JP7185405B2 - switch device - Google Patents

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本発明は、スイッチ装置に関する。 The present invention relates to a switching device.

従来、ローサイドスイッチやハイサイドスイッチなどを駆動するスイッチ装置が種々に開発されている(例えば、特許文献1を参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, various switch devices for driving low-side switches, high-side switches, etc. have been developed (see, for example, Patent Document 1).

ここで、本願発明者は、従来のスイッチ装置について後述するような課題があることを、以下のようなテストを行うことで見出した。 Here, the inventors of the present application have found that the conventional switch device has the problems described later by conducting the following tests.

図1は、本願発明者がテストを行うために用いたローサイドスイッチIC100の構成を示す回路図である。ローサイドスイッチIC100は、従来構造部分に対してテスト用の構成を付加したものである。具体的に、ローサイドスイッチIC100において、従来構造部分は、ローサイドスイッチM1、抵抗R1、出力端子OUT、入力端子IN、およびグランド端子GNDであり、テスト用に追加した構成は、抵抗Rtと、テスト用端子GTである。 FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a low-side switch IC 100 used for testing by the inventors of the present application. The low-side switch IC 100 has a configuration for testing added to the conventional structure. Specifically, in the low-side switch IC 100, the conventional structural parts are the low-side switch M1, the resistor R1, the output terminal OUT, the input terminal IN, and the ground terminal GND, and the components added for testing are the resistor Rt and the terminal GT.

ローサイドスイッチM1は、nチャネルMOSFET(MOS電界効果トランジスタ)で構成される。ローサイドスイッチM1のドレインは、出力端子(ドレイン端子)OUTに接続される。ローサイドスイッチM1のソースは、グランド端子GNDに接続される。ローサイドスイッチM1のゲートは、抵抗R1の一端に接続される。抵抗R1の他端は、入力端子INに接続される。 The low-side switch M1 is composed of an n-channel MOSFET (MOS field effect transistor). The drain of the low-side switch M1 is connected to the output terminal (drain terminal) OUT. A source of the low-side switch M1 is connected to the ground terminal GND. A gate of the low-side switch M1 is connected to one end of the resistor R1. The other end of the resistor R1 is connected to the input terminal IN.

出力端子OUTには、本来は、負荷の低電位側が接続される。入力端子INにLow(0V)が印加されることでローサイドスイッチM1はオフとなり、入力端子INにHighが印加されることでローサイドスイッチM1はオンとなる。すなわち、入力端子INに印加される電圧に応じて出力端子OUTとグランド端子GNDとの間の経路の導通/遮断が切替えられる。 The output terminal OUT is originally connected to the low potential side of the load. The application of Low (0 V) to the input terminal IN turns off the low-side switch M1, and the application of High to the input terminal IN turns on the low-side switch M1. That is, conduction/cutoff of the path between the output terminal OUT and the ground terminal GND is switched according to the voltage applied to the input terminal IN.

また、テスト用の構成として、抵抗Rtの一端は、抵抗R1の一端とローサイドスイッチM1のゲートとの接続ノードに接続される。抵抗Rtの他端は、テスト用端子GTに接続される。 Also, as a configuration for testing, one end of the resistor Rt is connected to a connection node between one end of the resistor R1 and the gate of the low-side switch M1. The other end of the resistor Rt is connected to the test terminal GT.

本願発明者は、テストとして、出力端子OUTにバイポーラアンプ150を介してパルス源200を接続し、入力端子INにグランド(0V)を印加した状態で、出力端子OUTに急峻な電圧立上げを与えたときのローサイドスイッチM1のゲート電圧の挙動をテスト用端子GTに生成されるゲートテスト電圧Vgtにより調査した。出力端子OUTに電圧立上げが生じる状況は、実際のIC使用時では負荷に接続される電源の立ち上げ時に相当する。 As a test, the inventor connected the pulse source 200 to the output terminal OUT through the bipolar amplifier 150, applied the ground (0 V) to the input terminal IN, and applied a steep voltage rise to the output terminal OUT. The behavior of the gate voltage of the low-side switch M1 at this time was investigated using the gate test voltage Vgt generated at the test terminal GT. The situation in which the voltage rises at the output terminal OUT corresponds to the start-up of the power supply connected to the load when the IC is actually used.

まず、図1に示すようなテスト用端子GTとグランドとの間に接続される外部抵抗Rを用いない状態でテストを行った。その結果を図2に示す。 First, a test was conducted without using an external resistor R connected between the test terminal GT and the ground as shown in FIG. The results are shown in FIG.

