(57)【要約】【課題】基準電位の異なるＴＴＬレベルの信号をＣＭＯＳレベルの信号へ正しく変換が行えるレベル変換回路及びバッテリ装置を提供する。【解決手段】第１電源と第３電源の間に設けられＴＴＬレベルの信号を入力し第１電源の電圧または第３電源の電圧に反転して出力する反転回路を備えた入力部と、第１電源と第３電源の間に設けられ入力部の出力信号を反転して出力するインバータ回路と、第１電源と第２電源の間に設けられ入力部の出力信号とインバータ回路の出力信号を入力しインバータ回路の出力信号をＣＭＯＳレベルの信号に反転して出力するレベル変換部と、を備え、入力部の反転回路は直列に接続したＰＭＯＳトランジスタと電流リミット回路とＮＭＯＳトランジスタを備えた。【選択図】図１
2011188144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電源の電圧と第２電源の電圧の電圧振幅のＣＭＯＳレベルの信号に、前記第１電源及び第２電源の電圧とは異なる第３電源の電圧を基準電位とするＴＴＬレベルの信号を変換して出力するレベル変換回路であって、
前記第１電源と前記第３電源の間に設けられ、前記ＴＴＬレベルの信号を入力し、前記第１電源の電圧または前記第３電源の電圧に反転して出力する反転回路を備えた入力部と、
前記第１電源と前記第３電源の間に設けられ、前記入力部の出力信号を反転して出力するインバータ回路と、
前記第１電源と前記第２電源の間に設けられ、前記入力部の出力信号と前記インバータ回路の出力信号を入力し、前記インバータ回路の出力信号を前記ＣＭＯＳレベルの信号に反転して出力するレベル変換部と、を備え、
前記入力部の反転回路は、直列に接続したＰＭＯＳトランジスタと電流リミット回路とＮＭＯＳトランジスタを備えたことを特徴とするレベル変換回路。
【請求項２】
前記電流リミット回路は、デプレッション型ＭＯＳトランジスタと抵抗を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレベル変換回路。
【請求項３】
前記入力部に、デプレッション型ＭＯＳトランジスタと並列に加速用のＭＯＳトランジスタを設けたことを特徴とする請求項２に記載のレベル変換回路。
【請求項４】
充放電可能なバッテリと、
前記バッテリの正極と接続された第１電源端子と、
前記バッテリの負極と第２電源端子の間に接続されたスイッチ回路と、
前記バッテリの電圧を監視し、前記スイッチ回路を制御するバッテリ保護ＩＣと、
前記第１電源端子及び第２電源端子と前記バッテリの負極とから電源を供給され、外部制御端子の制御信号を入力し、前記制御信号をレベル変換して前記バッテリ保護ＩＣに出力する、請求項１から３のいずれかに記載のレベル変換回路を備えたインターフェイスＩＣと、
を備えたこと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、入力されたＴＴＬレベルの信号をＣＭＯＳレベルの信号に変換するレベル変換回路、及びそのレベル変換回路を備えたバッテリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体装置は、マイコン等と接続し、マイコンからの信号によって制御されることが一般的である。それぞれの動作電圧は、半導体装置はＣＭＯＳレベルであり、マイコンはＴＴＬレベルである。従って、半導体装置はＴＴＬレベルの信号をＣＭＯＳレベルに変換する変換回路を必要とする。
【０００３】
一般的にＴＴＬレベルの信号は、２．４Ｖ以上がＨｉレベル、０．８Ｖ以下がＬｏレベルと定められており、通常はＨｉレベルとして３Ｖが、Ｌｏレベルとして０Ｖが用いられる。それに対して、ＣＭＯＳレベルは、Ｈｉレベルとして５Ｖが、Ｌｏレベルとして０Ｖが用いられる。
【０００４】
