半導體裝置、功率控制半導體裝置、車載電子控制單元及車輛的制作方法

半導體裝置、功率控制半導體裝置、車載電子控制單元及車輛的制作方法
【專利摘要】本發明涉及半導體裝置、功率控制半導體裝置、車載電子控制單元及車輛。根據一個實施例，一種開關控制電路(CTL1)包括穩壓二極管(D1)和電流鏡電路，當控制流過負載(4)的電流的輸出晶體管(T1)的漏極(Dr1)和源極(Sr1)之間的電壓超過特定值(Vcl)時，穩壓二極管(D1)允許輸出晶體管(T1)的漏極(Dr1)和源極(Sr1)之間的連通性，當電流流過穩壓二極管(D1)時，電流鏡電路允許輸出晶體管(T1)的漏極(Dr1)和柵極(Gt1)之間的連通性。
【專利說明】
半導體裝置、功率控制半導體裝置、車載電子控制單元及車輛
技術領域
[0001]本發明涉及一種半導體裝置、功率控制半導體裝置、車載電子控制單元及包括它的車輛，例如，涉及一種適用于精確地驅動負載的半導體裝置、功率控制半導體裝置、車載電子控制單元及包括它的車輛。【背景技術】
[0002]電子控制發動機等的電子控制單元(ECU)被安裝在諸如汽車、摩托車的車輛上。電子控制單元包括驅動設置在發動機中的負載諸如電磁噴射器的功率控制半導體裝置(智能功率裝置(iro))。功率控制半導體裝置由設置在負載的電流通路上的輸出晶體管和控制該輸出晶體管的導通和截止的開關控制電路組成。
[0003]在功率控制半導體裝置中，當供應到電感負載諸如螺線管或電機的電流從導通轉為截止時，儲存在負載中的電磁能將被釋放，從而產生反電動勢。為了防止輸出晶體管因反電動勢而出故障，功率控制半導體裝置包括將反電動勢箝位到特定箝位電壓的動態箝位電路。例如，在日本未審專利公開 N0.H6-104444、N〇.H11-261064、N〇 ? 2014-165848 和 No ? 2013-26838中，公開了包括該動態箝位電路的功率控制半導體裝置。
【發明內容】

[0004]然而，在根據現有技術的功率控制半導體裝置中，由于箝位電壓隨著負載電流的變化而變化，所以會發生箝位時間錯誤，這會引起不能精確地驅動負載的問題。從說明書和所附附圖的描述中，本發明的其它問題和新的特征將變得明顯。
[0005]根據一個實施例，一種半導體裝置包括限壓電路和第一電流鏡電路，當控制流過負載的電流的輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的電壓超過特定值時，限壓電路允許輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的連通性，當電流流過限壓電路時，第一電流鏡電路允許輸出晶體管的第一端子和控制端子之間的連通性。
[0006]根據一個實施例，車載電子控制單元包括控制流過一個或多個負載的電流的一個或多個功率控制半導體裝置，和基于設置在外部的傳感器的信息給一個或多個功率控制半導體裝置提供指令的處理器，其中一個或多個功率控制半導體裝置中的每一個都包括控制流過相應負載的電流的輸出晶體管、限壓電路和第一電流鏡電路，當輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的電壓超過特定值時，限壓電路允許輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的連通性，當電流流過限壓電路時，第一電流鏡電路允許輸出晶體管的第一端子和控制端子之間的連通性。
[0007]根據上述實施例，能夠提供一種能通過精確地控制箝位時間來精確地驅動負載的半導體裝置、功率控制半導體裝置、車載電子控制單元以及包括它的車輛。【附圖說明】
[0008]結合附圖，從某些實施例的以下描述中，上述和其它方面、優勢和特征將變得更加明顯，其中:
[0009]圖1是配備有根據第一實施例的電子控制系統的汽車的概略圖。
[0010]圖2是示出安裝在圖1所示的汽車上的電子控制系統的具體結構的圖。
[0011]圖3是示出根據第一實施例的電子控制系統的另一個結構示例的圖。
[0012]圖4是示出根據第一實施例的功率控制半導體裝置的結構示例的圖。
[0013]圖5是示出圖4所示的功率控制半導體裝置的操作的時序圖。[〇〇14]圖6是描述圖4所示的功率控制半導體裝置和圖23所示的功率控制半導體裝置之間的效果差異的圖。
[0015]圖7是示出在芯片上安裝圖4所示的功率控制半導體裝置的示例的圖。
[0016]圖8是示出圖4所示的功率控制半導體裝置的第一替代示例的圖。[〇〇17]圖9是示出圖4所示的功率控制半導體裝置的第二替代示例的圖。
[0018]圖10是示出圖4所示的功率控制半導體裝置的第三替代示例的圖。
[0019]圖11是示出圖4所示的功率控制半導體裝置的第四替代示例的圖。
[0020]圖12是示出圖4所示的功率控制半導體裝置的第五替代示例的圖。
[0021]圖13是示出根據第二實施例的功率控制半導體裝置的結構示例的圖。
[0022]圖14是示出甩負荷浪涌的波形的圖。[〇〇23]圖15是示出圖13所示的功率控制半導體裝置的替代示例的圖。
[0024]圖16是示出根據第三實施例的功率控制半導體裝置的結構示例的圖。[〇〇25]圖17是示出圖16所示的功率控制半導體裝置的操作的時序圖。
[0026]圖18是示出在芯片上安裝圖16所示的功率控制半導體裝置的示例的圖。
[0027]圖19是示出圖16所示的功率控制半導體裝置的替代示例的圖。
[0028]圖20是示出根據第四實施例的功率控制半導體裝置的結構示例的圖。[〇〇29]圖21是示出圖20所示的功率控制半導體裝置的替代示例的圖。[〇〇3〇]圖22是更詳細描述圖21所示的功率控制半導體裝置的效果的圖。
[0031]圖23是示出根據設計實施例之前的想法的功率控制半導體裝置的結構的圖。[〇〇32]圖24是示出圖23所示的功率控制半導體裝置的操作的時序圖。【具體實施方式】
[0033]在下文中，參考附圖描述了本發明的實施例。應該注意的是，附圖僅是通過示例的方式以簡化形式給出的，因此不被理解為限制本發明。相同的元件用相同的參考符號表示， 并且省略多余的解釋說明。
[0034]在下面的實施例中，為方便起見，在必要時可將描述分為多個部分或實施例。然而，除非另有明確規定，這些部分或實施例并不是彼此無關的，而是一個表示是另一個的全部或部分的變更、詳細或補充說明等的關系。此外，在下面的實施例中，當引用元件的數字等(包括數字、數值、數量、范圍等)時，除了另有明確規定的情況或原則上該數字明顯限制于特定數字的情況以外，該數字不限制于特定數字，而是可以大于或小于特定數字。
[0035]不用說，在下面的實施例中，它們的構成元件(包括操作步驟)并不一定是必不可少的，除了另有明確規定的情況或原則上它們明顯被視為是必不可少的情況以外。同樣，在下面的實施例中，當引用構成元件等的形狀、相對位置等時，這包括基本上相似或類似于那個形狀等的那些形狀等，除了另有明確規定的情況或原則上它明顯被視為是不同的情況以夕卜。這同樣適用于上面提到的數字等(包括數字、數值、數量、范圍等)。
[0036]〈第一實施例〉
[0037]圖1是配備有根據第一實施例的電子控制系統的汽車的概略圖。注意，在圖1中，作為示例，描述了電子控制系統是控制汽車的四缸發動機的燃料噴射的系統的情況。
[0038]如圖1所示，安裝在汽車上的電子控制系統SYS1包括，例如放置在汽車的內部或發動機室中的電子控制單元(車載電子控制單元)1，向電子控制單元1供應電源電壓的電池電源2,和作為由電子控制單元1驅動的負載的電磁噴射器4_1至4_4。
[0039]圖2是示出安裝在圖1所示的汽車上的電子控制系統SYS1的具體結構的圖。如圖2 所示，電子控制系統SYS1包括電子控制單元1、電池電源2、充當負載的電磁噴射器4 j至4_ 4、進氣歧管和氣缸101_1和101_4、發動機速度傳感器102、車速傳感器103、節氣門位置傳感器 104。
[0040]電子控制單元1包括微型計算機(處理器)11和分別控制電流流向電磁噴射器4_1 至4_4的功率控制半導體裝置10_1至10_4。
[0041]功率控制半導體裝置10_1包括位于電池電源2和電磁噴射器4 j之間的輸出晶體管Tlj，和控制輸出晶體管Tl_l的導通和截止的開關控制電路CTL1_1。功率控制半導體裝置1〇_2包括位于電池電源2和電磁噴射器4_2之間的輸出晶體管Tl_2,和控制輸出晶體管 Tl_2的導通和截止的開關控制電路CTL1_2。功率控制半導體裝置10_3包括位于電池電源2 和電磁噴射器4_3之間的輸出晶體管Tl_3,和控制輸出晶體管Tl_3的導通和截止的開關控制電路CTL1_3。功率控制半導體裝置10_4包括位于電池電源2和電磁噴射器4_4之間的輸出晶體管Tl_4,和控制輸出晶體管Tl_4的導通和截止的開關控制電路CTL1_4。
