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JP3780926B2 - Load drive circuit - Google Patents
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JP3780926B2 JP2001373132A JP2001373132A JP3780926B2 JP 3780926 B2 JP3780926 B2 JP 3780926B2 JP 2001373132 A JP2001373132 A JP 2001373132A JP 2001373132 A JP2001373132 A JP 2001373132A JP 3780926 B2 JP3780926 B2 JP 3780926B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流保護機能を有する負荷駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
パワーモジュールにおける過電流保護機能を有する負荷駆動回路の一例を図6に示す。図6において、負荷50に対し電源51とメイントランジスタ52とが直列に接続され、制御回路57によりメイントランジスタ52が駆動され、これにより負荷50に対し大電流を流して負荷50が駆動される。また、電流検出用のトランジスタ53と抵抗54,55との直列回路がメイントランジスタ52に対し並列に接続され、両トランジスタ52,53は同時に駆動される。また、メイントランジスタ52と電流検出用トランジスタ53は同一チップ内に形成される。検出抵抗54,55にはメイントランジスタ52に流れる電流の大きさに比例した電圧出力が発生する。制御回路57は信号線56を通して検出抵抗54,55によるメイントランジスタ52に流れる電流値に対応する電圧をモニターしており、制御回路57は電流値が所定の値を越えると、システム異常であるとしてパワートランジスタ52の駆動を停止(ゲートオフ)する。
【0003】
一般に、この異常を検知してからゲートオフするまでのタイムラグは約5〜10μsecである。つまり、図7において電流制限値I1を検出してから実際に電流制限動作が開始されるまでに遅れτ(=5〜10μsec)がある。
【0004】
通常、このタイムラグの間に素子(メイントランジスタ52)に過大電流が流れて素子が破壊するのを防ぐために、図6において、トランジスタ52のゲート・ソース間にトランジスタ58が設けられ、このトランジスタ58のベース端子は抵抗54,55の間のα点に接続され、メイントランジスタ52に流れる電流が所定値I2(図7参照)になるとメイントランジスタ52のゲート電位を調整してメイントランジスタ52に流れる電流に制限をかけている。つまり、α点の電圧が保護トランジスタ58の動作電圧以上になると、トランジスタ58が動作してパワートランジスタ52のゲート電圧を下げて電流制限がかけられる。
【0005】
この時のメイントランジスタ52の電流Im、トランジスタ52と53の電流比A、検出抵抗値R、保護トランジスタ58の動作開始電圧Vbeの関係は、
(Im/A)・R=Vbe
で表される。パワーモジュールの設計は、Im値が対象とする負荷の最大動作電流を下回らないよう、またIm値が素子破壊を招く電流値を上回らないようにA値、R値を決定(選択)する。
【0006】
通常、A値とR値は温度特性がほぼ「0」であるのに対し、保護トランジスタ58の動作開始電圧Vbeは物性上「−2mV/℃」の温度特性を有する。室温でVbe(25℃)=0.6ボルト、高温でVbe(100℃)=0.45ボルトである。従って、上記Im値の温度依存性は、図8に示すように、室温と高温での差が激しいものになり、上記のA値、R値の設計は難しいものがあった。また、最悪は設計が成立せずに、温度によっては素子の破壊を招く不具合が発生していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、過電流保護電流値の設計を容易にし、過電流による素子破壊を防ぐことができる負荷駆動回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
過電流保護用トランジスタの制御端子電圧が動作電圧以上になると、当該トランジスタが動作しパワートランジスタの制御端子電圧を下げ、電流制限がかけられる。この時のパワートランジスタの電流Im、パワートランジスタと電流検出用トランジスタの電流比A、検出抵抗値R、過電流保護トランジスタの動作開始電圧Vbeの関係は、
Im/A=Vbe/R
で表される。
【0010】
ここで、請求項に記載のように、負の温度特性を有する過電流保護トランジスタに対し第2の電流検出用抵抗の温度特性として負の特性を持たせるとともに、第1の電流検出用抵抗には温度特性がないようにすれば、温度が変化した場合にもIm値はより影響を受けにくくなる。このことにより、過電流保護の電流値Imの設計は容易になる。つまり、Imが対象とする負荷の最大動作電流を下回らないよう、また、Imが素子破壊を招く電流値を上回らないようにA値やR値を容易に決定(選択)することができ、素子破壊を招くことなく素子の性能を十分に引き出すことが可能となる。
【0013】
請求項に記載のように、第2の電流検出抵抗として窒素成分を含むCrSi膜を用い、請求項に記載のように、スパッタ成膜中のアルゴンガスと窒素ガスの流量比を調整することにより、窒素成分を含むCrSi膜の温度特性に、負の特性を持たせるようにすると、実用上好ましいものとなる。
【0014】
また、請求項に記載のように、半導体基板の断面形状において半導体基板における過電流保護トランジスタの形成部分の上方に第2の電流検出用抵抗を形成すると、過電流保護トランジスタの温度と第2の電流検出用抵抗の温度をほぼ同一にすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図1には、本実施形態における負荷駆動回路の電気的構成を示す。
