晶体管PM4的漏极连接。
[0072]第I PMOS晶体管PMl的漏极、第2 PMOS晶体管PM2的漏极以及第4 PMOS晶体管PM4的漏极的连接点与直流电流源23的一端连接。直流电流源23的另一端与功率半导体用接地8的接地端子GND连接。
[0073]由第2 PMOS晶体管PM2及第3 PMOS晶体管PM3构成电流镜电路。第2 PMOS晶体管PM2及第3 PMOS晶体管PM3的栅极共通地连接，与第3 PMOS晶体管PM3的漏极连接。第3 PMOS晶体管PM3的漏极与V -1变换电路26的输出端子连接。
[0074]由第4 PMOS晶体管PM4及第5 PMOS晶体管PM5构成电流镜电路。第4 PMOS晶体管PM4及第5 PMOS晶体管PM5的栅极共通地连接，与第4 PMOS晶体管PM4的漏极连接。
[0075]第5 PMOS晶体管PM5的漏极与第2电阻R2的一端连接。第2电阻R2的另一端与功率半导体用接地8的接地端子GND连接。第5 PMOS晶体管PM5的漏极和第2电阻R2的一端之间的连接点，与构成开关元件部3的开关元件用齐纳二极管Zdl的阳极和IGBT Ql的栅极之间的连接点连接。
[0076]IGBT Ql的集电极与图1所示的点火用变压器4的一次侧线圈13的一端连接，还与开关元件用齐纳二极管Zdl的阴极连接。开关元件用齐纳二极管Zdl的阳极与IGBT Ql的栅极连接。
[0077]IGBT Ql的发射极与功率半导体用接地8的接地端子GND连接。IGBT Ql的感测端子与电流检测电阻Rsl的一端连接。电流检测电阻Rsl的另一端与IGBT Ql的发射极、以及功率半导体用接地8的接地端子GND连接。
[0078]在前述的图1中，示出电流检测电阻Rsl设置于IGBT Ql的发射极和功率半导体用接地8之间的情况。在图3中，为了容易理解，示出下述情况，S卩，使设置在IGBT Ql的发射极处的感测端子经由电流检测电阻Rsl而与功率半导体用接地8的接地端子GND连接，IGBT Ql的发射极与功率半导体用接地8的接地端子GND连接。
[0079]IGBT Ql的感测端子和电流检测电阻Rsl的一端之间的连接点与比较器25的非反转输入端子连接。比较器25的反转输入端子与基准电压源24的正极端子连接。基准电压源24的负极端子与基准电源电位GND连接。比较器25的输出端子与V — I变换电路26的输入端子连接。
[0080]在前提技术的控制电路12中，对于图1所示的功率半导体用接地8，由于直至与电池连接的电池GND为止的配线的影响，在从驱动电路11输出的输出信号的信号电平为低电平时，电位有可能由于电涌等的施加而下降至一 60V左右。由此，有可能半导体装置I进行误动作，在IGBT Ql断开后，再次进行导通(ON)动作。
[0081]为了防止上述情况，在半导体装置I作为保护功能而搭载下述功能，即，防止不必要的点火动作，以在电涌等较短的脉冲信号下不进行动作。另外，在半导体装置I搭载其他保护功能，例如在为了避免烧毁破坏而在大于或等于预先确定的时间持续地施加导通信号时，将负载电流切断。
[0082]这些保护功能使半导体装置I的电路规模增大，是阻碍低成本化及小型化的主要原因。因此，在本发明的半导体装置中，采用如下所示的实施方式的结构。
[0083]图4是表示本发明的第I实施方式即半导体装置30的控制电路31及开关元件部3的结构的图。半导体装置30取代前述的图1所示的半导体装置I而设置并使用在点火装置10中。
[0084]本实施方式的半导体装置30除了取代图3所示的前提技术的控制电路12而具有图4所示的控制电路31以外，与图1所示的半导体装置I同样地构成。本实施方式的半导体装置30中的控制电路31除了具有外部电容器Cl、以及取代图3所示的延迟计时器22而具有第I反相器电路INVl以外，具有与前提技术的控制电路12相同的结构。因此，对与控制电路12相同的结构标注相同的参照标号，省略共通的说明。
[0085]在本实施方式中，施密特触发器电路21的输入端子与第I肖特基势皇二极管Dsl的阳极和驱动电路11的输出端子G之间的连接点连接。施密特触发器电路21的输入端子未与第I肖特基势皇二极管Dsl的阴极和第2肖特基势皇二极管Ds2的阴极之间的连接点连接。
[0086]施密特触发器电路21的输出端子与第I反相器电路INVl的输入端子连接。第I反相器电路INVl的输出端子与第I PMOS晶体管PMl的栅极连接。
