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JP4356811B2 - Semiconductor device with thermal shutdown circuit - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度を検出し、所定の温度領域以上で装置機能を停止させるサーマルシャットダウン回路を備えた半導体装置に関するものである。
このような半導体装置は例えば電源IC(集積回路)などに使用される。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、高動作電圧及び大動作電流の半導体装置においては、動作中に半導体装置そのものが高温になることによる半導体装置自体の破壊が懸念されるので、装置保護のためのサーマルシャットダウン回路が搭載されていることが多い。
【0003】
サーマルシャットダウン回路は半導体装置自体の動作時の発熱により、ある設定温度(例えば130℃)以上になった場合に半導体装置の各回路の動作を中止させ、出力端子に温度異常が発生したことを知らせる信号を出力するものである。
このようなサーマルシャットダウン回路の従来技術のひとつとして、PN接合の順方向電流の温度特性を利用したものがある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
【0004】
図5に温度検出素子の一例としてのNPNバイポーラトランジスタの断面図を示す。
P型半導体基板(P−sub)33の表面側にNウェル領域(N−well)35が形成されている。Nウェル領域35内にNPNバイポーラトランジスタのベース(Base)37を構成するP型領域(P−)が形成されている。P型領ベース37内にNPNバイポーラトランジスタのエミッタ(Emitter)39を構成するN型領域(N+)が形成されている。Nウェル領域35内には、素子分離用のLOCOS(local oxidation of silicon)酸化膜41によってベース37とは電気的に分離された、NPNバイポーラトランジスタのコレクタ(Collector)43を構成するN型領域(N+)が形成されている。
【0005】
NPNバイポーラトランジスタのベース37とコレクタ43を電気的に接続し、エミッタ7に数μA(マイクロアンペア)、例えば1μAの定電流を流した時、ベース−エミッタ間電圧VBEは約0.7〜0.9V(ボルト)になる。
ベース−エミッタ間電圧VBEは温度に対して直線的に変化し、その変化率は約−2mV(ミリボルト)/℃で一定である。この温度特性を利用し、ベース−エミッタ間電圧VBEと所定の基準電圧をコンパレータ回路で比較し、所定の基準電圧以下になったときに回路全体を停止させる信号を出すことにより、所定の温度以上で回路機能を停止させるサーマルシャットダウン機能を実現することができる。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−246876号公報
【特許文献2】
特開平10−201080号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
例えば電池駆動などの携帯機器の部品として使用される電源ICにおいては、電池の寿命や充電回数の低減の観点から、スタンバイ時の消費電流が大きな問題になっている。
しかし、上記で説明したようなサーマルシャットダウン回路においては、ICがスタンバイ状態であっても数μAの電流を流し続けながら温度を監視する構成になっているので、スタンバイ時の消費電流増大の一因となっている。
【0008】
そこで本発明は、サーマルシャットダウン回路を備えた半導体装置において、少なくとも動作保証温度領域での消費電流の低減を図ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、温度を検出し、所定の温度領域以上で装置機能を停止させるサーマルシャットダウン回路を備えたものであって、上記サーマルシャットダウン回路に電源を供給するための配線にスイッチ用MOSトランジスタを備えているものである。
【0010】
半導体装置の動作保証温度領域ではスイッチ用MOSトランジスタをオフ状態にしてサーマルシャットダウン回路への電源の供給を遮断しておき、装置機能を停止させたい高温度領域ではスイッチ用MOSトランジスタをオン状態にしてサーマルシャットダウン回路を動作させることにより、動作保証温度領域での消費電流を低減することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置において、上記スイッチ用MOSトランジスタのしきい値電圧は、半導体装置の動作保証温度領域ではチャネル電流を流さず、かつ、装置機能を停止させたい高温度領域では上記サーマルシャットダウン回路を動作させることができるリーク電流を発生させる値に設定されていることが好ましい。
