本发明涉及过热保护电路以及具备该过热保护电路的半导体装置。
背景技术：
具备自发热的输出晶体管的半导体装置一般都具备过热保护电路。过热保护电路测定半导体装置的温度，当测定温度超过规定的过热检测温度时，停止输出晶体管的动作以抑制过热。利用过热保护电路的上述动作，能够防止因热引起的半导体装置的可靠性降低。
关于具备那样的过热保护电路的半导体装置，存在如下技术：在输出晶体管流过规定电流值以上的输出电流的情况下，通过向过热保护电路的温度检测单元提供偏置电流来降低消耗电流。例如，在日本特开2008-282118号公报中公开了该技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-282118号公报
然而，在日本特开2008-282118号公报所公开的过热保护电路中，由于向比较器始终提供偏置电流，因此难以实现进一步的低消耗电流化。在减小了比较器的偏置电流的情况下，比较器的响应速度降低。
技术实现要素：
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供在不会降低响应速度的情况下减少了消耗电流的过热保护电路以及具备该过热保护电路的半导体装置。
本发明的一个方式的过热保护电路具备：感温元件，其流过与半导体装置的温度对应的感温电流；第一恒流源，其向感温元件提供第一恒定电流；第一晶体管，其设置在感温元件与第一恒流源之间；输出电流检测电路，其利用基于与半导体装置的输出电流对应的感应电流的电压，控制第一晶体管的栅极电压；以及输出电路，其输出基于感温电流和第一恒定电流的比较结果的过热检测信号。
本发明的一个方式的半导体装置具备：输出晶体管；驱动电路，其向所述输出晶体管的栅极供给控制电压；以及所述过热保护电路，其根据所述驱动电路的控制电压来控制所述输出晶体管的栅极电压。
发明效果
根据本发明的过热保护电路以及具备该过热保护电路的半导体装置，由于流过过热保护电路的电流与输出晶体管的输出电流对应地减少，因此在不会降低响应速度的情况下，能够减小消耗电流。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的半导体装置的结构例的电路图。
图2是说明本实施方式的过热保护电路的第二结构例的电路图。
图3是说明本实施方式的过热保护电路的特性的曲线图。
标号说明
10：半导体装置；
11：接地端子；
12：电源端子；
13：输出端子；
30：输出晶体管；
33：基准电压电路；
34：误差放大器；
100、200：过热保护电路；
110：二极管；
111、211：输出电流检测电路；
112、212：控制电路；
120、121、122、123、124、125：恒流源。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是用于说明本发明的实施方式的半导体装置的结构例的电路图。
半导体装置10是本发明的实施方式的半导体装置的一例。过热保护电路100是本发明的实施方式的过热保护电路的第一结构例。
半导体装置10具备输出晶体管30、电阻31、32、基准电压电路33、误差放大器34以及过热保护电路100。电阻31、32串联连接。电阻31、32、基准电压电路33以及误差放大器34构成输出晶体管30的驱动电路。
过热保护电路100具备作为感温元件的二极管110、输出电流检测电路111、控制电路112、恒流源120、121、pmos晶体管130、nmos晶体管131、133、具有调整端子的nmos晶体管132以及输入输出端子14。输出电流检测电路111具备pmos晶体管134、135、恒流源122、第一输入端子15、第二输入端子16以及输出端子17。控制电路112具备pmos晶体管136、138、nmos晶体管137、输入端子18、第一输出端子19以及第二输出端子20。
对半导体装置10的各构成要素的连接进行说明。
输出晶体管30具有与输入输出端子14连接的栅极、与电源端子12连接的源极以及与输出端子13连接的漏极。电阻31和电阻32连接在输出端子13与接地端子11之间。在误差放大器34中，同相输入端子与电阻31和电阻32的节点连接。反相输入端子与基准电压电路33的输出端子连接。输出端子分别与输出晶体管30的栅极和输入输出端子14连接。
