダイオード３によってＩＧＢＴ１のゲート−コレクタ間電圧はクランプされる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
ツェナーダイオード２８の降伏電圧はツェナーダイオード３よりも低く設定されているので、保護動作時にはツェナーダイオード２８によってＩＧＢＴ１のゲート−コレクタ間電圧はクランプされる。ツェナーダイオード２８の降伏電圧を適当に選ぶことで、保護動作時のクランプ電圧を所望の値に精度よく設定することができる。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
＜実施の形態４＞
図１０は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。ツェナーダイオード３のカソードにＰＮＰトランジスタ（第１トランジスタ）３７のエミッタが接続されている。ＰＮＰトランジスタ３７のコレクタ（電流入力端子）は、ＮＰＮトランジスタ（第２トランジスタ）３８のベース及びツェナーダイオード３６のカソードに接続されている。ＰＮＰトランジスタ３７のベースはＮＰＮトランジスタ３８のコレクタに接続され、ＮＰＮトランジスタ３８のエミッタ（電流出力端子）は抵抗３９の一端に接続されている。抵抗３９の他端は接地されている。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
ツェナーダイオード３６のアノードにはツェナーダイオード３５のカソードが接続され、ツェナーダイオード３５のアノードは、ツェナーダイオード３４のカソードに接続されている。ツェナーダイオード３４のアノードは、抵抗２９の一端、ＰＭＯＳトランジスタ（第３トランジスタ、トランジスタ）２７のドレイン（電流出力端子）、及びツェナーダイオード３３（第３クランプ素子）のカソードに接続されている。ツェナーダイオード３３のアノードは接地されている。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
ここで、ＩＧＢＴ１のゲート・コレクタ間にはＰＮＰトランジスタ３７を介してツェナーダイオード３４〜３６が接続されている。そして、ＰＮＰトランジスタ３７がオン状態にあることにより、ＰＮＰトランジスタ３７のコレクタ電圧（ＮＰＮトランジスタ３８のベース電圧）は、ほぼＩＧＢＴ１のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥに等しくなっている。そのため、ＩＧＢＴ１のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥはツェナーダイオード３４〜３６による降伏電圧でクランプされる。ここで使用されるツェナーダイオードの段数は、所望の電圧値にあわせて変えてもかまわない。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
そして、何らかの異常が発生し、ＩＧＢＴ１がオン動作中にコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが、ツェナーダイオード３３から３６によって与えられる降伏電圧（例えば約３０Ｖ）以上に上昇すると、ＩＧＢＴ１のコレクタからＰＮＰトランジスタ３７及びツェナーダイオード３４〜３６を介してツェナーダイオード３３及び抵抗４４へ電流が流れる。その結果、比較器４２のプラス端子にツェナーダイオード３３の降伏電圧に相当する電圧が入力される。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2006109286.tif 000001