半导体装置、功率控制装置和电子系统的制作方法_2

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(MN1、丽2)的源极和漏极之间,以参考电压COM作为参考。出于这个原因,电平移位M0S(MN1、MN2)是高耐压元件是必要的。
[0041]通过允许预定脉冲电流响应于置位信号ST而流过电阻R2,电平移位M0S(MN2)将置位信号ST的电压电平转换为适合SR锁存电路SRLT的置位输入(S)的电压电平。类似地,通过允许预定脉冲电流响应于复位信号RT而流过电阻R1,电平移位MOS(MNl)将复位信号RT的电压转换为适合SR锁存电路SRLT的复位输入(S)的电压电平。以这种方式,电平移位电路LSC具有将以参考COM作为参考的信号转换为以浮动电压作为参考的信号的功會泛。
[0042]低侧驱动单元LSU包括低侧驱动器DV1和低侧低压检测电路UVL01。这些电路以参考电压COM作为参考地以电源电压VCC来操作。低侧驱动器DV1配置有以低侧低压检测电路UVL01的输出信号作为输入的CMOS反相器等。低侧驱动器DV1输出低侧输出信号L0到焊盘P7以驱动低侧开关SW1内的低侧晶体管。
[0043]当以参考电压COM作为参考的电源电压VCC的值没有达到预定电压值时,低侧低压检测电路UVL01通过低侧驱动器DV1控制低侧输出信号L0到参考电压COM电平。结果,低侧开关SW1被固定在关断状态直到电源电压VCC的值达到预定电压值。此外,当电源电压VCC的值没有达到预定电压值时,低侧低压检测电路UVL01发送通知到脉冲产生电路PGEN。接到该通知后,脉冲产生电路PGEN至少停止产生置位信号ST,因此,高侧开关SWh也被固定在关断状态直到电源电压VCC的值达到预定电压值。注意,当电源电压VCC的值达到预定电压值时,低侧低电压检测电路UVL01输出延迟电路LDY的输出信号到低侧驱动器DV1。
[0044]自举电路BSC包括两个NM0S晶体管MNb和MNs以及比较器电路CMP。NM0S晶体管(第一晶体管)MNb设置在焊盘(第一电源端子)P1和焊盘(第二电源端子)P4之间。NM0S晶体管(第二晶体管)丽s设置在焊盘(第二电源端子)P4和感测节点Ns之间。NM0S晶体管MnS由电源电压(第一电源电压)VCC来驱动。在本实施例中,NM0S晶体管(第一晶体管)MNb在以下称为启动M0S,而NM0S晶体管(第二晶体管)丽s在以下称为感测M0S。
[0045]对于启动MOS(MNb),源极⑶与焊盘(第一电源端子)P1结合,漏极⑶与焊盘(第二电源端子)P4结合。对于感测MOS(MNs),源极(S)与感测节点Ns结合,漏极(D)与焊盘(第二电源端子)P4结合。启动MOS(MNb)具有相当于一般自举电路具有的自举二极管的功能。以这种方式,电源电压VCC和启动电源电压VB之间的电势差被施加到启动MOS (MNb)在源极和漏极之间。出于这个原因,启动MOS(MNb)应该是高耐压元件。此外,类似的电势差也被施加到感测MOS (MNs),使得感测MOS (MNs)也应该是高耐压元件。
[0046]比较器电路CMP以参考电压COM作为参考地以电源电压(第一电源电压)VCC来操作。当感测节点Ns的感测电压Vsen低于电源电压VCC时,比较器电路CMP驱动启动M0S (第一晶体管)MNb导通。另一方面,当感测电压Vsen高于电源电压VCC时,比较器电路CMP驱动启动M0S (第一晶体管)MNb关断。
[0047]这里,启动M0S (第一晶体管)MNb优选使用耗尽型结构。以这种方式,可以通过来自比较器电路CMP的电源电压VCC电平的输出驱动启动MOS (MNb)导通。同时,可以将启动MOS(MNb)的电源电压电平VCC从源极(S)传输到漏极(D)。换句话说,在正向方向上的电压损失可以降低到比使用一般的自举二极管的情况低的水平。此外,优选地,感测M0S(第二晶体管)丽s也使用耗尽型结构。以这种方式,可以在使用电源电压VCC作为感知MOS (MNs)的栅极电压同时,将超过电源电压VCC的电压从漏极(D)传输到源极(S)。
