JP7794082B2 - Semiconductor Devices - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
例えば、車載用の半導体装置として、特許文献1には、バッテリーの電極が逆に接続(以下、逆接続)された場合に、グランド端子(接地端子)を介して逆方向に流れる電流を遮断するようにしたものが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an in-vehicle semiconductor device that blocks current flowing in the reverse direction through a ground terminal when the battery electrodes are connected in reverse (hereinafter referred to as "reverse connection").
しかしながら、特許文献1の半導体装置では、バッテリーが逆接続された場合に、負荷と接続される端子を介して電流が流れるおそれがある。 However, with the semiconductor device described in Patent Document 1, if the battery is connected in reverse, there is a risk that current will flow through the terminal connected to the load.
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、バッテリーが逆接続された際に流れる電流を遮断することのできる半導体装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems with the conventional technology, and its purpose is to provide a semiconductor device that can cut off the current that flows when a battery is connected in reverse.
前述した課題を解決する本発明の半導体装置は、第1電圧が印加される第1端子と、前記第1電圧よりも低い第2電圧が印加される第2端子と、負荷が接続される第3端子と、前記第1端子にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第3端子にソース電極が接続され、ドレイン電極が前記第1ダイオードのカソードと接続された第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタのオンオフを制御する駆動回路と、前記第2端子にカソードが接続され、アノードが前記駆動回路に接続された第2ダイオードと、前記第3端子と前記第1MOSトランジスタのソース電極とが接続されたノードにカソードが接続され、アノードが前記駆動回路に接続された第3ダイオードと、を備える。 The semiconductor device of the present invention, which solves the above-mentioned problems, comprises a first terminal to which a first voltage is applied, a second terminal to which a second voltage lower than the first voltage is applied, a third terminal to which a load is connected, a first diode having an anode connected to the first terminal, a first MOS transistor having a source electrode connected to the third terminal and a drain electrode connected to the cathode of the first diode, a drive circuit that controls the on/off of the first MOS transistor, a second diode having a cathode connected to the second terminal and an anode connected to the drive circuit, and a third diode having a cathode connected to a node connecting the third terminal and the source electrode of the first MOS transistor and an anode connected to the drive circuit.
本発明によれば、バッテリーが逆接続された際に流れる電流を遮断することのできる半導体装置を提供することができる。 The present invention provides a semiconductor device that can cut off current when a battery is connected in reverse.
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 At least the following points become clear from the description in this specification and the accompanying drawings.
=====本実施形態=====
図1は、本発明の一実施形態であるモータ制御装置10の構成を示す図である。
本実施形態のモータ制御装置10は、バッテリー1からの電力を用いて、自動車に設けられた負荷(ここではモータ12)を制御するための装置である。モータ制御装置10は、マイコン20と、IPS(Intelligent Power Switch)30を含む。また、図示していないが、自動車には、バッテリー1からの電力を用いて、モータ制御装置10を制御する電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)なども設けられている。
== ...
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a motor control device 10 according to an embodiment of the present invention.
The motor control device 10 of this embodiment is a device for controlling a load (here, a motor 12) provided in an automobile using power from a battery 1. The motor control device 10 includes a microcomputer 20 and an IPS (Intelligent Power Switch) 30. Although not shown, the automobile also includes an electronic control unit (ECU) and other components that control the motor control device 10 using power from the battery 1.
バッテリー1は、例えば、自動車用のリチウムイオン電池であり、電圧Vcc(例えば12V)を出力する。なお、電圧Vccは「第1電圧」に相当する。また、バッテリー1の負極側の電圧は、電圧Vccよりも低い電圧Vgnd(例えば0V)であり、「第2電圧」に相当する。 Battery 1 is, for example, a lithium-ion battery for use in an automobile, and outputs a voltage Vcc (e.g., 12 V). Note that voltage Vcc corresponds to the "first voltage." The voltage on the negative electrode of battery 1 is a voltage Vgnd (e.g., 0 V) lower than voltage Vcc, and corresponds to the "second voltage."
マイコン20は、外部(例えばECU)から入力される指示(不図示)に基づいて、IPS30を制御する。具体的には、マイコン20は、後述するIPS30のNMOSトランジスタM1,M2を制御(オンオフを制御)するための指示信号Saを出力する。 The microcomputer 20 controls the IPS 30 based on instructions (not shown) input from the outside (e.g., an ECU). Specifically, the microcomputer 20 outputs an instruction signal Sa for controlling (controlling the on/off of) the NMOS transistors M1 and M2 of the IPS 30, which will be described later.
IPS30は、マイコン20から出力される指示信号Saに基づいて、バッテリー1の電圧Vccを、負荷であるモータ12に供給するか否かを切り替える「半導体装置」である。 IPS 30 is a "semiconductor device" that switches whether or not the battery 1 voltage Vcc is supplied to the motor 12, which is a load, based on an instruction signal Sa output from the microcomputer 20.
また、詳細は後述するが、本実施形態のIPS30は、バッテリー1が逆接続された際に、モータ12やECUを適切保護する。なお、「逆接続」とは、バッテリー1の電極が逆に接続された状態である。具体的には、バッテリー1の正極が、接地側の端子(例えば、端子C,D)に接続され、バッテリー1の負極が、電源側の端子(例えば、端子A)に接続される状態をいう。 Furthermore, as will be described in detail later, the IPS 30 of this embodiment appropriately protects the motor 12 and ECU when the battery 1 is connected in reverse. Note that "reverse connection" refers to a state in which the electrodes of the battery 1 are connected in reverse. Specifically, this refers to a state in which the positive electrode of the battery 1 is connected to the ground terminal (e.g., terminals C and D) and the negative electrode of the battery 1 is connected to the power supply terminal (e.g., terminal A).
<<<IPS30の構成>>>
IPS30は、スイッチX1(後述)が形成されたIC(Integrated Circuit)40と、スイッチX1をオン、オフするための制御を行う制御IC50と、を含んで構成される。なお、IC40は、「第1チップ」に相当し、制御IC50は、「第2チップ」に相当する。
<<<Configuration of IPS30>>>
The IPS 30 includes an IC (Integrated Circuit) 40 in which a switch X1 (described later) is formed, and a control IC 50 that controls the on/off of the switch X1. The IC 40 corresponds to a "first chip," and the control IC 50 corresponds to a "second chip."
また、本実施形態のIPS30は、端子A~Dを有しており、さらに、IC40及び制御IC50を収容可能なパッケージを備えている。これにより、IC40、制御IC50、及び端子A~Dは、IPS30に統合されている(一つの半導体モジュールとして構成されている)。なお、IC40及び制御IC50にも、それぞれ端子が設けられているが、本実施形態では、簡略化のため、IC40及び制御IC50の端子の図示を省略している。 The IPS 30 of this embodiment also has terminals A to D, and is equipped with a package capable of housing the IC 40 and control IC 50. As a result, the IC 40, control IC 50, and terminals A to D are integrated into the IPS 30 (configured as a single semiconductor module). Note that the IC 40 and control IC 50 also have terminals, but in this embodiment, for simplicity, the terminals of the IC 40 and control IC 50 are not shown.
端子Aは、バッテリー1の正極と接続される端子であり、電源電圧(電圧Vcc)が印加される。 Terminal A is connected to the positive electrode of battery 1 and is supplied with the power supply voltage (voltage Vcc).
端子Bは、信号の入力端子であり、本実施形態では、マイコン20から指示信号Saが入力される。 Terminal B is a signal input terminal, and in this embodiment, an instruction signal Sa is input from the microcontroller 20.