従来のレベル変換回路を図２に示し、その動作を説明する。ここで、電源ＶＤＤは５Ｖ、電源ＶＳＳは０Ｖとする。
【０００５】
先ず、入力端子ＩＮに０Ｖの信号が入力された場合、ＰＭＯＳトランジスタ１２はＯＮし、ＮＭＯＳトランジスタ１３はＯＦＦする。信号Ｓ２はＨｉレベルになり、ＶＯＵＴはＬｏレベルになる。ＶＯＵＴがＬｏレベルになると、ＰＭＯＳトランジスタ１１がＯＮし、ＮＭＯＳトランジスタ１４がＯＦＦするので、信号Ｓ１はＣＭＯＳレベルの電源ＶＤＤの電圧５Ｖとなる。
【０００６】
次に、入力端子ＩＮに３Ｖ（ＴＴＬレベルのＨｉレベル）の信号が入力されると、ＮＭＯＳトランジスタ１３がＯＮする。信号Ｓ２はＬｏレベルとなり、ＶＯＵＴはＨｉレベルになる。ＶＯＵＴはＨｉレベルになると、ＰＭＯＳトランジスタ１１がＯＦＦし、ＮＭＯＳトランジスタ１４がＯＮするので、信号Ｓ１は電源ＶＤＤの電圧５Ｖから電圧発生部１０の電圧３．３Ｖに近づいていく。この時、ＰＭＯＳトランジスタ１２は、ゲートに３Ｖの電圧が入力されており、基板の電圧は５Ｖから３．３Ｖへと近づいている。ＰＭＯＳトランジスタ１２は、ゲートの電圧と基板の電圧の差が閾値を下回るとＯＦＦになる。従って、信号Ｓ１の電圧は入力信号の電圧３ＶにＰＭＯＳトランジスタの閾値を加えた値、例えば３．８Ｖ程度になる。
【０００７】
上述したようにレベル変換回路を構成することで、静止時電流の発生が少ないレベル変換回路が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−６５１４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のレベル変換回路を備えた半導体装置を、バッテリ装置（例えばＬｉイオン電池パック）で使用した場合について考える。
図３は、マイコンで制御されるＬｉイオン電池パックを備えた電子装置のブロック図である。
【００１０】
電子装置１は、Ｌｉイオン電池パック２とマイコン４とレギュレータ５を備えている。Ｌｉイオン電池パック２は、バッテリ保護ＩＣ７とスイッチ回路８とレベル変換回路を有するインターフェイスＩＣ９を備えている。ここで、Ｌｉイオン電池６の電圧は１４Ｖ、マイコン４の動作電圧はＴＴＬレベルの３Ｖとする。そして、電子装置１は電圧ＥＢ−を基準として動作し、Ｌｉイオン電池パック２は電圧ＥＢ＋を基準として動作する。
【００１１】
今、電子装置１のＥＢ端子に充電器３が接続されている。充電器３の電圧は２０Ｖである。スイッチ回路８がオフしていると、バッテリ保護ＩＣ７とインターフェイスＩＣ９は電圧ＥＢ＋を基準に電圧１４Ｖが印加され、マイコン４は電圧ＥＢ−を基準にレギュレータ５から３Ｖが印加されている。
【００１２】
ここで、マイコン４が電圧ＥＢ−を基準にしてＴＴＬレベルの信号を出力する。電圧ＥＢ＋を基準に動作するインターフェイスＩＣ９から見ると、マイコン４が出力するＬｏレベルの電圧が−６Ｖで、Ｈｉレベルの電圧が−３Ｖになる。
【００１３】
従って、図３の電子装置１のインターフェイスＩＣ９に図２に示す従来のレベル変換回路を用いた場合、インターフェイスＩＣ９はマイコン４の出力するＨｉレベルの信号を検出することが出来ない、という課題があった。
【００１４】
本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、図３のような構成の電子装置においても、ＴＴＬレベルの信号をＣＭＯＳレベルの信号へ正しく変換が行えるレベル変換回路及びバッテリ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のレベル変換回路は以下のような構成とする。
