包括说明书、附图和摘要的、于2017年2月24日提交的日本专利申请no.2017-033217的公开通过引用整体并入本文。
本发明涉及半导体器件和包括该半导体器件的电子控制系统，并且更具体地，涉及尽管施加负浪涌电压也能够继续正常操作的半导体器件和包括该半导体器件的电子控制系统。
背景技术：
诸如汽车或摩托车的车辆安装有对发动机进行电气控制的电子控制单元(ecu)。电子控制单元包括驱动发动机中包括的螺线管上的感性负载的驱动器ic(集成电路)。驱动器ic包括输出晶体管和控制电路。输出晶体管沿着从电池电源(供电电源)到负载的供电路径设置。控制电路控制输出晶体管的开关操作。
最近，越来越多的驱动器ic用作高侧驱动器。高侧驱动器使用输出晶体管作为电池电源和负载之间的高侧开关。当驱动器ic用作高侧驱动器时，电池电源提供在输出晶体管侧。在负载侧设置参考电压源(地电压源)。因此，可以减少将电缆布线在负载周围的努力。
假定输出晶体管从接通状态变为断开状态，以停止从电池电源向电感负载供应电力。然后，高侧驱动器释放储存在负载中的电磁能量，以产生负的反向电压(浪涌电压)。例如，专利文献1中公开的配置提供了钳位电路，用于将反向电压钳位到预定钳位电压，以防止输出晶体管由于反向电压而受损。
现有技术文献
专利文献
日本未审专利申请公开no.2016-208406
技术实现要素：
如果可继续进行正常操作而输出晶体管没有由于负浪涌电压的增大而受损，则高侧驱动器可在短时间段内高效释放来自负载的电磁能量。
然而，根据专利文献1中描述的配置，钳位电路将大的负浪涌电压(若被施加)钳位到钳位电压，因此不能够继续进行正常操作。如果向钳位电路所配置的钳位电压赋予大的值，则大的负浪涌电压会使输出晶体管受损。通过参照下面对本说明书的描述和附图，可容易确定这些和其他目的和新颖特征。
根据实施例的一种半导体器件包括输出晶体管、控制电路、负电位钳位电路和浪涌保护电路。输出晶体管设置在被供应来自外部的电力的输入端子和与负载连接的输出端子之间。控制电路通过参照输出端子的电压控制输出晶体管的栅电压来切换输出晶体管的接通-断开状态。负电位钳位电路在低于预定电压的负电压被施加到输出端子时，，与来自控制电路的控制不相关地将输出晶体管接通。浪涌保护电路设置在输入端子和基准电压端子之间，并且在浪涌电压被施加到输入端子时进入导通状态。
根据另一个实施例，一种半导体器件包括输出晶体管、控制电路、负电位钳位电路和浪涌保护电路。输出晶体管设置在第一外部连接端子和第二外部连接端子之间。控制电路通过参照所述第二外部连接端子的电压控制输出晶体管的栅电压来切换输出晶体管的接通-断开状态。负电位钳位电路在低于预定电压的负电压被施加到第二外部连接端子时，与来自控制电路的控制不相关地将输出晶体管接通。浪涌保护电路设置在第一外部连接端子和基准电压端子之间，并且在浪涌电压被施加到所述第一外部连接端子时进入导通状态。
以上提到的实施例可提供半导体器件和包括该半导体器件的电子控制系统，同时即使在施加负浪涌电压时，半导体器件也能够继续进行正常操作。
附图说明
图1例示了根据第一实施例的安装有电子控制单元的车辆的外部视图；
图2是例示了针对图1中例示的车辆设置的电子控制系统的具体典型配置的框图；
图3是例示了针对图2中例示的电子控制系统设置的驱动器ic的具体典型配置的框图；
图4是例示了图3中例示的驱动器ic中的驱动器的具体典型配置的示图；
图5是例示了图4中例示的驱动器ic中的驱动器控制电路的具体典型配置的电路图；
图6是例示了针对图4中例示的驱动器ic设置的esd保护电路的具体典型配置的示图；
图7是例示了用作高侧开关的输出晶体管、电池电源和电感负载之中的连接关系的示图；
图8是例示了图7中例示的连接状态下的驱动器操作的时序图；
图9是例示了在向驱动器ic的输出端子out施加负电压时流过驱动器ic的电流的路径的示图；
图10是例示了在向驱动器ic的输出端子out施加正电压时流过驱动器ic的电流的路径的示图；
图11是例示了根据第二实施例的驱动器ic的具体典型配置的框图；
图12是例示了图11中例示的驱动器ic中的驱动器的具体典型配置的示图；
图13是例示了图12中例示的驱动器ic中设置的驱动器控制电路的具体典型配置的示图；
图14是例示了用作高侧开关的输出晶体管、电池电源和电感负载之中的连接关系的示图；
图15是例示了图14中例示的连接状态下的驱动器操作的时序图；
图16是例示了在向驱动器ic的输出端子outs施加负电压时流过驱动器ic的电流的路径的示图；
图17是例示了在向驱动器ic的输出端子outs施加正电压时流过驱动器ic的电流的路径的示图；
