电源控制器和半导体装置的制作方法

专利名称：电源控制器和半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源控制器以及半导体装置。
背景技术：
在常规的电源控制器中，大功率半导体开关元件例如功率
MOSFET位于连接在电源与负载之间的电源线上，并且被配置为通过 在ON和OFF之间切换该半导体开关元件来控制该负载的电源。在该 电源控制器中，已知的是都配备了为了保护其自身半导体开关元件的 自保护功能，。例如，当负载中由于短路而出现过载电流(即异常电 流)时，该自保护功能就会通过控制该半导体开关元件的控制端(例 如MOSFET情况下的栅极)的电位来关断该半导体开关元件。特别地， 如JP-A-2001-217696中所示，例如，电流检测电阻器串联地与半导体 开关元件的负载端(例如，MOSFET情况下的源极或漏极)相连。检 测电阻器上的压降，并且如果该压降高于预定电平，则确定过载电流 异常，从而关断该半导体开关元件。
流经该半导体开关元件的电流会沿着预定的负载线而发生变化， 直到在启动该半导体元件之后电流稳定下来为止。因此，在根据流经 该半导体开关元件的负载电流与阈值的比较而检测到过载电流异常的 情况下，如果该阈值被设置为固定电平，就会出现如下问题当发生 了过载电流异常时，在检测到它之前需要一段时间。例如，图5示出 了功率MOSFET的漏-源电压Vds以及从中通过的电流Id。在负载处 于正常状态的情况下，该漏-源电压Vds和电流Id的值将理想地沿着从 点BO开始的负载线L0而发生变化，其中该点BO导致确立了稳定点 AO,同时在功率MOSFET被导通之后，该功率MOSFET保持为ON。
但是，在负载中出现异常例如短路的情况下，该功率MOSFET的 电源电压将在从点B0开始之后几乎不会上升，这是因为负载上的压降 非常低。也就是说，流经功率MOSFET的电流Id将陡然上升，而功率 MOSFET的漏-源电压Vds几乎不会发生变化。如果该阈值被设置为固 定电平(如图中的线L7所示)，则应该确定该电平，以便于覆盖整个 负载线。因此，在如上所述功率MOSFET导通之后立即就出现短路的 情况下，在如线L6所示到达阈值之前需要有相当长的一段时间。这将 会导致功率MOSFET中更大的功耗，并且导致保护延时。
因此，本发明针对上述问题而提出，其目的在于提供一种结构， 其能够迅速地检测到过载电流异常，以便于实现具有过载电流检测功 能的电源控制器中的适当保护。

发明内容
根据本发明的电源控制器位于电源与负载之间，并且被配置为控 制从电源到负载的电源。该电源控制器包括半导体开关元件，其位于 从电源到负载的电源线上，以及电流检测电路，其被配置为用于检测 流经该半导体开关元件的负载电流。该电源控制器进一步包括电压产 生器电路，其被配置为根据该半导体开关元件的输出侧电压来生成电 压，以及异常检测电路，其被配置为根据来自电流检测电路的检测信 号以及由电压产生器电路生成的电压来输出异常信号，如果流经该半 导体开关元件的负载电流大于对应于该生成电压的阈值电流。
在根据本发明的电源控制器中，可以将该阈值电流设置为使其随 着输出侧电压(例如，N通道MOSFET情况下的源极电压，或者P通 道MOSFET情况下的漏极电压)的上升或下降而上升或下降。因此， 例如在负载中出现短路的情况下，负载电流的电平将立即达到阈值电 流电平，使得与阈值被设置为恒定电平的结构相比，能够实现快速保 护。近来，希望有一种多功能半导体装置(智能电源装置)，它在半 导体芯片中包括多个有用的功能，并且以包容在一个封装中的单个芯 片或多个芯片的形式来提供。在这种半导体装置中配备了过载电流检 测功能的情况下，就会出现用于电流检测或者阈值设置的元件的属性 发生变化的问题。也就是说，在通过将通过使用分流电阻器、读出FET 等检测到的过载电流与预定阈值相比较而检测到异常的情况下，如果 用于阈值设定的电阻器位于该半导体装置之内，则无法实现该阈值的 准备设定，因为制造变化将会导致降低该异常检测的准确性。
