JP2016086484A - 半導体装置及び電池監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】消費電流を抑制し、組電池間の電圧のばらつきを抑制することができる、半導体装置及び電池監視システムを提供する。
【解決手段】電池監視ＩＣは、第１電流源４０及び第２電流源４２を備えており、第１電流源４０は、電池監視ＩＣが電源端子２４を介して接続されている組電池ＢＴから供給される電源電圧に応じた電源電流に基づいて第１電流を生成して出力端子３０に出力する。また、第２電流源４２は、上段の電池監視ＩＣから入力端子２８を介して入力された外部電流に基づいて第２電流を生成して出力端子３０に出力する。外部負荷１４に供給される外部負荷電流Ｉｌｏａｄは、各電池監視ＩＣの第１電流源４０で生成された第１電流の加算値となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置および電池監視システムに関するものである。

従来から、複数の電池セルを直列に接続した組電池を用いることにより、高電圧を生成することが行われている。一般に、組電池に含まれる電池セルの電池電圧は、電池監視用の半導体装置により、測定及び監視される。

また、電池監視用の半導体装置を備えた電池監視システムとして、複数の組電池を備え、各組電池を監視する電池監視用の半導体装置がデイジーチェーン接続された電池監視システムが知られている。該電池監視システムは、複数の電池監視用の半導体装置各々を制御するための制御部を備えている。

該制御部や、電池監視システムが備える電池監視用の半導体装置以外の装置（部品）等である外部負荷の電源は、電池監視用の半導体装置とは別の電源系統で生成される場合もあるが、電池監視用の半導体装置の小型化や省線化等のために、電池監視用の半導体装置内で生成された電圧を用いる技術がある。該技術では、複数の電池監視用の半導体装置のうち、制御部に直接、接続された電池監視用の半導体装置のみから電源となる電圧が供給される場合がある。

このような場合、電源を供給する電池監視用の半導体装置では、消費電流が増加するため組電池の消費電力が、その他の電池監視用の半導体装置よりも高くなり、各組電池間の電圧バランスが崩れて、電圧がばらつくことがある。そのため、各組電池間の電圧のばらつきを抑制する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。

特許文献１に記載の技術では、絶縁Ｉ／Ｆを介して制御部（メインマイコン）と通信を行うデイジーチェーン接続された複数の電池監視用の半導体において、制御部と通信を行う電池監視用の半導体のみが、通信を行う際に、絶縁Ｉ／Ｆへ電源供給を行うために消費電流が増加して、他の電池監視用の半導体と消費電流がばらつくのを抑制することにより、各組電池間の電圧のばらつきを抑制する。

特開２０１４−８２１５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、絶縁Ｉ／Ｆへ電源供給を行うための外部負荷電流が変動するような場合には、消費電流が均等化できない懸念があり、各組電池間の電圧のばらつきを十分に解消できない場合がある。また、特許文献１に記載の技術では、各組電池における消費電流が高い場合がある。

本発明は、上述した問題を解決するために提案されたものであり、消費電流を抑制し、組電池間の電圧のばらつきを抑制することができる、半導体装置及び電池監視システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、組電池に電源端子を介して接続され、基準電圧に応じて、前記電源端子から入力される電源電流に基づいて生成した第１電流を出力端子に出力する第１電流源と、外部電流が入力される入力端子に接続され、前記基準電圧に応じて、前記外部電流に基づいて生成した第２電流を前記出力端子に出力する第２電流源と、を備える。

本実施の形態の電池監視システムは、他の半導体装置にデイジーチェーン接続される半導体装置であって、出力端子が他の半導体装置の入力端子、または外部装置に接続された、本発明の前記半導体装置を複数備える。