图18是例示了用作低侧开关的输出晶体管、电池电源和电感负载之中的连接关系的示图；
图19是例示了图18中例示的连接状态下的驱动器操作的时序图；
图20是例示了在向驱动器ic的输出端子outd施加正电压时流过驱动器ic的电流的路径的示图；以及
图21是例示了在向驱动器ic的输出端子outd施加负电压时流过驱动器ic的电流的路径的示图。
具体实施方式
将参照附图来进一步详细描述实施例。附图是示意性的，因此不应该基于对附图的描述以限制含义来解释实施例的技术范围。用相同的参考标号来描绘图中的相同部件，并且为了简便起见，省略了冗余描述。
下面的描述可以根据需要将实施例划分成多个部分或多个实施例。除非明确指定，否则各部分之间彼此并非不相关。一个提供关于其他的全部或部分的修改、应用、详细说明或补充说明。以下实施例中引用的元件的数量(包括物品的数量、值、量和范围)不限于特定值，可大于或小于或等于特定值，除非元件的数量被明确指定或者在原理上显而易见限于特定值。
不需要以下实施例的构成元件(包括操作步骤)，除非被明确指定或在原理上显而易见是需要的。类似地，在以下实施例中引用的构成元件的形状或位置关系包括与形状基本上近似或类似的那些，除非被明确指定或在原理上显而易见被认为是不同的。对于以上提到的元件的数量(包括物品的数量、值、量和范围)，同样如此。
第一实施例
图1是根据第一实施例的安装有电子控制单元(ecu)的车辆的外部视图。
如图1中例示的，例如，车辆1安装有ecu11、发动机12、变速器13、差动齿轮和轮胎15。ecu11控制通过发动机12的驱动。发动机12与变速器13连接，将受ecu11控制的驱动力向变速器13传输。变速器13与差动齿轮14连接。变速器13将发动机12的驱动力转换成与行驶状态对应的转数和转矩，然后将转换后的驱动力传输到差动齿轮14，以使轮胎15旋转。
图2是例示了针对图1中例示的车辆1设置的电子控制系统的具体典型配置的示图。
如图2中例示的，电子控制系统sys1包括ecu11和作为受ecu11控制的负载的发动机12。ecu11包括微计算机111、传感器ic112和驱动器ic113。发动机12包括燃料箱121、燃料泵122、燃料喷射器123、进气管124、气缸125、排气管126、o2传感器127和o2传感器加热器128。
发动机12允许燃料泵122从燃料箱121吸入燃料，并且将吸入的燃料供应到燃料喷射器123。燃料喷射器123将燃料喷射到气缸125中。在气缸125中，燃料喷射器123所喷射的燃料响应于经由进气管124从外部供应的空气而燃烧。气缸125中的活塞由此竖直地移动。即，发动机12产生驱动力。燃烧后的废气经由排气管126排出到外部。
o2传感器加热器128加热o2传感器127。加热后的o2传感器127监测经过排气管126的废气中包含的o2的量。
在ecu11中，传感器ic112基于例如o2传感器127的监测结果来确定包含的o2的量是否小于或等于可容许量。微计算机111基于来自传感器ic112的检测结果，通过使用驱动器ic113来控制发动机中的燃料泵122、燃料喷射器123和o2传感器加热器128。
驱动器ic113的具体典型配置
图3是例示了驱动器ic113的具体典型配置的框图。
如图3中例示的，驱动器ic113包括输入-输出电路301、控制逻辑302、调节器303、三个驱动器304(也被称为驱动器304_1至304_3)和esd(静电放电)保护电路305。
调节器303设置在电源电压端子(下文中被称为电源电压端子vcc)和基准电压端子(下文中被称为基准电压端子vss)之间，产生预定的内部电压。电源电压端子vcc被供应来自电源的电源电压vcc。基准电压端子vss被供应来自参考电源(例如，接地电源)的参考电压vss。
输入-输出电路301经由输入-输出io与微计算机111进行通信。例如，控制逻辑302基于输入-输出电路301从微计算机111接收的信号来控制驱动器304_1至304_3。在输入-输出电路301和控制逻辑302中的每个中，来自调节器303的内部电压被供应到高电位电压端子，参考电压vss被供应到低电位电压端子。
驱动器304_1至304_3基于来自控制逻辑302的控制信号来驱动负载。例如，驱动器304_1驱动作为负载的燃料泵122。驱动器304_2驱动作为负载的燃料喷射器123。驱动器304_3驱动作为负载的o2传感器加热器128。
驱动器304_1至304_3连接至升压电压端子(下文中被称为升压电压端子vcp)、基准电压端子vss、电池电压端子(下文中被称为电池电压端子vbat)和对应的输出端子out(下文中也被称为输出端子out_1至out_3)。升压电压端子vcp被供应得自升压电池电压vbat的升压电压vcp。电池电压端子vbat被供应来自电池电源(供电电源)的电池电压vbat。
