專利名稱：具有過熱保護電路的半導體裝置及使用該裝置的電子電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有功率半導體元件的半導體裝置及使用該半導體裝置的電子電路，特別涉及具有過電流保護功能的半導體裝置。本發(fā)明的半導體裝置作為具有功率半導體元件的半導體裝置，在必須要對元件進行過熱保護時特別有用。
背景技術：
作為具有功率半導體元件的半導體裝置的現(xiàn)有技術，例如在特開昭63-229757號公報中公開了一種具有過熱保護功能的結構。圖6是用來說明在特開昭63-229757號公報中公開的現(xiàn)有技術的半導體裝置的電路結構圖。
由功率MOSFET構成的功率半導體元件11是控制從電源13(電壓Vdd)向負載12(電阻RL)供給電力的元件。而且，為了保護這樣的功率半導體元件11，在形成該功率半導體元件11的同一塊半導體襯底上形成過電流保護部14和溫度保護部15。
上述過電流保護部14具有由功率MOSFET構成的晶體管141。該晶體管141由功率MOSFET構成，該功率MOSFET具有下述結構對于構成上述功率半導體元件11的功率MOSFET的區(qū)域中的僅僅1/100～1/3000的區(qū)域，只使源極從功率半導體元件11分離，其余的部分和功率半導體元件11共用。即，輸入到驅動信號輸入端子的電壓Vin經(jīng)電阻R11，作為A點的電位Va共同供給構成上述功率半導體元件11和晶體管141的功率MOSFET的柵極。此外，上述功率半導體元件11和晶體管141的漏極共同連接在負載12上。
而且，該晶體管141的源極經(jīng)電阻R12接地。此外，作為晶體管141的柵極的A點與晶體管142的漏極連接。該晶體管142受作為上述電阻R12的端子電壓的B點的電位Vb控制。因此，當功率半導體元件11有過電流流過時，與過電流成比例的電流流過晶體管141，因此，當B點的電位增大時，晶體管142導通，A點的電位下降。結果，限制了流過功率半導體元件11的電流。
上述溫度保護部15具有經(jīng)電阻R13供給上述輸入電壓Vin的溫度檢測元件151，該溫度檢測元件151經(jīng)電阻R14接地。溫度檢測元件151由多個多晶硅二極管的串聯(lián)電路構成。
而且，上述溫度檢測元件151和電阻R14的串聯(lián)電路與齊納二極管152并聯(lián)連接，對上述溫度檢測元件151和電阻R14的串聯(lián)電路施加恒定電壓。
此外，該溫度保護部15設有晶體管153，該晶體管153連接在上述A點和接地點之間，其柵極與上述溫度檢測元件151和電阻R14的連接點C連接。
這里，說明上述溫度保護部15的動作。當功率半導體元件11發(fā)熱，半導體襯底的溫度上升時，溫度檢測元件151檢測該溫度上升。具體地說，當半導體襯底的溫度上升時，溫度檢測元件151的端電壓減小，C點的電位Vc也隨之上升。而且，當半導體襯底的溫度上升到特定溫度以上，電位Vc上升到晶體管153的閾值電壓以上時，該晶體管153上形成溝道，晶體管153導通。結果，A點的電位Va下降。因此，功率半導體元件11截止，可以保護功率半導體元件11使其免受熱破壞。
上述功率半導體裝置一般由系統(tǒng)LSI或微機驅動。近年來，為了減小功耗，系統(tǒng)LSI或微機的電源電壓都使用5V到3V以下的低電壓。
在以往的過熱保護電路中，在過熱保護時，不能在從3V以下到5V以上的很寬的電壓范圍內使其保持在一定值，所以很難得到足夠的可靠性。
其理由如下為了使過熱保護動作對應于溫度檢測元件151的端電壓而正常動作，必須對溫度檢測元件151和電阻R4的串連電路施加恒定電壓，使C點的電位Vc在規(guī)定的溫度下為某一設定值。
但是，決定該串聯(lián)電路的電壓的齊納二極管152的齊納電壓在制造時固定為一定的值。當將齊納電壓設定在輸入電壓的上限時，若向驅動信號輸入端子輸入比齊納電壓低得多的電壓，則齊納二極管152的端電壓隨輸入電壓而下降。
