(57)【要約】【課題】逆接続された場合でも回路動作上意図しない電流が流れる事を防止し、より安全性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】第一のトランジスタと、ドレインが第一のトランジスタのドレインに接続され、ソース及びバックゲートが第一のトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが第一のトランジスタのソースに接続された第二のトランジスタと、ドレインが第一のトランジスタのソースに接続され、ソース及びバックゲートが第一のトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが第一のトランジスタのドレイン接続された第三のトランジスタと、を備えたスイッチ回路、を有する半導体装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のトランジスタと、
ドレインが前記第一のトランジスタのドレインに接続され、ソース及びバックゲートが前記第一のトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが前記第一のトランジスタのソースに接続された第二のトランジスタと、
ドレインが前記第一のトランジスタのソースに接続され、ソース及びバックゲートが前記第一のトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが前記第一のトランジスタのドレイン接続された第三のトランジスタと、
を備えた事を特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
第一の電圧監視端子と第二の電圧監視端子の間に印加される電圧を検出する制御回路と
前記第一のトランジスタのゲートが前記制御回路の出力端子に接続され、ドレインが前記第一の電圧監視端子に接続され、ソースが前記第二の電圧監視端子に接続される請求項１に記載のスイッチ回路と、を有する電圧制御回路、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
第一の電圧監視端子と第二の電圧監視端子の間に印加される電圧を検出する制御回路と
前記第一のトランジスタのゲートが前記制御回路の出力端子に接続され、ドレインが前記第一の電圧監視端子に抵抗を介して接続され、ソースが前記第二の電圧監視端子に接続される請求項１に記載のスイッチ回路と、を有する電圧検出回路と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
直列に接続された複数の二次電池と、
前記複数の二次電池の充放電経路に設けられた充放電制御スイッチと、
前記複数の二次電池の電圧を監視し、前記充放電制御スイッチを開閉することによって前記二次電池の充放電を制御する充放電制御回路と、
前記複数の二次電池の夫々に並列に接続され、前記複数の二次電池の電圧を制御する請求項２に記載の半導体装置と、
を備えた事を特徴とするバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチ回路及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に従来の電圧制御装置の回路図を示す。従来の電圧制御装置は、電圧検出回路５０３と、電圧検出回路５０３の正電源となる正電源接続端子５０９と、電圧制御回路５０３の負電源となる負電源接続端子５１０と、正電源接続端子５０９と負電源接続端子５１０の間に接続される制御回路５０８と、制御回路５０８の出力がゲートに接続され、ドレインが出力端子５１１に接続され、ソースとバックゲートが負電源接続端子５１０に接続されたＮｃｈトランジスタ５０１と、抵抗５１２で構成されている。
【０００３】
制御回路５０８は基準電圧発生回路５０６と、正電源接続端子５０９と負電源接続端子５１０の間の電圧（これ以降、正電源接続端子と負電源接続端子の間の電圧を電源電圧という。）を分圧する抵抗５０４、５０５と、抵抗５０４，５０５で分圧された電圧を基準電圧発生回路５０６の電圧と比較する比較器５０７で構成されている。Ｎｃｈトランジスタ５０１のドレインとバックゲートの間には寄生ダイオード５０２が存在する。Ｎｃｈトランジスタ５０１をこの電圧検出回路５０３のスイッチ回路とする。
【０００４】
電圧検出回路５０３の正電源接続端子５０９と出力端子５１１とが接続され、そこに抵抗５１２が接続され、抵抗のもう一方の端子を電圧発生器５１３の正電源に接続すると電圧検出回路５０３の電源電圧を一定に制御する電圧制御装置として動作する。
【０００５】