【0016】
図1において、メインパワートランジスタT1のソース端子は直流電源1のマイナス端子と接続されている。また、メインパワートランジスタT1のドレイン端子は負荷2を介して直流電源1のプラス端子と接続されている。このようにして電源1と負荷2とパワートランジスタT1との直列回路が形成されている。
【0017】
一方、制御回路3には電源7が接続されている。また、制御回路3にはトランジスタ4,5の直列回路が接続され、両トランジスタ4,5の間の点P1は抵抗6を介してメインパワートランジスタT1のゲート端子と接続されている。そして、制御回路3がトランジスタ4,5をオンさせることによりメインパワートランジスタT1のゲート端子に電圧が印加され、同トランジスタT1がオンする。これにより、トランジスタT1を通して負荷2に電流を流すことができる。
【0018】
メインパワートランジスタT1のソース・ドレイン端子間において、トランジスタT2と抵抗8が直列に接続されている。つまり、パワートランジスタT1に対し並列に、第1の電流検出用トランジスタT2と第1の電流検出用抵抗8との直列回路が接続されている。トランジスタT1とT2は同一のチップ内に形成されている。トランジスタT2のゲート端子は前述の抵抗6を介して点P1と接続されている。また、トランジスタT2と抵抗8との間の点P2は制御回路3と接続されている。この検出抵抗8にはメイントランジスタT1に流れる電流の大きさに比例した電圧出力が発生し、その電圧が制御回路3にてモニターされ、所定電圧を越えると、強制的にメイントランジスタT1に流れる電流に制限を加えることとなる。
【0019】
メインパワートランジスタT1のソース・ドレイン端子間において、トランジスタT3と抵抗9が直列に接続されている。つまり、パワートランジスタT1に対し並列に、第2の電流検出用トランジスタT3と第2の電流検出用抵抗9との直列回路が接続されている。トランジスタT1とT2とT3とは同一のチップ内に形成されている。トランジスタT3のゲート端子は前述の抵抗6を介して点P1と接続されている。また、各トランジスタT1,T2,T3のゲート端子とメインパワートランジスタT1のソース端子との間において、トランジスタT4が接続され、トランジスタT4のベース端子はトランジスタT3と抵抗9との間の点P3と接続されている。この検出抵抗9にはメイントランジスタT1に流れる電流の大きさに比例した電圧出力が発生し、その電圧が所定値を越えると、トランジスタT4が作動して強制的にメイントランジスタT1に流れる電流に制限を加えることとなる。
【0020】
トランジスタT4と抵抗9に関し、図2にはそれらを配した半導体基板を示す。図2において、n+シリコン基板10の上面にはn-エピタキシャル層11が形成されている。n-エピタキシャル層11の表層部にはp+領域12が形成されるとともに、p+領域12での表層部にn+領域13が形成されている。また、n-エピタキシャル層11の表層部にはn+領域14が形成されている。n-エピタキシャル層11の上にはシリコン酸化膜15が形成され、その上においてアルミ配線16,17,18が形成され、アルミ配線16はコンタクトホール19を通してn+領域13と電気的に接続され、同様に、アルミ配線17はコンタクトホール20を通してp+領域12と、アルミ配線18はコンタクトホール21を通してn+領域14とそれぞれ電気的に接続されている。
【0021】
一方、図2のシリコン酸化膜15の上には、図1での抵抗9として、窒素成分を含むCrSi薄膜22が形成されている。この膜22は帯状に延び、その一端においてバリア金属膜23を介して前述のアルミ配線16と接続されている。帯状の膜22の他端は、バリア金属膜24を介してアルミ配線25と接続されている。なお、基板の表面はパッシベーション膜26にて覆われている。
【0022】
ここで、窒素成分を含むCrSi薄膜22の製造方法について、図3を用いて説明する。このCrSiN膜22は反応性スパッタにより形成したものである。図3において、チャンバー30には真空ポンプ31が接続され、同ポンプ31によりチャンバー30内の気体を排気することができる。チャンバー30内には一対の対向電極32,33が配置され、両電極32,33には電源(交流または直流)34が接続されている。電極32にはシリコンウェハ35が配置されるとともに、電極33にはCrSi焼結ターゲット36が配置されている。CrSi焼結ターゲット36は、Cr:Siの原子組成比が1:1.8である。また、チャンバー30内にはアルゴンガスと窒素ガスを供給することができるようになっている。
【0023】
そして、成膜の際にはチャンバー30内の気体を排出した後、アルゴンガスを流しつつ電極32,33の間に電圧を印加する。すると、チャンバー30内において加速された粒子(イオン)がターゲット36に衝突し、その衝突ではじき出されたターゲット36の原子や分子がシリコンウェハ35上において堆積してCrSi膜が形成される。この時、チャンバー30内にアルゴンガスに加えて適量の窒素ガスを供給する。すると、窒素成分を含むCrSi薄膜22が形成される。
【0024】
次に、本実施形態での負荷駆動回路の作用を、図4,5を用いて説明する。
図4において、ショート等の異常が発生していない正常時において、図1の制御回路3はトランジスタT1,T2,T3のゲート端子に電圧を印加してトランジスタT1,T2,T3をオンしてメインパワートランジスタT1を通して負荷2に電流を流す。つまり、制御回路3とトランジスタ4,5によりスイッチング制御手段が構成され、このスイッチング制御手段が、パワートランジスタT1と第1および第2の電流検出用トランジスタT2,T3の制御端子(ゲート端子)に接続されており、この制御端子の電圧を調整してトランジスタT1,T2,T3をスイッチング制御する。
【0025】
図1の検出抵抗8,9にはメイントランジスタT1に流れる電流の大きさに比例した電圧出力が発生する。正常時には検出電流が図4での電流制限値I1を越えることはない。
