專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種具有用于保護(hù)輸出晶體管免受過電流損壞的過電流保護(hù)電路的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
在汽車和家用電氣設(shè)備中，使用了用于控制強(qiáng)電流和高電壓的功率器件(也被稱為功率IC或功率半導(dǎo)體)。由于因諸如負(fù)載短路等故障而流入輸出晶體管的異常強(qiáng)電流(過電流)可能會(huì)擊穿輸出晶體管，因此功率器件具有保護(hù)輸出晶體管免受過電流損壞的功能。
圖14和15為描述了現(xiàn)有功率器件的構(gòu)造的電路圖。該現(xiàn)有功率器件101為用于控制流經(jīng)負(fù)載102的電流的開關(guān)，并且該開關(guān)使用MOSFET(金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，下文稱之為MOS晶體管)。由于開關(guān)安裝在電源(電池)一側(cè)而非負(fù)載一側(cè)，因此被稱為高邊開關(guān)(high side switch)。
如圖14和15所示，現(xiàn)有功率器件101包括輸出MOS晶體管M110，用于控制負(fù)載102的電流；電荷泵103，用于生成用于導(dǎo)通輸出MOS晶體管M110的柵極電壓；以及過電流保護(hù)電路104，用于保護(hù)輸出MOS晶體管M110免受過電流損壞。過電流保護(hù)電路104進(jìn)一步包括檢測(cè)電路105，用于檢測(cè)過電流；以及MOS晶體管M111，用于在當(dāng)檢測(cè)電路105檢測(cè)出過電流時(shí)來釋放輸出MOS晶體管M110的柵極電荷。
作為電源的電池被連接到Vcc端(電源端)，接地電壓GND被連接到GND端(接地端)，并且負(fù)載102被連接到OUT端。
例如，通過來自外部的控制信號(hào)來導(dǎo)通/截止電荷泵103的輸出，并且通過電荷泵103的輸出信號(hào)來導(dǎo)通/截止輸出MOS晶體管M110。當(dāng)檢測(cè)到過電流時(shí)，檢測(cè)電路105通過導(dǎo)通MOS晶體管M111來釋放輸出MOS晶體管M110的柵極電荷，并且截止輸出MOS晶體管M110，以防止輸出MOS晶體管M110被過電流擊穿。
圖14中的功率器件101和圖15中的功率器件101是MOS晶體管M111的源極的連接目的地不同的例子。圖14中的MOS晶體管M111的源極被連接到GND端(接地端)，而圖15中的MOS晶體管M111的源極被連接到OUT端(輸出端)。當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，則OUT端被接地到接地電壓GND，因此圖14和圖15中的功率器件執(zhí)行相同的操作。
圖16為當(dāng)在現(xiàn)有功率器件中負(fù)載短路時(shí)的時(shí)序圖。負(fù)載的短路指的是由于諸如絕緣涂層剝落和接觸不良等原因在不通過負(fù)載的情況下OUT端被接地到接地電壓GND。如果負(fù)載短路，則在Vcc端的電源電壓Vcc降到接近接地電壓GND的0V的水平。這是因?yàn)楫?dāng)電池和功率器件之間的電線很長時(shí)，該電線的阻抗就會(huì)變得比輸出MOS晶體管的導(dǎo)通電阻(幾～幾十個(gè)mΩ)高得多，并且如果負(fù)載短路，則電池的大部分電壓會(huì)被電線消耗掉。
另外負(fù)載不再消耗電流，因此輸出電流IOUT變得異常強(qiáng)。由于該過電流，輸出MOS晶體管M110升溫，并且如果過電流繼續(xù)處于這種狀態(tài)，則輸出MOS晶體管M110會(huì)被該熱量擊穿。因此必須盡可能快地截止輸出MOS晶體管M110。
不過如果電源電壓Vcc過低，比如0V，則過電流保護(hù)電路104不能正常工作。例如，如果電源電壓Vcc為檢測(cè)電路105的工作電壓或更低，則不能檢測(cè)到過電流，并且如果電源電壓Vcc為MOS晶體管M111的閾值或更低，則不能導(dǎo)通MOS晶體管M111，因此不能釋放輸出MOS晶體管M110的柵極電荷。因此輸出MOS晶體管M110無法截止，并且輸出MOS晶體管M110會(huì)被擊穿。
作為具有與圖14和圖15類似的電路的現(xiàn)有半導(dǎo)體器件，已知在日本專利申請(qǐng)未決公開No.2001-160746中所公開的半導(dǎo)體器件。
如上所述，在諸如功率器件等現(xiàn)有半導(dǎo)體器件的情況下，輸出晶體管無法截止，并且如果當(dāng)產(chǎn)生過電流時(shí)電源電壓過低，會(huì)擊穿輸出晶體管。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括輸出晶體管，其連接在第一電源端和輸出端之間，并且根據(jù)施加到其電流控制端的信號(hào)流經(jīng)輸出電流；過電流保護(hù)元件，其連接在電流控制端和第二電源端之間；第一檢測(cè)電路，通過第一電源端被施加以電壓，用于檢測(cè)流經(jīng)輸出晶體管的電流，以將檢測(cè)信號(hào)提供給過電流保護(hù)元件的第一控制端；以及第二檢測(cè)電路，通過第一電源端被施加以電壓，用于檢測(cè)流經(jīng)輸出晶體管的電流，以將檢測(cè)信號(hào)提供給過電流保護(hù)元件的第二控制端，并且工作在低于第一檢測(cè)電路的電壓下。
根據(jù)該半導(dǎo)體器件，當(dāng)過電流在輸出晶體管中流動(dòng)時(shí)，第二檢測(cè)電路檢測(cè)過電流，以使過電流保護(hù)元件工作，并且然后第一檢測(cè)電路檢測(cè)過電流，以使過電流保護(hù)元件工作。因此，即使當(dāng)電源電壓低到不能使第一檢測(cè)電路工作時(shí)，也能可靠地截止輸出晶體管，并且能避免輸出晶體管的介質(zhì)擊穿。


從下面結(jié)合附圖的講述中，本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征更加清楚，其中圖1為框圖，示出了包括根據(jù)本發(fā)明的功率器件的系統(tǒng)；