次に動作について説明する。電圧検出回路５０３の電源電圧は電圧発生器５１３の電圧を正電源接続端子５０９に接続された抵抗５１２の抵抗値とＮｃｈトランジスタ５０１のオン抵抗値で分圧した電圧に制御される。電圧検出回路５０３の電源電圧が高い電圧に変動すると、抵抗５０４、５０５で分圧された電圧が基準電圧発生回路５０６の電圧以上になり、制御回路５０８の出力はＮｃｈトランジスタ５０１のゲート電圧を上げる。ゲート電圧が上がることでＮｃｈトランジスタ５０１のオン抵抗値は低くなり出力端子５１１と負電源接続端子５１０間の電圧を下げる。出力端子５１１は正電源接続端子５０９に接続されるので、電圧検出回路５０３の電源電圧も低くなるように制御される。電圧検出回路５０３の電源電圧が低い電圧に変動すると、前述したのとは逆にＮｃｈトランジスタ５０１のオン抵抗値が高くなり、電圧検出回路５０３の電源電圧は高くなるように制御される。前述した動作が繰り返されることにより、電圧制御装置は一定の電圧を出力し続けるように動作する（例えば、特許文献１図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８４８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電圧制御装置では、電圧発生器５１３の正電源端子と負電源端子に電圧検出回路５０３の正電源接続端子５０９と負電源接続端子５１０を逆に接続したとき（以下、逆接続という。正電源端子に正電源接続端子、負電源端子に負電源接続端子を接続した場合は通常接続という。）、正電源接続端子５０９と出力端子５１１は接続されているので、スイッチ回路のＮｃｈトランジスタ５０１の寄生ダイオード５０２が順方向となり、回路動作上意図しない電流が電圧検出回路５０３を通して流れる。このような回路動作上意図しない電流が多く流れることで発熱や発火に至り電圧制御装置の安全性が低下するという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、逆接続された場合でも回路動作上意図しない電流が流れる事を防止し、より安全性の高い電圧制御装置を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の課題を解決するために、本発明のスイッチ回路は以下のような構成とした。
第一のトランジスタと、ドレインが第一のトランジスタのドレインに接続され、ソース及びバックゲートが第一のトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが第一のトランジスタのソースに接続された第二のトランジスタと、ドレインが第一のトランジスタのソースに接続され、ソース及びバックゲートが第一のトランジスタのバックゲートに接続され、ゲートが第一のトランジスタのドレイン接続された第三のトランジスタと、を備えたスイッチ回路。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通常接続と逆接続の接続状態により出力端子に接続されるスイッチ回路のＮｃｈトランジスタのバックゲートの電圧が切り替えられるので接続状態によらず順方向となる寄生ダイオードのアノードとカソードをショートし、オフさせることができる。そして、逆接続された場合でも回路動作上意図しない電流が流れる事を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧検出装置の回路図である。
【図２】本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧制御装置の回路図である。
【図３】本実施形態のスイッチ回路を備えたバッテリ装置の回路図である。
【図４】従来の電圧制御装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１３】
＜実施形態１＞
図１は、本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧検出装置の回路図である。本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧検出装置は、電圧検出回路１０６と、電圧検出回路１０６の正電源接続端子１１２と、負電源接続端子１１３と、出力端子１１４と、制御回路１１１と、Ｎｃｈトランジスタ１０１、１０４、１０５で構成されたスイッチ回路と、プルアップ抵抗３１２で構成される。抵抗１０７、１０８と、基準電圧発生回路１０９と、比較器１１０で制御回路１１１を構成している。
【００１４】
比較器１１０は、非反転入力端子は抵抗１０７と１０８の接続点に接続され、反転入力端子は基準電圧発生回路１０９に接続され、出力端子はＮｃｈトランジスタ１０１のゲートに接続される。抵抗１０８のもう一方の端子は負電源接続端子１１３に接続され、抵抗１０７のもう一方の端子は正電源接続端子１１２に接続される。基準電圧発生回路１０９のもう一方の端子は負電源接続端子１１３に接続される。プルアップ抵抗３１２は出力端子１１４に接続され、もう一方の端子が正電源接続端子１１２と接続される。スイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０１は、ソースが負電源接続端子１１３に接続され、ドレインが正電源接続端子１１２に接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０４は、ゲートはＮｃｈトランジスタ１０１のソースに接続され、ドレインはＮｃｈトランジスタ１０１のドレインに接続され、ソース及びバックゲートはＮｃｈトランジスタ１０１のバックゲートに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０５は、ゲートはＮｃｈトランジスタ１０１のドレインに接続され、ドレインはＮｃｈトランジスタ１０１のソースに接続され、ソース及びバックゲートはＮｃｈトランジスタ１０１のバックゲートに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０１のバックゲートとドレインの間には寄生ダイオード１０２があり、寄生ダイオード１０２のカソードはＮｃｈトランジスタ１０１のドレインに接続され、アノードはＮｃｈトランジスタ１０１のバックゲートに接続される。Ｎｃｈトランジスタ１０１のバックゲートとソースの間には寄生ダイオード１０３があり、寄生ダイオード１０３のカソードはＮｃｈトランジスタ１０１のソースに接続され、アノードはＮｃｈトランジスタ１０１のバックゲートに接続される。
【００１５】
次に、本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧検出装置の動作について説明する。
電圧発生器３１１が電圧を監視する機能を兼ねた正電源接続端子１１２および負電源接続端子１１３に通常接続され、電圧発生器３１１の電圧が電圧検出回路１０６で設定された所定の電圧以下のとき、Ｎｃｈトランジスタ１０１は制御回路１１１によりオフされ、出力端子１１４の電圧はプルアップ抵抗３１２により電圧発生器３１１の正電圧となる。電圧発生器３１１の電圧が電圧検出回路で設定された所定の電圧以上になると、Ｎｃｈトランジスタ１０１が制御回路１１１によりオンされ、出力端子１１４の電圧は電圧発生器３１１の負電圧となる。このように、電圧発生器３１１が所定の電圧になった事を検出することができる電圧検出装置として動作する。
【００１６】
このとき、電圧検出回路１０６のスイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０１の寄生ダイオード１０３が順方向となるが、Ｎｃｈトランジスタ１０５がオンするため、寄生ダイオード１０３はショートされ、回路動作上意図しない電流は流れない。電圧発生器３１１の正電源端子と負電源端子に電圧検出回路１０６の正電源接続端子１１４と負電源接続端子１１３を逆接続したときは、スイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０１の寄生ダイオード１０２が順方向となるが、Ｎｃｈトランジスタ１０４がオンするため寄生ダイオード１０２はショートされ、回路動作上意図しない電流が流れることを防止できる。
【００１７】
よって、接続状態によりスイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０４、１０５がそれぞれオンすることで、順方向となる寄生ダイオードはショートされ、逆接続された場合でも回路動作上意図しない電流が流れる事を防止できる。
【００１８】
なお、本実施形態ではスイッチ回路はＮｃｈトランジスタ１０１、１０４、１０５を用いて説明したが、Ｐｃｈトランジスタを用いて実施してもよく本実施形態に限るものではない。また、制御回路１１１も本実施形態に限るものではない。
【００１９】
以上により、本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧検出装置は、二次電池等の電圧発生器を通常接続や逆接続しても回路動作上意図しない電流が流れる事を防止でき、安全性の高い電圧検出装置を提供することができる。
【００２０】
＜実施形態２＞
図２は、本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧制御装置の回路図である。電圧制御装置はスイッチ回路とＮｃｈトランジスタ１０１のドレインとソース間の電圧を監視し、Ｎｃｈトランジスタ１０１を制御する制御回路１１１で電圧制御回路を備えるが、本実施形態の電圧制御回路は一例として次のような構成とする。本実施形態のスイッチ回路及び電圧制御回路は、電圧検出回路１０６と電圧を監視する機能を兼ねた正電源接続端子１１２と出力端子１１４が接続されることでＮｃｈトランジスタ１０１のドレインとソース間の電圧を監視し、制御する電圧制御回路１１５を構成する。また、抵抗３１３の一つの端子が正電源接続端子１１２と出力端子１１４が接続されたところに接続され、もう一方の端子が電圧発生器３１１の正電源に接続される。上記の構成により電圧制御装置として動作する。
【００２１】
次に、本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧制御装置の動作について説明する。