[0042]具體來說，在圖2的示例中，每個輸出晶體管Tlj至Tl_4都被用作為低壓側開關。 此外，每個開關控制電路CTLlj至CTL1_4都包括有源箝位電路，該有源箝位電路將在輸出晶體管Tlj至Tl_4從導通狀態轉換為截止狀態時由電感負載產生的反電動勢箝位在箝位電壓。隨后將描述有源箝位電路的細節。
[0043]給微型計算機11提供沒有示出的穩定電源電壓。微型計算機11基于發動機速度傳感器102、車速傳感器103、節氣門位置傳感器104等的感測結果，給功率控制半導體裝置10_ 1至1〇_4發出指令。開關控制電路CTL1_1至CTL1_4基于來自微型計算機11的指令(外部輸入信號)，分別控制輸出晶體管Tlj至Tl_4的導通和截止。從而控制電流流向電磁噴射器4_1 至4_4。在提供電流的一段時間期間，電磁噴射器4_1至4_4噴射燃料。噴射的燃料分別供應到進氣歧管和氣缸1〇1_1和1〇1_4。
[0044]注意，雖然燃料噴射時間基本上由輸出晶體管Tl_l至Tl_4響應于來自微型計算機 11的指令而導通的時間來確定，但是由于反電動勢的產生在有源箝位電路工作的情況下， 燃料噴射時間也會受到在那時(箝位時間)輸出晶體管n_i至Tl_4導通的時間的影響。由于箝位時間是在不能驅動電磁噴射器期間的浪費時間，所以要求盡可能減少該時間。通過減少箝位時間，能夠提高發動機的燃燒效率。[〇〇45](電子控制系統SYS1的其它結構示例)
[0046]圖3示出了作為電子控制系統SYS2的電子控制系統SYS 1的另一個結構示例。在圖3 中，作為示例，描述了將電子控制系統SYS2安裝在摩托車上的情況。
[0047]如圖3所示，安裝在摩托車上的電子控制系統SYS2包括電子控制單元1、給電子控制單元提供電源電壓的電池電源2、作為由電子控制單元1驅動的負載的電磁噴射器4、發動機速度傳感器102、車速傳感器103和節氣門位置傳感器104。
[0048]電子控制單元1包括微型計算機11、控制電流流向電磁噴射器4的功率控制半導體裝置10、調節器12和二極管13。
[0049]功率控制半導體裝置10包括設置于電池電源2和電磁噴射器4之間的輸出晶體管 T1，和控制輸出晶體管T1的導通和截止的開關控制電路CTL1。因此，在圖3的示例中，輸出晶體管T1被用作為低壓側開關。此外，開關控制電路CTL1包括有源箝位電路，該有源箝位電路將在輸出晶體管T1從導通狀態轉換為截止狀態時由電感負載產生的反電動勢箝位在箝位電壓。隨后將描述有源箝位電路的細節。
[0050]通過調節器12將電池電源2的電源電壓轉換成最佳電壓，然后供應到微型計算機 11。此外，為了在以相反的位置不正確連接電池電源2時防止微型計算機11的擊穿，在微型計算機11和調節器12之間放置防回流的二極管13。
[0051]微型計算機11基于發動機速度傳感器102、車速傳感器103、節氣門位置傳感器104 等的感測結果，給功率控制半導體裝置10發出指令。開關控制電路CTL1基于來自微型計算機11的指令(外部輸入信號)，控制輸出晶體管T1的導通和截止。從而控制電流流向電磁噴射器4。在提供電流的一段時間期間，電磁噴射器4噴射燃料。噴射的燃料供應到進氣歧管和氣缸(未不出)。[〇〇52]注意，雖然燃料噴射時間基本上由輸出晶體管T1響應于來自微型計算機11的指令而導通的時間來確定，但是由于反電動勢的產生在有源箝位電路工作的情況下，燃料噴射時間也會受到在那時(箝位時間)輸出晶體管T1導通的時間的影響。由于箝位時間是在不能驅動電磁噴射器期間的浪費時間，所以要求盡可能減少該時間。通過減少箝位時間，能夠提高發動機的燃燒效率。[〇〇53](發明人的先前研究)[〇〇54]在描述上述的放置在汽車、摩托車等的電子控制系統中的功率控制半導體裝置10 的細節之前，在下文中描述本發明人先前研究的功率控制半導體裝置50。
[0055]圖23是示出根據設計實施例之前的想法的功率控制半導體裝置50的結構的框圖。 [〇〇56]如圖23所示，功率控制半導體裝置50包括輸出晶體管T51、驅動電路DR51、放電晶體管Td51、穩壓二極管D51、二極管D52和電阻器元件R51。注意，驅動電路DR51、放電晶體管 Td51、穩壓二極管D51、二極管D52和電阻器元件R51構成了開關控制電路(半導體裝置) CTL51。在下文中，作為示例，描述了輸出晶體管T51和放電晶體管Td51都是N溝道M0S晶體管的情況。
[0057] 將來自電池電源2的電源電壓(在下文中也稱為電源電壓Vccl)提供到電源電壓端子Vccl，并將來自接地電源5的接地電壓(在下文中也稱為接地電壓GND)提供到接地電壓端子GND。此外，將外部輸入信號從外部設備諸如微型計算機提供到輸入端子IN(輸入)。將設置在發動機中的電感負載4諸如電磁噴射器連接到輸出端子OUT(輸出)。注意，雖然可將來自電池電源3的電源電壓提供到負載4，但是也可將電池電源2的電源電壓提供到負載4。 [〇〇58]將輸出晶體管T51的漏極和源極分別連接到輸出端子OUT和接地電壓端子GND。然后，經由電阻器元件R51將來自驅動電路DR51的控制信號S1提供到輸出晶體管T51的柵極。因此，將輸出晶體管T51用作為控制電流流向負載4的低壓側開關。[〇〇59]經由電阻器元件R51將放電晶體管Td51的漏極電連接到輸出晶體管T51的柵極，并將放電晶體管Td51的源極連接到輸出晶體管T51的源極。然后，將來自驅動電路DR51的控制信號S2提供到放電晶體管Td51的柵極。
[0060]驅動電路DR51由電源電壓Vcc 1和接地電壓GND來驅動，驅動電路DR51根據從外部提供到輸入端子IN的外部輸入信號輸出控制信號S1和S2。
[0061]例如，為驅動負載4在提供H電平的外部輸入信號的情況下，驅動電路DR51輸出H電平的控制信號S1和L電平的控制信號S2。結果，將H電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T51 的柵極，并通過L電平的控制信號S2使放電晶體管Td51截止，由此使輸出晶體管T51導通。
[0062]另一方面，為停止驅動負載4在提供L電平的外部輸入信號的情況下，驅動電路 DR51輸出L電平的控制信號S1和H電平的控制信號S2。結果，將L電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T51的柵極。此外，由于通過H電平的控制信號S2使放電晶體管Td51導通，所以輸出晶體管T51的柵極電荷會經由電阻器元件R51和放電晶體管Td51放電至接地電壓端子GND。 由此使輸出晶體管T51截止。[〇〇63]穩壓二極管D51和二極管D52形成了防止輸出晶體管T51過電壓的動態箝位電路。 通常，當供應到電感負載4的電流從導通轉換為截止時，儲存在負載4中的電磁能將被釋放， 由此會產生反電動勢。為了防止由反電動勢引起的輸出晶體管T51的擊穿，動態箝位電路將輸出端子OUT的電壓箝位至特定箝位電壓。[〇〇64]具體來說，將穩壓二極管D51的陰極連接到輸出端子0UT，并將穩壓二極管D51的陽極連接到二極管D52的陽極。將二極管D52的陰極連接到輸出晶體管T51的柵極。[〇〇65] 然后，當輸出端子OUT的電壓(更具體地說，輸出端子OUT和接地電壓端子GND之間的差分電壓)超過箝位電壓時，其中箝位電壓是穩壓二極管D51的擊穿電壓、二極管D52的正向電壓和輸出晶體管T51的閾值電壓的總和，將輸出端子OUT的電壓箝位到箝位電壓。[〇〇66](功率控制半導體裝置50的操作)[〇〇67]在下文中，參考圖24將描述功率控制半導體裝置50的操作。[〇〇68]圖24是示出功率控制半導體裝置50的操作的時序圖。作為示例描述了當外部輸入信號是H電平時輸出晶體管T51導通和當外部輸入信號是L電平時輸出晶體管T51截止的情況。
[0069]首先，當外部輸入信號從L電平變為H電平時(時間T51)，驅動電路DR51輸出H電平的控制信號S1和L電平的控制信號S2。結果，將H電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T51的柵極，并通過L電平的控制信號S2使放電晶體管Td51截止，由此使輸出晶體管T51導通。因此，電流從電池電源3流向負載4。注意，雖然此時輸出晶體管T51的柵極電壓高于漏極電壓， 但是電流從輸出晶體管T51的柵極到漏極的回流可通過二極管D52來防止。