因此，對溫度檢測元件151和電阻R4的串聯(lián)電路施加的電壓下降，電位Vc也比設定值低。在這樣的狀態(tài)下，半導體襯底的溫度上升，溫度檢測元件151的端電壓即使減小到過熱保護的工作值，C點的電位Vc也達不到晶體管153的閾值，所以，晶體管153不導通，A點的電壓Va不下降，功率半導體元件11不能截止。
這時，當溫度上升到設定值以上，只有當因溫度檢測元件151的端電壓減小而引起的電位Vc的上升超過晶體管153的閾值時，才開始進行過熱保護動作。
例如，若設輸入電壓為5V左右，過熱溫度保護值為140℃，當輸入電壓降低到3V左右時，因上述理由，襯底溫度會達到200℃，超過半導體的保證接合溫度150℃，并且會大大降低電路的可靠性。
另一方面，當將齊納電壓設定在輸入電壓的下限時，不會產(chǎn)生上述問題。
但是，為了降低齊納電壓，有必要提高PN結的電場強度。具體地說，有必要提高注入到襯底的N型雜質和P型雜質的濃度。例如，若想要制造出具有1V～2V左右的齊納電壓的齊納二極管，因各雜質的濃度太高，制造非常困難。特別是，在制造功率半導體元件的擴散條件下同時制造這樣的二極管，簡直是不可能。
發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題提出的，其目的在于提供一種半導體裝置及使用該半導體裝置的電子電路，能在很寬的輸入電壓范圍內進行過熱保護，使其保持一定的溫度值，從而能得到充分的可靠性。
為了解決上述問題，本發(fā)明的半導體裝置包括具有控制端子并在半導體襯底上形成的功率半導體元件和設在功率半導體元件的控制端子和接地端子之間并在半導體襯底上形成的過熱保護電路。
過熱保護電路包括輸入驅動功率半導體元件的驅動信號的驅動信號輸入端子；連接在驅動信號輸入端子和功率半導體元件的控制端子之間的第1電阻；與驅動信號輸入端子的一端連接的第2電阻；具有與第2電阻的另一端連接的高電位端子并使端電壓隨半導體襯底的溫度變化而變化的溫度檢測用半導體元件；連接在溫度檢測用半導體元件的低電位端子和接地端子之間的第3電阻；具有與溫度檢測用半導體元件的低電位端子連接的控制端子并具有分別和功率半導體元件的控制端子和接地端子連接的2個主端子的開關用半導體元件；具有與第2電阻的另一端連接的高電位端子，同時具有與接地端子連接的低電位端子，使溫度檢測用半導體元件的高電位端子和接地端子之間的電壓大致保持在一定的電壓上的箝位用半導體元件；使流向箝位用半導體元件的高電位端子的電流的流入量大致保持一定的穩(wěn)流電路。
上述過熱保護電路最好通過開關用半導體元件導通使功率半導體元件的控制端子的電位下降，從而停止功率半導體元件的動作。
此外，上述箝位用半導體元件最好由漏極和柵極公共連接的MOSFET構成。此外，功率半導體元件最好也由MOSFET構成。
上述穩(wěn)流電路最好由漏極與箝位用半導體元件的高電位端子連接的電流旁路用晶體管、連接在電流旁路用晶體管的源極和接地端子之間的第4電阻、連接在驅動信號輸入端子和電流旁路用晶體管的柵極之間的第5電阻和連接在電流旁路用晶體管的柵極和接地端子之間的第6電阻構成。
此外，上述穩(wěn)流電路也可以構成為包括漏極與箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極和柵極與第4電阻的另一端和電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與接地端子連接、成為電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管。
此外，上述穩(wěn)流電路也可以構成為包括漏極與箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極和柵極與第4電阻的另一端連接的電壓調整用晶體管；漏極和柵極與電壓調整用晶體管的源極和電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與接地端子連接、成為電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管。