圖2為框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的功率器件；圖3為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的功率器件；圖4A和4B為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路；圖4C為平面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；圖5為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路；圖6為時(shí)序圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的功率器件；圖7為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路；圖8為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路；圖9為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路；圖10A～10D為電路圖，示出了用于根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路的恒電壓源；圖11為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路；圖12為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的功率器件；圖13為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二檢測(cè)電路；圖14為電路圖，示出了現(xiàn)有功率器件；圖15為電路圖，示出了現(xiàn)有功率器件；以及圖16為時(shí)序圖，示出了現(xiàn)有功率器件。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1下面來講述具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的功率器件的系統(tǒng)的構(gòu)造。該系統(tǒng)是安裝在例如汽車中的系統(tǒng)，并且是用于控制通過功率器件流經(jīng)負(fù)載的電流并且驅(qū)動(dòng)負(fù)載的系統(tǒng)。
如圖1所示，該系統(tǒng)包括ECU(電氣控制單元)11、繼電器箱12、負(fù)載4、用于供應(yīng)電源的電池5，以及作為連接到接地電壓GND(GND電位)的車身的金屬部分的底盤6。電池5和ECU 11，以及電池5和繼電器箱12通過諸如束線等電線連接。
負(fù)載4的一端連接到功率器件1a，并且另一端接地連接到底盤6。負(fù)載4是頭燈、功率窗口、ABS和引擎閥，其中電流來自ECU 11的功率器件1a和繼電器箱12，這些負(fù)載是根據(jù)該電流來工作的。
ECU 11包括功率器件1a、微處理器2和調(diào)節(jié)器3。功率器件1a、微處理器2和調(diào)節(jié)器3分別是例如單芯片半導(dǎo)體器件，但是可以由任意數(shù)目個(gè)芯片組成。
調(diào)節(jié)器3所提供的穩(wěn)定的電源使微處理器2工作。微處理器2與功率器件1a相連，以便輸入信號(hào)到功率器件1a/輸出來自功率器件1a的信號(hào)。微處理器2將用于控制負(fù)載4的電流的控制信號(hào)輸出到功率器件1a，并且從功率器件1a輸入用于表明功率器件1a的異常狀態(tài)的異常信號(hào)10。
功率器件1a連接到微處理器2和負(fù)載4。功率器件1a根據(jù)從微處理器2輸入的控制信號(hào)控制著流經(jīng)負(fù)載4的電流。功率器件1a檢測(cè)諸如過電流和過熱等異常狀態(tài)，并且輸出異常信號(hào)到微處理器2。在ECU 11中可以安裝有多個(gè)功率器件1a。
繼電器箱12是其中安裝有多個(gè)開關(guān)的箱子，并且只具有多個(gè)功率器件1b，這一點(diǎn)與ECU 11不同。在這種情況下，多個(gè)功率器件1b根據(jù)從外部輸入的控制信號(hào)來控制流經(jīng)多個(gè)負(fù)載4的電流。
對(duì)于諸如頭燈和功率窗口等要求相對(duì)適中的安全性和簡(jiǎn)單控制的負(fù)載的情況，使用繼電器箱12，并且對(duì)于諸如ABS控制和引擎控制等需要高安全性和復(fù)雜控制的負(fù)載的情況，使用ECU 11。
該系統(tǒng)并不限于汽車，而是可以為諸如家用電氣設(shè)備和機(jī)器人等由強(qiáng)電流或強(qiáng)電壓驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。例如，該系統(tǒng)具有如下構(gòu)造，其中對(duì)于功率器件產(chǎn)生過電流，并且當(dāng)發(fā)生諸如負(fù)載短路等故障時(shí)電源電壓下降。
下面參照?qǐng)D2來講述根據(jù)本實(shí)施例的功率器件的構(gòu)造。該功率器件1a安裝在電池側(cè)而非負(fù)載側(cè)，并且作為高邊開關(guān)來工作。
如圖2所示，功率器件1a包括輸出MOS晶體管(用于輸出的MOS晶體管)M0、過電流保護(hù)電路21、電荷泵22、箝位電路23、過熱保護(hù)電路24和異常輸出電路25。在功率器件1a中，位于輸出MOS晶體管M0外部的電路被稱為控制電路。功率器件1a并不限于該例子，而是可以具有其它構(gòu)造，并且特別是，對(duì)于該部分，除了過電流保護(hù)電路之外可以使用任意構(gòu)造，這一點(diǎn)稍后將在圖3中進(jìn)行講述。
在功率器件1a中，控制信號(hào)經(jīng)由IN端(輸入端)從微處理器2輸入，并且異常信號(hào)經(jīng)由DIAG(診斷)端被輸出到微處理器2。在功率器件1a中，電源電壓Vcc(第一電源電位)是從電池5經(jīng)由Vcc端(電源端)提供的，并且電流經(jīng)由OUT端(輸出端)輸出到負(fù)載4，并且經(jīng)由GND端(接地端)接地到接地電壓GND(第二電源電位)。
輸出MOS晶體管M0為用于控制輸出到負(fù)載4的電流的開關(guān)。通常，MOS晶體管根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同被歸類為其中電流在平行于襯底表面的方向上流動(dòng)的水平元件，以及其中電流在垂直方向上流動(dòng)的垂直元件。其中主電極之一處于半導(dǎo)體元件基極側(cè)上的垂直元件在每單位面積的傳導(dǎo)能力上優(yōu)于水平元件，并且主要用作用于處理高電源的元件。在該例子中，垂直MOS晶體管用于輸出MOS晶體管M0，并且水平MOS晶體管用于其它MOS晶體管，這將在稍后進(jìn)行講述。
輸出MOS晶體管M0可以為N溝道型或P溝道型。在高邊開關(guān)的情況下，P溝道型可以不需要電荷泵，并且可以簡(jiǎn)化電路，而N溝道型可以增加驅(qū)動(dòng)能力和減小芯片尺寸，因此N溝道型是優(yōu)選的。在以下講述中，所講述的輸出MOS晶體管M0為N溝道型，但是即使使用了P溝道型，包括稍后提到的MOS晶體管M3或第二檢測(cè)電路33在內(nèi)也都執(zhí)行相同的操作，其中只有極性是反向的。
