特許ウォッチ

公開番号2025096019
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023212462
出願日2023-12-15
発明の名称半導体スイッチ
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H03K 17/082 20060101AFI20250619BHJP(基本電子回路)
要約【課題】消費電力の増加を抑えつつ、起動時間を短縮できる半導体スイッチを提供する。
【解決手段】パワートランジスタ110は、入力ピンINと出力ピンOUTの間に接続される。電流検出回路120は、パワートランジスタ110に流れる電流I_OUTを示す電流検出信号V_CSを生成する。コントローラ回路130は、制御信号S_CNTに応じて、パワートランジスタ110のオン、オフを切り替える。コントローラ回路130は、パワートランジスタ110がオンの状態において、電流検出信号V_CSが、出力ピンOUTの電圧V_OUTに対して正の相関を有する電流制限レベルV_ILIMを超えないように、パワートランジスタ110のゲート電圧V_Gを調節する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力端子と、
出力端子と、
入力端子と出力端子の間に接続されたパワートランジスタと、
前記パワートランジスタに流れる電流を示す電流検出信号を生成する電流検出回路と、
制御信号に応じて、前記パワートランジスタのオン、オフを切り替えるとともに、前記パワートランジスタがオンの状態において、前記電流検出信号が、前記出力端子に発生する出力電圧に対して正の相関を有する電流制限レベルを超えないように、前記パワートランジスタのゲート電圧を調節するコントローラ回路と、
を備える、半導体スイッチ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記電流制限レベルは、前記出力電圧に対して線形に変化する、請求項１に記載の半導体スイッチ。
【請求項３】
前記電流制限レベルは、前記出力電圧にもとづく電圧検出信号および所定の電圧レベルを有する基準信号のうち低い方である、請求項１または２に記載の半導体スイッチ。
【請求項４】
前記コントローラ回路は、
前記出力電圧を分圧し、電圧検出信号を生成する分圧回路と、
前記制御信号に応じて、ハイレベルまたはローレベルの前記ゲート電圧を前記パワートランジスタのゲートに印加するゲート電圧発生回路と、
前記電流検出信号が、前記電圧検出信号にもとづく前記電流制限レベルを超えないように、前記ハイレベルの前記ゲート電圧を調節する電流制限回路と、
を含む、請求項１または２に記載の半導体スイッチ。
【請求項５】
前記ゲート電圧発生回路は、
前記ハイレベルに対応するハイレベル電圧を生成する電圧源と、
前記ハイレベル電圧に応じた前記ゲート電圧を前記パワートランジスタのゲートに印加するドライバと、
を含み、
前記電流制限回路は、前記電流検出信号が前記電流制限レベルを超えないように、前記電圧源が生成する前記ハイレベル電圧を調節する、請求項４に記載の半導体スイッチ。
【請求項６】
前記パワートランジスタはＮ型であり、
前記電流制限回路は、前記電流検出信号と前記電流制限レベルの誤差に応じた電流を前記電圧源の出力から引き抜くシャントレギュレータである、請求項５に記載の半導体スイッチ。
【請求項７】
前記シャントレギュレータは、
シャントトランジスタと、
前記電圧検出信号と、基準信号と、前記電流検出信号と、を受ける３つの入力ノードと、前記シャントトランジスタのゲートと接続された出力ノードと、を有するオペアンプと、
を含む、請求項６に記載の半導体スイッチ。
【請求項８】
前記オペアンプはオフセットを有する、請求項７に記載の半導体スイッチ。
【請求項９】
前記パワートランジスタはＮ型であり、
前記電圧源はチャージポンプ回路である、請求項５に記載の半導体スイッチ。
【請求項１０】
前記電流検出回路は、
第１端が前記入力端子と接続され、ゲートが前記パワートランジスタのゲートと接続された前記パワートランジスタの同型のレプリカトランジスタと、
前記レプリカトランジスタの第２端の電圧を、前記パワートランジスタの対応する端子の電圧と等しくなるように調節するレギュレータと、
前記レプリカトランジスタの前記第２端と接地の間に接続された電流センス抵抗と、
を含み、前記電流センス抵抗の電圧降下が、前記電流検出信号である、請求項１または２に記載の半導体スイッチ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体スイッチに関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ある経路の電気的導通、遮断を切り替えるために、半導体スイッチが利用される。半導体スイッチは、入力ピンと出力ピンの間に接続されたパワートランジスタと、パワートランジスタのオン、オフを制御するコントローラと、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１０７６５１号公報
【０００４】
［概要］
本発明者は、回路保護のために電流制限機能を有する半導体スイッチを設計するにあたり、以下の課題を認識するに至った。半導体スイッチの入力ピンには、入力電圧Ｖ
ＩＮ
が入力され、出力ピンには負荷が接続される。半導体スイッチがオフの状態では、半導体スイッチの出力ピンには、入力電圧Ｖ
ＩＮ
とは無関係の電圧が発生しており、たとえばゼロである。
【０００５】
半導体スイッチをオンに切り替えると、出力ピンの電圧（出力電圧）Ｖ
ＯＵＴ
が時間とともに上昇し、入力電圧Ｖ
ＩＮ
に近づいていく。半導体スイッチのリミット電流Ｉ
ＬＩＭ
は、半導体スイッチの定格電力を考慮して設計する必要がある。半導体スイッチの消費電力Ｐは、入力ピンと出力ピンの電位差ΔＶ（＝Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）と、半導体スイッチに流れる電流Ｉの積である。
Ｐ＝（Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）×Ｉ
【０００６】
半導体スイッチの消費電力が最大となるのは、半導体スイッチがオンした直後であり、このときの出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
は最小で０Ｖである。したがって、最大消費電力は、
Ｐ
ＭＡＸ
＝Ｖ
ＩＮ
×Ｉ
ＬＩＭ
で表される。したがって、リミット電流Ｉ
ＬＩＭ
を大きくすると、消費電力が増大してしまう。
【０００７】
反対にリミット電流Ｉ
ＬＩＭ
を低くしすぎると、出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
が入力電圧Ｖ
ＩＮ
付近まで上昇するまでの起動時間が長くなってしまう。
【０００８】
本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、消費電力の増加を抑えつつ、起動時間を短縮できる半導体スイッチの提供にある。
【０００９】
本開示のある態様の半導体スイッチは、入力端子と、出力端子と、入力端子と出力端子の間に接続されたパワートランジスタと、パワートランジスタに流れる電流を示す電流検出信号を生成する電流検出回路と、制御信号に応じて、パワートランジスタのオン、オフを切り替えるとともに、パワートランジスタがオンの状態において、電流検出信号が、出力端子に発生する出力電圧に対して正の相関を有する電流制限レベルを超えないように、パワートランジスタのゲート電圧を調節するコントローラ回路と、を備える。
【００１０】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許