因此，优选地就是，有读出电流流经的电阻器位于半导体装置的 外部，作为外部电阻器，而被配置为用来生成用于异常检测的阈值电 压的分压电路包括在该半导体装置中。需要注意的是，由于制造的原 因，该半导体装置的电阻器元件的电阻值有可能发生变化(即，相当 大的变化引起了倍增或减半)，其中该电阻器元件构成了该分压电路。 但是，多个电阻器包括在单个芯片或一个封装中，因此它的所有电阻 值都会在相同的方向上发生变化(即，在电阻值降低或增加的方向上)， 使得分压比率不会发生变化。因此，如果根据要被检测的异常电流电 平来选择具有适当电阻值的外部电阻器，则通过禁止电阻值的变化就 能够准确地检测到异常。


图1为说明根据本发明第一实施例的电源控制器的一般结构的框
图2为主要用于说明图1中所示电源控制器的过载电流检测电路 (异常检测电路)的结构的电路图3为显示了分压和读出电流Is与检测MOSFET漏-源电压之间
的关系图4为主要用于说明根据第二实施例的电源控制器的过载电流检 测电路(异常检测电路)的结构的电路图；以及
图5为用于说明当阈值被设置为恒定时出现的问题的说明图。
附图标记
10电源控制器
11半导体装置
12外部电阻器(电流-电压转换器电路) 15 功率MOSFET (半导体开关元件，功率FET) 16检测MOSFET (电流检测电路，检测FET) 50负载
60分压电路(电压产生器电路) 61 电源
62， 64比较器(异常检测电路)
63 电源线
66 FET (偏压电路)
68偏压电阻器(偏压电路)
FET (漏电流块电路)
Ip 负载电流
Is 检测电流Is (检测信号) Ithl， Ith2阈值电流 P4 外部端子
S2高电平输出信号(异常信号)
S4高电平输出信号(异常信号)
Va, Vb分压(生成的电压)
Vo端电压(电流-电压转换器电路的输出电压)
Vs源电压(半导体开关元件的输出侧电压)
具体实施方式
第一实施例
下面将参照图1-3和5来说明根据本发明的第一实施例。
(1) 一般结构
图1为显示根据本实施例的电源控制器10的一般结构的框图。如
图中所示，本实施例的电源控制器10包括功率MOSFET15 (即，本发 明的"半导体开关元件"和"功率FET"的例子)，其位于连接在电 源61 (车辆电源)和负载50之间的电源线63上，以便于通过在ON 和OFF之间切换该功率MOSFET 15来控制从电源61到负载50的电 源。在本实施例中，该电源控制器IO可以被安装在未示出的车辆上， 并且被用于驱动控制该负载50例如车灯，冷却风扇马达或除雾加热器。
如图1中所示，将该电源控制器10形成为单芯片半导体装置11， 在其上配备有输入端P1，电源(Vcc)端P2，输出端P3，外部端子P4， 以及诊断输出端P5。该半导体装置11的输入端P1与操作开关52相连。 电源端P2与电源61相连，而输出端P3与负载50相连。外部端子P4 与将在下面描述的外部电阻器12 (即，本发明的"电流-电压转换器电 路"的例子)相连。
当操作开关52为OFF时，将该输入端Pl上拉至电源电压Vcc — 侧。当该操作开关52被导通(ON)时，低电平控制信号S1 (负载ON 信号)被输入至输入接口 45。如果该低电平控制信号Sl被这样输入至 输入接口45，则该FET被导通，使得该保护逻辑电路40开始工作。
