半导体装置以及包含该半导体装置的车载电子装置和汽车的制作方法
【专利说明】半导体装置以及包含该半导体装置的车载电子装置和汽车
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于并要求2014年10月2日提出的日本专利申请N0.2014-203682的优先权，通过引用的方式将其公开作为整体并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及一种半导体装置，和车载电子装置以及每个包括该半导体装置的汽车，例如，涉及一种适于驱动负载诸如灯的半导体装置，和车载电子装置以及每个包括该半导体装置的汽车。
【背景技术】
[0004]汽车配备有电子地控制发动机、灯、安全气囊，电动车窗和其他系统的电子控制单元(ecu)。电子控制单元包括驱动负载诸如灯的智能电力装置(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，公开了关于负载驱动装置的技术。该现有技术的结构通过使用两种类型的温度检测功能限制流过输出晶体管的电流，防止输出晶体管的过热。
【发明内容】
[0006]从说明书和附图的描述，负载驱动装置的问题和新的特征将变得明显。
[0007]根据一个实施例，一种半导体器件，包括:温度检测器，当输出晶体管的温度和环境温度之间的温差大于基准温差时，其将第一检测信号设置为激活，当输出晶体管的温度高于第一基准温度时，其将第二检测信号设置为激活；第一限流器，当第一和第二检测信号中任何一个信号变为激活时，其限制在输出晶体管的源极和漏极之间流动的电流；和输出晶体管，当第一和第二检测信号中任何一个信号变为激活时，其不管外部输入信号如何而断开，当第一检测信号被设置为激活时，当输出晶体管的温度和环境温度之间的温差降低到等于或小于比基准温差低第一迟滞的量的值时，该温度检测器将第一检测信号设置为非激活，当第二检测信号被设置为激活时，当输出晶体管的温度降低到等于或小于比第一基准温度低第一迟滞的量的值时，该温度检测器将第二检测信号设置为非激活。
[0008]根据一个实施例，一种半导体器件，包括:温度检测器，当输出晶体管的温度和环境温度之间的温差大于基准温差时，温度检测器将第一检测信号设置为激活，当输出晶体管的温度高于第一基准温度时，温度检测器将第二检测信号设置为激活；第一限流器，当第一和第二检测信号中任何一个信号变为激活时，第一限流器限制在输出晶体管的源极和漏极之间流动的电流；和输出晶体管，当第一和第二检测信号中任何一个信号变为激活时，输出晶体管不管外部输入信号如何而断开，且该温度检测器包括:第一恒定电流源，串联连接到第一恒定电流源的并放置在远离输出晶体管的外围电路区域的第一二极管，第二恒定电流源，串联连接到第二恒定电流源的并放置在输出晶体管中或其附近的第二二极管，并联连接在第二恒定电流源和第二二极管之间的第一和第二电阻器元件，串联连接到第二电阻器元件的并基于第一检测信号控制接通和断开的第一开关，并联连接到第一开关并基于第二检测信号控制接通和断开的第二开关，将第一恒定电流源和第一二极管之间的节点的电位与第二恒定电流源和第一电阻器元件之间的节点的电位进行比较并且输出第一检测信号的第一比较器，第三恒定电流源，串联连接到第三恒定电流源的第三电阻器元件，以及，将第三恒定电流源和第三电阻器元件之间的节点的电位与第二恒定电流源和第一电阻器元件之间的节点的电位进行比较并且输出第二检测信号的第二比较器。
[0009]根据上述实施例，能提供一种能防止驱动负载的能力急剧下降的半导体装置，以及包含其在内的车载电子装置。
【附图说明】
[0010]结合附图，从下面的某些实施例的描述，上述的和其他方面、优势和特征将更加明显，其中:
[0011]图1是根据第一实施例的配备有电子控制单元的车辆的概要图。
[0012]图2是示出图1示出的车辆的内部结构的图。
[0013]图3是示出根据第一实施例的电子控制单元的结构的框图。
[0014]图4是示出根据第一实施例的负载驱动装置的结构的框图。
[0015]图5是示出包括在图4示出的负载驱动装置中的限流器的具体结构的电路图。
[0016]图6是示出包括在图4示出的负载驱动装置中的温度检测器的具体结构的电路图。
[0017]图7是图4示出的负载驱动装置的示意横截面图。
[0018]图8是图4示出的负载驱动装置的示意平面图。
[0019]图9是示出在环境温度等于或小于边界温度的情况下，图4示出的负载驱动装置的操作的时序图。
[0020]图10是示出在环境温度高于边界温度的情况下，图4示出的负载驱动装置的操作的时序图。
[0021]图11是示出图4示出的负载驱动装置中的输出晶体管的温度与环境温度之间的关系的图。
[0022]图12是示出通过图4示出的负载驱动装置关断和恢复负载的电流供应的时序图。
[0023]图13是不出接通和断开包括在图4不出的负载驱动装置中的输出晶体管的时序图。
[0024]图14是示出包括在图4示出的负载驱动装置中的输出晶体管的工作(on-duty)和环境温度之间的关系的图。
[0025]图15是示出由图4示出的负载驱动装置设置的限制电流值和环境温度之间的关系的图。
[0026]图16是示出在恢复电流供应之后，由图4示出的负载驱动装置施加到负载的电力和环境温度之间的关系的图。
[0027]图17是图11和图29的比较示例。
[0028]图18是示出当超温检测信号的迟滞变化时，工作和环境温度之间的关系的图。
[0029]图19是示出图6示出的温度检测器的替代示例的电路图。
[0030]图20是示出根据第二实施例的负载驱动装置的结构的框图。
[0031]图21是示出图20示出的负载驱动装置中的输出晶体管的温度与环境温度之间的关系的图。
[0032]图22是示出由图20示出的负载驱动装置设置的限制电流值和环境温度之间的关系的图。
[0033]图23是示出通过图20示出的负载驱动装置施加到负载的电力和环境温度之间的关系的图。
[0034]图24是示出包括在图20示出的负载驱动装置中的温度检测器的结构的电路图。
[0035]图25是示出图24示出的温度检测器的替代示例的电路图。
[0036]图26是示出根据设计出实施例之前的想法的负载驱动装置的结构的框图。
[0037]图27是输出晶体管温度和环境温度之间的温差和温差检测信号的每个的时序图。
[0038]图28是输出晶体管温度和超温检测信号的每个的时序图。
[0039]图29是示出图26示出的负载驱动装置中的输出晶体管的温度与环境温度之间的关系的图。
[0040]图30是示出由图26示出的负载驱动装置设置的限制电流值和环境温度之间的关系的图。
[0041 ] 图31是示出供给灯的理想电流随时间变化的图。
[0042]图32是示出在环境温度等于或小于边界温度的情况下，当用图26示出的负载驱动装置驱动灯时，输出晶体管温度随时间变化的图。
[0043]图33是示出在环境温度等于或小于边界温度的情况下，通过图26示出的负载驱动装置供给灯的电流随时间变化的图。
[0044]图34是示出在环境温度等于或小于边界温度的情况下，图26示出的负载驱动装置的操作的时序图。
[0045]图35是示出在环境温度高于边界温度的情况下，当用图26示出的负载驱动装置驱动灯时，输出晶体管温度随时间变化的图。
[0046]图36是示出在环境温度高于边界温度的情况下，通过图26示出的负载驱动装置供给灯的电流随时间变化的图。
[0047]图37是示出在环境温度高于边界温度的情况下，图26示出的负载驱动装置的操作的时序图。
【具体实施方式】
[0048]在下文中，参考附图描述了本发明的实施例。应该注意的是，附图仅以举例说明的方式以简化的形式给出，因此不应被视为限制本发明。相同的元件用相同的参考符号表示，并省略冗余的解释。
[0049]在下面的实施例中，当为了方便起见时，描述将被分为多个部分或实施例。然而，除非另有明确规定，这些部分或实施例并不是彼此无关的，而是存在着如下关系，其中一个表示另一个的部分或全部的修改、详细的或补充说明等。此外，在下面的实施例中，当引用涉及元件的数等时(包括数字、数值、数量、范围等)，除了另有明确规定或该数字在原则上明显限制于具体数字的情况之外，该数不限于特定的数字，而可以大于或小于特定数字。
[0050]不用说，在下面的实施例中，它们的构成元件(包括操作步骤)并不一定是必要的，除了另有明确规定或它们在原则上明显被认为是必要的情况之外。同样地，在下面的实施例中，当引用涉及构成元件等的形状、相对位置等时，其包括基本上相像或类似于那个形状等的那些形状等，除了另有明确规定或其在原则上明显被认为是不同的情况之外。这同样适用于上述的数等(包括数字、数值、数量、范围等)。
[0051]〈第一实施例〉
[0052]图1是根据第一实施例的装备有电子控制单元的车辆的概要图。
[0053]如图1所示，安装在车辆上的电子控制单元执行各种类型的控制，诸如发动机控制、风挡雨刷控制、安全气囊控制、转向控制、天窗控制、灯控制、制动控制、反光镜控制、车窗控制和车门控制。
[0054]图2是示出图1示出的车辆的内部结构的图。
[0055]如图2所示，电子控制单元1执行例如安装在车辆上的多个灯的控制。