第１電源の電圧と第２電源の電圧の電圧振幅のＣＭＯＳレベルの信号に、第１電源及び第２電源の電圧とは異なる第３電源の電圧を基準電位とするＴＴＬレベルの信号を変換するレベル変換回路であって、第１電源と第３電源の間に設けられＴＴＬレベルの信号を入力し第１電源の電圧または第３電源の電圧に反転して出力する反転回路を備えた入力部と、第１電源と第３電源の間に設けられ入力部の出力信号を反転して出力するインバータ回路と、第１電源と第２電源の間に設けられ入力部の出力信号とインバータ回路の出力信号を入力しインバータ回路の出力信号をＣＭＯＳレベルの信号に反転して出力するレベル変換部と、を備え、入力部の反転回路は直列に接続したＰＭＯＳトランジスタと電流リミット回路とＮＭＯＳトランジスタを備えたことを特徴とするレベル変換回路。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように構成した本発明のレベル変換回路は、図３に示すような電子装置において、マイコンからのＴＴＬレベルの信号をＣＭＯＳレベルの信号へ正しくの変換することができるので、様々なＬｉイオン電池パックのアプリケーションに対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のレベル変換回路の回路図である。
【図２】従来例のレベル変換回路の回路図である。
【図３】マイコンで制御されるＬｉイオン電池パックを備えた電子装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のレベル変換回路を、図面を参照して説明する。図１は、本発明のレベル変換回路の回路図である。
【００１９】
本発明のレベル変換回路は、入力部２０とインバータ回路３０とレベル変換部４０とバッファ用インバータ５０で構成され、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴと第１電源端子ＶＤＤ、第２電源端子ＶＳＳ及び第３電源端子ＥＢを備える。
【００２０】
入力部２０は、ＰＭＯＳトランジスタ２１とＮＭＯＳトランジスタ２３からなるインバータ回路と、電流リミット用のデプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２と抵抗Ｒ１及びＲ２をそれらの間に直列に設けた。インバータ回路３０は、ＰＭＯＳトランジスタ３１とＮＭＯＳトランジスタ３２からなるインバータ回路を備える。レベル変換部４０は、ＰＭＯＳトランジスタ４１及び４２とＮＭＯＳトランジスタ４３及び４４を備える。
【００２１】
入力部２０は、ＰＭＯＳトランジスタ２１とＮＭＯＳトランジスタ２３のゲートを入力とし、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点を出力（ノードＮ１）とする。ＰＭＯＳトランジスタ２１とＮＭＯＳトランジスタ２３のゲートは入力端子ＩＮが接続される。ＰＭＯＳトランジスタ２１のソースは第１電源端子ＶＤＤが接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２３のソースは第３電源端子ＥＢが接続される。
【００２２】
インバータ回路３０は、ノードＮ１がＰＭＯＳトランジスタ３１とＮＭＯＳトランジスタ３２のゲートに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ３１とＮＭＯＳトランジスタ３２のドレインを出力（ノードＮ２）とする。ＰＭＯＳトランジスタ３１のソースは第１電源端子ＶＤＤが接続される。ＮＭＯＳトランジスタ３２のソースは電源端子ＥＢが接続される。
【００２３】
レベル変換部４０は、ＰＭＯＳトランジスタ４１のゲートにノードＮ１が接続され、ＰＭＯＳトランジスタ４２のゲートにノードＮ２が接続される。ＮＭＯＳトランジスタ４３は、ドレインにＰＭＯＳトランジスタ４１のドレインが接続され、ゲートにＰＭＯＳトランジスタ４２のドレインが接続される。ＮＭＯＳトランジスタ４４は、ドレインにＰＭＯＳトランジスタ４２のドレインが接続され、ゲートにＰＭＯＳトランジスタ４１のドレインが接続される。ＰＭＯＳトランジスタ４２のドレインとＮＭＯＳトランジスタ４４のドレインを出力（ノードＮ４）とする。ＰＭＯＳトランジスタ４１及び４２のソースは第１電源端子ＶＤＤが接続される。ＮＭＯＳトランジスタ４３及び４４のソースは第２電源端子ＶＳＳが接続される。
