CN103036266B - 过充电防止电路和半导体装置 - Google Patents

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Abstract

提供过充电防止电路和半导体装置。该过充电防止电路将过充电状态中的发电单元的电压值钳位在一定的电压，且元件数量较少，不会额外消耗电力。作为解决手段，设置钳位晶体管，在检测到过充电时，经由钳位晶体管和过充电防止开关使电流放电，由此将发电单元的电压大致钳位于蓄电单元的电压，其中，钳位晶体管的栅极与逆流防止二极管的阴极连接，源极与逆流防止二极管的阳极连接，漏极与过充电防止开关连接。

Description

过充电防止电路和半导体装置
技术领域
本发明涉及使用发电单元的发电电力对蓄电单元进行充电、并使用发电电力或蓄电电力对驱动电路进行驱动的半导体装置，更具体地讲，本发明涉及防止蓄电单元的过充电的过充电防止电路。
背景技术
图3是示出具备以往的过充电防止电路的半导体装置的电路图。该半导体装置具备：作为发电单元的太阳能电池31、作为蓄电单元的二次电池32、作为逆流防止电路的二极管33、过充电检测电路34、作为过充电防止开关的NMOS晶体管35。
太阳能电池31的负极端子与低电位侧电源VSS连接，太阳能电池31的正极端子与发电电源VSOL接統。二次电池32的负极端子与低电位侧电源VSS连接，二次电池32的正极端子与蓄电电源VBAT连接。二极管33的阳极端子与发电电源VSOL连接，阴极端子与蓄电电源VBAT连接。过充电检测电路34在蓄电电源VBAT的电压与低电位侧电源VSS之间驱动，在蓄电电源VBAT为预定电压VLIM以上时，输出节点VDET输出高（VBAT）电平，在低于预定电压VLIM时，输出节点VDET输出低（VSS）电平。NMOS晶体管35的漏极端子与发电电源VSOL连接，源极端子以及背栅端子与低电位侧电源VSS连接，栅极端子与过充电检测电路34的输出端子连接。
接下来，对具备以往的过充电防止电路的半导体装置的动作进行说明。图4是示出具备以往的过充电防止电路的半导体装置的动作说明图。设二极管33的正向电压为VF。
t0～t1的期间表示太阳能电池31未发电或者太阳能电池31的发电量较少的时间，VSOL＜VBAT＋VF的关系成立。此时，二极管33逆向偏置，不会从蓄电电源VBAT向发电电源VSOL流过逆向电流（非充电状态）。
t1～t2的期间表示太阳能电池31的发电量较多，发电电源VSOL的电压充分上升的时间，VSOL＞VBAT＋VF的关系成立。此时，二极管33正向偏置，进行从发电电源VSOL对蓄电电源VBAT的充电（充电状态）。
t2以后的期间表示蓄电电源VBAT超过预定电压VLIM的时间，过充电检测电路34的输出VDET成为高电平(VBAT)，NMOS晶体管35导通(过充电状态)。此时，太阳能电池31的发电电流经由NMOS晶体管35向VSS放电，蓄电电源VBAT的电压几乎与VSS相等。
在该状态下，无论太阳能电池31有无发电，由于VBAT≈VSS，所以存在无法检测太阳能电池的发电而无法进行明暗判定的问题。
作为鉴于该问题点而完成的发明，公知有日本特开2002-10518，图5示出其概略图。
图5所示的具备以往的过充电防止电路的半导体装置具有：作为发电单元的太阳能电池51、作为蓄电单元的二次电池52、作为逆流防止电路的二极管53、过充电检测电路54、作为过充电防止开关的NMOS晶体管55、基准电压产生电路56、比较电路57。太阳能电池51的负极端子与低电位侧电源VSS连续，太阳能电池51的正极端子与发电电源VSOL连接。二次电池52的负极端子与低电位侧电源VSS连接，二次电池52的正极端子与蓄电电源VBAT连接。