これにより、サーマルシャットダウン回路の動作をオン状態又はオフ状態に自動で切り替えることができる。
【0012】
上記スイッチ用MOSトランジスタは、ゲート電位を接地電位にしたNチャネルMOSトランジスタ(以下NchMOSトランジスタと称す)、又はゲート電位を電源電位に固定したPチャネルMOSトランジスタ(以下PchMOSトランジスタと称す)により構成されている例を挙げることができる。
【0013】
本発明が適用される半導体装置の一例として、上記サーマルシャットダウン回路の他、入力電圧を分割して分割電圧を供給するための分割抵抗、基準電圧を供給するための基準電圧発生回路と上記分割抵抗からの分割電圧、及び上記基準電圧発生回路からの基準電圧を比較するための比較回路を備えた電圧検出回路、もしくは、入力電圧の出力を制御する出力ドライバ、出力電圧を分割して分割電圧を供給するための分割抵抗、基準電圧を供給するための基準電圧発生回路と上記分割抵抗からの分割電圧、及び上記基準電圧発生回路からの基準電圧を比較し、比較結果に応じて上記出力ドライバの動作を制御するための比較回路を備えた定電圧発生回路、又はその両方をさらに備えている電源ICを挙げることができる。
本発明によれば、動作保証温度領域でのサーマルシャットダウン回路の動作を停止させることができるので、本発明を適用した電源ICについて動作保証温度領域での消費電流を低減することができる。
【0014】
【実施例】
図1は本発明を電源ICに適用した一実施例を示すブロック図である。
サーマルシャットダウン回路1、定電圧発生回路3、電圧検出回路5及び論理回路7が設けられている。各回路1,3,5,7は、直流電源(Vcc)9につながる電源配線11と、GND(接地電位)13につながるGND配線15が接続されている。サーマルシャットダウン回路1と電源配線11の間にスイッチ用NchMOSトランジスタ17が設けられている。スイッチ用NchMOSトランジスタ17のゲート電極はGND配線15に接続されている。
【0015】
図2は定電圧発生回路3の一例を示す回路図である。
定電圧発生回路3は、電源配線11を介して直流電源9に接続される入力端子19、基準電圧源としての基準電圧発生回路(Vref)21、演算増幅器23、出力ドライバを構成するPchMOSトランジスタ25、分割抵抗R1,R2及び出力端子(Vout)27を備えている。
【0016】
定電圧発生回路17の演算増幅器23は、出力端子がPchMOSトランジスタ25のゲート電極に接続され、反転入力端子に基準電圧発生回路21から基準電圧Vrefが印加され、非反転入力端子に出力電圧Voutを分割抵抗R1とR2で分割した電圧が印加され、分割抵抗R1,R2からの分割電圧が基準電圧Vrefに等しくなるように制御される。
【0017】
図3は電圧検出回路5の一例を示す回路図である。
電圧検出回路5において、23は演算増幅器で、その反転入力端子に基準電圧発生回路21が接続され、基準電圧Vrefが印加される。入力端子29から入力される測定すべき端子の電圧、ここでは電源配線11を介して接続された直流電源9の電圧が分割抵抗R1とR2によって分割されて演算増幅器23の非反転入力端子に入力される。演算増幅器23の出力は出力端子(Vout)31を介して外部に出力される。
【0018】
電圧検出回路5では、測定すべき端子の電圧が高く、分割抵抗R1とR2により分割された電圧が基準電圧Vrefよりも高いときは演算増幅器23の出力がHレベルを維持し、直流電源9の電圧が降下してきて分割抵抗R1とR2により分割された電圧が基準電圧Vref以下になってくると演算増幅器23の出力がLレベルになる。
【0019】
図1に戻って説明を続ける。
スイッチ用NchMOSトランジスタ17のしきい値電圧は、通常の半導体製造工程によるトランジスタチャネル部の不純物濃度の調整により、例えば25℃で0.50Vに作り込まれている。
サーマルシャットダウン回路1は例えば1μA以上の電流で動作するように設計されている。
【0020】
スイッチ用NchMOSトランジスタ17のしきい値電圧を0.50Vに設定した場合、ゲート電圧をGND、ドレイン電圧を電源電圧にしたときのオフリーク電流は、通常の半導体装置の動作保証温度範囲(例えば−45〜85℃)においては100pA(ピコアンペア)以下である。例えば、ゲート長=3μm、トランジスタ幅=1000μm、温度=85℃、ゲート電圧Vg=GND、ドレイン電圧Vd=5Vのとき、オフリーク電流は50pA程度である。
【0021】
通常の半導体装置の動作保証温度範囲では、電源配線11とサーマルシャットダウン回路1の間に接続したスイッチ用NchMOSトランジスタ17はオフ状態であり、サーマルシャットダウン回路1は例えば1μA以上の電流で動作するように設計されているので、スイッチ用NchMOSトランジスタ17から50pA程度のリーク電流が供給されても動作しない。
