半導(dǎo)體裝置以及包含該半導(dǎo)體裝置的車(chē)載電子裝置和汽車(chē)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置以及包含該半導(dǎo)體裝置的車(chē)載電子裝置和汽車(chē)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)基于并要求2014年10月2日提出的日本專(zhuān)利申請(qǐng)N0.2014-203682的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用的方式將其公開(kāi)作為整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，和車(chē)載電子裝置以及每個(gè)包括該半導(dǎo)體裝置的汽車(chē)，例如，涉及一種適于驅(qū)動(dòng)負(fù)載諸如燈的半導(dǎo)體裝置，和車(chē)載電子裝置以及每個(gè)包括該半導(dǎo)體裝置的汽車(chē)。
【背景技術(shù)】
[0004]汽車(chē)配備有電子地控制發(fā)動(dòng)機(jī)、燈、安全氣囊，電動(dòng)車(chē)窗和其他系統(tǒng)的電子控制單元(ecu)。電子控制單元包括驅(qū)動(dòng)負(fù)載諸如燈的智能電力裝置(iro)。
[0005]Romeo Letor 等人，在 “How to implement a fault tolerant and reliableautomotive power management system in short circuit operat1n by using ST’ sVIPower MOtm technology”中，公開(kāi)了關(guān)于負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的技術(shù)。該現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)通過(guò)使用兩種類(lèi)型的溫度檢測(cè)功能限制流過(guò)輸出晶體管的電流，防止輸出晶體管的過(guò)熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]從說(shuō)明書(shū)和附圖的描述，負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的問(wèn)題和新的特征將變得明顯。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件，包括:溫度檢測(cè)器，當(dāng)輸出晶體管的溫度和環(huán)境溫度之間的溫差大于基準(zhǔn)溫差時(shí)，其將第一檢測(cè)信號(hào)設(shè)置為激活，當(dāng)輸出晶體管的溫度高于第一基準(zhǔn)溫度時(shí)，其將第二檢測(cè)信號(hào)設(shè)置為激活；第一限流器，當(dāng)?shù)谝缓偷诙z測(cè)信號(hào)中任何一個(gè)信號(hào)變?yōu)榧せ顣r(shí)，其限制在輸出晶體管的源極和漏極之間流動(dòng)的電流；和輸出晶體管，當(dāng)?shù)谝缓偷诙z測(cè)信號(hào)中任何一個(gè)信號(hào)變?yōu)榧せ顣r(shí)，其不管外部輸入信號(hào)如何而斷開(kāi)，當(dāng)?shù)谝粰z測(cè)信號(hào)被設(shè)置為激活時(shí)，當(dāng)輸出晶體管的溫度和環(huán)境溫度之間的溫差降低到等于或小于比基準(zhǔn)溫差低第一遲滯的量的值時(shí)，該溫度檢測(cè)器將第一檢測(cè)信號(hào)設(shè)置為非激活，當(dāng)?shù)诙z測(cè)信號(hào)被設(shè)置為激活時(shí)，當(dāng)輸出晶體管的溫度降低到等于或小于比第一基準(zhǔn)溫度低第一遲滯的量的值時(shí)，該溫度檢測(cè)器將第二檢測(cè)信號(hào)設(shè)置為非激活。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件，包括:溫度檢測(cè)器，當(dāng)輸出晶體管的溫度和環(huán)境溫度之間的溫差大于基準(zhǔn)溫差時(shí)，溫度檢測(cè)器將第一檢測(cè)信號(hào)設(shè)置為激活，當(dāng)輸出晶體管的溫度高于第一基準(zhǔn)溫度時(shí)，溫度檢測(cè)器將第二檢測(cè)信號(hào)設(shè)置為激活；第一限流器，當(dāng)?shù)谝缓偷诙z測(cè)信號(hào)中任何一個(gè)信號(hào)變?yōu)榧せ顣r(shí)，第一限流器限制在輸出晶體管的源極和漏極之間流動(dòng)的電流；和輸出晶體管，當(dāng)?shù)谝缓偷诙z測(cè)信號(hào)中任何一個(gè)信號(hào)變?yōu)榧せ顣r(shí)，輸出晶體管不管外部輸入信號(hào)如何而斷開(kāi)，且該溫度檢測(cè)器包括:第一恒定電流源，串聯(lián)連接到第一恒定電流源的并放置在遠(yuǎn)離輸出晶體管的外圍電路區(qū)域的第一二極管，第二恒定電流源，串聯(lián)連接到第二恒定電流源的并放置在輸出晶體管中或其附近的第二二極管，并聯(lián)連接在第二恒定電流源和第二二極管之間的第一和第二電阻器元件，串聯(lián)連接到第二電阻器元件的并基于第一檢測(cè)信號(hào)控制接通和斷開(kāi)的第一開(kāi)關(guān)，并聯(lián)連接到第一開(kāi)關(guān)并基于第二檢測(cè)信號(hào)控制接通和斷開(kāi)的第二開(kāi)關(guān)，將第一恒定電流源和第一二極管之間的節(jié)點(diǎn)的電位與第二恒定電流源和第一電阻器元件之間的節(jié)點(diǎn)的電位進(jìn)行比較并且輸出第一檢測(cè)信號(hào)的第一比較器，第三恒定電流源，串聯(lián)連接到第三恒定電流源的第三電阻器元件，以及，將第三恒定電流源和第三電阻器元件之間的節(jié)點(diǎn)的電位與第二恒定電流源和第一電阻器元件之間的節(jié)點(diǎn)的電位進(jìn)行比較并且輸出第二檢測(cè)信號(hào)的第二比較器。
