调节器用半导体集成电路的制作方法

本发明涉及一种半导体集成电路(调节器用ic)所使用的有效技术，该半导体集成电路构成直流电源装置进一步转换直流电压的例如串联调节器那样的电压调节器。

背景技术：

作为控制设置在直流电压输入端子和输出端子之间的晶体管并输出希望的电位的直流电压的电源装置有串联调节器(以下略称为调节器)。作为上述调节器的用途，有用于将直流电源提供给汽车的导航装置和etc装置、音频装置、天线装置等车载用电子设备的电源装置(车载用调节器)。

在车载用的调节器中，一般通过连接器将导航等车载电子设备与调节器连接。因此，由于车体的振动连接器脱离，电源的输出端子打开，在作为负荷的电子设备内部产生短路。因此，谋求一种在车载用的调节器中检测这种异常状态的功能。另外，也谋求一种防止在gps和vics(注册商标)、收音机播放等连接接收天线时流过过剩的电流而破坏主体装置的功能。

因此，例如如图5所示，提出以下方案(专利文献1)，即在调节器的输入端子侧设置电流检测用的电阻(检测电阻r1)，经由该检测电阻提供来自电池的直流电压，并且设置控制用个人计算机，将检测电阻的端子电压输入给个人计算机，个人计算机通过软件处理能够检测出调节器的输出端子的打开以及短路。

另外，也提出以下发明(专利文献2)，即经由检测电阻将来自电池的直流电压提供给调节器的输入端子，并且设置具有放大检测电阻的端子间电压的放大器与比较该放大器的输出和基准电压的比较器的过电流保护电路，当输出端子短路时运行过电流保护电路，控制输出电压控制用的晶体管来限制电流，防止过电流。

进一步，公开了一种半导体装置的发明(专利文献3)，具备过热保护电路，在过热保护电路检测出基板的过热时，停止内部电源生成电路的动作。

专利文献1：日本特开2012-93296号公报

专利文献2：日本特开2015-5171号公报

专利文献3：日本特开2013-102603号公报

技术实现要素：

在专利文献1记载的发明中，通过个人计算机判定调节器的输出端子的打开以及短路，因此会有个人计算机的负担变大的课题。

另外，在专利文献1和专利文献2中记载的发明中，都在调节器的输入端子设置检测电阻，将流入输出端子的电流转换为电压，检测与输出端子连接的负荷的打开以及短路。因此，在检测电阻中产生多余的功耗。

另外，目前存在具备过热保护电路的调节器ic，但是不存在具备打开异常检测电路的调节器ic，也不存在具备打开异常检测电路和过热保护电路的调节器ic。

本发明者研究了具备打开异常检测电路和过热保护电路的调节器ic。其结果为，在是由打开异常检测电路检测输出电流的减少而检测出异常的结构的情况下，过热保护电路进行动作由此输出电流减少，于是判断为打开异常检测电路进行动作而产生了打开异常，从而输出检测信号。

因此，此时设置如果过热保护电路进行动作则通过其输出断开打开异常检测电路的检测信号的与(and)门这样的逻辑门，如图6所示，在打开异常检测电路的输出tsd上升时(高电平期间)，一般不会有打开异常检测电路的检测信号err_op(检测电平没有变化)(参照图6的用标记a的点划线包围的部分)。

进一步，当在调节器ic除了设置原来具备的短路异常检测电路以外，还设置打开异常检测电路和过热保护电路时，为了将这些电路进行动作的情况通知给外部，一般设置用于输出各自信号的外部端子，这样会导致外部端子数量增加，芯片尺寸增大的问题。

本发明是鉴于上述的课题而进行的，其目的为，在构成串联调节器这样的直流电源装置的半导体集成电路(调节器用ic)中，在设置了检测输出端子的打开状态的异常检测电路以及检测短路状态的异常检测电路和过热保护电路的情况下，通过较少的外部端子数量将各电路的动作状态输出给外部并能够抑制芯片尺寸的增大。

本发明的其他目的为提供一种调节器用半导体集成电路(调节器用ic)，能够检测不使用检测电阻而检测与输出端子连接的负荷的打开和短路等异常，并且能够根据所适用的系统任意地设定检测与输出端子连接的负荷的打开和短路这样的异常的电流值。

