(57)【要約】  【課題】本発明は、安価な手段によって、より安全性の高い温度保護動作を行うことが可能な半導体集積回路装置、並びに、これを備えた電源装置及び電子機器を提供することを目的とする。  【解決手段】本発明に係るスイッチング電源ＩＣ１は、監視対象温度が第１閾値温度に達したときには、遮断信号Ｓｔｓｄ１に応じて、スイッチＮ１、Ｎ２をいずれもオフさせる一方、監視対象温度が第１閾値温度よりも高い第２閾値温度に達したときには、遮断信号Ｓｔｓｄ２に応じて、外部接続されたフューズＦ１を溶断すべく、スイッチＮ１、Ｎ２をいずれもオンさせる構成とされている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる２電位が各々印加される第１、第２外部端子間に直列接続され、互いの接続ノードから出力信号が引き出される第１、第２スイッチ手段と；監視対象温度を検出する手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達していないときに、所定の制御信号に応じて、第１、第２スイッチ手段を相補的にオン／オフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達したときに、前記制御信号に依ることなく、第１、第２スイッチ手段をいずれもオフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度よりも高い第２閾値温度に達したときに、前記制御信号に依ることなく、第１、第２スイッチ手段をいずれもオンさせる手段と；を内蔵して成ることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
異なる２電位が各々印加される第１、第２外部端子間に直列接続され、互いの接続ノードから出力信号が引き出される第１、第２スイッチ手段と；第１、第２スイッチ手段に並列して第１、第２外部端子間に接続される第３スイッチ手段と；監視対象温度を検出する手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達していないときに、所定の制御信号に応じて、第１、第２スイッチ手段を相補的にオン／オフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達したときに、前記制御信号に依ることなく、第１、第２スイッチ手段をいずれもオフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度よりも高い第２閾値温度に達したときに、第３スイッチ手段をオンさせる手段と；を内蔵して成ることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項３】
第１、第２外部端子の少なくとも一方は、過電流保護素子を介して、所定の電位が印加される端子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記過電流保護素子は、ヒューズ或いは正特性サーミスタであることを特徴とする請求項３に記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体集積回路装置と；前記半導体集積回路装置を用いて入力電圧から出力電圧を生成する電圧変換手段と；第１、第２外部端子の少なくとも一方に外部接続された過電流保護素子と；を有して成ることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体集積回路装置と；前記半導体集積回路装置の出力信号に応じて駆動制御されるモータと；第１、第２外部端子の少なくとも一方に外部接続された過電流保護素子と；を有して成ることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度保護回路を備えた半導体集積回路装置、並びに、これを用いた電源装置及び電子機器に関するものであり、特に、その温度保護機能向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源装置やモータ駆動装置など、パワートランジスタを駆動する半導体集積回路装置（以下、ＩＣ［Integrated Circuit］と呼ぶ）の多くは、その異常発熱に起因するＩＣの破壊（特に、発熱源であるパワートランジスタの破壊）を防止する手段として、温度保護回路（いわゆるサーマルシャットダウン回路）を搭載して成る（例えば、本願出願人による特許文献１、２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−２５３９３６号公報