電圧制御回路１１５の電源電圧は電圧発生器３１１の電圧を抵抗３１２の抵抗値とＮｃｈトランジスタ１０１のオン抵抗値で分圧された電圧に制御される。電圧制御回路１１５の電源電圧が高い電圧に変動すると、抵抗１０７、１０８で分圧された電圧が基準電圧発生回路１０９の電圧以上になり、制御回路１１１の出力はＮｃｈトランジスタ１０１のゲート電圧を上げる。ゲート電圧が上がることでＮｃｈトランジスタ１０１のオン抵抗値は低くなり出力端子１１４と負電源接続端子１１３間の電圧を下げる。出力端子１１４は正電源接続端子１１２に接続されるので、電圧制御回路１１５の電源電圧も低くなるように制御される。電圧制御回路１１５の電源電圧が低い電圧に変動すると、前述したのとは逆にＮｃｈトランジスタ１０１のオン抵抗値は高くなり、電圧制御回路１１５の電源電圧は高くなるように制御される。前述した動作を繰り返すことにより、電圧制御装置は一定の電圧を出力し続けるように動作する。この時、スイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０４はオフ、Ｎｃｈトランジスタ１０５はオンしており順方向となる寄生ダイオード１０３はショートされるので回路動作上意図しない電流は流れない。こうして、通常接続した場合にスイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０５により回路動作上意図しない電流が流れる事を防止することができる。
【００２２】
正電源接続端子１１２と負電源接続端子１１３間に電圧発生器３１１が逆接続されると、スイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０４はオン、Ｎｃｈトランジスタ１０５はオフする。このため、順方向となる寄生ダイオード１０２はショートされるので回路動作上意図しない電流は流れることを防止できる。
【００２３】
よって、接続状態によりスイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０４、１０５がそれぞれオンすることで、順方向となる寄生ダイオードはショートされ、逆接続された場合でも回路動作上意図しない電流が流れる事を防止できる。
【００２４】
なお、本実施形態ではスイッチ回路はＮｃｈトランジスタ１０１、１０４、１０５を用いて説明したが、Ｐｃｈトランジスタを用いて実施してもよく本実施形態に限るものではない。また、制御回路１１１も本実施形態に限るものではない。
【００２５】
以上により、本実施形態のスイッチ回路を備えた電圧制御装置は、通常接続と逆接続しても回路動作上意図しない電流が流れる事を防止でき、安全性の高い電圧制御装置を提供することができる。
【００２６】
＜実施形態３＞
図３は、本実施形態のスイッチ回路を備えたバッテリ装置の回路図である。
直列接続された複数の二次電池２０４＿１〜２０４＿ｎと、直列接続された複数の電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎと、充放電制御回路２０１と、放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ２０３と、充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ２０２とを備えている。電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎはすべて電圧制御回路１１５と同様の構成である。
【００２７】
二次電池２０４＿１と電圧制御回路１１５＿１は並列に接続され、充放電制御回路２０１の入力端子に接続される。通常接続のとき二次電池２０４＿１の正電源端子は電圧制御回路１１５＿１の正電源接続端子１１２に接続され、負電源端子は電圧制御回路１１５＿１の負電源接続端子１１３に接続される。二次電池２０４＿２〜２０４＿ｎと、電圧制御回路１１５＿２〜１１５＿ｎも同様の接続となる。放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ２０３と、充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ２０２は充放電制御回路２０１に接続され、オンとオフを制御される。
【００２８】
次に、本実施形態のスイッチ回路を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
充放電制御回路２０１は、外部端子２０５と外部端子２０６間に接続される充電器等の電圧発生器により充電された二次電池２０４＿１〜２０４＿ｎの電圧が充放電制御回路２０１で設定された所定の電圧以上になることを検知すると、充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ２０２をオフし充電電流を停止させる。また、外部端子２０５と外部端子２０６間に接続された抵抗等の負荷により放電された二次電池２０４＿１〜２０４＿ｎの電圧が充放電制御回路２０１で設定された別の所定の電圧以下になることを検知すると、放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ２０３をオフし放電電流を停止させる。