在輸出MOS晶體管M0中，漏極連接到Vcc端，柵極連接到電荷泵22，并且源極連接到OUT端。輸出MOS晶體管M0根據(jù)從電荷泵22輸出的柵極電壓來導(dǎo)通/截止。例如，如果柵極電壓為閾值或大于閾值，則輸出MOS晶體管M0導(dǎo)通并且連接Vcc端和OUT端，并且如果柵極電壓為閾值或小于閾值，則輸出MOS晶體管M0截止并且斷開連接Vcc端和OUT端。
電荷泵22為用于增加提供的電源電壓Vcc并且將增加的電壓作為輸出MOS晶體管M0的柵極電壓輸出的電路。在高邊開關(guān)的情況下，如果N溝道型MOS晶體管用于輸出MOS晶體管M0，則形成電源跟隨器的構(gòu)造，并且源極電壓跟隨柵極電壓。因此如果柵極電壓不足，則輸出MOS晶體管M0不足以變成導(dǎo)通狀態(tài)，并且無法獲得期望的驅(qū)動(dòng)能力。因此通過電荷泵22將足夠的電壓提供給柵極，來順利地導(dǎo)通輸出MOS晶體管M0。例如，如果電源電壓Vcc為12V，則在增加了10V之后，將22V提供給輸出MOS晶體管M0的柵極。電荷泵22根據(jù)從微處理器輸入的控制信號(hào)，輸出高電平或低電平的柵極電壓。
箝位電路23是用于保護(hù)輸出MOS晶體管M0免受通過例如截止生成的反電動(dòng)電壓(負(fù)電壓)損壞的電路。箝位電路23包括用于耐壓的齊納二極管和用于防止回流的二極管。如果產(chǎn)生了反電動(dòng)電壓，則反電動(dòng)電壓被齊納二極管箝位，以防止擊穿輸出MOS晶體管M0。
過電流保護(hù)電路21為用于保護(hù)輸出MOS晶體管M0免受由諸如負(fù)載4短路等故障產(chǎn)生的過電流的損壞的電路。當(dāng)檢測(cè)出過電流時(shí)，過電流保護(hù)電路21對(duì)輸出MOS晶體管M0的柵極電荷進(jìn)行放電，并且通過截止輸出MOS晶體管M0來停止過電流的持續(xù)流動(dòng)。如稍后提到的，即使電源電壓Vcc急劇下降，當(dāng)產(chǎn)生過電流時(shí)過電流保護(hù)電路21也可以成功地截止輸出MOS晶體管M0。
過熱保護(hù)電路24為用于防止輸出MOS晶體管M0過熱的電路。當(dāng)輸出MOS晶體管M0的溫度到達(dá)預(yù)定溫度或更高時(shí)，過熱保護(hù)電路24停止電荷泵22的工作，并且截止輸出MOS晶體管M0。
根據(jù)從過電流保護(hù)電路21和過熱保護(hù)電路24輸入的信號(hào)，異常輸出電路25從DIAG端將異常信號(hào)輸出到微處理器2。
下面參考圖3至圖5來講述根據(jù)本實(shí)施例的過電流保護(hù)電路的構(gòu)造。圖3示出了關(guān)于輸出MOS晶體管M0、過電流保護(hù)電路21和圖2所示的功率器件1a的電荷泵22的電路。如圖3所示，過電流保護(hù)電路21包括第一檢測(cè)電路32、第二檢測(cè)電路33和MOS晶體管M3。
第一檢測(cè)電路32和第二檢測(cè)電路33為用于檢測(cè)過電流流經(jīng)輸出MOS晶體管M0并且將用于控制輸出MOS晶體管M0的柵極電荷的放電的控制信號(hào)(檢測(cè)信號(hào))輸出到MOS晶體管M3的電路。第一檢測(cè)電路32檢測(cè)輸出MOS晶體管M0的電流并且將檢測(cè)信號(hào)輸出到MOS晶體管M3的柵極(第一控制端)。第二檢測(cè)電路33檢測(cè)輸出MOS晶體管M0的電流并且將檢測(cè)信號(hào)輸出到MOS晶體管M3的背柵(第二控制端)。第二檢測(cè)電路33開始工作在電壓低于第一檢測(cè)電路32的電壓。第一檢測(cè)電路32包括連接到Vcc端、GND端和MOS晶體管M3的柵極的控制電路。例如，控制電路通過監(jiān)控輸出MOS晶體管M0的輸出電流IOUT、將該監(jiān)控電流轉(zhuǎn)換成監(jiān)控電壓并且對(duì)該監(jiān)控電壓與預(yù)定的參考電壓進(jìn)行比較來檢測(cè)過電流。
MOS晶體管M3(第一MOS晶體管)為用于保護(hù)輸出MOS晶體管M0免受過電流的損壞的過電流保護(hù)元件。MOS晶體管M3為用于根據(jù)從第一檢測(cè)電路32和第二檢測(cè)電路33輸出的檢測(cè)信號(hào)來將輸出MOS晶體管M0的柵極G1的電荷放電到接地端(接地電壓GND)的電路。MOS晶體管M3連接在輸出MOS晶體管M0的柵極G1和GND端之間。例如，當(dāng)OUT端短路到GND(GND電位)而導(dǎo)致過電流流經(jīng)輸出MOS晶體管M0時(shí)，第二檢測(cè)電路33輸出檢測(cè)信號(hào)以使MOS晶體管M3(如后所述的寄生晶體管Tr1)工作。響應(yīng)檢測(cè)信號(hào)，MOS晶體管M3對(duì)柵極G1處的積累電荷進(jìn)行放電，以將輸出晶體管M0切換到截止?fàn)顟B(tài)(非工作狀態(tài))。進(jìn)而，切換到截止?fàn)顟B(tài)增加了Vcc端的電位，以讓第一檢測(cè)電路32執(zhí)行檢測(cè)操作。第一檢測(cè)電路32將檢測(cè)信號(hào)輸出到MOS晶體管M3以使其導(dǎo)通，這導(dǎo)致輸出晶體管M0實(shí)現(xiàn)完全截止的狀態(tài)。
圖4A示出了第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造。如圖4A所示，第二檢測(cè)電路33包括Vcc端和GND端之間串聯(lián)的電阻器R1和MOS晶體管M2。在電阻器R1(第一電阻元件)中，一端連接到Vcc端并且另一端經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N1(串聯(lián)節(jié)點(diǎn))連接到MOS晶體管M2的漏極。
MOS晶體管M2(第二MOS晶體管)為N溝道型MOS晶體管，例如，其中漏極連接到節(jié)點(diǎn)N1，柵極連接到Vcc端，并且源極連接到GND端。
連接到第二檢測(cè)電路33的MOS晶體管M3為N溝道型MOS晶體管，例如，其中漏極連接到輸出MOS晶體管M0的柵極G1，柵極連接到第一檢測(cè)電路32，源極連接到GND端，并且背柵(襯底端)連接到節(jié)點(diǎn)N1。