此外，上述穩(wěn)流電路也可以構成為包括漏極與箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極與第4電阻的另一端連接的電壓調整用晶體管；漏極和柵極與電壓調整用晶體管的源極和電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與接地端子連接、成為電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管；連接在驅動信號輸入端子和電壓調整用晶體管的柵極之間的第5電阻；連接在電壓調整用晶體管的柵極和接地端子之間的第6電阻。
此外，本發(fā)明的電子電路包括具有控制端子并在半導體襯底上形成的功率半導體元件；設在功率半導體元件的控制端子和接地端子之間并在半導體襯底上形成的過熱保護電路；通過功率半導體元件向負載供給電力的電源；驅動功率半導體元件的驅動電路。而且，過熱保護電路等具有上述特征。
本發(fā)明的半導體裝置通過在形成功率半導體元件的半導體襯底上設置從低輸入電壓到高輸入電壓都能使溫度保持一定的過熱保護電路，從而即使在半導體元件的輸入電壓低于3V左右時也能在一定的過熱溫度保護值下使流過該功率半導體元件的電流截止，所以，能夠使用低電壓工作的系統(tǒng)LSI或微機進行驅動，對于象過去那樣需要用5V左右的高輸入電壓驅動的情況，使用寬范圍的多品種的系統(tǒng)LSI或微機，可以在3V以下進行驅動。此外，對于輸入電壓的變動，可以在一定的過熱溫度保護值下對功率半導體元件進行保護，并提高可靠性。
圖1是用來說明本發(fā)明第1實施例的半導體裝置的電路結構圖。
圖2是本發(fā)明第1實施例的半導體裝置的過熱保護電路的特性圖。
圖3是用來說明本發(fā)明第2實施例的半導體裝置的電路結構圖。
圖4是用來說明本發(fā)明第3實施例的半導體裝置的電路結構圖。
圖5是用來說明本發(fā)明第4實施例的半導體裝置的電路結構圖。
圖6是用來說明現(xiàn)有技術的半導體裝置的電路結構圖。
具體實施例方式
(第1實施例)圖1是表示本發(fā)明第1實施例的功率用半導體裝置及使用該功率半導體裝置的電子電路結構的電路結構圖。該功率用半導體裝置是使用由縱型功率MOSFET構成的功率半導體元件2控制從具有電壓Vdd的電源8向負載7供給的電力的裝置。為了保護功率半導體元件2，在形成功率半導體元件2的同一塊襯底1上形成過熱保護電路9A。
過熱保護電路9A包含連接在與驅動電路(未圖示)連接的驅動信號輸入端子1N和功率半導體元件2的柵極之間的電阻R1、一端與驅動信號輸入端子1N連接的電阻R2、以及與電阻2串聯(lián)的晶體管4。
晶體管4的漏極和柵極相互連接再與電阻R2的另一端連接，源極接地。晶體管4的漏極和接地點之間的電壓具有在很寬的溫度范圍內大致保持一定的電壓特性。該電壓相當于圖1所示的B點的電位Vb，以下稱作電位Vb。
在特開昭63-229757號公報等中，取代晶體管4而配置齊納二極管并產(chǎn)生恒定電壓。但是，在制造功率半導體元件2的擴散條件下，注入半導體襯底1的N型雜質和P型雜質的濃度太高，不能同時在半導體襯底1上制造出產(chǎn)生2V左右恒定電壓的齊納二極管和功率半導體元件2。
在本實施例中，為了能在輸入電壓在3V以下的低電壓值的狀態(tài)下工作，取代齊納二極管4而形成晶體管4，并設定成使電位Vb變成1～2V左右的低電壓。
此外，電阻R2的另一端與由多個多晶硅二極管的串聯(lián)電路形成的溫度檢測元件6的一端(正極)連接，該溫度檢測元件6的另一端(負極)經(jīng)電阻R3接地。
這里，就晶體管4的端電壓和溫度檢測元件6的端電壓的溫度系數(shù)的一例進行說明。晶體管4的端電壓在25℃時為2.089V，在125℃時為2.068V，溫度系數(shù)是-21mV/100℃。此外，溫度檢測元件6的端電壓在25℃時為2.24V，在125℃時為1.64V，溫度系數(shù)是-600mV/100℃。兩者的溫度系數(shù)相差約30倍。晶體管4的端電壓的溫度系數(shù)最好更小一些。
