專利名稱：用于負(fù)載電路的過(guò)電流保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于負(fù)載電路的過(guò)電流保護(hù)裝置，當(dāng)過(guò)電流流入 具有電源、電子開關(guān)以及負(fù)載的負(fù)載電路中時(shí)，該過(guò)電流保護(hù)裝置可 以安全地?cái)嚅_負(fù)載電路以保護(hù)該負(fù)載電路。
背景技術(shù)：
圖3是示出了現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)電流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖
中示出的過(guò)電流保護(hù)裝置設(shè)置在負(fù)載電路中，該負(fù)載電路包括電源
VB、負(fù)載RL以及由FET形成的半導(dǎo)體開關(guān)Tll。當(dāng)過(guò)電流流入負(fù)載 電路中時(shí)，過(guò)電流保護(hù)裝置斷開半導(dǎo)體開關(guān)Tll以保護(hù)負(fù)載電路。將 具體說(shuō)明該操作。
過(guò)電流保護(hù)裝置包括關(guān)于半導(dǎo)體開關(guān)Tll而組成多源FET的 MOSFET ( T12 ) 。 MOSFET (T12)的漏極連接于電源VB，并且MOSFET (T12)與電源VB的連接點(diǎn)Y1連接于半導(dǎo)體開關(guān)T11的漏極。M0SFET (T12)的源極經(jīng)由電阻Rr接地。MOSFET (T12)的柵極在連接點(diǎn) Y2處連接于半導(dǎo)體開關(guān)T11的柵極。連接點(diǎn)Y2經(jīng)由電阻R1連接于驅(qū) 動(dòng)器112的輸出端子。
由AND電路AND1形成的鎖存器DF1、開關(guān)SW1、電阻R2以及 D觸發(fā)電路設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器112的輸入側(cè)上。開關(guān)SW1和電阻R2串聯(lián) 耦合，并且串聯(lián)的耦合電路設(shè)置在電源VB與地之間。開關(guān)SW1與電 阻R2的連接點(diǎn)連接于AND電路AND1的一個(gè)輸入端子。AND電路 AND1的該一個(gè)輸入端子還連接于鎖存器DF1的復(fù)位端子。此外，AND 電路AND1的另一個(gè)輸入端子連接于鎖存器DF1的輸出端子(QJ)ar)。半導(dǎo)體開關(guān)Tll的源極連接于比較器CMP1的負(fù)極側(cè)輸入端子，比較器CMP1的正極側(cè)輸入端子連接于MOSFET (T12)的源極，而比較器CMP1的輸出端子連接于鎖存器DF1的輸入端子。
以下，將說(shuō)明圖3中所示的包括過(guò)電流保護(hù)裝置的負(fù)載電路的操作。當(dāng)開關(guān)SW1接通時(shí)，由于鎖存器DF1的輸出在此時(shí)是高(H)電平，所以AND電路AND1的輸出變?yōu)楦?H)電平，從而驅(qū)動(dòng)器112將電荷泵電壓提供給多源FET (T11和T12的共柵極)的柵極。
從而，將半導(dǎo)體開關(guān)Tll接通并且因此負(fù)載電流ID流經(jīng)此處。此夕卜，由于MOSFET(T12)也被接通，所以參考信號(hào)Iref也流經(jīng)MOSFET(T12)。組成多源FET的MOSFET (T12)具有和半導(dǎo)體開關(guān)T11相同的特性，并且其溝道寬度通常被設(shè)定在Tll的溝道寬度的(1/2000)和(1/1000)之間的范圍。假設(shè)(T11的溝道寬度)/ (T12的溝道寬度)是n，那么n是在l，OOO和2,000之間的范圍內(nèi)。
假設(shè)半導(dǎo)體開關(guān)Tll的源極電壓和MOSFET (T12)的源極電壓分別是VSA和VSB,那么當(dāng)VSA等于VSB時(shí)ID變?yōu)閚*Iref。電壓VSA的值取決于負(fù)載RL的電阻值，而電壓VSB的值取決于電阻Rr的值。以在負(fù)載電路的負(fù)載RL和布線的正常狀態(tài)下電壓VSA大于VSB的方式設(shè)置電阻Rr的值。從而，在正常狀態(tài)下，由于提供到比較器CMP1的負(fù)極側(cè)輸入端子的電壓大于提供到其正極側(cè)輸入端子的電壓，所以比較器CMP1的輸出被保持在低(L)電平。
當(dāng)在負(fù)載電流ID流動(dòng)的狀態(tài)下，半導(dǎo)體開關(guān)Tll和負(fù)載RL之間的布線被短路接地時(shí)，負(fù)載電流ID增加并且電壓VSA變?yōu)樾∮陔妷篤SB，從而比較器CMP1的輸出改變?yōu)镠電平，并且因此鎖存器DF1的輸出變?yōu)長(zhǎng)電平。從而，由于AND電路AND1的輸出變?yōu)長(zhǎng)電平，所以驅(qū)動(dòng)器112的輸出端子被接地，因此多源FET (Tll和T12的共柵極)的柵極經(jīng)過(guò)電阻Rl而接地，并且因此每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)Tll和
5MOSFET (T12)被斷開。結(jié)果，由于短路電流被切斷，所以能夠保護(hù)布線和半導(dǎo)體開關(guān)Tll免遭過(guò)電流。
在多源FET(Tll， T12)正常的情況下，能夠由過(guò)電流檢測(cè)功能保護(hù)負(fù)載電路的布線和半導(dǎo)體開關(guān)Tll。然而，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)Tll的導(dǎo)通電阻值異常地增加時(shí)，能夠由關(guān)于這種異常的過(guò)電流保護(hù)功能保護(hù)布線和半導(dǎo)體開關(guān)Tll。
下面的情況被認(rèn)為是導(dǎo)通電阻值異常增加的原因。即，每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)Tll和MOSFET (T12)由許多小的并聯(lián)連接的FET (下文中稱為元件FET)構(gòu)成。當(dāng)部分元件FET的柵極的絕緣薄膜被破壞并且柵極和其主體之間的連接被短路時(shí)，小的漏電流在柵極和主體之間，艮P，柵極和源極之間，流動(dòng)。漏電流流經(jīng)與柵極串聯(lián)連接的電阻R1，從而導(dǎo)致電阻R1上的電壓降。當(dāng)元件FET的故障發(fā)展并且漏電流增加時(shí)，電阻Rl上的電壓降增加，從而降低了每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)Tll和MOSFET
(T12)的柵極和源極之間的電壓。由于半導(dǎo)體開關(guān)Tll的柵極和MOSFET (T12)的柵極互相連接，所以半導(dǎo)體開關(guān)Tll和MOSFET
(T12)的每個(gè)導(dǎo)通電阻值以相似的方式增加并且其之間的分路電流比不改變。
假設(shè)負(fù)載RL的電阻值是2Q，當(dāng)電源VB的輸出值是12伏特時(shí)，負(fù)載電流ID變?yōu)?安培，并且通常使用的關(guān)于負(fù)載RL的FET的導(dǎo)通電阻值大約是10mQ。如果導(dǎo)通電阻值由于柵極和主體之間的漏電流而從lOmQ增加到lOOmQ時(shí)，那么負(fù)載電流ID變?yōu)?2V/(2Q+0.1Q)=5.71安培。由于在正常狀態(tài)下負(fù)載電流ID是12V/(2Q+0.01Q)=5.97安培，所以負(fù)載電流減小了 0.26安培.