消費電流を抑制し、組電池間の電圧のばらつきを抑制することができる、という効果を奏する。

本実施の形態の電池監視システムの一例の概略構成を示す概略構成図である。 本実施の形態のレギュレータ回路の一例の概略構成図である。 本実施の形態のレギュレータ回路の一例の回路図である。 下段の電池監視ＩＣのスイッチがオフの場合の説明図である。 下段の電池監視ＩＣのスイッチがオンの場合の説明図である。 本実施の形態のミラー比を設定するための設定部を備えた場合の電池監視ＩＣの一例の概略構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の半導体装置の一例である電池監視用のＩＣ（Integrated Circuit）を備えた電池監視システムについて説明する。

まず、本実施の形態の電池監視システム全体の概略構成について説明する。図１に、本実施の形態の電池監視システムの一例の概略構成図を示す。

電池監視システム１０は、ｘ個の組電池（ＢＴ_１〜ＢＴ_ｘ、ｘは１以上の自然数）と、ｘ個（ｘ段）の電池監視ＩＣ（ＩＣ_１〜ＩＣ_ｘ）と、ＭＣＵ（Memory Control Unit）１２と、を備えている。なお、以下では、組電池ＢＴ_１〜ＢＴ_ｘ及び電池監視ＩＣ_１〜ＩＣ_ｘについて、総称する場合は、それぞれ「組電池ＢＴ」及び「電池監視ＩＣ」と表し、個々を区別する場合は、個々を示す符号を付して表す。

組電池ＢＴは、それぞれ複数個の電池セルを含んでいる。各組電池ＢＴに含まれる電池セルの数は任意である。例えば、電池セルの数は、全組電池ＢＴが同じ数の電池セルを含んでいてもよいし、組電池ＢＴ毎に異なる数であってもよい。各組電池ＢＴに含まれる電池セルは、直列に接続されている。電池セルの具体的一例としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等が挙げられる。

ＭＣＵ１２は、電池監視システム１０全体を制御して、各電池監視ＩＣにより、組電池ＢＴの電池セルの電池電圧を測定し、監視する機能を有している。

電池監視ＩＣは、組電池ＢＴに含まれる電池セルの電池電圧を監視する機能を有している。本実施の形態の電池監視システム１０では、図１に示すように、各電池監視ＩＣは、最下段が電池監視ＩＣ_１、及び最上段が電池監視ＩＣ_ｘとして、通信線ＬＴ２によって直列に、いわゆるデイジーチェーン接続されている。最下段の電池監視ＩＣ１は、ＭＣＵ１２に通信線ＬＴ１を介して接続されており、ＭＣＵ１２との間でデータの通信が行われる。上段の電池監視ＩＣは、下段の電池監視ＩＣ及び通信線ＬＴ２を介して、ＭＣＵ１２との間でデータの通信が行われる。各電池監視ＩＣは、通信線ＬＴ１またはＬＴ２により相互に通信を行うための、図示を省略した通信部を備えている。通信用の電源は、上段の電池監視ＩＣで生成され、駆動電圧ＶＲＥＧ２及びグランド電圧ＧＮＤ２として、下段の電池監視ＩＣに供給される。

電池監視ＩＣは、電源端子２４（２４_１〜２４_ｘ）、グランド端子２６（２６_１〜２６_ｘ）、入力端子２８（２８_１〜２８_ｘ）、及び出力端子３０（３０_１〜３０_ｘ）を備えている。以下では、電池監視ＩＣ及び組電池ＢＴと同様に、総称する場合は、「電源端子２４」、「グランド端子２６」、「入力端子２８」、及び「出力端子３０」と表し、個々を区別する場合は、個々を示す符号を付して表す。

電源端子２４には、組電池ＢＴに含まれる電池セルの最高電位側が接続されている。電源端子２４には、組電池ＢＴから、電源電圧ＶＤＤが供給される。

グランド端子２６には、組電池ＢＴに含まれる電池セルの最低電位側が接続されている。グランド端子２６には、組電池ＢＴから、グランド（ＧＮＤ）電圧が供給される。

入力端子２８には、上段の電池監視ＩＣの出力端子３０が接続されている。入力端子２８には、上段の電池監視ＩＣから外部電流（詳細供述）が入力される。なお、最上段の電池監視ＩＣ（ＩＣ_ｘ）では、上段の電池監視ＩＣが存在しないため、入力端子２８には、組電池ＢＴ_ｘの最高電位側が接続されている。