二极管53的阳极端子与发电电源VSOL连接，阴极端子与蓄电电源VBAT连接。过充电检测电路54在蓄电电源VBAT的电压和低电位侧电源VSS之间驱动，在蓄电电源VBAT为预定电压VLIM以上时，输出节点VDET输出高电平(VBAT)，在低于预定电压VLIM时，输出节点VDET输出低(VSS)电平。NMOS晶体管55的漏极端子与发电电源VSOL连接，源极端子以及背栅端子与低电位侧电源VSS连接，栅极端子与比较电路的输出节点VGN连接。基准电压产生电路56在蓄电电源VBAT的电压和低电位侧电源VSS之间驱动，输出恒压VREF。比较电路57在蓄电电源VBAT的电压和低电位侧电源VSS之间驱动。比较电路57的同相输入端子与发电电源VSOL连接，反相输入端子与基准电压产生电路56的输出节点VREF连接，比较电路57的输出节点VGN在VSOL＞VREF时输出高电平(VBAT)，在VSOL＜VREF时输出低电平(VSS)。比较电路57的使能端子（enable）与过充电检测电路54的输出VDET连接，比较电路57在VDET为高电平时处于动作状态，在VDET为低电平时处于非动作状态。
接着，对图5所示的具备以往的过充电防止电路的半导体装置的动作进行说明。
图6是具备以往的过充电防止电路的半导体装置的动作说明图。二极管53的正向电压为VF。
t0～t1期间的非充电状态以及t1～t2期间的充电状态中的动作与图4相同。
t2以后的期间表示蓄电电源VBAT超过预定电压VLIM的时间，过充电检测电路54的输出VDET成为高电平(VBAT)，比较电路57处于动作状态(过充电状态)。通过比较电路57和NMOS晶体管55的负反馈动作，发电电源VSOL的电压变得与电压VREF相等。
此时，太阳能电池51根据发电量，能够输出从电压VSS到电压VREF的电压，能够容易地进行明暗判定。
专利文献1：日本特开2002－10518号公报
但是，在图5所示的具备过充电防止电路的半导体装置中，相对于图3所示的具备过充电防止电路的半导体装置，为了增加钳位功能，另外需要基准电压产生电路56和比较电路57，所以存在构成电路的元件数量增多而芯片面积增大的问题。
此外，基准电压产生电路56和比较电路57在蓄电电源VBAT的电压和低电位侧电源VSS之间驱动，存在好不容易充电的蓄电电源VBAT的电力被基准电压产生电路56和比较电路57消耗的问题。
发明内容
本发明是鉴于这些问题点而完成的，其提供一种具备过充电防止电路的半导体装置，该过充电防止电路将过充电状态中的发电单元的电压值钳位在一定的电压，且元件数量较少，不会额外消耗电力。
为了解决以往的课题，本发明的具备过充电防止电路的半导体装置采用以下结构。
本发明提供过充电防止电路和具备该过充电防止电路的半导体装置，该过充电防止电路的特征在于具备：过充电检测电路，其与蓄电单元的正极端子以及负极端子连接，检测蓄电单元的电压；过充电防止晶体管，其栅极端子与过充电检测电路的输出端子连接，源极端子以及背栅端子与接地端子连接；钳位晶体管，其栅极端子与蓄电单元的正极端子连接，漏极端子与过充电防止晶体管的漏极端子连接，源极端子以及背栅端子与发电单元的正极端子连接；。
根据本发明的过充电防止电路，能够提供一种元件数较量少、不消耗额外电力的具有钳位功能的过充电防止电路、以及具备该过充电防止电路的半导体装置。
附图说明
图1是示出具备本实施方式的过充电防止电路的半导体装置的图。
图2是示出具备本实施方式的过充电防止电路的半导体装置的动作的图。
图3是示出具备以往的过充电防止电路的半导体装置的图。
图4是示出具备以往的过充电防止电路的半导体装置的动作的图。
图5是示出具备以往的过充电防止电路的半导体装置的另一例的图。
图6是示出具备以往的另一例的过充电防止电路的半导体装置的动作的图。
标号说明
11、31、51太阳能电池；12、32、52二次电池；13、33、53二极管；14、34、54过充电检测电路；15、35、55NMOS晶体管；16PMOS晶体管；56基准电压产生电路；57比较电路。
具体实施方式
图1是示出具备本实施方式的过充电防止电路的半导体装置示的电路图。
具备本实施方式的过充电防止电路的半导体装置具有：作为发电单元的太阳能电池11、作为蓄电单元的二次电池12、作为逆流防止电路的二极管13、过充电检测电路14、作为过充电防止开关的NMOS晶体管15、作为钳位晶体管的PMOS晶体管16。