比較器CMP1檢測(cè)電流的增加而不能檢測(cè)電流的減小。即使為了檢測(cè)電流的減小而添加比較單元(比較器)，由于0.26安培的減少，源極電壓VSA和VSB之間的電壓改變是大約26mV的小值，所以難以精確地檢測(cè)電流減少以關(guān)斷FET，同時(shí)避免錯(cuò)誤的檢測(cè)。另一方面，由于從每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)Tll和MOSFET (T12)所產(chǎn)生的熱量變?yōu)榇蠹s在正常狀態(tài)下的十倍，所以當(dāng)這樣的狀態(tài)持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)Tll和MOSFET (T12)被損壞。為了防止這樣的損壞而將過(guò)熱斷開功能結(jié)合到半導(dǎo)體開關(guān)Tll中。即，過(guò)熱斷開功能是使用多源FET的電流傳感器中必不可少的組件。
綜上所述，當(dāng)把半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)置在負(fù)載的高壓側(cè)時(shí)，即在電源和負(fù)載之間時(shí)，已經(jīng)采用下面的方法作為保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)和在半導(dǎo)體開關(guān)與負(fù)載之間的連接布線的方法。
(1) 設(shè)置用于檢測(cè)流經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電流的檢測(cè)單元，以在當(dāng)超過(guò)正常電流范圍的過(guò)電流流動(dòng)時(shí)將元件關(guān)斷。對(duì)于檢測(cè)過(guò)電流的方法，有添加與元件串聯(lián)的分流電阻以直接檢測(cè)流經(jīng)元件的電流的方法，以及利用通過(guò)以恒定的分流率劃分流經(jīng)元件的電流所獲得的電流來(lái)確定過(guò)電流的方法。后一種方法通過(guò)利用多源FET等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(2) 在由于完全短路等的大的過(guò)電流流動(dòng)的情況下，在過(guò)電流被檢測(cè)到并且元件被關(guān)斷之前，元件可能被熱損失損壞。而且，當(dāng)元件的導(dǎo)通電阻值通過(guò)任何原因而增加時(shí)，甚至由于低于過(guò)電流測(cè)定值的電流的自熱，元件的溫度可能超過(guò)容許溫度(絕對(duì)額定值)。作為應(yīng)對(duì)這些問題的對(duì)策，提供有當(dāng)元件的溫度超過(guò)預(yù)定的溫度時(shí)，用于斷開流經(jīng)元件的電流的過(guò)電流斷開功能。
該半導(dǎo)體開關(guān)在小型化方面以及在由于未利用熔絲而導(dǎo)致的熱產(chǎn)生量少的方面是優(yōu)越的。然而，在常規(guī)技術(shù)中，如上所述，半導(dǎo)體開關(guān)需要兩種用于檢測(cè)在過(guò)電流保護(hù)中的電流和溫度的檢測(cè)過(guò)程，這導(dǎo)致了半導(dǎo)體開關(guān)元件的成本的增加。從而，由于與熔絲和繼電器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的成本相比，半導(dǎo)體開關(guān)元件的成本在很大程度上更高，所以半導(dǎo)體開關(guān)元件的推廣是不順利的。JP-A-2004-48498 (專利文獻(xiàn)1)公開了關(guān)于上述過(guò)電流保護(hù)裝置的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1公開了其中當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)的溝道電壓到達(dá)容許溫度的上限時(shí)，從半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通電阻值以及最小電流值的乘積來(lái)獲得臨界電壓，并且在電壓達(dá)到臨界電壓前的時(shí)間點(diǎn)時(shí)半導(dǎo)體開關(guān)被關(guān)斷，從而保護(hù)了半導(dǎo)體開關(guān)。
專利文獻(xiàn)l: JP-A-2004-48498

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
然而，專利文獻(xiàn)1中所描述的過(guò)電流保護(hù)裝置不同時(shí)地保護(hù)半導(dǎo)體元件和連接在半導(dǎo)體元件和負(fù)載之間的布線。
為了解決相關(guān)技術(shù)的上述問題而制造本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于負(fù)載電路的過(guò)電流保護(hù)裝置，在產(chǎn)生過(guò)電流時(shí)，其能夠安全地保護(hù)半導(dǎo)體元件以及在半導(dǎo)體元件和負(fù)載之間連接的布線。
用于解決問題的方式
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供的過(guò)電流保護(hù)裝置包括半導(dǎo)體元件(Tl)，其設(shè)置在負(fù)載(RL)和電源(VB)之間；
負(fù)載電路，其控制半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通和關(guān)斷以控制負(fù)載的驅(qū)動(dòng)和
停止；
比較單元(CMP1)，當(dāng)半導(dǎo)體元件處在導(dǎo)通狀態(tài)下時(shí)，該比較單元將跨過(guò)半導(dǎo)體元件的兩個(gè)端子之間所產(chǎn)生的電壓(Vds)與預(yù)先設(shè)定的確定電壓(VB-V1)相比較；以及
半導(dǎo)體元件控制單元，當(dāng)比較單元確定了電壓(Vds)大于確定電壓時(shí)，該半導(dǎo)體元件控制單元將半導(dǎo)體元件關(guān)斷以保護(hù)負(fù)載電路，
其中當(dāng)半導(dǎo)體元件(Tl)導(dǎo)通時(shí)所引起的半導(dǎo)體元件的溫度增加量是ATch，半導(dǎo)體元件(Tl)的導(dǎo)通電阻值是Ron，而半導(dǎo)體元件(T1)的熱阻值是Rth一f;