为了达成上述目的，本发明为一种调节器用半导体集成电路，具备与输入直流电压的电压输入端子和输出端子之间连接的电压控制用晶体管、根据输出的反馈电压来控制上述电压控制用晶体管的控制电路，该调节器用半导体集成电路具备：

打开异常检测电路，其检测上述输出端子的打开状态；

短路异常检测电路，其检测上述输出端子的短路状态；

第一输出端子，其用于将上述打开异常检测电路的检测结果输出给外部；

第二输出端子，其用于将上述短路异常检测电路的检测结果输出给外部；以及

过热保护电路，其检测形成该半导体集成电路的半导体基板的温度，在检测出半导体基板的温度上升到预先设定的预定温度以上时，通过上述控制电路断开上述电压控制用晶体管，

通过上述第二输出端子输出取了上述过热保护电路的输出信号与上述短路异常检测电路的输出信号的逻辑或的信号，上述打开异常检测电路的输出信号不会根据上述过热保护电路的输出信号而被阻止。

根据具有上述结构的调节器用半导体集成电路，检测输出端子的打开状态和短路状态并将检测信号输出给外部，因此能够减轻控制系统的个人计算机这样的控制装置(cpu)的负担。

另外，在调节器用半导体集成电路中，由第二输出端子输出取了过热保护电路的输出与短路异常检测电路的输出的逻辑或的信号作为短路异常信号，因此能够避免以下情况，即产生重复短路的检测和解除的动作，多个检测脉冲加到检测信号上。

另外，与将过热保护电路的输出和短路异常检测电路的输出通过不同的外部端子输出的情况相比，能够减少外部端子数。

进一步，构成为，具有用于将打开异常检测电路的检测结果输出给外部的第一输出端子，不会根据过热保护电路的输出来阻止打开异常检测电路的输出，所以能够通过个人计算机(cpu)等控制装置判别是由于过热保护电路没有动作的过电流而短路异常检测信号上升，还是由于产生完全的短路而短路异常检测信号上升。

这里最好构成为，

具备：第一晶体管以及第二晶体管，其与上述电压控制用晶体管并联设置，流过相对于流过上述电压控制用晶体管的电流成缩小比例的电流，

上述打开异常检测电路具备：第一电压比较电路，其比较将流过上述第一晶体管的电流进行转换后的电压与预定的比较电压来判定大小，

上述短路异常检测电路具备：第二电压比较电路，其比较将流过上述第二晶体管的电流进行转换后的电压与预定的比较电压来判定大小，

当比预先设定的打开异常检测电流值小的电流流过上述第一晶体管时，上述第一电压比较电路的输出信号反相，当比预先设定的短路异常检测电流值大的电流流过上述第二晶体管时，上述第二电压比较电路的输出信号反相。

根据上述结构，根据与流过电压控制用晶体管的电流成比例的电流，即不使用用于检测输出电流的检测电阻来检测与输出端子连接的负荷的打开和短路的异常，因此与在输入端子设置低电阻的检测电阻的方式相比能够高精度地检测打开异常检测。

另外，最好构成为，具备至少使上述第一电压比较电路与上述第二电压比较电路输出中的第二电压比较电路的输出延迟的延迟电路，能够通过上述第二输出端子输出取上述第二电压比较电路的输出信号和通过上述延迟电路进行了延迟的信号的逻辑与的信号作为短路异常检测信号。

这样，能够避免在动作开始时冲击电流流入与输出端子连接的电容器而错误输出短路异常检测信号。

进一步，最好构成为，具备：

第一外部端子，其连接用于将流过上述第一晶体管的电流转换为电压的电流-电压转换元件；

第二外部端子，其连接用于将流过上述第二晶体管的电流转换为电压的电流-电压转换元件，

上述第一电压比较电路将通过与上述第一外部端子连接的电流-电压转换元件进行转换后的电压和预定的比较电压进行比较，上述第二电压比较电路将通过与上述第二外部端子连接的电流-电压转换元件进行转换后的电压和预定的比较电压进行比较。