[0087]外部电容器Cl设置于控制电路31的构成除了外部电容器Cl以外的其余部分的半导体芯片的外部。外部电容器Cl的一个电极与内部电源20连接。外部电容器Cl的另一个电极与功率半导体用接地8的接地端子GND连接。
[0088]本实施方式中的控制电路31是利用了外部电容器Cl的蓄积电荷的负逻辑(negative logic)型开关元件驱动电路。控制电路31由互补型金属氧化膜半导体(Complementary Metal Oxide SemiconductorJI^I=CMOS)构成。因此，由于控制电路 31的消耗电流较小，因此能够使外部电容器Cl的电容较小。
[0089]控制电路31在从驱动电路11的输出端子G输出而输入的控制信号为高(Hi)电平时，向外部电容器Cl进行充电。控制电路31在从驱动电路11的输出端子G输出而输入的控制信号为低(Low)电平时，利用蓄积在外部电容器Cl中的电荷，对作为开关元件的IGBTQl进行驱动。
[0090]在本实施方式中，在控制信号为低(Low)电平时，使第I肖特基势皇二极管Dsl与外部电容器Cl连接，以使外部电容器Cl的电荷不向作为输入侧的驱动电路11的输出端子G回流。
[0091]由于控制电路31利用蓄积在外部电容器Cl中的电荷对IGBT Ql进行驱动，因此如果蓄积在外部电容器Cl中的电荷耗尽，则必然将动作停止。因此，在本实施方式中的控制电路31中，能够容易地实现下述功能，S卩，在大于或等于某个恒定时间持续地施加了接通信号时，将负载电流Ic切断。
[0092]具体地说，在本实施方式中，在发生长时间连续地通电的异常连续通电时(以下有时称为“异常连续通电时”)，通过控制电路31的消耗电力，外部电容器Cl进行放电。由于与外部电容器Cl的放电相伴，IBGT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge逐渐下降，因此控制电路31能够缓慢地将负载电流即集电极电流Ic切断。
[0093]另外，在前述的图3所示的前提技术中的控制电路12中，需要下述保护电路，SP，对异常连续通电进行检测，将负载电流即集电极电流Ic缓慢地切断。与其相对，在本实施方式的控制电路31中，如前所述，由于能够利用外部电容器Cl的放电，缓慢地将负载电流Ic切断，因此不需要另外设置保护电路。
[0094]S卩，在本实施方式中的控制电路31中，能够容易地同时实现下述功能，即:计时器功能，其无需另外设置保护电路即可防止长时间连续地通电(以下有时称为“防止连续通电计时器功能”)；以及缓慢地将负载电流即集电极电流Ic切断的功能(以下有时称为“电流缓慢切断功能”)。因此，能够实现控制电路31的小型化及低成本化。
[0095]另外，在图3所示的前提技术中的控制电路12中，在从驱动电路11输出的控制信号是截止信号且IGBT Ql被截止时，存在电涌及噪声等的情况下，有可能由于配线电压降，功率半导体用接地8的接地端子GND处的电压下降至一 60V左右，IGBT Ql再次进行导通动作。
[0096]与其相对，在本实施方式中的控制电路31中，由于设为负逻辑型，因此能够防止IGBT Ql再次进行导通动作。具体地说，在负逻辑型中，在IGBT Ql截止时，处于下述模式，即，从驱动电路11输出的输出信号的信号电平为高(Hi)电平，且向外部电容器Cl进行充电。在该状态下，即使功率半导体用接地8的接地端子GND处的电压下降至一 60V左右，控制电路31也不进行动作。因此，能够防止IGBT Ql再次进行导通动作。
[0097]另外，前述的前提技术中的控制电路12在从驱动电路11输出的输出信号的信号电平为低电平的情况下，不能使第I?第5 PMOS晶体管PMl?PM5等PMOS晶体管、以及NMOS晶体管受到驱动。
[0098]与其相对，在本实施方式中的控制电路31中，即使在从驱动电路11输出的输出信号的信号电平为低电平的情况下，由于电荷蓄积在外部电容器Cl中，因此也能够向控制电路31供给电力。因此，能够对第I?第5 PMOS晶体管PMl?PM5等PMOS晶体管、以及NMOS晶体管进行驱动。
[0099]作为外部电容器Cl，使用具有较高的介电常数的陶瓷电容器等。通过将外部电容器Cl设置于控制电路31的构成除了外部电容器Cl以外的其余部分的半导体芯片的外部，能够以较低的价格实现控制电路31。另外，能够对外部电容器Cl的电容自由地进行设定。