其中當(dāng)電流流入到用于連接在負(fù)載和半導(dǎo)體元件之間的連接布線
(WL)時(shí)，連接布線的溫度增加量是ATw，連接布線的每單位長(zhǎng)度的電阻值是Rw，而連接布線的每單位長(zhǎng)度的熱阻值是Rth—w;并且
其中基于關(guān)于溫度增加量ATw的表達(dá)式ATw/ATch=Rth—w/Rth—f*Rw/Ron而得到△ Tch，該溫度增加量△ Tw不超過(guò)連接布線(WL)的容許溫度的上限與工作的外圍溫度的上限之間的差，于是基于關(guān)于△ Tch的表達(dá)式△ Tch=Rth—f*Vds2/Ron而得到電壓Vds，并且將得到的電壓Vds設(shè)為確定電壓。
此外，根據(jù)本發(fā)明提供的過(guò)電流保護(hù)裝置包括半導(dǎo)體元件(Tl)，其設(shè)置在負(fù)載(RL)和電源(VB)之間；負(fù)載電路，其控制半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通和關(guān)斷以控制負(fù)載的驅(qū)動(dòng)和
停止；
比較單元(CMP1)，當(dāng)半導(dǎo)體元件處在導(dǎo)通狀態(tài)下時(shí)，該比較單元將跨過(guò)半導(dǎo)體元件的兩個(gè)端子之間所產(chǎn)生的電壓(Vds)與預(yù)先設(shè)定的確定電壓(VB-V1)相比較；以及
半導(dǎo)體元件控制單元，當(dāng)比較單元確定了電壓(Vds)大于確定電壓時(shí)，該半導(dǎo)體元件控制單元將半導(dǎo)體元件關(guān)斷以保護(hù)負(fù)載電路，
其中當(dāng)半導(dǎo)體元件(Tl)導(dǎo)通時(shí)所引起的半導(dǎo)體元件的溫度增加量是ATch，半導(dǎo)體元件(Tl)的導(dǎo)通電阻值是Ron，而半導(dǎo)體元件(Tl)的熱阻值是Rth—f;
其中從關(guān)于半導(dǎo)體元件的溫度增加量A Tch的表達(dá)式ATch=Rth_P Vds2 /Ron所得到的電壓Vds被設(shè)為第 一 電壓Vds 1 ，該半導(dǎo)體元件的溫度增加量A Tch相當(dāng)于半導(dǎo)體元件的容許溫度的上限與工作的外圍溫度的上限之間的差；
其中當(dāng)電流流入到用于連接在負(fù)載和半導(dǎo)體元件之間的連接布線(WL)時(shí)，連接布線的溫度增加量是ATw，連接布線的每單位長(zhǎng)度的電阻值是Rw，而連接布線的每單位長(zhǎng)度的熱阻值是Rth—w;
其中基于關(guān)于溫度增加量ATw的表達(dá)式ATW/ATch=Rth—w/Rtt^Rw/Ron而得到△ Tch，該溫度增加量△ Tw相當(dāng)于連 接布線的容許溫度的上限與工作的外圍溫度的上限之間的差，于是基 于關(guān)于△ Tch的表達(dá)式△ Tch =Rth_f*Vds2 /Ron而得到電壓Vds，并且 將該得到的電壓Vds設(shè)為第二電壓Vds2;并且
其中將第一電壓Vdsl和第二電壓Vds2之中更小的電壓設(shè)為電壓 Vlim，將等于或小于電壓Vlim且大于在正常電流流動(dòng)的情況下的電壓 Vds的電壓設(shè)為確定電壓。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的用于負(fù)載電路的過(guò)電流保護(hù)裝置，即使產(chǎn)生了過(guò)電 流，由于在半導(dǎo)體元件的溝道溫度或用于連接在半導(dǎo)體元件與負(fù)載之 間的連接布線的溫度達(dá)到容許上限溫度之前，半導(dǎo)體元件被關(guān)斷，所 以防止每個(gè)半導(dǎo)體元件和連接布線被損壞。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于負(fù)載電路的過(guò)電流保護(hù)裝 置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是示出了關(guān)于半導(dǎo)體開關(guān)的溝道溫度的電壓Vds和電流ID的 變化的特性圖。
圖3是示出了現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)電流保護(hù)裝置的概念的電路圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
11基板 12驅(qū)動(dòng)器
Tl半導(dǎo)體開關(guān)(半導(dǎo)體元件) WL布線(連接布線) VB電池 CMP1比較器 DF1鎖存器
具體實(shí)施例方式
在后文中，將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用于負(fù)載電路的過(guò)電流保護(hù)裝置 的實(shí)施例，首先，將做出對(duì)在該實(shí)施例中所說(shuō)明的過(guò)電流保護(hù)裝置的 原理的說(shuō)明。
歸因于過(guò)電流的在負(fù)載電路中所設(shè)置的FET (半導(dǎo)體開關(guān))和布 線的損壞，是因?yàn)橛蛇^(guò)電流所產(chǎn)生的焦耳熱引起每個(gè)FET和布線的溫 度增加并且超過(guò)容許溫度的上限而引起的。換言之，即使大的過(guò)電流 流動(dòng)，只要溫度不超過(guò)容許溫度，每個(gè)FET和布線就不會(huì)損壞。
使用電流檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)的過(guò)電流保護(hù)方法是在過(guò)電流的值與 FET和布線的溫度增加值有關(guān)的情況下形成的。于是，在這樣的前提 條件下，確定假設(shè)超過(guò)容許溫度的上限的電流值，并且在電流超過(guò)該 電流值之前將半導(dǎo)體開關(guān)切斷以保護(hù)FET和布線。從而，該檢測(cè)過(guò)電 流的方法是關(guān)于不超過(guò)容許溫度的上限的目標(biāo)的間接的方法。
如果在電流值和溫度增加之間的相對(duì)關(guān)系中包含有波動(dòng)或變化， 那么該波動(dòng)或變化會(huì)直接影響到溫度估計(jì)結(jié)果。相比之下，根據(jù)本實(shí) 施例的過(guò)電流保護(hù)裝置采用一種在不使用電流值的情況下檢測(cè)FET的 溫度增加量以及布線的溫度增加量的方法。