根据上述结构，能够根据系统任意并且高精度地设定成为打开异常的判断基准的电流值以及成为短路异常的判断基准的电流值。

根据本发明，在构成串联调节器那样的直流电源装置的半导体集成电路(调节器用ic)中，在设置了检测输出端子的打开状态的异常检测电路以及检测短路状态的异常检测电路和过热保护电路的情况下，能够将各电路的动作状态以较少的外部端子数输出给外部并抑制芯片尺寸的增大。另外，有能够实现如下调节器用ic的效果，即能够不使用检测电阻来检测与输出端子连接的负荷的打开或短路这样的异常，并且能够根据所适用的系统来任意地设定检测与输出端子连接的负荷的打开或短路这样的异常的电流值。

附图标记的说明

10：调节器ic、11：误差放大器、12：基准电压电路、13：偏置电路、14：电流镜电路、15：过热保护电路、16：打开异常检测用比较器、17：短路异常检测用比较器、19：延迟电路、q1：电压控制用晶体管、q2～q4：电流镜晶体管。

附图说明

图1是表示适用了本发明的串联调节器ic的一个实施方式的电路结构图。

图2是表示图1的实施方式的调节器各部的电压变化的时间图。

图3是表示图1的实施方式的调节器的第一变形例的电路结构图。

图4是表示图1的实施方式的调节器的第二变形例的电路结构图。

图5是表示具有打开检测功能以及短路检测功能的现有电源装置的一个结构例的结构图。

图6是表示在设置了打开检测功能、短路检测功能以及过热保护功能时认为为一般的串联调节器ic各部的电压变化的时间图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的优选实施方式。

图1表示作为适用了本发明的直流电源装置的串联调节器的一个实施方式。另外，图1中，由点划线包围的部分在单晶硅半导体芯片上形成为半导体集成电路(调节器ic)10，在该调节器ic10的输出端子(out)连接电容器co，作为直流电源装置提供稳定的直流电压而发挥功能。

在本实施方式的调节器ic10中，如图1所示，在施加直流电压vin的电压输入端子(in)与输出端子(out)之间连接由pnp双极晶体管组成的电压控制用的晶体管q1，在输出端子(out)与施加地电位gnd的地线之间串联连接将输出电压vout进行分压的泄放电阻r1、r2。

通过该泄放电阻r1、r2进行分压后的电压vfb被反馈到作为控制上述电压控制用的晶体管q1的基极端子的误差放大电路的误差放大器11的非反相输入端子中。然后，误差放大器11根据输出的反馈电压vfb和预定的参照电压vref的电位差来控制电压控制用晶体管q1，并且控制输出电压vout成为希望的电位。

另外，本实施方式的调节器ic10上设置用于产生施加给上述误差放大器11的反相输入端子的参照电压vref的基准电压电路12、使动作电流流过误差放大器11或基准电压电路12的偏置电路13、与上述电压控制用晶体管q1的基极端子连接且用于限制输出电流的电流限制电路14、在芯片的温度上升到预定温度以上时使误差放大器11的动作停止并断开晶体管q1的过热保护电路15。

基准电压电路12能够由串联的电阻以及齐纳二极管等构成。在偏置电路13上设置根据从芯片外部的个人计算机(cpu)等输入到外部端子cnt的控制信号cont来对误差放大器11提供偏置电流或断开偏置电流的功能。电流限制电路14在因负荷异常等输出电流增加且输出电压下降，在误差放大器11为了通过晶体管q1流过更多的电流而降低基极电压时，通过钳位来限制电流使得基极电流不会大到预定以上。

进一步，在本实施方式的调节器ic10中，与上述电压控制用的晶体管q1并联设置，设置q1和构成电流镜电路的双极晶体管q2、q3、q4，对作为这些晶体管q2～q4的控制端子的基极端子施加与施加给电压控制用的晶体管q1的基极端子的电压相同的电压。这样，在q2～q4中根据元件的尺寸比n而流过与q1的集电极电流成比例的电流(1/n的电流)。以并联方式连接n个相同尺寸的晶体管来构成晶体管q1，并且在q2～q4分别由1个晶体管构成时，设定为流过与元件的个数成比例的电流。

另外，本实施方式的调节器ic10中设置用于连接在芯片的外部进行电流-电压转换的电阻rop的外部端子p1、用于连接电阻rsc的外部端子p2，上述电流镜晶体管q2的集电极端子与外部端子p1连接，电流镜晶体管q3的集电极端子与外部端子p2连接。进一步，设置反相输入端子与外部端子p1连接且对非反相输入端子施加了参照电压vref’的打开异常检测用的比较器16、非反相输入端子与外部端子p2连接且对反相输入端子施加了参照电压vref’的短路异常检测用的比较器17。