通過連接如圖4A所示的元件，寄生晶體管Tr1變成寄生到MOS晶體管M3。如果過電流流經(jīng)輸出MOS晶體管M0，則輸出MOS晶體管M0的柵極G1的電荷也會(huì)被該寄生晶體管Tr1所釋放。用于寄生晶體管Tr1傳導(dǎo)的控制電壓低于用于MOS晶體管M3傳導(dǎo)的控制電壓。因此當(dāng)產(chǎn)生過電流時(shí)，在第一檢測(cè)電路32工作并且檢測(cè)出過電流之前，第二檢測(cè)電路33檢測(cè)過電流，以輸出檢測(cè)信號(hào)，以便寄生晶體管Tr1導(dǎo)電并且釋放柵極G1處的電荷。圖4B為橫截面圖，示出了其中形成了MOS晶體管M3的P阱100。在該例子中，MOS晶體管M3形成于P阱100中，但是它可以形成于P襯底中。
如圖4B所示，柵電極101形成于P阱100上。N+漏區(qū)102和N+源區(qū)103形成于柵電極101的兩側(cè)上的P阱100中。P+背柵區(qū)104形成于遠(yuǎn)離源區(qū)的區(qū)域中的P阱中。
因此通過源區(qū)103(N+)、背柵區(qū)104(P+)和漏區(qū)102(N+)，構(gòu)造了作為NPN型雙極晶體管的寄生晶體管Tr1。MOS晶體管M3的漏極、源極和背柵分別與寄生晶體管Tr1的集電極、發(fā)射極和基極相對(duì)應(yīng)。換句話說，在寄生晶體管Tr1中，集電極連接到輸出MOS晶體管M0的柵極G1，發(fā)射極連接到GND端，并且基極連接到節(jié)點(diǎn)N1。
例如，MOS晶體管M2和MOS晶體管M3形成于不同的阱中。圖4C為示出了半導(dǎo)體器件的平面圖。在該半導(dǎo)體器件中，P阱100a與P阱100b分開布置。
在P阱100a中形成的是MOS晶體管M3的柵電極101a、漏區(qū)102a和源區(qū)103a。柵電極101a形成于P阱100a上，并且漏區(qū)102a和源區(qū)103a形成于柵電極101a的兩側(cè)的P阱100a內(nèi)部。背柵區(qū)104a形成于P阱100a內(nèi)部，遠(yuǎn)離柵電極101a、漏區(qū)102a和源區(qū)103a。
形成于P阱100b中的是MOS晶體管M2的柵電極101b、漏區(qū)102b和源區(qū)103b。與P阱100a類似，柵電極101b形成于P阱100b上，并且漏區(qū)102b、源區(qū)103b和背柵區(qū)104b形成于P阱100b內(nèi)部。
布線圖案成于P阱100a和100b的每一個(gè)上。布線圖案通過接觸與每一個(gè)柵電極、漏區(qū)、源區(qū)和背柵區(qū)電氣相連。布線圖案200a連接在柵極G1和漏區(qū)102a之間。布線圖案200b連接在檢測(cè)電路32和柵電極101a之間。布線圖案200c連接在源103a、源103b和背柵區(qū)104b之中。布線圖案200d連接在Vcc端和柵電極101b之間。布線圖案200e連接在背柵區(qū)104a和漏區(qū)102b之間。這樣形成的布線圖案能夠連接MOS晶體管M3和MOS晶體管M2，如圖4A所示，這樣就在MOS晶體管M3上形成了寄生晶體管Tr1，如圖4B所示。
圖5為在圖4A中增加了寄生晶體管Tr1的電路圖。下面參照?qǐng)D5來更為詳細(xì)地講述第二檢測(cè)電路33的結(jié)構(gòu)。
電阻器R1和MOS晶體管M2組成了寄生晶體管控制電路，用于根據(jù)電源電壓Vcc來控制寄生晶體管Tr1的導(dǎo)電狀態(tài)，并且寄生晶體管Tr1的導(dǎo)電狀態(tài)是由電阻器R1和MOS晶體管M2之間的節(jié)點(diǎn)N1的電壓來控制的。
電阻器R1為具有預(yù)定阻抗的電阻電路的例子。電阻器R1限定節(jié)點(diǎn)N1的電壓，也就是寄生晶體管Tr1的基極-發(fā)射極電壓。換句話說，電阻器R1為上拉電阻器，用于在當(dāng)MOS晶體管M2截止時(shí)將節(jié)點(diǎn)N1的電壓穩(wěn)定在與電源電壓Vcc相同的電壓上。
MOS晶體管M2根據(jù)電源電壓Vcc來導(dǎo)通/截止，并且改變節(jié)點(diǎn)N1的電壓，以便控制寄生晶體管的操作。當(dāng)電源電壓Vcc為閾值或大于閾值時(shí)，MOS晶體管M2導(dǎo)通，將節(jié)點(diǎn)N1的電壓設(shè)定到接地電壓GND，并且截止寄生晶體管Tr1的雙極操作。如果電源電壓Vcc為閾值或小于閾值，則MOS晶體管M2截止，將節(jié)點(diǎn)N1的電壓設(shè)定到電源電壓Vcc，并且根據(jù)電源電壓Vcc啟動(dòng)(導(dǎo)通)寄生晶體管Tr1的雙極操作。
MOS晶體管M3根據(jù)流經(jīng)輸出MOS晶體管M0的電流值來執(zhí)行導(dǎo)通/截止操作。換句話說，當(dāng)?shù)谝粰z測(cè)電路32檢測(cè)到過電流時(shí)，MOS晶體管M3將輸出MOS晶體管M0的柵極G1的電荷釋放到接地電壓GND。MOS晶體管M3根據(jù)第一檢測(cè)電路32的控制將柵極電壓G1改變到接地電壓GND。例如，如果來自第一檢測(cè)電路32的控制信號(hào)為閾值或大于閾值，則MOS晶體管M3導(dǎo)通并且釋放柵極G1的電荷，并且如果來自第一檢測(cè)電路32的控制信號(hào)為閾值或小于閾值，則MOS晶體管M3截止并且不會(huì)釋放柵極G1的電荷。
當(dāng)產(chǎn)生過電流并且電源電壓Vcc處于低狀態(tài)時(shí)，寄生晶體管Tr1將輸出MOS晶體管M0的柵極G1的電荷釋放到接地電壓GND。換句話說，寄生晶體管Tr1根據(jù)諸如MOS晶體管M2等寄生晶體管控制電路將柵極電壓G1改變到接地電壓GND。如果當(dāng)節(jié)點(diǎn)N1的電壓為預(yù)定的基極-發(fā)射極電壓(雙極操作電壓)或更大時(shí)基極電流流動(dòng)，則寄生晶體管Tr1導(dǎo)通并且使集電極-發(fā)射極導(dǎo)通，并且釋放柵極G1的電荷。如果當(dāng)節(jié)點(diǎn)N1的電壓為預(yù)定的基極-發(fā)射極電壓(雙極操作電壓)或更小時(shí)基極電流不流動(dòng)，則切斷集電極-發(fā)射極的連接，并且寄生晶體管Tr1截止，并且不釋放柵極G1的電荷。
使寄生晶體管Tr1執(zhí)行雙極操作和導(dǎo)通的工作電壓是低于MOS晶體管M2和M3的閾值(導(dǎo)通所需的電壓)的電壓或使檢測(cè)電路105執(zhí)行過電流檢測(cè)操作的工作電壓，例如0.6V。一般在功率器件中，由于例如柵電極變成了用于高功率的厚氧化膜，因此難以形成具有低閾值的晶體管。因此在本實(shí)施例中，通過寄生到MOS晶體管的寄生晶體管而不是MOS晶體管，能夠進(jìn)行低電壓工作。第二檢測(cè)電路33以低于第一檢測(cè)電路32的電壓來工作。
下面參考圖6來講述根據(jù)本實(shí)施例的功率器件的工作。圖6為當(dāng)在功率器件1a中負(fù)載短路時(shí)的時(shí)序圖，并且示出了OUT端的輸出電壓VOUT、Vcc端的電源電壓Vcc、第二檢測(cè)電路33的節(jié)點(diǎn)N1的節(jié)點(diǎn)電壓VN1、輸出MOS晶體管M0的柵極G1的柵極電壓VG1和OUT端上的輸出電流IOUT的波形。