每個(gè)FET和布線的溫度增加量的容許值由容許溫度的上限與工作 的外圍溫度之間的差而獲得。另一方面，由于半導(dǎo)體元件的溫度增加 量具有與布線的溫度增加量有關(guān)的比例關(guān)系，所以能夠以非常高的精 度從半導(dǎo)體開關(guān)的溫度增加量來(lái)估算布線的溫度增加量。
在FET和布線中的一個(gè)達(dá)到其容許溫度增加量的上限的情況下， 獲得漏-源電壓Vds并被將其設(shè)為電壓Vlim。以這樣的方式構(gòu)造根據(jù)本 實(shí)施例的過(guò)電流保護(hù)裝置，即，將等于或小于電壓Vlim的電壓設(shè)為確 定電壓，然后在電流(過(guò)電流)流經(jīng)FET的時(shí)候?qū)⒋_定電壓與漏-源電壓作比較，并且當(dāng)在漏-源電壓未超過(guò)確定電壓時(shí)將FET保持在導(dǎo)通狀 態(tài)，而當(dāng)在漏-源電壓超過(guò)確定電壓時(shí)將FET保持在關(guān)斷狀態(tài)。從而， 在整個(gè)操作的溫度范圍中，即使當(dāng)任何電流(正常電流和過(guò)電流)流 動(dòng)時(shí)，也能夠防止FET和布線中的每個(gè)超過(guò)容許溫度增加量的上限。
根據(jù)相關(guān)技術(shù)的布線保護(hù)，依據(jù)熔絲(過(guò)電流保護(hù)功能)的特性 來(lái)設(shè)定布線的規(guī)格。B卩，通過(guò)使布線和熔絲相匹配來(lái)保護(hù)布線。根據(jù) 本發(fā)明，通過(guò)利用FET的漏-源電壓測(cè)量布線的溫度增加量來(lái)使熔絲(過(guò) 電流保護(hù)功能)和布線相匹配。從而，能夠使布線保護(hù)最優(yōu)化，艮P， 能夠使用于布線功能的銅的量最小化。
此外，由于僅僅通過(guò)將FET的漏-源電壓與確定電壓相比較來(lái)執(zhí)行 上述過(guò)電流保護(hù)方法，所以能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)電流保護(hù)功能具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 并且能夠降低裝置的成本。
下文中，將具體地說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例的用于負(fù)載電路的過(guò)電流保 護(hù)裝置。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括過(guò)電流保護(hù)裝置的負(fù)載電路 的結(jié)構(gòu)的電路圖。如圖中所示，根據(jù)本實(shí)施例的過(guò)電流保護(hù)裝置是用 于將電力輸出從電池VB供應(yīng)到負(fù)載RL以驅(qū)動(dòng)負(fù)載RL的電路。過(guò)電 流保護(hù)裝置安裝在基板(PCB) 11上。S卩，電池VB的正極端子連接 于基板ll的端子Xll，并且負(fù)載RL的一端經(jīng)由布線(連接布線)WL 連接于端子X2。此外，開關(guān)SW1和電阻R3的串聯(lián)連接電路的開關(guān)SW1 和電阻R3之間的連接點(diǎn)Pl連接到端子X3。開關(guān)SW1的一端連接到 電壓Vcc(5伏特)。后面，將說(shuō)明基板ll之中的電路結(jié)構(gòu)。
由M0SFET形成的半導(dǎo)體開關(guān)T1設(shè)置在基板11上。半導(dǎo)體開關(guān) Tl的漏極(電壓Vd)連接到端子XI并且還經(jīng)由電阻Rl和R2的串聯(lián) 連接電路接地。
此外，源極(電壓Vs)連接到端子X2并且還連接到比較器(比
12較單元)CMP1的負(fù)極側(cè)輸入端子。比較器CMP1的正極側(cè)輸入端子連 接到電阻R1和R2之間的連接點(diǎn)P1 (電壓V1)。
比較器CMP1的輸出端子連接到由D觸發(fā)器形成的鎖存器DF1的 輸入端子。D觸發(fā)器的輸出端子(Q_bar)連接到AND電路AND1的 一個(gè)輸出端子。D觸發(fā)器的復(fù)位輸入端子連接到端子X3并且端子X3 連接到AND電路AND1的另一個(gè)輸入端子。
AND電路AND1的輸出端子連接到驅(qū)動(dòng)器12 (半導(dǎo)體元件控制 單元)的輸入端子，并且驅(qū)動(dòng)器12的輸出端子經(jīng)由電阻R10連接到半 導(dǎo)體開關(guān)的柵極。
根據(jù)本實(shí)施例的過(guò)電流保護(hù)裝置布置成當(dāng)流經(jīng)負(fù)載電路的負(fù)載電 流ID變?yōu)檫^(guò)電流時(shí)，關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)Tl以保護(hù)負(fù)載電路。由電池VB、 負(fù)載RL以及由功率M0SFET形成的半導(dǎo)體開關(guān)T1的串聯(lián)連接來(lái)構(gòu)造 負(fù)載電路。
將說(shuō)明以上述方法構(gòu)造的負(fù)載電路和過(guò)電流保護(hù)裝置的功能。由 于當(dāng)開關(guān)SW1被關(guān)斷時(shí)，鎖存器電路DF1復(fù)位，所以鎖存器DF1的 輸出(Q一bar)變?yōu)镠電平，并且該H電平信號(hào)被供給到AND電路 AND1的一個(gè)輸入端子。
此外，由于經(jīng)由端子X3將點(diǎn)P1處的電壓提供給AND電路AND1 的另一個(gè)輸入端，所以當(dāng)點(diǎn)Pl處的電壓響應(yīng)于開關(guān)SW1的導(dǎo)通而變 為H電平時(shí)，AND電路AND1的輸出信號(hào)被改變成H電平。H電平輸 出信號(hào)供給到驅(qū)動(dòng)器12。從而，驅(qū)動(dòng)器12輸出被電荷泵(電池電壓 VB+大約10伏特)升高的電壓，并且將該升高的電壓經(jīng)由電阻R10供 給到半導(dǎo)體開關(guān)T1的柵極。結(jié)果 由于半導(dǎo)體開關(guān)T1被導(dǎo)通，所以 漏電流ID經(jīng)由布線WL流入到負(fù)載RL。 S卩，負(fù)載RL能夠被驅(qū)動(dòng)。另一方面，當(dāng)開關(guān)SW1被關(guān)斷時(shí)，由于AND電路AND1的輸出 信號(hào)變?yōu)長(zhǎng)電平，所以驅(qū)動(dòng)器12的輸出被接地，從而半導(dǎo)體開關(guān)Tl 被關(guān)斷以斷開電流ID， B卩，負(fù)載RL能夠被停止。