太阳能电池11的负极端子与低电位侧电源VSS连接，正极端子与发电电源VSOL连接。二次电池12的负极端子与低电位侧电源VSS连接，正极端子与蓄电电源VBAT连接。二极管13的阳极端子与发电电源VSOL连接，阴极端子与蓄电电源VBAT连接。过充电检测电路14的输入端子与蓄电电源VBAT以及低电位侧电源VSS连接，输出端子与NMOS晶体管15的栅极端子连接。NMOS晶体管15的源极端子以及背栅端子与低电位侧电源VSS连接，栅极端子与过充电检测电路14的输出端子连接。PMOS晶体管16的栅极端子与蓄电电源VBAT以及二极管13的阴极端子连接，源极端子以及背栅端子与发电电源VSOL以及二极管13的阳极端子连接，漏极端子与NMOS晶体管15的漏极端子连接。
过充电检测电路14在蓄电电源VBAT的电压与低电位侧电源VSS之间驱动，输出节点VDET在蓄电电源VBAT为预定电压VLIM以上时输出高电平（VBAT），在低于预定电压VLIM时输出低电平（VSS）。
接着，对具备本实施方式的过充电防止电路的半导体装置的动作进行说明。图2是示出具备本实施方式的过充电防止电路的半导体装置的动作说明图。二极管13的正向电压为VF。
t0～t1的期间表示太阳能电池11未发电，或者太阳能电池11的发电量较少的时候，VSOL＜VBAT＋VF的关系成立。此时，二极管13反向偏置，不会从蓄电电源VBAT向发电电源VSOL流过逆向电流（非充电状态）。
t1～t2的期间表示太阳能电池11的发电量较多、发电电源VSOL的电压充分上升的时间，VSOL＞VBAT＋VF的关系成立。此时，二极管13正向偏置，进行从发电电源VSOL对蓄电电源VBAT的充电（充电状态）。
t2以后的期间表示蓄电电源VBAT超过预定电压VLIM的时间，过充电检测电路14的输出VDET成为高电平（VBAT），NMOS晶体管15导通（过充电状态）。此时，太阳能电池11的发电电流经由PMOS晶体管16和NMOS晶体管15向VSS放电。
但是，由于PMOS晶体管16的栅极端子被施加了电压VBAT，所以在PMOS晶体管16的栅极和源极之间的电压差为VGSP时，PMOS晶体管16的源极端子即发电电源VSOL的电压被钳位在由VCLA＝VBAT＋VGSP表示的电压。
此时，太阳能电池11根据发电量，能够输出从电压VSS到电压VCLA的电压，能够容易地进行明暗判定。此处，VGSP需要设定为满足VGSP＜VF的关系。
如上所述，根据本实施方式的过充电防止电路，由于仅增加一个钳位晶体管，所以可将芯片面积的増大限制在最小限度，能够实现不增加额外消耗电流的、过充电状态中的发电电压的钳位。
另外，在本实施方式的过充电防止电路中，通过使作为钳位晶体管的PMOS晶体管16的阈值电压低于通常的晶体管，能够在过充电状态下更可靠地满足VGSP＜VF的关系。因此，能够提供具备更安全的过充电防止电路的半导体装置。
此外，在具备本实施方式的过充电防止电路的半导体装置中，使用作为发电单元的太阳能电池、作为蓄电单元的二次电池、作为逆流防止电路的二极管进行了说明，但是并不限于此。
此外，将接地电压作为最低的电压VSS进行了说明，但是将接地电压作为最高的电压（例如VDD）、发电电源VSOL和蓄电电源VBAT输出负电压的情况也属于本发明的范围。

Claims (2)

1.一种过充电防止电路，其是半导体装置中的防止蓄电单元的过充电的过充电防止电路，该半导体装置将由发电单元进行充电的所述蓄电单元作为电源，该过充电防止电路的特征在于，
该过充电防止电路具备：
过充电检测电路，其与所述蓄电单元的正极端子以及负极端子连接，检测所述蓄电单元的电压；
过充电防止晶体管，其栅极端子与所述过充电检测电路的输出端子连接，源极端子以及背栅端子与接地端子连接；以及
钳位晶体管，其栅极端子与所述蓄电单元的正极端子连接，漏极端子与所述过充电防止晶体管的漏极端子连接，源极端子以及背栅端子与所述发电单元的正极端子连接，
所述钳位晶体管的栅极与源极之间的电压差小于作为逆流防止电路的二极管的正向电压，该二极管的阳极端子与所述发电单元连接，阴极端子与所述蓄电单元连接。
2.一种半导体装置，其具备：
发电单元；
蓄电单元；
权利要求1所述的逆流防止电路，其防止从所述蓄电单元向所述发电单元的逆流；以及
权利要求1所述的过充电防止电路。
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