在驱动器304_1至304_3中的每个处，在高电位电压端子(电池电压端子vbat)和低电位电压端子(基准电压端子vss)之间，设置esd保护电路(浪涌保护电路)305。例如，esd保护电路305通过吸收施加到电池电压端子vbat的诸如esd的浪涌电压，保护驱动器304_1至304_3免受esd影响。
驱动器304的具体典型配置
图4是例示了驱动器ic113中的驱动器304的具体典型配置的示图。图4例示了作为驱动器ic113的构成元件的驱动器304和esd保护电路305。
如图4中例示的，驱动器304包括驱动器控制电路401、作为n沟道mos晶体管的输出晶体管402、栅极保护二极管404和负电位钳位电路405。在输出晶体管402的栅极和漏极之间，形成体二极管403。负电位钳位电路405包括一个或多个串联连接的齐纳二极管406和n沟道mos晶体管407。在mos晶体管407的栅极和漏极之间，形成体二极管408。
输出晶体管402设置在被供应电池电压的电池电压端子vbat和与负载连接的输出端子out之间，并且基于来自驱动器控制电路401的控制信号ctl，在接通状态和断开状态之间切换。即，输出晶体管402被用作高侧开关。实施例使用作为与输出端子out连接的负载的电感负载来描述示例。
驱动器控制电路401设置在升压电压端子vcp和基准电压端子vss之间，并且输出控制信号ctl，以基于来自控制逻辑302的控制信号来控制输出晶体管402的接通-断开状态。控制信号ctl将栅-源电压(参照源电压的栅电压)控制为高于或等于阈值电压或低于阈值电压。
驱动器控制电路401的具体典型配置
图5是例示了驱动器304中的驱动器控制电路401的具体典型配置的电路图。
如图5中例示的，驱动器控制电路401包括截止控制电路501和导通控制电路502。截止控制电路501包括p沟道mos晶体管mp1和mp2以及n沟道mos晶体管mn1至mn5。导通控制电路502包括p沟道mos晶体管mp3和mp4以及n沟道mos晶体管mn6至mn8。
在截止控制电路501中，mos晶体管mp1、mn3和mn5串联连接在升压电压端子vcp和基准电压端子vss之间。mos晶体管mn3的栅极被供应作为来自控制逻辑302的控制信号的截止控制信号。
在mos晶体管mn4中，栅极连接至基准电压端子vss，其栅极和漏极连接至恒流源和mos晶体管mn5的栅极。即，mos晶体管mn4和mn5构成电流镜电路。因此，在mos晶体管mn3导通时，在mos晶体管mn5的栅极和漏极之间流动的电流与在mos晶体管mn4的栅极和漏极之间流动的电流成比例。
在mos晶体管mp2中，栅极连接至升压电压端子vcp，漏极连接至mos晶体管mn1的漏极，栅极连接至晶体管mp1的栅极和漏极。即，mos晶体管mp1和mp2构成电流镜电路。因此，在mos晶体管mn3导通时，在mos晶体管mp2的栅极和漏极之间流动的电流与在mos晶体管mp1的栅极和漏极之间流动的电流(即，在mos晶体管mp4的栅极和漏极之间流动的电流)成比例。
在mos晶体管mn1中，栅极连接至输出端子out，栅极和漏极各自连接至mos晶体管mp2的漏极和mos晶体管mn2的栅极。在mos晶体管mn2中，栅极连接至输出端子out，并且漏极连接至输出晶体管402的栅极。即，mos晶体管mn1和mn2构成电流镜电路。因此，在mos晶体管mn3导通时，在mos晶体管mn2的栅极和漏极之间流动的电流与在mos晶体管mn1的栅极和漏极之间流动的电流(即，在mos晶体管mn4的栅极和漏极之间流动的电流)成比例。此时，因为栅-源电压低于阈值电压，所以输出晶体管402截止。
在导通控制电路502中，mos晶体管mp3、mn6和mn8串联连接在升压电压端子vcp和基准电压端子vss之间。mos晶体管mn6的栅极被供应作为来自控制逻辑302的控制信号的导通控制信号。例如，导通控制信号指示与截止控制信号的电压电平相反的电压电平。即，当截止控制信号保持h电平时，导通控制信号指示l电平。当截止控制信号保持l电平时，导通控制信号指示h电平。
在mos晶体管mn7中，栅极连接至基准电压端子vss，栅极和漏极各自连接至恒流源和mos晶体管mn8的栅极。即，mos晶体管mn7和mn8构成电流镜电路。因此，在mos晶体管mn6导通时，在mos晶体管mn8的栅极和漏极之间流动的电流与在mos晶体管mn7的栅极和漏极之间流动的电流成比例。