假設(shè)半導(dǎo)體開關(guān)Tl的漏-源電壓是Vds而其導(dǎo)通電阻值是Ron， 由(Vds=Ron*ID)表示的電壓Vds產(chǎn)生在半導(dǎo)體開關(guān)Tl的漏極和源 極之間。將半導(dǎo)體開關(guān)T1的源極電壓Vs (Vs=VB_Vds)供給到比較 器CMP1的負(fù)極側(cè)輸入端子，并且將通過(guò)由電阻R1和R2劃分電池電 壓VB而得到的電壓VI供給到比較器CMP1的正極側(cè)輸入端子。當(dāng)電 流ID正常的時(shí)候，將電壓VI設(shè)為Vds<(VB —Vl)，從而在正常狀態(tài)(沒 有過(guò)電流產(chǎn)生的狀態(tài))下，比較器CMP1的輸出信號(hào)是L電平。
如果在半導(dǎo)體開關(guān)T1的導(dǎo)通狀態(tài)下，發(fā)生布線WL在點(diǎn)P2處接 地的異常，那么電流ID增加。結(jié)果，電壓Vds增加為使得Vds> (VB —Vl)，以將比較器CMP1的輸出從H電平改變?yōu)長(zhǎng)電平。從而，由 于鎖存器DF1的輸出(Q_bar)從H電平改變?yōu)長(zhǎng)電平，所以AND電 路AND1的輸出變?yōu)長(zhǎng)電平以將驅(qū)動(dòng)器12的輸出接地。從而，半導(dǎo)體 開關(guān)的T1的柵極經(jīng)由電阻R10接地，以關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)T1。以這種 方式，如果布線WL偶然地被接地，那么半導(dǎo)體開關(guān)被關(guān)斷以保護(hù)整 個(gè)負(fù)載電路。
在點(diǎn)P3處的電壓，g卩，供給到比較器CMP1的正極側(cè)輸入端子的 電壓(VB-V1)，是用于確定半導(dǎo)體開關(guān)T1的漏-源電壓是否增加的確 定電壓。本發(fā)明的特征在于該確定電壓的設(shè)定方法。下文中，將詳細(xì) 說(shuō)明該設(shè)定方法。首先，將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)的概念。
假設(shè)FET (半導(dǎo)體開關(guān))的漏電流是ID安培且外圍溫度是Ta攝 氏度，獲得由焦耳熱引起的FET的溫度增加量。首先，各個(gè)符號(hào)被如 下定義。
Tch: FET的溝道溫度(channel temperature)[攝氏度]，對(duì)應(yīng)于
元件溫度
ATch: FET的溫度增加量[攝氏度]，ATch=Tch-Ta Rth—f:從FET的溝道(channel)到空氣的熱阻[攝氏度/W] Ron: FET的導(dǎo)通電阻值[Q]， Ron =Vds/ID Ron25:在Tch=25°C時(shí)的FET的導(dǎo)通電阻值 q:關(guān)于Ron25的導(dǎo)通電阻的溫度系數(shù)(根據(jù)FET而不同并且在 4,200至6，700ppm的范圍內(nèi))
基于上述符號(hào)而設(shè)定下面的表達(dá)式(2)和(3)。
△ Tch = Rth_f*Ron*ID2 ........ (2)
Ron = Ron25{l+q (Tch—25) }....... (3)接下來(lái)，獲得當(dāng)電流ID流入布線中時(shí)的溫度增加量。各個(gè)符號(hào)被 如下定義。
TW:布線的導(dǎo)體溫度[攝氏度] ATw:布線的導(dǎo)體溫度增加量[攝氏度] Rth_w:布線的熱阻值[攝氏度^m/W] Rw:布線的導(dǎo)體電阻值[Q/cm] Rw20:在20攝氏度時(shí)的布線的導(dǎo)體電阻值[Q/cm]
用于計(jì)算溫度增加量的每個(gè)熱阻值和導(dǎo)體電阻值是每單位長(zhǎng)度的 值而與FET的情況不同。
在JEC3407-1995中公開了用于布線的容許電流的計(jì)算表達(dá)式， "600V乙烯絕緣布線的容許電流"作為日本電工協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，并且能 夠由下面的普通表達(dá)式(4)表示。
ID2 * Rw = (Tw — Ta)/Rth_w....... ( 4 )
由下面的表達(dá)式(5)表示在Tw[攝氏度]時(shí)的傳導(dǎo)電阻值。
Rw = Rw20 {1+0.00393 (Tw—20) }....... (5)
在通過(guò)利用表達(dá)式(4)表示容許電流的情況下，利用溫度的導(dǎo)體 最大值，S卩，容許溫度上限被用作表達(dá)式(4)和(5)的Tw (布線的 導(dǎo)體溫度)。當(dāng)利用表達(dá)式ATw:Tw—Ta重寫時(shí)，由下面的表達(dá)式(6) 表示表達(dá)式(4)。
A Tw = Rth_w*Rw*ID2 ........ (6)
由于分別由上述表達(dá)式(2)和(6)表示由焦耳熱引起的FET和布線的溫度增加量，所以當(dāng)用表達(dá)式(6)的兩側(cè)分別去除以表達(dá)式(2) 的兩側(cè)時(shí)，得到下面的表達(dá)式(7)，以便得到布線的溫度增加量ATw 與FET的溫度增加量△ Tch之間的比。
A Tw/ A Tch = (Rth—w*Rw*ID2) / (Rth—PRon*ID2) = (Rth—w*Rw) /(Rth—f*Ron)....... (7)
由上述表達(dá)式(7)可知，右側(cè)與電流ID的大小無(wú)關(guān)。例如，將 在布線的直徑(橫截面積)是0.85 [mm"且在25攝氏度時(shí)的FET的導(dǎo) 通電阻值是5[mQ]的條件下計(jì)算表達(dá)式(7)的值。假設(shè)布線的導(dǎo)體溫 度是80攝氏度，導(dǎo)體電阻值Rw是27[mQ/m]且熱阻值Rth_w變?yōu)?6.6[攝氏度/W]，而不考慮導(dǎo)體溫度。此外，假設(shè)溫度系數(shù)是4,700ppm， 在80攝氏度時(shí)的FET的導(dǎo)通電阻值被表示為Ron = 5{l+0.0047 (80 — 25) }=6.29[mQ]。假設(shè)FET的熱阻值Rth—f是10 [攝氏度/W]，當(dāng)把 這些值代入其中時(shí)表達(dá)式(7)如下表示。