出力端子３０には、下段の電池監視ＩＣの入力端子２８が接続されている。出力端子３０から、下段の電池監視ＩＣに外部電流が出力される。なお、最下段の電池監視ＩＣ（ＩＣ_１）では、出力端子３０はＭＣＵ１２に接続されている。

また、電池監視ＩＣは、電池監視部２０（２０_１〜２０_ｘ）、及びレギュレータ回路２２（２２_１〜２２_ｘ）を備えている。以下では、電池監視ＩＣ及び組電池ＢＴ等と同様に、総称する場合は、「電池監視部２０」、及び「レギュレータ回路２２」と表し、個々を区別する場合は、個々を示す符号を付して表す。

電池監視部２０には、組電池ＢＴが接続されており、接続された組電池ＢＴの電池電圧を測定（監視）する機能を有している。電池監視部２０の例としては、組電池ＢＴに含まれる電池セルの数に応じたスイッチング素子を備えたものが挙げられる。この場合、電池監視部２０は、電池電圧の測定（監視）を行う対象となる電池セルの高電位側に接続された電池電圧線と、低電位側に接続された電池電圧線とを該スイッチング素子により選択し、高電位側に接続された電池電圧線の電位と、低電位側に接続された電池電圧線の電位とに基づいて、対象の電池セルの電池電圧を測定（監視）する。電池監視部２０による測定（監視）結果は、通信線ＬＴ１を介して、ＭＣＵ１２に出力される。具体的には、上段電池監視ＩＣによる測定結果は、通信線ＬＴ２を介して下段の電池監視ＩＣを経由して、ＭＣＵ１２に出力される。

レギュレータ回路２２は、組電池ＢＴから供給される電源電圧から、電池監視部２０等の内部回路の駆動電圧ＶＲＥＧを生成して各部に供給する機能を有している。また、本実施の形態では、レギュレータ回路２２で生成された駆動電圧ＶＲＥＧは、ＭＣＵ１２や、その他の電池監視システム１０内部の電池監視ＩＣ以外の装置（部品）等である外部負荷１４（図３参照）に供給される。そのため、本実施の形態のレギュレータ回路２２は、外部負荷１４の電源として機能する。

本実施の形態のレギュレータ回路２２について詳細に説明する。まず、本実施の形態のレギュレータ回路２２の概略について説明する。図２には、本実施の形態のレギュレータ回路２２の一例の概略構成図を示す。

図２に示すように、本実施の形態のレギュレータ回路２２は、第１電流源４０及び第２電流源４２を備えている。第１電流源４０は、電源端子２４に接続され、基準電圧源Ｖｒｅｆ（図３参照）を備えており、電源端子２４を介して組電池ＢＴから供給される電源電流から第１電流を生成して出力端子３０を介して、外部（下段の電池監視ＩＣまたは外部負荷１４）に出力する機能を有する。

一方、第２電流源４２は、入力端子２８に接続されており、入力端子２８を介して上段の電池監視ＩＣから入力される外部電流から第２電流を生成して出力端子３０を介して、外部（下段の電池監視ＩＣまたは外部負荷１４）に出力する機能を有する。

本実施の形態のレギュレータ回路２２では、各電池監視ＩＣの第１電流源４０で生成された第１電流及び第２電流源４２で生成された第２電流、または、第１電流源４０で生成された第１電流が、出力端子３０から外部負荷電流Ｉｌｏａｄとして外部負荷１４に供給される。

さらに、本実施の形態のレギュレータ回路２２について詳細に説明する。図３には、本実施の形態のレギュレータ回路２２の一例の回路図を示す。

図３に示すように、第１電流源４０は、基準電圧源Ｖｒｅｆと、差動増幅器ＡＭＰ０と、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１と、抵抗素子Ｒ１と、抵抗素子Ｒ２と、を備える。