在mos晶体管mp4中，栅极连接至升压电压端子vcp，漏极连接至输出晶体管402的栅极，栅极连接至mos晶体管mp3的栅极和漏极。即，mos晶体管mp3和mp4构成电流镜电路。因此，在mos晶体管mn6导通时，在mos晶体管mp4的栅极和漏极之间流动的电流与在mos晶体管mp3的栅极和漏极之间流动的电流(即，在mos晶体管mn7的栅极和漏极之间流动的电流)成比例。此时，因为栅-源电压高于或等于阈值电压，所以输出晶体管402导通。
再参照图4继续进行描述。
栅极保护二极管404可用作齐纳二极管，并且设置在输出晶体管402的栅极和栅极之间。具体地，栅极保护二极管404的阳极连接至输出晶体管402的栅极。栅极保护二极管404的阴极连接至输出晶体管402的栅极。
输出晶体管402的栅-源电压可能超过可容许电压。在这种情况下，栅极保护二极管404造成击穿，将输出晶体管402的栅-源电压钳位到可容许电压或更低。栅极保护二极管404可由此防止在输出晶体管402的栅极和栅极之间被施加过电压。如果输出晶体管402的栅极绝缘膜是完全耐受的，则不需要设置栅极保护二极管404。
向输出端子out施加负电压(负浪涌电压)会造成输出晶体管402的栅电压vg和参考电压vss之间的电位差大于预定的钳位电压。在这种情况下，负电位钳位电路405将栅电压vg钳位到钳位电压。当输出晶体管402从接通状态变成断开状态时，接通状态在驱动器控制电路401中的输出晶体管402的栅极和栅极之间生效。输出晶体管402的栅电压和源电压大致相等。将栅电压vg钳位到钳位电压造成输出晶体管402的栅-源电压高于或等于阈值电压。因此，迫使输出晶体管402导通。
负电位钳位电路405设置有一个或多个齐纳二极管406，以便确定钳位电压值。出于防止返流的目的，在mos晶体管407的栅极和漏极之间，形成体二极管408。
esd保护电路305的具体典型配置
图6是例示了esd保护电路305的具体典型配置的电路图。
如图6中例示的，esd保护电路305包括n沟道mos晶体管601、电阻元件603、栅极保护二极管604和钳位电路605。
mos晶体管601设置在被供应电池电压的电池电压端子vbat和基准电压端子vss之间。在mos晶体管601的栅极和漏极之间，形成体二极管602。
栅极保护二极管604可用作齐纳二极管，并且设置在mos晶体管601的栅极和栅极之间。具体地，栅极保护二极管604的阳极连接至mos晶体管601的栅极。栅极保护二极管604的阴极连接至mos晶体管601的栅极。
mos晶体管601的栅-源电压可能超过可容许电压。在这种情况下，栅极保护二极管604造成击穿，将mos晶体管601的栅-源电压钳位到可容许电压或更低。栅极保护二极管604可由此防止在mos晶体管601的栅极和栅极之间被施加过电压。如果mos晶体管601的栅极绝缘膜是完全耐受的，则不需要设置栅极保护二极管604。
钳位电路605设置在mos晶体管601的栅极和电池电压端子vbat之间。具体地，一个或多个串联连接的齐纳二极管配置钳位电路605。阳极侧连接至mos晶体管601的栅极。阴极侧连接至电池电压端子vbat。
钳位电路605将施加在电池电压端子vbat的诸如esd的浪涌电压钳位到预定电压(钳位电压)或更低。具体地，当电池电压端子vbat的电压增大并且mos晶体管601的栅-漏电压超过钳位电压时，钳位电路605造成击穿。此时，击穿电流流入电阻元件603。电阻元件603的两端产生大于或等于mos晶体管601的阈值电压的电位差。mos晶体管601由此导通。电池电压端子vbat的电压由此钳位到低于或等于钳位电压。esd保护电路305因此可以保护驱动器304免受过电压的影响。
电阻元件603设置在mos晶体管601的栅极和源极之间。在钳位电路605没有造成击穿(未受保护操作状态)的状况下，电阻元件603将mos晶体管601的栅电压向着源电压偏置。这样可防止在未受保护操作状态下mos晶体管601被意外导通。
电阻元件603的特征是高电阻值。电阻元件603由此可针对每个给定电流值来增加电压降(电流值×电阻值)。当钳位电路605由于施加诸如esd的浪涌电压而引起击穿时，mos晶体管601的栅-源电压可快速增加，以快速导通mos晶体管601。
驱动器ic113对抗浪涌电压的保护操作
以下描述说明了驱动器ic113对抗浪涌电压的保护操作。
图7是例示了用作高侧开关的输出晶体管、电池电源和电感负载之中的连接关系的示图。
如图7中例示的，电池电压端子vbat连接至电池电源701，并且输出端子out连接至驱动器ic113中的负载702。换句话讲，为驱动器ic113中的驱动器304设置的输出晶体管402允许漏极被连接至电池电源701，并且允许源极被连接至负载702。负载702的低电位电压端子连接至被供应参考电压pgnd的基准电压端子(下文中被称为基准电压端子pgnd)。