△ Tw/ATch= (6.6*27) / (10*6.29) =2.83
然而，當(dāng)電流ID改變時(shí)，由于Tw和Tch的值改變，所以表達(dá)式 (7)的值改變。為了檢驗(yàn)圍繞工作外圍溫度的上限的Tw和Tch的改 變?nèi)绾斡绊懕磉_(dá)式(7)，參考在IOO攝氏度的外圍溫度時(shí)的電阻值而 重寫上述表達(dá)式(3)和(5)。在該情況下假設(shè)當(dāng)Tch是100攝氏度 時(shí)導(dǎo)通電阻值是RonlOO[Q]，并且當(dāng)Tw是100攝氏度時(shí)布線的導(dǎo)體電 阻值是RwlOO[Q/cm]。
Ron = Ron2 5{l+q{Tch—25}}=Ronl00{l+q/(l+75q)*(Tch—100)}
假設(shè)q是5,500 ppm,其是在4,200至6,700之間的范圍的中間值， 得到下面的表達(dá)式(8)。Ron = Ronl00{ 1+0.0038938 (Tch—100) }....... (8)
此外，從上述表達(dá)式(5)得到下面的表達(dá)式(9)。
Rw = Rwl00{ 1+0.0029899 (Tw—100) }....... (9)
當(dāng)把表達(dá)式(8)和(9)代入表達(dá)式(7)中時(shí)，得到下面的表達(dá) 式(10)。
ATw/ATch = (Rth一w/Rth一f) * (Rwl00/Ron100 ) * {1+0.0029899 (Tw—100) }/{1+0.0038938 (Tch—100) }....... (10)
假設(shè)1》0.0029899 (Tw—100)且1 0.0038938 (Tch—100)， 得到下面的表達(dá)式(11)。
ATw/ATch " (Rth—w/Rth_f) * (Rwl00/Ron100 ) * {1+0.0029899 (Tw—100) }- 0.0038938 (Tch—100) }....... (11)
然后，假設(shè)Tw&Tch，得到下面的表達(dá)式(12)。
A Tw/ A Tch ^ (Rth_w/Rth_f) * (RwlOO/RonlOO ) * {1 — 0.0009039 (Tch—100) }....... (12)
假設(shè)Tch是150攝氏度，得到下面的表達(dá)式(13)。
△ Tw/ATch " (Rth—w/Rth_f) * (Rwl00/Ron 100) * 0.95305 -------
(13)
當(dāng)Tch的溫度增加量從100攝氏度改變?yōu)?50攝氏度時(shí)，ATw/ 厶Tch的比例常數(shù)減小了大約4.7%。即，與根據(jù)布線的溫度增加量ATW與FET的溝道溫度Tch成比例的假設(shè)而計(jì)算的溫度增加量相比， 實(shí)際的溫度增加量ATW減小了大約4.7%。這導(dǎo)致了基于利用FET的 溫度增加量的比例關(guān)系而估算的布線的溫度增加量轉(zhuǎn)化為比實(shí)際量更 低的值。然而，該轉(zhuǎn)化是關(guān)于防止布線的熱損壞的目標(biāo)的到安全側(cè)的 偏移，并且該偏移量是小的。從而，只要溫度增加量在50攝氏度之內(nèi)， 該通過(guò)利用比例關(guān)系從FET的溫度增加量來(lái)估算布線的溫度增加量的 方法是非常實(shí)用的。
上述表達(dá)式(2)和(3)將再次如下示出。
<formula>formula see original document page 20</formula>
當(dāng)利用ID = Vds/Ron重寫表達(dá)式(2)時(shí)，得到下面的表達(dá)式(14)。
<formula>formula see original document page 20</formula>
當(dāng)表達(dá)式關(guān)于Vds轉(zhuǎn)項(xiàng)時(shí)，得到下面的表達(dá)式。
<formula>formula see original document page 20</formula>
此外，當(dāng)把Ron代入表達(dá)式(3)中時(shí)，得到下面的表達(dá)式(16)。
<formula>formula see original document page 20</formula>當(dāng)確定了 FET的規(guī)格時(shí)，Ron25和q被確定。而且，當(dāng)確定了 FET 的安裝方法時(shí)，Rth一f被確定。當(dāng)外圍溫度Ta固定時(shí)，從表達(dá)式(15) 和(16)可知電壓Vds與量ATch具有——對(duì)應(yīng)的關(guān)系。即，電壓Vds 能夠用作溝道溫度增加量傳感器。由于溝道溫度的絕對(duì)值Tch是溫度 增加量ATch和外圍溫度Ta的和，所以電壓Vds不能是溝道溫度的絕 對(duì)值的傳感器。
將表達(dá)式(16)表示成圖表以明確Vds和ATch之間的關(guān)系。例 如，假設(shè)Ta是100攝氏度，Rth_f是10攝氏度/W， Ron是5mQ且q 是4700ppm，圖2示出了電壓Vds與溝道溫度Tch之間的關(guān)系。還基 于ID=Vds/Ron的關(guān)系示出了電流ID。
在圖2中，當(dāng)電流ID是零時(shí)，溝道溫度Tch變成與外圍溫度100 攝氏度相同的溫度。當(dāng)電流ID增加時(shí)，溝道溫度Tch增加，即，ATch 增加，從而電壓Vds也增加。假設(shè)溝道容許溫度的上限是150攝氏度， 在此時(shí)的電流ID、導(dǎo)通電阻值Ron和電壓Vds將分別為25.1[安培]、 7.35[mQ]以及199.2[mV]。