進而，在過熱保護電路9A中設置晶體管3。該晶體管3的漏極和源極分別與功率半導體元件2的柵極和接地點連接，柵極與溫度檢測元件6和電阻R3的連接點C連接。這里，C點的電位Vc設定成當半導體襯底1的溫度達到預先設定的過熱溫度保護值時使其超過晶體管3的閾值電壓。
在上述結構中，當功率半導體元件2流過大電流，半導體襯底1發(fā)熱，半導體襯底1的溫度上升時，因構成溫度檢測元件6的多晶硅二極管的禁止帶寬變窄而使溫度檢測元件6的端電壓變小。
另一方面，溫度檢測元件6的高電位端子和接地點之間的電壓因與溫度檢測元件6和電阻R3的串聯(lián)電路并聯(lián)的晶體管4的作用而大致保持一定，而與半導體襯底1的溫度變化無關。結果，隨著溫度檢測元件6的端電壓的變小，C點的電位Vc上升。而且，當半導體襯底1的溫度達到預先設定的過熱溫度保護值時，若上述電位Vc超過晶體管3的閾值電壓，則晶體管3導通，圖1所示的A點接地，其電位Va變成0V。
這時，因A點的電位Va和功率半導體元件2的柵極電位相同，故功率半導體元件2截止，保護其免受熱破壞。晶體管3接受溫度檢測元件6的輸出，起到使功率半導體元件2通斷的開關的作用。
在本實施例中，即使加給驅動信號輸入端子IN的電壓在從3V到6V的很寬的范圍內變化也能在同一過熱保護溫度下進行保護動作，為此，過熱保護電路9A包含用來即使加給驅動信號輸入端子IN的電壓變化也能使流過晶體管4的電流大致保持一定的電路。其理由是，如果沒有該電路，則當加給驅動信號輸入端子IN的電壓變化時，流過晶體管4的電流隨之變化，因而晶體管4的端電壓發(fā)生變化，使功率半導體元件2截止的過熱保護溫度發(fā)生變化。
用來使流過晶體管4的電流大致保持一定的電路具體地說由連接在驅動信號輸入端子IN和接地點之間的電阻R5和電阻R6的串聯(lián)電路以及柵極與電阻R5和電阻R6的連接點連接的晶體管5構成。晶體管5的源極經(jīng)電阻R4接地，漏極和電阻R2、晶體管4及溫度檢測元件6連接。
使用圖2說明本實施例的過熱保護電路9A的動作。
設定R5、R6的電阻值，當驅動信號輸入端子IN的輸入電壓為低電壓(假如是3V)時，使電阻R5、R6的連接點的電壓變成在晶體管5的閾值電壓以下，從而晶體管5不工作。
當驅動信號輸入端子1N的輸入電壓是低電壓(假設是3V)時，因晶體管5截止，故由圖1可知，流過電阻R2的電流I1和流過晶體管4的電流I3相同，B點的電位Vb和由電流I3決定的晶體管4的漏源間的電壓相同。
當在該狀態(tài)下功率半導體元件2流過大電流使半導體襯底1發(fā)熱并象上述那樣半導體襯底1的溫度上升時，該溫度經(jīng)溫度檢測元件6檢測后，C點的電位Vc上升。當半導體襯底1的溫度達到過熱溫度保護值，該C點的電位Vc超過晶體管3的閾值電壓時，則晶體管3導通，功率半導體元件2的柵極接地，功率半導體元件2截止。結果，可以對功率半導體元件2進行保護，使其免受熱破壞。
其次，考慮驅動信號輸入端子1N的電壓上升(假設是5V)的情況。
流過電阻R2的電流I1隨驅動信號輸入端子1N的輸入電壓的上升而增大。結果，流過晶體管4的電流也增加，B點的電位Vb如圖2中的符號Vb(虛線)所示那樣，也要上升。但是，晶體管5的柵極電壓也因驅動信號輸入端子1N的電壓上升而上升，所以，當它超過晶體管5的閾值電壓時，晶體管5導通，如圖2所示，晶體管5開始流過電流I2。該電流I2由晶體管5的源極電位(D點的電位Vd)和電阻R4決定。
如圖2所示，流過該電流I2使流過晶體管4的電流I3大致保持一定。因此，即使驅動信號輸入端子1N的電壓上升，電位Vb也能如圖2所示的符號Vb(實線)那樣，大致維持在一定的電位，而不管驅動信號輸入端子1N的電壓如何變化。
如上所述，若電位Vb一定，溫度檢測元件6的端電壓的變化量和C點電位Vc的變化量可以保持和驅動信號輸入端子1N的電壓是低電壓的情況相同的狀態(tài)，所以，對溫度的變化而言，溫度檢測元件6的靈敏度、進而晶體管3的柵極電位變化靈敏度都不變。因此，不管驅動信號輸入端子1N的電壓如何變化，都能在相同的過熱溫度保護值下對功率半導體元件2進行保護，使其免受熱破壞。