[0048]图2是示出图1所示的半导体装置中的比较器电路的配置的例子的电路图。图2所示的比较器电路CMP包括NM0S晶体管丽10至丽13,以及PM0S晶体管MP10、MP11和MP13。NM0S晶体管丽10至丽12以及PM0S晶体管MP10和MP11配置了差分放大器电路。NM0S晶体管丽13和PM0S晶体管MP13配置了源极接地的放大器电路。
[0049]NM0S晶体管丽10和丽11被共同親接以形成差分放大器电路的差分输入部分。电源电压VCC被输入到NM0S晶体管丽10的栅极,并且感测电压Vsen被输入到NM0S晶体管丽11的栅极。然后,从NM0S晶体管丽10的漏极产生差分放大器电路的输出信号。
[0050]NM0S晶体管丽12设置在NM0S晶体管丽10、丽11的源极和参考电压COM之间。NM0S晶体管丽12的栅极与固定电压Vref结合以作为差分放大器电路的尾电流源。PM0S晶体管MP10、MP11设置在NM0S晶体管丽10、丽11的漏极与电源电压VCC之间。PM0S晶体管MP10和MP11的栅极被共同耦接。然后,PM0S晶体管MP11的栅极和漏极被结合以作为差分放大器电路的负载电流源。
[0051]NM0S晶体管丽13设置在PM0S晶体管MP13的漏极与参考电压COM之间,并且它的栅极与固定电压Vref结合,以作为源接地的放大器电路的负载电流源。PM0S晶体管MP13的源极与电源电压VCC结合。当差分放大器电路的输出信号在栅极处被接收到时,PM0S晶体管MP13从漏极产生比较器电路的输出信号CMPout。启动MOS (MNb)被输出信号CMPout驱动导通或关断。
[0052]如上所述,比较器电路CMP可以配置有以电源电压VCC操作的电压比较器电路等。构成比较器电路CMP的每个M0S晶体管(MN10至丽13、MP10、MP11和MP13)以增强型M0S晶体管构成。这里,描述增强类型和耗尽型之间的差别。
[0053]在增强型M0S晶体管的情况下,当栅极-源极电压为0V时不形成沟道,并且即使在源极和漏极之间有电位差也基本上没有电流流动。另一方面,在耗尽型M0S晶体管的情况下,沟道是通过对栅极下的半导体表面掺杂预先形成的,使得只要源极和漏极之间有电位差电流就流动,即使栅极-源极电压为0V。例如,NM0S晶体管丽11 (作为增强型M0S晶体管的例子)与耗尽型的感测MOS (MNs)相比。当每个M0S晶体管的栅极-源极电压为0V并且M0S晶体管的源极-漏极电压相同时,感测MOS(MNs)的源极-漏极电流大于NM0S晶体管丽11的源极-漏极电流。
[0054]<驱动电路的示意性电路操作>
[0055]图3是示出图1所示的半导体装置中的主要部分的示意性操作的例子的波形图。这里,为了方便起见,假设高侧输入信号HIN和低侧输入信号LIN以互补的方式输入来描述操作。高侧输入信号HIN和低侧输入信号LIN,例如,以L电平为参考电压COM而Η电平为高电势侧电压VH (例如,5V等)的方式变化。
[0056]首先,在t = tl,高侧输入信号变到L电平(而低侧输入信号变到Η电平)。以这种方式,低侧开关SW1被驱动导通(而高侧开关SWh被驱动关断)。然后,浮动电压VS与参考电压COM相结合。在这种情况下,一般来说,启动电源电压VB高于参考电压(0V)C0M并且低于电源电压(例如,15V等)VCC。
[0057]这里,在自举电路BSC中,耗尽型感测MOS(MNs)可以将启动电源电压VB传输到感测节点Ns,直到启动电源电压VB超过“电源电压VCC+Vsup”,其中Vsup是与耗尽类型相关联的上电压(up voltage)。换句话说,当启动电源电压VB低于“电源电压VCC+Vsup”时,感测节点Ns的感测电压Vsen等于启动电源电压VB。