在負(fù)載短路之前的正常工作中，波形如圖6(a)所示。例如，假設(shè)電荷泵22輸出高電平并且輸出MOS晶體管M0導(dǎo)通。此時(shí)，大部分電壓被負(fù)載4所消耗，因此輸出電壓VOUT大致變成電池5的電壓的電平。由于輸出MOS晶體管M0導(dǎo)通并且輸出MOS晶體管的導(dǎo)通電阻為幾～幾十個(gè)mΩ，因此電源電壓Vcc成為與輸出電壓VOUT大致相等的電壓。由于電源電壓Vcc，MOS晶體管M2導(dǎo)通，因此節(jié)點(diǎn)電壓VN1大致變?yōu)?V，即為接地電壓GND。
由于節(jié)點(diǎn)電壓VN1為0V，因此寄生晶體管Tr1不執(zhí)行雙極操作。沒有產(chǎn)生過電流，因此第一檢測(cè)電路32未檢測(cè)到過電流，并且MOS晶體管M3截止。因此柵極電壓VG1成為從電荷泵22輸出的高電平電壓。輸出電流IOUT為流經(jīng)負(fù)載4的電流，并且根據(jù)負(fù)載4變成預(yù)定電流。
負(fù)載短路之后，波形立即變成如圖6(b)所示。當(dāng)負(fù)載4短路并且輸出端OUT接地到接地電壓GND時(shí)，電壓被電池5和Vcc端之間的布線的阻抗所消耗。如果輸出MOS晶體管M0的導(dǎo)通電阻相對(duì)于電池5和Vcc端之間的布線的阻抗為0，則輸出電壓VOUT降到近乎為0V。由于輸出MOS晶體管M0導(dǎo)通，因此電源電壓Vcc象輸出電壓VOUT那樣，降到近乎為0V。
如果電源電壓Vcc降到MOS晶體管M2的閾值或更小，則MOS晶體管M2截止。當(dāng)MOS晶體管M2截止時(shí)，電流不會(huì)流經(jīng)節(jié)點(diǎn)N1，因此節(jié)點(diǎn)電壓VN1象電源電壓Vcc那樣，保持在約0V。
由于節(jié)點(diǎn)電壓VN1保持在約0V，因此寄生晶體管Tr1不會(huì)執(zhí)行雙極操作。電源電壓Vcc已經(jīng)降到約為0V，因此第一檢測(cè)電路32不會(huì)工作，并且MOS晶體管M3截止。因此柵極電壓VG1保持在從電荷泵22輸出的高電平電壓。并且在輸出電流IOUT中，負(fù)載短路，從而電流不再被消耗，因此過電流開始流動(dòng)。
在圖6(b)之后，波形變成如圖6(c)所示。由于過電流繼續(xù)流經(jīng)輸出MOS晶體管M0，因此溫度開始上升。由于溫度上升，因此輸出MOS晶體管M0的導(dǎo)通電阻的電阻值增加。并且由于即使導(dǎo)通電阻增加，流動(dòng)的還是相同的電流，因此電源電壓Vcc隨著導(dǎo)通電阻的增加而上升。
由于MOS晶體管M2截止，因此通過電阻器R1可以使節(jié)點(diǎn)電壓VN1變得與電源電壓Vcc大致相等。因此如果電源電壓Vcc上升，則節(jié)點(diǎn)電壓VN1也上升。
在圖6(c)之后，波形變成如圖6(d)所示。由于節(jié)點(diǎn)電壓VN1為寄生晶體管Tr1的基極-發(fā)射極電壓，因此當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓VN1上升到預(yù)定電壓時(shí)基極電流流動(dòng)，晶體管Tr1開始雙極操作，并且集電極電流流動(dòng)。從負(fù)載短路一直到雙極操作的時(shí)段短到足以使輸出MOS晶體管M0經(jīng)受住過電流，并且該時(shí)段的實(shí)驗(yàn)例子為800μs或更短。因此通過寄生晶體管Tr1將輸出MOS晶體管M0的柵極G1的電荷釋放到接地電壓GND，并且柵極電壓VG1開始下降。也就是說，當(dāng)?shù)诙z測(cè)電路33檢測(cè)出過電流并且根據(jù)過電流的產(chǎn)生來輸出檢測(cè)信號(hào)時(shí)，寄生晶體管Tr1導(dǎo)電，柵極G1的電荷被釋放，并且輸出MOS晶體管M0開始切換到截止?fàn)顟B(tài)(非工作狀態(tài))。
當(dāng)柵極電壓VG1下降時(shí)，輸出MOS晶體管M0開始轉(zhuǎn)換成截止，因此輸出電流IOUT也開始下降。然后輸出MOS晶體管M0的導(dǎo)通電阻進(jìn)一步增加，這就進(jìn)一步增加了電源電壓Vcc。電池5和Vcc端之間的布線具有高電感分量和高阻抗分量，因此如果電流改變，則會(huì)施以反電動(dòng)電壓。因此隨著輸出電流IOUT下降，電源電壓Vcc快速上升到高于常規(guī)電壓的電壓。
當(dāng)電源電壓Vcc上升到MOS晶體管M2的閾值或更大時(shí)，MOS晶體管M2導(dǎo)通。因此電流從節(jié)點(diǎn)N1流到接地電壓GND，并且節(jié)點(diǎn)電壓VN1大致降到0V。在寄生晶體管Tr1中，基極-發(fā)射極電壓下降，基極電流不再流動(dòng)，并且停止雙極操作。這通過寄生晶體管Tr1停止了柵極G1的電荷釋放。
當(dāng)電源電壓Vcc進(jìn)一步上升到第一檢測(cè)電路32的工作電壓時(shí)，恢復(fù)第一檢測(cè)電路32的操作，并且能夠監(jiān)控輸出電流IOUT。然后第一檢測(cè)電路32檢測(cè)出輸出電流IOUT處于過電流狀態(tài)，并且將控制信號(hào)輸出到MOS晶體管M3。通過該控制信號(hào)，MOS晶體管M3導(dǎo)通。換句話說，在圖6(d)的第一半中，通過寄生晶體管Tr1釋放柵極G1的電荷，并且在圖6(d)的后一半中，通過MOS晶體管M3釋放柵極G1的電荷。
通過導(dǎo)通MOS晶體管M3，柵極電壓VG1大致降到0V。這使得輸出MOS晶體管M0截止并且輸出電流IOUT降到0V。這樣，當(dāng)因負(fù)載短路而產(chǎn)生過電流時(shí)，輸出MOS晶體管M0截止。
在該結(jié)構(gòu)中通過使用寄生晶體管釋放輸出MOS晶體管的柵極電荷，能夠截止輸出MOS晶體管并且可以保護(hù)輸出MOS晶體管不被過電流擊穿。由于使用寄生晶體管，因此即使電源電壓Vcc急劇下降，也可以截止輸出MOS晶體管，并且諸如檢測(cè)電路等控制電路可以不再工作。
當(dāng)電源電壓恢復(fù)到控制電路可以工作的電壓時(shí)，則停止寄生晶體管的工作，并且通過控制電路來執(zhí)行保護(hù)操作，因此可以有效地保護(hù)輸出MOS晶體管。
另外通過構(gòu)造使寄生晶體管寄生到現(xiàn)在用作過電流保護(hù)電路的用于柵極放電的MOS晶體管上，則可以防止電路面積的增加。
實(shí)施例2現(xiàn)在來講述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的功率器件。在本實(shí)施例的功率器件中，只有圖5中的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造與實(shí)施例1不同，其它區(qū)域與實(shí)施例1是相同的，因此下面主要講述第二檢測(cè)電路33。