[0009]根據(jù)上述實(shí)施例，能提供一種能防止驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力急劇下降的半導(dǎo)體裝置，以及包含其在內(nèi)的車(chē)載電子裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0010]結(jié)合附圖，從下面的某些實(shí)施例的描述，上述的和其他方面、優(yōu)勢(shì)和特征將更加明顯，其中:
[0011]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的配備有電子控制單元的車(chē)輛的概要圖。
[0012]圖2是示出圖1示出的車(chē)輛的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0013]圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的電子控制單元的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0014]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015]圖5是示出包括在圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的限流器的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0016]圖6是示出包括在圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的溫度檢測(cè)器的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0017]圖7是圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的示意橫截面圖。
[0018]圖8是圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的示意平面圖。
[0019]圖9是示出在環(huán)境溫度等于或小于邊界溫度的情況下，圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的操作的時(shí)序圖。
[0020]圖10是示出在環(huán)境溫度高于邊界溫度的情況下，圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的操作的時(shí)序圖。
[0021]圖11是示出圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的輸出晶體管的溫度與環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0022]圖12是示出通過(guò)圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置關(guān)斷和恢復(fù)負(fù)載的電流供應(yīng)的時(shí)序圖。
[0023]圖13是不出接通和斷開(kāi)包括在圖4不出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的輸出晶體管的時(shí)序圖。
[0024]圖14是示出包括在圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的輸出晶體管的工作(on-duty)和環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0025]圖15是示出由圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置的限制電流值和環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0026]圖16是示出在恢復(fù)電流供應(yīng)之后，由圖4示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置施加到負(fù)載的電力和環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0027]圖17是圖11和圖29的比較示例。
[0028]圖18是示出當(dāng)超溫檢測(cè)信號(hào)的遲滯變化時(shí)，工作和環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0029]圖19是示出圖6示出的溫度檢測(cè)器的替代示例的電路圖。
[0030]圖20是示出根據(jù)第二實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0031]圖21是示出圖20示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的輸出晶體管的溫度與環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0032]圖22是示出由圖20示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置的限制電流值和環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0033]圖23是示出通過(guò)圖20示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置施加到負(fù)載的電力和環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0034]圖24是示出包括在圖20示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的溫度檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0035]圖25是示出圖24示出的溫度檢測(cè)器的替代示例的電路圖。