將從圖2理解下面的方式。S口，當(dāng)溝道溫度Tch增加時(shí)，BP, A Tch增加時(shí)，電壓Vds單調(diào)增加。由于電壓Vds具有與量ATch (=Tch —Ta) —一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以當(dāng)確定了 Vds時(shí)，ATch被確定，同時(shí) 當(dāng)確定了ATch時(shí)，Vds被確定。類似地，電流ID具有與量ATch — 一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。從而，F(xiàn)ET (半導(dǎo)體元件)溫度增加量不僅能夠通過(guò)測(cè) 量電壓Vds來(lái)檢測(cè)，也能夠通過(guò)測(cè)量電流ID來(lái)檢測(cè)。因此，將理解的 是，電壓Vds關(guān)于△ Tch的對(duì)應(yīng)關(guān)系相當(dāng)于電流ID關(guān)于△ Tch的對(duì)應(yīng) 關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的上述方法通過(guò)測(cè)量電壓Vds來(lái)指定ATch，同時(shí)，利 用由多源FET等形成的電流傳感器的相關(guān)技術(shù)的過(guò)電流保護(hù)方法通過(guò) 測(cè)量電流ID來(lái)指定ATch。在這方面，將要注意的是，通過(guò)利用電壓
21Vds作為電流傳感器來(lái)執(zhí)行過(guò)電流保護(hù)的方法己經(jīng)被認(rèn)為是規(guī)范。為了將電壓Vds用作電流傳感器，由于電壓Vds被轉(zhuǎn)換為電流ID，或基于經(jīng)由導(dǎo)通電阻的電壓來(lái)計(jì)算電流，所以電流傳感器的精確度由于導(dǎo)通電阻的溫度漂移而降低。即，電壓Vds已經(jīng)被認(rèn)為是低精確度的電流傳感器。從而，已經(jīng)不采用基于半導(dǎo)體開關(guān)Tl的漏-源電壓Vds檢測(cè)電流的方法，S卩，將電壓Vds用作電流傳感器以用于過(guò)電流保護(hù)的方法，而是已經(jīng)采用通過(guò)使用多源FET檢測(cè)過(guò)電流的方法。然而，根據(jù)上述FET的過(guò)電流保護(hù)方法，由于采用了檢測(cè)FET的溫度增加量的方法，所以使用電壓Vds的方法和使用多源FET的方法中的每個(gè)方法都能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于用于通過(guò)檢測(cè)過(guò)電流而保護(hù)電路的目的的相同的性能。
還要注意的是，關(guān)于保護(hù)FET免遭電流的目的，可以通過(guò)將電壓Vds用作溫度增加量傳感器而不使用任何電流檢測(cè)和電流傳感器的概念來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。關(guān)于用于連接FET和負(fù)載的布線WL，因?yàn)椴豢赡苊鞔_布線WL發(fā)生短路或接地的位置，所以不能使用對(duì)應(yīng)于或相當(dāng)于FET的電壓Vds (漏-源電壓)的電壓的概念。
將以下面的方式(A)至(C)總結(jié)上述說(shuō)明的內(nèi)容。
(A) 基于工作外圍溫度的上限和FET的容許溫度的上限，從表達(dá)式(1)得到由焦耳熱引起的容許溫度增加量ATch的上限，并且基于導(dǎo)通電阻值[Q]和熱阻值[攝氏度/W]，利用上述表達(dá)式(16)得到電壓Vds。將這樣得到的電壓設(shè)定為Vdsl。從而，當(dāng)FET在電壓Vds超過(guò)電壓Vdsl之前關(guān)斷時(shí)，F(xiàn)ET不超過(guò)容許溫度的上限并且防止FET被損壞。
(B) 基于工作外圍溫度的上限和布線的容許溫度的上限，從表達(dá)式(1)得到由焦耳熱引起的容許溫度增加量的上限，并且基于布線的導(dǎo)體電阻值[Q/cm]和熱阻值[攝氏度'cm/W]，利用上述表達(dá)式(4)和 (5)得到最大容許電流IDw。此外，利用IDw，基于表達(dá)式(2)和 (3)得到導(dǎo)通電阻值Ron。通過(guò)下面的表達(dá)式(17)來(lái)表示導(dǎo)通電阻值
Ron。
Ron = Ron25{l+q(Ta—25)} / (1—Ron25* q * IDw2 * Rth—f).......
(17)
在上述表達(dá)式(17)中，通過(guò)將Ta設(shè)定為FET的工作外圍溫度 的上限而得到Ron,并且得到Ron和IDw的乘積作為電壓Vds2。從而， 當(dāng)FET在電壓Vds超過(guò)電壓Vds2之前關(guān)斷時(shí)，布線WL不超過(guò)容許 溫度的上限并因此防止被損壞。
通過(guò)表達(dá)式(6)來(lái)表示布線的溫度增加量。在表達(dá)式(6)中， Rth一w表示布線的每單位長(zhǎng)度的熱阻值，而Rw表示布線的每單位長(zhǎng)度 的電阻值。從而，布線(導(dǎo)線)的溫度增加量不取決于導(dǎo)線的長(zhǎng)度。 因此，由于即使當(dāng)布線的長(zhǎng)度改變時(shí)也不需要改變確定電壓，所以能 夠簡(jiǎn)化根據(jù)本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)方法并且能夠提高實(shí)用性。
(C)當(dāng)通過(guò)利用FET的漏-源電壓Vds作為FET和布線的溫度增 加量傳感器來(lái)執(zhí)行過(guò)電流保護(hù)的時(shí)侯，設(shè)定確定電壓的方法如下。
假設(shè)在電壓Vdsl和Vds2之中的較低電壓是上限電壓Vlim，將確 定電壓設(shè)為等于或小于電壓Vlim且大于當(dāng)正常漏電流流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電 壓Vds。電阻R1和R2的值以這樣的方式設(shè)定，即在最大操作電壓16 伏特處，電壓(VB—V1)為等于確定電壓。
在該方式中，根據(jù)本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)裝置，由于以上述方式確 定了確定電壓VI，所以即使過(guò)電流流入負(fù)載電路中也能夠安全地保護(hù) 負(fù)載電路而不破壞半導(dǎo)體開關(guān)T1也不破壞布線WL。此外，由于不需要溫度檢測(cè)傳感器，所以能夠簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。而且，由于能夠減少所 要用的銅的量，所以能夠減少成本和所需的空間。
如上所述，盡管基于附圖中所示的實(shí)施例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的過(guò) 電流保護(hù)裝置，但是本發(fā)明不限于此，并且各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)可以分別 被類似功能的任意結(jié)構(gòu)所取代。