圖7為電路圖，示出了根據(jù)本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造。在圖7中，與圖5相同的組成元件用相同的標(biāo)號(hào)表示，并且省略對(duì)它的講述。使用第二檢測(cè)電路33的功率器件的操作與圖6相同。
本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33包括耗盡型MOS晶體管M1，代替圖5中的電阻器R1。在耗盡型MOS晶體管M1中，漏極連接到Vcc端，柵極連接到源極，并且源極連接到節(jié)點(diǎn)N1。
耗盡型MOS晶體管M1為N溝道耗盡型MOS晶體管，并且具有象電阻器R1那樣的阻抗分量。這里可以使用諸如耗盡型MOS晶體管M1和電阻器R1等任何電路，只要該電路具有阻抗分量并且將N1的電位上拉到電源電壓Vcc。
耗盡型MOS晶體管M1為耗盡型，并且具有在飽和區(qū)域中流動(dòng)恒定漏極電流的特性，而不論漏極-源極電壓如何。與電阻器R1相比，耗盡型MOS晶體管M1可以減小元件的面積。
通過這種構(gòu)造，使用寄生晶體管可以保護(hù)輸出MOS晶體管免受過電流損壞，并且通過用耗盡型MOS晶體管替換電阻器能夠使電路面積比實(shí)施例1減小得更多。
實(shí)施例3上述實(shí)施例講述了其中輸出MOS晶體管的導(dǎo)通電阻小到與電池和Vcc端之間的布線阻抗相比不顯著的這樣的例子，因此Vcc端的電壓在短路之后立刻大致降到0V。下面的實(shí)施例將講述其中輸出MOS晶體管具有不可忽略的導(dǎo)通電阻的例子，因此在短路之后Vcc端的電壓不會(huì)降到MOS晶體管M2的閾值電壓或更低，這防止了晶體管M2截止，并且禁止了寄生晶體管Tr的操作。
現(xiàn)在來講述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的功率器件。在本實(shí)施例的功率器件中，只有圖5中的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造與實(shí)施例1不同，而其它區(qū)域與實(shí)施例1相同，因此下面主要講述第二檢測(cè)電路33。
圖9為電路圖，示出了根據(jù)本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33的結(jié)構(gòu)。在圖9中，與圖5和圖7相同的組成元件用相同的標(biāo)號(hào)來表示，并且省略了對(duì)它的講述。使用第二檢測(cè)電路33的功率器件的操作與圖6相同。
除了圖7中的構(gòu)造之外，本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33還包括調(diào)節(jié)電壓的電路，用于通過其來導(dǎo)通/截止MOS晶體管M2，也就是用于調(diào)節(jié)用于使寄生晶體管Tr1執(zhí)行柵極放電的控制電壓的柵極放電電壓調(diào)節(jié)電路(控制電壓調(diào)節(jié)電路)10。
柵極放電電壓調(diào)節(jié)電路10包括恒壓源9和耗盡型MOS晶體管M4。
恒壓源9為用于產(chǎn)生恒電壓的電路或元件，并且可以為任意構(gòu)造。例如，恒壓源9可以構(gòu)造成如圖10A～D所示。圖10A為使用齊納二極管D10的例子。圖10B為當(dāng)多個(gè)二極管D11串聯(lián)時(shí)的例子。
圖10C為當(dāng)使用二極管連接的MOS晶體管M10時(shí)的例子。MOS晶體管M10是N溝道型MOS晶體管，其中柵極和源極相連。圖10D為使用MOS晶體管M10和電阻器R10和R11的例子。電阻器R10連接在MOS晶體管M10的漏極和柵極之間，并且電阻器R11連接在MOS晶體管M10的柵極和源極之間。這些電阻器R10和R11可以調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電壓。
圖9中的耗盡型MOS晶體管M4(第二電阻元件)為N溝道型和耗盡型MOS晶體管。象耗盡型MOS晶體管M1那樣，耗盡型MOS晶體管M4為具有電阻分量的電路的例子，并且可以使用電阻器本身。
耗盡型MOS晶體管M4安裝在Vcc端和MOS晶體管M2的柵極之間，并且漏極連接到恒壓源9和MOS晶體管M2的柵極，柵極連接到源極，并且源極接地到接地電壓GND。
在實(shí)施例1中，如圖6所述，當(dāng)電源電壓Vcc降到MOS晶體管M2的閾值或更小時(shí)，功率器件截止，并且當(dāng)電源電壓Vcc上升到閾值或更大時(shí)，功率器件導(dǎo)通。
在本實(shí)施例中，當(dāng)電源電壓Vcc為恒壓源9的電壓與MOS晶體管M2的閾值之和或更小時(shí)，功率器件截止，并且當(dāng)電源電壓Vcc為恒壓源9的電壓與MOS晶體管M2的閾值之和或更大時(shí)，功率器件導(dǎo)通。換句話說，當(dāng)電源電壓Vcc降到恒壓源9的電壓與MOS晶體管M2的閾值之和或更小時(shí)，寄生晶體管Tr1可以開始雙極操作。
當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，電源電壓Vcc是由電池5和Vcc端之間的布線阻抗與輸出MOS晶體管M0的導(dǎo)通電阻的阻抗之比來確定的。當(dāng)電池5和Vcc端之間的布線阻抗與輸出MOS晶體管M0的導(dǎo)通電阻的阻抗之比為3∶1時(shí)，如果電池5為12V，則電源電壓Vcc為3V。如果此時(shí)MOS晶體管M2的閾值為2V，則由于電源電壓Vcc為3V，因此在實(shí)施例1的構(gòu)造中MOS晶體管M2不會(huì)截止。因此不能使寄生晶體管Tr工作。根據(jù)本實(shí)施例，如果恒壓源9的電壓為1V，則恒壓源9的電壓與MOS晶體管M2的閾值之和為3V，因此MOS晶體管M2截止，并且能使寄生晶體管Tr1工作。
當(dāng)安裝柵極放電電壓調(diào)節(jié)電路時(shí)，通過該構(gòu)造可以調(diào)節(jié)使寄生晶體管執(zhí)行柵極放電的電源電壓Vcc，因此當(dāng)產(chǎn)生了過電流時(shí)，寄生晶體管可以根據(jù)電源電壓Vcc成功工作，并且可以保護(hù)輸出MOS晶體管免受過電流損壞。
實(shí)施例4現(xiàn)在來講述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的功率器件。在本實(shí)施例的功率器件中，只有圖5中的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造與實(shí)施例1不同，其它區(qū)域都與實(shí)施例1相同，因此下面主要講述第二檢測(cè)電路33。