【００２９】
電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎは、外部端子２０５と外部端子２０６間に接続された充電器等の電圧発生器により充電された二次電池２０４＿１〜２０４＿ｎの電圧が電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎに設定された所定の電圧以上になることを検知するとＮｃｈトランジスタ１０１をオンし、二次電池２０４＿１〜２０４＿ｎへ流れている充電電流を電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎへバイパスする。例えば、二次電池２０４＿１の電圧が電圧制御回路１１５＿１に設定された所定の電圧以上になると、並列に接続された電圧制御回路１１５＿１のＮｃｈトランジスタ１０１がオンする。Ｎｃｈトランジスタ１０１がオンすると充電電流はＮｃｈトランジスタ１０１を流れ二次電池２０４＿１には流れない。Ｎｃｈトランジスタ１０１がオンしてＮｃｈトランジスタ１０１のオン抵抗値が低くなると電圧制御回路１１５＿１の正電源接続端子１１２の電圧が下げられ、電圧制御回路１１５＿１に設定された所定の電圧以下になると、Ｎｃｈトランジスタ１０１がオフする。Ｎｃｈトランジスタ１０１がオフしてＮｃｈトランジスタ１０１のオン抵抗値が高くなると電圧制御回路１１５＿１の正電源接続端子１１２の電圧が上げられ、電圧制御回路１１５＿１に設定された電圧以上になり、Ｎｃｈトランジスタ１０１がオンして再び充電電流がバイパスされる。これらが繰り返されることにより二次電池２０４＿１の電圧は電圧制御回路１１５＿１に設定された所定の電圧に一定に保たれる。二次電池２０４＿１が一定の電圧を保っている間に二次電池２０４＿２〜２０４＿ｎが充電されると、二次電池２０４＿１と同様の動作が起こる。電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎに設定される所定の電圧を同じ電圧に設定することで、直列接続された複数の二次電池２０４＿２〜２０４＿ｎの電圧はすべて一定に保たれ電圧バランスが整えられるので、電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎは直列接続された複数の二次電池において電圧バランスを整えるための電圧制御回路としてバッテリ装置内で動作させることができる。
【００３０】
二次電池２０４＿１〜２０４＿ｎを通常接続したとき電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎはスイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０１の寄生ダイオード１０３が順方向となるが、Ｎｃｈトランジスタ１０５がオンするため回路動作上意図しない電流が流れることを防止できる。二次電池２０４＿１〜２０４＿ｎの正電源端子と負電源端子に電圧制御回路１１５＿１〜１１５＿ｎを逆接続したとき、スイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０１の寄生ダイオード１０２が順方向となるが、Ｎｃｈトランジスタ１０４がオンするため回路動作上意図しない電流が流れることを防止できる。よって、接続状態によりスイッチ回路のＮｃｈトランジスタ１０４、１０５がそれぞれオンすることで、順方向となる寄生ダイオードはショートされ、逆接続された場合でも回路動作上意図しない電流が流れる事を防止できる。
【００３１】
なお、スイッチ回路はＮｃｈトランジスタ１０１、１０４、１０５を用いて説明したが、Ｐｃｈトランジスタを用いて実施してもよく本実施形態に限るものではない。
【００３２】
以上により、本実施形態のスイッチ回路を備えたバッテリ装置は、直列接続された複数の二次電池の電圧バランスを制御することができる。また、二次電池を通常接続や逆接続しても回路動作上意図しない電流が流れる事を防止でき、安全性の高いバッテリ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０２、１０３、５０２  寄生ダイオード
１０６、５０３  電圧検出回路
１０９、５０６  基準電圧発生回路
１１０、５０７  比較器
１１１  制御回路
１１２  正電源接続端子
１１３  負電源接続端子
１１５  電圧制御回路
２０１  充放電制御回路
２０２  充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ
２０３  放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ
２０４  二次電池
３１１、５１３  電圧発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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