图8是例示了驱动器304的操作的时序图。如图8中例示的，当为驱动器304设置的驱动器控制电路401的控制信号ctl变成h电平(造成参照输出晶体管402的源电压的栅电压高于或等于输出晶体管402的阈值电压)时，输出晶体管402导通。输出端子out的电位指示来自电池电源701的电池电压端子vbat的值(在时间t10和t11之间)。
然后，当驱动器控制电路401的控制信号ctl从h电平变成l电平(造成参照输出晶体管402的源电压的栅电压小于输出晶体管402的阈值电压)时，输出晶体管402从接通状态变成断开状态。此时，存储在负载702中的电磁能量被释放，产生负的反向电压(浪涌电压)。输出端子out临时指示低于参考电压pgnd的负电位(在时间t11和t12之间)。然后，输出端子out的电位稳定，以保持与参考电压pgnd对应的值(在时间t12和t13之间)。
图9是例示了在向驱动器ic113的输出端子out施加负电压(负浪涌电压)时流过驱动器ic113的电流的路径的示图。
假定向驱动器ic113的输出端子out施加负电压，并且输出晶体管402的栅电压vg和参考电压vss之间的电位差低于或等于由负电位钳位电路405确定的钳位电压。负电位钳位电路405接着不执行钳位操作。在这种情况下，输出晶体管402基于来自驱动器控制电路401的控制信号ctl来正常地切换接通-断开状态。
可供选择地，假定向驱动器ic113的输出端子out施加负电压，并且输出晶体管402的栅电压vg和参考电压vss之间的电位差超过由负电位钳位电路405确定的钳位电压。在这种情况下，输出晶体管402的栅电压vg钳位到钳位电压。这样造成输出晶体管402的栅-源电压高于或等于阈值电压。因此，迫使输出晶体管402导通。由此，在电池电压端子vbat和输出端子out之间启用导通状态。电池电压端子vbat指示与输出端子out的电位接近的负电位。结果，电流从基准电压端子vss经由esd保护电路305中的mos晶体管601的体二极管602和输出晶体管402流向输出端子out(图9中的箭头)。即，esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。
例如，负电位钳位电路405的钳位电压可以被设置成仅当施加到输出端子out的负电压低于-25v时才能进行钳位操作。在这种情况下，驱动器ic113可继续正常的驱动操作，直到低于-25v的负电压被施加到输出端子out。驱动器ic113可在短时间段内高效地释放来自负载的电磁能量。
驱动器控制电路401参照输出端子out的电压(输出晶体管402的源电压)来控制输出晶体管402的栅电压。因此，即使当向输出端子out施加负电压时，在输出晶体管402的栅极和源极之间也没有施加过电压。即，即使当向输出端子out施加负电压时，过电压也不会使输出晶体管402受损。
即使当正电压(正浪涌电压)施加到输出端子out时，驱动器ic113也可允许esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。将参照图10对此进行说明。
图10是例示了在向驱动器ic113的输出端子out施加正电压时流过驱动器ic113的电流的路径的示图。
如图10中例示的，向驱动器ic113的输出端子out施加正电压造成输出晶体管402的体二极管403导通。电池电压端子vbat指示与输出端子out的电位接近的正电位。当电池电压端子vbat的电压超过esd保护电路305中的钳位电路605的钳位电压时，mos晶体管601导通，从而电池电压端子vbat和基准电压端子vss之间的电流路径打开。结果，电流从输出端子out经由esd保护电路305中的输出晶体管402的体二极管403和mos晶体管601流向基准电压端子vss(图10中的箭头)。即，esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。
根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu包括输出晶体管、驱动器控制电路、负电位钳位电路和esd保护电路。输出晶体管设置在电池电压端子vbat和与负载连接的输出端子out之间。驱动器控制电路通过参考输出晶体管的源电压控制栅电压来切换输出晶体管的接通-断开状态。当低于预定钳位电压的负电压被施加到输出端子out时，负电位钳位电路使输出晶体管导通。esd保护电路设置在电池电压端子vbat和基准电压端子vss之间。即使当施加大的负电压(负浪涌电压)时，根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu也可继续进行正常驱动操作而没有使输出晶体管受损。根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的电子控制单元可在短时间段内高效释放来自负载的电磁能量。