圖11為電路圖，示出了根據(jù)本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造。在圖11中，與圖5和圖9相同的組成元件用相同的標(biāo)號(hào)來表示，并且省略了對(duì)它的講述。使用第二檢測(cè)電路33的功率器件的操作與圖6相同。
本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33為圖9中的柵極放電電壓調(diào)節(jié)電路10，并進(jìn)一步包括恒壓源9和MOS晶體管M4之間的MOS晶體管M5。
MOS晶體管M5(第四MOS晶體管)為N溝道型MOS晶體管，其中漏極連接到恒壓源9和柵極，柵極連接到MOS晶體管M2的柵極，并且源極連接到MOS晶體管M4的漏極。換句話說，MOS晶體管M5和MOS晶體管M2形成電流鏡像結(jié)構(gòu)，并且與MOS晶體管M5相同的電流流入MOS晶體管M2。
在實(shí)施例3中，用于在柵極G1中發(fā)生放電的電源電壓Vcc受到MOS晶體管M2的閾值變化的極大影響，并且制造工藝使該閾值發(fā)散。例如，隨著閾值增加，使MOS晶體管M2截止和寄生晶體管Tr1工作的電壓增加，并且隨著閾值下降，使MOS晶體管M2截止和寄生晶體管Tr1工作的電壓降低。
在本實(shí)施例中，MOS晶體管M5為與MOS晶體管M2具有相同結(jié)構(gòu)(尺寸，大小)的MOS晶體管，因此能夠降低閾值發(fā)散的影響。例如，通過采用相同的工藝來制作MOS晶體管M5和MOS晶體管M2，則二者可以為具有大致相同結(jié)構(gòu)的MOS晶體管。
通過這種結(jié)構(gòu)，柵極放電電壓調(diào)節(jié)電路可以調(diào)節(jié)使寄生晶體管執(zhí)行柵極放電的電源電壓Vcc，并且通過安裝與控制寄生晶體管的操作的MOS晶體管具有相同結(jié)構(gòu)的MOS晶體管，在不受制于制造分散的影響的情況下可以準(zhǔn)確地操作寄生晶體管，并且可以保護(hù)輸出MOS晶體管免受過電流損壞。
實(shí)施例5現(xiàn)在來講述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的功率器件。在本實(shí)施例的功率器件中，只有圖3和圖5中的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造與實(shí)施例1不同，其它區(qū)域與實(shí)施例1相同，因此下面主要講述第二檢測(cè)電路33。
圖12示出了關(guān)于MOS晶體管M0、過電流保護(hù)電路21和根據(jù)本實(shí)施例的功率器件的電荷泵22的電路。在圖12中，與圖3相同的組成元件用相同的標(biāo)號(hào)來表示，并且省略對(duì)它的講述。
圖3中的MOS晶體管M3安裝在柵極G1和GND端之間，但是本實(shí)施例的MOS晶體管M3安裝在柵極G1和OUT端之間。當(dāng)產(chǎn)生過電流時(shí)，MOS晶體管M3將柵極G1的電荷放電到OUT端。如果負(fù)載短路，則OUT端接地到接地電壓GND，因此執(zhí)行相同的操作。
圖13為電路圖，示出了根據(jù)本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造。在圖13中，與圖5相同的組成元件用相同的標(biāo)號(hào)來表示，并且省略對(duì)它的講述。使用第二檢測(cè)電路33的功率器件的操作與圖6相同。
在本實(shí)施例中，連接到第二檢測(cè)電路33的MOS晶體管M3的源極不與GND端相連，但是與OUT端相連。換句話說，當(dāng)產(chǎn)生過電流時(shí)，寄生晶體管Tr1執(zhí)行雙極操作，或者M(jìn)OS晶體管M3導(dǎo)通，從而柵極G1的電荷被釋放到OUT端。
通過這種構(gòu)造，寄生晶體管保護(hù)輸出MOS晶體管免受過電流損壞。特別地，即使過電流保護(hù)電路具有將柵極電荷從輸出MOS晶體管的柵極釋放到OUT端的結(jié)構(gòu)，也可應(yīng)用本發(fā)明。
實(shí)施例6下面來講述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6的功率器件。除了圖5的第二檢測(cè)電路33的構(gòu)造之外，本實(shí)施例的功率器件與實(shí)施例1相同，因此下面的講述主要針對(duì)柵極放電電路。
圖8為電路圖，示出了根據(jù)本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33的結(jié)構(gòu)。在圖8中，與圖5和圖7相同的組件用相同的標(biāo)號(hào)來表示，因此省略其講述。使用第二檢測(cè)電路33的功率器件的操作與圖6相同。
除了圖7的組件之外，本實(shí)施例的第二檢測(cè)電路33包括插在輸出MOS晶體管M0和MOS晶體管M3的柵極G1之間的二極管D1。二極管D1具有連接到輸出MOS晶體管M0的柵極G1的陽極，和連接到MOS晶體管M3的漏極的陰極。
二極管D1阻止柵極G1和接地端(接地電壓GND)之間的電流的回流。也就是說，二極管D1允許電流從柵極G1流到MOS晶體管M3，但是禁止電流從MOS晶體管M3流到柵極G1。
在一些情況下，柵極G1的電壓高于GND端的電壓。例如，單個(gè)ECU具有多個(gè)功率器件，其中之一用作高邊開關(guān)，其余的作為低邊開關(guān)。功率器件共同連接到GND端。使用該結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)瓦呴_關(guān)導(dǎo)通時(shí)，即使高邊開關(guān)截止，GND端的電位也不等于接地電壓GND。那么GND端的電壓等于GND端和底盤6之間的布線電阻的電壓，例如為2V。在負(fù)載4接地的一側(cè)的接地電壓GND，以及柵極G1的電位，都等于底盤6的電壓，例如為0V。在這種情況下，二極管D1防止以GND端、MOS晶體管M2、節(jié)點(diǎn)N1、寄生晶體管Tr1和柵極G1的順序的電流的回流。
該電路構(gòu)造使用寄生晶體管來保護(hù)輸出MOS晶體管免受過電流損壞，并且抑制來自GND端的電流的回流并且通過在輸出MOS晶體管的柵極和柵極放電MOS晶體管之間提供二極管來避免錯(cuò)誤操作。其它實(shí)施例在上述例子中，用于過電流保護(hù)的MOS晶體管被用作組成寄生晶體管的MOS晶體管，但是本發(fā)明并不限于此，也可以使用用于其它應(yīng)用的MOS晶體管。例如，可以使用其中柵極和源極相連的，并且總是處于截止的MOS晶體管。
