[发明专利]半导体器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求于2009年10月23日提交的日本专利申请No.2009-244622的优先权，通过引用，将其全部内容合并于此。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其控制方法，并且更加具体地，涉及具有在检测到异常时，快速地截止将电流提供给负载的输出晶体管的功能的半导体器件及其控制方法。

背景技术

近年来，如由用于汽车的电气组件所代表地，在具有能够驱动大电流的开关功能的系统中已经使用半导体器件。驱动大电流的各个系统具有，例如当出现其中负载被短路和有大电流流动的异常发生时，在检测到过热、过电流等等时，对本身进行切换以保护系统的功能。

在其中系统在检测到异常时对本身进行切换的操作中，重要的是，减少在截止时出现的热量损耗。这是因为由于极其可能当检测到异常时生成大量的热量，所以如果在截止时出现大量的热量损耗，则可能出现击穿。因此，在检测到异常时的截止操作中，重要的是快速截止。

图12A是示出被提供有GND端子的高侧输出IC 30的框图。由于高侧输出IC 30被提供有GND端子，所以被存储在输出晶体管的控制端子中的电荷不仅能够向输出端子OUT放电，而且能够向GND端子放电，以截止高侧输出晶体管。通过向输出端子OUT或者向输出端子OUT和GND端子放电电荷，从而实现截止操作。同时，当没有提供GND端子时，电路的IN端子用作GND端子。在接收到输入截止信号时，IN端子变成“H”电平。通常，通过仅将来自于栅极的电荷放电到输出端子OUT，来截止高侧输出晶体管。

图13是示出现有技术(日本未经审查的专利申请公开No.2005-123666(kojima))的输出电路200的图。晶体管Q1和Q2是N型耗尽或者增强晶体管，并且晶体管Q3是N型增强晶体管。通过输出晶体管100连接电源端子VCC和输出端子OUT。从状态确定电路输出用于控制晶体管Q1、Q2、以及Q3的信号。输出电路200执行如下所述的截止操作。输出电路200激活一个或者多个放电路径。放电路径分别是由Q1和R1、Q2和R2、以及Q3形成。输出晶体管的栅极电荷被放电到输出端子OUT，从而截止输出晶体管。

在正常截止操作期间，晶体管Q1被激活。在过电流状态中的快速切断操作期间，仅晶体管Q3被激活，或者晶体管Q1、Q2、以及Q3被同时激活。在其中电流比正常状态中的大并且比过电流小的截止操作中，仅晶体管Q2被激活，或者晶体管Q1和Q2被同时激活。通过根据电流值更改要被激活的路径来调节压摆率。

在过电流状态中，作为增强型晶体管的晶体管Q3的操作是特别重要的。以晶体管Q3快速地对输出晶体管的栅极电荷进行放电的方式来完成快速切断操作。在这里假定输出端子OUT的电势是VOUT；电源端子VCC的电势是VCC；晶体管Q3的导通电阻是Ron；流过输出晶体管100的电流是IL；并且晶体管Q3的栅源电压是Vgs。

发明内容

然而，为了使用图13中所示的输出电路200作为高侧输出IC，有必要采取一些如下所述的措施。作为N型增强型晶体管的晶体管Q3需要在线性区域中进行操作，从而利用小的电阻值来将栅极电荷放电到源极。为此，栅极需要被施加有比与源极电压相等的OUT更高的电压。假定OUT＝VCC-Ron×IL，其中VCC＝12V，Ron＝10mΩ，并且IL＝100A，例如，OUT＝12V-10mΩ×100A＝11V。即使施加作为能够在正常系统中使用的最大电势的VCC时，获得Vgs＝VCC-OUT＝1V，并且因此晶体管Q3没有在具有充分小的电阻值的线性区域中进行操作。这引起对于晶体管Q3来说在检测到异常时需要耗费时间来开始快速放电操作的问题。因此，有必要使用自举电路将VCC或者较高的电压施加给晶体管Q3的栅极，从而驱动晶体管Q3的栅极。