[0070]然后，當外部輸入信號從H電平變為L電平時(時間T52)，驅動電路DR51輸出L電平的控制信號S1和H電平的控制信號S2。結果，將L電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T51的柵極。此外，由于通過H電平的控制信號S2使放電晶體管Td51導通，所以輸出晶體管T51的柵極電荷會經由電阻器元件R51和放電晶體管Td51放電至接地電壓端子GND。由此使輸出晶體管T51截止。因此，會切斷從電池電源3流向負載4的電流(時間t54)。[0071 ]當輸出晶體管T51導通時，電磁能會儲存在電感負載4中。因此，當輸出晶體管T51從導通轉換為截止時，儲存在負載4中的電磁能將被釋放，并在輸出端子OUT以正向方向產生反電動勢。因此，在輸出端子OUT會引起比電池電源3的電壓更高的電壓(時間T53)。[〇〇72]當通過反電動勢使輸出端子OUT的電壓高于箝位電壓時，電流會從輸出端子OUT經由穩壓二極管D51、二極管D52、電阻器元件R51和放電晶體管Td51流到接地電壓端子GND。由此，由于輸出晶體管T51的柵極電壓的增加，會使輸出晶體管T51導通。因此，電流會從輸出端子OUT經由輸出晶體管T51流到接地電壓端子GND，輸出端子OUT的電壓會被箝位至箝位電壓(時間t53至時間t54)。
[0073]注意，箝位電壓被設定為在輸出晶體管T51的漏-源電壓超過擊穿電壓之前執行箝位的值。由此能夠防止輸出晶體管T51的特性劣化和擊穿。
[0074]然而，在功率控制半導體裝置50的結構中，箝位電壓隨著負載電流(流過輸出端子 OUT的電流)的變化而變化，因此不可能精確地控制箝位時間。因此，功率控制半導體裝置50 具有不能準確驅動負載4的問題。這將在下文中具體描述。[〇〇75]在功率控制半導體裝置50的結構中，如上所述，箝位電壓是穩壓二極管D51的擊穿電壓、二極管D52的正向電壓和輸出晶體管T51的閾值電壓的總和。由于輸出晶體管T51的閾值電壓隨著流過輸出端子OUT的電流的下降而降低，因此，箝位電壓會變低。在實際箝位操作中，當流過輸出端子OUT的電流的值大時，在箝位開始時箝位電壓高，隨時間的流逝，流過輸出端子OUT的電流的值會變小，并且箝位電壓會降低。因此，盡管箝位時間是在不能驅動電感負載期間的浪費時間，箝位時間會變得比預期的更長。此外，由于負載電流改變，當負載的類型改變時，箝位時間也會改變。
[0076]具體來說，在使用電磁噴射器控制燃料噴射的燃料噴射系統諸如汽車或摩托車中，燃料噴射量由燃料噴射時間控制。燃料噴射時間是有意導通輸出晶體管T51的時間和在有源箝位電路工作時輸出晶體管導通的時間(箝位時間)的總和。當有意導通輸出晶體管 T51的時間由微型計算機等精確地控制時，如上所述，箝位時間會變得比預期更長，因此由箝位時間的增加而出現的燃料噴射時間的錯誤會影響燃料消耗等。因此，盡可能地減少箝位時間是非常重要的，其中盡可能地減少箝位時間是精確地控制箝位時間。
[0077]鑒于上述情況，為了精確地控制箝位時間和精確地驅動負載，發明了根據該實施例的功率控制半導體裝置10。[〇〇78](功率控制半導體裝置10的結構)[〇〇79]圖4是示出的功率控制半導體裝置10的結構示例的圖。[〇〇8〇]如圖4所示，功率控制半導體裝置10包括輸出晶體管T1、驅動電路DR1、放電晶體管 Tdl、穩壓二極管(限壓電路)D1、二極管D2、電阻器元件R1、晶體管Trl和晶體管Tr2。注意，驅動電路DR1、放電晶體管Tdl、穩壓二極管D1、二極管D2、電阻器元件R1和晶體管Trl和Tr2形成了開關控制電路(半導體裝置)CTL1。[〇〇811在下文中，作為示例，描述了輸出晶體管T1和放電晶體管Tdl都是N溝道功率M0S晶體管和兩個晶體管Trl和Tr2都是P溝道M0S晶體管的情況。然而，注意，輸出晶體管T1和放電晶體管Tdl可以都是NPN雙極型晶體管，兩個晶體管Trl和Tr2可以都是PMP雙極型晶體管。
[0082] 將來自電池電源2的電源電壓(在下文中也稱為電源電壓Vccl)提供到電源電壓端子Vccl，并將來自接地電源5的接地電壓(在下文中也稱為接地電壓GND)提供到接地電壓端子GND。此外，將外部輸入信號從外部設備諸如微型計算機提供到輸入端子IN。
[0083]將設置在發動機中的電感負載4諸如電磁噴射器連接在輸出端子OUT和電池電源3 之間。注意，電池電源3和電池電源2可以是共同的。
[0084]經由節點Nl 1將輸出晶體管T1的漏極(端子)Dr 1連接到輸出端子OUT，經由節點N13 將輸出晶體管T1的源極(端子)Srl連接到接地電壓端子GND。然后，經由電阻器元件R1和節點N12將來自驅動電路DR1的控制信號S1提供到輸出晶體管T1的柵極(控制端子)。因此，將輸出晶體管T1用作為控制電流流向負載4的低壓側開關。[〇〇85]經由電阻器元件R1將放電晶體管Tdl的漏極電連接到輸出晶體管T1的柵極Gtl，并將放電晶體管Tdl的源極連接到輸出晶體管T1的源極Sri。然后，將來自驅動電路DR1的控制信號S2提供到放電晶體管Tdl的柵極。[〇〇86] 驅動電路DR1由電源電壓Vcc 1和接地電壓GND來驅動，驅動電路DR1根據從外部提供到輸入端子IN的外部輸入信號輸出控制信號S1和S2。
[0087]例如，為驅動負載4在提供H電平的外部輸入信號的情況下，驅動電路DR1輸出H電平的控制信號S1和L電平的控制信號S2。結果，將H電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T1 的柵極Gtl，并通過L電平的控制信號S2使放電晶體管Tdl截止，由此使輸出晶體管T1導通。 [〇〇88]另一方面，為停止驅動負載4在提供L電平的外部輸入信號的情況下，驅動電路DR1 輸出L電平的控制信號S1和H電平的控制信號S2。結果，將L電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T1的柵極Gtl。此外，由于通過H電平的控制信號S2使放電晶體管Tdl導通，所以在輸出晶體管T1的柵極G11的電荷會經由電阻器元件R1和放電晶體管T d 1放電至接地電壓端子 GND。由此使輸出晶體管T1截止。[〇〇89]穩壓二極管D1、二極管D2和晶體管Trl和Tr2形成了防止輸出晶體管T1過電壓的動態箝位電路。通常，當供應到電感負載4的電流從導通轉換為截止時，儲存在負載4中的電磁能將被釋放，由此會產生反電動勢。為了防止由反電動勢引起的輸出晶體管T1的擊穿，動態箝位電路將輸出端子OUT的電壓箝位至箝位電壓。
[0090]具體來說，在晶體管Trl中，將源極連接到輸出端子OUT(換句話說，輸出晶體管T1 的漏極Drl)，將漏極和柵極連接到晶體管Tr2的柵極和穩壓二極管D1的陰極。將穩壓二極管 D1的陽極連接到輸出晶體管T1的源極Sr 1。在晶體管Tr2中，將源極連接到輸出端子OUT，將漏極連接到二極管D2的陽極。將二極管D2的陰極連接到輸出晶體管T1的柵極Gtl。晶體管 Trl和Tr2形成了電流鏡電路。[〇〇91] 然后，當輸出端子OUT的電壓(更具體地說，輸出端子OUT和接地電壓端子GND之間的差分電壓)超過箝位電壓時，其中箝位電壓是穩壓二極管D1的擊穿電壓和晶體管Trl的閾值電壓的總和，將輸出端子OUT的電壓箝位到箝位電壓。[〇〇92](功率控制半導體裝置10的操作)[〇〇93]在下文中，將參考圖5描述功率控制半導體裝置10的操作。[〇〇94]圖5是示出功率控制半導體裝置10的操作的時序圖。作為示例描述了當外部輸入信號是H電平時輸出晶體管II導通和當外部輸入信號是L電平時輸出晶體管II截止的情況。
[0095]首先，當外部輸入信號從L電平變為H電平時(時間T11)，驅動電路DR1輸出H電平的控制信號S1和L電平的控制信號S2。結果，將H電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T1的柵極Gtl，并通過L電平的控制信號S2使放電晶體管Tdl截止，由此使輸出晶體管T1導通。因此， 電流從電池電源3流向負載4。注意，雖然此時輸出晶體管T1的柵極電壓變得高于漏極電壓，但是電流從輸出晶體管n的柵極Gtl經由晶體管Tr2到輸出晶體管T1的漏極Drl的回流可通過二極管D2來防止。
[0096]然后，當外部輸入信號從H電平變為L電平時(時間T12 )，驅動電路DR1輸出L電平的控制信號S1和H電平的控制信號S2。結果，將L電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T1的柵極Gtl。此外，由于通過H電平的控制信號S2使放電晶體管Tdl導通，所以在輸出晶體管T1的柵極Gt 1的電荷會經由電阻器元件R1和放電晶體管Td 1放電至接地電壓端子GND。由此使輸出晶體管n截止。因此，會切斷從電池電源3流向負載4的電流(時間tl4)。