【0026】
これに対し、ショート等の異常が発生した場合には、メイントランジスタT1に流れる電流値が所定の値I1を越える(図4のt1のタイミング)。すると、制御回路3はシステム異常であるとしてパワートランジスタT1の駆動停止(ゲートオフ)動作を開始する。つまり、制御回路3は、第1の電流検出用抵抗8の両端子間に発生する電圧が所定値を越えるとトランジスタT1,T2,T3のゲート端子の電圧を強制的に調整して負荷2に流れる電流を制限する。ここで、この異常を検知してからゲートオフするまでのタイムラグは約5〜10μsecである。
【0027】
電流制限値I1よりも大きな電流値I2になると(図4のt2のタイミング)、トランジスタT4が動作してパワートランジスタT1のゲート電圧を下げてトランジスタT1に流れる電流に制限がかけられる(図4のt2〜t3の期間)。つまり、過電流保護トランジスタT4は、ベース端子(制御端子)が第2の電流検出用トランジスタT3と第2の電流検出用抵抗9の間に接続されており、第2の電流検出用抵抗9の両端子間に発生する電圧が所定値を越えるとトランジスタT1,T2,T3のゲート端子(制御端子)の電圧を強制的に調整して負荷2に流れる電流を制限する。よって、タイムラグの間に素子に過大電流が流れて素子破壊するのを防ぐことができる。
【0028】
この時、本実施形態においては、負の温度特性を有する過電流保護トランジスタT4に対し電流検出用抵抗9の温度特性として負の特性を持たせている。よって、図5に示すように、室温と高温での電流値は図8の従来に比べて接近したものとすることができる。
【0029】
より詳しくは、メイントランジスタT1の電流Im、トランジスタT1とT3の電流比A、検出抵抗9の抵抗値R、保護トランジスタT4の動作開始電圧Vbeの関係は、
(Im/A)・R=Vbe
で表される。
【0030】
抵抗9の温度係数は「−3000ppm/℃」に設定されている。よって、抵抗9の抵抗値R(100℃)=R(25℃)×0.775となる。また、Vbeは「−2mV/℃」の温度特性を持つ。よって、室温で0.6ボルト、100℃で0.45ボルト(室温の0.75倍)である。従って、上式より、電流Imは温度によらず一定の値となる。
【0031】
このことにより、パワーモジュールの過電流保護の電流値(Im)設計は容易になる。つまり、Imが対象とする負荷の最大動作電流を下回らないよう、またImが素子破壊を招く電流値を上回らないようにA値、R値を容易に決定(選択)することができ、素子破壊を招くことなく素子の性能を十分に引き出すことが可能となる。即ち、抵抗温度特性を、Vbeの温度特性とマッチングさせることにより、Imの温度依存性を小さくし、パワーモジュールの過電流保護電流値の設計を容易にし、過電流による素子破壊を防ぐことができる。
【0032】
また、本実施形態では、図2に示すように、半導体基板における過電流保護トランジスタT4の形成部分の上に電流検出用抵抗(CrSi薄膜抵抗)9を形成形成しており、保護トランジスタT4と抵抗9の温度は同一であり、トランジスタT4と抵抗9の温度のミスマッチによるImの変動を防ぐことができる。
【0033】
また、図3に示すように、CrSi薄膜抵抗は、Cr:Siの原子組成比1:1.8の焼結ターゲット36を用いてDCマグネトロンスパッタにて成膜し、抵抗温度係数の調整はスパッタ成膜中のArとN2の流量比を調整することにより行うことができる。つまり、第2の電流検出用抵抗9として窒素成分を含むCrSi膜を用い、スパッタ成膜中のアルゴンガスと窒素ガスの流量比を調整することにより、窒素成分を含むCrSi膜の温度特性に、負の特性を持たせることができる。
【0034】
なお、図1では、電流検出用のトランジスタT2,T3を分離して作成している。これは、制御回路3へのフィードバック用の電圧(P2での電位)は温度に依らずメイントランジスタT1に流れる電流に比例して発生する必要があるためで、検出抵抗8は温度特性がほぼ「0」の抵抗を使用している。
【0035】
なお、図1においてはトランジスタT1,T2,T3にMOSトランジスタを用いるとともにトランジスタT4にバイポーラトランジスタを用いる場合について説明してきたが、これらトランジスタT1,T2,T3,T4にはMOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBTのいずれかを所望の組み合わせにて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態における負荷駆動回路の電気的構成を示す図。
【図2】保護トランジスタと抵抗を示す図。
【図3】抵抗用薄膜の製造方法を説明するための図。
【図4】作用を説明するためのタイムチャート。
【図5】作用を説明するためのタイムチャート。
【図6】従来技術を説明するための電気回路図。
【図7】従来技術を説明するためのタイムチャート。
【図8】従来技術を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
1…電源、2…負荷、3…制御回路、4…トランジスタ、5…トランジスタ、8…抵抗、9…抵抗、T1…メインパワートランジスタ、T2…電流検出用トランジスタ、T3…電流検出用トランジスタ、T4…保護トランジスタ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a load driving circuit having an overcurrent protection function.
[0002]
[Prior art]