為了減小輸入電流，與溫度檢測元件6連接的電阻R3一般采用例如是1MΩ左右的高電阻，故當晶體管3導通時，流過電阻R3的電流很小，當晶體管3的閾值電壓假設是1V時，該電流是1V/1MΩ＝1μA，這對于電流I1來說是可以忽略的。因此，流過電阻R3的電流對電位Vb的變化幾乎沒有影響。
若按照本實施例，通過設置具有上述結構的過熱保護電路，即使半導體元件的輸入電壓是3V以下的低電壓，也能使過熱溫度保護值保持一定，并能保護功率半導體元件，使其免受熱破壞。因此，可以使用低電壓工作的系統(tǒng)LSI或微機去驅動功率半導體元件。由此，可以降低包含本實施例的半導體裝置的電子電路的功耗。
此外，若按照本實施例，因可以使用過去用高輸入電壓驅動的驅動電路，故可以不考慮驅動電路的種類，用一個裝置驅動。
此外，即使當輸入電壓因驅動電路發(fā)生異常等原因而變化時，也可以在一定的過熱溫度保護值下對功率半導體元件進行保護。因此，可以大幅度提高半導體裝置和使用該裝置的電子電路的可靠性。
(第2實施例)圖3是表示本發(fā)明第2實施例的功率半導體裝置的結構的電路結構圖。
該第2實施例取代圖1的過熱保護電路9A，使用過熱保護電路9B。該過熱保護電路9B和過熱保護電路9A一樣，是為了在驅動信號輸入端子IN的輸入電壓從3V以下到5V以上、例如從1V到6V的寬范圍內進行一定的過熱溫度保護動作，而使流過晶體管4的電流大致保持一定的電路。
該過熱保護電路9B的一部分結構和過熱保護電路9A不同。即，在該過熱保護電路9B中，驅動信號輸入端子IN與電阻RA的一端連接，電阻RA的另一端與晶體管QA的漏極和柵極連接，晶體管QA的源極與接地點連接。此外，晶體管5的漏極與電阻R2的另一端、晶體管4的漏極和柵極以及溫度檢測元件6的高電位端子連接，晶體管5的柵極與晶體管QA的漏極和柵極連接，晶體管5的源極接地。而且，晶體管QA和晶體管5構成電流密勒電路。其余的結構和圖1的過熱保護電路9A相同。
該過熱保護電路9B在驅動信號輸入端子IN的輸入電壓為低電壓時，驅動信號輸入端子I N的輸入電壓在晶體管5的閾值電壓以下，從而晶體管5不工作。
晶體管5的閾值電壓由輸入電壓的下限決定。例如，若輸入電壓的下限是1V，則晶體管5的閾值電壓也設定在1V左右。
在低電壓(假設是1V)的情況下，因晶體管5截止，故由圖3可知，流過電阻R2的電流I1和流過晶體管4的電流I3相同，B點的電位Vb和由電流I3決定的晶體管4的漏源間的電壓相同。
當在該狀態(tài)下功率半導體元件2流過大電流使半導體襯底1發(fā)熱，并且半導體襯底1的溫度上升時，該溫度經(jīng)溫度檢測元件6檢測后，C點的電位Vc上升。當半導體襯底1的溫度達到過熱溫度保護值，該電位Vc超過晶體管3的閾值電壓時，晶體管3導通，功率半導體元件2的柵極接地，功率半導體元件2截止。結果，可以對功率半導體元件2進行保護，使其免受熱破壞。
其次，考慮驅動信號輸入端子1N的電壓上升(假設是5V)的情況。
流過電阻R2的電流I1隨驅動信號輸入端子1N的輸入電壓的上升而增大。結果，流過晶體管4的電流也增加，B點的電壓Vb如圖2中的符號Vb(虛線)所示那樣，也要上升。但是，晶體管5和與其共用柵極的晶體管QA的柵極電位也因驅動信號輸入端子1N的電壓上升而上升，當它超過閾值電位時，晶體管5和晶體管QA導通，電流密勒電路開始流過電流。此時，晶體管QA中流過與電阻RA的電阻值對應的電流。結果，在柵極和晶體管QA共用的晶體管5中，流過由和晶體管QA的密勒比決定的、作為晶體管5的漏極電流I2的電流。
如圖2所示，流過該電流I2，使流過晶體管4的電流I3大致保持一定。因此，即使驅動信號輸入端子1N的電壓上升，電位Vb也能如圖2所示的符號Vb(實線)那樣，大致維持在一定的電位，而不管驅動信號輸入端子1N的電壓如何變化。
如上所述，若電位Vb一定，則溫度檢測元件6的端電壓的變化量和C點電位Vc的變化量可以保持和驅動信號輸入端子1N的電壓是低電壓的情況相同的狀態(tài)，所以，對溫度的變化而言，溫度檢測元件6的靈敏度、進而晶體管3的柵極電位變化靈敏度都不變。因此，不管驅動信號輸入端子1N的電壓如何變化，都能在相同的過熱溫度保護值下對功率半導體元件2進行保護，使其免受熱破壞。其他方面和過熱保護電路9A一樣。
