JP7794082B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に関する。

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。

特開２００２－９５１５９号公報

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。

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。

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。

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。

モータ制御装置１０の構成を示す図である。 電源回路５１の構成を示す図である。 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。 ダイオードＤ３の構成を示す図である。 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。 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。 ＩＰＳ３０の変形例（ＩＰＳ３１）の説明図である。

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。

＝＝＝＝＝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。

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。

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。

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。

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。

＜＜＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜＜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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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（ＳｉＯ_２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。

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。

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）。

＜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。

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。

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。

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。

＜＜＜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。

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。

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。

＜＜＜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。

＜＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜＜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。

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。

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。

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。

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。

＝＝＝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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (9)

1. 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、
   を備える半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   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。
3. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   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。
4. 請求項３に記載の半導体装置であって、
   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。
5. 請求項３に記載の半導体装置であって、
   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。
6. 請求項３に記載の半導体装置であって、
   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。
7. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   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。
8. 請求項１～７の何れかに記載の半導体装置であって、
   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。
9. 請求項８に記載の半導体装置であって、
   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。