[0097]當輸出晶體管T1導通時，電磁能會儲存在電感負載4中。因此，當輸出晶體管T1從導通轉換為截止時，儲存在負載4中的電磁能將被釋放，并在輸出端子OUT以正向方向產生反電動勢。因此，在輸出端子OUT會引起比電池電源3的電壓更高的電壓(時間T13)。[〇〇98]當通過反電動勢使輸出端子OUT的電壓變得高于箝位電壓(=穩壓二極管D1的擊穿電壓+晶體管Trl的閾值電壓)時，電流開始從輸出端子OUT經由晶體管Trl和穩壓二極管 Dr流向接地電壓端子GND(在下文中也稱為電流通路P1)。由此，與流過晶體管Tr 1的電流成比例的電流會流過晶體管Tr2。換句話說，電流從輸出端子OUT經由晶體管Tr2、二極管D2、電阻器元件R1和放電晶體管Tdl流向接地電壓端子GND(在下文中也稱為電流通路P2)。由于輸出晶體管T1的柵極電壓的增加，會使輸出晶體管T1導通。因此，電流會從輸出端子OUT經由輸出晶體管T1流向接地電壓端子GND，輸出端子OUT的電壓會被箝位至箝位電壓(時間tl3至時間114)。此時，通過釋放電磁能流過輸出端子OUT的電流(流過負載4的電流)會以指數方式連續下降。[〇〇99]注意，箝位電壓被設定為在輸出晶體管T1的漏極Drl和源極Sri之間的電壓超過擊穿電壓之前執行箝位的值。由此能夠防止輸出晶體管T1的特性劣化和擊穿。
[0100]如上所述，箝位電壓是穩壓二極管D1的擊穿電壓和晶體管Trl的閾值電壓的總和。 因此，箝位電壓不隨著輸出端子OUT的電流的變化而變化。由此精確地控制箝位時間。此外， 在箝位操作期間的箝位電壓保持在高值。因此，減少了箝位時間。因此，功率控制半導體裝置10能夠精確地驅動負載4。
[0101]圖6是描述功率控制半導體裝置10和功率控制半導體裝置50之間的效果差異的圖。從功率控制半導體裝置10的箝位電壓不取決于負載電流的下面描述中使它變得明顯。
[0102]如圖6所示，根據比較示例的功率控制半導體裝置50的箝位電壓是穩壓二極管D51 的擊穿電壓、二極管D52的正向電壓和輸出晶體管T51的閾值電壓的總和。穩壓二極管D51的擊穿電壓和二極管D52的正向電壓是恒定值，而不取決于負載電流。另一方面，輸出晶體管 T51的閾值電壓隨著負載電流的變化而變化。因此，當負載電流高時，在箝位開始時箝位電壓高，隨著箝位時間的流逝，負載電流變低，并且箝位電壓變低。因此，箝位電壓很大程度上取決于負載電流。結果，箝位時間變得比預期的長。
[0103]另一方面，根據該實施例的功率控制半導體裝置10的箝位電壓是穩壓二極管D1的擊穿電壓和晶體管Trl的閾值電壓的總和。由于決定箝位電壓的電流通路形成在輸出晶體管T1的漏極Drl和源極Sri之間，所以穩壓二極管D1的擊穿電壓和晶體管Trl的閾值電壓是恒定值，而不取決于負載電流。因此，在箝位操作期間的箝位電壓是恒定高的值。因此，箝位電壓基本上不取決于負載電流。結果，如期望地減少了箝位時間。
[0104]如上所述，在功率控制半導體裝置10的結構中，箝位電壓不隨流過輸出端子OUT的電流的變化而變化，因此，會精確地控制箝位時間。具體來說，減少了箝位時間。因此，功率控制半導體裝置10能夠精確地驅動負載4。例如，當將功率控制半導體裝置10安裝在汽車、 摩托車等的電子控制系統上時，能夠使箝位時間期間的燃料注入最小。此外，由于能夠正確預測箝位時間，所以考慮到箝位時間能夠精確地估計燃料噴射量。結果，能夠提高發動機的燃料效率。
[0105]注意，用于在箝位時強行導通輸出晶體管T1的柵極電壓的電源和施加到負載4的電源電壓的電源的結構是不同的情況下，如果沒有連接柵極電壓的電源，則即使由于反電動勢使輸出端子OUT的電壓增加時，也無法強行導通輸出晶體管T1。此外，在設置用于控制輸出晶體管T1的柵極電壓的雙極型晶體管的情況下，必須通過限制負載電流來限制施加到雙極型晶體管的電壓，由此，使箝位期間的負載電流的減少變慢。結果，使箝位時間變長。
[0106]另一方面，在功率控制半導體裝置10的結構中，用于在箝位時強行導通輸出晶體管T1的柵極電壓的電源和施加到負載4的電源電壓的電源是一樣的。因此，當輸出端子OUT 的電壓通過反電動勢增加時，功率控制半導體裝置10能夠可靠地導通輸出晶體管T1。
[0107]雖然在該實施例中作為示例描述了將輸出晶體管T1用作為低壓側開關的情況，但它不限于此，且可以將輸出晶體管T1用作為高壓側開關。
[0108](芯片安裝示例)
[0109]圖7是示出在芯片上安裝功率控制半導體裝置10的示例的圖。
[0110]在圖7的示例中，將構成功率控制半導體裝置10的輸出晶體管T1和開關控制電路 CTL1分別設置在芯片CHP1和芯片CHP2上。然而，注意，構成功率控制半導體裝置10的輸出晶體管T1和開關控制電路CTL1可以以單片形式形成。
[0111]設置在芯片CHP2上的開關控制電路CTL1提供有用于控制輸出晶體管T1的導通和截止的從外部經由焊墊Pd26提供的輸入信號，提供有由電池電源2經由焊墊Pd24提供的電源電壓，和提供有由接地電源5經由焊墊pd25提供的接地電壓。然后，經由芯片CHP2上的焊墊Pd21至Pd23和芯片CHP1上的焊墊Pdll至Pdl3,將開關控制電路CTL1的節點Nil至N13與設置在芯片CHP1上的輸出晶體管T1的漏極Drl、柵極Gtl和源極Sri連接在一起。注意，芯片 CHP1和CHP2通過鍵合線連接。
[0112]注意，除了過壓保護電路之外，在開關控制電路CTL1中可以設置另一個保護電路。 例如，在開關控制電路CTL1中可以設置防止輸出晶體管T1過流的過流保護電路(未示出)、 防止輸出晶體管T1過熱的過熱保護電路(未示出)等。此外，可以進一步設置用于向外部輸出這些保護電路的輸出結果的端子和焊墊。功率控制半導體裝置10的狀態通過觀察這些保護電路的輸出結果來識別，因此能夠增強功能的安全性。[〇113](功率控制半導體裝置10的第一替代示例)
[0114]圖8是示出作為功率控制半導體裝置10a的、功率控制半導體裝置10的第一替代示例的圖。
[0115]如圖8所示，功率控制半導體裝置10a不同于功率控制半導體裝置10,因為它進一步包括串聯連接到晶體管Trl和穩壓二極管D1的電阻器元件R2。功率控制半導體裝置10a的其它結構與功率控制半導體裝置10的其它結構相同，因此不再重復描述。
[0116]當電流通路P1連續時，電阻器元件R2用作限制流過穩壓二極管D1的電流的限流元件。通過限制流過穩壓二極管D1的電流，能夠穩定穩壓二極管D1的擊穿電壓。
[0117]注意，代替電阻器元件R2,可以設置能限制流過穩壓二極管D1的電流的元件，諸如具有短接柵極和漏極的N溝道M0S晶體管或耗盡型N溝道M0S晶體管。[〇118](功率控制半導體裝置10的第二替代示例)
[0119]圖9是示出作為功率控制半導體裝置10b的、功率控制半導體裝置10的第二替代示例的圖。
[0120]如圖9所示，功率控制半導體裝置10b不同于功率控制半導體裝置10,因為它進一步包括晶體管Tr3和晶體管Tr4。在下文中，作為示例描述了晶體管Tr3和Tr4都是N溝道M0S 晶體管的情況。
[0121]在功率控制半導體裝置10b的結構中，穩壓二極管D1和晶體管Tr3設置在電流通路 P1上，晶體管Trl和晶體管Tr4設置在不同于電流通路P1的電流通路(電流通路P3)上。
[0122]具體來說，將穩壓二極管D1的陰極連接到輸出端子OUT。在晶體管Tr3中，將漏極和柵極連接到穩壓二極管D1的陽極和晶體管Tr4的柵極，并將源極連接到輸出晶體管T1的源極Sri。在晶體管Trl中，將源極連接到輸出端子0UT，并將漏極和柵極連接到晶體管Tr2的柵極和晶體管Tr4的漏極。將晶體管Tr4的源極連接到輸出晶體管T1的源極Sri。
[0123]注意，晶體管Tr3和Tr4形成了電流鏡電路。此外，當電流通路P1連續時，晶體管Tr3 用作限制流過穩壓二極管D1的電流的限流元件。通過限制流過穩壓二極管D1的電流，能夠穩定穩壓二極管D1的擊穿電壓。
[0124]當輸出端子OUT的電壓變得高于箝位電壓時，其中箝位電壓是穩壓二極管D1的擊穿電壓和晶體管Tr3的閾值電壓的總和，由于反電動勢等，電流開始從輸出端子OUT經由穩壓二極管D1和晶體管Tr3流向接地電壓端子GND(其是電流通路P1)。因此，與流過晶體管Tr3 的電流成比例的電流會流過晶體管Tr4。換句話說，電流從輸出端子OUT經由晶體管Tr 1和 Tr4流向接地電壓端子GND (其是電流通路P3)。因此，與流過晶體管Tr 1的電流成比例的電流會流過晶體管Tr2。換句話說，電流從輸出端子OUT經由晶體管Tr2、二極管D2、電阻器元件R1 和放電晶體管Tdl流向接地電壓端子GND(其是電流通路P2)。因此，由于輸出晶體管T1的柵極電壓的增加，使輸出晶體管T1導通。因此，電流從輸出端子OUT經由輸出晶體管T1流向接地電壓端子GND，并使輸出端子OUT的電壓箝位至箝位電壓。
[0125]在功率控制半導體裝置10b中，正如功率控制半導體裝置10的情況一樣，箝位電壓不會隨著流過輸出端子OUT的電流的變化而變化，因此，在箝位操作期間箝位電壓保持在高值。因此，功率控制半導體裝置1 〇b能夠精確地控制箝位時間和精確地驅動負載4。
[0126](功率控制半導體裝置10的第三替代示例)
[0127]圖10是示出作為功率控制半導體裝置10c的、功率控制半導體裝置10的第三替代示例的圖。
[0128]如圖10所示，在連接電流通路P2和P3的更高電壓側的地方，功率控制半導體裝置 10c不同于功率控制半導體裝置10b。具體來說，將晶體管Trl和Tr2的源極連接到電源電壓端子Vccl，而不是連接到輸出端子OUT。功率控制半導體裝置10c的其它結構與功率控制半導體裝置l〇b的其它結構相同，因此不再重復描述。
[0129]即使在電流通路P1與電流通路P2和P3之間的電流源不同時，功率控制半導體裝置 l〇c與功率控制半導體裝置10也基本上具有相同的效果。[〇13〇](功率控制半導體裝置10的第四替代示例)
[0131]圖11是示出作為功率控制半導體裝置lOd的、功率控制半導體裝置10的第四替代示例的圖。
[0132]如圖11所示，功率控制半導體裝置10d不同于功率控制半導體裝置10a，因為它包括串聯連接的多個穩壓二極管Dlj至Dl_n(n是2或2以上的整數)，而不是單個穩壓二極管 D1。對于每個穩壓二極管Dl_l至Dl_n，使用擊穿電壓約為6V且具有低溫依賴性的穩壓二極管。功率控制半導體裝置l〇d的其它結構與功率控制半導體裝置10a的其它結構相同，因此不再重復描述。
[0133]每個穩壓二極管Dl_l至Dl_n都通過結合P型半導體和N型半導體來形成，并且它們的擊穿電壓和擊穿電壓的溫度特性都由P型半導體和N型半導體的濃度來確定。此外，一般來說，二極管的擊穿通過在低擊穿電壓區域中的齊納擊穿現象來發生，并且它通過在高擊穿電壓區域中的雪崩擊穿現象來發生。因此，在低擊穿電壓區域中觀察到負的溫度依賴性， 在高擊穿電壓區域中觀察到正的溫度依賴性。
[0134]約為6V的擊穿電壓在由齊納擊穿現象發生的擊穿和由雪崩擊穿現象發生的擊穿之間的邊界上。因此，擊穿電壓約為6V的穩壓二極管的溫度依賴性顯著降低。此外，由于擊穿電壓約為6V的穩壓二極管由高濃度的P型半導體和N型半導體形成，所以濃度不會很大地變化，由此擊穿電壓不會很大地變化。因此，通過使用擊穿電壓約為6V的多個穩壓二極管 Dl_l至Dl_n，能夠實現具有較小制造變化和較小溫度變化的動態箝位電路。因此，能夠實現箝位時間較小變化的動態箝位電路。
[0135](功率控制半導體裝置10的第五替代示例)
[0136]圖12是示出作為功率控制半導體裝置10e的、功率控制半導體裝置10的第五替代示例的圖。
[0137]如圖12所示，功率控制半導體裝置10e不同于功率控制半導體裝置10d，因為它進一步包括與多個穩壓二極管Dl_l至Dl_n串聯且反向地連接的二極管D3。具體來說，將二極管D3的陽極連接到穩壓二極管Dl_l的陽極，并將二極管D3的陰極連接到電阻器元件R2的一端。
[0138]二極管D3與多個穩壓二極管Dl_l至Dl_n—起使用，以進一步降低電流通路P1的溫度依賴性。具體來說，當多個穩壓二極管Dl_l至Dl_n顯示正的溫度依賴性時，通過設置具有負的溫度依賴性的二極管D3，能夠進一步降低電流通路P1的溫度依賴性。
[0139]注意，代替單個二極管D3,可以設置串聯連接的多個二極管D3j至D3_m(m是2或2 以上的整數)。穩壓二極管D1和二極管D3的數目可以任意設定。
[0140]〈第二實施例〉
[0141]圖13是示出根據第二實施例的功率控制半導體裝置10f的結構示例的圖。
[0142]為了防止將浪涌電壓施加到電子控制系統，功率控制半導體裝置10f具有當由于甩負荷等產生浪涌電壓時使輸出晶體管T1的過壓保護功能不起作用的功能。這將在下文中具體描述。
[0143]例如，在諸如汽車和摩托車的車輛中，當由于電源線的損壞等使電池電源從交流發電機(發電機)截止時，即在發生甩負荷時，發電機的負載會改變，并且在電源電壓端子 (Vcc2)會引起浪涌電壓。
[0144]圖14是示出甩負荷浪涌的波形的圖。
[0145]參考圖14,甩負荷浪涌具有約為400ms的時間常數，并且它表現為電源電壓端子 (Vcc2)的正電壓。一般來說，當使用12V的電池電源時，甩負荷的浪涌電壓在電子控制系統上被箝位至40V。
[0146]由于甩負荷浪涌具有比電感負載的電磁能更大的能量，當有源箝位電路在產生甩負荷浪涌時工作時，存在輸出晶體管T1出現熱故障的可能性。因此，常見的設計裝置滿足輸出晶體管T1的擊穿電壓〉箝位電壓〉甩負荷的浪涌電壓的關系，使得有源箝位電路即使在產生甩負荷浪涌時也不工作。
[0147]然而，輸出晶體管T1的擊穿電壓和每單位面積的導通電阻存在權衡關系，如果輸出晶體管T1具有相同的導通電阻，隨著擊穿電壓升高，芯片面積越大且成本越高。因此，輸出晶體管T1的擊穿電壓盡可能低是期望的。具體來說，當由于甩負荷的浪涌電壓最高為40V 時，設計輸出晶體管T1的擊穿電壓最低為40V是期望的。
[0148]鑒于以上情況，功率控制半導體裝置10f包括在發生反電動勢時起作用在發生甩負荷浪涌時不起作用的動態箝位電路，從而能夠使輸出晶體管T1的擊穿電壓下降到大約浪涌電壓。
[0149](功率控制半導體裝置10f的結構)
[0150]如圖13所示，功率控制半導體裝置10f不同于功率控制半導體裝置10e，因為它進一步包括晶體管Tr5和比較器CMP1。此外，功率控制半導體裝置10f進一步包括提供來自電池電源3的電源電壓(在下文中也稱為電源電壓Vcc2)的電源電壓端子Vcc2。
[0151]在下文中，作為示例描述了晶體管Tr5是N溝道M0S晶體管的情況。然而，注意，晶體管Tr5可以是NPN雙極型晶體管。
[0152]比較器CMP1比較電源電壓端子Vcc2的電壓(其是電池電源3的電源電壓)與輸出端子OUT的電壓，并輸出比較結果。具體來說，在比較器CMP 1中，將非反相輸入端子連接到輸出端子0UT，將反相輸入端子連接到電源電壓端子Vcc2,并將輸出端子連接到晶體管Tr5的柵極。
[0153]將晶體管Tr5設置在電流通路P1上，并基于比較器CMP1的比較結果進行導通和關斷，從而控制電流通路P1的連通性。具體來說，在晶體管Tr5中，將源極連接到二極管D3的陽極，將漏極連接到穩壓二極管Dl_l的陽極，并將比較器CMP1的比較結果提供到柵極。
[0154]在輸出端子OUT由電感性負載4引起的反電動勢和在電源電壓端子Vcc2由甩負荷引起的浪涌電壓都為正電壓。因此，產生反電動勢和甩負荷浪涌中的哪一個通過使用比較器CMP1比較輸出端子OUT的電壓與電源電壓端子Vcc2的電壓來確定。
[0155]例如，當輸出端子OUT的電壓由反電動勢增加時，輸出端子OUT的電壓變得高于電源電壓端子Vcc2的電壓，從而比較器CMP1輸出H電平的比較結果。從而使晶體管Tr5導通，通過穩壓二極管Dl_l至Dl_n等的電流通路P1變為連續。從而使有源箝位電路起作用。結果，使輸出晶體管T1導通，并使通過反電動勢而增加的輸出端子OUT的電壓箝位至箝位電壓(=晶體管Trl的閾值電壓+穩壓二極管Dl_l至Dl_n的擊穿電壓+晶體管Tr5的閾值電壓+二極管D3 的正向電壓+電阻器元件R2的電壓降)。由此執行防反電動勢的過壓保護。
[0156]此外，在輸出晶體管T1導通時出現甩負荷的情況下，電源電壓端子Vcc2的電壓和輸出端子OUT的電壓會增加。然而，由于電流流過負載4和輸出晶體管T1，所以由于負載4的電阻的電壓降，電源電壓端子Vcc2的電壓變得高于輸出端子OUT的電壓。因此，比較器CMP1輸出L電平的比較結果。從而使晶體管Tr5截止，并使通過穩壓二極管Dlj至01_11等的電流通路P1變得不連續。從而使有源箝位電路不起作用。因此，不執行防甩負荷浪涌的過壓保護。
[0157]另一方面，在輸出晶體管T1截止時出現甩負荷的情況下，電源電壓端子Vcc2的電壓和輸出端子OUT的電壓會增加。因為電流沒有流過負載4和輸出晶體管T1，所以電源電壓端子Vcc2的電壓等于輸出端子OUT的電壓。在這種情況下，為了檢測甩負荷的發生，將比較器CMP1配置為在非反相輸入端子和反相輸入端子之間有意具有偏置電壓。具體來說，將比較器CMP1配置為，使得反相輸入端子對非反相輸入端子有正向偏置電壓。因此，即使在輸出晶體管T1的截止狀態期間發生甩負荷時，也能使比較器CMP1輸出L電平的比較結果。具體來說，在輸出晶體管T1的截止狀態下，比較器CMP1也能準確檢測到甩負荷的發生。當從比較器 CMP1輸出L電平的比較結果時，就會使晶體管Tr5截止，并使通過穩壓二極管Dlj至Dl_n等的電流通路P1變得非連續。從而使有源箝位電路不起作用。因此，不執行防甩負荷浪涌的過壓保護。
[0158]如上所述，當由于甩負荷等產生浪涌電壓時，功率控制半導體裝置10f會使輸出晶體管T1的過壓保護功能不起作用。因此，能夠防止將浪涌電壓施加到電子控制系統。此外， 在功率控制半導體裝置l〇f中，可將輸出晶體管T1的擊穿電壓設定為與由甩負荷等引起的浪涌電壓大約一樣低，由此能夠減小輸出晶體管T1的面積，從而降低成本。[〇159](功率控制半導體裝置10f的替代示例)[〇16〇]圖15是示出作為功率控制半導體裝置10g的、功率控制半導體裝置10f的替代示例的圖。