【0022】
したがって、通常の半導体装置の動作保証温度範囲では、サーマルシャットダウン回路1には全く電流が流れないため、回路全体のスタンバイ電流に全く寄与せず、従来のサーマルシャットダウン回路搭載の半導体装置よりも低いスタンバイ電流を実現できる。言い換えれば、スタンバイ電流を増加することなく、サーマルシャットダウン回路を搭載することができる。
【0023】
また、スイッチ用NchMOSトランジスタ17のしきい値電圧は温度上昇に伴って約−2mV/℃の係数で低下していく。さらに、ドレインを構成する不純物領域には電源電圧が印加され、基板との間に逆方向接合リークが生じる。この接合リークも温度上昇に伴って増大していく。半導体装置が自己発熱などによって高温になり、装置自体の破壊の懸念のある高温度領域に近づいた場合、スイッチ用NchMOSトランジスタ17のリーク電流は、しきい値電圧の低下と逆方向接合リークの増大に伴って増えていき、例えば130℃でリーク電流は数μA程度まで達する。
【0024】
スイッチ用NchMOSトランジスタ17のリーク電流が1μA以上になると、サーマルシャットダウン回路1が動作し始め、サーマルシャットダウン回路1は温度検出素子、例えば図5に示したNPNトランジスタのベース−エミッタ間電圧VBEを監視する。そして、所定の温度、例えば150℃に対応するベース−エミッタ間電圧VBEを検出した時に、定電圧発生回路3、電圧検出回路5及び論理回路7の回路機能を停止させ、温度異常の信号を出力する。
【0025】
このように、スイッチ用NchMOSトランジスタ17により、半導体装置の動作保証温度範囲では電源供給を停止してサーマルシャットダウン回路1の動作を停止させ、所定の高温度領域では電源を供給してサーマルシャットダウン回路1を動作させることにより、自己発熱による温度上昇に起因して半導体装置が破壊されるのを防止しつつ、動作保証温度範囲内での消費電流量を低減することができる。
【0026】
また、スイッチ用NchMOSトランジスタ17の25℃でのしきい値電圧を変えることにより、サーマルシャットダウン回路の動作開始温度を任意の値に設定することができる。
【0027】
図4にNchMOSトランジスタについて、25℃のしきい値電圧をの設定を変化させ、それぞれ90℃でのリーク電流が100nAになるようにトランジスタ幅を設定した時の、110℃、130℃、150℃のリーク電流の変動を示した実測データを示す。NchMOSトランジスタとしてチャネル長が7μm、チャネル幅が600μmのものを用い、ゲート電圧を0V、ドレイン電圧を50Vの条件で測定を行った。
【0028】
図4から分かるように、25℃でのしきい値電圧の設定が高くなるにつれて、高温度領域でのリーク電流が大きくなっていく。図4のデータに基づけば、サーマルシャットダウン回路が例えば1μAで動作するように設計されている場合、スイッチ用NchMOSトランジスタ17の25℃でのしきい値電圧を0.7V程度に設定することでサーマルシャットダウン回路を130℃近辺から動作させることができる。
【0029】
また、25℃でのしきい値電圧の設定を0.5V程度に変更することで、サーマルシャットダウン回路は130℃近辺では動作せず、150℃近辺から動作させることが可能である。
また、スイッチ用NchMOSトランジスタ17の25℃でのしきい値電圧を一定にしておいて、サーマルシャットダウン回路が動作し始める電流値の設計を変えることで、動作開始温度を自由に変更することも可能である。
【0030】
上記の実施例では、電源−サーマルシャットダウン回路間に接続するスイッチ用MOSトランジスタにとしてNchMOSトランジスタを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチ用MOSトランジスタとしてPchMOSトランジスタを用いることもできる。その場合、ゲート電極は電源電圧電位に固定される。
【0031】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【0032】
【発明の効果】
請求項1に記載された半導体装置では、サーマルシャットダウン回路を備えた半導体装置において、サーマルシャットダウン回路に電源を供給するための配線にスイッチ用MOSトランジスタを備えているようにしたので、半導体装置の動作保証温度領域ではスイッチ用MOSトランジスタをオフ状態にしてサーマルシャットダウン回路への電源の供給を遮断しておき、装置機能を停止させたい高温度領域ではスイッチ用MOSトランジスタをオン状態にしてサーマルシャットダウン回路を動作させることにより、動作保証温度領域での消費電流を低減することができる。
