半导体器件和电子控制单元制造技术

本公开的实施例涉及半导体器件和电子控制单元。热传感器检测输出晶体管的温度，并且冷传感器检测远离输出晶体管的位置的温度。当热传感器的温度上升超过参考温度时，温度检测电路断言超温检测信号，并且当热传感器和冷传感器之间的温差超过参考温差时，上述电路断言温差检测信号。限流电路生成针对冷传感器的温度以负温度特性连续可变的受限电流信号，并且当超温检测信号被断言时将输出晶体管的驱动电流控制为取决于受限电流信号的信号电平的电流值。

Semiconductor Devices and Electronic Control Units

【技术实现步骤摘要】
半导体器件和电子控制单元相关申请的交叉引用于2017年6月26日提交的日本专利申请No.2017-124075的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及一种半导体器件和电子控制单元，并且特别地涉及例如设置有温度保护功能的半导体器件。
技术介绍
日本待审查专利申请公开No.2016-72935公开了一种当输出晶体管的温度与其周边温度之间的温差超过预定参考温度时，以及当输出晶体管的温度超过预定参考温度时，限制在输出晶体管中流动的电流的系统。
技术实现思路
例如，诸如车辆装置等电子控制单元(ECU：电子控制单元)通常安装有被称为智能功率器件(IPD)的半导体器件。IPD由驱动负载的输出晶体管和输出晶体管的各种保护功能整体形成。保护功能之一是例如日本待审查专利申请公开No.2012-72935中所指出的温度保护功能。近年来，随着芯片尺寸缩小的进展，IPD需要驱动多种负载。因此，在驱动负载时的电功率密度增加，变成容易激活温度保护功能的状态。当温度保护功能起作用时，通常执行限制负载的驱动能力的控制。在这种情况下，驱动能力的受限制的量有时会根据周边温度迅速变化。结果，发生驾驶能力的过度限制，这可能导致无法完全驱动多种负载的情况。稍后描述的实施例是在考虑到上述情况的情况下做出的，并且其他目的和新颖特征根据说明书和附图的描述将变得明显。根据一个实施例的半导体器件包括输出晶体管、热传感器、冷传感器、温度检测电路和限流电路。输出晶体管向外部负载供应驱动电流。热传感器检测输出晶体管的温度，并且冷传感器检测远离输出晶体管的位置的温度。当热传感器的温度上升超过参考温度时，温度检测电路断言超温检测信号，并且当热传感器和冷传感器之间的温差超过参考温差时，它断言温差检测信号。限流电路生成针对冷传感器的温度以负温度特性连续可变的受限电流信号，并且当超温检测信号被断言时，将输出晶体管的驱动电流控制为取决于受限电流信号的信号电平的电流值。根据这个实施例，可以改善温度的安全性与驱动能力的限制之间的平衡。附图说明图1是示出应用了根据本专利技术第一实施例的电子控制单元的车辆的构造示例的示意图。图2是示出根据本专利技术第一实施例的电子控制单元的构造示例的示意图。图3是示出根据本专利技术第一实施例的半导体器件的构造示例的示意图。图4是示出图3中的限流电路的操作示例的图。图5是示出图3中的限流电路及其周边的详细构造示例的电路图。图6是示出图5中的限流电路中的受限电流信号与周边温度之间的关系的一个示例的图。图7是示出图3的半导体器件中的超温检测时间处的示意性操作示例的波形图。图8是示出在本专利技术第二实施例的半导体器件中的、图3中的限流电路的详细构造示例的电路图。图9A是示出图8中的带隙基准电路的基本构造示例的电路图，并且图9B是示出图9A的操作示例的补充图。图10是示出在本专利技术中作为比较示例的半导体器件的构造示例的示意图。图11是示出图10中的温度检测电路的构造示例的电路图。图12是示出图10中的温差检测限流电路的构造示例的电路图。图13是示出图11中的热传感器和冷传感器的布置构造示例的图。图14A是示出图10的半导体器件中的温差检测时间处的示意性操作示例的波形图，并且图14B是示出图10的半导体器件中的超温检测时间的示意性操作示例的波形图。