JP2006230100A - Semiconductor device for parallel monitor circuit - Google Patents

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公一 矢野
Akihiko Fujiwara
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for parallel monitor circuits having multiple monitor circuits wherein power consumption can be reduced. <P>SOLUTION: A transistor TRn bypasses a charging current when the voltage of each of capacitors connected in series exceeds a preset reference voltage. A parallel monitor circuit having this transistor is provided on a capacitor-by-capacitor basis. A power saving setting circuit is provided which circuit stops the parallel monitor circuits, and establishes low power consumption mode when the voltage between capacitor terminals is equal to or lower than a predetermined voltage lower than a full charge voltage or the initialization voltage for the capacitors. The power saving setting circuit includes first and second resistors Rn2 and Rn3 and a switch Mn2 connected in series; a comparison circuit CMPn that compares the voltage at the junction point between the first and second resistors with the voltage of a reference voltage circuit Vrn; and a circuit (NMOS transistor Mn1) that turns off the switch Mn2 and stops the operations of the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn, when the voltage between capacitor terminals becomes lower than the predetermined voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、直列接続された複数の電気二重層キャパシタを均等に充電するために、複数の並列モニタ回路を集積した並列モニタ回路用半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device for a parallel monitor circuit in which a plurality of parallel monitor circuits are integrated in order to uniformly charge a plurality of electric double layer capacitors connected in series.

電気二重層キャパシタは、充電に時間がかかる2次電池と比較して、急速充電が可能である。しかも、電気二重層キャパシタには、大量にエネルギーが貯蔵できるという2次電池にはない利点を有している。しかしながら、電気二重層キャパシタは定格電圧が3V程度と低いため、通常複数のキャパシタセルを直列に接続して3V以上の必要な電圧を確保している。   The electric double layer capacitor can be rapidly charged as compared with a secondary battery that takes time to charge. Moreover, the electric double layer capacitor has an advantage not found in a secondary battery that it can store a large amount of energy. However, since the rated voltage of the electric double layer capacitor is as low as about 3V, usually a plurality of capacitor cells are connected in series to ensure a necessary voltage of 3V or more.

このように直列接続された複数の大容量キャパシタを充電する際に問題となるのが、キャパシタ間の容量差や自己充電、自己放電などによって生ずる充電の不均一である。   When charging a plurality of large-capacitance capacitors connected in series in this way, there is a problem of nonuniform charging caused by a capacitance difference between the capacitors, self-charging, self-discharging, or the like.

この対策として特開2000−217250号公報(特許文献1)に開示されているような“並列モニタ”と呼ばれる充電均一化回路が用いられている。   As a countermeasure, a charge equalization circuit called “parallel monitor” as disclosed in JP 2000-217250 A (Patent Document 1) is used.

図2は、特開2000−217250号公報(特許文献1)に開示されている並列モニタ回路の1つを示す図である。並列モニタ回路は直列に接続されたキャパシタセル毎に設けられている。次に、並列モニタ回路の1つについて説明を行う。   FIG. 2 is a diagram showing one of the parallel monitor circuits disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-217250 (Patent Document 1). A parallel monitor circuit is provided for each capacitor cell connected in series. Next, one of the parallel monitor circuits will be described.

各並列モニタ回路は、キャパシタC、基準電圧Vr、コンパレータCMP、バイパス用スイッチ素子Trで構成されている。   Each parallel monitor circuit includes a capacitor C, a reference voltage Vr, a comparator CMP, and a bypass switch element Tr.

図示しない直流電源からキャパシタCは充電され、キャパシタCの電圧が基準電圧Vrを超えると、コンパレータCMPの出力がハイレベルを出力し、バイパス用スイッチ素子Trをオンにする。すると、キャパシタCの充電電流はバイパス用スイッチ素子Trに流れる。そしてキャパシタCの電圧が基準電圧Vrまで下がると、コンパレータCMPの出力がローレベルを出力し、バイパス用スイッチ素子Trをオフにする。このようにして、キャパシタCの電圧は基準電圧Vrと同じ電圧にクランプされる。   When the capacitor C is charged from a DC power supply (not shown) and the voltage of the capacitor C exceeds the reference voltage Vr, the output of the comparator CMP outputs a high level, and the bypass switch element Tr is turned on. Then, the charging current of the capacitor C flows to the bypass switch element Tr. When the voltage of the capacitor C drops to the reference voltage Vr, the output of the comparator CMP outputs a low level, and the bypass switch element Tr is turned off. In this way, the voltage of the capacitor C is clamped to the same voltage as the reference voltage Vr.