上述外部电阻rop在例如10ma的打开异常检测电流流过了电压控制用的晶体管q1时，设定电阻值使得电阻的两端子间电压成为与参照电压vref’相同的值。另一方面，上述外部电阻rsc在例如200ma的短路异常检测电流流过了电压控制用的晶体管q1时，设定电阻值使得电阻的两端子间电压成为与参照电压vref’相同的值。

这样，在本实施方式中，通过外部电阻rop、rsc设定检测打开异常和短路异常的电流值，因此能够根据所使用的系统任意地设定检测电流值(阈值)，并且能够使用相同的电压值作为用于比较器16、17的参照电压vref’，能够将生成参照电压的电路简略化。

另外，在本实施方式的调节器ic10中设置上述比较器16的输出端子与基极端子连接的npn晶体管q5、将上述比较器17的输出和上述过热保护电路15的输出设为输入的或(or)门18、该或门18的输出端子与基极端子连接的晶体管q6的npn晶体管q6。进一步，在调节器ic芯片中设置以打开集电极形式将信号输出给外部的cpu等的外部端子p3和p4，上述晶体管q5的集电极端子与外部端子p3连接，上述晶体管q6的集电极端子与外部端子p4连接。

接着，使用图2的时间图说明本实施方式的调节器ic10的动作。在图2中，左侧一半期间t1表示在调节器的动作开始后的一段期间在进行了稳定的动作后发生了打开时的定时，右侧一半期间t2表示在调节器的动作开始后的一段期间在进行了稳定的动作后发生了短路时的定时。

如图2所示，如果在定时t1输入电压vin上升，在定时t2控制端子cnt的信号cont从外部变为高电平，则调节器ic10开始动作，输出电压vout上升并被控制成为预定的电压。另外，在到输出电压vout上升的过渡期中，冲击电路(浪涌电流)流向与输出端子连接的电容器co，但是，之后根据负荷的状态流过恒定电流(期间ta)。

然后，在该稳定动作状态下，如果产生输出端子成为打开这样的异常，则输出电流iout急剧减少(定时t3)。于是，流过电流镜晶体管q2的电流也同样减少，因此比较器16检测该情况并且其输出变为高电平。其结果为，晶体管q5导通，从外部端子p3输出的信号err-op变为低电平，获得该信号的cpu能够检测到产生了打开异常。如果cpu检测打开异常，则使控制信号cont变为低电平，由此停止调节器ic10的动作(定时t4)。

之后，进行控制，使得如果打开异常状态被消除，在定时t5控制信号cont变为高电平时，则调节器ic10重新开始动作，输出电压vout上升并成为预定的电压。此时，在到输出电压vout上升的过渡期中流过冲击电流，但是之后根据负荷的状态流过恒定电流(期间tb)。

然后，如果在该稳定动作状态下在负荷中发生了短路，则输出电流iout急剧增加(定时t6)。于是，流过电流镜晶体管q3的电流也同样增加，因此比较器17检测该情况并且其输出变为高电平。其结果为，晶体管q6接通，从外部端子p4输出的信号err-sc变为低电平，获得该信号的cpu能够检测到产生了短路异常。

但是，在短路异常的情况下，随着输出电流iout急剧增加而大的电力产生热，因此过热保护电路在芯片温度上升到预定温度时停止误差放大器11的动作并断开晶体管q1，因此断开输出电流iout并解除短路状态的检测。另外，如果进行放热半导体芯片温度下降，则解除关机，如果维持短路状态则重复检测短路状态并输出的动作，作为短路异常检测信号会产生故障。

因此，在本实施方式的调节器ic10中，设置取比较器17的输出和过热保护电路15的输出之间的逻辑的或门18，通过该或门18的输出来接通/断开晶体管q6。这样，如果发生短路异常且输出电流iout急剧增加，则输出短路异常检测信号，并且为了在芯片温度上升且过热保护电路的输出在检测出高温的期间也维持短路异常检测信号，以比较器17的输出和过热保护电路15的输出之间的逻辑或来接通/断开晶体管q6，由此能够避免调节器ic10的短路异常检测信号陷入上述重复动作。而且，如果cpu检测出短路异常，则使控制信号cont变为低电平，由此停止调节器ic10的动作(定时t7)。