【特許文献２】特公平６−１６５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
確かに、上記従来の温度保護回路を搭載したＩＣであれば、誤動作や過負荷によるＩＣの異常発熱を検知・遮断して、ＩＣの破壊を未然に防止することが可能である。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の従来技術は、あくまで、チップ温度が閾値温度に達した時点で、パワートランジスタの駆動を停止させる構成に過ぎず、当該パワートランジスタへの電流供給経路は閉結されたままであった。そのため、パワートランジスタの駆動停止後に、何らかの要因で上記の温度保護機能が正常に働かなくなり、パワートランジスタの駆動が意図せず再開された場合（例えば、外的要因によってＩＣの異常温度上昇が継続し、ＩＣの熱暴走が生じた場合）には、それ以後、パワートランジスタが破壊に至るまで過大な電流が流れ続けるため、ＩＣ自体やその周辺回路の異常発熱ないしは破壊を招くおそれがあり、さらに最悪の場合には、発煙や発火などの重大事故に繋がるおそれもあった。
【０００５】
なお、特許文献２の従来技術は、チップ温度が第１の閾値温度に達した時点で、パワートランジスタの駆動を停止させる温度保護機能を具備するほか、さらにチップ温度が上昇して第２の閾値温度に達した時点で、パワートランジスタを意図的に破壊して、電流路を完全な開路状態に移行させる構成とされていた。確かに、当該従来技術を採用すれば、ＩＣの熱暴走を予防して、ＩＣ周辺への被害波及や火災などの重大事故を未然に回避することができる。しかしながら、当該従来技術では、ＩＣを意図的に破壊してその熱暴走を防いだ後、機器の復旧に際して、破壊されたＩＣを破棄し、新たなＩＣに交換しなければならなかった。そのため、ＩＣ自体に不具合があったのであれば格別、そうでなかった場合には、費用面から見ても作業面から見ても、損失の大きい温度保護手段となっていた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、安価な手段によって、より安全性の高い温度保護動作を行うことが可能な半導体集積回路装置、並びに、これを備えた電源装置及び電子機器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】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明に係る半導体集積回路装置は、異なる２電位が各々印加される第１、第２外部端子間に直列接続され、互いの接続ノードから出力信号が引き出される第１、第２スイッチ手段と；監視対象温度を検出する手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達していないときに、所定の制御信号に応じて、第１、第２スイッチ手段を相補的にオン／オフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達したときに、前記制御信号に依ることなく、第１、第２スイッチ手段をいずれもオフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度よりも高い第２閾値温度に達したときに、前記制御信号に依ることなく、第１、第２スイッチ手段をいずれもオンさせる手段と；を内蔵して成る構成（第１の構成）とされている。
【０００８】
或いは、本発明に係る半導体集積回路装置は、異なる２電位が各々印加される第１、第２外部端子間に直列接続され、互いの接続ノードから出力信号が引き出される第１、第２スイッチ手段と；第１、第２スイッチ手段に並列して第１、第２外部端子間に接続される第３スイッチ手段と；監視対象温度を検出する手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達していないときに、所定の制御信号に応じて、第１、第２スイッチ手段を相補的にオン／オフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度に達したときに、前記制御信号に依ることなく、第１、第２スイッチ手段をいずれもオフさせる手段と；前記監視対象温度が第１閾値温度よりも高い第２閾値温度に達したときに、第３スイッチ手段をオンさせる手段と；を内蔵して成る構成（第２の構成）としてもよい。
【０００９】
なお、上記第１または第２の構成から成る半導体集積回路装置において、第１、第２外部端子の少なくとも一方は、過電流保護素子を介して、所定の電位が印加される端子である構成（第３の構成）とされている。
【００１０】
また、上記第３の構成から成る半導体集積回路装置において、前記過電流保護素子は、ヒューズ或いは正特性サーミスタである構成（第４の構成）にするとよい。