端子Cは、バッテリー1の負極と接続される端子であり、接地電圧(電圧Vgnd)が印加される。 Terminal C is connected to the negative electrode of battery 1 and is connected to the ground voltage (voltage Vgnd).
端子Dは、負荷であるモータ12と接続されており、またモータ12を介して、バッテリー1の負極と接続されている。この結果、NMOSトランジスタM1,M2がオフの場合、端子Dは、モータ12のコイル(不図示)を介して接地される。 Terminal D is connected to the motor 12, which serves as a load, and is also connected to the negative pole of battery 1 via motor 12. As a result, when NMOS transistors M1 and M2 are off, terminal D is grounded via the coil (not shown) of motor 12.
なお、本実施形態のIPS30において、端子Aは「第1端子」に相当し、端子Cは「第2端子」に相当し、端子Dは「第3端子」に相当する。 In the IPS 30 of this embodiment, terminal A corresponds to the "first terminal," terminal C corresponds to the "second terminal," and terminal D corresponds to the "third terminal."
<<IC40について>>
IC40は、端子Aに印加される電圧Vccを、端子Dから出力させるか否かを切り替えるためのスイッチ(以下、「スイッチX1」と称する。)を構成する2つのMOSトランジスタを含む集積回路である。本実施形態では、2つのMOSトランジスタは、NMOSトランジスタM1,M2である。
<<About IC40>>
The IC 40 is an integrated circuit including two MOS transistors that constitute a switch (hereinafter referred to as a "switch X1") for switching whether or not the voltage Vcc applied to the terminal A is output from the terminal D. In this embodiment, the two MOS transistors are NMOS transistors M1 and M2.
NMOSトランジスタM1のソース電極は、負荷(ここではモータ12)が接続される端子Dに接続されている。なお、本実施形態において、「接続」とは、電気的に接続することを意味する。例えば、接続を行う配線(ライン)の途中に、素子(抵抗など)や端子が設けられていてもよい。具体的には、IC40には、NMOSトランジスタM1のソース電極と接続された端子(不図示)が設けられており、NMOSトランジスタM1のソース電極は、その端子(IC40の端子)を介して、端子Dに接続されている。 The source electrode of NMOS transistor M1 is connected to terminal D, to which a load (here, motor 12) is connected. In this embodiment, "connection" means electrical connection. For example, an element (such as a resistor) or terminal may be provided along the wiring (line) that makes the connection. Specifically, IC40 is provided with a terminal (not shown) that is connected to the source electrode of NMOS transistor M1, and the source electrode of NMOS transistor M1 is connected to terminal D via that terminal (terminal of IC40).
NMOSトランジスタM1のドレイン電極は、NMOSトランジスタM2のドレイン電極に接続されている。また、NMOSトランジスタM1のソース電極と、ドレイン電極との間には、ボディダイオードとして、ダイオード41(寄生ダイオード)が形成されている。NMOSトランジスタM1のゲート電極には、駆動回路52(後述)から駆動電圧Vcpが印加される。なお、NMOSトランジスタM1は、「第1MOSトランジスタ」に相当する。 The drain electrode of NMOS transistor M1 is connected to the drain electrode of NMOS transistor M2. A diode 41 (parasitic diode) is formed between the source and drain electrodes of NMOS transistor M1 as a body diode. A drive voltage Vcp is applied to the gate electrode of NMOS transistor M1 from drive circuit 52 (described below). NMOS transistor M1 corresponds to the "first MOS transistor."
NMOSトランジスタM2のソース電極は、電源側の電圧Vccが印加される端子Aに接続されている。 The source electrode of NMOS transistor M2 is connected to terminal A, to which the power supply voltage Vcc is applied.
また、NMOSトランジスタM2のソース電極と、ドレイン電極との間には、ボディダイオード(寄生ダイオード)として、ダイオード42が形成されている。そして、NMOSトランジスタM2のゲート電極には、駆動回路52(後述)から駆動電圧Vcpが印加される。なお、NMOSトランジスタM2は、「第3MOSトランジスタ」に相当し、ダイオード42は、「第1ダイオード」に相当する。 In addition, a diode 42 is formed as a body diode (parasitic diode) between the source electrode and drain electrode of NMOS transistor M2. A drive voltage Vcp is applied to the gate electrode of NMOS transistor M2 from drive circuit 52 (described below). Note that NMOS transistor M2 corresponds to the "third MOS transistor," and diode 42 corresponds to the "first diode."
ここで、NMOSトランジスタM1,M2は、互いのドレイン電極が直列に接続され、NMOSトランジスタM1のソース電極は端子Dに接続され、NMOSトランジスタM2のソース電極は端子Aに接続されている。このため、NMOSトランジスタM1,M2がともにオンとなると、端子Aに印加される電圧Vccは、NMOSトランジスタM1,M2を介して、端子Dから出力されることになる。 Here, the drain electrodes of NMOS transistors M1 and M2 are connected in series, the source electrode of NMOS transistor M1 is connected to terminal D, and the source electrode of NMOS transistor M2 is connected to terminal A. Therefore, when NMOS transistors M1 and M2 are both turned on, the voltage Vcc applied to terminal A is output from terminal D via NMOS transistors M1 and M2.
また、ダイオード42のアノードは、端子Aに接続され、ダイオード42のカソードは、ダイオード41のカソードに接続されている。そして、ダイオード41のアノードは、端子Dに接続されている。このため、端子Aと、端子Dとの間に設けられたダイオード41,42は、それぞれのカソードが向かい合って接続されることになる。 The anode of diode 42 is connected to terminal A, and the cathode of diode 42 is connected to the cathode of diode 41. The anode of diode 41 is connected to terminal D. Therefore, the cathodes of diodes 41 and 42, which are provided between terminals A and D, are connected facing each other.
したがって、NMOSトランジスタM1,M2がともにオフの場合、例えば、端子Aに印加される電圧Vccは、ダイオード41で遮断される。一方、例えば、バッテリー1が逆接続され、端子Dに電圧Vccが印加された場合、端子Dの電圧(ここでは電圧Vcc)は、ダイオード42で遮断される。 Therefore, when both NMOS transistors M1 and M2 are off, for example, the voltage Vcc applied to terminal A is blocked by diode 41. On the other hand, when battery 1 is connected in reverse and voltage Vcc is applied to terminal D, for example, the voltage at terminal D (here, voltage Vcc) is blocked by diode 42.
この結果、NMOSトランジスタM1,M2がともにオフの場合、スイッチX1は、モータ12、端子D、端子Aの経路の電流を遮断できる。 As a result, when both NMOS transistors M1 and M2 are off, switch X1 can cut off the current in the path between motor 12, terminal D, and terminal A.
<<制御IC50について>>
制御IC50は、指示信号Saに基づいて、スイッチX1をオンオフする(換言すると、NMOSトランジスタM1,M2のオンオフを制御する)。制御IC50は、電源回路51、駆動回路52、NMOSトランジスタM3、ダイオードD1~D6を含んで構成される。なお、ダイオードD1~D6のうち、ダイオードD1,D2は、制御IC50における寄生ダイオードであるが、ここでは、便宜上図示している。
<<Regarding the Control IC 50>>
The control IC 50 turns the switch X1 on and off (in other words, controls the on and off of the NMOS transistors M1 and M2) based on the instruction signal Sa. The control IC 50 includes a power supply circuit 51, a drive circuit 52, an NMOS transistor M3, and diodes D1 to D6. Of the diodes D1 to D6, the diodes D1 and D2 are parasitic diodes in the control IC 50, but are shown here for convenience.