即使当大的正电压(正浪涌电压)被施加到输出端子out时，根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu也可通过操作esd保护电路来防止输出晶体管受损。
实施例已经以诸如螺线管(但不限于此)的电感负载为例描述了与驱动器ic113的输出端子out连接的负载。待连接的负载可被配置成使得负电压被施加到驱动器ic113的输出端子out。
第二实施例
图11是例示了作为驱动器ic113的另一个示例性配置的驱动器ic1101的具体典型配置的框图。
如图11中例示的，驱动器ic1101包括输入-输出电路301、控制逻辑302、调节器303、三个驱动器1102(也被称为驱动器1102_1至1102_3)和三个esd保护电路305(esd保护电路305_1至305_3)。
调节器303设置在电源电压端子vcc和基准电压端子vss之间，产生预定的内部电压。
输入-输出电路301经由输入-输出端子io与微计算机111进行通信。例如，控制逻辑302基于输入-输出电路301从微计算机111接收的信号来控制驱动器1102_1至1102_3。在输入-输出电路301和控制逻辑302中的每个中，来自调节器303的内部电压被供应到高电位电压端子，参考电压vss被供应到低电位电压端子。
驱动器1102_1至1102_3基于来自控制逻辑302的控制信号来驱动负载。例如，驱动器1102_1驱动作为负载的燃料泵122。驱动器1102_2驱动作为负载的燃料喷射器123。驱动器1102_3驱动作为负载的o2传感器加热器128。
驱动器1102_1至1102_3连接至升压电压端子vcp、基准电压端子vss、对应的外部连接端子outd(也被称为外部连接端子outd_1至outd_3)和对应的外部连接端子outs(也被称为外部连接端子outs_1至outs_3)。
在驱动器1102_1至1102_3的高电位电压端子(外部连接端子outd_1至outd_3中的每个)和低电位电压端子(基准电压端子vss)之间，各自设置esd保护电路305_1至305_3。esd保护电路305_1至305_3通过吸收施加到外部连接端子outd_1至outd_3的诸如esd的浪涌电压，保护驱动器1102_1至1102_3免受esd影响。
驱动器1102的具体典型配置
图12是例示了驱动器ic1101中的驱动器1102的具体典型配置的示图。图12例示了作为驱动器ic1101的构成元件的驱动器1102和对应的esd保护电路305。
如图12中例示的，驱动器1102类似于驱动器304地加以配置。然而，输出晶体管402设置在外部连接端子outd和外部连接端子outs之间，而不在电池电压端子vbat和输出端子out之间。实施例以与外部连接端子outd或外部连接端子outs连接的负载为例，描述了电感负载。
驱动器1102的其他配置与驱动器304的配置相当，因此省略了描述。
驱动器控制电路401的具体典型配置
图13是例示了驱动器1102中的驱动器控制电路401的具体典型配置的电路图。参照图13，驱动器1102中的驱动器控制电路401的具体典型配置与驱动器304中的驱动器控制电路401的具体典型配置类似，因此省略了描述。
由驱动器ic1101使用高侧配置执行的对抗浪涌电压的保护操作
以下描述说明了驱动器ic1101使用高侧配置执行的对抗浪涌电压的保护操作。
图14是例示了用作高侧开关的输出晶体管、电池电源和电感负载之中的连接关系的示图。
在驱动器ic1101中，如图14中例示的，外部连接端子outd连接至电池电源1401，并且外部连接端子outs连接至负载1402。换句话讲，为驱动器ic1101中的驱动器1102设置的输出晶体管402允许漏极连接至电池电源1401并且允许源极连接至负载1402。负载1402的低电位电压端子连接至参考电压pgnd。
图15是例示了驱动器1102的操作的时序图。如图15中例示的，当为驱动器1102设置的驱动器控制电路401的控制信号ctl变成h电平时(造成参照输出晶体管402的源电压的栅电压高于或等于输出晶体管402的阈值电压)，输出晶体管402导通。外部连接端子outs的电位指示来自电池电源1401的电池电压端子vbat的值(在时间t20和t21之间)。