另外，如上所示，本实施方式的调节器ic10在开始调节器ic10的动作后流过冲击电流，通过该冲击电流比较器17的输出变为高电平并接通晶体管q6，err-sc变为低电平，但是关于该错误检测的信号，在获得该信号的cpu的一侧，通过执行进行忽略处理的死区程序能够应对电源接通后的短路检测脉冲。

另外，如本实施方式的调节器ic10那样，在设置过热保护电路15和打开异常检测电路(比较器16)的设备中，如果过热保护电路15动作，则据此断开控制用晶体管q1和电流镜晶体管q2，比较器16的输出反相且输出打开异常检测信号err_op。因此，获得该信号的外部个人计算机(cpu)会错误地判断为产生了打开异常。

因此，例如在图1的ic中，设置如果过热保护电路15动作则通过其输出断开打开异常检测电路(比较器16)的检测信号的与门这样的逻辑门和使过热保护电路15的输出反相的逆变换器，对与门的一个输入端子施加该逆变器的输出。由此如图6所示，在过热保护电路的输出tsd上升时(高电平期间)，一般不输出打开异常检测电路的检测信号err_op(检测电平没有变化)(参照图6的由标记a的点划线所包围的部分)。另外，一般从各自的外部端子输出过热保护电路15的输出和短路异常检测电路(比较器17)的检测信号，图6的检测信号err_sc表示如此构成时的信号定时。

对此，在本实施方式的调节器ic10中，从外部端子p4输出取过热保护电路15的输出和短路异常检测电路(17)的检测信号之间的逻辑或的信号err_sc。因此，与分别输出过热保护电路15的输出和短路异常检测电路(17)的检测信号的情况相比能够减少外部端子数。但是，在将短路异常检测的检测电平设定得较低时，且流过过热保护电路15不动作的过电流时，通过负荷的短路流过某种程度大的电流，由此会有芯片温度上升并且过热保护电路15进行动作的情况。这时，如果从1个外部端子p4输出过热保护电路15的输出和短路异常检测电路(17)的检测信号，则外部计算机(cpu)不能够判别是过热保护电路15进行动作而检测信号err_sc上升，还是通过由短路异常检测电路(17)检测过热保护电路15没有进行动作的过电流而检测信号err_sc上升。

然而，在上述实施方式中，如图2的时间图所示，即使在过热保护电路15的输出tsd上升时(高电平的期间)，如果打开异常检测电路(16)检测出打开异常，则输出检测信号err_op，因此能够通过外部计算机(cpu)来判别是因过热保护电路15没有进行动作的过电流而检测信号err_sc上升，还是因产生完全的短路而检测信号err_sc上升。

即，在上述实施方式中，当是完全短路时，必须在短路异常检测信号err_sc上升后，过热保护电路15进行动作且打开异常检测信号err_op发生变化，所以外部个人计算机(cpu)监视外部端子p4的err_sc和外部端子p3的信号err_op，由此能够区别产生偶发的过电流和产生完全的短路。因此，如图2的t6～t7区间所示，在检测出预先设定的过电流时和在伴随着过热保护电路的动作的大的散热时，能够执行不同的应对处理。其结果为，能够避免例如将产生偶发的过电流错误判断为产生完全的短路而断开调节器的错误动作。

(变形例)

接着，使用图3以及图4说明上述实施方式的调节器ic的变形例。

图3表示其中第一变形例的调节器ic。该变形例为了防止冲击电流引起的错误检测信号，在调节器ic10内设置由延迟比较器16和17的输出的电阻和容量等组成的延迟电路19、取比较器16和17的输出的逻辑或并输入给延迟电路19的或非(nor)门20、取该延迟电路19的输出和延迟前的原来比较器16、17的输出之间的逻辑与的与门21、22。

上述实施方式的调节器ic根据比较大的电流流向输出端子的情况来判定为产生短路状态。另一方面，在ic启动时，比较大的冲击电流(浪涌电流)流向输出端子的电容器co。然而，在图1的调节器ic中，不能够将该冲击电流与产生短路异常时流向输出端子的电流进行区别，因此如图2的时间图所示，能够避免在比较器17的输出中出现伴随冲击电流ir的检测的错误检测脉冲。