<電源回路51>
電源回路51は、駆動回路52等の回路を動作させる電源電圧Vddを生成する回路である。電源回路51は、スイッチX1(NMOSトランジスタM1,M2)をオンする場合、電源電圧Vddを生成し、スイッチX1をオフする場合、電源電圧Vddの生成を停止する。
<Power circuit 51>
The power supply circuit 51 is a circuit that generates a power supply voltage Vdd to operate circuits such as the drive circuit 52. The power supply circuit 51 generates the power supply voltage Vdd when the switch X1 (NMOS transistors M1 and M2) is turned on, and stops generating the power supply voltage Vdd when the switch X1 is turned off.
図2は、電源回路51の構成の一例を示す図である。図2に示す電源回路51は、PMOSトランジスタM4、NMOSトランジスタM5,M6、ダイオード60を備えている。 Figure 2 shows an example of the configuration of the power supply circuit 51. The power supply circuit 51 shown in Figure 2 includes a PMOS transistor M4, NMOS transistors M5 and M6, and a diode 60.
PMOSトランジスタM4のソース電極には電圧Vccが印加され、ドレイン電極はNMOSトランジスタM5のドレインと接続されている。また、PMOSトランジスタM4のゲート電極にはマイコン20からの指示信号Saが印加される。なお、PMOSトランジスタM4は、指示信号SaがスイッチX1のオンを指示する信号である場合にオンし、指示信号SaがスイッチX1のオフを指示する信号である場合にオフする。 A voltage Vcc is applied to the source electrode of PMOS transistor M4, and its drain electrode is connected to the drain of NMOS transistor M5. An instruction signal Sa from microcomputer 20 is applied to the gate electrode of PMOS transistor M4. PMOS transistor M4 turns on when instruction signal Sa is a signal instructing switch X1 to turn on, and turns off when instruction signal Sa is a signal instructing switch X1 to turn off.
NMOSトランジスタM5は、電流抑制用に設けられたトランジスタであり、ゲート電極とソース電極とが接続され、常にオンしているデプレッション型のMOSトランジスタである。 NMOS transistor M5 is a transistor provided for current suppression. It is a depletion-type MOS transistor whose gate electrode and source electrode are connected and which is always on.
ダイオード60のカソードはNMOSトランジスタM5のソース電極、及びNMOSトランジスタM6のゲート電極に接続され、アノードは接地されている。なお、ダイオード60は、ツェナーダイオードであり、カソードからアノードにかかる電圧(逆方向電圧)が一定電圧を超えると、電流が流れ始め、NMOSトランジスタM6のゲート電極の電圧をその一定電圧に制御する。 The cathode of diode 60 is connected to the source electrode of NMOS transistor M5 and the gate electrode of NMOS transistor M6, and the anode is grounded. Diode 60 is a Zener diode, and when the voltage (reverse voltage) applied from the cathode to the anode exceeds a certain voltage, current begins to flow, controlling the voltage of the gate electrode of NMOS transistor M6 to that certain voltage.
NMOSトランジスタM6のドレイン電極は、PMOSトランジスタM4のソース電極と接続されており、NMOSトランジスタM6のソース電極の電圧が、電源回路51の出力となる。 The drain electrode of NMOS transistor M6 is connected to the source electrode of PMOS transistor M4, and the voltage at the source electrode of NMOS transistor M6 becomes the output of power supply circuit 51.
以上の構成により、指示信号Saに基づいてPMOSトランジスタM4がオンすると、NMOSトランジスタM6のゲート電極にツェナーダイオードD7で定まる一定電圧が印加される。これにより、NMOSトランジスタM6がオンし、上記一定電圧から閾値電圧だけ下がった電源電圧Vdd(例えば、5V)が生成されて出力される。この電源電圧Vddは、NMOSトランジスタM3のゲートに印加されるとともに、駆動回路52などの回路に供給される。 With the above configuration, when PMOS transistor M4 turns on based on instruction signal Sa, a constant voltage determined by Zener diode D7 is applied to the gate electrode of NMOS transistor M6. This turns on NMOS transistor M6, and a power supply voltage Vdd (e.g., 5 V) that is the threshold voltage lower than the constant voltage is generated and output. This power supply voltage Vdd is applied to the gate of NMOS transistor M3 and is also supplied to circuits such as drive circuit 52.
一方、指示信号Saに基づいてPMOSトランジスタM4がオフすると、NMOSトランジスタM6のゲート電極に電圧が印加されなくなりNMOSトランジスタM6もオフとなる。よって、電源電圧Vddは生成されなくなる。 On the other hand, when PMOS transistor M4 is turned off based on instruction signal Sa, no voltage is applied to the gate electrode of NMOS transistor M6, and NMOS transistor M6 is also turned off. As a result, the power supply voltage Vdd is no longer generated.
なお、電源回路51の構成は、上述したものには限られない。例えば、デプレッション型のNMOSトランジスタM5の代わりに抵抗を用いてもよい。また、例えば、電圧Vccを用いずに、電源電圧Vddを生成する回路であってもよい。 The configuration of the power supply circuit 51 is not limited to that described above. For example, a resistor may be used instead of the depletion-type NMOS transistor M5. Furthermore, for example, the circuit may generate the power supply voltage Vdd without using the voltage Vcc.
<駆動回路52>
駆動回路52は、スイッチX1のオンオフを制御する回路である。駆動回路52は、スイッチX1のオンを指示する指示信号Saが入力されると、NMOSトランジスタM1のゲート電極、及びNMOSトランジスタM2のゲート電極に駆動電圧Vcpを印加する。これによりスイッチX1をオンする。なお、駆動回路70は、電源電圧Vddの供給を受け、基準電位が接地電圧(電圧Vgnd)のチャージポンプ回路であり、電源電圧Vddを昇圧してNMOSトランジスタM1,M2をオンできる駆動電圧Vcpを生成する。チャージポンプ回路の構成や動作については周知であるので、ここでは説明を省略する。なお、図2に示すように、本実施形態の駆動回路52は、駆動回路52を構成する素子として、例えばNMOSトランジスタM100を有している。
<Drive circuit 52>
The drive circuit 52 controls the on/off of the switch X1. When an instruction signal Sa instructing the switch X1 to be on is input, the drive circuit 52 applies a drive voltage Vcp to the gate electrodes of the NMOS transistors M1 and M2, thereby turning on the switch X1. The drive circuit 70 is a charge pump circuit that receives a power supply voltage Vdd and has a ground voltage (voltage Vgnd) as its reference potential. It boosts the power supply voltage Vdd to generate a drive voltage Vcp that can turn on the NMOS transistors M1 and M2. The configuration and operation of charge pump circuits are well known, so a description thereof will be omitted here. As shown in FIG. 2, the drive circuit 52 of this embodiment includes, for example, an NMOS transistor M100 as an element constituting the drive circuit 52.
<ダイオードD1,D2>
ダイオードD1,D2は、制御IC50の半導体基板と、制御IC50内の回路(例えば駆動回路52のNMOSトランジスタM100)に基づいて形成された寄生ダイオードである。
<Diodes D1 and D2>
The diodes D1 and D2 are parasitic diodes formed by the semiconductor substrate of the control IC 50 and the circuitry within the control IC 50 (for example, the NMOS transistor M100 of the drive circuit 52).
図3は、制御IC50が形成された半導体基板200について説明するための図である。 Figure 3 is a diagram illustrating the semiconductor substrate 200 on which the control IC 50 is formed.