然后，当驱动器控制电路401的控制信号ctl从h电平变成l电平(造成参照输出晶体管402的源电压的栅电压小于输出晶体管402的阈值电压)时，输出晶体管402从接通状态变成断开状态。此时，存储在负载1402中的电磁能量被释放，产生负的反向电压(浪涌电压)。输出端子outs临时指示低于参考电压pgnd的负电位(在时间t21和t22之间)。然后，输出端子outs的电位稳定，以保持与参考电压pgnd对应的值(在时间t22和t23之间)。
图16是例示了在向驱动器ic1101的外部连接端子outs施加负电压(负浪涌电压)时流过驱动器ic1101的电流的路径的示图。
假定向驱动器ic1101的外部连接端子outs施加负电压，并且输出晶体管402的栅电压vg和参考电压vss之间的电位差低于或等于由负电位钳位电路405确定的钳位电压。负电位钳位电路405接着不执行钳位操作。在这种情况下，输出晶体管402基于来自驱动器控制电路401的控制信号ctl来正常地切换接通-断开状态。
可供选择地，假定向驱动器ic1101的外部连接端子outs施加负电压，并且输出晶体管402的栅电压vg和参考电压vss之间的电位差超过由负电位钳位电路405确定的钳位电压。在这种情况下，输出晶体管402的栅电压vg钳位到钳位电压。这样造成输出晶体管402的栅-源电压高于或等于阈值电压。因此，迫使输出晶体管402导通。由此，在外部连接端子outd和外部连接端子outs之间启用导通状态。外部连接端子outd指示与外部连接端子outs的电位接近的负电位。结果，电流从基准电压端子vss经由esd保护电路305中的mos晶体管601的体二极管602和输出晶体管402流向外部连接端子outs(图16中的箭头)。即，esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。
例如，负电位钳位电路405的钳位电压可被设置成仅当施加到外部连接端子outs的负电压低于-25v时才能进行钳位操作。在这种情况下，驱动器ic1101可继续正常的驱动操作，直到低于-25v的负电压被施加到外部连接端子outs。驱动器ic1101可在短时间段内高效地释放来自负载的电磁能量。
驱动器控制电路401参照外部连接端子outs的电压(输出晶体管402的源电压)来控制输出晶体管402的栅电压。因此，即使当向外部连接端子outs施加负电压时，在输出晶体管402的栅极和源极之间也没有施加过电压。即，即使当向外部连接端子outs施加负电压时，过电压也不会使输出晶体管402受损。
即使当正电压(正浪涌电压)施加到外部连接端子outs时，驱动器ic1101也可允许esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。将参照图17对此进行说明。
图17是例示了在向驱动器ic1101的输出端子outs施加正电压时流过驱动器ic1101的电流的路径的示图。
如图17中例示的，向驱动器ic1101的外部连接端子outs施加正电压造成输出晶体管402的体二极管403导通。外部连接端子outd指示与外部连接端子outs的电位接近的正电位。当外部连接端子outd的电压超过esd保护电路305中的钳位电路605的钳位电压时，mos晶体管601导通，从而外部连接端子outd和基准电压端子vss之间的电流路径打开。结果，电流从外部连接端子outs经由esd保护电路305中的输出晶体管402的体二极管403和mos晶体管601流向基准电压端子vss(图17中的箭头)。即，esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。
由驱动器ic1101使用低侧配置执行的对抗浪涌电压的保护操作
以下描述说明了驱动器ic1101使用低侧配置执行的对抗浪涌电压的保护操作。
图18是例示了用作低侧开关的输出晶体管、电池电源和电感负载之中的连接关系的示图。
如图18中例示的，在驱动器ic1101的外部连接端子outd和电池电源1801之间设置负载1802。驱动器ic1101的外部连接端子outs连接至参考电压pgnd。
图19是例示了驱动器1102的操作的时序图。如图19中例示的，当为驱动器1102设置的驱动器控制电路401的控制信号ctl变成h电平时(造成参照输出晶体管402的源电压的栅电压高于或等于输出晶体管402的阈值电压)，输出晶体管402导通。外部连接端子outd的电位指示参考电压pgnd的值(在时间t30和t31之间)。