对此，在使用了本变形例的调节器ic的系统中，采用不出现伴随冲击电流检测的错误检测信号的结构。这样，会有不需要在后级的cpu中设置死区程序的优点。

具体地说，延迟电路19由恒流源ic0、通过该恒流源ic0进行充电的电容器c1、在恒流源ic0和电容器c1的连接节点n1与接地点之间串联连接的电阻r4以及开关晶体管qs、比较器cmp构成，对该晶体管qs的基极端子输入上述或非门20的输出电压。另外，具备与连接节点n1连接的外部端子p5，通过将外部电容cd与该端子p5连接而能够不增加芯片尺寸地增大延迟时间。

该延迟电路19在比较器16、17的输出都是低电平的通常动作状态下，通过或非门20的输出将高电平施加给晶体管qs的基极端子而处于接通的状态，电容器c1、cd为放电的状态。然后，比较器16检测打开状态或者比较器17检测短路状态，如果任意一方的比较器的输出变为高电平，则或非门门20的输出变为低电平而晶体管qs断开。

于是，慢慢对电容器c1、cd充电，连接节点n1的电位逐渐上升。并且如果经过预定时间后连接节点n1的电位变得高于比较器cmp的参照电压vref1，则比较器cmp的输出从低电平变为高电平。这样，在检测出打开状态时，与门21的输出变为高电平，晶体管q5接通，外部端子p3从高电平变为低电平。

另外，在检测出短路异常时，与门22的输出变为高电平，晶体管q6接通，外部端子p4从高电平变为低电平。另外，延迟电路19的延迟时间被设定为比图2所示的冲击电流ir流过的期间要长若干的时间。

通过设置上述的延迟电路19和比较器cmp以及与门21、22，在本变形例中，不会出现伴随冲击电流的检测的错误检测脉冲。

另外，图3中，延迟电路19分别延迟比较器16和17的输出，但是也可以只延迟短路异常检测用的比较器17的输出。而且，这种情况下不需要图3的或非门门20和与门21。

图4表示第二变形例的调节器ic。该变形例兼用作图1的实施例的短路异常检测用比较器17和构成电流限制电路14的比较器。因此，此时也能够兼用作使用于检测短路异常的监视电流流过的电流镜晶体管q3和使电流限制电路14的监视电流流过的电流镜晶体管q4。

具体地说，省略图1的电流镜晶体管q4以及外部端子p2，设置将电流镜晶体管q3的电流转换为电压的内部电阻r4，通过该电阻r4进行转换后的电压被输入到短路异常检测用的比较器17的非反相输入端子。然后，该比较器17的输出和过热保护电路15的输出经由or门18被输入到输出用的晶体管q6的基极端子。

另一方面，比较器17的输出经由逆变器23、24被施加给电压控制用晶体管q1、电流镜晶体管q2、q3的基极端子，如果预定电流值以上的电流流过电压控制用晶体管q1，则使电压控制用晶体管q1电流钳位来限制输出电流iout。

根据第二变形例的调节器ic，有以下优点：与图1的实施方式的调节器ic相比能够减少一个外部端子的数量，并且能够将短路异常检测电路兼用作电流限制电路，能够实现这部分芯片的小型化。

另外，作为兼用作短路异常检测用比较器17和构成电流限制电路14的比较器的结构，也能够做成设置外部端子p2且将电阻r4作为外部电阻而连接，从而能够调整检测电流值(阈值)的结构。

以上根据实施例具体说明了本发明者进行的发明，但是本发明不限于上述实施例。例如，在上述实施方式中，表示了作为电压控制用晶体管q1、电流镜晶体管q2～q4而使用了双极晶体管的情况，但是也可以使用mosfet来代替双极晶体管。

另外，在上述实施例中，在芯片内部设置了将输出电压进行分压的泄放电阻r1、r2，但是也可以设置由外部电阻组成的分压电路，将通过芯片外部进行了分压的电压从外部端子输入到误差放大器11中。

作为应用了上述实施方式的串联调节器的直流电源装置的特别有效的用途，例如有汽车的导航装置或etc装置、音频装置、天线装置等车载用电子设备，但是，如果是具有通过直流电源进行动作的负荷的系统，则能够适用于任何设备。