在输出电流检测电路111中，第一输入端子15与输入输出端子14连接。第二输入端子16与控制电路112的第二输出端子20连接。输出端子17连接于nmos晶体管132的栅极及漏极、以及nmos晶体管133的栅极。nmos晶体管132的源极与接地端子11连接。作为第一晶体管的nmos晶体管133的源极与二极管110的阳极连接，漏极与恒流源120的一个端子以及pmos晶体管130以及nmos晶体管131的栅极连接。二极管110的阴极与接地端子11连接。作为第一恒流源的恒流源120的另一个端子与电源端子12连接。pmos晶体管130的源极与电源端子12连接，漏极与nmos晶体管131的漏极和输入端子18连接。恒流源121的一个端子与nmos晶体管131的源极连接，另一个端子与接地端子11连接。控制电路112的第一输出端子19与输入输出端子14连接，第二输出端子20与nmos晶体管132的调整端子连接。
pmos晶体管134的栅极与第一输入端子15连接，源极与恒流源122的一个端子和pmos晶体管135的源极连接，漏极与输出端子17和pmos晶体管135的漏极连接。即，pmos晶体管134与作为第三晶体管的pmos晶体管135并联连接。pmos晶体管135的栅极与第二输入端子16连接。恒流源122的另一个端子与电源端子12连接。
pmos晶体管136的栅极与nmos晶体管137的栅极和输入端子18连接，漏极与nmos晶体管137的漏极、pmos晶体管138的栅极以及第二输出端子20连接。pmos晶体管136的源极与电源端子12连接。nmos晶体管137的源极与接地端子11连接。pmos晶体管138的漏极与控制电路112的第一输出端子19连接，源极与电源端子12连接。
这里，nmos晶体管132根据输入到调整端子的信号来调整w长度与l长度之比即w/l。这里，w/l是w长度与l长度之比。
以下，对上述结构的半导体装置10的动作进行说明。
基准电压电路33输出以接地端子11的电压vss为基准的恒定的基准电压vref。误差放大器34控制输出晶体管30的栅极电压，使得电压vfb与基准电压vref一致。其结果，输出端子13的电压vout被控制为基于基准电压vref的规定的电压。
当二极管110被正向偏置时，在二极管110的两端产生的正向电压vf具有相对于结温大约-2mv/℃的负温度系数。
第一输入端子15被输入误差放大器34的输出电压。因此，与第一输入端子15连接的pmos晶体管134的栅极被输入与输出晶体管30的输出电流iout对应的电压。输出电流检测电路111向nmos晶体管132的漏极输出与输出晶体管30的输出电流iout成比例的第一感应电流、即感应电流is1。
作为第二晶体管的pmos晶体管134向输出端子17输出与输出晶体管30的输出电流iout成比例的感应电流is1。在第二输入端子16未被输入表示过热检测状态的信号、l电平的情况下，感应电流is1在作为第二恒流源的恒流源122流出的恒定电流值ib2下饱和。
nmos晶体管132向nmos晶体管133的栅极输出基于在栅极产生的感应电流is1的感应电压vs1。这里，感应电压vs1与和输出电流iout的变化成比例的感应电流is1对应地连续变化。
当输出电流iout较小时，感应电流is1也与之成比例地较小，因此感应电压vs1变低。在感应电压vs1较低的情况下，流过与nmos晶体管133串联连接的二极管110的感温电流itemp成为非常小的值。当与恒流源120输出的恒定电流ib1相比较感温电流itemp较小时，恒流源120和nmos晶体管133的节点n1通过恒定电流ib1固定在电源电压vin。当节点n1的电压为电源电压vin电平时，pmos晶体管130截止，nmos晶体管131导通，因此，控制电路112的输入端子18被输入接地端子11的电压vss、l电平的电压。即，为过热非检测状态。
在过热保护电路100中的作为输出电路的控制电路112中，当输入端子18被输入l电平的信号时，pmos晶体管136导通，第二输出端子20的电压成为h电平，第一输出端子19成为开路状态。因此，输出电流检测电路111的第一输入端子15被输入输入输出端子14的电压，第二输入端子16被输入h电平。并且，输出电流检测电路111向输出端子17输出与输出晶体管30的输出电流iout成比例的感应电流is1。