なお、図3には、便宜上、制御IC50の回路のうち、ダイオードD1,D2を説明するために必要な一部の構成のみを図示している。具体的には、図3では、端子A,C(D)と、駆動回路52に含まれるNMOSトランジスタM100と、ダイオードD1(D2)を図示している。 For convenience, Figure 3 shows only a portion of the control IC 50 circuitry necessary to explain diodes D1 and D2. Specifically, Figure 3 shows terminals A and C (D), the NMOS transistor M100 included in the drive circuit 52, and diode D1 (D2).
半導体基板200は、例えば、シリコンで形成されたn型の基板であり、おもて側には、端子Aと接続された電源電極214と、NMOSトランジスタM100のゲート電極210、ソース電極211、ドレイン電極212、基板電極213が形成されている。また、ソース電極211と基板電極213は、端子C(D)と接続されている。 The semiconductor substrate 200 is, for example, an n-type substrate made of silicon, and on its front side are formed a power supply electrode 214 connected to terminal A, as well as a gate electrode 210, source electrode 211, drain electrode 212, and substrate electrode 213 of the NMOS transistor M100. The source electrode 211 and substrate electrode 213 are also connected to terminal C (D).
なお、NMOSトランジスタM100の各電極と、電源電極214とは、例えばポリシリコン等の導電材料や金属電極で形成されている。 Note that each electrode of the NMOS transistor M100 and the power supply electrode 214 are formed from a conductive material such as polysilicon or a metal electrode.
半導体基板200の内部には、半導体基板200によって形成される半導体領域220、p型のウェル領域230、p+型のコンタクト領域240、n+型のソース領域250、n+型のドレイン領域251が形成されている。なお、以降、n+型またはp+型と記載した場合、n型またはp型よりもドーピング濃度が高いことを意味するものとする。 The semiconductor substrate 200 contains a semiconductor region 220 formed by the semiconductor substrate 200, a p-type well region 230, a p+ type contact region 240, an n+ type source region 250, and an n+ type drain region 251. Hereinafter, when n+ type or p+ type is used, it means that the doping concentration is higher than that of n type or p type.
半導体領域220内のおもて面側には、ウェル領域230と、コンタクト領域260と、が形成されている。そして、コンタクト領域260のおもて面には、電源電極214が形成されている。 A well region 230 and a contact region 260 are formed on the front surface side of the semiconductor region 220. A power electrode 214 is formed on the front surface of the contact region 260.
ウェル領域230は、p型の不純物を含む領域であり、ウェル領域230内のおもて面側には、コンタクト領域240、ソース領域250、ドレイン領域251が形成されている。 The well region 230 is a region containing p-type impurities, and a contact region 240, a source region 250, and a drain region 251 are formed on the front surface side of the well region 230.
コンタクト領域240には、NMOSトランジスタM100の基板電極213(“Bx”)が形成されている。 The substrate electrode 213 ("Bx") of the NMOS transistor M100 is formed in the contact region 240.
また、ソース領域250には、ソース電極211(“Sx”)が形成され、ドレイン領域251には、ドレイン電極212(“Dx”)が形成されている。ソース領域250と、ドレイン領域251との間のウェル領域230のおもて面側には、ゲート電極210(“Gx”)が形成されている。 In addition, a source electrode 211 ("Sx") is formed in the source region 250, and a drain electrode 212 ("Dx") is formed in the drain region 251. A gate electrode 210 ("Gx") is formed on the front surface side of the well region 230 between the source region 250 and the drain region 251.
そして、本実施形態では、端子Aは、電源電極214、及びコンタクト領域260を介して、半導体領域220に電気的に接続され、基板電極213(“Bx”)も、コンタクト領域240を介して、ウェル領域230に電気的に接続されている。 In this embodiment, terminal A is electrically connected to the semiconductor region 220 via the power electrode 214 and the contact region 260, and the substrate electrode 213 ("Bx") is also electrically connected to the well region 230 via the contact region 240.
このような半導体基板200においては、n型の半導体領域220と、p型のウェル領域230との間には、ダイオードD1(D2)が寄生ダイオードとして形成される。 In such a semiconductor substrate 200, a diode D1 (D2) is formed as a parasitic diode between the n-type semiconductor region 220 and the p-type well region 230.
ここで、仮に、バッテリー1が逆接続されると、端子Aは接地され、端子Cには電圧Vccが印加される(端子Dの場合、モータ12のコイル(不図示)を介して、電圧Vccが印加される)。よって、端子C(D)に電圧Vccが印加され、端子Aが接地されるため、端子C(D)、ダイオードD1(D2)、端子Aの経路で“逆電流”が流れることになる(図5参照)。 If battery 1 is connected in reverse, terminal A will be grounded and voltage Vcc will be applied to terminal C (in the case of terminal D, voltage Vcc will be applied via the coil (not shown) of motor 12). Therefore, voltage Vcc will be applied to terminal C (D) and terminal A will be grounded, causing a "reverse current" to flow through the path from terminal C (D), diode D1 (D2), and terminal A (see Figure 5).
なお、ここでは、寄生のダイオードD1,D2は、半導体基板200のNMOSトランジスタM100に形成されることとして説明したが、これに限られない。例えば、バッテリー1が逆接続され、半導体基板200のp型の領域の電圧が、n型の領域の電圧より高くなる場合に逆電流が流れる。 Note that, although the parasitic diodes D1 and D2 have been described here as being formed in the NMOS transistor M100 of the semiconductor substrate 200, this is not limited to this. For example, if the battery 1 is reverse-connected and the voltage of the p-type region of the semiconductor substrate 200 becomes higher than the voltage of the n-type region, a reverse current will flow.
<ダイオードD3,D4>
図1のダイオードD3は、駆動回路52から端子Cに電流を流すダイオードであり、ダイオードD4は、駆動回路52から端子Dに電流を流すダイオードである。また、後述するように、ダイオードD3,D4は、バッテリー1が逆接続された場合に、それぞれ、端子Cから制御IC50に流れ込む電流、端子Dから制御IC50に流れ込む電流を遮断する。
<Diodes D3 and D4>
1 is a diode that allows current to flow from the drive circuit 52 to terminal C, and diode D4 is a diode that allows current to flow from the drive circuit 52 to terminal D. Furthermore, as will be described later, when the battery 1 is reverse-connected, diodes D3 and D4 block the current that flows from terminal C to the control IC 50 and the current that flows from terminal D to the control IC 50, respectively.
ダイオードD3のアノードは、駆動回路52に接続され、カソードは、端子Cに接続されている。なお、ダイオードD3は、「第2ダイオード」に相当する。 The anode of diode D3 is connected to drive circuit 52, and the cathode is connected to terminal C. Diode D3 corresponds to the "second diode."
ダイオードD4のアノードは、駆動回路52に接続され、カソードは、ノードN1(端子Dと、NMOSトランジスタM1のソース電極とが接続されたノード)に接続されている。なお、ダイオードD4は、「第3ダイオード」に相当する。 The anode of diode D4 is connected to drive circuit 52, and the cathode is connected to node N1 (the node where terminal D and the source electrode of NMOS transistor M1 are connected). Diode D4 corresponds to the "third diode."
本実施形態のダイオードD3,D4は、ポリシリコンで形成されたポリシリコンダイオードである。図4は、ダイオードD3の構成の一例を示す図である。図4ではダイオードD3について示しているが、ダイオードD4も同様の構成である。 In this embodiment, diodes D3 and D4 are polysilicon diodes formed from polysilicon. Figure 4 shows an example of the configuration of diode D3. While Figure 4 shows diode D3, diode D4 has a similar configuration.