[0100]图5是表示图4的控制电路31及开关元件部3的动作的时序图。在图5中，为了示出半导体装置30的动作，示出表示从ECU6向驱动电路11输入的电压信号Vku(V)、从驱动电路11向控制电路31提供的控制信号Sd (V)、外部电容器Cl的端子间电压Va (V)、从控制电路31向IGBT Ql的栅极提供的驱动信号Vge (V)、从点火用变压器4向IGBT Ql流动的负载电流Ic (A)、IGBT Ql的集电极一发射极间电压Vce (V)、以及点火用电压V2 (V)的变化的时序图。图5的横轴是时间T(sec)。
[0101]在时刻tll，从图1所示的E⑶6施加用于将作为开关元件的IGBT Ql导通的导通(ON)信号作为电压信号VEeu。具体地说，从ECU6向驱动电路11输入的电压信号VEeu的信号电平从低电平切换为高电平。
[0102]由此，在时刻tll，从驱动电路11向控制电路31提供的控制信号Sd的信号电平从高电平变为低电平。另外，在时刻tll，外部电容器Cl开始放电，外部电容器Cl的端子间电压Vei开始下降。另外，在时刻tll，IGBT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平从低电平变为高电平，IGBT Ql导通。
[0103]在时刻tll，如果IGBT Ql导通，则按照由作为负载的点火用变压器4的电感和配线电阻决定的时间常数，如图5所示那样负载电流Ic开始在IGBT Ql流动。负载电流Ic逐渐增加。
[0104]在希望使燃料点火的定时即点火定时Tig、例如时刻tl2，从ECU6输出的控制信号，具体地说是从ECU6向驱动电路11输入的电压信号Vku的信号电平，从高电平切换为低电平，从驱动电路11向控制电路31施加用于将IGBT Ql截止的截止(OFF)信号作为控制信号Sd。S卩，控制信号Sd的信号电平从低电平变为高电平。
[0105]由此，在时刻tl2，IGBT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平从高电平变为低电平，切断从点火用变压器4的I次侧线圈13流过的负载电流Ic。另外，在时刻tl2，外部电容器Cl开始充电，外部电容器Cl的端子间电压Va开始上升。
[0106]该负载电流Ic的切断引起点火用变压器4内的交链磁通的变化，在2次侧线圈14中引起依赖于匝数比的高电压。由此，在发动机气缸内的火花塞处发生放电。
[0107]之后，在时刻tl3，与时刻tll同样地，从E⑶6向驱动电路11输入的电压信号Vecu的信号电平从低电平切换为高电平，从驱动电路11向控制电路31提供的控制信号Sd的信号电平从高电平变为低电平。另外，在时刻tl3，外部电容器Cl开始放电，外部电容器Cl的端子间电压Vei开始下降。另外，在时刻tl3，IGBT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平从低电平变为高电平，IGBT Ql导通。
[0108]在时刻tl3，如果IGBT Ql导通，则负载电流Ic开始在IGBT Ql流动。负载电流Ic逐渐增加。
[0109]为了由过电流导致的绕组的熔断、抑制用于对点火用变压器4的磁阻(即，reluctance)进行调整的磁铁的消磁以及抑制铁心材料的磁饱和，控制电路31具有限流功能。限流功能是下述保护功能，即，不流过大于或等于预先确定的值的负载电流Ic。该预先确定的值是前述的“限流值”。在以下的说明中，以IcO表示限流值。限流值例如是1A或14A 等。
[0110]控制电路31以下述方式对IGBT Ql进行控制，即，IGBT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平从高电平开始下降，负载电流Ic进一步增加，在时刻tl5，如果在IGBT Ql流动的负载电流Ic达到限流值IcO，则使得流过的负载电流Ic不会大于或等于限流值IcO。在下面的说明中，有时将上述控制称为“负反馈控制”。在进行该负反馈控制时，即，在从时刻tl5至时刻tl6为止的期间，IBGT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平变得低于高电平。
[0111]在进行限流的情况下，控制电路31利用比较器25，将感测电压Vsense与基准电压Vref进行比较并放大，利用V -1变换电路26，将从比较器25的输出端子输出的操作量变换为电流量Ifl。感测电压Vsense是由图4所示的感测电流Isense、和作为感测电阻的电流检测电阻Rsl而产生的电压。