[0058]在t = tl中,感测电压Vsen (和启动电源电压VB)低于电源电压VCC,使得耗尽型启动MOS(MNb)被控制为导通。因此,自举电容器CB被充电,并且启动电源电压VB(和感测电压Vsen)上升到电源电压VCC。然后,在t = t2,当启动电源电压VB(和感测电压Vsen)达到电源电压VCC时,自举电容器CB的充电被停止。
[0059]之后,在t = t3中,高侧输入信号HIN变到Η电平(而低侧输入信号LIN变到L电平)。以这种方式,高侧开关SWh被驱动导通(而低侧开关SW1被驱动关断),并且浮动电压VS与输入电源电压(例如,600V等)VIN相结合。因此,启动电源电压VB通过被以电源电压VCC充电的自举电容器CB上升到“输入电源电压VIN+电源电压VCC”。
[0060]此外,在t = t3中,当启动电源电压VB升高时,感测电压Vsen(和启动电源电压VB)高于电源电压VCC。出于这个原因,启动MOS(NMb)被控制为关断。注意,启动电源电压VB上升到“输入电源电压VIN+电源电压VCC”,并且在这个过程中,感测电压Vsen被控制到“电源电压VCC+Vsup ”。
[0061]在t = t3中,当高侧开关SWh被驱动导通时,其驱动电源由自举电容器CB来提供。出于这个原因,通过自举电容器CB保持的电压随着时间流逝而减小。结果,在t = t4中,当高侧输入信号HIN再次变到L电平时(而低侧输入信号变到Η电平),对于自举电容器CB保持的电压的减小量,启动电源电压VB相应减小到低于电源电压VCC的电平。响应于此,执行与在t = tl中相同的操作。
[0062]如上所述,通过提供耗尽型感测M0S (第二晶体管)丽s,可以在不超过“电源电压VCC+Vsup”的范围内输入启动电源电压VB到比较器电路CMP。因此,比较器电路CMP可被以低耐压元件配置。换句话说,例如,如果不设置感测M0S (第二晶体管)NMs,则启动电源电压VB被直接输入到比较器电路CMP,要求比较器被配置有高耐压装置。
[0063]<感测M0S的特性>
[0064]图4是示出图1所示的半导体装置中的感测M0S的电特性的例子的视图。如图4所示,耗尽型感测MOS (MNs)具有这样的特性:在漏极电压(即,启动电源电压VB)不超过“栅极电压Vg+Vsup”的范围内,源极电压(S卩,感测电压Vsen)等于漏极电压(VB)。另一方面,感测MOS(MNs)具有这样的特性:在漏极电压(VB)超过“栅极电压Vg+Vsup”的范围内,源极电压(Vsen)被钳制到“栅极电压Vg+Vsup”。
[0065]这里,当上电压Vsup增大时,对于增加量,可以保证比较器电路CMP的操作裕量。换句话说,当上电压Vsup小时,输入裕量被减小,如图3的t3至t4所示,此时比较器比较电源电压VCC与“电源电压VCC+Vsup”并驱动启动MOS (MNb)到关断电平,并且有可能出现故障的风险。另一方面,如果上电压Vsup增加,对于增加的量,比较器电路CMP的最大输入电压被增加。结果,比较器电路CMP的耐受电压(例如,NM0S晶体管丽11的栅极耐受电压)的裕量被减小。因此,优选地,上电压Vsup被设置为在不超过比较器电路CMP的耐受电压的范围内尽可能大的值。
[0066]<驱动器1C的示意性布局配置>
[0067]图5是示出图1所示的半导体装置中的示意性布局配置的例子的平面视图。图5所示的半导体装置(驱动器IC)DVIC1配置有单个半导体芯片。在半导体芯片上形成终止区AR_TRMBK、低压区(第一区)AR_LVBK和高压区(第二区)AR_HVBK。终止区AR_TRMBK具有环状形状,这是用来分离和结合以电源电压VCC操作的电路和以启动电源电压VB操作的电路的区域。
[0068]图1的终端单元TRMBK所示的每个电路形成在在终止区AR_TRMBK中。更具体地,终止区AR_TRMBK设置有电平移位M0S (第三晶体管)MN1的区域AR_MN1、电平移位M
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