当输出电流iout较大时，感应电流is1也与之成比例地较大，因此感应电压vs1变高。这里，在半导体装置10的结温低于规定的过热检测温度的情况下，二极管110的正向电压vf较高，因此nmos晶体管133流过的感温电流itemp成为非常小的值。因此，与输出电流iout较小时相同，与恒定电流ib1相比较，感温电流itemp较小，因此，控制电路112的输入端子18被输入l电平的电压。
在感应电压vs1较高且半导体装置10的结温高于规定的过热检测温度的情况下，二极管110的正向电压vf变低，因此，nmos晶体管133流过的感温电流itemp成为较大的值。当与作为第一恒定电流的恒定电流ib1相比较，感温电流itemp较大时，节点n1的电压降低。当节点n1的电压降低，pmos晶体管130导通时，控制电路112的输入端子18被输入电源端子12的电压vin以及h电平的电压。即，为过热检测状态。
如果pmos晶体管130导通，则即使在nmos晶体管131不截止的情况下，nmos晶体管131的电流能力也受到恒流源121的限制，因此利用pmos晶体管130使控制电路112的输入端子成为h电平。
控制电路112在过热非检测状态下，第一输出端子19为开路状态，不控制输出晶体管30的栅极。此外，从第二输出端子20向输出电流检测电路111的第二输入端子16和nmos晶体管132的调整端子输出h电平的信号。并且，由于pmos晶体管135截止，因此输出电流检测电路111向nmos晶体管132输出与输出电流iout成比例的感应电流is1。此外，在nmos晶体管132中，w/l被设定为过热非检测状态下的规定的w/l。
控制电路112在过热检测状态下，从第一输出端子19向输出晶体管30的栅极输出h电平的电压，使输出晶体管30截止，由此抑制半导体装置10的过热。此外，从第二输出端子20向输出电流检测电路111的第二输入端子16和nmos晶体管132的调整端子输出l电平的信号。并且，由于pmos晶体管135导通，因此输出电流检测电路111将恒流源122流出的恒定电流值ib2作为感应电流is1输出至nmos晶体管132。因此，在过热检测状态下，即使输出晶体管30截止而输出电流iout变小，也能够与输出电流iout较大时相同地持续检测过热。
此外，在nmos晶体管132中，w/l被设定为过热检测状态下的规定的w/l。这里，nmos晶体管132的过热检测状态下的w/l被设定为小于过热非检测状态下的w/l。即，过热非检测状态下的过热检测温度被设定得低于过热检测状态下的过热检测温度。由此，由于在过热检测温度附近具有滞后，因此在过热检测状态和过热非检测状态的状态转变中，能够防止电路变得不稳定的情况。
此外，过热保护电路100由于构成为这样的电路结构，因此过热非检测状态下的消耗电流由感应电流is1和感温电流itemp来确定。即，在过热非检测状态下且输出电流iout较小的情况下，由于感应电流is1和感温电流itemp微小，因此，过热保护电路100的消耗电流变得非常小。
并且，在输出电流iout较大的情况下，感应电流is1也较大，因此过热检测时的延迟时间变短。因此，能够提供在不会降低响应速度的情况下减少了消耗电流的过热保护电路以及具备该过热保护电路的半导体装置。
另外，输出电流检测电路111构成为具备恒流源122，感应电流is1在恒定电流值ib2下饱和，但是，在想增大过热检测温度相对于输出电流iout的变化的情况下，也可以不具备恒流源122。
此外，在本实施方式中，以使输出端子13的电压vout成为恒定的电压那样的恒定电压电路为例进行了说明，但是，也可以将本实施方式的过热保护电路100适用于具备自发热的输出晶体管30的其它半导体装置。
图2是说明作为本实施方式的过热保护电路的第二结构例的过热保护电路200的电路图。在图2的电路图中，对与图1所示的结构相同的结构赋予相同的标号，并省略详细的说明。
过热保护电路200构成为，从过热保护电路100的构成要素添加了恒流源123和pmos晶体管148，并且，具备输出电流检测电路211来代替输出电流检测电路111，具备作为过热保护电路200的输出电路的控制电路212来代替控制电路112。