図2に示すように、出力端子OUTに印加される電圧Voutを0Vから急峻に所定電圧まで立ち上げた場合、ゲートテスト電圧Vgtが0Vより持ち上がった。すなわち、入力端子INにLowが印加されているにも関わらず、ローサイドスイッチM1のゲート電圧が持ち上がることとなり、ローサイドスイッチM1がオンしてしまう。これは、ローサイドスイッチM1に含まれるゲート・ドレイン間の寄生容量C1によるものである。 As shown in FIG. 2, when the voltage Vout applied to the output terminal OUT was rapidly raised from 0V to a predetermined voltage, the gate test voltage Vgt rose from 0V. In other words, the gate voltage of the low-side switch M1 rises even though the low voltage is applied to the input terminal IN, turning on the low-side switch M1. This is due to the gate-drain parasitic capacitance C1 included in the low-side switch M1.

特開2001-345686号公報JP-A-2001-345686

そこで、本願発明者は、図1に示すようにテスト用端子GTとグランドとの間に外部抵抗Rを接続し、テストを行った。その結果を図3に示す。 Therefore, the inventor of the present application connected an external resistor R between the test terminal GT and the ground as shown in FIG. 1 and conducted a test. The results are shown in FIG.

図3に示すように、出力端子OUTに印加される電圧Voutを0Vから急峻に所定電圧まで立ち上げた場合、ゲートテスト電圧Vgtは期間は限定されるが、やはり持ち上がってしまうことが分かった。従って、この場合でもローサイドスイッチM1がオンとなってしまう不具合が生じる。 As shown in FIG. 3, when the voltage Vout applied to the output terminal OUT is abruptly raised from 0 V to a predetermined voltage, the gate test voltage Vgt rises even though the period is limited. Therefore, even in this case, there is a problem that the low-side switch M1 is turned on.

上記状況に鑑み、本発明は、負荷の電源立上げ時にスイッチが誤動作することを抑制することができるスイッチ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a switch device capable of suppressing malfunction of a switch when powering on a load.

本発明のスイッチ装置は、
スイッチと、
前記スイッチのドレインと接続される第1端子と、
前記スイッチのソースと接続される第2端子と、
前記スイッチのゲートと接続される入力端子と、
キャパシタと、
第1トランジスタと、
を有し、
前記キャパシタの一端は、前記第1端子に接続され、
前記第1トランジスタのゲートは、前記キャパシタの他端に接続され、
前記第1トランジスタのドレインは、前記スイッチのゲートに接続され、
前記第1トランジスタのソースは、前記第2端子に接続される構成としている(第1の構成)。
The switch device of the present invention is
a switch;
a first terminal connected to the drain of the switch;
a second terminal connected to the source of the switch;
an input terminal connected to the gate of the switch;
a capacitor;
a first transistor;
has
one end of the capacitor is connected to the first terminal;
a gate of the first transistor is connected to the other end of the capacitor;
the drain of the first transistor is connected to the gate of the switch;
The source of the first transistor is configured to be connected to the second terminal (first configuration).

また、上記第1の構成において、前記キャパシタを寄生容量として含む第2トランジスタをさらに有することとしてもよい(第2の構成)。 Moreover, the first configuration may further include a second transistor including the capacitor as a parasitic capacitance (second configuration).

また、上記第2の構成において、前記スイッチは、トレンチ構造のnチャネルMOSFETで構成され、前記第2トランジスタは、プレーナー構造のnチャネルMOSFETで構成されることとしてもよい(第3の構成)。 In the second configuration, the switch may be configured by an n-channel MOSFET with a trench structure, and the second transistor may be configured by an n-channel MOSFET with a planar structure (third configuration).

また、上記第1から第3のいずれかの構成において、
第3トランジスタをさらに有し、
前記第3トランジスタのゲートは、前記入力端子に接続され、
前記第3トランジスタのドレインは、前記第1トランジスタのゲートに接続され、
前記第3トランジスタのソースは、前記第2端子に接続されることとしてもよい(第4の構成)。
Further, in any one of the first to third configurations,
further comprising a third transistor;
a gate of the third transistor is connected to the input terminal;
the drain of the third transistor is connected to the gate of the first transistor;
The source of the third transistor may be connected to the second terminal (fourth configuration).

また、上記第4の構成において、ツェナーダイオードをさらに有し、
前記ツェナーダイオードのカソードは、前記第3トランジスタのドレインに接続され、
前記ツェナーダイオードのアノードは、前記第3トランジスタのソースに接続されることとしてもよい(第5の構成)。
Further, in the fourth configuration, further having a Zener diode,
the cathode of the Zener diode is connected to the drain of the third transistor;
The anode of the Zener diode may be connected to the source of the third transistor (fifth configuration).