【0033】
さらに、請求項に記載された半導体装置では、スイッチ用MOSトランジスタのしきい値電圧は、半導体装置の動作保証温度領域ではチャネル電流を流さず、かつ、装置機能を停止させたい高温度領域ではサーマルシャットダウン回路を動作させることができるリーク電流を発生させる値に設定されているようにしたので、サーマルシャットダウン回路の動作をオン状態又はオフ状態に自動で切り替えることができる。
【0034】
請求項に記載された半導体装置では、サーマルシャットダウン回路の他、電圧検出回路もしくは定電圧発生回路又はその両方をさらに備えている電源ICに本発明の半導体装置を適用するようにしたので、動作保証温度領域でのサーマルシャットダウン回路の動作を停止させることができ、上記電源ICについて動作保証温度領域での消費電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電源ICに適用した一実施例を示すブロック図である。
【図2】同実施例の一部分を構成する定電圧発生回路の一例を示す回路図である。
【図3】同実施例の一部分を構成する電圧検出回路の一例を示す回路図である。
【図4】NchMOSトランジスタについての、25℃でのしきい値電圧と高温領域でのオフリーク電流(Ioff)の関係を示すデータであり、横軸はしきい値電圧(V)、縦軸はオフリーク電流(A)を示す。
【図5】サーマルシャットダウン回路の温度検出素子の一例としてのNPNバイポーラトランジスタを示す断面図である。
【符号の説明】
1 サーマルシャットダウン回路
3 定電圧発生回路
5 電圧検出回路
7 論理回路
9 直流電源
11 電源配線
13 GND(接地電位)
15 GND配線
17 スイッチ用NchMOSトランジスタ
19 入力端子
21 基準電圧発生回路
23 演算増幅器
25 出力ドライバ用のPchMOSトランジスタ
27 出力端子
29 入力端子
31 出力端子
R1,R2 分割抵抗
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device including a thermal shutdown circuit that detects a temperature and stops a device function at a predetermined temperature range or higher.
Such a semiconductor device is used for a power supply IC (integrated circuit), for example.
[0002]
[Prior art]
Generally, a semiconductor device with a high operating voltage and a large operating current is equipped with a thermal shutdown circuit for protecting the device because the semiconductor device itself may be destroyed due to a high temperature during operation. It is often done.
[0003]
The thermal shutdown circuit stops the operation of each circuit of the semiconductor device when the temperature exceeds a certain set temperature (for example, 130 ° C.) due to heat generated during the operation of the semiconductor device itself, and notifies the output terminal that a temperature abnormality has occurred. A signal is output.
One prior art of such a thermal shutdown circuit uses the temperature characteristics of the forward current of a PN junction (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0004]
FIG. 5 shows a cross-sectional view of an NPN bipolar transistor as an example of a temperature detection element.