An example of a load drive circuit having an overcurrent protection function in the power module is shown in FIG. In FIG. 6, a power source 51 and a main transistor 52 are connected in series to a load 50, and the main transistor 52 is driven by the control circuit 57, whereby a large current is passed through the load 50 to drive the load 50. A series circuit of a current detection transistor 53 and resistors 54 and 55 is connected in parallel to the main transistor 52, and both transistors 52 and 53 are driven simultaneously. The main transistor 52 and the current detection transistor 53 are formed in the same chip. The detection resistors 54 and 55 generate a voltage output proportional to the magnitude of the current flowing through the main transistor 52. The control circuit 57 monitors the voltage corresponding to the current value flowing through the main transistor 52 by the detection resistors 54 and 55 through the signal line 56. The control circuit 57 assumes that the system is abnormal when the current value exceeds a predetermined value. The drive of the power transistor 52 is stopped (gate off).
[0003]
In general, the time lag from detection of this abnormality to gate-off is about 5 to 10 μsec. That is, there is a delay τ (= 5 to 10 μsec) from when the current limit value I1 is detected in FIG. 7 to when the current limit operation is actually started.
[0004]
Normally, in order to prevent an excessive current from flowing through the element (main transistor 52) during this time lag and destroying the element, a transistor 58 is provided between the gate and the source of the transistor 52 in FIG. The base terminal is connected to the α point between the resistors 54 and 55, and when the current flowing through the main transistor 52 reaches a predetermined value I2 (see FIG. 7), the gate potential of the main transistor 52 is adjusted to the current flowing through the main transistor 52. There are restrictions. That is, when the voltage at the point α becomes equal to or higher than the operating voltage of the protection transistor 58, the transistor 58 operates to lower the gate voltage of the power transistor 52, thereby limiting the current.
[0005]
At this time, the relationship between the current Im of the main transistor 52, the current ratio A of the transistors 52 and 53, the detection resistance value R, and the operation start voltage Vbe of the protection transistor 58 is as follows:
(Im / A) · R = Vbe
It is represented by In designing the power module, the A value and the R value are determined (selected) so that the Im value does not fall below the maximum operating current of the target load, and the Im value does not exceed the current value that causes element destruction.