电荷泵电路41和关断电路42与保护逻辑电路40相连。进一步， 过载电流检测电路13和过热温度检测电路48也与其相连。动态钳位 电路44连接在功率MOSFET 15的漏极端D和栅极端G之间。该过热 温度检测电路48检测功率MOSFET 15周围的温度，并且确定温度异 常，以便于如果检测到的温度大于预定的阈值温度，则输出高电平输 出信号S3。
该电荷泵电路41的输出被应用于功率MOSFET 15的栅极端G， 并且也被应用于位于过载电流检测电路13中的检测MOSFET 16的栅 极端G(参见图3)。该关断电路42位于功率MOSFET 15的漏极端D 与源极端S之间，并且与检测MOSFET 16以及功率MOSFET 15的栅 极端G相连。根据来自如下所述的保护逻辑电路40的控制信号S5来 操作该电荷泵电路41和关断电路42，以便于将该功率MOSFET 15和 检测MOSFET 16置于导通状态或关断状态。
(2)过载电流检测电路 接下来将描述该过载电流检测电路13。图2为主要显示电源控制 器10的过载电流检测电路13的电路图。如图中所示，该过载电流检 测电路13包括检测MOSFET 16 (即，本发明的"电流检测电路"和 "检测FET"的例子)，其中与功率MOSFET 15的电流量相对应的检 测电流流经该检测MOSFET 16。为了形成功率MOSFET 15以及检测 MOSFET 16，排列有多个MOSFET。这些MOSFET的漏极端D共同地 彼此相连，并且进一步与电源端P2相连。大部分MOSFET的源极端S 共同地与输出端P3相连，使得这些MOSFET形成了功率MOSFET 15 。 其余MOSFET的源极端S共同地彼此相连，使得这些MOSFET形成了 检测MOSFET 16。构成检测MOSFET 16的MOSFET的数量与构成功 率MOSFET 15的MOSFET的数量的比率近似地等于检测比率k。功率 MOSFET 15的源极端S以及检测MOSFET 16的源极端S与运算放大 器18的各个输入端相连。FET20的栅极端与运算放大器18的输出侧 相连。
这样，检测MOSFET 16以及功率MOSFET 15的漏极端D的电位 彼此保持相同，并且它们的源极端S的电位也彼此保持相同。因此， 流经检测MOSFET 16的检测电流Is (即，本发明的"检测信号"的例 子)能够与流经功率MOSFET 15的负载电流Ip稳定地保持在恒定的 比率。当操作开关52被导通(ON)时，当低电平控制信号SI被输入 给输入端PI ，就能够有条件地将功率MOSFET 15和检测MOSFET 16 置于导通状态。
FET 24和FET 26形成了电流镜电路，因此与检测MOSFET 16的
检测电流Is相同电平的镜像电流Is'流经FET 26与FET 28之间的连接 线。进一步，FET28和FET30形成了电流镜电路，因此与检测电流Is 相同电平的镜像电流Is"流经FET30和外部端子P4。(下文中，镜像 电流Is'和Is"被简单地成为"检测电流Is")。
分压电路60 (即，本发明的"电压产生器电路"的例子)位于功 率MOSFET 15的源极端S与接地之间，其中该分压电路60由多个(例 如三个)串联的分压电阻器Rl， R2， R3构成。通过利用三个分压电 阻器Rl-R3对功率MOSFET 15的电源电压Vs (即，本发明的"半导 体开关元件的输出侧电压"的例子)进行分压，从而提供了位于分压 电阻器Rl和R2之间的连接点A上的分压Va (即，本发明的"生成 的电压"的例子)，以及位于分压电阻器R2和R3之间的连接点B上 的分压Vb (即，本发明的"生成的电压"的例子)。因此，它的电平 取决于分压卩U阻器Rl-R3之间的电阻比，并且事先选择具有预定比率 的分压电阻器(例如，分压电阻器R1的电阻值分压电阻器R2的电
阻值分压电阻器R3的电阻值=1: 1: 1)。
位于连接点A的分压Va被应用于比较器62 (即，本发明的"异 常检测电路"的例子)的输入端之一 (即，负输入端)，而位于连接 点B的分压Vb被应用于比较器64 (即，本发明的"异常检测电路" 的例子)的输入端之一 (即，负输入端)。比较器62， 64的其他输入 端(即，正输入端)与FET 30与外部端子P4之间的连接线相连，也 就是说，与外部端子P4相连。
FET 66位于分压电路60与接地(即，本发明的"分压电路的下 游端侧"的例子)之间，其中形成有二极管连接(即，栅极端G与漏 极端G之间的共同连接)。该FET 66的栅极端G通过偏压电阻器68 以及FET 70与电源端P2相连。当低电平控制信号Sl被输入给输入端 Pl时(即，本发明的"半导体开关元件的输入信号有效"的例子)， 该FET70导通，即处于导通状态，以便于允许电源端P2与偏压电阻
器68之间的导通。接着，由于FET 66而将恒定电压Vt (作为偏压) 加在分压电路60与接地之间。这样，该FET66和偏压电阻器68就起 到了本发明的"偏压电路"的作用，并且FET70起到本发明的"漏电
流块电路"的作用。
根据本结构，当高电平控制信号Sl被输入给输入端Pl，即当负 载ON信号没有被输入时，处于断开状态的FET70防止漏电流从电源 61经过偏压电阻器68和分压电路60流入负载50，或者防止漏电流从 电源61经过偏压电阻器68和FET 66的漏极与源极之间流入接地。因 此，能够抑制电源61电荷量的下降。在本实施例中，FET66， 70，以 及偏压电阻器68包括在半导体装置11中。在半导体装置11中配备有 未示出的接地连接端，其中FET24， 26， 47， 66的下游端共同地与该 接地连接端相连。
该比较器62将外部电阻器12的端电压Vo (即外部端子P4的电 位，以及本发明的"电流-电压转换器电路的输出电压"的例子)，其 根据检测电流Is的电平而发生变化，与位于连接点A的分压Va进行 比较。当由于流至外部电阻器12的高电平检测电流Is而使得端电压 Vo大于分压Va时，该比较器62就输出高电平输出信号S2(即，本发 明的"异常信号"的例子)。该分压Va被表示为(2/3) (Vs-Vt) +Vt (其中Vs为功率MOSFET 15的源极电压)。因此，可以通过根据 与电源控制器IO相连的外部电路(例如，负载50)的负载电阻来调整 外部电阻器12的电阻值，从而任意地设置阈值电流值。在本实施例中， 在短路异常期间，即当由于负载50中的短路而使得很大的电流流经该 功率MOSFET 15时，例如，端电压Vo的电平就会大于分压Va，使得 该比较器62输出高电平输出信号S2。也就是说，当端电压Vo达到分 压Va时流经功率MOSFET 15的负载电流Ip的电平等于用于短路异常 检测的阈值电流Ithl (=k* (Va/r)，其中k为检测比率，并且r为 外部电阻器12的电阻值。
另一方面，该比较器64将外部电阻器12的端电压Vo与位于连接 点B的分压Vb进行比较。当由于比负载50的额定电流(即，确保的 负载(装置)设计的使用限制)更高电平的检测电流Is流至外部电阻 器12而使得端电压Vo大于分压Vb时，该比较器64就输出高电平输 出信号S4 (即，本发明的"异常信号"的例子)。该分压Vb被表示 为(1/3) (Vs-Vt) +Vt。也可以通过根据负载50的负载电阻来调整 外部电阻器12的电阻值，从而任意地设置阈值电流值。应该对外部电 阻器12的电阻值进行调整，使得端电压Vo的电平大于分压Vb，因此， 在过载电流异常期间，即当由于除了上述短路异常以外的原因而使得 低于短路电流但高于额定电流的电流流经该功率MOSFET 15时，该比 较器64输出高电平输出信号S4。也就是说，当端电压Vo达到分压 Vb时流经功率MOSFET 15的负载电流Ip的电平等于用于过载电流异 常检测的阈值电流Ith2 (=k' (Vb/r)。
(3)保护逻辑电路
当接收到低电平控制信号Sl时，该保护逻辑电路40开始工作， 并且在正常状态期间输出低电平控制信号S5，以便于驱动该电荷泵电 路41。该电荷泵电路41生成更高的电压，其中该电压被加在检测 MOSFET 16以及功率MOSFET 15的栅极与源极之间，使得该MOSFET 被导通(ON)，即处于导通状态。另一方面，当接收到低电平输出信 号S2或低电平输出信号S4时，即当检测到电流异常时，该保护逻辑 电路40就输出高电平控制信号S5，以便于断开该电荷泵电路41并且 驱动该关断电路42。因此，每个功率MOSFET 15以及检测MOSFET 16 的栅极与源极之间的电荷被释放，即该MO SFET被关闭。
该关闭操作可以为自身不可恢复的关闭操作，其中无法从该操作 恢复至导通状态，除非再次输入控制信号Sl (例如负载ON信号)， 或者作为选择，也可以为自身可恢复的关闭操作，其中可以在接收到 低电平输出信号S2或S4时通过该操作将功率MOSFET 15等恢复至导 通状态。 该输出信号S2和S4也被输入给OR电路49，其中当从过热温度 检测电路48输出的表示温度异常的高电平输出信号S2, S4以及高电 平输出信号S3中的任何一个被输入时，该OR电路49导通该FET46， 使得表示异常的信号被输出给外部电路(例如，报警灯)，其利用了 与诊断输出端P5相连的上拉电阻器54。该输入信号S3也被输入给保 护逻辑电路40。与此响应，该保护逻辑电路40输出高电平控制信号 S5，使得对功率MOSFET 15等进行上述自身可恢复关闭操作。
(4)本实施例的效果
图3为显示阈值电流Ithl， Ith2，以及流经功率MOSFET 15的负 载电流Ip ( =k Is)与功率MOSFET 15的漏-源电压Vds之间的关系 的阁。该横轴表示检测MOSFET 16的漏-源电压Vds，而纵轴表示对应 于该漏-源电压Vds的阈值电流Ith 1 ， Ith2 ，和负载电流Ip 。在该图中， 线LI表示负载线，其显示了负载电流Ip的变化，其中该负载电流取 决于负载50的负载电阻。线L2表示导通电阻线，其显示了负载电流 Ip的变化，其中该负载电流Ip取决于功率MOSFET 15的导通电阻。 该检测电流Is与负载电流Ip成比例地变化，因此下面的说明以负载电 流Ip为例。
在负载50处于正常状态的情况下，如果功率MOSFET 15被导通， 则功率MOSFET 15的漏-源电压Vds和负载电流Ip将在负载线LI与 导通电阻线L2的交点上稳定。也就是说，功率MOSFET 15的漏-源电 压Vds和负载电流Ip的值将沿着从点B开始(即，从Vs(功率MOSFET 15的源极电压)=0以及Id (功率MOSFET 15的漏极电流)=0的状 态开始)的负载线L1理想地变化，同时该功率MOSFET 15保持导通 (ON)，并且在到达稳定点(交点A)时保持稳定。图3中示出了三 个负载线Ll，并且以该线为边界的区域相当于该半导体装置11的制造 变化。
但是，在负载50中出现异常例如短路的情况下，功率MOSFET 15 的源极电压Vs在从点B启动之后几乎不会上升，这是因为负载50上 的压降相当低。也就是说，从点B开始之后负电电流Ip将陡然上升(参 见图3中的线5)，同时功率MOSFET 15的漏-源电压几乎不发生变化。
如果大致地将每个阈值电流确定为固定电平，则该阈值电流应该 被设置为比如图5中所示的稳定点A更高的值。因此，在功率MOSFET 15的导通操作的初始阶段，其中源极电压Vs为低并且漏-源电压Vds 为高，在检测到电流异常之前需要一段时间。为了迅速地检测电流异 常，优选地就是，对于漏-源电压Vds较高的区域来说使阈值电流较低， 而对于电压Vds较低的区域来说使阈值电流较高。