输出电流检测电路211具备pmos晶体管139、140、141、145、146、nmos晶体管142、143、144、147以及恒流源124、125。
在pmos晶体管139中，栅极与输出电流检测电路211的第一输入端子15连接。源极与电源端子12连接。漏极与pmos晶体管140的源极连接。在pmos晶体管140中，栅极与pmos晶体管141的栅极、漏极、以及nmos晶体管143的漏极连接。漏极与nmos晶体管142的栅极、漏极、nmos晶体管143的栅极、以及nmos晶体管144的栅极连接。pmos晶体管141的源极与半导体装置10的输出端子13连接。nmos晶体管142、143、144的各源极与接地端子11连接。在pmos晶体管145中，源极与电源端子12连接。栅极和漏极与nmos晶体管144的漏极、恒流源124的一个端子、以及pmos晶体管146的栅极连接。恒流源124的另一个端子与nmos晶体管147的漏极连接。在nmos晶体管147中，栅极与输出电流检测电路211的第二输入端子16连接。源极与接地端子11连接。在pmos晶体管146中，源极与恒流源125的一个端子连接。漏极与输出电流检测电路211的输出端子17连接。恒流源125的另一个端子与电源端子12连接。
在恒流源123中，一个端子与电源端子12连接，另一个端子与pmos晶体管148的源极连接。在pmos晶体管148中，栅极与pmos晶体管145的栅极连接。漏极与节点n1连接。控制电路212的第二输出端子20与控制电路212的输入端子18连接。
对过热保护电路200的动作进行说明。
pmos晶体管148输出的第二感应电流、即感应电流is2与输出晶体管30的输出电流iout成比例，在恒流源123流出的恒定电流下饱和。
节点n1的电压根据恒流源120输出的恒定电流ib1与感应电流is2之和的电流和感温电流itemp的比较结果而变动。这时的过热保护电路200的动作与上述过热保护电路100相同。
在过热保护电路100中，恒定电流ib1是恒定的。与此相对，在过热保护电路200中，由于作为比较对象的感温电流itemp和感应电流is2均相对于输出电流iout具有相关性地变化，因此过热检测温度相对于输出电流iout的变化较小。此外，在过热保护电路200中，在输出电流iout较大的情况下，通过感应电流is2的增加而使得节点n1的阻抗降低，因此，节点n1的电压相对于噪声变得难以变动，动作稳定。
如以上进行了说明那样，作为本实施方式的半导体装置以及过热保护电路，如果使用过热保护电路200，则除了过热保护电路100的效果之外，还能够抑制相对于输出电流iout的变化的过热检测温度的变化，从而能够提高抗噪性。
接下来，对输出电流检测电路211的动作进行说明。
pmos晶体管139输出与输出晶体管30的输出电流iout成比例的电流。该电流经由pmos晶体管140被输入到nmos晶体管142。与nmos晶体管142电流镜连接的nmos晶体管143和144输出与nmos晶体管142的输入电流成比例的电流。通过设计成pmos晶体管140和141的栅极-源极间电压一致，使得pmos晶体管140的源极电压与输出端子13的电压vout大致相等。因此，pmos晶体管139和输出晶体管30的源极-漏极间电压大致相等，pmos晶体管139能够不依赖于电源电压vin而高精度地流过与输出电流iout成比例的电流。
nmos晶体管144输出的电流被输入到pmos晶体管145。与pmos晶体管145电流镜连接的pmos晶体管146和148输出与pmos晶体管145的输入电流成比例的电流。pmos晶体管146向输出端子17输出的感应电流is1与输出晶体管30的输出电流iout成比例，在恒流源125的电流下饱和。
当第二输入端子16被输入表示过热非检测状态的l电平的信号时，nmos晶体管147截止，因此，nmos晶体管144输出的电流被输入到pmos晶体管145。
当第二输入端子16被输入表示过热检测状态的h电平的信号时，nmos晶体管147导通，因此，恒流源124的电流被输入到pmos晶体管145。这时，被输出至输出端子17的感应电流is1成为恒流源125的电流。这里，恒流源124是为了限制nmos晶体管147导通时流过的电流而设置的。