[0006]
Normally, the temperature characteristics of the A value and the R value are substantially “0”, whereas the operation start voltage Vbe of the protection transistor 58 has a temperature characteristic of “−2 mV / ° C.” due to physical properties. At room temperature, Vbe (25 ° C.) = 0.6 volts, and at high temperature, Vbe (100 ° C.) = 0.45 volts. Therefore, as shown in FIG. 8, the temperature dependence of the Im value has a large difference between room temperature and high temperature, and the design of the A value and the R value is difficult. In the worst case, the design has not been established, and there has been a problem that causes destruction of the element depending on the temperature.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a load driving circuit that can easily design an overcurrent protection current value and prevent element destruction due to overcurrent. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
When the control terminal voltage of the overcurrent protection transistor becomes equal to or higher than the operating voltage, the transistor operates and the control terminal voltage of the power transistor is lowered to limit the current. At this time, the relationship between the current Im of the power transistor, the current ratio A of the power transistor to the current detection transistor, the detection resistance value R, and the operation start voltage Vbe of the overcurrent protection transistor is as follows:
Im / A = Vbe / R
It is represented by
[0010]
Here, as described in claim 1 , the overcurrent protection transistor having a negative temperature characteristic has a negative characteristic as the temperature characteristic of the second current detection resistor, and the first current detection resistor If there is no temperature characteristic, the Im value is less affected even when the temperature changes. This facilitates the design of the current value Im for overcurrent protection. That is, the A value and the R value can be easily determined (selected) so that Im does not fall below the maximum operating current of the target load, and Im does not exceed the current value that causes element destruction. It is possible to sufficiently extract the performance of the element without causing destruction.
[0013]
The CrSi film containing a nitrogen component is used as the second current detection resistor as described in claim 2 , and the flow rate ratio of argon gas and nitrogen gas during sputter deposition is adjusted as described in claim 3. Therefore, it is practically preferable to give negative characteristics to the temperature characteristics of the CrSi film containing the nitrogen component.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention , when the second current detection resistor is formed above the portion of the semiconductor substrate where the overcurrent protection transistor is formed in the cross-sectional shape of the semiconductor substrate, the temperature of the overcurrent protection transistor and the second The temperature of the current detection resistor can be made substantially the same.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an electrical configuration of a load driving circuit in the present embodiment.
[0016]
In FIG. 1, the source terminal of the main power transistor T <b> 1 is connected to the minus terminal of the DC power supply 1. The drain terminal of the main power transistor T1 is connected to the plus terminal of the DC power source 1 via the load 2. In this way, a series circuit of the power source 1, the load 2, and the power transistor T1 is formed.
[0017]
On the other hand, a power source 7 is connected to the control circuit 3. Further, a series circuit of transistors 4 and 5 is connected to the control circuit 3, and a point P1 between the transistors 4 and 5 is connected to a gate terminal of the main power transistor T1 through a resistor 6. Then, when the control circuit 3 turns on the transistors 4 and 5, a voltage is applied to the gate terminal of the main power transistor T1, and the transistor T1 is turned on. As a result, a current can flow through the load 2 through the transistor T1.
[0018]
The transistor T2 and the resistor 8 are connected in series between the source and drain terminals of the main power transistor T1. That is, a series circuit of the first current detection transistor T2 and the first current detection resistor 8 is connected in parallel to the power transistor T1. Transistors T1 and T2 are formed in the same chip. The gate terminal of the transistor T2 is connected to the point P1 through the resistor 6 described above. A point P2 between the transistor T2 and the resistor 8 is connected to the control circuit 3. A voltage output proportional to the magnitude of the current flowing through the main transistor T1 is generated at the detection resistor 8, and the voltage is monitored by the control circuit 3. When the voltage exceeds a predetermined voltage, the current flowing through the main transistor T1 is forced. Will be limited.
[0019]
A transistor T3 and a resistor 9 are connected in series between the source and drain terminals of the main power transistor T1. That is, a series circuit of the second current detection transistor T3 and the second current detection resistor 9 is connected in parallel to the power transistor T1. Transistors T1, T2, and T3 are formed in the same chip. The gate terminal of the transistor T3 is connected to the point P1 through the resistor 6 described above. The transistor T4 is connected between the gate terminals of the transistors T1, T2, and T3 and the source terminal of the main power transistor T1, and the base terminal of the transistor T4 is connected to the point P3 between the transistor T3 and the resistor 9. Has been. A voltage output proportional to the magnitude of the current flowing through the main transistor T1 is generated at the detection resistor 9, and when the voltage exceeds a predetermined value, the transistor T4 is activated to forcibly limit the current flowing through the main transistor T1. Will be added.
[0020]
Regarding the transistor T4 and the resistor 9, FIG. 2 shows a semiconductor substrate on which they are arranged. In FIG. 2, an n epitaxial layer 11 is formed on the upper surface of an n + silicon substrate 10. A p + region 12 is formed in the surface layer portion of the n epitaxial layer 11, and an n + region 13 is formed in the surface layer portion of the p + region 12. An n + region 14 is formed in the surface layer portion of the n epitaxial layer 11. A silicon oxide film 15 is formed on n epitaxial layer 11, and aluminum wirings 16, 17 and 18 are formed thereon, and aluminum wiring 16 is electrically connected to n + region 13 through contact hole 19, Similarly, aluminum wiring 17 is electrically connected to p + region 12 through contact hole 20, and aluminum wiring 18 is electrically connected to n + region 14 through contact hole 21.