若按照該結構，則具有和本發(fā)明的第1實施例相同的效果。
若按照本實施例，進而具有下述優(yōu)點。
在第1實施例中，在輸入電壓呈階梯狀從高電壓變到低電壓等情況下，因信號與該電壓變化直接對應地輸入到晶體管5的柵極，故晶體管5從非導通狀態(tài)急劇向導通狀態(tài)遷移。結果，電位Vb也發(fā)生劇烈變化，在電位穩(wěn)定之前，有時會出現(xiàn)過熱保護動作不穩(wěn)定的情況。
另一方面，若按照本實施例，當輸入電壓劇烈變化時，晶體管QA和晶體管5開始導通，這時，作為輸入到晶體管QA和晶體管5的柵極的信號，輸入已減小的電壓值，其減小的量相當于電阻RA的電壓降。因此，B點的電位Vb與第1實施例的情況相比，會緩慢地變化，這樣，可以提高過熱保護動作的穩(wěn)定性。
(第3實施例)圖4是表示本發(fā)明第3實施例的功率用半導體裝置結構的電路結構圖。
該第3實施例取代圖3的過熱保護電路9B，使用過熱保護電路9C。該過熱保護電路9C使柵極和漏極共同連接的晶體管QB連接在圖3的晶體管QA和電阻RA之間，當驅動信號輸入端子1N的輸入電壓在晶體管5的閾值電壓和晶體管QB的閾值電壓的和之下時，晶體管5不工作，這樣，可以使能實現(xiàn)恒定過熱保護溫度控制的輸入電壓比圖3的實施例更提高一些。
若按照該結構，則具有和本發(fā)明的第1實施例和第2實施例同樣的效果。
(第4實施例)圖5是表示本發(fā)明第4實施例的功率用半導體裝置結構的電路結構圖。
該第4實施例取代圖3的過熱保護電路9B，使用過熱保護電路9D。該過熱保護電路9D使晶體管QB連接在圖3的晶體管QA和電阻RA之間，在驅動信號輸入端子1N和接地點之間連接電阻RB、RC的串聯(lián)電路，在電阻RB、RC的連接點上連接晶體管QB的柵極，當驅動信號輸入端子1N的輸入電壓經(jīng)電阻RB和電阻RC分壓后的電壓在晶體管5的閾值電壓和晶體管QB的閾值電壓的和之下時，晶體管5不工作，這樣，可以使能實現(xiàn)恒定過熱保護溫度控制的輸入電壓比圖3和圖4的各實施例更提高一些。
若按照該結構，則具有和本發(fā)明的第1實施例和第2實施例同樣的效果。
再有，在本實施例中，功率半導體元件2和晶體管3、4、5分別由N溝道MOSFET構成，但也可以由P溝道MOSFET構成。
功率半導體元件2可以是以N型硅襯底作為漏極的高耐壓的N溝道DMOSFET，也可以是以P型硅襯底作為漏極的高耐壓的P溝道DMOSFET。
此外，功率半導體元件2也可以是雙極晶體管。
此外，對負載、電源的種類以及與驅動信號輸入端子1N連接的驅動電路沒有特別的限制。
權利要求
1.一種半導體裝置，包括具有控制端子并在半導體襯底上形成的功率半導體元件；以及設在上述功率半導體元件的控制端子和接地端子之間并在上述半導體襯底上形成的過熱保護電路，其特征在于上述過熱保護電路包括輸入驅動上述功率半導體元件的驅動信號的驅動信號輸入端子；連接在上述驅動信號輸入端子和上述功率半導體元件的控制端子之間的第1電阻；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第2電阻；具有與上述第2電阻的另一端連接的高電位端子并使端電壓隨上述半導體襯底的溫度變化而變化的溫度檢測用半導體元件；連接在上述溫度檢測用半導體元件的低電位端子和上述接地端子之間的第3電阻；具有與上述溫度檢測用半導體元件的低電位端子連接的控制端子并具有分別與上述功率半導體元件的控制端子和上述接地端子連接的2個主端子的開關用半導體元件；具有與上述第2電阻的另一端連接的高電位端子，同時具有與上述接地端子連接的低電位端子，使上述溫度檢測用半導體元件的高電位端子和上述接地端子之間的電壓大致保持在一定的電壓上的箝位用半導體元件；使流向上述箝位用半導體元件的高電位端子的電流的流入量大致保持一定的穩(wěn)流電路。
2.權利要求1記載的半導體裝置，其特征在于通過上述開關用半導體元件導通使上述功率半導體元件的控制端子的電位下降，從而停止上述功率半導體元件的動作。