[0036]圖26是示出根據(jù)設(shè)計(jì)出實(shí)施例之前的想法的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0037]圖27是輸出晶體管溫度和環(huán)境溫度之間的溫差和溫差檢測(cè)信號(hào)的每個(gè)的時(shí)序圖。
[0038]圖28是輸出晶體管溫度和超溫檢測(cè)信號(hào)的每個(gè)的時(shí)序圖。
[0039]圖29是示出圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中的輸出晶體管的溫度與環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0040]圖30是示出由圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置的限制電流值和環(huán)境溫度之間的關(guān)系的圖。
[0041 ] 圖31是示出供給燈的理想電流隨時(shí)間變化的圖。
[0042]圖32是示出在環(huán)境溫度等于或小于邊界溫度的情況下，當(dāng)用圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)燈時(shí)，輸出晶體管溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0043]圖33是示出在環(huán)境溫度等于或小于邊界溫度的情況下，通過(guò)圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置供給燈的電流隨時(shí)間變化的圖。
[0044]圖34是示出在環(huán)境溫度等于或小于邊界溫度的情況下，圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的操作的時(shí)序圖。
[0045]圖35是示出在環(huán)境溫度高于邊界溫度的情況下，當(dāng)用圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)燈時(shí)，輸出晶體管溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0046]圖36是示出在環(huán)境溫度高于邊界溫度的情況下，通過(guò)圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置供給燈的電流隨時(shí)間變化的圖。
[0047]圖37是示出在環(huán)境溫度高于邊界溫度的情況下，圖26示出的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的操作的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]在下文中，參考附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該注意的是，附圖僅以舉例說(shuō)明的方式以簡(jiǎn)化的形式給出，因此不應(yīng)被視為限制本發(fā)明。相同的元件用相同的參考符號(hào)表示，并省略冗余的解釋。
[0049]在下面的實(shí)施例中，當(dāng)為了方便起見(jiàn)時(shí)，描述將被分為多個(gè)部分或?qū)嵤├?。然而，除非另有明確規(guī)定，這些部分或?qū)嵤├⒉皇潜舜藷o(wú)關(guān)的，而是存在著如下關(guān)系，其中一個(gè)表示另一個(gè)的部分或全部的修改、詳細(xì)的或補(bǔ)充說(shuō)明等。此外，在下面的實(shí)施例中，當(dāng)引用涉及元件的數(shù)等時(shí)(包括數(shù)字、數(shù)值、數(shù)量、范圍等)，除了另有明確規(guī)定或該數(shù)字在原則上明顯限制于具體數(shù)字的情況之外，該數(shù)不限于特定的數(shù)字，而可以大于或小于特定數(shù)字。
[0050]不用說(shuō)，在下面的實(shí)施例中，它們的構(gòu)成元件(包括操作步驟)并不一定是必要的，除了另有明確規(guī)定或它們?cè)谠瓌t上明顯被認(rèn)為是必要的情況之外。同樣地，在下面的實(shí)施例中，當(dāng)引用涉及構(gòu)成元件等的形狀、相對(duì)位置等時(shí)，其包括基本上相像或類(lèi)似于那個(gè)形狀等的那些形狀等，除了另有明確規(guī)定或其在原則上明顯被認(rèn)為是不同的情況之外。這同樣適用于上述的數(shù)等(包括數(shù)字、數(shù)值、數(shù)量、范圍等)。
[0051]〈第一實(shí)施例〉
[0052]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的裝備有電子控制單元的車(chē)輛的概要圖。
[0053]如圖1所示，安裝在車(chē)輛上的電子控制單元執(zhí)行各種類(lèi)型的控制，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、風(fēng)擋雨刷控制、安全氣囊控制、轉(zhuǎn)向控制、天窗控制、燈控制、制動(dòng)控制、反光鏡控制、車(chē)窗控制和車(chē)門(mén)控制。
[0054]圖2是示出圖1示出的車(chē)輛的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0055]如圖2所示，電子控制單元1執(zhí)行例如安裝在車(chē)輛上的多個(gè)燈的控制。
[0056]圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的電子控制單元1的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0057]如圖3所示，電子控制單元1提供有來(lái)自電池電源2的電源電壓Vcc并控制負(fù)載3的驅(qū)動(dòng)。在本實(shí)施例中，描述了作為示例的其中負(fù)載3是安裝在車(chē)輛上的燈的情況。