图15是示出图10的半导体器件中的温差检测操作和超温检测操作与周边温度之间的关系的一个示例的说明图。图16是示出图10和图15的半导体器件中的受限电流值与周边温度之间的关系的一个示例的说明图。图17是示出在驱动作为负载的灯时驱动电流的理想时间变化的一个示例的波形图。图18A是示出在使用图10的半导体器件驱动灯的情况下、当周边温度低于边界温度时的热温的时间变化的一个示例的波形图，并且图18B是示出在图18A的情况下的驱动电流的时间变化的一个示例的波形图。图19A是示出在根据图10的半导体器件驱动灯的情况下、当周边温度高于边界温度时的热温的时间变化的一个示例的波形图，并且图19B是示出在图19A的情况下的驱动电流的时间变化的一个示例的波形图。具体实施方式在以下实施例中，为了方便起见，在需要时通过分成多个部分或实施例来进行说明，但是这些部分或实施例并非互不相关，而是彼此相关，使得除非另有明确规定，否则一个覆盖另一个的部分或全部修改后的示例、细节、补充说明等。另外，在以下实施例中，当涉及要素的数目(包括单元的数目、数值、量、范围等)时，除非另有明确说明并且除非另外在原则上明确地限制为具体数目，否则其不限于特定数目，而是可以多于或者不多于具体数目。另外，在以下实施例中，除非另有明确说明并且除非另外原则上认为明显不可缺少，否则构成要素(包括要素步骤)不一定是必不可少的。类似地，在以下实施例中，当涉及构成要素的形状及其位置关系时，除非另有明确说明并且除非另外在原则上清楚地认为它不是这样，否则将包括基本上近似或类似于这些形状的那些形状。这同样适用于上述数目和范围。根据诸如互补MOS(CMOS)晶体管等公知集成电路技术，形成实施例中的每个功能块的电路元件被形成在单晶硅的半导体衬底上，但是不限于此。在说明书中，n沟道型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)称为nMOS晶体管，并且p沟道型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)称为pMOS晶体管。在下文中，将基于附图详细描述本专利技术的实施例。在用于描述实施例的所有附图中，相同的附图标记在原则上依附于相同的要素，并且省略重复的描述。第一实施例《电子控制单元的概要》图1是示出应用了根据本专利技术的第一实施例的电子控制单元的车辆的构造结构的示意图。如图1所示，安装在车辆(通常为汽车)上的电子控制单元执行各种控制，诸如引擎控制、雨刷控制、气囊控制、转向控制、天窗控制、灯光控制、制动控制、镜子控制、车窗控制和车门控制。图2是示出根据本专利技术第一实施例的电子控制单元的构造示例的示意图。图2所示的电子控制单元ECU例如作为图1所示的灯控制而工作。电子控制单元ECU通过在布线衬底上安装半导体器件DEV、微控制器MCU、电源装置PIC、电容器C1和C2以及齐纳二极管ZD来形成。微控制器MCU包括例如中央处理单元(CPU)和存储器、诸如模数转换器(ADC)等各种模拟外围电路、以及诸如通信接口等各种数字外围电路，以实现取决于用户的预定功能。半导体器件DEV是IPD，用于根据来自微控制器MCU的指令(这里是外部输入信号IN)来驱动负载LD(这里是灯)。此外，半导体器件DEV向微控制器MCU适当地输出各种保护电路的状态和自我诊断结果DIAG。电子控制单元ECU从外部电池BAT接收电源电压Vcc，例如，约12V，其中以0V接地电源电压GND作为基准。电容器C1保持电源电压Vcc，并且齐纳二极管ZD限制电源电压Vcc的电压电平。电源装置PIC从电源电压Vcc生成5V的内部电源电压Vdd，并且电容器C2保持内部电源电压Vdd。微控制器MCU以内部电源电压Vdd进行操作。这里，半导体器件DEV实际上在一些情况下控制多个灯，并且根据情况，诸如头灯和雾灯等多种类型的灯可以被控制。随着控制目标的数目增加，根据负载驱动，半导体器件DEV的温度更容易升高。