3.權利要求1記載的半導體裝置，其特征在于上述箝位用半導體元件由漏極和柵極共同連接的晶體管構成。
4.權利要求1記載的半導體裝置，其特征在于上述穩(wěn)流電路由漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接的電流旁路用晶體管；連接在上述電流旁路用晶體管的源極和上述接地端子之間的第4電阻；連接在上述驅動信號輸入端子和上述電流旁路用晶體管的柵極之間的第5電阻；以及連接在上述電流旁路用晶體管的柵極和上述接地端子之間的第6電阻構成。
5.權利要求1記載的半導體裝置，其特征在于，上述穩(wěn)流電路包括漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與上述接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極和柵極與上述第4電阻的另一端和上述電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與上述接地端子連接、成為上述電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管。
6.權利要求1記載的半導體裝置，其特征在于，上述穩(wěn)流電路包括漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與上述接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極和柵極與上述第4電阻的另一端連接的電壓調整用晶體管；漏極和柵極與上述電壓調整用晶體管的源極和上述電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與上述接地端子連接、成為上述電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管。
7.權利要求1記載的半導體裝置，其特征在于上述穩(wěn)流電路包括漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與上述接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極與上述第4電阻的另一端連接的電壓調整用晶體管；漏極和柵極與上述電壓調整用晶體管的源極和上述電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與上述接地端子連接、成為上述電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管；連接在上述驅動信號輸入端子和上述電壓調整用晶體管的柵極之間的第5電阻；連接在上述電壓調整用晶體管的柵極和上述接地端子之間的第6電阻。
8.一種電子電路，包括具有控制端子并在半導體襯底上形成的功率半導體元件；設在上述功率半導體元件的控制端子和接地端子之間并在上述半導體襯底上形成的過熱保護電路；通過上述功率半導體元件向負載供給電力的電源；以及驅動上述功率半導體元件的驅動電路，其特征在于上述過熱保護電路包括從上述驅動電路輸入驅動上述功率半導體元件的驅動信號的驅動信號輸入端子；連接在上述驅動信號輸入端子和上述功率半導體元件的控制端子之間的第1電阻；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第2電阻；具有與上述第2電阻的另一端連接的高電位端子并使端電壓隨上述半導體襯底的溫度變化而變化的溫度檢測用半導體元件；連接在上述溫度檢測用半導體元件的低電位端子和上述接地端子之間的第3電阻；具有與上述溫度檢測用半導體元件的低電位端子連接的控制端子并具有分別與上述功率半導體元件的控制端子和上述接地端子連接的2個主端子的開關用半導體元件；具有與上述第2電阻的另一端連接的高電位端子，同時具有與上述接地端子連接的低電位端子，使上述溫度檢測用半導體元件的高電位端子和上述接地端子之間的電壓大致保持在一定的電壓上的箝位用半導體元件；使流向上述箝位用半導體元件的高電位端子的電流的流入量大致保持一定的穩(wěn)流電路。