An N well region (N-well) 35 is formed on the surface side of the P-type semiconductor substrate (P-sub) 33. In the N well region 35, a P-type region (P−) constituting a base 37 of the NPN bipolar transistor is formed. In the P-type region base 37, an N-type region (N +) constituting an emitter 39 of an NPN bipolar transistor is formed. In the N well region 35, an N-type region (collector) 43 of an NPN bipolar transistor, which is electrically isolated from the base 37 by a LOCOS (local oxidation of silicon) oxide film 41 for element isolation, is formed. N +) is formed.
[0005]
When the base 37 and the collector 43 of the NPN bipolar transistor are electrically connected and a constant current of several μA (microampere), for example, 1 μA, is supplied to the emitter 7, the base-emitter voltage V BE is about 0.7-0. It becomes .9V (volt).
The base-emitter voltage V BE varies linearly with temperature, and the rate of change is constant at about -2 mV (millivolt) / ° C. Using this temperature characteristic, the base-emitter voltage V BE and a predetermined reference voltage are compared by a comparator circuit, and when the voltage drops below the predetermined reference voltage, a signal for stopping the entire circuit is issued, thereby giving a predetermined temperature. Thus, a thermal shutdown function for stopping the circuit function can be realized.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-246876 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-201080
[Problems to be solved by the invention]
For example, in a power supply IC used as a part of a portable device such as a battery drive, current consumption during standby is a big problem from the viewpoint of reducing the battery life and the number of times of charging.
However, since the thermal shutdown circuit as described above is configured to monitor the temperature while continuously supplying a current of several μA even when the IC is in a standby state, it contributes to an increase in current consumption during standby. It has become.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to reduce current consumption in a semiconductor device having a thermal shutdown circuit at least in an operation guarantee temperature region.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device of the present invention is provided with a thermal shutdown circuit that detects the temperature and stops the device function at a predetermined temperature range or higher, and has a switch MOS in the wiring for supplying power to the thermal shutdown circuit. A transistor is provided.
[0010]
In the temperature guaranteed temperature range of the semiconductor device, the switch MOS transistor is turned off to cut off the power supply to the thermal shutdown circuit. In the high temperature range where the device function is desired to be stopped, the switch MOS transistor is turned on. By operating the thermal shutdown circuit, the current consumption in the guaranteed operating temperature range can be reduced.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the semiconductor device of the present invention, the threshold voltage of the switch MOS transistor is such that no channel current flows in the operation guaranteed temperature region of the semiconductor device, and the thermal shutdown circuit is set in the high temperature region where the device function is desired to be stopped. It is preferably set to a value that generates a leak current that can be operated.
Thereby, the operation of the thermal shutdown circuit can be automatically switched to the on state or the off state.
[0012]
The switching MOS transistor is composed of an N channel MOS transistor (hereinafter referred to as an Nch MOS transistor) having a gate potential set to a ground potential, or a P channel MOS transistor (hereinafter referred to as a Pch MOS transistor) having a gate potential fixed to a power supply potential. An example can be given.
[0013]
As an example of a semiconductor device to which the present invention is applied, in addition to the thermal shutdown circuit, a dividing resistor for dividing an input voltage and supplying a divided voltage, a reference voltage generating circuit for supplying a reference voltage, and the dividing resistor A voltage detection circuit having a comparison circuit for comparing the divided voltage from the reference voltage and the reference voltage from the reference voltage generation circuit, or an output driver for controlling the output of the input voltage, and dividing the output voltage to obtain the divided voltage. The divided resistor for supplying, the reference voltage generating circuit for supplying the reference voltage, the divided voltage from the divided resistor, and the reference voltage from the reference voltage generating circuit are compared, and the output driver of the output driver is compared according to the comparison result. A power supply IC further including a constant voltage generation circuit including a comparison circuit for controlling the operation, or both can be given.
According to the present invention, the operation of the thermal shutdown circuit in the operation guarantee temperature region can be stopped, so that the current consumption in the operation guarantee temperature region can be reduced for the power supply IC to which the present invention is applied.
[0014]
【Example】
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a power supply IC.
A thermal shutdown circuit 1, a constant voltage generation circuit 3, a voltage detection circuit 5, and a logic circuit 7 are provided. Each circuit 1, 3, 5, 7 is connected to a power supply wiring 11 connected to a DC power supply (Vcc) 9 and a GND wiring 15 connected to a GND (ground potential) 13. A switching NchMOS transistor 17 is provided between the thermal shutdown circuit 1 and the power supply wiring 11. The gate electrode of the switching NchMOS transistor 17 is connected to the GND wiring 15.
[0015]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the constant voltage generation circuit 3.
The constant voltage generation circuit 3 includes an input terminal 19 connected to a DC power supply 9 through a power supply line 11, a reference voltage generation circuit (Vref) 21 as a reference voltage source, an operational amplifier 23, and a PchMOS transistor 25 constituting an output driver. , Division resistors R1, R2 and an output terminal (Vout) 27 are provided.
[0016]
The operational amplifier 23 of the constant voltage generation circuit 17 has an output terminal connected to the gate electrode of the Pch MOS transistor 25, the reference voltage Vref from the reference voltage generation circuit 21 applied to the inverting input terminal, and the output voltage Vout applied to the non-inverting input terminal. A voltage divided by the dividing resistors R1 and R2 is applied, and the divided voltage from the dividing resistors R1 and R2 is controlled to be equal to the reference voltage Vref.
[0017]
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the voltage detection circuit 5.
In the voltage detection circuit 5, reference numeral 23 denotes an operational amplifier. A reference voltage generation circuit 21 is connected to an inverting input terminal of the operational amplifier 23 and a reference voltage Vref is applied. The voltage of the terminal to be measured input from the input terminal 29, here the voltage of the DC power supply 9 connected via the power supply wiring 11, is divided by the dividing resistors R1 and R2 and input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 23. Is done. The output of the operational amplifier 23 is output to the outside through an output terminal (Vout) 31.
[0018]
In the voltage detection circuit 5, when the voltage of the terminal to be measured is high and the voltage divided by the dividing resistors R1 and R2 is higher than the reference voltage Vref, the output of the operational amplifier 23 maintains the H level, and the DC power source 9 When the voltage drops and the voltage divided by the dividing resistors R1 and R2 becomes lower than the reference voltage Vref, the output of the operational amplifier 23 becomes L level.
[0019]
Returning to FIG. 1, the description will be continued.
The threshold voltage of the switching NchMOS transistor 17 is set to, for example, 0.50 V at 25 ° C. by adjusting the impurity concentration of the transistor channel portion in a normal semiconductor manufacturing process.
The thermal shutdown circuit 1 is designed to operate with a current of 1 μA or more, for example.
[0020]
When the threshold voltage of the switching NchMOS transistor 17 is set to 0.50 V, the off-leakage current when the gate voltage is set to GND and the drain voltage is set to the power supply voltage is an operation guaranteed temperature range of a normal semiconductor device (for example, −45 ~ 85 ° C), it is 100 pA (picoampere) or less. For example, when the gate length is 3 μm, the transistor width is 1000 μm, the temperature is 85 ° C., the gate voltage Vg is GND, and the drain voltage Vd is 5 V, the off-leakage current is about 50 pA.
[0021]
In the normal operation guaranteed temperature range of the semiconductor device, the switch NchMOS transistor 17 connected between the power supply line 11 and the thermal shutdown circuit 1 is in an off state, and the thermal shutdown circuit 1 operates with a current of, for example, 1 μA or more. Since it is designed, it does not operate even if a leakage current of about 50 pA is supplied from the switching NchMOS transistor 17.
[0022]
Therefore, since no current flows through the thermal shutdown circuit 1 in the normal operation guaranteed temperature range of the semiconductor device, it does not contribute to the standby current of the entire circuit and has a lower standby than the conventional semiconductor device equipped with the thermal shutdown circuit. Current can be realized. In other words, the thermal shutdown circuit can be mounted without increasing the standby current.
[0023]
Further, the threshold voltage of the switching NchMOS transistor 17 decreases with a coefficient of about −2 mV / ° C. as the temperature rises. Further, a power supply voltage is applied to the impurity region constituting the drain, and reverse junction leakage occurs between the impurity region and the substrate. This junction leakage also increases as the temperature rises. When the semiconductor device becomes high temperature due to self-heating or the like and approaches a high temperature region where the device itself may be destroyed, the leakage current of the switching NchMOS transistor 17 decreases the threshold voltage and increases the reverse junction leakage. For example, at 130 ° C., the leakage current reaches about several μA.
[0024]
When the leakage current of the switching NchMOS transistor 17 becomes 1 μA or more, the thermal shutdown circuit 1 starts to operate, and the thermal shutdown circuit 1 monitors the temperature-detecting element, for example, the base-emitter voltage V BE of the NPN transistor shown in FIG. To do. When the base-emitter voltage V BE corresponding to a predetermined temperature, for example, 150 ° C. is detected, the circuit functions of the constant voltage generation circuit 3, the voltage detection circuit 5, and the logic circuit 7 are stopped, and a temperature abnormality signal is generated. Output.
[0025]
As described above, the switch NchMOS transistor 17 stops the power supply in the guaranteed operating temperature range of the semiconductor device to stop the operation of the thermal shutdown circuit 1, and supplies the power supply in a predetermined high temperature region to supply the thermal shutdown circuit 1. By operating the, it is possible to reduce the current consumption within the guaranteed operating temperature range while preventing the semiconductor device from being destroyed due to the temperature rise due to self-heating.
[0026]
Further, by changing the threshold voltage at 25 ° C. of the switching NchMOS transistor 17, the operation start temperature of the thermal shutdown circuit can be set to an arbitrary value.
[0027]
FIG. 4 shows 110 ° C., 130 ° C. and 150 ° C. when the threshold voltage of the NchMOS transistor is changed and the transistor width is set so that the leakage current at 90 ° C. is 100 nA. The actual measurement data which showed the fluctuation | variation of the leakage current of are shown. An NchMOS transistor having a channel length of 7 μm and a channel width of 600 μm was used, and measurement was performed under conditions of a gate voltage of 0 V and a drain voltage of 50 V.
[0028]
As can be seen from FIG. 4, as the threshold voltage setting at 25 ° C. increases, the leakage current in the high temperature region increases. Based on the data of FIG. 4, when the thermal shutdown circuit is designed to operate at 1 μA, for example, the threshold voltage at 25 ° C. of the switching NchMOS transistor 17 is set to about 0.7V. The shutdown circuit can be operated from around 130 ° C.
[0029]
Further, by changing the threshold voltage setting at 25 ° C. to about 0.5 V, the thermal shutdown circuit does not operate near 130 ° C., but can operate from around 150 ° C.
It is also possible to freely change the operation start temperature by changing the design of the current value at which the thermal shutdown circuit starts to operate while keeping the threshold voltage at 25 ° C. of the switching NchMOS transistor 17 constant. It is.
[0030]
In the above embodiment, an Nch MOS transistor is used as the switch MOS transistor connected between the power supply and the thermal shutdown circuit. However, the present invention is not limited to this, and a Pch MOS transistor is used as the switch MOS transistor. You can also. In that case, the gate electrode is fixed at the power supply voltage potential.
[0031]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible within the range of this invention described in the claim.
[0032]
【The invention's effect】
In the semiconductor device according to claim 1, in the semiconductor device provided with the thermal shutdown circuit, the switching MOS transistor is provided in the wiring for supplying power to the thermal shutdown circuit. In the guaranteed temperature range, the switch MOS transistor is turned off to cut off the power supply to the thermal shutdown circuit, and in the high temperature range where the device function is desired to be stopped, the switch MOS transistor is turned on to activate the thermal shutdown circuit. By operating, current consumption in the guaranteed operating temperature range can be reduced.
[0033]
Further, in the semiconductor device according to claim 1 , the threshold voltage of the switching MOS transistor does not flow a channel current in the operation guaranteed temperature region of the semiconductor device, and in a high temperature region where the device function is desired to be stopped. Since the leak current that can operate the thermal shutdown circuit is set to a value that can be operated, the operation of the thermal shutdown circuit can be automatically switched to the on state or the off state.