直列に接続された全てのキャパシタで上記と同様の動作が行われるため、充電の不均一によって特定のキャパシタが過充電され、劣化もしくは破壊されるのを防止することができる。   Since all the capacitors connected in series perform the same operation as described above, it is possible to prevent a specific capacitor from being overcharged due to uneven charging and being deteriorated or destroyed.

さらに、特開2000−217250号公報(特許文献1)では、図2に示した並列モニタ回路と同様の並列モニタ回路をもう一組追加し、追加した並列モニタ回路の基準電圧をキャパシタCの満充電電圧より低く設定し、充電初期の段階で各キャパシタCの電圧を揃える初期化機能も有している。初期化機能を有することによって、充電損失を減らし充電効率を高めることができる。   Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-217250 (Patent Document 1), another set of parallel monitor circuits similar to the parallel monitor circuit shown in FIG. 2 is added, and the reference voltage of the added parallel monitor circuit is set to the full value of the capacitor C. It also has an initialization function that is set lower than the charging voltage and aligns the voltages of the capacitors C at the initial stage of charging. By having the initialization function, charging loss can be reduced and charging efficiency can be increased.

しかし、従来の並列モニタ回路は半導体装置による集積化がなされておらず、ディスクリート部品を集めて構成していたので、回路規模が大きく、コストも高くなってしまった。そこで、半導体装置による集積化が望まれていた。   However, the conventional parallel monitor circuit is not integrated by a semiconductor device, and is constructed by collecting discrete components, resulting in a large circuit scale and high cost. Therefore, integration by a semiconductor device has been desired.

しかし、直列接続するキャパシタの数は、その用途によって異なるため、用途に合わせて集積する並列モニタ回路の数を変えた半導体装置を作っていては、多品種少量生産となってしまうため、量産による半導体装置のコストメリットが活かせず、半導体装置のコストが高くなりすぎ実用的でなかった。また、並列モニタ回路を1つだけ集積した半導体装置を作っても、並列モニタ回路全体の回路規模は余り小さくできず集積したメリットはほとんど無い。   However, since the number of capacitors connected in series varies depending on the application, making a semiconductor device with a different number of parallel monitor circuits integrated in accordance with the application will result in high-mix low-volume production. The cost merit of the semiconductor device cannot be utilized, and the cost of the semiconductor device becomes too high to be practical. Further, even if a semiconductor device in which only one parallel monitor circuit is integrated is produced, the circuit scale of the entire parallel monitor circuit cannot be made very small, and there is almost no merit of integration.

そこで、1つの半導体装置に並列モニタ回路を5個乃至10個程集積し、集積した数より多いキャパシタの充電制御を行う場合は、同じ半導体装置を必要な数だけ縦続接続することにより、多くのキャパシタの充電を制御する半導体装置が考えられる。こうすることで、半導体装置の量産が可能となり、並列モニタ回路全体の回路規模の縮小とコストダウンが可能となる。   Therefore, when 5 to 10 parallel monitor circuits are integrated in one semiconductor device and charge control of more capacitors than the integrated number is performed, a large number of the same semiconductor devices are connected in cascade, so that many A semiconductor device that controls charging of a capacitor is conceivable. This makes it possible to mass-produce semiconductor devices, and to reduce the circuit scale and cost of the entire parallel monitor circuit.

特開2000−217250号公報JP 2000-217250 A

しかしながら、実際には、半導体装置に含まれている全ての並列モニタ回路を使い切る場合ばかりとは限らず、例えば、並列モニタ回路が5個入った半導体装置を3個使って12個のキャパシタを充電する場合、使用されない並列モニタ回路が3個発生してしまう。   However, in practice, it is not always the case that all the parallel monitor circuits included in the semiconductor device are used up. For example, three semiconductor devices each including five parallel monitor circuits are used to charge 12 capacitors. In this case, three unused parallel monitor circuits are generated.

並列モニタ回路を複数内蔵した半導体装置の場合、使用されない並列モニタ回路は、通常キャパシタ接続端子をショートすることで、他の並列モニタ回路に接続されたキャパシタを充電できるようにしている。しかし、このような場合でも、使用されない並列モニタ回路にも給電されているため、電力の無駄が生じることになる。   In the case of a semiconductor device including a plurality of parallel monitor circuits, a parallel monitor circuit that is not used can normally charge a capacitor connected to another parallel monitor circuit by short-circuiting the capacitor connection terminal. However, even in such a case, power is wasted because the parallel monitor circuit that is not used is also supplied with power.

また、キャパシタの接続されている並列モニタ回路であっても、並列モニタ回路はキャパシタの満充電を検出するのであるから、充電開始から満充電までの間は無駄に電力を消費している。   Even in the parallel monitor circuit to which the capacitor is connected, the parallel monitor circuit detects the full charge of the capacitor, and thus consumes power wastefully from the start of charge to full charge.

さらに、背景技術でも述べたように、並列モニタ回路は充電初期に各キャパシタの充電電圧を所定の電圧に揃えてから充電を開始する初期化を行うことで、充電効率が向上することが知られている。この初期化する電圧に達するまでは、前記した満充電の場合と同様並列モニタ回路は作動する必要がない。   Furthermore, as described in the background art, it is known that the parallel monitor circuit improves the charging efficiency by performing the initialization to start charging after aligning the charging voltage of each capacitor to a predetermined voltage in the initial stage of charging. ing. Until the voltage to be initialized is reached, the parallel monitor circuit does not need to operate as in the case of full charge described above.

本発明は、上述した実情を考慮してなされたものであって、消費電力を低減することが可能な複数の並列モニタ回路を有する並列モニタ回路用半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor device for a parallel monitor circuit having a plurality of parallel monitor circuits capable of reducing power consumption.

本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を有する。以下、請求項毎の構成を述べる。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. Hereinafter, the structure for each claim will be described.

a)請求項1記載の発明は、直流電源を印加して直列接続された複数のキャパシタを充電する際に、前記複数のキャパシタを均等に充電するために、前記キャパシタの各々の電圧があらかじめ設定された基準電圧を超えた場合に充電電流をバイパスする並列モニタ回路を前記キャパシタ毎に設けた並列モニタ回路用半導体装置であって、キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの満充電電圧より低い所定の電圧以下の場合に、並列モニタ回路の動作を停止させ、低消費電力モードに移行させる省電力設定回路を備えたことを特徴としている。 a) According to the first aspect of the present invention, when charging a plurality of capacitors connected in series by applying a DC power supply, the voltages of the capacitors are set in advance in order to charge the plurality of capacitors equally. A parallel monitor circuit semiconductor device provided for each of the capacitors, wherein a parallel monitor circuit that bypasses a charging current when the reference voltage exceeds a predetermined reference voltage, wherein a voltage between terminals of the capacitor is lower than a full charge voltage of the capacitor. It is characterized in that a power saving setting circuit for stopping the operation of the parallel monitor circuit and shifting to the low power consumption mode when the voltage is lower than the voltage is provided.

b)請求項2記載の発明は、直流電源を印加して直列接続された複数のキャパシタを充電する際に、前記複数のキャパシタを均等に充電するために、前記キャパシタの各々の電圧があらかじめ設定された基準電圧を超えた場合に充電電流をバイパスする並列モニタ回路を前記キャパシタ毎に設けた並列モニタ回路用半導体装置であって、キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの初期化動作(充電初期に各キャパシタの充電電圧を所定の電圧に揃える動作)を行う際の初期化電圧より低所定の電圧以下の場合に、前記並列モニタ回路の動作を停止させ、低消費電力モードに移行させる省電力設定回路を備えたことを特徴としている。 b) According to the second aspect of the present invention, when charging a plurality of capacitors connected in series by applying a DC power supply, the respective voltages of the capacitors are set in advance in order to charge the plurality of capacitors equally. The parallel monitor circuit semiconductor device is provided for each capacitor with a parallel monitor circuit that bypasses the charging current when the reference voltage is exceeded, and the capacitor inter-terminal voltage is the initializing operation of the capacitor (at the initial charging stage). Power saving setting for stopping the operation of the parallel monitor circuit and shifting to the low power consumption mode when the voltage is lower than a predetermined voltage lower than the initializing voltage when performing the operation of aligning the charging voltage of each capacitor to a predetermined voltage) It is characterized by having a circuit.

c)請求項3記載の発明は、省電力設定回路を、直列に接続された第1および第2の抵抗とスイッチと、第1および第2の抵抗の接続点の電圧と基準電圧回路の電圧を比較する比較回路と、キャパシタの端子間電圧が所定の電圧より低くなった場合に、前記スイッチを断にするとともに、比較回路および基準電圧回路の動作を停止させる回路で構成したものである。
d)請求項4記載の発明は、上記キャパシタとして電気二重層キャパシタを用いたものである。
c) According to the invention of claim 3, the power saving setting circuit includes a first and second resistors and a switch connected in series, a voltage at a connection point of the first and second resistors, and a voltage of the reference voltage circuit. And a circuit that turns off the switch and stops the operation of the comparison circuit and the reference voltage circuit when the voltage between the terminals of the capacitor becomes lower than a predetermined voltage.
d) The invention according to claim 4 uses an electric double layer capacitor as the capacitor.

本発明によれば、キャパシタ接続端子間がショートされている場合や、キャパシタの電圧が所定の電圧(キャパシタの満充電電圧より低い所定の電圧、あるいは、キャパシタの初期化動作を行う際の初期化電圧より低い所定の電圧)に達するまでは、並列モニタ回路に含まれている比較回路と基準電圧回路の動作を停止して消費電力を最小限に設定すると共に、キャパシタ電圧検出抵抗への給電を停止するようにしたので、並列モニタ回路の消費電力を最小にすることができるようになり、より充電効率を高めることが可能となった。特にキャパシタとして電気二重層キャパシタを用いた場合に有効である。   According to the present invention, when the capacitor connection terminals are short-circuited, the voltage of the capacitor is a predetermined voltage (a predetermined voltage lower than the full charge voltage of the capacitor, or initialization when performing the capacitor initialization operation) Until the voltage reaches a predetermined voltage lower than the voltage), the operation of the comparison circuit and the reference voltage circuit included in the parallel monitor circuit is stopped to set the power consumption to a minimum, and the capacitor voltage detection resistor is supplied with power. Since the operation is stopped, the power consumption of the parallel monitor circuit can be minimized, and the charging efficiency can be further increased. This is particularly effective when an electric double layer capacitor is used as the capacitor.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例に係る並列モニタ回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a parallel monitor circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

本発明において、並列モニタ回路は1つの半導体装置に複数個含まれているが、図1は、半導体装置内に複数含まれている並列モニタ回路の内の任意の1つの並列モニタ回路nの構成図である。   In the present invention, a plurality of parallel monitor circuits are included in one semiconductor device. However, FIG. 1 shows the configuration of an arbitrary one of the parallel monitor circuits n included in the semiconductor device. FIG.

同図に示すように、任意の1つの並列モニタ回路n(nは整数でキャパシタCnのnに対応している)は、直列接続された抵抗Rn2と抵抗Rn3とNMOSトランジスタMn2、基準電圧回路Vrn、比較回路CMPn、インバータINVn、直列接続された定電流負荷InとNMOSトランジスタMn1、直列接続された抵抗Rn1とトランジスタTRn、およびキャパシタ(電気二重層キャパシタ)Cnで構成されている。   As shown in the figure, any one parallel monitor circuit n (n is an integer and corresponds to n of the capacitor Cn) includes a resistor Rn2, a resistor Rn3, an NMOS transistor Mn2, and a reference voltage circuit Vrn connected in series. And a comparison circuit CMPn, an inverter INVn, a constant current load In and an NMOS transistor Mn1 connected in series, a resistor Rn1 and a transistor TRn connected in series, and a capacitor (electric double layer capacitor) Cn.

さらに、最も高電圧側に設けられた並列モニタ回路nの端子Cellnは電源電圧Vddに接続され、最も低圧側に設けられた並列モニタ回路1の端子Celln-1は接地されている。   Further, the terminal Celln of the parallel monitor circuit n provided on the highest voltage side is connected to the power supply voltage Vdd, and the terminal Celln-1 of the parallel monitor circuit 1 provided on the lowest voltage side is grounded.

直列接続された抵抗Rn2と抵抗Rn3のうち、抵抗Rn3の抵抗Rn2と接続されていない側の他端にはNMOSトランジスタMn2のドレインが接続されている。   Of the resistors Rn2 and Rn3 connected in series, the drain of the NMOS transistor Mn2 is connected to the other end of the resistor Rn3 that is not connected to the resistor Rn2.

さらに、抵抗Rn2の抵抗Rn3と接続されていない側の他端は、キャパシタCnのプラス側の接続端子Cellnに接続され、NMOSトランジスタMn2のソースは、キャパシタCnのマイナス側の接続端子Celln-1に接続されており、NMOSトランジスタMn2がオンの時は、抵抗Rn2と抵抗Rn3の交点からキャパシタCn端子電圧に比例した電圧を出力する。   Further, the other end of the resistor Rn2 that is not connected to the resistor Rn3 is connected to the positive connection terminal Celln of the capacitor Cn, and the source of the NMOS transistor Mn2 is connected to the negative connection terminal Celln-1 of the capacitor Cn. When the NMOS transistor Mn2 is connected and is on, a voltage proportional to the capacitor Cn terminal voltage is output from the intersection of the resistors Rn2 and Rn3.

比較回路CMPnの非反転入力(+)には抵抗Rn2と抵抗Rn3の交点の電圧が印加されている。また、反転入力(-)には基準電圧回路Vrnの出力である基準電圧(Vrn)が印加されている。基準電圧(Vrn)は、キャパシタCnが満充電されたときの抵抗Rn2と抵抗Rn3の交点の電圧と同じ電圧に設定されている。   The voltage at the intersection of the resistors Rn2 and Rn3 is applied to the non-inverting input (+) of the comparison circuit CMPn. A reference voltage (Vrn) that is an output of the reference voltage circuit Vrn is applied to the inverting input (−). The reference voltage (Vrn) is set to the same voltage as the voltage at the intersection of the resistor Rn2 and the resistor Rn3 when the capacitor Cn is fully charged.

比較回路CMPnの出力は、端子OUTnを介してトランジスタTRnのベースに接続されている。トランジスタTRnのコレクタは抵抗Rn1を介してキャパシタCnのプラス側端子に、エミッタはキャパシタCnのマイナス側端子に接続されている。   The output of the comparison circuit CMPn is connected to the base of the transistor TRn via the terminal OUTn. The collector of the transistor TRn is connected to the positive terminal of the capacitor Cn via the resistor Rn1, and the emitter is connected to the negative terminal of the capacitor Cn.

NMOSトランジスタMn1のゲートは、端子Cellnを介してキャパシタCnのプラス側端子に接続され、NMOSトランジスタMn1のドレインは定電流負荷Inを介して電源Vddに、NMOSトランジスタMn1のソースは端子Celln-1を介してキャパシタCnのマイナス側端子に接続されている。また、NMOSトランジスタMn1のドレインはインバータINVnの入力にも接続されている。   The gate of the NMOS transistor Mn1 is connected to the positive terminal of the capacitor Cn via the terminal Celln, the drain of the NMOS transistor Mn1 is connected to the power source Vdd via the constant current load In, and the source of the NMOS transistor Mn1 is connected to the terminal Celln-1. To the negative terminal of the capacitor Cn. The drain of the NMOS transistor Mn1 is also connected to the input of the inverter INVn.

インバータINVnの出力は、比較回路CMPnと基準電圧回路VrnのCE端子とNMOSトランジスタMn2のゲートに接続されている。比較回路CMPnと基準電圧回路VrnのCE端子は、両回路の動作を制御する端子で、本実施例では、CE端子にローレベルが印加されると両回路の動作が停止し、両回路の消費電力を最小にする。   The output of the inverter INVn is connected to the CE terminal of the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn and the gate of the NMOS transistor Mn2. The CE terminals of the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn are terminals for controlling the operation of both circuits. In this embodiment, when a low level is applied to the CE terminal, the operations of both circuits are stopped and the consumption of both circuits is reduced. Minimize power.

図1の並列モニタ回路nは、端子Celln、OUTn、Celln-1を境に、左側が半導体装置に内蔵された回路であり、右側が外付け回路になっている。   The parallel monitor circuit n of FIG. 1 is a circuit built in the semiconductor device on the left side with terminals Celln, OUTn, and Celln-1 as boundaries, and the right side is an external circuit.

次に、本発明に係る並列モニタ回路nの動作を、詳細に説明する。
(a)請求項2の実施例
端子Cellnと端子Celln-1がショートされているか、キャパシタCnの端子間電圧がNMOSトランジスタMn1の閾値電圧より低い場合は、NMOSトランジスタMn1がオフとなるので、インバータINVnの入力はハイレベル、出力はローレベルとなる。
Next, the operation of the parallel monitor circuit n according to the present invention will be described in detail.
(A) The embodiment of claim 2 When the terminal Celln and the terminal Celln-1 are short-circuited or the voltage across the capacitor Cn is lower than the threshold voltage of the NMOS transistor Mn1, the NMOS transistor Mn1 is turned off. The input of INVn is high level and the output is low level.

すると、NMOSトランジスタMn2はオフとなるので、抵抗Rn2と抵抗Rn3の直列回路への給電を停止する。また、比較回路CMPnと基準電圧回路VrnのCE端子がローレベルとなるので、比較回路CMPnと基準電圧回路Vrnの動作は停止し、消費電力を最小にする。   Then, since the NMOS transistor Mn2 is turned off, power supply to the series circuit of the resistors Rn2 and Rn3 is stopped. Further, since the CE terminals of the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn are at a low level, the operations of the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn are stopped, and the power consumption is minimized.

このときの比較回路CMPnの出力はハイインピーダンス状態となるように設計されており、トランジスタTRnのベース電流を供給することはできないため、トランジスタTRnはオフとなる。   At this time, the output of the comparison circuit CMPn is designed to be in a high impedance state, and since the base current of the transistor TRn cannot be supplied, the transistor TRn is turned off.

キャパシタCnの充電が進んで、キャパシタCnの端子電圧がNMOSトランジスタMn1の閾値電圧を超えるとNMOSトランジスタMn1がオンとなり、インバータINVnの入力がローレベルになるのでインバータINVnの出力はハイレベルとなる。   When the charging of the capacitor Cn proceeds and the terminal voltage of the capacitor Cn exceeds the threshold voltage of the NMOS transistor Mn1, the NMOS transistor Mn1 is turned on, and the input of the inverter INVn becomes low level, so that the output of the inverter INVn becomes high level.

すると、NMOSトランジスタMn2はオンとなるので、抵抗Rn2と抵抗Rn3の直列回路への給電を行い、両抵抗の交点からキャパシタCn電圧に比例した電圧を出力する。   Then, since the NMOS transistor Mn2 is turned on, power is supplied to the series circuit of the resistors Rn2 and Rn3, and a voltage proportional to the capacitor Cn voltage is output from the intersection of both resistors.

また、インバータINVnの出力はハイレベルになると比較回路CMPnと基準電圧回路VrnのCE端子がハイレベルとなるので、比較回路CMPnと基準電圧回路Vrnは作動する。なお、このときは、まだ、抵抗Rn2と抵抗Rn3の交点の電圧は基準電圧値(Vrn1)より低いので、比較回路CMPnの出力はローレベルを保っており、トランジスタTRnはオフのままである。   When the output of the inverter INVn becomes high level, the CE terminals of the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn become high level, so that the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn operate. At this time, since the voltage at the intersection of the resistors Rn2 and Rn3 is still lower than the reference voltage value (Vrn1), the output of the comparison circuit CMPn remains at a low level, and the transistor TRn remains off.

(b)請求項1の実施例
本実施例は上記(a)の実施例と実質的に同様の構成を有し、基準電圧値(Vrn2)とNMOSトランジスタMn1の閾値電圧だけが異なる。
(B) Embodiment of Claim 1 This embodiment has substantially the same configuration as the embodiment of (a), and only the reference voltage value (Vrn2) and the threshold voltage of the NMOS transistor Mn1 are different.

本実施例では、充電が進み、キャパシタCnの端子間電圧が満充電電圧よりやや低い所定の電圧に達するとNMOSトランジスタMn1がオンとなり、比較回路CMPnと基準電圧回路Vrnが作動を開始する。   In this embodiment, when the charging progresses and the voltage across the capacitor Cn reaches a predetermined voltage slightly lower than the fully charged voltage, the NMOS transistor Mn1 is turned on, and the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn start operating.

そして、抵抗Rn2と抵抗Rn3の交点の電圧が基準電圧値(Vrn2)を超えると、比較回路CMPnの出力はハイレベルとなる。すると、トランジスタTRnはオンとなり、キャパシタCnの充電電流は抵抗Rn1を介してバイパスされる。このため、キャパシタCnの過充電を防止することができる。   When the voltage at the intersection of the resistors Rn2 and Rn3 exceeds the reference voltage value (Vrn2), the output of the comparison circuit CMPn becomes high level. Then, the transistor TRn is turned on, and the charging current of the capacitor Cn is bypassed via the resistor Rn1. For this reason, overcharge of the capacitor Cn can be prevented.

以上のように、キャパシタCnの電圧が所定の電圧すなわちNMOSトランジスタMn1の閾値電圧に達するまでは、並列モニタ回路nに含まれている比較回路CMPnと基準電圧回路Vrnの動作を停止して消費電力を最小限に設定すると共に、抵抗Rn2と抵抗Rn3の直列回路への給電を停止するようにしたので、キャパシタ接続端子CellnとCelln-1間がショートされている場合や、キャパシタCnの充電電圧が低い場合は並列モニタ回路の消費電力を最小にすることができるようになった。この結果より充電効率を高めることが可能となった。   As described above, until the voltage of the capacitor Cn reaches a predetermined voltage, that is, the threshold voltage of the NMOS transistor Mn1, the operations of the comparison circuit CMPn and the reference voltage circuit Vrn included in the parallel monitor circuit n are stopped to consume power. Since the power supply to the series circuit of the resistor Rn2 and the resistor Rn3 is stopped, the capacitor connection terminal Celln and Celln-1 are short-circuited, or the charging voltage of the capacitor Cn is When it is low, the power consumption of the parallel monitor circuit can be minimized. As a result, the charging efficiency can be increased.

図1では記載していないが、初期化動作を行うための並列モニタ回路と満充電電圧まで充電するための並列モニタ回路の両方を設けることも可能である。初期化動作を行うための並列モニタ回路は、NMOSトランジスタMn1の閾値電圧を初期化するキャパシタ電圧以下に設定し、満充電電圧まで充電するための並列モニタ回路は、NMOSトランジスタMn1の閾値電圧を満充電電圧よりやや低い所定の電圧に設定する。これにより、両方の並列モニタ回路の省電力化を図ることができる。   Although not shown in FIG. 1, it is possible to provide both a parallel monitor circuit for performing an initialization operation and a parallel monitor circuit for charging up to a full charge voltage. The parallel monitor circuit for performing the initialization operation sets the threshold voltage of the NMOS transistor Mn1 to be equal to or lower than the capacitor voltage for initialization, and the parallel monitor circuit for charging to the full charge voltage satisfies the threshold voltage of the NMOS transistor Mn1. A predetermined voltage slightly lower than the charging voltage is set. Thereby, power saving of both parallel monitor circuits can be achieved.

なお、図1では、直列に接続された複数のキャパシタの各々の端子に、外付け回路部を介して複数の並列モニタ回路を有する半導体装置を接続しているが、電気二重層キャパシタに外付け回路部と上記実施例の如き構成を有する並列モニタ回路をまとめて一体化してモジュール化することにより、低消費電力の電気二重層キャパシタモジュールを実現することができる。   In FIG. 1, a semiconductor device having a plurality of parallel monitor circuits is connected to each terminal of a plurality of capacitors connected in series via an external circuit unit. An electric double layer capacitor module with low power consumption can be realized by integrating and integrating the circuit unit and the parallel monitor circuit having the configuration as in the above embodiment.

本発明の実施例を示す並列モニタの回路図である。It is a circuit diagram of a parallel monitor showing an embodiment of the present invention. 従来技術を説明するための並列モニタの回路図である。It is a circuit diagram of the parallel monitor for demonstrating a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

CMPn:比較回路
Vrn:基準電圧回路
Mn1,Mn2:NMOSトランジスタ
TRn:トランジスタ
Cn:キャパシタ
INVn:インバータ
Rn1〜3:抵抗
In:電流源(定電流負荷)
CMPn: comparison circuit Vrn: reference voltage circuit Mn1, Mn2: NMOS transistor TRn: transistor Cn: capacitor INVn: inverter Rn1-3: resistance In: current source (constant current load)

Claims (4)

直流電源を印加して直列接続された複数のキャパシタを充電する際に、前記複数のキャパシタを均等に充電するために、前記キャパシタの各々の電圧があらかじめ設定された基準電圧を超えた場合に充電電流をバイパスする並列モニタ回路を前記キャパシタ毎に設けた並列モニタ回路用半導体装置であって、
前記キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの満充電電圧より低い所定の電圧以下の場合に、前記並列モニタ回路の動作を停止させ、低消費電力モードに移行させる省電力設定回路を備えたことを特徴とする並列モニタ回路用半導体装置。
When charging a plurality of capacitors connected in series by applying a DC power supply, charging is performed when each voltage of the capacitors exceeds a preset reference voltage in order to charge the plurality of capacitors equally. A parallel monitoring circuit semiconductor device in which a parallel monitoring circuit for bypassing current is provided for each capacitor,
A power saving setting circuit is provided that stops the operation of the parallel monitor circuit and shifts to a low power consumption mode when a voltage between terminals of the capacitor is equal to or lower than a predetermined voltage lower than a full charge voltage of the capacitor. A semiconductor device for a parallel monitor circuit.
直流電源を印加して直列接続された複数のキャパシタを充電する際に、前記複数のキャパシタを均等に充電するために、前記キャパシタの各々の電圧があらかじめ設定された基準電圧を超えた場合に充電電流をバイパスする並列モニタ回路を前記キャパシタ毎に設けた並列モニタ回路用半導体装置であって、
前記キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの初期化動作を行う際の初期化電圧より低所定の電圧以下の場合に、前記並列モニタ回路の動作を停止させ、低消費電力モードに移行させる省電力設定回路を備えたことを特徴とする並列モニタ回路用半導体装置。
When charging a plurality of capacitors connected in series by applying a DC power supply, charging is performed when each voltage of the capacitors exceeds a preset reference voltage in order to charge the plurality of capacitors equally. A parallel monitoring circuit semiconductor device in which a parallel monitoring circuit for bypassing current is provided for each capacitor,
Power saving setting for stopping the operation of the parallel monitor circuit and shifting to the low power consumption mode when the voltage between the terminals of the capacitor is equal to or lower than an initialization voltage when performing the initialization operation of the capacitor A parallel monitoring circuit semiconductor device comprising a circuit.
前記省電力設定回路は、直列に接続された第1および第2の抵抗とスイッチと、前記第1および第2の抵抗の接続点の電圧と基準電圧回路の電圧を比較する比較回路と、前記キャパシタの端子間電圧が所定の電圧より低くなった場合に、前記スイッチを断にするとともに、前記比較回路および前記基準電圧回路の動作を停止させる回路を有することを特徴とする請求項1または2記載の並列モニタ回路用半導体装置。   The power saving setting circuit includes first and second resistors and a switch connected in series, a comparison circuit that compares a voltage at a connection point of the first and second resistors with a voltage of a reference voltage circuit, 3. The circuit according to claim 1, further comprising a circuit for turning off the switch and stopping the operation of the comparison circuit and the reference voltage circuit when a voltage between terminals of the capacitor becomes lower than a predetermined voltage. The semiconductor device for a parallel monitor circuit as described. 前記キャパシタは、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の並列モニタ回路用半導体装置。   4. The semiconductor device for a parallel monitor circuit according to claim 1, wherein the capacitor is an electric double layer capacitor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007221954A (en) * 2006-02-20 2007-08-30 Power System:Kk Capacitor device

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