図4に示すように、p型の不純物を含むウェル領域280上に、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)の絶縁層281が形成され、その上に、n型ポリシリコン層282と、p型ポリシリコン層283がそれぞれ選択的に設けられている。さらに、その上には、層間絶縁膜284が形成され、層間絶縁膜284には、n型ポリシリコン層282及びp型ポリシリコン層283の上部に、開口部が形成されている。そして、n型ポリシリコン層282と、p型ポリシリコン層283が接触して、ダイオードD3が形成されている。また、符号285は、導電性の配線層である。なお、ダイオードD3,D4の構成は上述したものには限定されない。例えば、トレンチ型でもよい。 As shown in FIG. 4 , an insulating layer 281, such as a silicon oxide (SiO 2 ) film, is formed on a well region 280 containing p-type impurities. An n-type polysilicon layer 282 and a p-type polysilicon layer 283 are selectively formed thereon. An interlayer insulating film 284 is further formed thereon, and openings are formed in the interlayer insulating film 284 above the n-type polysilicon layer 282 and the p-type polysilicon layer 283. The n-type polysilicon layer 282 and the p-type polysilicon layer 283 are in contact with each other to form a diode D3. Reference numeral 285 denotes a conductive wiring layer. The configuration of diodes D3 and D4 is not limited to the above. For example, a trench type may be used.
半導体基板の拡散層で形成されたダイオードは、寄生などにより意図しない動作をする(電流が流れる)おそれがあるのに対し、ポリシリコンで形成されたダイオードD3、D4は、意図しない経路で電流が流れることを防ぐことができ、信頼性が高い。特に、端子Dに誘導性の負荷が接続されると、端子Dの電圧が大きく変化することがある。このような場合であっても、ダイオードD4は、より確実に逆電流を遮断することができる。 Diodes formed from the diffusion layer of a semiconductor substrate may operate unintendedly (allowing current to flow) due to parasitics, etc., whereas diodes D3 and D4 formed from polysilicon are highly reliable and can prevent current from flowing through unintended paths. In particular, when an inductive load is connected to terminal D, the voltage at terminal D can change significantly. Even in such cases, diode D4 can more reliably block reverse current.
また、ダイオードD3の順方向電圧は、後述するNMOSトランジスタM3のボディダイオード(ダイオードD5)の順方向電圧よりも小さい(低い)ことが望ましい。これにより、静電気やサージ電圧がNMOSトランジスタM3のゲートに印加されることによるNMOSトランジスタM3の静電破壊を防止することができる(ESD対策ができる)。 Furthermore, it is desirable that the forward voltage of diode D3 be smaller (lower) than the forward voltage of the body diode (diode D5) of NMOS transistor M3, which will be described later. This prevents electrostatic damage to NMOS transistor M3 caused by static electricity or surge voltages being applied to the gate of NMOS transistor M3 (ESD protection).
<NMOSトランジスタM3>
NMOSトランジスタM3は、ダイオードD3と並列になるように設けられており、ドレイン電極が端子Cに接続され、ソース電極が駆動回路52に接続されている。また、ゲート電極には、前述したように電源回路51の出力(電源電圧Vdd)が印加される。
<NMOS transistor M3>
The NMOS transistor M3 is arranged in parallel with the diode D3, with its drain electrode connected to the terminal C and its source electrode connected to the drive circuit 52. As described above, the output (power supply voltage Vdd) of the power supply circuit 51 is applied to its gate electrode.
そして、NMOSトランジスタM3は、スイッチX1がオンの場合、ゲート電極に電源電圧Vddが印加されることにより、ゲート-ドレイン間に電圧がかかりオンする。また、NMOSトランジスタM3は、スイッチX1がオフの場合、ゲート電極に電源電圧Vddが印加されないためオフする。なお、NMOSトランジスタM3は、「第2MOSトランジスタ」に相当する。 When switch X1 is on, NMOS transistor M3 is turned on by applying power supply voltage Vdd to its gate electrode, resulting in a voltage being applied between its gate and drain. When switch X1 is off, NMOS transistor M3 is turned off because power supply voltage Vdd is not applied to its gate electrode. NMOS transistor M3 corresponds to the "second MOS transistor."
また、NMOSトランジスタM3には、ボディダイオード(寄生ダイオード)として、ダイオードD5が形成されている。なお、ダイオードD5は、「第2ダイオード」に相当する。本実施形態では、NMOSトランジスタM3とダイオードD3を並列に設けているが、NMOSトランジスタM3のダイオードD5(ボディダイオード)で逆電流を遮断できれば、ダイオードD3は無くても良い。 In addition, diode D5 is formed as a body diode (parasitic diode) in NMOS transistor M3. Diode D5 corresponds to the "second diode." In this embodiment, NMOS transistor M3 and diode D3 are connected in parallel, but if diode D5 (body diode) of NMOS transistor M3 can block reverse current, diode D3 may be unnecessary.
また、NMOSトランジスタM3のゲート電極とドレイン電極の間には、ゲート保護用のダイオードD6が設けられている。ダイオードD6のアノードは、NMOSトランジスタM3のドレイン電極と接続され、カソードは、NMOSトランジスタM3のゲート電極と接続されている。ダイオードD6は、ツェナーダイオードであり、NMOSトランジスタM3のゲート電極とソース電極の間を所定電圧でクランプする。なお、ダイオードD6は、無くてもよい。 In addition, a gate protection diode D6 is provided between the gate electrode and drain electrode of NMOS transistor M3. The anode of diode D6 is connected to the drain electrode of NMOS transistor M3, and the cathode is connected to the gate electrode of NMOS transistor M3. Diode D6 is a Zener diode that clamps the voltage between the gate electrode and source electrode of NMOS transistor M3 at a predetermined voltage. Note that diode D6 is not necessarily required.
<<<バッテリー1が正常に接続された場合>>>
バッテリー1が、図1に示すように正常に接続されると、端子Aには電圧Vccが印加され、端子Cには電圧Vgndが印加(接地)される。また、端子Dは、モータ12のコイル(不図示)を介して接地される。
<<<<When Battery 1 is connected normally>>>
When the battery 1 is properly connected as shown in Figure 1, a voltage Vcc is applied to terminal A, and a voltage Vgnd (ground) is applied to terminal C. Terminal D is also grounded via the coil (not shown) of the motor 12.
指示信号SaがスイッチX1のオンを指示する信号である場合、電源回路51で電源電圧Vddが生成され、また電源電圧Vddに基づいて駆動回路52が動作して駆動電圧Vcpを出力する。そして、スイッチX1(NMOSトランジスタM1,M2)がオンとなることで、バッテリー1の電圧Vccに基づく電流が端子A、Dを介してモータ12に供給される。また、電源回路51で生成された電源電圧VddがNMOSトランジスタM3のゲート電極に印加され、NMOSトランジスタM3がオンする。 When instruction signal Sa is a signal instructing switch X1 to be on, power supply circuit 51 generates power supply voltage Vdd, and drive circuit 52 operates based on power supply voltage Vdd to output drive voltage Vcp. When switch X1 (NMOS transistors M1 and M2) is turned on, a current based on battery 1 voltage Vcc is supplied to motor 12 via terminals A and D. Furthermore, power supply voltage Vdd generated by power supply circuit 51 is applied to the gate electrode of NMOS transistor M3, turning NMOS transistor M3 on.