因此，要求半导体器件DEV确保安全性以防止温度升高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括输出晶体管，其向外部负载供应驱动电流；热传感器，其检测所述输出晶体管的温度；冷传感器，其检测远离所述输出晶体管的位置的温度；温度检测电路，所述温度检测电路当所述热传感器的温度上升超过预定参考温度时断言超温检测信号，并且当所述热传感器和所述冷传感器之间的温差超过预定参考温差时断言温差检测信号；以及限流电路，所述限流电路生成针对所述冷传感器的温度以负温度特性连续可变的受限电流信号，并且当所述超温检测信号被断言时将所述输出晶体管的驱动电流限制为取决于所述受限电流信号的信号电平的电流值。

【技术特征摘要】
2017.06.26 JP 2017-1240751.一种半导体器件，包括输出晶体管，其向外部负载供应驱动电流；热传感器，其检测所述输出晶体管的温度；冷传感器，其检测远离所述输出晶体管的位置的温度；温度检测电路，所述温度检测电路当所述热传感器的温度上升超过预定参考温度时断言超温检测信号，并且当所述热传感器和所述冷传感器之间的温差超过预定参考温差时断言温差检测信号；以及限流电路，所述限流电路生成针对所述冷传感器的温度以负温度特性连续可变的受限电流信号，并且当所述超温检测信号被断言时将所述输出晶体管的驱动电流限制为取决于所述受限电流信号的信号电平的电流值。2.根据权利要求1所述的器件，其中在断言所述超温检测信号之后，当所述热传感器的温度被减小第一迟滞温度时，所述温度检测电路使所述超温检测信号无效，并且在断言所述温差检测信号之后，当所述温差被减小第二迟滞温度时，所述温度检测电路使所述温差检测信号无效，所述器件还包括：逻辑电路，所述逻辑电路使用所述超温检测信号来控制所述输出晶体管的导通和关断，以将所述热传感器的温度控制为所述参考温度，并且使用所述温差检测信号来控制所述输出晶体管的导通和关断，以将所述温差控制为所述参考温差，其中当所述冷传感器的温度高于边界温度时，所述超温检测信号被断言，其中当所述冷传感器的温度低于所述边界温度时，所述温差检测信号被断言，并且其中所述受限电流信号针对所述冷传感器的在所述冷传感器的温度高于所述边界温度的温度范围内的温度、以所述负温度特性连续地变化。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述受限电流信号针对所述冷传感器的在所述冷传感器的温度低于所述边界温度的温度范围内的温度变为恒定信号电平，以及其中当所述温差检测信号被断言时，所述限流电路将所述输出晶体管的驱动电流限制为取决于所述受限电流信号的信号电平的电流值。4.根据权利要求1所述的器件，其中所述冷传感器是被供应恒定电流的二极管，其中所述限流电路根据所述冷传感器的输出电压生成所述受限电流信号。5.根据权利要求1所述的器件，其中所述限流电路通过带隙基准电路生成所述受限电流信号。6.根据权利要求1所述的器件，其中所述限流电路包括：电流感测电路，其检测在所述输出晶体管中流动的驱动电流，并且生成与所述驱动电流的大小成比例的电压信号，以及第一比较器，其将来自所述电流感测电路的电压信号与所述受限电流信号进行比较，以根据比较结果来控制所述输出晶体管的导通和关断。7.根据权利要求3所述的器件，其中所述限流电路包括：第一电压生成电路，其生成与所述边界温度相对应的恒定电压信号，第二电压生成电路，其生成针对所述冷传感器的温度具有负温度特性的电压信号；第二比较器，其将来自所述第一电压生成电路的电压信号与来自所述第二电压生成电路的电压信号进行比较，以及选择电路，其根据所述第二比较器的比较结果来输出来自所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：种村英俊，上村圣，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP