[發(fā)明專利]電源控制用半導(dǎo)體裝置和輸出電壓可變電源裝置以及設(shè)計(jì)方法

在審

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• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111969849A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牧慎一朗;高野陽一;橫山勝浩
• 申請（專利權(quán)）人: 三美電機(jī)株式會社
• 主分類號: H02M3/157
• 分類號: H02M3/157
• 代理公司: 北京銀龍知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11243
• 代理人: 范勝杰;曹鑫

本發(fā)明提供一種電源控制用半導(dǎo)體裝置和輸出電壓可變電源裝置以及設(shè)計(jì)方法。電壓控制用半導(dǎo)體裝置具備：輸出與對輸出電壓進(jìn)行分壓后的電壓和基準(zhǔn)電壓之間的電位差對應(yīng)的電壓的第1誤差放大器(11)、通過根據(jù)外部端子的電壓使輸入到第1誤差放大器的輸出電壓偏移來變更輸出電壓的控制電路，與輸出端子連接并構(gòu)成對輸出電壓進(jìn)行分壓的分壓電路的串聯(lián)形態(tài)的第1電阻和第2電阻形成于公共的第1島區(qū)域，輸出電壓作為島懸浮電位施加于第1島區(qū)域，與由以外部端子的電壓作為輸入的第2誤差放大器(13)驅(qū)動的晶體管串聯(lián)連接的第3電阻和第4電阻形成于公共的第2島區(qū)域，上述晶體管和第3電阻的連接節(jié)點(diǎn)的電壓作為島懸浮電位施加于第2島區(qū)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能夠通過控制信號使輸出電壓線性變化的串聯(lián)調(diào)節(jié)器方式的電源控制用半導(dǎo)體裝置和電源裝置以及電源控制用半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

作為通過控制設(shè)置在直流電壓輸入端子與輸出端子之間的晶體管來輸出所希望的電位的直流電壓的電源裝置，存在串聯(lián)調(diào)節(jié)器(以下省略為調(diào)節(jié)器)。作為所涉及的調(diào)節(jié)器的用途，例如存在用于向安裝在汽車的車體上的送風(fēng)裝置(風(fēng)扇)、照明裝置、音頻裝置等車載電子設(shè)備供給直流電源的恒壓電源裝置(車載用調(diào)節(jié)器)。

在送風(fēng)裝置(風(fēng)扇)、照明裝置這樣的電子設(shè)備中，有時候希望附加通過使驅(qū)動使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)、照明裝置的燈的電壓線性變化從而能夠使送風(fēng)量、照明的亮度連續(xù)變化的功能，因此針對調(diào)節(jié)器要求具有使輸出電壓線性變化的功能。

以往，作為涉及能夠使輸出電壓變化的調(diào)節(jié)器的發(fā)明，例如存在專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2所記載的發(fā)明。

然而，在專利文獻(xiàn)1所記載的調(diào)節(jié)器中，通過對將輸出電壓分壓來生成反饋信號的分壓電路的分壓比進(jìn)行切換，能夠階段性地切換輸出電壓，但存在不能使輸出電壓線性變化的問題。此外，雖然也可以考慮通過增加構(gòu)成分壓電路的串聯(lián)電阻以及開關(guān)晶體管的數(shù)量來近似地進(jìn)行線性變化，但如果這樣，則產(chǎn)生元件數(shù)量增加而安裝面積變大，難以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化這樣的問題。

另外，在專利文獻(xiàn)2所記載的可變輸出電壓調(diào)節(jié)器中，雖然能夠使輸出電壓線性變化，但由于通過調(diào)節(jié)器IC的外置元件構(gòu)成輸出電壓值的調(diào)整電路，因此部件數(shù)量多，安裝面積變大從而妨礙了裝置的小型化，并且消耗功率增大。另外，存在因所使用的調(diào)整用電阻元件的電阻值的偏差而使得輸出電壓偏離，輸出電壓的精度變差的問題。

因此，本申請人做出了關(guān)于不會導(dǎo)致元件數(shù)量、部件數(shù)量增加而能夠使輸出電壓線性變化的電源控制用半導(dǎo)體裝置以及輸出電壓可變電源裝置的發(fā)明，并進(jìn)行了在先申請(日本特愿2018-247303)。圖6示出了該在先申請的發(fā)明所涉及的電源控制用半導(dǎo)體裝置的一個實(shí)施方式的電路圖。此外，在圖6中用點(diǎn)劃線10圍起來的范圍是形成在半導(dǎo)體基板上的電路。

可是，在半導(dǎo)體集成電路(IC)中，一般使用形成在用絕緣體包圍四周而形成的島區(qū)域內(nèi)的由預(yù)定的雜質(zhì)濃度的擴(kuò)散層構(gòu)成的擴(kuò)散電阻來作為構(gòu)成電路的電阻元件。而且，在形成了這種擴(kuò)散電阻的IC中，為了防止不希望的電流流過寄生元件(PN結(jié))，進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：例如當(dāng)島區(qū)域是N型區(qū)域并且擴(kuò)散電阻是P型區(qū)域時，對島區(qū)域施加比對P型擴(kuò)散電阻施加的電壓高的電源電壓那樣的電位(島懸浮電位)，使得擴(kuò)散電阻與島區(qū)域之間的PN結(jié)始終處于反偏壓的狀態(tài)。

在圖6所示的電源控制用IC中，當(dāng)構(gòu)成對輸出電壓進(jìn)行分壓的電路的電阻R1、R2、供輸出控制信號Vadj輸入的誤差放大器13的輸出側(cè)的電阻R4以P型擴(kuò)散電阻形成時，由于這些擴(kuò)散電阻的島區(qū)域以N型區(qū)域形成，因此一般的設(shè)計(jì)方法是施加輸出電壓Vout來作為電阻R1、R2的島懸浮電位。另一方面，由于電阻R4的島區(qū)域遠(yuǎn)離輸出端子(輸出焊盤)，因此可以考慮選擇電阻R4的島區(qū)域附近電位較高的晶體管Q2的發(fā)射極電位(當(dāng)Q2為MOSFET時為源極電位)作為島懸浮電位來施加。

然而，已知形成在半導(dǎo)體基板上的擴(kuò)散電阻具有如下的偏壓依賴性：一旦島懸浮電位發(fā)生變動，則在作為電阻的擴(kuò)散層和島區(qū)域的半導(dǎo)體區(qū)域之間產(chǎn)生的耗盡層的厚度會發(fā)生變化，與此相應(yīng)地，電阻值會發(fā)生變化。