[0056]图3是示出根据第一实施例的电子控制单元1的结构的框图。
[0057]如图3所示，电子控制单元1提供有来自电池电源2的电源电压Vcc并控制负载3的驱动。在本实施例中，描述了作为示例的其中负载3是安装在车辆上的灯的情况。
[0058]电子控制单元1包括负载驱动装置(半导体装置)10、微型计算机(处理单元)11、电源1C 12、稳定电容器C1和C2和齐纳二极管ZD1。电源1C 12基于电源电压Vcc为微型计算机11产生电源电压。当来自微型计算机11的外部输入信号IN变为激活时，负载驱动装置10会驱动负载(S卩，点亮灯)。
[0059](发明人的先前研究)
[0060]在描述负载驱动装置10的细节之前，将描述本发明人先前研究的负载驱动装置50 ο
[0061]图26是示出根据设计出实施例之前的想法的负载驱动装置50的结构的框图。
[0062]如图26所示，负载驱动装置50包括输出晶体管Τ51、温度检测器TD51、逻辑电路1^51、驱动电路01?51、限流器(第一限流器)IL51和限流器(第二限流器)IL52。注意，温度检测器TD51、逻辑电路1^51、驱动电路01?51、限流器IL51和IL52构成了控制电路CTL51。
[0063]电源电压被提供给电源电压端子Vcc，且诸如灯的负载(对应于图2中的“3”)连接到输出端子OUT。输出晶体管T51的漏电极和源电极分别电连接到电源电压端子Vcc和输出端子OUT。然后，通过提供给其栅极的栅极电压Vg，控制输出晶体管T51接通和断开。在本示例中，输出晶体管T51是N沟道M0S晶体管，且当栅极电压Vg为Η电平时其接通，当栅极电压Vg为L电平时其断开。
[0064]图27是输出晶体管温度Ttr和环境温度之间的温差Tdif和温差检测信号dt_ot的每个的时序图。
[0065]如图27所示，当输出晶体管T51或其附近的温度(在下文中称为输出晶体管温度Ttr)和远离输出晶体管T51的外围电路的温度(在下文中称为环境温度)之间的温差Tdif超过第一基准温度差Tdrefl时，温度检测器TD51确定输出晶体管温度Ttr和环境温度之间的温差Tdif过高并将温差检测信号dt_ot设置为激活(例如，从L电平到Η电平)。注意，温度检测器TD51确定输出晶体管温度Ttr和环境温度之间的温差Tdif是否过高的操作被称为温差检测操作。
[0066]然后，当输出晶体管温度Ttr和环境温度之间的温差Tdif等于或小于第二基准温差Tdref2时，温度检测器TD51设置温差检测信号dt_ot回到非激活(例如，从Η电平到L电平)。第二基准温差Tdref2低于第一基准温差Tdrefl。具体来说，温差检测信号dt_ot具有迟滞特性。在这种应用中，第一基准温差Tdrefl和第二基准温差Tdref2之间的差异ATdref被定义为温差检测信号dt_ot的迟滞值。
[0067]图28是输出晶体管温度Ttr和超温检测信号at_ot的每个的时序图。
[0068]如图28所示，当输出晶体管温度Ttr高于第一基准温度Trefl时，温度检测器TD51确定输出晶体管温度Ttr过热并将超温检测信号at_ot设置为激活(例如，从L电平到Η电平)。注意，温度检测器TD51确定输出晶体管温度Ttr是否过热的操作被称为超温检测操作。
[0069]然后，当输出晶体管温度Ttr等于或小于第二基准温度Tref 2时，温度检测器TD51设置超温检测信号at_ot回到非激活(例如，从Η电平到L电平)。第二基准温度Tref2低于第一基准温度Trefl。具体来说，超温检测信号at_ot具有迟滞特性。在这种应用中，第一基准温度Trefl和第二基准温度Tref2之间的差异△ Trefl被定义为超温检测信号at_ot的迟滞值。
[0070]如上所述，为了通过允许在温度变得足够低之后输出晶体管T51的操作恢复防止输出晶体管T51的击穿，温差检测信号dt_ot和超温检测信号at_ot都具有迟滞特性。
[0071]图29是示出负载驱动装置50中的输出晶体管T51的温度(热传感器温度)和环境温度(冷传感器温度)之间的关系的图。实线指示当输出晶体管T51的操作停止时的温度(关断温度)，虚线指示当输出晶体管T51的操作恢复时的温度(恢复温度)。
[0072]图29的示例示出了其中的第一基准温差Tdrefl为60°C，第二基准温差Tdref2为30°C，第一基准温度Trefl为180°C和第二基准温度Tref2为165°C的情况。因此，温差检测信号dt_ot的迟滞Δ Tdref为30°C，超温检测信号at_ot的迟滞Δ Trefl为15°C。当输出晶体管T51的温度Ttr和环境温度之间的差