[0112]由于得到的电流量Ifl，从第2 PMOS晶体管PM2的漏极产生漏极电流If2，向流过直流电流源23的电流I_base流入。由此，流过直流电流源23的电流I_base的量即电流生成量Ig2变动。直流电流源23是对IGBT Ql进行驱动的电流源。
[0113]由于负载电流即集电极电流Ic越增大，则该电流生成量Ig2越下降，由第2电阻R2产生的电压越下降，因此以对负载电流即集电极电流Ic进行抑制的方式起作用。以上述方式，实现负反馈控制。在这里，第2电阻R2的电阻值是几十kQ数量级。在图5的例子中，利用蓄积在外部电容器Cl中的电荷进行以上的动作。
[0114]外部电容器Cl的充放电对应于与从ECU6输出的输出信号的高电平及低电平相呼应地从驱动电路11输出的输出信号而进行。例如，控制电路31在从驱动电路11输出的输出信号的信号电平为高电平时，向外部电容器Cl进行充电，将电路动作停止，即，将IGBTQl的栅极信号设为低电平而将IGBT Ql截止。另外，控制电路31在从驱动电路11输出的输出信号的信号电平为低电平时，利用外部电容器Cl的蓄积电荷而开始电路动作，S卩，将IGBT Ql的栅极信号设为高电平，使IGBT Ql导通。
[0115]之后，在作为点火定时Tig的时刻tl6，从E⑶6向驱动电路11输入的电压信号Vecu的信号电平从高电平切换为低电平，从驱动电路11向控制电路31施加用于将IGBT Ql截止的截止(OFF)信号作为控制信号Sd。S卩，控制信号Sd的信号电平从低电平变为高电平。由此，在时刻tl6，IGBT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平变为低电平，从点火用变压器4的I次侧线圈13流过的负载电流Ic被切断。
[0116]之后，例如考虑在从时刻tl7至时刻t21为止的期间TO内发生了异常连续通电的情况。首先，在时刻tl7，与时刻tll、tl3同样地，从E⑶6向驱动电路11输入的电压信号Vecu的信号电平从低电平切换为高电平，从驱动电路11向控制电路31提供的控制信号Sd的信号电平从高电平变为低电平。另外，在时刻tl7，外部电容器Cl开始放电，外部电容器Cl的端子间电压Va开始下降。另外，在时刻tl7，IGBT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平从低电平变为高电平，IGBT Ql导通。
[0117]在时刻tl7，如果IGBT Ql导通，则负载电流Ic开始在IGBT Ql流动。负载电流Ic逐渐增加。在时刻tl8，如果驱动信号Vge的信号电平从高电平开始下降，则负载电流Ic进一步增加。在时刻tl9，如果负载电流Ic达到限流值IcO，则IGBT Ql由控制电路31进行控制，以使得集电极一发射极间电压Vce增加。
[0118]如果限流值IcO的负载电流Ic的通电持续较长时间，并变为异常连续通电，则由于控制电路31的消耗电力，外部电容器Cl进行放电。与外部电容器Cl的放电相伴，例如在时刻t20，IBGT Ql的栅极一发射极间电压即驱动信号Vge的信号电平开始下降。与此相伴，负载电流Ic开始下降，例如在时刻t21，负载电流Ic变为零。
[0119]在从时刻tl7至时刻t21为止的期间TO内，外部电容器Cl持续进行放电，外部电容器Cl的端子间电压Vei逐渐下降。与此相伴，驱动信号Vge的信号电平也逐渐下降，例如在时刻t22，驱动信号Vge变为低电平。再然后，例如在时刻t23之前，外部电容器Cl的放电完成，外部电容器Cl的端子间电压Vei变为零。
[0120]如上所述，在外部电容器Cl放电后的状态下，例如在时刻t23，从E⑶6向驱动电路11输入的电压信号νΕευ的信号电平从高电平切换为低电平。与此相伴，从驱动电路11向控制电路31施加用于将IGBT Ql截止的截止(OFF)信号作为控制信号Sd。S卩，控制信号Sd的信号电平从低电平变为高电平。由此，开始外部电容器Cl的充电。
[0121 ] 在外部电容器Cl的充电完成后，恢复通常时的动作，进行与从时刻tll至时刻112为止的期间、以及从时刻tl3至时刻tl6为止的期间相同的动作。
[0122]例如在时刻t24，如果从ECU6向驱动电路11输入的电压信号VEeu的信号电平从低电平切换为高电平，控