[0034]
In the semiconductor device according to claim 2 , since the semiconductor device of the present invention is applied to the power supply IC further including the voltage detection circuit and / or the constant voltage generation circuit in addition to the thermal shutdown circuit, The operation of the thermal shutdown circuit in the guaranteed temperature region can be stopped, and current consumption in the guaranteed operation temperature region can be reduced for the power supply IC.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment applied to a power supply IC.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a constant voltage generation circuit that constitutes a part of the embodiment;
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a voltage detection circuit constituting a part of the same embodiment;
FIG. 4 is data showing the relationship between a threshold voltage at 25 ° C. and an off-leakage current (Ioff) in a high temperature region for an Nch MOS transistor, the horizontal axis is the threshold voltage (V), and the vertical axis is the off-leakage. Current (A) is shown.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an NPN bipolar transistor as an example of a temperature detection element of a thermal shutdown circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal shutdown circuit 3 Constant voltage generation circuit 5 Voltage detection circuit 7 Logic circuit 9 DC power supply 11 Power supply wiring 13 GND (ground potential)
15 GND wiring 17 Switch NchMOS transistor 19 Input terminal 21 Reference voltage generation circuit 23 Operational amplifier 25 PchMOS transistor 27 for output driver Output terminal 29 Input terminal 31 Output terminals R1, R2 Dividing resistors

Claims (2)

温度を検出し、所定の温度領域以上で装置機能を停止させるサーマルシャットダウン回路を備えた半導体装置において、
前記サーマルシャットダウン回路に電源を供給するための配線にスイッチ用MOSトランジスタを備え
前記スイッチ用MOSトランジスタのしきい値電圧は、半導体装置の動作保証温度領域ではチャネル電流を流さず、かつ、装置機能を停止させたい高温度領域では前記サーマルシャットダウン回路を動作させることができるリーク電流を発生させる値に設定されており、
前記スイッチ用MOSトランジスタは、ゲート電位を接地電位にしたNチャネルMOSトランジスタ、又はゲート電位を電源電位に固定したPチャネルMOSトランジスタにより構成されていることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device with a thermal shutdown circuit that detects the temperature and stops the device function above a predetermined temperature range,
A wiring for supplying power to the thermal shutdown circuit includes a switching MOS transistor ,
The threshold voltage of the switching MOS transistor is a leakage current that does not cause a channel current to flow in the operation guarantee temperature region of the semiconductor device and can operate the thermal shutdown circuit in a high temperature region where the device function is desired to be stopped. Is set to a value that generates
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the switching MOS transistor comprises an N channel MOS transistor having a gate potential set to a ground potential or a P channel MOS transistor having a gate potential fixed to a power supply potential .
前記サーマルシャットダウン回路の他、入力電圧を分割して分割電圧を供給するための分割抵抗、基準電圧を供給するための基準電圧発生回路と前記分割抵抗からの分割電圧、及び前記基準電圧発生回路からの基準電圧を比較するための比較回路を備えた電圧検出回路、もしくは、入力電圧の出力を制御する出力ドライバ、出力電圧を分割して分割電圧を供給するための分割抵抗、基準電圧を供給するための基準電圧発生回路と前記分割抵抗からの分割電圧、及び前記基準電圧発生回路からの基準電圧を比較し、比較結果に応じて前記出力ドライバの動作を制御するための比較回路を備えた定電圧発生回路、又はその両方をさらに備えている請求項に記載の半導体装置。In addition to the thermal shutdown circuit, a divided resistor for dividing the input voltage and supplying a divided voltage, a reference voltage generating circuit for supplying a reference voltage, a divided voltage from the divided resistor, and the reference voltage generating circuit Detection circuit having a comparison circuit for comparing the reference voltages of the output voltage, an output driver for controlling the output of the input voltage, a dividing resistor for dividing the output voltage and supplying the divided voltage, and supplying a reference voltage A reference voltage generating circuit for comparing the divided voltage from the dividing resistor and the reference voltage from the reference voltage generating circuit, and a comparison circuit for controlling the operation of the output driver according to the comparison result. The semiconductor device according to claim 1 , further comprising a voltage generation circuit, or both.
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