在上述例子中，功率器件被描述成高邊開關(guān)，但是本發(fā)明并不限于此，通過在接地電壓GND側(cè)而非負(fù)載側(cè)上安裝功率器件也可以使用低邊開關(guān)。在這種情況下，如果在電池和功率器件之間發(fā)生負(fù)載短路，則會(huì)產(chǎn)生過電流。
很明顯，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下也可以對(duì)其進(jìn)行修正和更改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括輸出晶體管，其連接在第一電源端和輸出端之間，并且根據(jù)施加到其電流控制端的信號(hào)通過輸出電流；過電流保護(hù)元件，其連接在電流控制端和第二電源端之間；第一檢測(cè)電路，其通過第一電源端被施加電壓，用于檢測(cè)流經(jīng)輸出晶體管的電流，以將檢測(cè)信號(hào)提供給過電流保護(hù)元件的第一控制端；以及第二檢測(cè)電路，其通過第一電源端被施加電壓，用于檢測(cè)流經(jīng)輸出晶體管的電流，以將檢測(cè)信號(hào)提供給過電流保護(hù)元件的第二控制端，并且第二檢測(cè)電路工作在低于第一檢測(cè)電路的電壓下。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中過電流保護(hù)元件為包括有連接到第一控制端的柵極和連接到第二控制端的襯底的第一MOS晶體管。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中第二檢測(cè)電路包括串聯(lián)于第一電源端和第二電源端之間的電阻元件和第二MOS晶體管；并且電阻元件和第二MOS晶體管之間的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)被連接到第一MOS晶體管的襯底。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中第一檢測(cè)電路包括連接在第一電源端和第二電源端之間的控制電路，并且控制電路的輸出端被連接到第一MOS晶體管的柵極。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中第一檢測(cè)電路包括連接在第一電源端和第二電源端之間的控制電路，并且控制電路的輸出端被連接到第一MOS晶體管的柵極。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)由于輸出端短路到第二電源端而引起過電流流經(jīng)輸出晶體管時(shí)，第二檢測(cè)電路提供檢測(cè)信號(hào)以進(jìn)行過電流保護(hù)，以便釋放在電流控制端積累的電荷，并且將輸出晶體管切換到非工作狀態(tài)，并且由于切換到非工作狀態(tài)導(dǎo)致的第一電源端的電位上升使第一檢測(cè)電路開始工作，以使輸出晶體管完全進(jìn)入非工作狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)由于輸出端短路到第二電源端而引起過電流流經(jīng)輸出晶體管時(shí)，第二檢測(cè)電路輸出檢測(cè)信號(hào)以進(jìn)行過電流保護(hù)，以便釋放在電流控制端積累的電荷，并且將輸出晶體管切換到非工作狀態(tài)，并且由于切換到非工作狀態(tài)導(dǎo)致的第一電源端的電位上升使第一檢測(cè)電路開始工作，以使輸出晶體管完全進(jìn)入非工作狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)由于輸出端短路到第二電源端而引起過電流流經(jīng)輸出晶體管時(shí)，第二檢測(cè)電路輸出檢測(cè)信號(hào)以進(jìn)行過電流保護(hù)，以便釋放在電流控制端積累的電荷，并且將輸出晶體管切換到非工作狀態(tài)，并且由于切換到非工作狀態(tài)導(dǎo)致的第一電源端的電位上升使第一檢測(cè)電路開始工作，以使輸出晶體管完全進(jìn)入非工作狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中電阻元件為耗盡型MOS晶體管。
10.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，還包括恒壓源，其位于第一電源端和第二MOS晶體管的柵極之間。
11.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，還包括第三MOS晶體管，其連接到第二MOS晶體管的柵極并且具有與第二MOS晶體管基本相同的結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括二極管，其插在電流控制端和過電流保護(hù)元件之間并且防止電流的回流。
13.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中多個(gè)阱以分離的方式位于半導(dǎo)體襯底的主表面上，并且第一MOS晶體管和第二MOS晶體管位于不同的阱中。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中過電流保護(hù)元件通過輸出端連接到第二電源端。
15.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中輸出晶體管為N溝道型MOS晶體管。
16.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中外部負(fù)載連接在輸出端和第二電源端之間，并且第一電源端具有高于第二電源端的電位。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括輸出MOS晶體管(M0)、連接在輸出MOS晶體管(M0)的柵極(G1)和接地電壓(GND)之間的MOS晶體管(M3)、與MOS晶體管(M3)并聯(lián)并且以MOS晶體管(M3)的襯底端為基極的寄生晶體管(Tr1)，以及用于根據(jù)電源電壓(Vcc)來控制寄生晶體管(Tr1)的導(dǎo)通狀態(tài)的寄生晶體管控制電路。
文檔編號(hào)H03K17/08GK1738202SQ200510090959
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者滿田剛 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司