因此，在本实施例中，阈值电流Ithl， Ith2被设置为根据漏-源电 压Vds而发生变化，并且实质上与负载线L1的斜度相同，如图3中的 线L3和L4所示。特别地，为了实现该阈值电流Ithl， Ith2按照这种 方式变化，如上所述，在本实施例中通过对功率MOSFET 15的源极电 压Vs进行分压来生成将与外部电阻器12的端电压Vo进行比较的分压 Va， Vb。因此，该阈值电流Ithl, Ith2能够根据分压Va， Vb发生变 化，即根据功率MOSFET 15的漏-源电压Vds线性地变化，以便于对 于电压Vds较高的区域来说更低，以及对于电压Vds较低的区域来说 更高。
在漏-源电压Vds为高而源极电压Vs为低的阶段，当如上所述出 现异常时，该负载电流Ip将陡然上升。但是，由于FET66和偏压电阻 器68而被加上的恒定电压Vt，该阈值电流在该阶段将稳定上升，以便 于对于功率MOSFET 15的漏-源电压Vds非常高的区域来说为适当值。 这样，与阈值电流被设置为恒定值的结构相比，可以适当地设置阈值 电流，就能够迅速地进行关断，同时功率MOSFET 15的功耗很小。图 3中表示对应于恒定电压Vt的电流，其中当功率MOSFET 15为OFF 且FET 66为ON时，该电流流经FET 66。
在图3中，线L3显示了用于短路异常检测的阈值电流Ithl的变
化，而线L4显示用于过载电流异常检测的阈值电流Ith2的变化。还示
出了该半导体装置11的制造变化。这样，由于制造原因，该半导体装
置11的分压电阻器R1-R3的电阻值就会有变化。但是，该分压电阻器 Rl-R3被制造作为单芯片上或封装中的元件，因此，它的所有电阻值都 在相同的方向(即，电阻值下降或上升的方向)上变化，使得该分压 比率不会发生变化。因此，如果根据将要被检测的异常电流电平(即， 短路异常期间的电流电平，以及过载电流异常期间的电流电平)来选 择具有适当电阻值的外部电阻器12，则利用分压电阻器R1-R3的电阻 值的变化无效，就能够准确地检测到异常。
图4示出了第二实施例。与第一实施例的不同之处在于偏压电路 的结构。其他结构与第一实施例类似，并且因此用与第一实施例相同 的符号表示。省略掉了冗余的说明，并且下面的说明仅着重于上述不 同。
如图4中所示，根据本实施例，该偏压电路位于分压电路60的上 游端一侧，即电源端P2与分压电路60之间。特别地，上述偏压电阻 器68的下游端与功率MOSFET 15的源极S与分压电阻器Rl之间的连
接点相连。
根据该结构，当低电平控制信号Sl被输入给输入端Pl时，该FET 70导通，即转为导通状态，以便于允许该电源端P2与偏压电阻器68 之间的导通。因此，对应于该偏压电阻器68上压降的电压被加在电源 端P2与分压电阻器R1之间，使得分压Va， Vb被偏压至电源电压Vcc 一侧。这样，该偏压电阻器68起到本发明的"偏压电路"的作用，并 且该FET70起到本发明的"漏电流块电路"的作用。这种结构的优点 在于，由于不需要FET66，因此与第一实施例相比，偏压电路的结构得到了简化。
其他实施例
本发明并不仅限于上面参照附图描述的实施例。下面的实施例可 以包括在本发明的技术范围内，例如，并且进一步，本发明在不脱离 发明的范畴的情况下可以具体化为各种形式。
(1) 在上述实施例中，分压电路60由三个分压电阻器R1-R3构 成，使得能够检测到两种水平的电流异常，即短路异常和过载电流异 常。但是，本发明并不仅限于该结构。例如，可以通过使用两个分压 电阻器来检测一种水平的电流异常。作为选择，可以通过使用四个或 更多的分压电阻器来检测三种或更多水平的电流异常。
(2) 在上述实施例中，多个分压电阻器(即，分压电阻器R1-R3)
具有相同的电阻值。但是，本发明并不仅限于该结构。该电阻值可以 彼此不同。
(3) 在上述实施例中，当端电压Vo大于分压Va或Vb时，每个 比较器62， 64都作为正逻辑电路输出高电平输出信号S2或S4。但是， 显而易见的是，取而代之地可以使用输出低电平输出信号S2或S4的 负逻辑电路。
(4) 在上述实施例中，外部电阻器12被用作电流-电压转换器电 路。但是，本发明并不仅限于该结构，而是可以取而代之地使用RC并 联电路。例如，RC并联电路可以包括彼此串联的第一电阻器元件和电 容器，并且还包括与该第一电阻器元件及电容器并联的第二电阻器元 件。该RC并联电路的特征在于用于将负载电流转换为电压的转换因子 随着加上的负载电流时间的推移而增加。也就是说，在外部电路(例 如，控制装置等的负载，或者布线元件)中出现短路异常的情况下， 例如，或者在出现比过载电流异常更轻微的异常的情况下，其中在该
过载电流异常中比负载的额定电流更高的电流流经该半导体开关元 件，该RC并联电路的输出电压将会增加，这是因为它的转换因子随着 电流应用时间的推移而增加，并且当输出电压大于阈值电流时输出异 常信号。在出现电流异常之后直到输出异常信号为止的电流应用时间 随着异常电流程度的提高而縮短，并且该时间随着异常电流程度的降 低而延长。
也就是说，该电源控制器的工作使得当与半导体开关元件相连的 外部电路(例如，布线元件(或电线))中一出现高电平异常电流时 就立即输出异常信号。当出现相对低电平的异常电流时，在加上电流 经过相当长一段时间之后输出异常信号。因此，能够防止由于高电流 穿过外部电路而将其烧毁。进一步，通过改变电路常数(即，每个电 阻器的电阻值，以及电容器的电容)就能够适当地调整将要被检测的
电流与电流应用时间，即直到RC并联电路的输出电压大于阈值电压为 止的时间，之间的曲率关系。另外，要被检测电流的最大数量是有限 的，因为该i乜流要流入该RC并联电路。可以通过调整第一电阻器元件 和第二电阻器元件中至少一个的电阻值来将最大电流数量设置为对应 于该半导体开关元件的最大允许电流的值。并且，在过载电流状态持 续很长一段时问的情况下，可以通过改变第二电阻器元件的电阻值来 调整要被检测的电流收敛。可以通过改变第一和第二电阻器元件以及 电容器的值来调整要被检测的电流与电流施加时间之间的曲率关系的 时间收敛。
(5) 在上述实施例中，该功率MOSFET 15被包括在内作为半导 体开关元件。但是，本发明不仅限于该结构。除了上面以外的单极晶 体管，或者作为选择的双极晶体管也可以包括在内。
(6) 在上述实施例中，该检测MOSFET 16被用作电流检测电路。 也就是说，通过检测方法来实现电流检测。但是，本发明并不仅限于 该结构，而是可以通过分路法来实现该电流检测。也就是说，在电源
线上可以提供分路电阻器，例如，并且可以根据其上的压降来检测负 载电流。
(7) 在上述实施例中，分压电路60被用作电压产生器电路。但 是，本发明并不仅限于该结构。所需要的就是能够根据半导体开关元 件的输出侧电压来输出电压。例如，开关元件和电阻器都可以包括在 内，其中通过将该半导体开关元件的输出侧电压加在它的控制端就能 够使得对应于该半导体开关元件的输出侧电压的电流流经该开关元 件，以及来fi开关元件的电流流经该电阻器。可以提供电阻器的端电 压作为生成的电压。
(8) 在上述实施例中，FET和电阻器被用作偏压电路。但是，本 发明并不仅限于该结构。例如，在用于分压电路60的电流路径上可以 配备有恒压元件，例如齐纳(Zener)或恒压二极管。恒压元件的端电 压可以被用作偏压。
权利要求