【００２４】
バッファ用インバータ５０は、入力にノードＮ４を接続し、出力にレベル変換回路の出力ＯＵＴを接続する。
【００２５】
上述のように構成した本実施形態のレベル変換回路の動作を、Ｌｉイオン電池パックのアプリケーションを例に説明する。
【００２６】
図３は、マイコンで制御されるＬｉイオン電池パックを備えた電子装置のブロック図である。図示はしないが、インターフェイスＩＣは電源端子ＥＢ−とも接続されている。
【００２７】
電子装置１のＥＢ端子に電圧２０Ｖの充電器３が接続されている。スイッチ回路８がオフしていると、バッテリ保護ＩＣ７とインターフェイスＩＣ９は電圧ＥＢ＋を基準に電圧１４Ｖが印加され、マイコン４は電圧ＥＢ−を基準にレギュレータ５から３Ｖが印加されている。  マイコン４は、電源端子ＥＢ−を基準とした３ＶのＴＴＬレベルの信号を出力する。
【００２８】
Ｌｉイオン電池パックは、電源端子ＥＢ＋をＬｉイオン電池６の正極端子ＶＤＤと接続しているので、電源端子ＥＢ＋の電圧が１４Ｖ、電源端子ＥＢ＋の電圧から１４Ｖ低い電圧が０Ｖである。マイコン４の出力電圧は、Ｈｉレベルが電源端子ＥＢ−を基準として３Ｖ、Ｌｏレベルが電源端子ＥＢ−を基準として０Ｖである。従って、マイコン４が出力する電圧は、Ｌｉイオン電池パックからすると、Ｈｉレベルが−３Ｖ、Ｌｏレベルが−６Ｖである。
【００２９】
先ず、マイコン４がＨｉレベルの信号を出力したときの動作を説明する。
レベル変換回路の入力端子ＩＮに−３Ｖの電圧が入力される。ＮＭＯＳトランジスタ２３は、ソースの電圧が−６Ｖ、ゲートの電圧が−３ＶなのでＯＮする。ＰＭＯＳトランジスタ２１もゲートソース間電圧Ｖｇｓが十分にあるのでＯＮする。ＮＭＯＳトランジスタ２３がＯＮするとノードＮ１の電圧が下がり、デプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２はソース電圧よりゲート電圧が低くなる。そして、デプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２のゲートソース間電圧Ｖｇｓが閾値を下回ると、デプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２はＯＦＦする。ＰＭＯＳトランジスタ２１からの電流が供給されなくなるので、ノードＮ１の電圧は第３電源端子ＥＢの電圧−６Ｖに引き下げられる。
【００３０】
ノードＮ１の電圧が入力信号となるインバータ回路３０は、ＮＭＯＳトランジスタ３２がＯＦＦ、ＰＭＯＳトランジスタ３１がＯＮするため、インバータ回路３０の出力（ノードＮ２）電圧は第１電源端子ＶＤＤの電圧１４Ｖになる。
【００３１】
レベル変換部４０では、ノードＮ１がＬｏレベルになるのでＰＭＯＳトランジスタ４１はＯＮし、ノードＮ２がＨｉレベルになるのでＰＭＯＳトランジスタ４２はＯＦＦする。ＰＭＯＳトランジスタ４１がＯＮするので、ノードＮ３は第１電源端子ＶＤＤの電圧１４Ｖに引き上げられる。ノードＮ３の電圧をゲートで受けるＮＭＯＳトランジスタ４４はＯＮし、ノードＮ４は第２電源端子ＶＳＳの電圧０Ｖまで引き下げられる。ノードＮ４の電圧をゲートで受けるＮＭＯＳトランジスタ４３はＯＦＦする。ノードＮ４を入力とするバッファ用インバータ５０は、出力端子ＯＵＴにＨｉレベルである第１電源端子の電圧１４Ｖを出力する。
【００３２】
次に、マイコン４がＬｏレベルの信号を出力したときの動作を説明する。