また、上記第1から第5のいずれかの構成において、前記第1トランジスタの耐圧は、前記スイッチの耐圧よりも低いこととしてもよい(第6の構成)。 In any one of the first to fifth configurations, the withstand voltage of the first transistor may be lower than the withstand voltage of the switch (sixth configuration).

また、上記第1の構成において、
前記キャパシタを寄生容量として含む第2トランジスタと、
第3トランジスタと、をさらに有し、
前記第3トランジスタのゲートは、前記入力端子に接続され、
前記第3トランジスタのドレインは、前記第1トランジスタのゲートに接続され、
前記第3トランジスタのソースは、前記第2端子に接続され、
前記第3トランジスタの耐圧は、前記第2トランジスタの耐圧よりも低いこととしてもよい(第7の構成)。
Further, in the above first configuration,
a second transistor including the capacitor as a parasitic capacitance;
a third transistor;
a gate of the third transistor is connected to the input terminal;
the drain of the third transistor is connected to the gate of the first transistor;
the source of the third transistor is connected to the second terminal;
The withstand voltage of the third transistor may be lower than the withstand voltage of the second transistor (seventh configuration).

また、本発明の電子機器は、上記いずれかの構成のスイッチ装置と、前記スイッチ装置の第1端子に接続される負荷と、を有する。 Further, an electronic device of the present invention includes a switch device having any one of the configurations described above, and a load connected to a first terminal of the switch device.

本発明のスイッチ装置によれば、入力端子の信号がLowであり、負荷の電源が立ち上げられた場合、第1端子の電圧が急峻に立ち上がるが、キャパシタにより第1トランジスタのゲートがHighとなり、第1トランジスタのオンによってスイッチのゲートにはLowが印加される。従って、スイッチのゲート・ドレイン間の寄生容量が存在しても、スイッチのゲートはLowに抑えられるので、入力端子の信号がLowであるにも関わらずスイッチが誤ってオンとなることを抑制できる。すなわち、負荷の電源立上げ時にスイッチが誤動作することを抑制することができる。 According to the switch device of the present invention, when the signal at the input terminal is Low and the power source of the load is turned on, the voltage at the first terminal rises sharply, but the gate of the first transistor goes High due to the capacitor. Low is applied to the gate of the switch by turning on the first transistor. Therefore, even if there is a parasitic capacitance between the gate and the drain of the switch, the gate of the switch is suppressed to Low, so it is possible to prevent the switch from being erroneously turned on even though the signal at the input terminal is Low. . In other words, it is possible to prevent the switch from malfunctioning when the power of the load is turned on.

テスト用のローサイドスイッチICの構成を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing the configuration of a low-side switch IC for testing; FIG. テスト用のローサイドスイッチICのテスト結果の一例を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an example of test results of a low-side switch IC for testing; テスト用のローサイドスイッチICのテスト結果の一例を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an example of test results of a low-side switch IC for testing; 本発明の一実施形態に係るローサイドスイッチICの構成例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration example of a low-side switch IC according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るローサイドスイッチICの動作を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing the operation of the low-side switch IC according to one embodiment of the present invention; ローサイドスイッチM1の縦構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vertical structure of the low side switch M1. 寄生容量を利用するために設けられるトランジスタM2の縦構造の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a vertical structure of a transistor M2 provided to utilize parasitic capacitance; トランジスタM3,M4の縦構造の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a vertical structure of transistors M3 and M4; 車両の一構成例を示す外観図である。1 is an external view showing one configuration example of a vehicle; FIG.

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<1.ローサイドスイッチICの構成>
図4は、本発明の一実施形態に係るローサイドスイッチIC1の構成を示す回路図である。ローサイドスイッチIC1は、負荷2の低電位側とグランドとの間を導通/遮断するスイッチ装置である。ローサイドスイッチIC1は、車載や産業機器などに用いることができ、例えば、ローサイドスイッチIC1が車載用である場合は、ローサイドスイッチIC1は車載用IPD(インテリジェントパワーデバイス)の一種となる。
<1. Configuration of low-side switch IC>
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the low-side switch IC1 according to one embodiment of the present invention. The low-side switch IC1 is a switching device that conducts/disconnects between the low potential side of the load 2 and the ground. The low-side switch IC1 can be used for vehicles, industrial equipment, and the like. For example, when the low-side switch IC1 is for vehicles, the low-side switch IC1 is a kind of IPD (intelligent power device) for vehicles.