[0021]
On the other hand, a CrSi thin film 22 containing a nitrogen component is formed on the silicon oxide film 15 in FIG. 2 as the resistor 9 in FIG. This film 22 extends in a band shape, and is connected to the above-described aluminum wiring 16 through a barrier metal film 23 at one end thereof. The other end of the belt-like film 22 is connected to the aluminum wiring 25 through the barrier metal film 24. Note that the surface of the substrate is covered with a passivation film 26.
[0022]
Here, the manufacturing method of the CrSi thin film 22 containing a nitrogen component is demonstrated using FIG. This CrSiN film 22 is formed by reactive sputtering. In FIG. 3, a vacuum pump 31 is connected to the chamber 30, and the gas in the chamber 30 can be exhausted by the pump 31. A pair of counter electrodes 32 and 33 are disposed in the chamber 30, and a power source (AC or DC) 34 is connected to both the electrodes 32 and 33. A silicon wafer 35 is disposed on the electrode 32, and a CrSi sintered target 36 is disposed on the electrode 33. The CrSi sintered target 36 has a Cr: Si atomic composition ratio of 1: 1.8. Further, argon gas and nitrogen gas can be supplied into the chamber 30.
[0023]
In the film formation, after the gas in the chamber 30 is discharged, a voltage is applied between the electrodes 32 and 33 while flowing an argon gas. Then, particles (ions) accelerated in the chamber 30 collide with the target 36, and atoms and molecules of the target 36 ejected by the collision are deposited on the silicon wafer 35 to form a CrSi film. At this time, an appropriate amount of nitrogen gas is supplied into the chamber 30 in addition to the argon gas. Then, a CrSi thin film 22 containing a nitrogen component is formed.
[0024]
Next, the operation of the load drive circuit in this embodiment will be described with reference to FIGS.
In FIG. 4, the control circuit 3 in FIG. 1 applies voltage to the gate terminals of the transistors T1, T2, and T3 to turn on the transistors T1, T2, and T3 when the abnormality such as a short circuit does not occur. A current is supplied to the load 2 through the power transistor T1. That is, the control circuit 3 and the transistors 4 and 5 constitute a switching control means, and this switching control means is connected to the power transistor T1 and the control terminals (gate terminals) of the first and second current detection transistors T2 and T3. The transistors T1, T2 and T3 are switching-controlled by adjusting the voltage at the control terminal.
[0025]
The voltage output proportional to the magnitude of the current flowing through the main transistor T1 is generated at the detection resistors 8 and 9 in FIG. At normal time, the detected current does not exceed the current limit value I1 in FIG.
[0026]
On the other hand, when an abnormality such as a short circuit occurs, the value of the current flowing through the main transistor T1 exceeds a predetermined value I1 (timing t1 in FIG. 4). Then, the control circuit 3 starts the driving stop (gate off) operation of the power transistor T1 because the system is abnormal. That is, the control circuit 3 forcibly adjusts the voltage at the gate terminals of the transistors T1, T2, and T3 to the load 2 when the voltage generated between both terminals of the first current detection resistor 8 exceeds a predetermined value. Limit the flowing current. Here, the time lag from when this abnormality is detected to when the gate is turned off is about 5 to 10 μsec.
[0027]
When the current value I2 is larger than the current limit value I1 (timing t2 in FIG. 4), the transistor T4 operates to lower the gate voltage of the power transistor T1 and limit the current flowing through the transistor T1 (FIG. 4). t2 to t3). That is, the overcurrent protection transistor T4 has a base terminal (control terminal) connected between the second current detection transistor T3 and the second current detection resistor 9, and the second current detection resistor 9 When the voltage generated between both terminals exceeds a predetermined value, the voltage at the gate terminals (control terminals) of the transistors T1, T2 and T3 is forcibly adjusted to limit the current flowing through the load 2. Therefore, it is possible to prevent the device from being destroyed due to an excessive current flowing through the device during the time lag.
[0028]
At this time, in this embodiment, the overcurrent protection transistor T4 having a negative temperature characteristic is given a negative characteristic as the temperature characteristic of the current detection resistor 9. Therefore, as shown in FIG. 5, the current values at room temperature and high temperature can be made closer to those in the conventional case of FIG.