然后，当驱动器控制电路401的控制信号ctl从h电平变成l电平(造成参照输出晶体管402的源电压的栅电压小于输出晶体管402的阈值电压)时，输出晶体管402从接通状态变成断开状态。此时，存储在负载1802中的电磁能量被释放，产生正的反向电压(浪涌电压)。外部连接端子outd临时指示高于电池电压端子vbat的正电位(在时间t31和t32之间)。然后，外部连接端子outd的电位稳定，以保持与电池电压端子vbat对应的值(在时间t32和t33之间)。
图20是例示了在向驱动器ic1101的外部连接端子outd施加正电压(正浪涌电压)时流过驱动器ic1101的电流的路径的示图。
如图20中例示的，假定向驱动器ic1101的外部连接端子outd施加正电压。在这种情况下，当外部连接端子outd的电压超过esd保护电路305中的钳位电路605的钳位电压时，mos晶体管601导通，从而外部连接端子outd和基准电压端子vss之间的电流路径打开。结果，电流从外部连接端子outd经由esd保护电路305中的mos晶体管601流向基准电压端子vss(图20中的箭头)。即，esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。
即使当负电压(负浪涌电压)施加到外部连接端子outd时，驱动器ic1101也可允许esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。将参照图21对此进行说明。
图21是例示了在向驱动器ic1101的输出端子outd施加负电压时流过驱动器ic1101的电流的路径的示图。
如图21中例示的，向驱动器ic1101的外部连接端子outd施加负电压造成电流从基准电压端子vss经由esd保护电路305中的mos晶体管601的体二极管602流向外部连接端子outd(图21中的箭头)。即，esd保护电路305执行对抗浪涌电压的保护操作。
根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu包括输出晶体管、驱动器控制电路、负电位钳位电路和esd保护电路。在外部连接端子outd和外部连接端子outs之间设置输出晶体管。驱动器控制电路通过参考输出晶体管的源电压控制栅电压来切换输出晶体管的接通-断开状态。当低于预定钳位电压的负电压被施加到外部连接端子outs时，负电位钳位电路使输出晶体管导通。esd保护电路设置在外部连接端子outd和基准电压端子vss之间。
即使当大的负电压(负浪涌电压)施加到外部连接端子outs时，根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu也可用作高侧驱动器，例如，可由此继续进行正常驱动操作而没有使输出晶体管受损。根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的电子控制系统可在短时间段内高效释放来自负载的电磁能量。
即使当大的正电压(正浪涌电压)施加到外部连接端子outs时，根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu也可用作高侧驱动器，例如，可通过操作esd保护电路而防止输出晶体管受损。
根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu不仅可用作高侧驱动器，而且可用作低侧驱动器。即使当大的负电压被施加到外部连接端子outd时，根据实施例的驱动器ic和包括该驱动器ic的ecu也可用作低侧驱动器，例如，可通过操作esd保护电路而防止输出晶体管受损。
实施例已经以诸如螺线管(但不限于此)的电感负载为例描述了与驱动器ic1101的外部连接端子outs或外部连接端子outd连接的负载。待连接的负载可被配置成使得负或正浪涌电压被施加到驱动器ic1101的外部连接端子outs或外部连接端子outd。
虽然已经描述了本发明人所做出的本发明的具体实施例，但是应该清楚地理解，本发明不限于以上提到的实施例，并且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下，以各种修改形式来实施。
例如，根据以上提到的实施例的半导体器件可使用反向导电型(p型或n型)的半导体衬底、半导体层或扩散层(扩散区)。导电类型(p型和n型)中的一种可对应于第一导电类型，而另一导电类型可对应于第二导电类型。在这种情况下，可将第一导电类型指定为p型，而将第二导电类型指定为n型。相反，可将第一导电类型指定为n型，而将第二导电类型指定为p型。