【００１１】
また、本発明に係る電源装置は、上記第４の構成から成る半導体集積回路装置と；前記半導体集積回路装置を用いて入力電圧から出力電圧を生成する電圧変換手段と；第１、第２外部端子の少なくとも一方に外部接続された過電流保護素子と；を有して成る構成（第５の構成）とされている。
【００１２】
また、本発明に係る電源装置は、上記第４の構成から成る半導体集積回路装置と；前記半導体集積回路装置の出力信号に応じて駆動制御されるモータと；第１、第２外部端子の少なくとも一方に外部接続された過電流保護素子と；を有して成る構成（第６の構成）とされている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体集積回路装置であれば、安価な手段によって、より安全性の高い温度保護動作を行うことが可能となり、延いては、これを用いた電源装置及び電子機器の安全性向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明に係る半導体集積回路装置として、スイッチング電源ＩＣを例示し、詳細な説明を行う。
【００１５】
図１は、本発明に係るスイッチング電源ＩＣの第１実施形態を示すブロック図である。本図に示すように、本実施形態のスイッチング電源ＩＣ１は、回路要素的に見ると、Ｎチャネル型電界効果トランジスタＮ１、Ｎ２と、駆動回路１０と、温度保護回路２０と、を内蔵するほか、外部との電気的な接続手段として、外部端子Ｔ１〜Ｔ３を有して成る。
【００１６】
トランジスタＮ１のドレインは、外部端子Ｔ１（入力端子）に接続されている。トランジスタＮ１のソースは、外部端子Ｔ３（出力端子）に接続されるとともに、トランジスタＮ２のドレインにも接続されている。トランジスタＮ２のソースは、外部端子Ｔ２（接地端子）に接続されている。トランジスタＮ１、Ｎ２のゲートは、それぞれ駆動回路１０の制御信号出力端に接続されている。
【００１７】
外部端子Ｔ１は、スイッチング電源ＩＣ１の外部において、過電流保護素子（フューズＦ１）を介して、入力電圧Ｖｉｎが印加される電源ラインに接続されている。外部端子Ｔ２は接地されている。外部端子Ｔ３は、インダクタＬ１の一端に接続されている。インダクタＬ１の他端は、出力電圧Ｖｏｕｔの引出端（負荷の電源入力端）に接続される一方、コンデンサＣ１を介して接地されている。
【００１８】
すなわち、トランジスタＮ１、Ｎ２は、異なる２電位（Ｖｉｎ／ＧＮＤ）が各々印加される外部端子Ｔ１、Ｔ２間に直列接続され、互いの接続ノードから出力信号が引き出される第１、第２スイッチ手段に相当する。
【００１９】
駆動回路１０は、入力電圧Ｖｉｎから出力電圧Ｖｏｕｔを得るに際し、所定の制御信号Ｓｃに応じて、トランジスタＮ１、Ｎ２を相補的にオン／オフさせる手段であり、当該プッシュプル駆動が繰り返されることによって、負荷には、ＬＣフィルタ（インダクタＬ１及びコンデンサＣ１）で平滑された出力電圧Ｖｏｕｔが供給されることになる。
【００２０】
なお、本明細書中で用いている「相補的」という文言は、トランジスタＮ１、Ｎ２のオン／オフが完全に逆転している場合のほか、貫通電流防止の観点からトランジスタＮ１、Ｎ２のオン／オフ遷移タイミングに所定の遅延を与えている場合をも含むものとする。
【００２１】
また、上記の制御信号Ｓｃは、出力電圧Ｖｏｕｔがその目標設定値となるように、トランジスタＮ１、Ｎ２のデューティ設定を行うための帰還信号などである。
【００２２】
温度保護回路２０は、監視対象温度Ｔｊに応じて電圧レベルが変動する発熱検出電圧Ｖａを生成する発熱検出部２１と、発熱検出電圧Ｖａと第１、第２閾値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２とを各々比較し、各比較結果に基づいて、第１、第２遮断信号Ｓｔｓｄ１、Ｓｔｓｄ２を各々生成する第１、第２遮断信号生成部２２、２３と、を有して成る。
【００２３】
発熱検出部２１は、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の順方向降下電圧やダイオードの順方向降下電圧が周囲温度に依存して変動するという特性（例えば、約−２［ｍＶ／℃］の負の温度特性）を利用して、発熱検出用の電圧信号Ｖａ（監視対象温度Ｔｊが高いほど、その電圧レベルが低下していく電圧信号）を引き出す構成とされている。
【００２４】