[0029]
More specifically, the relationship between the current Im of the main transistor T1, the current ratio A of the transistors T1 and T3, the resistance value R of the detection resistor 9, and the operation start voltage Vbe of the protection transistor T4 is as follows:
(Im / A) · R = Vbe
It is represented by
[0030]
The temperature coefficient of the resistor 9 is set to “−3000 ppm / ° C.”. Therefore, the resistance value R (100 ° C.) of the resistor 9 = R (25 ° C.) × 0.775. Vbe has a temperature characteristic of “−2 mV / ° C.”. Therefore, it is 0.6 volts at room temperature and 0.45 volts at 100 ° C. (0.75 times the room temperature). Therefore, from the above equation, the current Im has a constant value regardless of the temperature.
[0031]
This facilitates the design of the current value (Im) for overcurrent protection of the power module. That is, it is possible to easily determine (select) the A value and the R value so that Im does not fall below the maximum operating current of the target load, and Im does not exceed the current value that causes element destruction. Thus, the performance of the element can be sufficiently extracted without incurring the above. That is, by matching the resistance temperature characteristic with the temperature characteristic of Vbe, the temperature dependence of Im can be reduced, the design of the overcurrent protection current value of the power module can be facilitated, and the element breakdown due to the overcurrent can be prevented. .
[0032]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a current detection resistor (CrSi thin film resistor) 9 is formed on the portion of the semiconductor substrate where the overcurrent protection transistor T4 is formed. The temperature of 9 is the same, and the fluctuation of Im due to the temperature mismatch between the transistor T4 and the resistor 9 can be prevented.
[0033]
In addition, as shown in FIG. 3, the CrSi thin film resistor is formed by DC magnetron sputtering using a sintered target 36 having a Cr: Si atomic composition ratio of 1: 1.8, and the resistance temperature coefficient is adjusted by sputtering. This can be done by adjusting the flow ratio of Ar and N 2 during film formation. That is, by using a CrSi film containing a nitrogen component as the second current detection resistor 9 and adjusting the flow rate ratio of the argon gas and the nitrogen gas during the sputtering film formation, the temperature characteristics of the CrSi film containing the nitrogen component are It can have negative characteristics.
[0034]
In FIG. 1, the current detection transistors T2 and T3 are separately formed. This is because the feedback voltage (potential at P2) to the control circuit 3 needs to be generated in proportion to the current flowing through the main transistor T1 regardless of the temperature. A resistance of “0” is used.
[0035]
In FIG. 1, the case where MOS transistors are used for the transistors T1, T2, T3 and a bipolar transistor is used for the transistor T4 has been described. However, these transistors T1, T2, T3, and T4 include MOS transistors, bipolar transistors, and IGBTs. Any of these can be used in any desired combination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electrical configuration of a load driving circuit in an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing protection transistors and resistors.
FIG. 3 is a view for explaining a method of manufacturing a resistance thin film.
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation.
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation.
FIG. 6 is an electric circuit diagram for explaining the prior art.
FIG. 7 is a time chart for explaining the prior art.
FIG. 8 is a time chart for explaining the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply, 2 ... Load, 3 ... Control circuit, 4 ... Transistor, 5 ... Transistor, 8 ... Resistance, 9 ... Resistance, T1 ... Main power transistor, T2 ... Current detection transistor, T3 ... Current detection transistor, T4 ... protection transistor.

Claims (4)

電源(1)と、負荷(2)と、ソース・ドレイン端子あるいはエミッタ・コレクタ端子を接続端子としたパワートランジスタ(T1)とによって形成される直列回路と、
第1の電流検出用トランジスタ(T2)のドレイン端子あるいはコレクタ端子を前記パワートランジスタ(T1)のドレイン端子あるいはコレクタ端子に、ソース端子あるいはエミッタ端子を第1の電流検出用抵抗(8)の一端に接続し、第1の電流検出用抵抗(8)の他端を前記パワートランジスタ(T1)のソース端子あるいはエミッタ端子に接続することによって形成される直列回路と、
第2の電流検出用トランジスタ(T3)のドレイン端子あるいはコレクタ端子を前記パワートランジスタ(T1)のドレイン端子あるいはコレクタ端子に、ソース端子あるいはエミッタ端子を第2の電流検出用抵抗(9)の一端に接続し、第2の電流検出抵抗(9)の他端を前記パワートランジスタ(T1)のソース端子あるいはエミッタ端子に接続することによって形成される直列回路と、
前記パワートランジスタ(T1)の制御端子と第1の電流検出用トランジスタ(T2)の制御端子と第2の電流検出用トランジスタ(T3)の制御端子に接続され、当該制御端子の電圧を調整して当該トランジスタ(T1,T2,T3)をスイッチング制御するとともに、前記第1の電流検出抵抗(8)の両端子間に発生する電圧が、前記パワートランジスタ(T1)に流れる第1の電流値(I1)に対応する所定値を越えると前記トランジスタ(T1,T2,T3)の制御端子の電圧を強制的に調整して負荷(2)に流れる電流を制限する制御手段(3,4,5)と、