一方、指示信号SaがスイッチX1のオフを指示する信号である場合、電源回路51において、PMOSトランジスタM4、NMOSトランジスタM6がオフとなり、電源電圧Vddが生成されなくなる。これにより、駆動回路52の動作が停止し、スイッチX1(NMOSトランジスタM1,M2)がオフになる。スイッチXがオフになることによって、バッテリー1の電圧Vccに基づく電流はモータ12に供給されなくなる(モータ12は停止する)。また、電源回路51において、電源電圧Vddが生成されないため、NMOSトランジスタM3もオフとなる。 On the other hand, if the instruction signal Sa is a signal instructing switch X1 to be turned off, PMOS transistor M4 and NMOS transistor M6 are turned off in the power supply circuit 51, and the power supply voltage Vdd is no longer generated. This stops the operation of the drive circuit 52, and switch X1 (NMOS transistors M1 and M2) is turned off. With switch X turned off, current based on the battery 1 voltage Vcc is no longer supplied to the motor 12 (motor 12 stops). Furthermore, since the power supply voltage Vdd is no longer generated in the power supply circuit 51, NMOS transistor M3 is also turned off.
<<<バッテリー1が逆接続された場合>>>
以下、バッテリー1が逆接続された場合について説明する。本実施形態について説明する前に、まず比較例について説明する。
<<<<When Battery 1 is connected in reverse>>>
A case where the battery 1 is reversely connected will be described below. Before describing this embodiment, a comparative example will be described first.
<<比較例>>
図5は、比較例において、バッテリー1が逆接続された場合の説明図である。図6Aは、比較例のモータ制御装置10AおよびECU300の説明図であり、図6Bは、比較例における逆電流の遮断についての説明図である。なお、比較例において、本実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。
<<Comparative Example>>
Fig. 5 is an explanatory diagram of a comparative example in which the battery 1 is reversely connected. Fig. 6A is an explanatory diagram of a motor control device 10A and an ECU 300 of the comparative example, and Fig. 6B is an explanatory diagram of reverse current interruption in the comparative example. In the comparative example, parts having the same configuration as in this embodiment are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
比較例のモータ制御装置10Aは、IPS30Aを備えており。IPS30Aは、制御IC50AとIC40を備えている。 The motor control device 10A of the comparative example is equipped with an IPS 30A. The IPS 30A is equipped with a control IC 50A and an IC 40.
制御IC50Aは、ダイオードD3~D6及びNMOSトランジスタM3が設けられていない点が、本実施形態の制御IC50と異なっている。また、制御IC50Aには、駆動回路52と端子Cとの間に抵抗RGが設けられている。抵抗RGは、電流抑制用の抵抗である。 Control IC 50A differs from control IC 50 of this embodiment in that it does not include diodes D3 to D6 and NMOS transistor M3. Control IC 50A also includes resistor RG between drive circuit 52 and terminal C. Resistor RG is a current suppression resistor.
また、図6Aに示すように、バッテリー1の正極とモータ制御装置10Aとの間には、モータ制御装置10Aの動作を制御するECU300が設けられている。 Also, as shown in FIG. 6A, an ECU 300 that controls the operation of the motor control device 10A is provided between the positive terminal of the battery 1 and the motor control device 10A.
図5、図6Bに示すように、比較例において、バッテリー1が逆接続されると、端子C,D側に電圧Vccが印加され、端子Aは接地される。これにより、一点鎖線で示す経路の電流が流れるおそれがある。このうち、バッテリー1→モータ12→端子D→スイッチX1→端子Aの経路の電流は、ダイオード42で遮断することができる。 As shown in Figures 5 and 6B, in the comparative example, when battery 1 is connected in reverse, voltage Vcc is applied to terminals C and D, and terminal A is grounded. This could result in current flowing along the path shown by the dashed dotted line. Of these, the current along the path battery 1 → motor 12 → terminal D → switch X1 → terminal A can be blocked by diode 42.
しかしながら、比較例の場合、バッテリー1→端子C→抵抗RG→ダイオードD1→端子Aの経路、及び、バッテリー1→モータ12→端子D→ノードN1→ダイオードD2→端子Aの経路で逆電流が流れる。このため比較例では、図6A,6Bに示すように、ECU300に保護回路301を設けている。 However, in the comparative example, reverse current flows through the path battery 1 → terminal C → resistor RG → diode D1 → terminal A, and the path battery 1 → motor 12 → terminal D → node N1 → diode D2 → terminal A. For this reason, in the comparative example, a protection circuit 301 is provided in the ECU 300, as shown in Figures 6A and 6B.
保護回路301は、例えば、リレーやヒューズで構成されており、逆方向に電流が流れる場合、その電流(逆電流)を遮断する。なお、この例では、ECU300内に保護回路301設けているが、これには限られず、例えば、ECU300とモータ制御装置10Aの間に保護回路301を設けてもよい。このように比較例の場合、ECU300を保護する保護回路301(リレーやヒューズ等)を別途設ける必要がある。 Protection circuit 301 is composed of, for example, a relay or fuse, and cuts off the current (reverse current) when a current flows in the reverse direction. Note that in this example, protection circuit 301 is provided within ECU 300, but this is not limited to this; for example, protection circuit 301 may be provided between ECU 300 and motor control device 10A. In this comparative example, it is thus necessary to provide a separate protection circuit 301 (relay, fuse, etc.) to protect ECU 300.
<<本実施形態>>
図7は、本実施形態においてバッテリー1が逆接続された場合の説明図である。なお、図では、モータ制御装置10のうちIPS30のみを示しており、また、比較例と同様にバッテリー1の正極からの電流経路を一点鎖線で示している。
<<Present Embodiment>>
7 is an explanatory diagram of the case where the battery 1 is reverse-connected in this embodiment. Note that the figure only shows the IPS 30 of the motor control device 10, and the current path from the positive electrode of the battery 1 is indicated by a dashed line, as in the comparative example.
図7に示すように、バッテリー1が逆接続されると、端子C,D側に電圧Vccが印加され、端子Aは接地される。ここで、バッテリー1→モータ12→端子D→スイッチX1→端子Aの経路の電流は、比較例と同様に、ダイオード42で遮断することができる。 As shown in Figure 7, when battery 1 is reverse-connected, voltage Vcc is applied to terminals C and D, and terminal A is grounded. Here, the current in the path from battery 1 → motor 12 → terminal D → switch X1 → terminal A can be blocked by diode 42, just like in the comparative example.
また、本実施形態では、バッテリー1→端子C→ダイオードD1→端子Aの経路の電流は、ダイオードD3及びダイオードD5(NMOSトランジスタM3のボディダイオード)で遮断することができる。 Furthermore, in this embodiment, the current in the path from battery 1 → terminal C → diode D1 → terminal A can be blocked by diode D3 and diode D5 (the body diode of NMOS transistor M3).
また、バッテリー1→モータ12→端子D→ノードN1→ダイオードD2→端子Aの経路の電流は、ダイオードD4で遮断することができる。 In addition, the current flowing through the path Battery 1 → Motor 12 → Terminal D → Node N1 → Diode D2 → Terminal A can be blocked by Diode D4.
このように、本実施形態のモータ制御装置10(IPS30)は、バッテリー1が逆接続された場合に、端子C及び端子Dを介して制御IC50に流れ込む電流(逆電流)を遮断することができる。よって、比較例のような保護回路301を設けなくても、ECUなどを逆電流から保護することができる。 In this way, the motor control device 10 (IPS30) of this embodiment can block the current (reverse current) flowing into the control IC 50 via terminals C and D when the battery 1 is connected in reverse. Therefore, it is possible to protect the ECU and other devices from reverse current without providing a protection circuit 301 as in the comparative example.