ローサイドスイッチIC1は、ローサイドスイッチM1、トランジスタM2(第2トランジスタ)、トランジスタM3(第1トランジスタ)、トランジスタM4(第3トランジスタ)、抵抗R1,R2、およびツェナーダイオードD1を備え、これらの各構成要素を集積化して構成される半導体集積回路装置である。また、ローサイドスイッチIC1は、外部との電気的接続を確立するために、出力端子(第1端子)OUT、入力端子IN、およびグランド端子(第2端子)GNDを有する。 The low-side switch IC1 includes a low-side switch M1, a transistor M2 (second transistor), a transistor M3 (first transistor), a transistor M4 (third transistor), resistors R1 and R2, and a Zener diode D1. is a semiconductor integrated circuit device configured by integrating The low-side switch IC1 also has an output terminal (first terminal) OUT, an input terminal IN, and a ground terminal (second terminal) GND in order to establish electrical connection with the outside.

出力端子OUTは、電源電圧Vccを印加される負荷2の低電位側を接続するための端子である。負荷2は、例えば、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータなどを挙げることができる。 The output terminal OUT is a terminal for connecting the low potential side of the load 2 to which the power supply voltage Vcc is applied. The load 2 can be, for example, a bulb lamp, a relay coil, a solenoid, a light emitting diode, or a motor.

入力端子INは、外部入力信号を受け付けるための端子である。外部入力信号は、LowまたはHighの各レベルとして入力端子INに印加される。グランド端子GNDは、グランドを印加するための端子である。 The input terminal IN is a terminal for receiving an external input signal. An external input signal is applied to the input terminal IN as each level of Low or High. The ground terminal GND is a terminal for applying ground.

ローサイドスイッチM1は、nチャネルMOSFETで構成される。ローサイドスイッチM1のドレインは、出力端子(ドレイン端子)OUTに接続される。ローサイドスイッチM1のソースは、グランド端子GNDに接続される。ローサイドスイッチM1のゲートは、抵抗R1の一端に接続される。抵抗R1の他端は、入力端子INに接続される。 The low-side switch M1 is composed of an n-channel MOSFET. The drain of the low-side switch M1 is connected to the output terminal (drain terminal) OUT. A source of the low-side switch M1 is connected to the ground terminal GND. A gate of the low-side switch M1 is connected to one end of the resistor R1. The other end of the resistor R1 is connected to the input terminal IN.

トランジスタM2は、nチャネルMOSFETで構成される。トランジスタM2のドレインは、出力端子OUTに接続される。トランジスタM2のゲートとソースは、短絡される。これにより、トランジスタM2は、常にオフである。なお、トランジスタM2とトランジスタM1とが同じゲート・ソース間電圧を印加されたときに、トランジスタM2に流れる電流はトランジスタM1の例えば1/100である。 The transistor M2 is composed of an n-channel MOSFET. A drain of the transistor M2 is connected to the output terminal OUT. The gate and source of transistor M2 are shorted. Thus, transistor M2 is always off. When the same gate-source voltage is applied to the transistor M2 and the transistor M1, the current flowing through the transistor M2 is, for example, 1/100 of that of the transistor M1.

トランジスタM2は、ゲート・ドレイン間に寄生容量C2(キャパシタの一例)を含む。寄生容量C2の一端は、出力端子OUTに接続される。 The transistor M2 includes a parasitic capacitance C2 (an example of a capacitor) between its gate and drain. One end of the parasitic capacitance C2 is connected to the output terminal OUT.

トランジスタM3は、nチャネルMOSFETで構成される。トランジスタM3のドレインは、ローサイドスイッチM1のゲートと抵抗R1の一端との接続ノードに接続される。トランジスタM3のゲートは、トランジスタM2のゲートおよびソースが短絡される接続ノードおよび寄生容量C2の他端に接続される。トランジスタM3のソースは、グランド端子GNDに接続される。 The transistor M3 is composed of an n-channel MOSFET. A drain of the transistor M3 is connected to a connection node between the gate of the low-side switch M1 and one end of the resistor R1. The gate of transistor M3 is connected to a connection node short-circuiting the gate and source of transistor M2 and the other end of parasitic capacitance C2. A source of the transistor M3 is connected to the ground terminal GND.