[0161]如圖15所示，功率控制半導體裝置10g不同于功率控制半導體裝置10f，因為它進一步包括電阻器元件R31至R34。具體來說，將電阻器元件R31和R32串聯地設置在電源電壓端子Vcc2和接地電壓端子GND之間。將電阻器元件R33和R34串聯地設置在輸出端子OUT和接地電壓端子GND之間。將電阻器元件R31和R32之間的節點連接到比較器CMP 1的反相輸入端子，并將電阻器元件R33和R34之間的節點連接到比較器CMP1的非反相輸入端子。
[0162]電阻器元件R31和R32輸出由電源電壓端子Vcc2的分壓電阻獲得的低電壓。電阻器元件R33和R34輸出由輸出端子OUT的分壓電阻獲得的低電壓。由此能夠防止將過電壓施加到比較器CMP1的反相輸入端子和非反相輸入端子。
[0163]注意，只要能夠防止將過電壓施加到比較器CMP1的反相輸入端子和非反相輸入端子，就可以設置不同于電阻器元件R31至R34的元件。例如，代替電阻器元件R32和R34,可以設置穩壓二極管。
[0164]〈第三實施例〉
[0165]圖16是示出功率控制半導體裝置20的結構示例的圖。當將輸出晶體管T1用作為功率控制半導體裝置l〇a中的低壓側開關時，可以將輸出晶體管T1用作為功率控制半導體裝置20中的尚壓側開關。
[0166]如圖16所示，功率控制半導體裝置20包括輸出晶體管T1、驅動電路DR1、放電晶體管Tdl、穩壓二極管D1、二極管D2、電阻器元件R1、電阻器元件R2、晶體管Trl和晶體管Tr2，就像功率控制半導體裝置l〇a—樣。負載4設置在輸出端子OUT和接地電源6之間。
[0167]注意，接地電源6可以與接地電源5短接。然而，注意，當將輸出晶體管T1用作為汽車等的高壓側開關時，在許多情況下，連接到負載4的接地電源和連接到功率控制半導體裝置20的接地電源是不同的。在這種情況下，電位差發生在接地電源5和6之間的約2V的范圍內。
[0168]將輸出晶體管T1的漏極Drl經由節點N21連接到電源電壓端子Vcc2,將輸出晶體管 T1的源極Sr 1經由節點N2 3連接到輸出端子OUT。然后，將來自驅動電路DR 1的控制信號S1經由電阻器元件R1和節點N22提供到輸出晶體管T1的柵極Gtl。具體來說，將輸出晶體管T1用作為控制流過負載4的電流的高壓側開關。
[0169]將放電晶體管Tdl的漏極經由電阻器元件R1電連接到輸出晶體管T1的柵極Gtl，并將放電晶體管Td 1的源極連接到輸出晶體管T1的源極Sr 1。將來自驅動電路DR1的控制信號 S2提供到放電晶體管Tdl的柵極。[〇17〇] 驅動電路DR1用電源電壓Vcc2和接地電壓GND來驅動并根據從外部提供到輸入端子IN的外部輸入信號輸出控制信號S1和S2。
[0171]穩壓二極管D1、二極管D2和晶體管Trl和Tr2形成了防止輸出晶體管T1過壓的動態箝位電路。一般來說，當供應到電感負載4的電流從導通轉為截止時，儲存在負載4中的電磁能將被釋放，從而產生反電動勢。為了防止輸出晶體管T1由于反電動勢而擊穿，當電源電壓端子Vcc2和輸出端子OUT之間的差分電壓變得高于指定箝位電壓時，動態箝位電路會箝位輸出端子OUT的電壓，直到電源電壓端子Vcc2和輸出端子OUT之間的差分電壓變成箝位電壓。
[0172]具體來說，在晶體管Trl中、將源極連接到電源電壓端子Vcc2(換句話說，輸出晶體管T1的漏極Drl)，并將漏極和柵極連接到晶體管Tr2的柵極和穩壓二極管D1的陰極。將穩壓二極管D1的陽極連接到輸出晶體管T1的源極Sri。在晶體管Tr2中，將源極連接到電源電壓端子Vcc2,并將漏極連接到二極管D2的陽極。將二極管D2的陰極連接到輸出晶體管T1的柵極Gtl。晶體管Trl和Tr2形成了電流鏡電路。
[0173]然后，當電源電壓端子Vcc2和輸出端子OUT之間的差分電壓超過箝位電壓時，其中箝位電壓是穩壓二極管D1的擊穿電壓和晶體管Trl的閾值電壓的總和，箝位輸出端子OUT的電壓，直到電源電壓端子Vcc2和輸出端子OUT之間的差分電壓變為箝位電壓。[〇174](功率控制半導體裝置20的操作)
[0175]在下文中，參考圖17將描述功率控制半導體裝置20的操作。
[0176]圖17是示出功率控制半導體裝置20的操作的時序圖。作為示例描述了當外部輸入信號是H電平時輸出晶體管II導通和當外部輸入信號是L電平時輸出晶體管II截止的情況。
[0177]首先，當外部輸入信號從L電平變為H電平時(時間T21)，驅動電路DR1輸出H電平的控制信號S1和L電平的控制信號S2。結果，將高于電池電源3的電源電壓的、H電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T1的柵極Gtl，并通過L電平的控制信號S2使放電晶體管Tdl截止，由此使輸出晶體管T1導通。因此，電流從電池電源3流向負載4。注意，雖然此時輸出晶體管T1 的柵極電壓變得高于漏極電壓，但是電流從輸出晶體管T1的柵極Gtl經由晶體管Tr2到輸出晶體管T1的漏極Drl的回流可通過二極管D2來防止。
[0178]然后，當外部輸入信號從H電平變為L電平時(時間T22)，驅動電路DR1輸出L電平的控制信號S1和H電平的控制信號S2。結果，將L電平的控制信號S1提供到輸出晶體管T1的柵極Gtl。此外，由于通過H電平的控制信號S2使放電晶體管Tdl導通，所以在輸出晶體管T1的柵極Gtl的電荷會經由電阻器元件R1和放電晶體管Tdl放電至輸出端子OUT。由此使輸出晶體管T1截止。因此，會切斷從電池電源3流向負載4的電流(時間t24)。
[0179]當輸出晶體管T1導通時，電磁能會儲存在電感負載4中。因此，當輸出晶體管T1從導通轉換為截止時，儲存在負載4中的電磁能將被釋放，并在輸出端子OUT以反向方向產生反電動勢。因此，在輸出端子OUT會引起比接地電源6更低的電壓(時間T23)。
[0180]當通過反電動勢使電源電壓端子Vcc2和輸出端子OUT之間的差分電壓變得高于箝位電壓(=穩壓二極管D1的擊穿電壓+晶體管Trl的閾值電壓+電阻器元件R2的電壓降)時， 電流開始從電源電壓端子Vcc2經由晶體管Trl、穩壓二極管D1和電阻器元件R2流向輸出端子OUT(在下文中也稱為電流通路P1)。由此，與流過晶體管Tr 1的電流成比例的電流會流過晶體管Tr2。換句話說，電流從電源電壓端子Vcc2經由晶體管Tr2、二極管D2、電阻器元件R1 和放電晶體管Td 1流向輸出端子OUT(在下文中也稱為電流通路P2)。由于輸出晶體管T1的柵極電壓的增加，因此會使輸出晶體管T1導通。因此，電流會從電源電壓端子Vcc2經由輸出晶體管T1流向輸出端子0UT，輸出端子OUT的電壓會被箝位至箝位電壓(時間t23至時間t24)。 此時，通過釋放電磁能流過輸出端子OUT的電流(流過負載4的電流)會以指數方式連續下降。
[0181]注意，箝位電壓被設定為在輸出晶體管T1的漏極Drl和源極Sri之間的電壓超過擊穿電壓之前執行箝位的值。由此能夠防止輸出晶體管T1的特性劣化和擊穿。
[0182]在功率控制半導體裝置20的結構中，就像功率控制半導體裝置10a的情況一樣，箝位電壓不隨流過輸出端子OUT的電流的變化而變化，因此，會精確地控制箝位時間。具體來說，減少了箝位時間。因此，功率控制半導體裝置20能夠精確地驅動負載4。例如，當將功率控制半導體裝置20安裝在汽車、摩托車等的電子控制系統上時，能夠使箝位時間期間的燃料注入最小。此外，由于能夠正確預測箝位時間，所以考慮到箝位時間能夠精確地估計燃料噴射量。結果，能夠提高發動機的燃料效率。
[0183]此外，在功率控制半導體裝置20的結構中，用于在箝位時強行導通輸出晶體管T1 的柵極電壓的電源和施加到負載4的電源電壓的電源是相同的。因此，當輸出端子OUT的電壓由反電動勢增加時，功率控制半導體裝置20能可靠地導通輸出晶體管T1。
[0184]雖然在該實施例中作為示例描述了將輸出晶體管T1用作為高壓側開關的情況，但它不限于此，并且可將輸出晶體管T1用作為低壓側開關。
[0185]此外，雖然在該實施例中作為示例描述了將電阻器元件R2設置為限流元件的情況，但它不限于此，且與在功率控制半導體裝置10中的情況一樣，可不必設置電阻器元件 R2〇
[0186](芯片安裝示例)
[0187]圖18是示出在芯片上安裝功率控制半導體裝置20的示例的圖。
[0188]在圖18的示例中，將構成功率控制半導體裝置20的輸出晶體管T1和開關控制電路 CTL2分別設置在芯片CHP3和芯片CHP4上。然而，注意，構成功率控制半導體裝置20的輸出晶體管T1和開關控制電路CTL2可以以單片形式形成。
[0189]設置在芯片CHP4上的開關控制電路CTL2提供有用于控制輸出晶體管T1的導通和截止的從外部經由焊墊Pd46提供的輸入信號，提供有由電池電源2經由焊墊Pd44提供的電源電壓，和提供有從接地電源5經由焊墊pd45提供的接地電壓。然后，經由芯片CHP4上的焊墊Pd41至Pd43和芯片CHP3上的焊墊Pd31至Pd33,將開關控制電路CTL2的節點N21至N23與設置在芯片CHP3上的輸出晶體管T1的漏極Drl、柵極Gtl和源極Sri連接在一起。注意，芯片 CHP3和CHP4通過鍵合線連接。
