JP2001111403A - 双方向性スイッチ用の制御システムおよび制御方法 - Google Patents

双方向性スイッチ用の制御システムおよび制御方法

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JP2001111403A
JP2001111403A JP2000250132A JP2000250132A JP2001111403A JP 2001111403 A JP2001111403 A JP 2001111403A JP 2000250132 A JP2000250132 A JP 2000250132A JP 2000250132 A JP2000250132 A JP 2000250132A JP 2001111403 A JP2001111403 A JP 2001111403A
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transistor
gate
transistors
mosfet power
bidirectional switch
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Marcel Bruelhart
ブリュハールト マルセル
Stephane Trillat
トゥリラート ステファネ
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EM Microelectronic Marin SA
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    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流監視回路、 特に蓄電池の充電や放電を制
御する電流監視回路の双方向性スイッチ用の制御システ
ムおよび制御方法に関し、双方向性スイッチの直列抵抗
を小さくすると共に伝導遅延時間を最小にすることを目
的とする。 【解決手段】 ソース−ソース間またはドレイン−ドレ
イン間で逆直列に取り付けられる一対のMOSFETパワート
ランジスタ210 、220 により構成される双方向性スイッ
チ20を制御する場合、MOSFETパワートランジスタの伝導
状態を制御可能にする制御手段50を備え、双方向性スイ
ッチの電流を確実に遮断するためにMOSFETパワートラン
ジスタの一方をオフ状態に設定することが可能であり、
さらに、双方向性スイッチがオン状態に切り替えられる
ときに、オン状態のMOSFETパワートランジスタのゲート
211 、221 を、オフ状態のMOSFETパワートランジスタの
ゲート221 、211 に少なくとも一時的に結合させる結合
手段SWCPL を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流監視回路、 特
に蓄電池の充電および放電を制御するのに適した電流監
視回路における双方向性スイッチ用の制御システムに関
するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、互い
に逆直列に接続される一対のMOSFETパワートランジス
タ、すなわち、ソース−ソース間またはドレイン−ドレ
イン間で接続される一対のMOSFETパワートランジスタに
より構成される双方向性スイッチに使用されるような制
御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電流の双方向の流れを制御可能にする回
路は、様々な用途で使用される。この種の回路は、特
に、蓄電池（リチウム、リチウム−イオン電池など）の
充電および放電を制御するために使用され、各種のポー
タブル装置( 電話、ラップトップ・コンピュータ、計時
器など) の電源を保証する。
【０００３】このようなタイプの蓄電池は、負荷または
充電器が蓄電器に接続されるときまたは蓄電池端子の短
絡の際に生じる可能性のある不適切な動作条件（蓄電池
の過充電または充電不足、過度に大きい充電電流または
放電電流、高すぎる動作温度など）に対して保護する必
要があることが知られている。このような蓄電池の保護
は、蓄電池の性能に悪影響を与えないようにするために
必要である。
【０００４】したがって、この種の電流監視回路は、代
表的に、電池の充電または放電の継続を中断するため、
または一般的に電池の性能に悪影響を及ぼす可能性のあ
る電池内の電流の流れを遮断するために、電池の電流経
路に直列に配置されかつ不適切な動作条件を示す信号に
反応する電流遮断手段を有する。この電流遮断手段は、
一般に、MOSFETパワートランジスタにより作られるスイ
ッチによって構成される。さらに、この電流遮断手段
は、電池の充電レベルまたは放電レベルや、この電池を
流れる電流の値または電池の温度を監視する回路によっ
て制御されるスイッチによって構成される。
【０００５】多くの用途において、この電流遮断手段
は、逆直列に接続される一対のMOSFETパワートランジス
タ、すなわち、ソース−ソース間または代替的にドレイ
ン−ドレイン間で接続される一対のMOSFETパワートラン
ジスタを含むスイッチによって構成される。図１の
（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、２つのトランジスタを
有する上記タイプの双方向性スイッチの３つの例（解）
を示している。図１の（ａ）は、ソース−ソース間で接
続される一対のN-MOSFETトランジスタ（ＮチャネルＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタの略）を示し、図１の（ｂ）
はドレイン−ドレイン間で接続される一対のN-MOSFETト
ランジスタを示し、図１の（ｃ）は、ソース−ソース間
で接続される一対のP-MOSFETトランジスタ（Ｐチャネル
ＭＯＳ型電界効果トランジスタの略）を示している。こ
こには示されていないが、第４の解は、当然のことなが
ら、一対のP-MOSFETトランジスタをドレイン−ドレイン
間で接続するものである。このタイプのスイッチは、電
流を阻止するだけでなく電流が双方向に流れるようにす
るので、一般に「 双方向性スイッチ（bidirectional sw
itch）」 と呼ばれる。
【０００６】通常の動作において、２つのトランジスタ
はオン（“ON”）状態であり、電流はスイッチを通って
端子Ｘと端子Ｙとの間を双方向に流れることが可能であ
る。不適切な動作条件が検出されると、２つのトランジ
スタの一方が電池の中の電流の流れを阻止するためにオ
フ（“OFF ”）状態に設定される。ただし、電流は、そ
れでも、各々のMOSFETパワートランジスタのドレインと
ソースとの間に構成される寄生ダイオードすなわち「 本
体ダイオード（body diode）」 を通して反対方向に流れ
ることが可能である。この寄生ダイオードは、パワート
ランジスタの基体部（「本体（body）」）およびソース
が同じ電位で一緒に接続されるために生じる。
【０００７】したがって、各トランジスタは、一方向へ
の電流を阻止しながら、電流が寄生ダイオードを通して
反対方向に流れるようにする。このように、蓄電池にお
いて充電および放電監視回路を使用すると、２つのトラ
ンジスタのうちの一方は、電池の充電電流が遮断される
ように機能し、他方のトランジスタは、この充電電流と
反対方向の放電電流が遮断されるように機能する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような双方向性ス
イッチが選択され作製される際の決定要因は２つある。
１つ目は、双方向性スイッチの直列抵抗（または電気伝
導抵抗）ＲDS＿ONの値をできる限り制限したいというこ
とである。２つ目は、双方向性スイッチを伝導状態にさ
せるために必要な時間( 以後、これを伝導遅延時間（co
nduction delay time ）と呼ぶ) をできる限り小さくし
たいということである。
【０００９】これらの２つの決定要因（目的）は、事実
上密接に関連しており、かつ、相反するものである。実
際に、双方向性スイッチの直列抵抗ＲDS＿ONを小さくす
るためには、比較的高いゲート電圧、一般的にはトラン
ジスタのゲートとソースとの間で１０ボルト（Ｖ）から
１５ボルト（Ｖ）のオーダーのゲート電圧でもってトラ
ンジスタを制御する必要がある。それゆえに、パワート
ランジスタは、必然的に、ゲート酸化物を通して上記ゲ
ート電圧に耐えなければならず、この結果、ゲート酸化
物は比較的大きな厚みを持ち、かつ、大きなゲート・キ
ャパシタンスを持つ。このようにゲート・キャパシタン
スが高いため、トランジスタの伝導遅延時間が比較的長
くなる。
【００１０】双方向性スイッチの伝導遅延時間を最大限
に短くした場合、監視回路が検出する条件の変化に素早
く反応することができる。ほとんど全ての用途におい
て、監視回路はパルスにより動作するので、検出された
条件に対しほぼ瞬時に反応しなければならない。このた
め、条件の変化への素早い反応がなによりも重要であ
る。
【００１１】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、特に上記の２つの相反する決定要因に応えるこ
とが可能な２つのトランジスタを有する双方向性スイッ
チ用の制御システムおよび制御方法を提供することを目
的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、ソース−ソース間またはドレイン−ド
レイン間で互いに逆直列に取り付けられる一対のMOSFET
パワートランジスタにより構成される双方向性スイッチ
を制御するための制御システムにおいて、上記制御シス
テムは、一対のMOSFETパワートランジスタの伝導状態を
制御可能にする制御手段を備えており、この制御手段
は、上記双方向性スイッチを流れる電流を確実に遮断す
るために上記一対のMOSFETパワートランジスタの一方ま
たは他方をオフ状態に設定することが可能であり、上記
制御システムは、さらに、上記双方向性スイッチがオン
状態に切り替えられるときに、オン状態になっている上
記MOSFETパワートランジスタのゲートを、オフ状態の上
記MOSFETパワートランジスタのゲートに少なくとも一時
的に結合させる結合手段を備えるような、２つのトラン
ジスタを有する双方向性スイッチ用の制御システムを提
供する。
【００１３】また一方で、本発明は、ソース−ソース間
またはドレイン−ドレイン間で互いに逆直列に取り付け
られる一対のMOSFETパワートランジスタにより構成さ
れ、かつ、制御手段により制御される双方向性スイッチ
を制御するための制御方法であって、上記双方向性スイ
ッチを流れる電流を確実に遮断するために、上記一対の
MOSFETパワートランジスタの一方または他方がオフ状態
に設定され、上記双方向性スイッチがオン状態に切り替
えられるときに、オン状態になっている上記MOSFETパワ
ートランジスタのゲートが、オフ状態の上記MOSFETパワ
ートランジスタのゲートに少なくとも一時的に結合され
るような、２つのトランジスタを有する双方向性スイッ
チ用の制御方法を提供する。
【００１４】本発明によれば、双方向性スイッチが、互
いに逆直列に接続される２つのパワートランジスタによ
り構成され、かつ、電池を流れる電流を遮断したいとき
には上記パワートランジスタの一方のみがオフ状態に設
定され、他方のトランジスタはそのままオン状態にある
という事実が利用される。オフ状態のパワートランジス
タを再び伝導状態にするときに２つのパワートランジス
タのゲート同士を少なくとも一時的に結合させることに
よって、オン状態のままであったトランジスタの電荷が
他方のトランジスタと共有されるので、トランジスタの
伝導遅延時間を大幅に減少させることができる。したが
って、スイッチの直列抵抗を小さくするために高いゲー
ト電圧を使用するにもかかわらず、双方向性スイッチの
動的特徴、すなわち、主にその伝導遅延時間を改善する
ことが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の特徴および利点を
より明確にするために、添付図面（図２〜図５）を参照
しながら本発明の実施例を説明する。図２を参照する
と、蓄電池１用の保護回路10が示されている。蓄電池１
および保護回路10は２つの端子ａおよびｂを有するアセ
ンブリを構成し、これらの２つの端子の間に負荷（char
ge）２または充電器（charger ）３を接続することがで
きる。
【００１６】保護回路（さらに一般的には電流監視回路
と呼ぶことができる）10は、アセンブリの端子ａとｂと
の間に蓄電池と直列に配置される双方向性スイッチ20か
らなる電流遮断手段および電流測定手段30（もし可能で
あれば）を有する。したがって、アセンブリの端子ａと
ｂとの間に負荷２が接続されると、放電電流Ｉ
DISCHGが、電池の正の端子から負荷２および双方向性ス
イッチ20を通って電池の負の端子まで流れる。アセンブ
リの端子ａとｂとの間に充電器３が接続されると、充電
電流ＩCHG が放電電流ＩDISCHGと反対の方向に流れる。
【００１７】測定手段30は、測定手段を流れる電流を表
す電位降下を与える測定抵抗器の形をとることができる
ことに特に言及しておく。ただし、双方向性スイッチ20
は測定手段を構成することもできる。この場合、双方向
性スイッチ20の端子を横切る電圧が、電池１を流れる充
電電流ＩCHG または放電電流ＩDISCHGの値を求めるため
に使用される。
【００１８】さらに、電流監視回路10は、電池１に結合
され、かつ、必要であれば測定手段30にも結合される検
出・制御手段40を有する。検出・制御手段40は、電池１
および測定手段30から、電池１の充電レベルおよび電池
１を流れる電流の値をそれぞれ表す検出信号100 および
300 を受け取る。検出信号100 および300 に応じて、検
出・制御手段40は、一つまたはそれ以上の制御信号400
を双方向性スイッチ20に送る。検出・制御手段40の構成
方法についてはここでは詳しく説明しない。ここでは、
上記の検出・制御手段は、一般に、一方で電池の端子を
横切る電圧を様々な基準電圧レベルと比較し、これに応
じて論理状態起動信号を提供できるようにする検出・比
較手段を有しており、かつ、他方で上記起動信号に応答
して双方向性スイッチ20のために実際の制御システムを
構成する制御手段を有していることを述べるだけで充分
である。
【００１９】以下の説明では、基本的に、双方向性スイ
ッチ20用の上記制御システムについて述べる。ここで、
図３を参照して本発明に係る制御システムの動作原理に
ついて説明する。この図は、本発明に係る２つのトラン
ジスタを有する双方向性スイッチ用の制御システムの動
作図を示している。
【００２０】この図に示される双方向性スイッチは、こ
の例では、ソース−ソース間で接続される一対のN-MOSF
ETパワートランジスタ210 および220 で構成される。各
パワートランジスタ210 および220 は、トランジスタの
ドレインとソースとの間にチャネルに並列に構成される
寄生ダイオード（「本体ダイオード」）215 、225 を有
する。パワートランジスタ210 および220 のドレイン
は、必要な場合には遮断しなければならない電流の経路
に双方向性スイッチが配置されるように、前に説明した
とおりに接続される。
【００２１】ここで非制限的例として使われる応用例に
おいては、双方向性スイッチ20は電池の電流経路（この
図には示されていない) に直列に配置されるので、第１
の電流すなわち充電電流ＩCHG は、図において矢印の方
向で示されるとおりに双方向性スイッチ20を流れること
が可能であり、第１の電流と反対方向の第２の電流すな
わち放電電流ＩDISCHGは、他の矢印の方向で示されると
おりに双方向性スイッチ20を流れることが可能である。
【００２２】パワートランジスタ210 および220 のゲー
ト211 および221 は、それぞれ、パワートランジスタ21
0 および220 のゲート211 および221 に第１のゲート電
圧ＶGATE ＿CHG および第２のゲート電圧V GATE＿
DISCHGをそれぞれ与える制御手段50に接続される。この
ゲート電圧Ｖ GATE ＿CHG およびV GATE＿DISCHGのうち
の一方が、パワートランジスタ210 および220 のソース
によって構成されるノード( この場合にはアース) での
電圧と実質的に同じである場合、該当するパワートラン
ジスタは非伝導状態にされる。すなわち、このパワート
ランジスタはオフ状態に設定される。このトランジスタ
を再びオン状態にするためには、ゲート電圧を、パワー
トランジスタのゲートとソースとの間の電圧がトランジ
スタのスレッショールド電圧( 一般に０．７ボルトから
２．５ボルト) より大きくなるようなレベルにする。
【００２３】本明細書の序論の部分で既に述べたよう
に、各パワートランジスタ210 および220 の直列抵抗(
または電気伝導抵抗) の値ＲDS＿ONの値を下げるために
は、ゲート電圧Ｖ GATE ＿CHG およびV GATE＿
DISCHGを、各トランジスタのゲート−ソース間電圧がス
レッショールド電圧よりも充分に大きくなるようなレベ
ル( 一般にスレッショールド電圧より５ボルトから１５
ボルト高い）にすることが望ましい。このためには、制
御手段50は、それぞれ、MOSFETパワートランジスタ210
および220 のゲート211 および221 に接続される２つの
チャージ・ポンプ510 および520 を有することが望まし
い。チャージ・ポンプは技術上周知であり、入力電圧よ
り高い出力電圧を生成する。一般に、このチャージ・ポ
ンプは、入力電圧を倍増または３倍増にすることができ
る。このタイプの装置は、倍電圧装置または３倍電圧装
置という名前でも知られている。ここで使われる応用例
においては、チャージ・ポンプは、一般に、蓄電池の電
圧として定義される入力電圧Ｖddを３倍増にするのに適
するものとして説明される。
【００２４】図３に示されるとおり、必要な場合には該
当のパワートランジスタをオフ状態に設定するために、
それぞれ第１および第２の分岐部（branch）500aおよび
500bに配置される２つのブロッキング・スイッチ（bloc
king switch ）SWCHG およびSWDISCHGは、各ゲート211
および221 を順次アースに接続できるようにする。ただ
し、該当のトランジスタをオフ状態にしなければならな
いときに、付加的にまたは二者択一にチャージ・ポンプ
510 および520 を非活性化することが充分可能であるこ
とを述べておく。ブロッキング・スイッチSWCHG および
SWDISCHGを直接、チャージ・ポンプ510 および520 に組
み込むことも可能である。
【００２５】本発明の基本的特徴に従い、制御手段50
は、さらに、MOSFETパワートランジスタ210 および220
のゲート211 および221 の間で接続される結合手段を有
する。この結合手段は、図３に示されるとおり、パワー
トランジスタのゲート211 および221 を接続するのに適
した結合スイッチSWCPL の形で簡単に作製することがで
きる。
【００２６】本発明によれば、この結合スイッチSWCPL
は、電流の流れを遮断するために以前にオフ状態に設定
されたパワートランジスタ210 および220 の一方を再び
オン状態に設定し直す必要がある場合、これらのトラン
ジスタのゲート211 および221 を少なくとも一時的に結
合するように構成される。オフ状態のトランジスタを再
び伝導状態にするためにMOSFETパワートランジスタ210
および220 のゲート211 および221 を少なくとも一時的
に結合することにより、オン状態のままであったトラン
ジスタのゲートにある電荷が他のオフ状態であったトラ
ンジスタと共有されるので、このオフ状態であったトラ
ンジスタの伝導遅延時間を大幅に短縮することができ、
これによって、双方向性スイッチ20の伝導遅延時間また
はオン状態への切り替え時間を短縮することができる。
本発明によれば、電池を流れる電流を遮断したい場合、
MOSFETパワートランジスタ210 および220 の一方のみが
オフ状態に設定され、他方のトランジスタは常にオン状
態のままであるという事実が利用される。
【００２７】この事実を利用するために、２つのパワー
トランジスタのゲート同士は、オフ状態であったパワー
トランジスタを再び伝導状態にするために充分な時間、
少なくとも一時的に接続されなければならない。ただ
し、MOSFETパワートランジスタ210 および220 のゲート
は、両方のトランジスタをオン状態に維持することが望
ましい場合には恒久的に結合することが充分に可能であ
ることが分かるであろう。当然のことながら、上記の結
合手段は、必ず双方向性スイッチ20のパワートランジス
タ210 または220 の一方を非伝導状態にする必要がある
とき、トランジスタのゲートの結合状態を解除するのに
適したものでなければならない。
【００２８】この原則に従って、結合手段を構成する結
合スイッチSWCPL は、それぞれスイッチSWCHG およびSW
DISCHGを制御する起動信号の論理の組み合わせからなる
制御信号によって制御できることが分かるであろう。し
たがって、スイッチSWCHG およびSWDISCHGを制御するた
めに起動信号CONTCHG およびCONTDISCHGを使用すると仮
定した場合、パワートランジスタをオン状態に設定しな
ければならないときに、起動信号が「 ハイ（high：
“Ｈ”）」 の論理状態とすると、結合スイッチSWCP L の
制御信号は、これらのCONTCHG およびCONTDISCHGのＡＮ
Ｄ論理の組み合わせとして規定することができる。
【００２９】スイッチSWCPL 、SWCHG およびSW
DISCHGは、比較的高い電圧（パワートランジスタ210 お
よび220 に印加されるゲート電圧程度すなわち１０ボル
ト程度）の間を切り替えるようになっていなければなら
ない。この切り替え電圧に耐えるのに適したMOSFETトラ
ンジスタを使用してスイッチを作製することが考えられ
る。しかしながら、結合スイッチSWCPL の応答時間は、
双方向性スイッチ20がオン状態に切り替わるためにかか
る時間を決定することが分かるであろう。したがって、
結合スイッチSWCPL がオン状態に切り替わるためにかか
る時間を最小限に抑えることが、すなわち、低いゲート
・キャパシタンスを有する低電圧MOSFETトランジスタを
使用することが望ましい。
【００３０】低電圧CMOS技術を使用して本発明に係る制
御システムを構築するためには、これまでに説明してき
たシステムにいくつかの修正を加えなければならない。
図４は、低電圧CMOS技術を使用して作製される、２つの
トランジスタを有する双方向性スイッチ用の制御システ
ムの一実施例を示している。この図においては、この実
施例および図３の動作図に共通の素子を指定するために
同じ参照番号が使用されている。
【００３１】図４を参照すると、一対のN-MOSFETパワー
トランジスタ210 および220 で構成される双方向性スイ
ッチ20は、上記実施例において電池が与える入力電圧Ｖ
ddの３倍に等しい値のゲート電圧ＶGATE＿CHG およびＶ
GATE＿DISCHGをそれぞれ供給するチャージ・ポンプ510
および520 を特に有する制御手段50によって制御され
る。
【００３２】この実施例によれば、ブロッキング・スイ
ッチSWCHG を有する第１の分岐部500aは、MOSFETパワー
トランジスタ210 をオフ状態に設定するために、このパ
ワートランジスタのゲート211 をアースに接続できるよ
うにする。同様に、ブロッキング・スイッチSWDISCHGを
有する第２の分岐部500bは、MOSFETパワートランジスタ
220 をオフ状態に設定するために、このトランジスタの
ゲート221 をアースに接続できるようにする。ブロッキ
ング・スイッチSWCHG およびSWDISCHGは、MOSFETトラン
ジスタ（ブロッキング・トランジスタとも呼ばれる）51
1 および512 によりそれぞれ構成され、その端子の一方
がアースに接続される。これらのMOSFETトランジスタ51
1 および512 のゲートはそれぞれ、逆起動信号CONTCHG
およびCONTDISCHGにより制御される。
【００３３】さらに、第１および第２の分岐部500aおよ
び500bは、該当するMOSFETパワートランジスタのゲート
と該当するブロッキング・スイッチとの間で、すなわ
ち、それぞれパワートランジスタ210 のゲート211 とス
イッチSWCHG との間およびパワートランジスタ220 のゲ
ート221 とスイッチSWDISCHGとの間で直列に接続される
第１および第２の保護トランジスタ501aおよび502a、お
よび、501bおよび502bをそれぞれ有する。 第１の保護
トランジスタ501aおよび501bのゲートは相互に接続さ
れ、第１の制御電圧Ｖ1 により制御される。第２の保護
トランジスタ502aおよび502bのゲートは相互に接続さ
れ、第２の制御電圧Ｖ2 により制御される。
【００３４】この実施例において、MOSFET結合トランジ
スタ510 ′により構成される結合スイッチSWCPL は、第
１の分岐部500aの第１および第２の保護トランジスタ50
1aおよび502aの接続ノードと、第２の分岐部500bの第１
および第２の保護トランジスタ501bおよび502bの接続ノ
ードとの間に接続される（MOSFET結合トランジスタ510
′および結合スイッチSWCPL を併せて結合手段と呼ぶ
こともある）。結合スイッチSWCPL を構成する結合トラ
ンジスタ510 ′のゲートは、ブロッキング・スイッチSW
CHG およびSWDISCHGの起動信号CONTCHG およびCONTDISC
HGを表す制御電圧ＶCPL により制御される。この実施例
において、この制御電圧Ｖ CPLは、起動信号CONTCHG お
よびCONTDISCHGのうちの一方がパワートランジスタの一
方をオフ状態に設定しなければならないことを示すとき
には、パワートランジスタ210 および220 のゲート211
および221 の結合状態を解除するようにするために、ほ
ぼ０になる。逆に、電流の流れが阻止されたパワートラ
ンジスタを素早くオン状態に切り替えることを目的とし
てパワートランジスタ210 および220 のゲート211 およ
び221 を互いに結合させるために、結合トランジスタ51
0 ′のゲートの制御電圧は、パワートランジスタ210 お
よび220 のゲート電圧とほぼ等しい値にされる。
【００３５】制御手段50を構成するトランジスタのいず
れにおいても、各々のトランジスタの複数の端子間に高
すぎる電圧が印加されないようにするために、第１の保
護トランジスタ501aおよび501bのゲート、ならびに第２
の保護トランジスタ502aおよび502bのゲートは、以下の
方法により制御される。通常の動作においては、すなわ
ち、双方向性スイッチ20を構成するMOSFETパワートラン
ジスタ210 および220 の両方がオン状態（CONTCHG=CONT
DISCHG＝1 ）のときは、第１の保護トランジスタ501aお
よび501bの第１の制御電圧Ｖ1 は、パワートランジスタ
210 および220 のゲート電圧にほぼ等しい値、すなわ
ち、入力電圧Ｖddの約３倍にされる。第２の保護トラン
ジスタ502aおよび502bの第２の制御電圧Ｖ2 は、入力電
圧Ｖddの２倍にほぼ等しい値にされる。
【００３６】双方向性スイッチ20を流れる電流を遮断す
るためにMOSFETパワートランジスタ210 または220 の一
方をオフ状態に設定しなければならないときは（CONTCH
G=“０”またはCONTDISCHG＝“０”）、第１の制御電圧
Ｖ1 は入力電圧Ｖddの２倍にほぼ等しい電圧に下げら
れ、第２の制御電圧Ｖ2 は入力電圧Ｖddとほぼ等しい電
圧に下げられる。
【００３７】このように、保護トランジスタ501a、502
a、501bおよび502bのゲートの制御方法は、どのトラン
ジスタに対してもその端子間にトランジスタの破壊を引
き起こすほどの高すぎる電圧が印加されないようにす
る。図５の（ａ）〜（ｄ）は、起動信号CONTCHG および
CONTDISCHGに応答する図４の制御システムの各種制御電
圧の進展（evolution ）の様子を４種類のグラフにより
図示しており、本発明の有利な効果が明確に分かるよう
になっている。ここでは、双方向性スイッチが第１の期
間( 図５の（ａ）〜（ｄ）の各々におけるＡの段階) に
おいて電池の放電の継続を中断し（CONTCHG=“１”、CO
NTDISCHG= “０”）、つぎに第２の期間（Ｂの段階）に
おいて通常動作に落ち着き（CONTCHG=CONTDISCHG=
“１”）、第３の期間（Ｃの段階）において再び放電の
継続を中断する（CONTCHG=“１”、CONTDISCHG=
“０”）状況が示されている。
【００３８】図５の（ａ）は、起動信号CONTCHG および
CONTDISCHGが図示されている第１番目のグラフである。
図５の（ｂ）は、電池により供給される電圧Ｖddの２倍
の時間変化の様子を示す第１の曲線ａ、および、図４の
第２の保護トランジスタ502aおよび502bの第２の制御電
圧Ｖ2 の時間変化の様子を示す第２の曲線ｂを表した第
２のグラフである。図５の（ｃ）は、図４の第１の保護
トランジスタ501aおよび501bの第１の制御電圧Ｖ1 の時
間変化の様子を示す第３の曲線ｃ、および、結合トラン
ジスタ510 ′の制御電圧ＶCPL の時間変化の様子を示す
第４の曲線ｄを表した第３のグラフである。図５の
（ｄ）は、MOSFETパワートランジスタ210 および220 の
ゲート電圧ＶGATE＿CHG 、および、V GATE＿DISCHGの時
間変化の様子をそれぞれ示す第５の曲線ｅおよび第６の
曲線ｆを表した第４のグラフである。
【００３９】これらの図において、Ａの段階中およびＣ
の段階中（CONTCHG=“１”、CONTDISCHG= “０”）、MO
SFETパワートランジスタ220 のゲート電圧ＶGATE＿
DISCHGはほぼ０に等しいので、電池の放電の継続を中断
するために上記トランジスタをオフ状態に設定すること
が分かる。MOSFETパワートランジスタ210 は、電圧Ｖdd
の約３倍に等しいゲート電圧ＶGATE＿CHG を印加するこ
とによってオン状態に維持される。この場合、前述のと
おり、第１および第２の制御電圧Ｖ1 およびＶ2 の値
は、それぞれ電圧Ｖ dd の約２倍および１倍である。結
合トランジスタ510 ′の制御電圧ＶCPL は、ほぼ０に維
持されるので、図４のMOSFETパワートランジスタ210 お
よび220 のゲートは結合解除の状態に維持される。
【００４０】Ｂの段階（CONTCHG=CONTDISCHG= “１”）
への移行中、結合トランジスタ510′の制御電圧ＶCPL
は電圧Ｖddの約３倍になるので、MOSFETパワートランジ
スタ210 および220 のゲート同士が結合される。これと
同時に、保護トランジスタの第１および第２の制御電圧
Ｖ1 およびＶ2 がそれぞれ電圧Ｖddの３倍および２倍に
なる。図５の（ｄ）から明らかなように、その後、オン
状態のままであったMOSFETパワートランジスタ210 のゲ
ートに存在する電荷がMOSFETパワートランジスタ220 と
共有される。MOSFETパワートランジスタ220 のゲート
は、このように、オン状態のままであったMOSFETパワー
トランジスタ210 の電荷の一部の移動により、伝導状態
に充分なレベルまで非常に急速に充電される。MOSFETパ
ワートランジスタを伝導状態にするためのスレッショー
ルド電圧は約１ボルトなので、MOSFETパワートランジス
タ220 がほぼ瞬時にオン状態に設定されることが分かる
であろう。MOSFETパワートランジスタのゲートが一度結
合されると、図５の（ｄ）の曲線ｅおよびｆで表される
MOSFETパワートランジスタのゲートの充電は、正常な時
間変化を示す。
【００４１】以上に説明したこと全ては、当然のことな
がら、双方向性スイッチが電池の充電の継続を中断する
状況、すなわち、MOSFETパワートランジスタ210 がオフ
状態（CONTCHG=“０”、CONTDISCHG= “１”）に設定さ
れる状況にも同様に当てはまる。また、本発明に係る制
御システムは、特許請求の範囲を逸脱することなく多数
の修正および( または) 改良の対象となり得ることが分
かるであろう。特に、当業者は、本発明に係る制御シス
テムを修正し、特定の用途に応じてもっと低い制御電圧
または高い制御電圧に対し上記制御システムを適合させ
ることが申し分なく可能である。さらに、本発明に係る
双方向性スイッチ用の制御システムは、ここで例として
取り上げた電池用保護回路と異なる回路にも適用できる
ことを喚起しておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つのトランジスタを有する双方向性スイッチ
の３つの公知例を示す回路図である。
【図２】蓄電池用の電流監視回路または保護回路の例の
概略図である。
【図３】本発明に係る２つのトランジスタを有する双方
向性スイッチ用の制御システムの動作図である。
【図４】本発明に係る２つのトランジスタを有する双方
向性スイッチ用の制御システムの低電圧CMOS技術を使用
した一実施例を示している。
【図５】本発明の効果が明確になるように、図４に示さ
れる制御システムの制御電圧の進展の様子を示す図であ
る。
【符号の説明】
１…蓄電池 20…双方向性スイッチ 40…検出・制御手段 50…制御手段 210 、220 …MOSFETパワートランジスタ 211 、221 …ゲート 500a…第１の分岐部 500b…第２の分岐部 501a、501b…第１の保護トランジスタ 502a、502b…第２の保護トランジスタ 510 、520 …チャージ・ポンプ SWCHG 、SWDISCHG…ブロッキング・スイッチ SWCPL …結合スイッチ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ソース−ソース間またはドレイン−ドレ
    イン間で互いに逆直列に取り付けられる一対のMOSFETパ
    ワートランジスタ（210 、220 ）により構成される双方
    向性スイッチ（20）を制御するための制御システムにお
    いて、 前記制御システムは、一対のMOSFETパワートランジスタ
    （210 、220 ）の伝導状態を制御可能にする制御手段
    （50）を備えており、該制御手段（50）は、前記双方向
    性スイッチ（20）を流れる電流（ＩCHG 、ＩDISCHG）を
    確実に遮断するために前記一対のMOSFETパワートランジ
    スタ（210 、220 ）の一方または他方をオフ状態に設定
    することが可能であり、 前記制御システムは、さらに、前記双方向性スイッチ
    （20）がオン状態に切り替えられるときに、オン状態に
    なっている前記MOSFETパワートランジスタのゲート（21
    1 、221 ）を、オフ状態の前記MOSFETパワートランジス
    タのゲート（221、211 ）に少なくとも一時的に結合さ
    せる結合手段（SWCPL 、510 ′）を備えることを特徴と
    する、双方向性スイッチ用の制御システム。
  2. 【請求項２】 前記MOSFETパワートランジスタ（210 、
    220 ）がオン状態のときに、前記結合手段（SWCPL 、51
    0 ′）が、前記MOSFETパワートランジスタのゲート（21
    1 、221 ）を恒久的に結合させることを特徴とする請求
    項１記載の制御システム。
  3. 【請求項３】 前記制御手段（50）が、前記MOSFETパワ
    ートランジスタ（210 、220 ）のゲート（211 、221 ）
    にそれぞれ接続される２つのチャージ・ポンプ（510 、
    520 ）と、前記MOSFETパワートランジスタ（210 、220
    ）の前記ゲート（211 、221 ）にそれぞれ接続される
    第１の分岐部（500a）および第２の分岐部（500b）を具
    備しており、前記第１および第２の分岐部の各々が、該
    当する前記MOSFETパワー・トランジスタ（210 、220 ）
    をオフ状態に設定することを可能にするブロッキング・
    スイッチ（SWCHG 、SWDISCHG；511 、512 ）を有するこ
    とを特徴とする請求項１または２記載の制御システム。
  4. 【請求項４】 前記第１および第２の分岐部（500a、50
    0b）の各々が、さらに、該当する前記MOSFETパワートラ
    ンジスタ（210 、220 ）のゲート（211 、221 ）と前記
    ブロッキング・スイッチ（SWCHG 、SWDISCHG；511 、51
    2 ）との間で直列に接続される第１の保護トランジスタ
    （501a、501b）および第２の保護トランジスタ（502a、
    502b）を有しており、前記結合手段（SWCPL 、510 ′）
    が、前記第１の分岐部（500a）の前記第１および第２の
    保護トランジスタ（501a、502a）の接続ノードと、前記
    第２の分岐部（500b）の前記第１および第２の保護トラ
    ンジスタ（501b、502b）の接続ノードとの間に接続され
    ることを特徴とする請求項３記載の制御システム。
  5. 【請求項５】 前記ブロッキング・スイッチ（SWCHG 、
    SWDISCHG；511 、512 ）がMOSFETトランジスタであるこ
    とを特徴とする請求項３または４記載の制御システム。
  6. 【請求項６】 前記結合手段（SWCPL 、510 ′）がMOSF
    ETトランジスタであることを特徴とする請求項１から５
    のいずれか一項に記載の制御システム。
  7. 【請求項７】 ソース−ソース間またはドレイン−ドレ
    イン間で互いに逆直列に取り付けられる一対のMOSFETパ
    ワートランジスタ（210 、220 ）により構成され、か
    つ、制御手段（50）により制御される双方向性スイッチ
    （20）を制御するための制御方法であって、 前記双方向性スイッチ（20）を流れる電流（ＩCHG 、Ｉ
    DISCHG）を確実に遮断するために、前記一対のMOSFETパ
    ワートランジスタの一方または他方がオフ状態に設定さ
    れ、 前記双方向性スイッチ（20）がオン状態に切り替えられ
    るときに、オン状態になっている前記MOSFETパワートラ
    ンジスタのゲート（211 、221 ）が、オフ状態の前記MO
    SFETパワートランジスタのゲート（221 、211 ）に少な
    くとも一時的に結合されることを特徴とする、双方向性
    スイッチ用の制御方法。
  8. 【請求項８】 前記MOSFETパワートランジスタ（210 、
    220 ）がオン状態のときに、前記MOSFETパワートランジ
    スタのゲート（211 、221 ）が恒久的に結合されること
    を特徴とする請求項７記載の制御方法。
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