如以上进行了说明那样，在过热保护电路200中，由于pmos晶体管139能够流过不依赖电源电压vin的与输出电流iout成比例的感应电流，因此能够减小过热检测温度的电源电压依赖性。
另外，输出电流检测电路111的恒流源122和输出电流检测电路211的恒流源123、125只要具有限制电流的功能即可，也可以由电阻构成。
图3是说明本实施方式的过热保护电路的输出电流和过热检测温度的特性的曲线图。在图3中，横轴是输出晶体管30的输出电流iout，纵轴是过热检测温度tsd。
本图中的虚线a表示现有的过热保护电路中的输出电流和过热检测温度的特性。在现有的过热保护电路中，输出电流iout在规定的电流值以下时不检测过热，当超过规定的电流值时在一定的温度下检测过热。
实线b是各过热保护电路100和200的输出电流和过热检测温度的特性。在输出电流iout较小的区域，输出电流iout越小，过热检测温度tsd越高，在输出电流iout较大的区域，过热检测温度tsd大致恒定。如果应用过热保护电路100或过热保护电路200，则在输出电流iout较小的区域中，由于不会停止过热检测，因此能够提高半导体装置的可靠性。这样的特性能够通过构成为使输出电流检测电路111输出的感应电流is1在规定的输出电流值以上饱和来获得。
虚线c是在图示的过热保护电路100和200中、使用电阻来代替输出电流检测电路111的恒流源122的过热保护电路中的输出电流和过热检测温度的特性。在输出电流iout较小的区域，输出电流iout越小，过热检测温度tsd越高，在输出电流iout较大的区域，过热检测温度tsd逐渐降低。如果应用使用电阻来代替输出电流检测电路111的恒流源122的过热保护电路，则在输出电流iout较大的区域中，突然发热时的检测速度变快，因此能够抑制半导体装置成为高温的情况，从而能够进一步提高半导体装置的可靠性。
本发明的实施方式的半导体装置中的过热检测温度tsd大约依照下式(1)。
[算式1]
这里，t是半导体装置的结温，vf是二极管的正向电压，is1是感应电流，ib1是恒定电流，vf0是表示基准温度下的二极管的正向电压的常数。k132、k133分别是nmos晶体管132、133的漏极电流的比例常数k值。
利用过热保护电路的各构成要素的设计常数的调整，能够任意地确定目标过热检测温度tsd及其输出电流iout依赖性。例如，通过变更nmos晶体管132、133的w/l，能够变更特定的输出电流iout下的过热检测温度tsd。此外，通过调整感应电流is1与输出电流iout的电流比，能够调整过热检测温度tsd对输出电流iout的依赖性。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，具体的结构不限于上述的实施方式。在实施阶段，除了上述实施例以外，还能够以各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
1.一种过热保护电路，其保护半导体装置不过热，其特征在于，该过热保护电路具备：
感温元件，其流过与所述半导体装置的温度对应的感温电流；
第一恒流源，其向所述感温元件提供第一恒定电流；
第一晶体管，其设置在所述感温元件与所述第一恒流源之间；
输出电流检测电路，其利用基于与所述半导体装置的输出电流对应的感应电流的电压，控制所述第一晶体管的栅极电压；以及
输出电路，其输出基于所述感温电流和所述第一恒定电流的比较结果的过热检测信号。
2.根据权利要求1所述的过热保护电路，其特征在于，
所述输出电流检测电路具备：
第二晶体管，其栅极被输入与所述半导体装置的输出电流对应的电压；和
第二恒流源，其限制所述第二晶体管的电流。
3.根据权利要求2所述的过热保护电路，其特征在于，
所述输出电流检测电路具备第三晶体管，该第三晶体管与所述第二晶体管并联连接，该第三晶体管的栅极被输入与所述过热检测信号对应的电压，
在所述输出电路输出所述过热检测信号的期间，所述第三晶体管导通，控制所述第一晶体管的栅极电压，使得所述第一晶体管流过与所述半导体装置的输出电流无关的规定电流。
4.一种半导体装置，其特征在于，该半导体装置具备：
输出晶体管；
驱动电路，其向所述输出晶体管的栅极输出控制电压；以及
权利要求1至3中的任一项所述的过热保护电路，其根据所述驱动电路的控制电压来控制所述输出晶体管的栅极电压。
技术总结