また、第２電流源４２は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２と、スイッチＳ１と、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ２によるカレントミラー回路４６と、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ４によるカレントミラー回路４８と、を備える。

差動増幅器ＡＭＰ０の非反転入力端子は、基準電圧源Ｖｒｅｆと接続されている。また、差動増幅器ＡＭＰ０の反転入力端子は、直列に接続された抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２との間のノードに接続されている。差動増幅器ＡＭＰ０の出力端子は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲート端子（制御端子）に接続されている。

差動増幅器ＡＭＰ０は、基準電圧源Ｖｒｅｆから供給される基準電圧Ｖｒｅｆに応じて、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のオン、オフを制御する機能を有している。レギュレータ回路２２により駆動電圧ＶＲＥＧを生成する場合、差動増幅器ＡＭＰ０により、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ２がオン状態に制御される。

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲート端子は、差動増幅器ＡＭＰ０の出力端子及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲート端子に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のソース端子（主端子）は、電源端子２４に接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレイン端子（主端子）は、抵抗素子Ｒ１の正側端子及び出力端子３０に接続されている。

抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２は直列に接続されている。抵抗素子Ｒ１の正側端子は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレイン端子及び出力端子３０に接続されている。また、抵抗素子Ｒ１の負側端子と、抵抗素子Ｒ２の正側端子とは接続されている。抵抗素子Ｒ２の負側端子は、グランド端子２６に接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲート端子は、差動増幅器ＡＭＰ０の出力端子及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲート端子に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のソース端子は、電源端子２４に接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレイン端子は、スイッチＳ１の一方の端子に接続されている。

スイッチＳ１の一方の端子は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレイン端子に接続されている。また、スイッチＳ１の他方の端子は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレイン端子に接続されている。

ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ２は、第１カレントミラー回路の一例である、カレントミラー回路４６を形成している。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲート端子は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレイン端子及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲート端子と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレイン端子は、スイッチＳ１の他方の端子と、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲート端子と、に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のソース端子は、グランド端子２６に接続されている。

ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲート端子は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲート端子及びドレイン端子に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレイン端子は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のドレイン端子に接続されている。また、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のソース端子は、グランド端子２６に接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ４は、第２カレントミラー回路の一例である、カレントミラー回路４８を形成している。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート端子は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のドレイン端子及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲート端子に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のソース端子は、入力端子２８に接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のドレイン端子は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレイン端子と、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲート端子と、に接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲート端子は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート端子及びドレイン端子に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のソース端子は、入力端子２８に接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のドレイン端子は、出力端子３０に接続されている。

従って、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のソース端子には、入力端子２８を介して、上段の電池監視ＩＣ（上段の電池監視ＩＣの出力端子３０）が接続されている。

なお、出力端子３０には、最下段の電池監視ＩＣ（ＩＣ_１）の場合は、図３に示したように、外部負荷１４及び容量Ｃ１が接続されているが、その他の電池監視ＩＣ（電池監視ＩＣ_２〜ＩＣ_ｘ）では、下段の電池監視ＩＣの入力端子２８及び容量Ｃ１が接続されている。

次に、本実施の形態の電池監視ＩＣにおけるレギュレータ回路２２の動作について説明する。説明の便宜上、電池監視ＩＣが２段、すなわち図１の電池監視システム１０において、ｘ＝２の場合について、図４及び図５を参照して詳細に説明する。なお、以下では、各ＰＭＯＳトランジスタＭＰ（ＭＰ１〜ＭＰ４）に流れる電流をそれぞれ、電流Ｉｍｐ１〜Ｉｍｐ４とし、各ＮＭＯＳトランジスタＭＮ（ＭＮ１、ＭＮ２）に流れる電流をそれぞれ、電流Ｉｍｎ１、Ｉｍｎ２とする。また、各電流がいずれの電池監視ＩＣのものであるかを区別する場合は、符号の後に、電池監視ＩＣの段数を表す符号を「（ ）」で付与する。