[0190]注意，除了過壓保護電路之外，在開關控制電路CTL2中可以設置另一個保護電路。 例如，在開關控制電路CTL2中可以設置防止輸出晶體管T1過流的過流保護電路(未示出)、 防止輸出晶體管T1過熱的過熱保護電路(未示出)等。此外，可以進一步設置用于向外部輸出這些保護電路的輸出結果的端子和焊墊。功率控制半導體裝置20的狀態通過觀察這些保護電路的輸出結果來識別，因此能夠增強功能的安全性。[〇191](功率控制半導體裝置20的替代示例)
[0192]圖19是示出作為功率控制半導體裝置20a的、功率控制半導體裝置20的替代示例的圖。
[0193]如圖19所示，功率控制半導體裝置20a不同于功率控制半導體裝置20,因為它進一步包括串聯連接的多個穩壓二極管Dlj至Dl_n，而不是單個穩壓二極管D1，和與它們串聯連接并反向的二極管D3。具體來說，將二極管D3的陽極連接到穩壓二極管Dl_l的陽極，將二極管D3的陰極連接到電阻器元件R2的一端。功率控制半導體裝置20a的其它結構與功率控制半導體裝置20的其它結構相同，因此不再重復描述。
[0194]對于每個穩壓二極管Dl_l至Dl_n，使用擊穿電壓約為6V且具有低溫依賴性的穩壓二極管。由此，能夠實現具有較小制造變化和較小溫度變化的動態箝位電路，就像功率控制半導體裝置l〇d等的情況一樣。因此，能夠實現箝位時間較小變化的動態箝位電路。
[0195]為了進一步降低電流通路P1的溫度依賴性，將二極管D3與多個穩壓二極管Dl_l至 Dl_n—起使用。具體來說，當多個穩壓二極管Dl_l至Dl_n顯示正的溫度依賴性時，通過設置具有負的溫度依賴性的二極管D3，能夠進一步降低電流通路P1的溫度依賴性。
[0196]注意，如果不需要，則可不必設置二極管D3。此外，代替單個二極管D3,可以設置串聯連接的多個二極管D3_l至D3_m(m是2或2以上的整數)。穩壓二極管D1和二極管D3的數目可以任意設定。
[0197]〈第四實施例〉
[0198]圖20是示出根據第四實施例的功率控制半導體裝置20b的結構示例的圖。
[0199]為了防止將浪涌電壓施加到電子控制系統，功率控制半導體裝置20b具有當由于甩負荷等產生浪涌電壓時使輸出晶體管T1的過壓保護功能不起作用的功能。
[0200]如圖20所示，功率控制半導體裝置20b不同于功率控制半導體裝置20,因為它進一步包括晶體管Tr5、穩壓二極管D41、二極管D42和電阻器元件R4。穩壓二極管D41、二極管D42 和電阻器元件R4形成了電壓檢測電路。
[0201]將穩壓二極管D41的陽極連接到輸出端子0UT，并將穩壓二極管D41的陰極連接到電阻器元件R4的一端。將二極管D42的陰極連接到電阻器元件R4的另一端，并將二極管D42 的陽極連接到接地電壓端子GND。將穩壓二極管D41的陰極連接到晶體管Tr5的柵極。假定二極管D42的擊穿電壓高于甩負荷的浪涌電壓。
[0202]晶體管Tr5設置在電流通路P1上，并基于穩壓二極管D41的陰極電壓導通和截止， 從而控制電流通路P1的連通性。具體來說，在晶體管Tr5中，將源極連接到二極管D3的陽極， 將漏極連接到穩壓二極管Dl_l的陽極，將穩壓二極管D41的陰極電壓提供到柵極。
[0203]當在輸出端子OUT由電感負載4引起的反電動勢是負電壓時，在電源電壓端子Vcc2 由甩負荷引起的浪涌電壓為正電壓。因此，比較容易確定產生的是反電動勢和甩負荷浪涌中的哪一個。例如，功率控制半導體裝置20b允許電流通路P1連續，從而使動態箝位電路僅在輸出端子OUT具有由反電動勢引起的負電壓時起作用，否則使電流通路P1不連續，從而使動態箝位電路不起作用。
[0204]例如，當由于反電動勢輸出端子OUT的電壓變成負電壓時，接地電壓端子GND的電壓變得高于輸出端子OUT的電壓，從而電流從接地電壓端子GND經由電壓檢測電路流向輸出端子OUT。因此，通過穩壓二極管D41的擊穿電壓量，將比施加到晶體管Tr5的源極的電壓高的電壓施加到晶體管Tr5的柵極，從而使晶體管Tr5導通。因此，使通過穩壓二極管Dlj至 Dl_n等的電流通路P1變得連續。從而使有源箝位電路起作用。結果，使輸出晶體管T1導通， 使已經通過反電動勢減少的輸出端子OUT的電壓增加，直到電源電壓端子Vcc2和輸出端子 OUT之間的差分電壓變為箝位電壓(=晶體管Tr5和Tr6的閾值電壓+穩壓二極管Dl_l至Dl_n 的擊穿電壓+二極管D3的擊穿電壓)。由此執行防反電動勢的過壓保護。
[0205]此外，在輸出晶體管T1導通時出現甩負荷的情況下，電源電壓端子Vcc2的電壓增加。此外，當輸出晶體管T1的導通電阻足夠低時，由于負載電流輸出晶體管T1的漏極Drl和源極Sri之間的電壓降足夠小，由此輸出晶體管T1的電壓會增加到與電源電壓端子Vcc2的電壓基本相同的值。然而，由于二極管D42的擊穿電壓高于由如上所述的甩負荷引起的浪涌電壓，所以電流不會從輸出端子OUT經由電壓檢測電路流向接地電壓端子GND。由此使晶體管Tr5的柵極和源極變成相同的電位，并使晶體管Tr5截止。因此，使通過穩壓二極管Dl_l至 Dl_n等的電流通路P1變得不連續。從而使有源箝位電路不起作用。因此，不執行防甩負荷浪涌的過壓保護。
[0206]另一方面，在輸出晶體管T1截止時出現甩負荷的情況下，當電源電壓端子Vcc2的電壓增加時，輸出端子OUT的電壓是接地電源6的電壓值。由于接地電源5和6之間的電位差為大約2V或2V以下，所以電流不會從輸出端子OUT經由電壓檢測電路流向接地電壓端子 GND。由此使晶體管Tr5的柵極和源極變成相同的電位，并使晶體管Tr5截止。因此，使通過穩壓二極管Dl_l至Dl_n等的電流通路P1變得不連續。從而使有源箝位電路不起作用。因此，不執行防甩負荷浪涌的過壓保護。注意，雖然甩負荷浪涌被施加到輸出晶體管T1的漏極Drl和源極Sri之間，但由于輸出晶體管T1的擊穿電壓高于浪涌電壓，所以不會使輸出晶體管T1發生擊穿和損壞。[〇2〇7]如上所述，功率控制半導體裝置20b僅在輸出端子OUT具有由反電動勢引起的負電壓時，使輸出晶體管T1的過壓保護功能起作用。因此，當由于甩負荷等產生浪涌電壓時，輸出晶體管T1的過壓保護功能將不起作用。由此能夠防止將浪涌電壓施加到電子控制系統。 此外，在功率控制半導體裝置20b中，可將輸出晶體管T1的擊穿電壓設定為與由于甩負荷等引起的浪涌電壓大約一樣低，由此能夠減小輸出晶體管T1的面積，從而降低成本。
[0208] 應該注意的是，電壓檢測電路的元件不限于以上描述的那些，并且它們可以用具有相同功能的其它元件代替。例如，代替二極管D42,可以設置柵極和源極短接的M0S晶體管。[〇2〇9](功率控制半導體裝置20b的替代示例)[〇21〇]圖21是示出作為功率控制半導體裝置20c的功率控制半導體裝置20b的替代示例的圖。
[0211] 如圖21所示，功率控制半導體裝置20c不同于功率控制半導體裝置20b，因為它包括代替電阻器元件R2的晶體管Tr6,還包括晶體管Tr7。在下文中，作為示例描述了晶體管 Tr6和Tr7是N溝道M0S晶體管的情況。[〇212]在晶體管Tr6中，將漏極和柵極連接到二極管D3的陰極和晶體管Tr7的柵極，將源極連接到輸出端子OUT。在晶體管Tr7中，將漏極連接到二極管D42的陰極，將源極連接到輸出端子OUT。
[0213]注意，晶體管Tr6和Tr7形成了電流鏡電路。此外，當電流通路P1連續時，晶體管Tr6 用作限制電流流過穩壓二極管Dlj至Dl_n的限流元件。通過限制流過穩壓二極管Dlj至 Dl_n的電流，能夠穩定穩壓二極管Dl_l至Dl_n的擊穿電壓。
[0214]此外，晶體管Tr7和電阻器元件R4—起用作限制電流流過穩壓二極管D41的限流元件。通過限制流過穩壓二極管D41的電流，能夠穩定穩壓二極管D41的擊穿電壓。
[0215]圖22是更詳細地描述功率控制半導體裝置20c的效果的圖。圖22示出了功率控制半導體裝置20c中的電流通路P1和電壓檢測電路的電路圖。
[0216]當輸出端子OUT的電壓由于反電動勢等變為負電壓時，電流開始從接地電壓端子 GND經由電壓檢測電路流向輸出端子0UT，由于晶體管Tr5的柵極電壓的增加，使晶體管Tr5 導通，從而使包括晶體管Tr6的電流通路P1變得連續。從而使有源箝位電路起作用。結果，使輸出晶體管T1導通，使由于反電動勢而減小的輸出端子OUT的電壓增加，直到電源電壓端子 Vcc2和輸出端子OUT之間的差分電壓變為箝位電壓(=晶體管Tr 1、Tr5和Tr6的閾值電壓+穩壓二極管Dl_l至Dl_n的擊穿電壓+二極管D3的擊穿電壓)。[〇217]當電流開始流過包括晶體管Tr6的電流通路P1時，與流過晶體管Tr6的電流成比例的電流會流過晶體管Tr7。具體來說，在接地電壓端子GND和輸出端子OUT之間形成了兩個電流通路，它們是包括二極管D42、電阻器元件R4和穩壓二極管D41的電流通路，和包括二極管 D42和晶體管Tr7的電流通路。由此，在沒有增加電阻器元件R4的阻值的情況下限制了流過穩壓二極管D41的電流，并能夠穩定穩壓二極管D41的擊穿電壓。由此，能夠可靠保護晶體管 Tr6的柵極。[〇218]功率控制半導體裝置20c的其它結構和操作與功率控制半導體裝置20b的其它結構和操作是相同的，因此不再重復描述。