レベル変換回路の入力端子ＩＮに−６Ｖの電圧が入力される。ＮＭＯＳトランジスタ２３は、ソースの電圧が−６Ｖ、ゲートの電圧が−６ＶなのでＯＦＦする。ＰＭＯＳトランジスタ２１はゲートソース間電圧Ｖｇｓが十分にあるのでＯＮする。ノードＮ１の電圧は、電流リミット用のデプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２を介して充電され、徐々に第１電源端子の電圧１４Ｖに近づく。そして、ノードＮ１の電圧が、インバータ回路３０の反転電圧を上回ると、ＮＭＯＳトランジスタ３２がＯＮし、ＰＭＯＳトランジスタ３１がＯＦＦする。インバータ回路３０の出力（ノードＮ２）の電圧は、Ｌｏレベルの電圧−６Ｖが出力される。レベル変換部４０では、ノードＮ１がＨｉレベルになるのでＰＭＯＳトランジスタ４１はＯＦＦし、ノードＮ２がＬｏレベルになるのでＰＭＯＳトランジスタ４２はＯＮする。ＰＭＯＳトランジスタ４２がＯＮするので、ノードＮ４は第１電源端子ＶＤＤの電圧１４Ｖに引き上げられる。ノードＮ４をゲートで受けるＮＭＯＳトランジスタ４３はＯＮし、ノードＮ３は第２電源端子の電圧０Ｖまで引き下げられる。ノードＮ３をゲートで受けるＮＭＯＳトランジスタ４４はＯＦＦする。ノードＮ４を入力とするバッファ用インバータ５０は、出力端子ＯＵＴにＬｏレベルである第２電源端子の電圧０Ｖを出力する。
【００３３】
以上説明したように、本発明のレベル変換回路によれば、図３に示すような電子装置において、マイコンからのＴＴＬレベルの信号をＣＭＯＳレベルの信号へ正しくの変換することができるので、様々なＬｉイオン電池パックのアプリケーションに対応することが可能である。
【００３４】
なお、レベル変換回路の入力端子ＩＮがＨｉレベルからＬｏレベルになったとき、ノードＮ１が第１電源端子ＶＤＤの電圧１４Ｖに引き上げられるが、電流リミット用のデプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２によって、電圧の上昇は遅くなる。そこで、ノードＮ１の電圧を引き上げる加速用トランジスタを設けてもよい。図１のレベル変換回路は、例えば加速用トランジスタとして、ＰＭＯＳトランジスタ２４を備えている。ＰＭＯＳトランジスタ２４は、ソースを第１電源端子ＶＤＤに接続し、ゲートをノードＮ３に接続し、ドレインをデプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２のソースと接続する。但し、ＰＭＯＳトランジスタ２４は、ＮＭＯＳトランジスタ２３と同時にＯＮすることを考慮して、ＮＭＯＳトランジスタ２３よりもサイズを小さくする必要がある。
【００３５】
また、電流リミット用の回路を、デプレッション型ＮＭＯＳトランジスタ２２と抵抗Ｒ１及びＲ２で構成した例を示したが、これに限定されるものではなく、例えばデプレッション型ＰＭＯＳトランジスタを用いても良い。その場合は、加速用トランジスタとして、ＮＭＯＳトランジスタを第３電源端子の間に設ける。
【００３６】
また、マイコン４は電源端子ＥＢ−を基準とした３ＶのＴＴＬレベルの信号を出力し、バッテリ保護ＩＣ７及びインターフェイスＩＣ９は電源端子ＥＢ＋基準として１４Ｖの電圧が印加されている、としてレベル変換回路の構成を説明したが、逆の電圧関係であっても同様の技術でレベル変換回路を構成することが出来る。
【符号の説明】
【００３７】
１  電子装置
２  Ｌｉイオン電池パック
３  充電器
４  マイコン
５  レギュレータ
６  Ｌｉイオン電池
７  バッテリ保護ＩＣ
８  スイッチ回路
９  インターフェイスＩＣ
２０  入力部
３０  インバータ回路
４０  レベル変換部
５０  出力インバータ回路
【図１】
2011188144.tif 000003
【図２】
2011188144.tif 000004
【図３】
2011188144.tif 000005