===まとめ===
以上、本実施形態のIPS30を備えたモータ制御装置10について説明した。IPS30は、電圧Vccが印加される端子Aと、電圧Vccよりも低い電圧Vgndが印加される端子Cと、モータ12が接続される端子Dを備えている。また、端子Aにアノードが接続されたダイオード42と、端子Dにソース電極が接続され、ドレイン電極がダイオード42のカソードと接続されたNMOSトランジスタM1と、NMOSトランジスタM1のオンオフを制御する駆動回路52と、端子Cにカソードが接続され、アノードが駆動回路52に接続されたダイオード(ダイオードD3,D5)と、端子DとNMOSトランジスタM1のソース電極とが接続されたノードN1にカソードが接続され、アノードが駆動回路52に接続されたダイオードD4とを備えている。これにより、バッテリー1が逆接続された場合に、端子C、Dを介して制御IC50に流れ込む電流(逆電流)を遮断することができる。よって、比較例のような保護回路301(ヒューズ、リレー等)を設けなくてもよい。
===Summary===
The motor control device 10 including the IPS 30 of this embodiment has been described above. The IPS 30 includes a terminal A to which a voltage Vcc is applied, a terminal C to which a voltage Vgnd lower than the voltage Vcc is applied, and a terminal D to which the motor 12 is connected. The IPS 30 also includes a diode 42 having an anode connected to terminal A, an NMOS transistor M1 having a source electrode connected to terminal D and a drain electrode connected to the cathode of the diode 42, a drive circuit 52 that controls the on/off of the NMOS transistor M1, diodes D3 and D5 having a cathode connected to terminal C and an anode connected to the drive circuit 52, and a diode D4 having a cathode connected to a node N1 at which terminal D and the source electrode of the NMOS transistor M1 are connected and an anode connected to the drive circuit 52. This allows current (reverse current) flowing into the control IC 50 via terminals C and D to be blocked if the battery 1 is reverse-connected. Therefore, a protection circuit 301 (e.g., a fuse or relay) as in the comparative example is not required.
また、IPS30は、ドレイン電極が端子Cに接続され、ソース電極が駆動回路52に接続されたNMOSトランジスタM3を備えており、ダイオードD5は、NMOSトランジスタM3のボディダイオードである。これにより、バッテリー1が逆接続された場合に、ダイオードD5によって、端子Cから流れ込む電流(逆電流)を遮断することができる。 The IPS 30 also includes an NMOS transistor M3 whose drain electrode is connected to terminal C and whose source electrode is connected to the drive circuit 52, and diode D5 is the body diode of the NMOS transistor M3. As a result, if the battery 1 is reverse-connected, diode D5 can block the current (reverse current) flowing from terminal C.
また、NMOSトランジスタM3は、ダイオードD3と並列になるよう設けられている。これにより、バッテリー1が逆接続された場合に、ダイオードD3によって、端子Cから流れ込む電流(逆電流)を遮断することができる。 In addition, NMOS transistor M3 is arranged in parallel with diode D3. This allows diode D3 to block the current (reverse current) flowing from terminal C if battery 1 is connected in reverse.
また、ダイオードD3はポリシリコンで形成されている。これにより、意図しない経路で電流が流れることを防ぐことができ、信頼性を高めることができる。 In addition, diode D3 is made of polysilicon, which prevents current from flowing through unintended paths and improves reliability.
また、ダイオードD3の順方向電圧は、NMOSトランジスタM3のボディダイオード(ダイオードD5)の順方向電圧よりも小さい。これにより、NMOSトランジスタM3のESD対策ができる。 In addition, the forward voltage of diode D3 is smaller than the forward voltage of the body diode (diode D5) of NMOS transistor M3. This provides ESD protection for NMOS transistor M3.
また、IPS30は、NMOSトランジスタM1をオンする場合、駆動回路52を動作させる電源電圧Vddを生成し、NMOSトランジスタM1をオフする場合、電源電圧Vddの生成を停止する電源回路51を備えている。そして、NMOSトランジスタM3は、電源電圧Vddに基づいてオンする。これにより、NMOSトランジスタM1をオフする場合には、NMOSトランジスタM3もオフになるので、常にオンの場合と比べて、消費電力の低減を図ることができる。 The IPS 30 also includes a power supply circuit 51 that generates a power supply voltage Vdd to operate the drive circuit 52 when the NMOS transistor M1 is turned on, and stops generating the power supply voltage Vdd when the NMOS transistor M1 is turned off. The NMOS transistor M3 is then turned on based on the power supply voltage Vdd. As a result, when the NMOS transistor M1 is turned off, the NMOS transistor M3 is also turned off, thereby reducing power consumption compared to when the NMOS transistor M1 is always on.
また、ダイオードD4はポリシリコンで形成されている。これにより、意図しない経路で電流が流れることを防ぐことができる。また、端子Dに誘導性の負荷が接続された場合にも、有効である。 Diode D4 is also made of polysilicon, which prevents current from flowing through unintended paths. This is also effective when an inductive load is connected to terminal D.
また、IPS30は、ソース電極が端子Aに接続され、ドレイン電極がNMOSトランジスタM1のドレイン電極に接続されたNMOSトランジスタM2を備えており、ダイオード42は、NMOSトランジスタM2のボディダイオードである。これにより、NMOSトランジスタM2のボディダイオード(ダイオード42)を、逆電流を遮断するダイオードとして有効的に用いることができる。 The IPS 30 also includes an NMOS transistor M2 whose source electrode is connected to terminal A and whose drain electrode is connected to the drain electrode of the NMOS transistor M1, and the diode 42 is the body diode of the NMOS transistor M2. This allows the body diode of the NMOS transistor M2 (diode 42) to be effectively used as a diode that blocks reverse current.
また、IPS30は、NMOSトランジスタM1,M2を含むIC40と、駆動回路52、ダイオードD3(D5),D4を含む制御IC50と、を有する。これにより、IC40と制御ICを介して流れる逆電流を遮断できる。また、逆電流を遮断する回路を複数の部品で形成した場合と比べて、小型化が可能である。 The IPS 30 also includes an IC 40 that includes NMOS transistors M1 and M2, and a control IC 50 that includes a drive circuit 52 and diodes D3 (D5) and D4. This allows reverse current flowing through the IC 40 and the control IC to be blocked. Furthermore, the IPS 30 can be made smaller than when the circuit for blocking reverse current is made up of multiple components.
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。 The above embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. Furthermore, the present invention may be modified or improved without departing from its spirit, and it goes without saying that the present invention includes equivalents thereof.
例えば、NMOSトランジスタM2は無くてもよく、代わりにダイオード42のみを備えてもよい。この場合、電圧Vccのモータ12への供給並びに停止は、NMOSトランジスタM1のオンオフによってのみ成され、バッテリー1の逆接続時の電流の遮断はダイオード42によって行われる。ただし、この場合、NMOSトランジスタM1のオン時のダイオード42の電圧降下ならびに損失による発熱は、NMOSトランジスタM2を用いた場合に比べて大きくなる。 For example, NMOS transistor M2 may be omitted, and instead only diode 42 may be provided. In this case, the supply and stop of voltage Vcc to motor 12 is achieved solely by turning NMOS transistor M1 on and off, and diode 42 cuts off current when battery 1 is reverse-connected. However, in this case, the heat generated by the voltage drop and loss in diode 42 when NMOS transistor M1 is on will be greater than when NMOS transistor M2 is used.