[0219]如上所述，根據第一至第四實施例的功率控制半導體裝置包括穩壓二極管D1和晶體管Trl和Tr2,其中當輸出晶體管T1的源極Sri和漏極Drl之間的電壓超過箝位電壓時，穩壓二極管D1允許輸出晶體管T1的源極Sri和漏極Drl連續，當電流流過穩壓二極管D1時，晶體管Trl和Tr2允許電流在輸出晶體管T1的源極Sri和柵極Gtl之間流動。因此，箝位電壓不會隨著在箝位期間流過輸出端子OUT的電流的變化而變化，因此，能夠精確地控制箝位時間。具體來說，能夠減少箝位時間。因此，能夠精確地驅動負載4。例如，當將根據第一至第四實施例的功率控制半導體裝置安裝在汽車、摩托車等的電子控制系統上時，能夠使箝位時間期間的燃料注入最小。此外，由于能夠正確預測箝位時間，所以考慮到箝位時間能夠精確地估計燃料噴射量。結果，能夠提高發動機的燃料效率。
[0220]雖然在第一至第四實施例中描述了輸出晶體管T1是功率M0S晶體管的情況，但是輸出晶體管T1可使用各種形狀和結構的溝槽單元形成。例如，輸出晶體管T1可以是溝槽型或平面型MOS晶體管。此外，輸出晶體管T1可以是垂直或水平MOS晶體管的任何結構。
[0221]可選擇地，在輸出晶體管T1是雙極型晶體管的情況下，輸出晶體管T1可以是例如柵極絕緣雙極型晶體管的任何結構。當然，輸出晶體管T1可以是不同于它的單元結構。此夕卜，構成功率M0S晶體管的單元結構不限于條狀，并且它可以是任何形狀諸如六邊形或正方形。
[0222]此外，根據第一至第四實施例的功率控制半導體裝置可被封裝為功率半導體裝置，或者可用作為裸芯片。此外，構成功率控制半導體裝置的輸出晶體管T1和開關控制電路可形成在單片(一個管芯)上，或者形成在分開的芯片(多個管芯)上。
[0223]此外，根據第一至第四實施例的功率控制半導體裝置，不僅可應用于汽車、摩托車等的燃料噴射系統，還可應用于其它電子控制系統。例如，它們可被應用于驅動汽車的電磁閥，驅動用于工業機器人等的電機，真正控制定序器等。
[0224]雖然在上述中具體描述了本發明的實施例，但本發明不限于上述實施例，且在不偏離本發明的范圍內可以做出各種修改和變更。
[0225]例如，在根據上述實施例的半導體裝置中，半導體襯底、半導體層、擴散層(擴散區)等的導電類型(P型或N型)可被反轉。因此，當N型和P型中的一個導電類型是第一導電類型且它的另一導電類型是第二導電類型時，第一導電類型可以是P型且第二導電類型可以是N型，或者相反地第一導電類型可以是N型且第二導電類型可以是P型。
[0226]第一至第四實施例能被本領域的普通技術人員如所希望地加以組合。
[0227]雖然根據若干實施例已描述了本發明，但本領域技術人員應該意識到，在所附權利要求的精神和范圍內，可以對本發明進行各種修改，并且本發明不限于上述示例。
[0228]此外，權利要求的范圍不受上述實施例限制。
[0229]此外，注意，
【申請人】的意圖是包括所有權利要求要素的等價物，甚至是隨后在審查期間的修改。
【主權項】
1.一種半導體裝置，包括:限壓電路，當控制流過負載的電流的輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的電壓超 過特定值時，所述限壓電路允許所述輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的連通性；以 及第一電流鏡電路，當電流流過所述限壓電路時，所述第一電流鏡電路允許所述輸出晶 體管的第一端子和控制端子之間的連通性。2.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中所述第一電流鏡電路包括:第一晶體管，其與所述限壓電路串聯地設置；以及第二晶體管，其設置在所述輸出晶體管的第一端子和控制端子之間，在其中流過與所 述第一晶體管的電流成比例的電流。3.根據權利要求1所述的半導體裝置，進一步包括:第二電流鏡電路，其中所述第二電流鏡電路包括:第三晶體管，其與所述限壓電路串聯地設置；以及第四晶體管，在其中流過與所述第三晶體管的電流成比例的電流，以及所述第一電流鏡電路包括:第一晶體管，其與所述第四晶體管串聯地設置；以及第二晶體管，其設置在所述輸出晶體管的第一端子和控制端子之間，在其中流過與所 述第一晶體管的電流成比例的電流。4.根據權利要求1所述的半導體裝置，進一步包括:防止電流從所述輸出晶體管的控制端子向所述第一端子回流的第一二極管。5.根據權利要求1所述的半導體裝置，進一步包括:放電晶體管，其設置在所述輸出晶體管的第二端子和控制端子之間并且被控制以在所 述輸出晶體管截止時導通；以及電阻器元件，其與所述輸出晶體管的第二端子和控制端子之間的放電晶體管串聯地設置。6.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中所述限壓電路是一個或多個穩壓二極管。7.根據權利要求6所述的半導體裝置，進一步包括:與所述一個或多個穩壓二極管串聯地并反向地設置的一個或多個第二二極管。8.根據權利要求6所述的半導體裝置，進一步包括:與所述限壓電路串聯地設置的限流元件。9.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中所述負載設置在電池電源和所述輸出晶體管的第一端子之間，以及 所述半導體裝置進一步包括:第一比較器，其比較所述電池電源的電壓和所述輸出晶體管的第一端子的電壓；以及 第五晶體管，其與所述限壓電路串聯地設置，并被控制以基于所述第一比較器的比較 結果而導通和截止。10.根據權利要求9所述的半導體裝置，進一步包括:一組電阻器元件，其對所述電池電源的電壓和所述輸出晶體管的第一端子的電壓進行分壓，其中所述第一比較器比較由所述一組電阻器元件分壓的所述電池電源的電壓和所述輸出 晶體管的第一端子的電壓。11.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中所述負載設置在接地電源和所述輸出晶體管的第二端子之間，以及 所述半導體裝置進一步包括:電壓檢測電路，其檢測所述輸出晶體管的第二端子的電壓；以及 第五晶體管，其與所述限壓電路串聯地設置，并被控制以基于所述電壓檢測電路的檢 測結果而導通和截止。12.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中所述電壓檢測電路包括串聯地設置在第二接地電源和所述輸出晶體管的第二端子之 間的電壓檢測二極管、電壓檢測電阻器和電壓檢測穩壓二極管，其中所述第二接地電源不 同于連接到所述負載的接地電源，以及 所述半導體裝置進一步包括:第六晶體管，其與所述限壓電路串聯地設置；以及第七晶體管，其設置在所述電壓檢測二極管和所述電壓檢測電阻器之間的節點與所述 輸出晶體管的第二端子之間，在其中流過與所述第六晶體管的電流成比例的電流。13.—種功率控制半導體裝置，包括:根據權利要求1所述的半導體裝置；以及 輸出晶體管。14.一種車載電子控制單元，包括:一個或多個功率控制半導體裝置，其控制流過一個或多個負載的電流；以及 處理器，其基于來自于設置在外部的傳感器的信息，給所述一個或多個功率控制半導 體裝置提供指令，其中所述一個或多個功率控制半導體裝置中的每一個都包括:輸出晶體管，其控制流過相應負載的電流；限壓電路，當所述輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的電壓超過特定值時，所述 限壓電路允許所述輸出晶體管的第一端子和第二端子之間的連通性；以及第一電流鏡電路，當電流流過所述限壓電路時，所述第一電流鏡電路允許所述輸出晶 體管的第一端子和控制端子之間的連通性。15.根據權利要求14所述的車載電子控制單元，其中所述一個或多個負載是設置在車 輛的發動機中的電磁噴射器。16.—種配備有根據權利要求15所述的車載電子控制單元的車輛。
【文檔編號】F02D41/26GK106089462SQ201610269096
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月27日 公開號201610269096.0, CN 106089462 A, CN 106089462A, CN 201610269096, CN-A-106089462, CN106089462 A, CN106089462A, CN201610269096, CN201610269096.0
【發明人】中原明宏, 田中誠
【申請人】瑞薩電子株式會社