第１遮断信号生成部２２は、発熱検出電圧Ｖａと第１閾値電圧Ｖｔｈ１との高低に応じてその出力論理が変遷する第１比較信号を生成し、それを第１遮断信号Ｓｔｓｄ１として駆動回路１０に送出する手段である。なお、第１閾値電圧Ｖｔｈ１は、温度特性がフラットな直流電圧（例えばバンドギャップ電圧）であり、第１閾値温度Ｔｔｈ１（例えば１７５℃）に相当する電圧値を有している。従って、第１遮断信号Ｓｔｓｄ１は、監視対象温度Ｔｊが第１閾値温度Ｔｔｈ１を上回っているときにイネーブル（例えばハイレベル）とされ、下回っているときにディセーブル（例えばローレベル）とされる２値信号となる。
【００２５】
第２遮断信号生成部２３は、発熱検出電圧Ｖａと第２閾値電圧Ｖｔｈ２（＜Ｖｔｈ１）との高低に応じてその出力論理が変遷する第２比較信号を生成し、それを第２遮断信号Ｓｔｓｄ２として駆動回路１０に送出する手段である。なお、第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、第１閾値電圧Ｖｔｈ１と同様に、温度特性がフラットな直流電圧（例えばバンドギャップ電圧）であり、第２閾値温度Ｔｔｈ２（＞Ｔｔｈ１、例えば２００℃）に相当する電圧値を有する。従って、第２遮断信号Ｓｔｓｄ２は、監視対象温度Ｔｊが第２閾値温度Ｔｔｈ２を上回っているときにイネーブル（例えばハイレベル）とされ、下回っているときにディセーブル（例えばローレベル）とされる２値信号となる。
【００２６】
なお、温度保護回路２０（特にその発熱検出部２１）は、トランジスタＮ１、Ｎ２の近傍に設けられている。このようなレイアウトであれば、発熱源となるトランジスタＮ１、Ｎ２の接合温度を直接的に検出し、高精度の温度保護動作を実現することが可能となる。
【００２７】
また、温度保護回路２０は、第１、第２閾値温度Ｔｔｈ１、Ｔｔｈ２にヒステリシスを有する自動復帰式とされている。このような構成とすることにより、チップ温度が下がれば、外部からの復帰信号等を待つことなく、迅速にスイッチング電源ＩＣ１の動作を自発復帰させることが可能となる。また、当該構成を採用することにより、第１、第２遮断信号Ｓｔｓｄ１、Ｓｔｓｄ２の論理発振を抑制することが可能となる。
【００２８】
温度保護回路２０から第１遮断信号Ｓｔｓｄ１の入力を受ける駆動回路１０は、そのイネーブル／ディセーブルに応じて、監視対象温度Ｔｊが第１閾値温度Ｔｔｈ１に達しているか否かを認識し、トランジスタＮ１、Ｎ２の駆動可否を制御する。より具体的に述べると、駆動回路１０は、監視対象温度Ｔｊが第１閾値温度Ｔｔｈ１に達していないと認識したときには、通常通り、制御信号Ｓｃに応じて、トランジスタＮ１、Ｎ２を相補的にオン／オフさせる一方、監視対象温度Ｔｊが第１閾値温度Ｔｔｈ１に達したと認識したときには、制御信号Ｓｃに依ることなく、トランジスタＮ１、Ｎ２をいずれもオフさせる。
【００２９】
このような温度保護動作（トランジスタＮ１、Ｎ２の強制停止制御）により、異常発熱の原因がスイッチング電源ＩＣ１の内部故障であった場合には、以後の温度上昇を回避することができるので、異常発熱に起因するスイッチング電源ＩＣ１の破壊（特に、トランジスタＮ１、Ｎ２の破壊）を未然に防止することが可能となる。
【００３０】
また、温度保護回路２０から第２遮断信号Ｓｔｓｄ２の入力を受ける駆動回路１０は、そのイネーブル／ディセーブルに応じて、上記の第１遮断信号Ｓｔｓｄ１に基づく温度保護動作のほか、監視対象温度Ｔｊが第２閾値温度Ｔｔｈ２に達しているか否かを認識し、トランジスタＮ１、Ｎ２の同時オン可否を制御する。より具体的に述べると、トランジスタＮ１、Ｎ２の強制停止後、駆動回路１０は、監視対象温度Ｔｊが第２閾値温度Ｔｔｈ２に達していないと認識したときには、外部端子Ｔ１への電流経路を遮断する必要はないと判断し、トランジスタＮ１、Ｎ２をいずれもオフ状態に維持する。一方、監視対象温度Ｔｊが第２閾値温度Ｔｔｈ２に達したと認識したときには、外的要因等によってスイッチング電源ＩＣ１の異常温度上昇が継続しており、このままではスイッチング電源ＩＣ１の熱暴走を生じるおそれがあると判断し、制御信号Ｓｃ及び第１遮断信号Ｓｔｓｄに依ることなく、トランジスタＮ１、Ｎ２をいずれもオンさせる。
【００３１】
このような温度保護動作（トランジスタＮ１、Ｎ２の同時オン制御）により、トランジスタＮ１、Ｎ２の強制停止制御をもってしても異常温度上昇が継続する場合には、外部端子Ｔ１、Ｔ２間（すなわち電源・接地間）が意図的に短絡されて、当該電流経路に過電流が流され、フューズＦ１が意図的に溶断される。その結果、トランジスタＮ１、Ｎ２への電流経路は完全に遮断されることになるので、トランジスタＮ１、Ｎ２の強制停止後、外的要因によってスイッチング電源ＩＣ１の異常温度上昇が継続する場合であっても、スイッチング電源ＩＣ１の熱暴走を予防して、ＩＣ周辺への被害波及や火災などの重大事故を未然に回避することが可能となる。
【００３２】