トランジスタM4は、nチャネルMOSFETで構成される。トランジスタM4のドレインは、トランジスタM3のゲートに接続される。トランジスタM4のソースは、グランド端子GNDに接続される。トランジスタM4のゲートは、抵抗R2の一端に接続される。抵抗R2の他端は、入力端子INに接続される。なお、トランジスタM3の耐圧は、トランジスタM1の耐圧よりも低く、トランジスタM4の耐圧は、トランジスタM2の耐圧よりも低い。これは、トランジスタM3,M4は、トランジスタM1,M2のゲート・ソース間の耐圧に応じた耐圧であればよいからである。 The transistor M4 is composed of an n-channel MOSFET. The drain of transistor M4 is connected to the gate of transistor M3. A source of the transistor M4 is connected to the ground terminal GND. The gate of transistor M4 is connected to one end of resistor R2. The other end of the resistor R2 is connected to the input terminal IN. The breakdown voltage of the transistor M3 is lower than that of the transistor M1, and the breakdown voltage of the transistor M4 is lower than that of the transistor M2. This is because the transistors M3 and M4 may have a breakdown voltage corresponding to the breakdown voltage between the gate and source of the transistors M1 and M2.

ツェナーダイオードD1のカソードは、トランジスタM4のドレインに接続される。ツェナーダイオードD1のアノードは、トランジスタM4のソースに接続される。ツェナーダイオードD1は、トランジスタM4のドレイン・ソース間の電圧をクランプし、トランジスタM4を保護する。 The cathode of Zener diode D1 is connected to the drain of transistor M4. The anode of Zener diode D1 is connected to the source of transistor M4. Zener diode D1 clamps the drain-source voltage of transistor M4 to protect transistor M4.

<2.ローサイドスイッチICの動作>
このような構成のローサイドスイッチIC1において、入力端子INにLow(0V)が印加された状態で、電源電圧Vccが0Vから急峻に立ち上がった場合、次のような動作となる。なお、このとき、トランジスタM4はオフとなる。
<2. Operation of low-side switch IC>
In the low-side switch IC1 having such a configuration, when the power supply voltage Vcc sharply rises from 0 V while Low (0 V) is applied to the input terminal IN, the operation is as follows. At this time, the transistor M4 is turned off.

出力端子OUTに印加される電圧Voutは、0Vより急峻に立ち上がる。すると、トランジスタM2に含まれるゲート・ドレイン間の寄生容量C2により、トランジスタM3のゲート電圧が立ち上がってHighとなる。これにより、トランジスタM3がオンとなり、ローサイドスイッチM1のゲート電圧VGは、グランドとされる。すなわち、ローサイドスイッチM1にゲート・ドレイン間の寄生容量C1が含まれても、ゲート電圧VGが立ち上がることを回避でき、ローサイドスイッチM1が誤ってオンとなることを抑制できる。上記動作を図5に示す。図5に示すように、電圧Voutが立ち上がっても、ゲート電圧VGは0Vで維持される。 A voltage Vout applied to the output terminal OUT rises sharply from 0V. Then, the gate voltage of the transistor M3 rises and becomes High due to the parasitic capacitance C2 between the gate and the drain included in the transistor M2. As a result, the transistor M3 is turned on, and the gate voltage VG of the low-side switch M1 is grounded. That is, even if the low-side switch M1 includes a parasitic capacitance C1 between the gate and the drain, it is possible to prevent the gate voltage VG from rising, and to prevent the low-side switch M1 from being erroneously turned on. The above operation is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the gate voltage VG is maintained at 0V even when the voltage Vout rises.

また、上述のように電源電圧Vccが立ち上がった後、入力端子INをHighへ切替えると、トランジスタM4のゲート電圧が立ち上がり、トランジスタM4がオンとされる。これにより、トランジスタM3のゲート電圧はLowとなり、トランジスタM3はオフとなる。従って、ローサイドスイッチM1のゲート電圧VGはHighとなり、ローサイドスイッチM1はオンとされる。 When the input terminal IN is switched to High after the power supply voltage Vcc rises as described above, the gate voltage of the transistor M4 rises and the transistor M4 is turned on. As a result, the gate voltage of the transistor M3 becomes Low and the transistor M3 is turned off. Therefore, the gate voltage VG of the low side switch M1 becomes High, and the low side switch M1 is turned on.

ここで、トランジスタM2を設けることでそれに含まれる寄生容量C2を用いるのではなく、トランジスタM2の代わりにキャパシタとして単体の容量を設けてもよい。但し、その場合、当該容量には高耐圧が要求されるので、当該容量を設けるためのスペースが大きくなってしまう。この点で、高耐圧のトランジスタM2を設けることでそれに含まれる寄生容量C2を利用したほうが、配置スペースを縮小して高耐圧の容量を設けることができる。 Here, instead of using the parasitic capacitance C2 included in the transistor M2, a single capacitance may be provided as a capacitor instead of the transistor M2. However, in that case, the capacitor is required to have a high withstand voltage, so the space for providing the capacitor becomes large. In this respect, it is better to use the parasitic capacitance C2 included in the high-voltage transistor M2 to reduce the layout space and provide the high-voltage capacitor.