また、前述の実施形態のNMOSトランジスタM3は、指示信号Saが、スイッチX1(NMOSトランジスタM1,M2)のオンを指示する信号である場合に(すなわちスイッチX1と連動して)、オンするように構成されていたが、これには限られない。例えば、電圧Vccが端子Aに印加されることで(指示信号Saには関係なく)、常にオンであってよい。但し、本実施形態のように指示信号Saに応じてオンオフするようにすると、前述したように、消費電力の低減を図ることができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, NMOS transistor M3 was configured to turn on when instruction signal Sa is a signal instructing switch X1 (NMOS transistors M1 and M2) to be on (i.e., in conjunction with switch X1), but this is not limited to this. For example, it may be always on (regardless of instruction signal Sa) when voltage Vcc is applied to terminal A. However, if it is turned on and off in response to instruction signal Sa, as in this embodiment, power consumption can be reduced, as described above.
また、前述の実施形態では、便宜上、ダイオードD3,D4を、それぞれ、一つのダイオードで構成していたが、バッテリー1の電圧Vccの大きさに応じて、複数(例えば3つ)のダイオードを直列接続して構成してもよい。これにより、バッテリー1が逆接続された際に、ダイオードがブレークダウンしないようにすることができ、逆電流をより確実に防止できる。 In addition, in the above-described embodiment, for convenience, diodes D3 and D4 were each configured as a single diode, but they may also be configured as multiple (e.g., three) diodes connected in series depending on the magnitude of battery 1 voltage Vcc. This prevents the diodes from breaking down when battery 1 is reverse-connected, and more reliably prevents reverse current.
また、前述の実施形態のIPS30では、電圧Vccの印加される端子が一つ(端子A)であったが、これには限られない。 Furthermore, in the IPS 30 of the above-described embodiment, there is one terminal (terminal A) to which voltage Vcc is applied, but this is not limited to this.
図8は、IPS30の変形例(IPS31)の説明図である。この変形例において、前述の実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し、説明を省略する。 Figure 8 is an explanatory diagram of a modified version of IPS30 (IPS31). In this modified version, parts with the same configuration as the previously described embodiment are designated by the same reference numerals, and their description will be omitted.
IPS30は、電圧Vccが印加される端子として、端子A1と、端子A2が設けられている。なお、端子A1は、IC40に接続されており、端子A2は、制御IC50に接続されている。このように、IC40側と制御IC50側のそれぞれに、電圧Vccの印加される端子を設けてもよい。なお、この場合、端子A1及び端子A2が「第1端子」に相当する。 IPS 30 has terminals A1 and A2 as terminals to which voltage Vcc is applied. Terminal A1 is connected to IC 40, and terminal A2 is connected to control IC 50. In this way, terminals to which voltage Vcc is applied may be provided on both the IC 40 side and the control IC 50 side. In this case, terminals A1 and A2 correspond to "first terminals."
1 バッテリー
10 モータ制御装置
12 モータ
20 マイコン
30 IPS
40 IC
41,42 ダイオード
50 制御IC
51 電源回路
52 駆動回路
60 ダイオード
D1~D6 ダイオード
M1,M2,M3,M5,M6 NMOSトランジスタ
M4 PMOSトランジスタ
A,B,C,D 端子
1 Battery 10 Motor control device 12 Motor 20 Microcomputer 30 IPS
40 IC
41, 42 Diode 50 Control IC
51 Power supply circuit 52 Drive circuit 60 Diodes D1 to D6 Diodes M1, M2, M3, M5, M6 NMOS transistor M4 PMOS transistors A, B, C, D Terminals
Claims (9)
前記第1電圧よりも低い第2電圧が印加される第2端子と、
負荷が接続される第3端子と、
前記第1端子にアノードが接続された第1ダイオードと、
前記第3端子にソース電極が接続され、ドレイン電極が前記第1ダイオードのカソードと接続された第1MOSトランジスタと、
前記第1MOSトランジスタのオンオフを制御する駆動回路と、
前記第2端子にカソードが接続され、アノードが前記駆動回路に接続された第2ダイオードと、
前記第3端子と前記第1MOSトランジスタのソース電極とが接続されたノードにカソードが接続され、アノードが前記駆動回路に接続された第3ダイオードと、
を備える半導体装置。 a first terminal to which a first voltage is applied;
a second terminal to which a second voltage lower than the first voltage is applied;
a third terminal to which a load is connected;
a first diode having an anode connected to the first terminal;
a first MOS transistor having a source electrode connected to the third terminal and a drain electrode connected to the cathode of the first diode;
a drive circuit for controlling the on/off of the first MOS transistor;
a second diode having a cathode connected to the second terminal and an anode connected to the drive circuit;
a third diode having a cathode connected to a node where the third terminal and the source electrode of the first MOS transistor are connected and an anode connected to the drive circuit;
A semiconductor device comprising:
前記第2端子にドレイン電極が接続され、ソース電極が前記駆動回路に接続された第2MOSトランジスタを備え、
前記第2ダイオードは、前記第2MOSトランジスタのボディダイオードである、
半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1,
a second MOS transistor having a drain electrode connected to the second terminal and a source electrode connected to the drive circuit;
the second diode is a body diode of the second MOS transistor;
Semiconductor device.
前記第2ダイオードと並列になるよう、ドレイン電極が前記第2端子に接続され、ソース電極が前記駆動回路に接続された第2MOSトランジスタを備える、
半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1,
a second MOS transistor having a drain electrode connected to the second terminal and a source electrode connected to the drive circuit so as to be in parallel with the second diode;
Semiconductor device.
前記第2ダイオードは、ポリシリコンで形成されている、
半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3,
the second diode is formed of polysilicon;
Semiconductor device.
前記第2ダイオードの順方向電圧は、前記第2MOSトランジスタのボディダイオードの順方向電圧よりも小さい、
半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3,
a forward voltage of the second diode is smaller than a forward voltage of a body diode of the second MOS transistor;
Semiconductor device.
前記第1MOSトランジスタをオンする場合、前記駆動回路を動作させる電源電圧を生成し、
前記第1MOSトランジスタをオフする場合、前記電源電圧の生成を停止する電源回路を備え、
前記第2MOSトランジスタは、前記電源電圧に基づいてオンする、
半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3,
When the first MOS transistor is turned on, a power supply voltage for operating the drive circuit is generated;
a power supply circuit that stops generating the power supply voltage when the first MOS transistor is turned off;
The second MOS transistor is turned on based on the power supply voltage.
Semiconductor device.
前記第3ダイオードはポリシリコンで形成されている、
半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1,
the third diode is formed of polysilicon;
Semiconductor device.
ソース電極が前記第1端子に接続され、ドレイン電極が前記第1MOSトランジスタのドレイン電極に接続された第3MOSトランジスタを備え、
前記第1ダイオードは、前記第3MOSトランジスタのボディダイオードである、
半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7,
a third MOS transistor having a source electrode connected to the first terminal and a drain electrode connected to the drain electrode of the first MOS transistor;
the first diode is a body diode of the third MOS transistor;
Semiconductor device.
前記第1MOSトランジスタ及び前記第3MOSトランジスタを含む第1チップと、
前記駆動回路、前記第2ダイオード、及び前記第3ダイオードを含む第2チップと、
を有する、
半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8,
a first chip including the first MOS transistor and the third MOS transistor;
a second chip including the driving circuit, the second diode, and the third diode;
having
Semiconductor device.
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