また、上記構成から成るスイッチング電源ＩＣ１であれば、パワートランジスタを意図的に破壊して電流経路を遮断する従来構成と異なり、外付けのフューズＦ１を意図的に溶断して電流経路を遮断することができる。従って、異常発熱箇所の修復を完了した後は、スイッチング電源ＩＣ１を交換することなく、安価なヒューズ交換のみで、機器を復旧することが可能である。従って、上記の従来構成に比べて、費用面から見ても作業面から見ても、極めてリーズナブルな温度保護手段を実現することができる。
【００３３】
なお、意図的な過電流に起因するトランジスタＮ１、Ｎ２の特性劣化を鑑みると、当該過電流を流す時間（フューズＦ１の溶断に要する時間）は極力短い方が望ましい。そのため、フューズＦ１としては、できる限り熱応答性に優れたものを選択すべきである。
【００３４】
また、過電流保護素子としては、ヒューズＦ１に代えて正特性サーミスタＲ１を用いてもよい（図２の第２実施形態を参照）。なお、正特性サーミスタとは、図３に示す通り、ある温度から急激に抵抗値が上昇する特性を有する電子素子のことであり、例えば、チタン酸バリウムに微量の希土類を添加して焼結させたセラミックスを用いて実現される。このような正特性サーミスタＲ１を用いることにより、監視対象温度Ｔｊが第２閾値温度Ｔｔｈ２に達したときには、意図的な過電流に起因する素子温度の上昇に応じて、そのインピーダンスが高くなるので、フューズＦ１を用いた場合と同様に、電流経路を遮断することができる。一方、異常発熱箇所が修復されたときには、素子温度の低下に応じて、そのインピーダンスは低くなるので、電流経路を再確立することができる。従って、機器の復旧に際してフューズ交換すら不要になるので、先述の第１実施形態に比べて、さらにリーズナブルな温度保護手段を実現することができる。
【００３５】
また、外部端子Ｔ１、Ｔ２間の短絡手段としては、トランジスタＮ１、Ｎ２を同時オンさせる構成のほか、トランジスタＮ１、Ｎ２に並列して外部端子Ｔ１、Ｔ２間に接続されるＮチャネル型電界効果トランジスタＮ３（第３スイッチ手段）を設け、監視対象温度Ｔｊが第２閾値温度Ｔｔｈ２に達したときに、第２遮断信号Ｓｔｓｄ２のイネーブルに応じて、トランジスタＮ３をオンさせる構成としてもよい（図４の第３実施形態を参照）。このような構成とすることにより、フューズＦ１の溶断に際して、意図的な過電流はトランジスタＮ１、Ｎ２を介して流れないので、これらの特性劣化を生じることがなくなる。
【００３６】
なお、上記の実施形態では、スイッチング電源ＩＣに本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、モータドライバＩＣ（図５を参照）など、他の半導体集積回路装置にも広く適用することが可能である。
【００３７】
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００３８】
例えば、パワートランジスタとして、Ｎチャネル型電界効果トランジスタに代えて、Ｐチャネル型電界効果トランジスタを用いてもよいし、或いは、ｐｎｐ型やｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、異常発熱に対する半導体集積回路装置の安全性を高める上で有用な技術であり、例えば、パワートランジスタをＩＣに内蔵して成るスイッチング電源装置やモータ駆動装置について、好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】は、本発明に係る電源ＩＣの第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】は、本発明に係る電源ＩＣの第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】は、正特性サーミスタの抵抗値と温度との相関関係を示す図である。
【図４】は、本発明に係る電源ＩＣの第３実施形態を示すブロック図である。
【図５】は、モータドライバＩＣへの適用例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    スイッチング電源ＩＣ
Ｎ１〜Ｎ３    Ｎチャネル型電界効果トランジスタ
１０    駆動回路
２０    温度保護回路
２１    発熱検出部
２２    第１遮断信号生成部（１７５℃検出用）
２３    第２遮断信号生成部（２００℃検出用）
Ｔ１〜Ｔ３    外部端子
Ｌ１    インダクタ
Ｃ１    コンデンサ
Ｆ１    過電流保護素子（フューズ）
Ｒ１    過電流保護素子（正特性サーミスタ）
Ｍ１    モータ
【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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