<3.MOSFETの縦構造>
次に、ローサイドスイッチIC1におけるローサイドスイッチM1およびトランジスタM2の縦構造について説明する。
<3. Vertical structure of MOSFET>
Next, the vertical structure of the low side switch M1 and the transistor M2 in the low side switch IC1 will be described.

図6は、ローサイドスイッチM1(nチャネルMOSFET)の縦構造の一例を示す図である。図6に示すように、シリコン基板上にn-型エピタキシャル層51が形成され、これがドレイン領域を構成する。n-型エピタキシャル層51の表層には、nドリフト層52が形成される。nドリフト層52の表層には、pボディ層53が形成される。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the vertical structure of the low-side switch M1 (n-channel MOSFET). As shown in FIG. 6, an n-type epitaxial layer 51 is formed on the silicon substrate to form the drain region. An n drift layer 52 is formed on the surface layer of the n− type epitaxial layer 51 . A p body layer 53 is formed on the surface layer of the n drift layer 52 .

ローサイドスイッチM1は、トレンチゲート構造で構成された単位が横方向に並べられて構成される。トレンチゲート構造の単位について説明すると、縦方向に延びるゲート電極54は、pボディ層53、nドリフト層52、およびn-型エピタキシャル層51を縦方向に貫通する。ゲート電極54の周囲には、ゲート絶縁膜55が形成される。pボディ層53の表層においてゲート電極54側には、n+型ソース領域56が形成される。pボディ層53の表層において、n+型領域56に対してゲート電極54側と反対側には、p+型領域57が形成される。n+型領域56とp+型領域57の表面側には、ソースメタル58が形成される。ローサイドスイッチM1の横方向両端には、縦方向に延びるポリシリコン部59が形成される。 The low-side switch M1 is configured by horizontally arranging units having a trench gate structure. Describing the unit of the trench gate structure, vertically extending gate electrode 54 vertically penetrates p body layer 53 , n drift layer 52 and n− type epitaxial layer 51 . A gate insulating film 55 is formed around the gate electrode 54 . An n + -type source region 56 is formed on the surface layer of the p body layer 53 on the side of the gate electrode 54 . A p + -type region 57 is formed on the surface layer of the p body layer 53 on the opposite side of the n + -type region 56 from the gate electrode 54 side. A source metal 58 is formed on the surface side of the n + -type region 56 and the p + -type region 57 . Vertically extending polysilicon portions 59 are formed at both lateral ends of the low-side switch M1.

また、図7は、トランジスタM2(nチャネルMOSFET)の縦構造の一例を示す図である。図7に示すトランジスタM2は、プレーナー構造である。図7に示すように、ドレイン領域となるシリコン基板61上にn-型エピタキシャル層62が形成される。n-型エピタキシャル層62に囲まれるように高耐圧pウェル層63が形成される。高耐圧pウェル層63上に低耐圧pウェル層64が形成される。低耐圧pウェル層64に囲まれるようにn+領域65が形成される。n+領域65には、ソースメタル66が接続される。低耐圧pウェル層64の表面には、ゲート67が接続される。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the vertical structure of the transistor M2 (n-channel MOSFET). The transistor M2 shown in FIG. 7 has a planar structure. As shown in FIG. 7, an n-type epitaxial layer 62 is formed on a silicon substrate 61 which will serve as a drain region. A high breakdown voltage p-well layer 63 is formed so as to be surrounded by the n− type epitaxial layer 62 . A low-breakdown-voltage p-well layer 64 is formed on the high-breakdown-voltage p-well layer 63 . An n+ region 65 is formed so as to be surrounded by the low breakdown voltage p-well layer 64 . A source metal 66 is connected to the n+ region 65 . A gate 67 is connected to the surface of the low-breakdown-voltage p-well layer 64 .

このような高耐圧のトランジスタM2を構成することにより、高耐圧のゲート・ドレイン間の寄生容量を構成してキャパシタとして利用することができる。 By constructing such a high withstand voltage transistor M2, a high withstand voltage gate-drain parasitic capacitance can be formed and used as a capacitor.