ソース・ドレイン端子あるいはエミッタ・コレクタ端子を接続端子として前記各トランジスタ(T1,T2,T3)の制御端子とパワートランジスタ(T1)のソース端子間あるいはエミッタ端子間において接続され、かつ、制御端子が前記第2の電流検出用トランジスタ(T3)と第2の電流検出用抵抗(9)の間に接続され、前記パワートランジスタ(T1)に流れる電流が前記第1の電流値(I1)よりも大きい場合において第2の電流検出用抵抗(9)の両端子間に発生する電圧が、前記パワートランジスタ(T1)に流れる第2の電流値(I2)に対応する所定値を越えると前記トランジスタ(T1,T2,T3)の制御端子の電圧を強制的に調整して負荷(2)に流れる電流を制限する過電流保護トランジスタ(T4)と、
を備えた負荷駆動回路であって、
負の温度特性を有する過電流保護トランジスタ(T4)に対し前記第2の電流検出用抵抗(9)の温度特性として負の特性を持たせるとともに、第1の電流検出用抵抗(8)には温度特性がないようにしたことを特徴とする負荷駆動回路。
A series circuit formed by a power source (1), a load (2), and a power transistor (T1) having a source / drain terminal or an emitter / collector terminal as a connection terminal;
The drain terminal or collector terminal of the first current detection transistor (T2) is connected to the drain terminal or collector terminal of the power transistor (T1), and the source terminal or emitter terminal is connected to one end of the first current detection resistor (8). A series circuit formed by connecting and connecting the other end of the first current detection resistor (8) to the source terminal or emitter terminal of the power transistor (T1);
The drain terminal or collector terminal of the second current detection transistor (T3) is connected to the drain terminal or collector terminal of the power transistor (T1), and the source terminal or emitter terminal is connected to one end of the second current detection resistor (9). A series circuit formed by connecting and connecting the other end of the second current detection resistor (9) to the source terminal or emitter terminal of the power transistor (T1);
The control terminal of the power transistor (T1), the control terminal of the first current detection transistor (T2), and the control terminal of the second current detection transistor (T3) are connected, and the voltage of the control terminal is adjusted. The transistor (T1, T2, T3) is subjected to switching control, and a voltage generated between both terminals of the first current detection resistor (8) causes a first current value (I1) flowing through the power transistor (T1). And control means (3, 4, 5) for forcibly adjusting the voltage at the control terminals of the transistors (T1, T2, T3) to limit the current flowing to the load (2) when a predetermined value corresponding to ,
The control terminals of the transistors (T1, T2, T3) are connected between the source terminals of the transistors (T1, T2, T3) and the source terminals or the emitter terminals of the power transistors (T1) using the source / drain terminals or the emitter / collector terminals as connection terminals. When the current flowing through the power transistor (T1) is larger than the first current value (I1), connected between the second current detection transistor (T3) and the second current detection resistor (9). When the voltage generated between both terminals of the second current detection resistor (9) exceeds a predetermined value corresponding to the second current value (I2) flowing through the power transistor (T1), the transistor (T1, An overcurrent protection transistor (T4) for forcibly adjusting the voltage at the control terminal of T2, T3) to limit the current flowing to the load (2);
A load driving circuit comprising:
The overcurrent protection transistor (T4) having a negative temperature characteristic is given a negative characteristic as the temperature characteristic of the second current detection resistor (9), and the first current detection resistor (8) A load drive circuit characterized by having no temperature characteristics.
前記第2の電流検出用抵抗(9)として窒素成分を含むCrSi膜を用いたことを特徴とする請求項に記載の負荷駆動回路。The load driving circuit according to claim 1 , wherein a CrSi film containing a nitrogen component is used as the second current detection resistor (9). スパッタ成膜中のアルゴンガスと窒素ガスの流量比を調整することにより、窒素成分を含むCrSi膜の温度特性に、負の特性を持たせたことを特徴とする請求項に記載の負荷駆動回路。 3. The load drive according to claim 2 , wherein a negative characteristic is imparted to a temperature characteristic of the CrSi film containing a nitrogen component by adjusting a flow rate ratio between the argon gas and the nitrogen gas during the sputtering film formation. circuit. 半導体基板の断面形状において半導体基板における前記過電流保護トランジスタ(T4)の形成部分の上方に前記第2の電流検出用抵抗(9)を形成したことを特徴とする請求項1,2,3のいずれか1項に記載の負荷駆動回路。Of claim 1, 2, 3, characterized in that the forming the second current detection resistor above the forming part of the overcurrent protection transistor (T4) (9) in the semiconductor substrate in the cross-sectional shape of the semiconductor substrate The load drive circuit according to any one of the above.
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