1.一种电源控制器，位于电源与负载之间，并且被配置为控制从所述电源到所述负载的供电，所述电源控制器包括半导体开关元件，其位于从所述电源到所述负载的电源线上；电流检测电路，其被配置为用于检测流经所述半导体开关元件的负载电流；电压产生器电路，其被配置为根据所述半导体开关元件的输出侧电压来生成电压；以及异常检测电路，其被配置为，如果流经所述半导体开关元件的负载电流大于对应于所述生成电压的阈值电流，则根据来自所述电流检测电路的检测信号以及由所述电压产生器电路的生成电压来输出异常信号。
2. 如权利要求1的电源控制器，其中所述电压产生器电路为分压 电路，其被配置为对所述半导体开关元件的输出侧电压进行分压，使 得被分电压被提供作为所生成的电压。
3. 如权利要求2的电源控制器，其中所述半导体开关元件为功率 FET，并且所述电流检测电路包括检测FET，其中与流经所述功率FET 的负载电流具有预定关系的检测电流流经该检测FET，所述电源控制 器进一步包括电流-电压转换器电路，其被配置为将流经所述检测FET的检测电 流转换为电压；其中，如果所述电流-电压转换器电路的输出电压大于所生成的电 压，则所述异常检测电路被配置为输出所述异常信号。
4. 如权利要求3的电源控制器，其中所述功率FET、所述检测FET以及所述异常检测电路被形成为半 导体装置，该半导体装置被配置在容纳于封装中的多个芯片或单个芯 片上；所述分压电路被包括在所述半导体装置中；以及 所述电流-电压转换器电路是位于所述半导体装置外部的外部电阻器。
5. 如权利要求4的电源控制器，其中 所述分压电路被配置为生成多个分压；以及所述异常检测电路被配置为，通过将所述电流-电压转换器电路的 输出电压与所述多个分压进行比较，从而输出多个异常信号，其中该 异常信号取决于异常电流的水平。
6. 如权利要求2-5中任何一项的电源控制器，其中在所述分压电 路的上游端侧或下游端侧配备偏压电路。
7. 如权利耍求6的电源控制器，其中所述偏压电路包括位于所述 分压电路下游端侧上的FET，其中在该FET中形成有二极管连接，并 且还包括连接在所述FET的栅极与所述电源之间的偏压电阻器。
8. 如权利要求6的电源控制器，其中所述偏压电路包括连接在所 述电源与所述分压电路的上游端之间的偏压电阻器。
9. 如权利要求7或8的电源控制器，其中在用于流至所述偏压电 阻器的电流的电流路径上配备有漏电流块电路，并且被配置为正常地 切断所述电流以及当所述半导体开关元件的输入信号有效时允许所述 电流通过。
10. 一种半导体装置，其被配置为通过使用功率FET来控制电源，其中所述功率FET、检测FET、异常检测电路、以及分压电路被配备 为容纳于封装中的单个芯片或多个芯片上，其中对应于所述功率FET 电流量的检测电流流经该检测FET，所述异常检测电路被配置为根据 所述检测电流的水平来检测流经所述功率FET的电流异常，并且所述 分压电路被配置为对所述功率FET的源极电压进行分压；配备有外部端子，其中所述检测电流的电流路径与该外部端子相 连，并且外部电阻器可外部连接到该外部端子，以及所述检测电流经 过所述外部端子流至所述外部电阻器；以及所述异常检测电路被配置为根据所述外部电阻器的端电压与来自 所述分压电路的分压之间的比较来输出异常信号.
全文摘要
由串联的分压电阻器R1，R2，R3构成的分压电路60位于功率MOSFET 15的源极端S与接地之间。位于连接点A的分压Va被加在比较器62的输入端之一上，而位于连接点B的分压Vb被加在比较器64的输入端之一上。比较器62，64的其他输入端与外部端子P4和FET30之间的连接线相连，其中外部电阻器12与该外部端子P4相连。
文档编号H03K17/08GK101189795SQ200680019228
公开日2008年5月28日 申请日期2006年5月25日 优先权日2005年6月3日
发明者一色功雄, 加藤雅幸, 古都正彦, 高桥成治 申请人:株式会社自动网络技术研究所;住友电装株式会社;住友电气工业株式会社