工業(yè)適用性
由于可以提供一種即使在過(guò)電流流入到負(fù)載電路中的情況下也能 夠安全地保護(hù)電路的用于負(fù)載電路的保護(hù)裝置，所以本發(fā)明是相當(dāng)有 用的。
權(quán)利要求
1.一種過(guò)電流保護(hù)裝置，包括半導(dǎo)體元件(T1)，其設(shè)置在負(fù)載(RL)和電源(VB)之間；負(fù)載電路，其控制所述半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通和關(guān)斷以控制所述負(fù)載的驅(qū)動(dòng)和停止；比較單元(CMP1)，當(dāng)所述半導(dǎo)體元件處在導(dǎo)通狀態(tài)下時(shí)，該比較單元將跨過(guò)所述半導(dǎo)體元件的兩個(gè)端子所產(chǎn)生的電壓(Vds)與預(yù)先設(shè)定的確定電壓(VB-V1)相比較；以及半導(dǎo)體元件控制單元，當(dāng)所述比較單元確定了所述電壓(Vds)大于所述確定電壓時(shí)，該半導(dǎo)體元件控制單元將所述半導(dǎo)體元件關(guān)斷以保護(hù)所述負(fù)載電路，其中當(dāng)所述半導(dǎo)體元件(T1)導(dǎo)通時(shí)所引起的半導(dǎo)體元件的溫度增加量是ΔTch，所述半導(dǎo)體元件(T1)的導(dǎo)通電阻值是Ron，而所述半導(dǎo)體元件(T1)的熱阻值是Rth_f；其中當(dāng)電流流入到用于連接在所述負(fù)載和所述半導(dǎo)體元件之間的連接布線(WL)時(shí)，該連接布線的溫度增加量是ΔTw，該連接布線的每單位長(zhǎng)度的電阻值是Rw，而該連接布線的每單位長(zhǎng)度的熱阻值是Rth_w；并且其中基于關(guān)于所述溫度增加量ΔTw的表達(dá)式ΔTW/ΔTch＝Rth_w/Rth_f*Rw/Ron得到ΔTch，該溫度增加量ΔTw不超過(guò)所述連接布線(WL)的容許溫度的上限與工作外圍溫度的上限之間的差，然后基于關(guān)于ΔTch的表達(dá)式ΔTch＝Rth_f*Vds2/Ron得到所述電壓Vds，并且將所得到的電壓Vds設(shè)為所述確定電壓。
2. —種過(guò)電流保護(hù)裝置，包括半導(dǎo)體元件(Tl)，其設(shè)置在負(fù)載(RL)和電源(VB)之間；負(fù)載電路，其控制所述半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通和關(guān)斷以控制所述負(fù)載 的驅(qū)動(dòng)和停止；比較單元(CMP1)，當(dāng)所述半導(dǎo)體元件處在導(dǎo)通狀態(tài)下時(shí)，該比較單元將跨過(guò)所述半導(dǎo)體元件的兩個(gè)端子所產(chǎn)生的電壓(Vds)與預(yù)先 設(shè)定的確定電壓(VB —VI)相比較；以及半導(dǎo)體元件控制單元，當(dāng)所述比較單元確定了所述電壓(Vds)大 于所述確定電壓時(shí)，該半導(dǎo)體元件控制單元將所述半導(dǎo)體元件關(guān)斷以 保護(hù)所述負(fù)載電路，其中當(dāng)所述半導(dǎo)體元件(Tl)導(dǎo)通時(shí)所引起的所述半導(dǎo)體元件的 溫度增加量是ATch，所述半導(dǎo)體元件(Tl)的導(dǎo)通電阻值是Ron，而 所述半導(dǎo)體元件(Tl)的熱阻值是Rth一f;其中從關(guān)于所述半導(dǎo)體元件的溫度增加量ATch的表達(dá)式A Tch=Rth_f* Vds2 /Ron所得到電壓Vds被設(shè)定為第 一 電壓Vds 1 ，該半導(dǎo) 體元件的溫度增加量A Tch對(duì)應(yīng)于所述半導(dǎo)體元件的容許溫度的上限 與工作外圍溫度的上限之間的差；其中當(dāng)電流流入到用于連接在所述負(fù)載和所述半導(dǎo)體元件之間的 連接布線(WL)時(shí)，該連接布線的溫度增加量是ATw，該連接布線的 每單位長(zhǎng)度的電阻值是Rw，而該連接布線的每單位長(zhǎng)度的熱阻值是 Rth—w;其中基于關(guān)于所述溫度增加量ATw的表達(dá)式ATW/A Tch=Rth—w/Rth_f*Rw/Ron而得到△ Tch，該溫度增加量A Tw對(duì)應(yīng)于所 述連接布線的容許溫度的上限與工作外圍溫度的上限之間的差，然后 基于關(guān)于A Tch的表達(dá)式△ Tch =Rth—PVds2 /Ron得到所述電壓Vds， 并且將所得到的電壓Vds設(shè)定為第二電壓Vds2;并且其中將所述第一電壓Vdsl和所述第二電壓Vds2之中較小的電壓 設(shè)為電壓Vlim，將等于或小于所述電壓Vlim且大于在正常電流流動(dòng)的 情況下的電壓Vds的電壓設(shè)為所述確定電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過(guò)簡(jiǎn)單的構(gòu)造就能夠安全地保護(hù)負(fù)載電路免遭過(guò)電流的過(guò)電流保護(hù)裝置。假設(shè)當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的溫度增加量是ΔTch，半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通電阻值是Ron，而半導(dǎo)體開關(guān)的熱阻值是Rth_f；當(dāng)電流流經(jīng)連接布線(WL)時(shí)該連接布線的溫度增加量是ΔTw，連接布線的每單位長(zhǎng)度的電阻值是Rw，而連接布線的每單位長(zhǎng)度的熱阻值是Rth_w；基于關(guān)于溫度增加量ΔTw的表達(dá)式ΔTW/ΔTch＝Rth_w/Rth_f*Rw/Ron得到ΔTch，該溫度增加量ΔTw不超過(guò)連接布線(WL)的容許溫度的上限與工作外圍溫度的上限之間的差。基于關(guān)于ΔTch的表達(dá)式ΔTch＝Rth_f*Vds^2/Ron得到電壓Vds，并且將該得到的電壓Vds設(shè)為確定電壓。
文檔編號(hào)H03K17/08GK101652927SQ20088001159
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者大島俊藏 申請(qǐng)人:矢崎總業(yè)株式會(huì)社