9.權利要求8記載的電子電路，其特征在于通過上述開關用半導體元件導通使上述功率半導體元件的控制端子的電位下降，從而停止上述功率半導體元件的動作。
10.權利要求8記載的電子電路，其特征在于上述箝位用半導體元件由漏極和柵極共同連接的晶體管構成。
11.權利要求8記載的電子電路，其特征在于上述穩(wěn)流電路由漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接的電流旁路用晶體管、連接在上述電流旁路用晶體管的源極和上述接地端子之間的第4電阻、連接在上述驅動信號輸入端子和上述電流旁路用晶體管的柵極之間的第5電阻、以及連接在上述電流旁路用晶體管的柵極和上述接地端子之間的第6電阻構成。
12.權利要求8記載的電子電路，其特征在于，上述穩(wěn)流電路包括漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與上述接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極和柵極與上述第4電阻的另一端和上述電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與上述接地端子連接、成為上述電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管。
13.權利要求8記載的電子電路，其特征在于上述穩(wěn)流電路包括漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與上述接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極和柵極與上述第4電阻的另一端連接的電壓調整用晶體管；漏極和柵極與上述電壓調整用晶體管的源極和上述電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與上述接地端子連接、成為上述電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管。
14.權利要求8記載的電子電路，其特征在于上述穩(wěn)流電路包括漏極與上述箝位用半導體元件的高電位端子連接、源極與上述接地端子連接、成為電流密勒電路的輸出側元件的電流旁路用晶體管；一端與上述驅動信號輸入端子連接的第4電阻；漏極與上述第4電阻的另一端連接的電壓調整用晶體管；漏極和柵極與上述電壓調整用晶體管的源極和上述電流旁路用晶體管的柵極連接、源極與上述接地端子連接、成為上述電流密勒電路的輸入側元件的旁路電流調整用晶體管；連接在上述驅動信號輸入端子和上述電壓調整用晶體管的柵極之間的第5電阻；連接在上述電壓調整用晶體管的柵極和上述接地端子之間的第6電阻。
15.權利要求8記載的電子電路，其特征在于上述驅動電路由微機或LSI構成。
全文摘要
在形成功率MOSFET的同一塊半導體襯底上形成過熱保護電路。其結構是在輸入端子和功率MOSFET的柵極之間連接第1電阻，在輸入端子和接地點之間按順序連接第2電阻、溫度檢測元件和第3電阻，在溫度檢測元件和第3電阻的串聯(lián)電路上并聯(lián)連接箝位用FET，電流調整用FET和第4電阻的串聯(lián)電路并聯(lián)連接在箝位用MOSFET上，在輸入端子和接地點之間連接有第5和第6電阻的串聯(lián)電路，第5和第6電阻的連接點與電流調整用FET的柵極連接，在功率MOSFET的柵極和接地點之間連接有開關用FET，溫度檢測元件和第3電阻的連接點與開關用FET的柵極連接。
文檔編號H03K17/082GK1601748SQ200410011988
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月27日 優(yōu)先權日2003年9月26日
發(fā)明者高田浩司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社