また、図8は、トランジスタM3,M4(nチャネルMOSFET)の縦構造の一例を示す図である。図8に示すトランジスタM3,M4は、プレーナー構造である。図8に示すように、ドレイン領域となるシリコン基板71上にn-型エピタキシャル層72が形成される。n-型エピタキシャル層72上に高耐圧pウェル層73が形成される。高耐圧pウェル層73上に低耐圧pウェル層74が形成される。低耐圧pウェル層74に囲まれるようにn+領域75が形成される。n+領域75には、ソースメタル76が接続される。低耐圧pウェル層74の表面には、ゲート77が接続される。 Also, FIG. 8 is a diagram showing an example of the vertical structure of the transistors M3 and M4 (n-channel MOSFETs). The transistors M3 and M4 shown in FIG. 8 are planar structures. As shown in FIG. 8, an n-type epitaxial layer 72 is formed on a silicon substrate 71 which will serve as a drain region. A high breakdown voltage p-well layer 73 is formed on the n− type epitaxial layer 72 . A low-breakdown-voltage p-well layer 74 is formed on the high-breakdown-voltage p-well layer 73 . An n+ region 75 is formed so as to be surrounded by the low breakdown voltage p-well layer 74 . A source metal 76 is connected to the n+ region 75 . A gate 77 is connected to the surface of the low-breakdown-voltage p-well layer 74 .

<4.車両への適用>
図9は、車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、バッテリ(本図では不図示)と、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器X11~X18とを搭載している。なお、本図における電子機器X11~X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
<4. Application to vehicles>
FIG. 9 is an external view showing one configuration example of the vehicle. A vehicle X of this configuration example is equipped with a battery (not shown in the drawing) and various electronic devices X11 to X18 that operate with power supplied from the battery. Note that the mounting positions of the electronic devices X11 to X18 in this figure may differ from the actual ones for convenience of illustration.

電子機器X11は、エンジンに関連する制御(インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など)を行うエンジンコントロールユニットである。 The electronic device X11 is an engine control unit that performs engine-related controls (injection control, electronic throttle control, idling control, oxygen sensor heater control, auto-cruise control, etc.).

電子機器X12は、HID[high intensity discharged lamp]やDRL[daytime running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。 The electronic device X12 is a lamp control unit that controls lighting and extinguishing of HID [high intensity discharged lamps] and DRL [daytime running lamps].

電子機器X13は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。 The electronic device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.

電子機器X14は、車両Xの運動に関連する制御(ABS[anti-lock brake system]制御、EPS[electric power steering]制御、電子サスペンション制御など)を行うボディコントロールユニットである。 The electronic device X14 is a body control unit that performs control related to the movement of the vehicle X (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.).

電子機器X15は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。 The electronic device X15 is a security control unit that drives and controls door locks, security alarms, and the like.

電子機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー(ショックアブソーバー)、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Xに組み込まれている電子機器である。 Electronic device X16 includes wipers, electric door mirrors, power windows, dampers (shock absorbers), electric sunroofs, electric seats, and other electronic devices built into vehicle X at the factory shipment stage as standard equipment or manufacturer options. is.

電子機器X17は、車載A/V[audio/visual]機器、カーナビゲーションシステム、及び、ETC[electronic toll collection system]など、ユーザオプション品として任意で車両Xに装着される電子機器である。 The electronic device X17 is an electronic device arbitrarily mounted on the vehicle X as a user option, such as an in-vehicle A/V [audio/visual] device, a car navigation system, and an ETC [electronic toll collection system].

電子機器X18は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。 The electronic device X18 is an electronic device having a high withstand voltage motor, such as an in-vehicle blower, an oil pump, a water pump, and a battery cooling fan.

なお、先に説明したローサイドスイッチIC1、および負荷2は、電子機器X11~X18のいずれにも組み込むことが可能である。 The low-side switch IC1 and the load 2 described above can be incorporated in any of the electronic devices X11 to X18.

また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 In addition to the above-described embodiments, the various technical features disclosed in this specification can be modified in various ways without departing from the gist of the technical creation. That is, the above-described embodiments should be considered as examples and not restrictive in all respects, and the technical scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments. It should be understood that all changes that fall within the meaning and range of equivalence to the claims are included.

例えば、上記実施形態では、ローサイドスイッチを適用対象としたが、これに限らず、本発明をハイサイドスイッチに適用してもよい。この場合、ハイサイドスイッチICにおいては、電源電圧が印加される電源端子と、負荷の高電位側が接続される出力端子とが備えられ、当該電源端子と当該出力端子の間にハイサイドスイッチが接続される。 For example, in the above-described embodiment, the application target is a low-side switch, but the present invention is not limited to this and may be applied to a high-side switch. In this case, the high-side switch IC has a power supply terminal to which the power supply voltage is applied and an output terminal to which the high potential side of the load is connected, and the high-side switch is connected between the power supply terminal and the output terminal. be done.