[0058]電子控制單元1包括負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置(半導(dǎo)體裝置)10、微型計(jì)算機(jī)(處理單元)11、電源1C 12、穩(wěn)定電容器C1和C2和齊納二極管ZD1。電源1C 12基于電源電壓Vcc為微型計(jì)算機(jī)11產(chǎn)生電源電壓。當(dāng)來(lái)自微型計(jì)算機(jī)11的外部輸入信號(hào)IN變?yōu)榧せ顣r(shí)，負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置10會(huì)驅(qū)動(dòng)負(fù)載(S卩，點(diǎn)亮燈)。
[0059](發(fā)明人的先前研究)
[0060]在描述負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置10的細(xì)節(jié)之前，將描述本發(fā)明人先前研究的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置50 ο
[0061]圖26是示出根據(jù)設(shè)計(jì)出實(shí)施例之前的想法的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置50的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0062]如圖26所示，負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置50包括輸出晶體管Τ51、溫度檢測(cè)器TD51、邏輯電路1^51、驅(qū)動(dòng)電路01?51、限流器(第一限流器)IL51和限流器(第二限流器)IL52。注意，溫度檢測(cè)器TD51、邏輯電路1^51、驅(qū)動(dòng)電路01?51、限流器IL51和IL52構(gòu)成了控制電路CTL51。
[0063]電源電壓被提供給電源電壓端子Vcc，且諸如燈的負(fù)載(對(duì)應(yīng)于圖2中的“3”)連接到輸出端子OUT。輸出晶體管T51的漏電極和源電極分別電連接到電源電壓端子Vcc和輸出端子OUT。然后，通過(guò)提供給其柵極的柵極電壓Vg，控制輸出晶體管T51接通和斷開(kāi)。在本示例中，輸出晶體管T51是N溝道M0S晶體管，且當(dāng)柵極電壓Vg為Η電平時(shí)其接通，當(dāng)柵極電壓Vg為L(zhǎng)電平時(shí)其斷開(kāi)。
[0064]圖27是輸出晶體管溫度Ttr和環(huán)境溫度之間的溫差Tdif和溫差檢測(cè)信號(hào)dt_ot的每個(gè)的時(shí)序圖。
[0065]如圖27所示，當(dāng)輸出晶體管T51或其附近的溫度(在下文中稱為輸出晶體管溫度Ttr)和遠(yuǎn)離輸出晶體管T51的外圍電路的溫度(在下文中稱為環(huán)境溫度)之間的溫差Tdif超過(guò)第一基準(zhǔn)溫度差Tdrefl時(shí)，溫度檢測(cè)器TD51確定輸出晶體管溫度Ttr和環(huán)境溫度之間的溫差Tdif過(guò)高并將溫差檢測(cè)信號(hào)dt_ot設(shè)置為激活(例如，從L電平到Η電平)。注意，溫度檢測(cè)器TD51確定輸出晶體管溫度Ttr和環(huán)境溫度之間的溫差Tdif是否過(guò)高的操作被稱為溫差檢測(cè)操作。
[0066]然后，當(dāng)輸出晶體管溫度Ttr和環(huán)境溫度之間的溫差Tdif等于或小于第二基準(zhǔn)溫差Tdref2時(shí)，溫度檢測(cè)器TD51設(shè)置溫差檢測(cè)信號(hào)dt_ot回到非激活(例如，從Η電平到L電平)。第二基準(zhǔn)溫差Tdref2低于第一基準(zhǔn)溫差Tdrefl。具體來(lái)說(shuō)，溫差檢測(cè)信號(hào)dt_ot具有遲滯特性。在這種應(yīng)用中，第一基準(zhǔn)溫差Tdrefl和第二基準(zhǔn)溫差Tdref2之間的差異ATdref被定義為溫差檢測(cè)信號(hào)dt_ot的遲滯值。
[0067]圖28是輸出晶體管溫度Ttr和超溫檢測(cè)信號(hào)at_ot的每個(gè)的時(shí)序圖。
[0068]如圖28所示，當(dāng)輸出晶體管溫度Ttr高于第一基準(zhǔn)溫度Trefl時(shí)，溫度檢測(cè)器TD51確定輸出晶體管溫度Ttr過(guò)熱并將超溫檢測(cè)信號(hào)at_ot設(shè)置為激活(例如，從L電平到Η電平)。注意，溫度檢測(cè)器TD51確定輸出晶體管溫度Ttr是否過(guò)熱的操作被稱為超溫檢測(cè)操作。
[0069]然后，當(dāng)輸出晶體管溫度Ttr等于或小于第二基準(zhǔn)溫度Tref 2時(shí)，溫度檢測(cè)器TD51設(shè)置超溫檢測(cè)信號(hào)at_ot回到非激活(例如，從Η電平到L電平)。第二基準(zhǔn)溫度Tref2低于第一基準(zhǔn)溫度Trefl。具體來(lái)說(shuō)，超溫檢測(cè)信號(hào)at_ot具有遲滯特性。在這種應(yīng)用中，第一基準(zhǔn)溫度Trefl和第二基準(zhǔn)溫度Tref2之間的差異△ Trefl被定義為超溫檢測(cè)信號(hào)at_ot的遲滯值。
[0070]如上所述，為了通過(guò)允許在溫度變得足夠低之后輸出晶體管T51的操作恢復(fù)防止輸出晶體管T51的擊穿，溫差檢測(cè)信號(hào)dt_ot和超溫檢測(cè)信號(hào)at_ot都具有遲滯特性。
[0071]圖29是示出負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置50中的輸出晶體管T51的溫度(熱傳感器溫度)和環(huán)境溫度(冷傳感器溫度)之間的關(guān)系的圖。實(shí)線指示當(dāng)輸出晶體管T51的操作停止時(shí)的溫度(關(guān)斷溫度)，虛線指示當(dāng)輸出晶體管T51的操作恢復(fù)時(shí)的溫度(恢復(fù)溫度)。
[0072]圖29的示例示出了其中的第一基準(zhǔn)溫差Tdrefl為60°C，第二基準(zhǔn)溫差Tdref2為30°C，第一基準(zhǔn)溫度Trefl為180°C和第二基準(zhǔn)溫度Tref2為165°C的情況。因此，溫差檢測(cè)信號(hào)dt_ot的遲滯Δ Tdref為30°C，超溫檢測(cè)信號(hào)at_ot的遲滯Δ Trefl為15°C。當(dāng)輸出晶體管T51的溫度Ttr和環(huán)境溫度之間的差