本発明は、車載用IPDなどに利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for in-vehicle IPDs and the like.

1 ローサイドスイッチIC
2 負荷
M1 ローサイドスイッチ
M2~M4 トランジスタ
C1,C2 寄生容量
D1 ツェナーダイオード
R1,R2 抵抗
OUT 出力端子
IN 入力端子
GND グランド端子
100 ローサイドスイッチIC
150 バイポーラアンプ
200 パルス源
Rt 抵抗
GT テスト用端子
R 外部抵抗
X 車両
X11~X18 電子機器
1 Low side switch IC
2 Load M1 Low-side switch M2-M4 Transistor C1, C2 Parasitic capacitance D1 Zener diode R1, R2 Resistor OUT Output terminal IN Input terminal GND Ground terminal 100 Low-side switch IC
150 Bipolar amplifier 200 Pulse source Rt Resistance GT Test terminal R External resistance X Vehicle X11 to X18 Electronic equipment

Claims (6)

スイッチと、
前記スイッチのドレインと接続される第1端子と、
前記スイッチのソースと接続される第2端子と、
前記スイッチのゲートと接続される入力端子と、
キャパシタと、
第1トランジスタと、
を有し、
前記キャパシタの一端は、前記第1端子に接続され、
前記第1トランジスタのゲートは、前記キャパシタの他端に接続され、
前記第1トランジスタのドレインは、前記スイッチのゲートに接続され、
前記第1トランジスタのソースは、前記第2端子に接続され
第3トランジスタをさらに有し、
前記第3トランジスタのゲートは、前記入力端子に接続され、
前記第3トランジスタのドレインは、前記第1トランジスタのゲートに接続され、
前記第3トランジスタのソースは、前記第2端子に接続され、
ツェナーダイオードをさらに有し、
前記ツェナーダイオードのカソードは、前記第3トランジスタのドレインに接続され、
前記ツェナーダイオードのアノードは、前記第3トランジスタのソースに接続され、
前記ツェナーダイオードは、前記第3トランジスタのドレイン・ソース間の電圧をクランプすることで前記第3トランジスタを保護可能である、スイッチ装置。
a switch;
a first terminal connected to the drain of the switch;
a second terminal connected to the source of the switch;
an input terminal connected to the gate of the switch;
a capacitor;
a first transistor;
has
one end of the capacitor is connected to the first terminal;
a gate of the first transistor is connected to the other end of the capacitor;
the drain of the first transistor is connected to the gate of the switch;
the source of the first transistor is connected to the second terminal ;
further comprising a third transistor;
a gate of the third transistor is connected to the input terminal;
the drain of the third transistor is connected to the gate of the first transistor;
the source of the third transistor is connected to the second terminal;
further comprising a Zener diode;
the cathode of the Zener diode is connected to the drain of the third transistor;
the anode of the Zener diode is connected to the source of the third transistor;
The switch device, wherein the Zener diode can protect the third transistor by clamping the drain-source voltage of the third transistor.
前記キャパシタを寄生容量として含む第2トランジスタをさらに有する、請求項1に記載のスイッチ装置。 2. The switch device according to claim 1, further comprising a second transistor including said capacitor as a parasitic capacitance. 前記スイッチは、トレンチ構造のnチャネルMOSFETで構成され、前記第2トランジスタは、プレーナー構造のnチャネルMOSFETで構成される、請求項2に記載のスイッチ装置。 3. The switch device according to claim 2, wherein said switch comprises an n-channel MOSFET having a trench structure, and said second transistor comprises an n-channel MOSFET having a planar structure. 前記第1トランジスタの耐圧は、前記スイッチの耐圧よりも低い、請求項1から請求項のいずれか1項に記載のスイッチ装置。 4. The switch device according to claim 1, wherein a withstand voltage of said first transistor is lower than a withstand voltage of said switch. 前記キャパシタを寄生容量として含む第2トランジスタをさらに有し、
前記第3トランジスタの耐圧は、前記第2トランジスタの耐圧よりも低い、請求項1に記載のスイッチ装置。
further comprising a second transistor including the capacitor as a parasitic capacitance;
2. The switch device according to claim 1, wherein the withstand voltage of said third transistor is lower than the withstand voltage of said second transistor.
請求項1から請求項のいずれか1項に記載のスイッチ装置と、
前記スイッチ装置の第1端子に接続される負荷と、
を有する、電子機器。
A switch device according to any one of claims 1 to 5 ;
a load connected to the first terminal of the switch device;
An electronic device having
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