下段の電池監視ＩＣ_１の電源端子２４_１は、組電池ＢＴ_１の高電位側に接続されている。また、下段の電池監視ＩＣ_１のグランド端子２６_１は、組電池ＢＴ_１の低電位側に接続されている。従って、電池監視ＩＣ_１には、組電池ＢＴ_１から電源が供給される。

同様に、上段の電池監視ＩＣ_２の電源端子２４_２は、組電池ＢＴ_２の高電位側に接続されている。また、下段の電池監視ＩＣ_２のグランド端子２６_２は、組電池ＢＴ_２の低電位側に接続されている。従って、電池監視ＩＣ_２には、組電池ＢＴ_２から電源が供給される。

下段の電池監視ＩＣ_１の入力端子２８_１と、上段の電池監視ＩＣ_２の出力端子３０_２とは、接続されている。また、電池監視ＩＣ_１の出力端子３０_１は、外部負荷１４に接続されている。また、電池監視ＩＣ_２の入力端子２８_２は、組電池ＢＴ_２の高電位側に接続されている。

まず、下段の電池監視ＩＣ_１のスイッチＳ１_１がオフの場合について説明する。図４には、下段の電池監視ＩＣ_１のスイッチＳ１_１がオフの場合の説明図を示す。なお、スイッチＳ１のオン、オフは、ＭＣＵ１２からの指示により制御されるようにしてもよいし、他の装置（外部装置及び内部装置）からの指示により制御されるようにしてもよい。

スイッチＳ１_１がオフの場合、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２_１には、電流Ｉｍｐ２（１）が流れず、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１にも電流Ｉｍｎ１（１）が流れない。そのため、カレントミラー回路４６_１では、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２_１にも電流Ｉｍｎ２（１）が流れない。

さらに、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２_１に電流Ｉｍｎ２（１）が流れないため、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３_１にも電流Ｉｍｐ３（１）が流れない。そのため、カレントミラー回路４８_１では、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ４_１にも電流Ｉｍｐ４（１）が流れない。

このように、スイッチＳ１_１がオフの場合は、第２電流源４２は動作しない。そのため、外部負荷電流Ｉｌｏａｄは、第１電流源４０のみ、具体的には、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１のみから電流が供給されることになる。そのため、外部負荷電流Ｉｌｏａｄ＝第１電流＝ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１を流れる電流Ｉｍｐ１（１）となる。

従って、最下段の電池監視ＩＣ_１に接続された組電池ＢＴ_１からのみ、外部負荷電流Ｉｌｏａｄが供給される。

次に、下段の電池監視ＩＣ_１のスイッチＳ１_１がオンの場合について説明する。図５には、下段の電池監視ＩＣ_１のスイッチＳ１_１がオンの場合の説明図を示す。なお、上段の電池監視ＩＣ_２のスイッチＳ１_２は、オフとする。

スイッチＳ１_１がオンの場合、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２_１には、電源端子２４_１から供給される電源電流に基づいた電流Ｉｍｐ２（１）が流れる。また、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１にも電流Ｉｍｐ１（１）が流れる。この場合、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２_１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１の制御端子が共に、差動増幅器ＡＭＰ０_１の出力端子に接続されるため、電流Ｉｍｐ１（１）及び電流Ｉｍｐ２（１）（各電流の電流値）は、ミラー比に応じた電流比になる。ミラー比は、例えば、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ２_１のゲート長を等しいと仮定した場合、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ２_１の面積比により定まる。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１に流れる電流Ｉｍｐ１（１）：ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２_１に流れる電流Ｉｍｐ２（１）＝１：ｍとした場合（ミラー比＝ｍとした場合）、電流Ｉｍｐ２（１）＝ｍ×電流Ｉｍｐ１（１）となる。

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２_１に電流Ｉｍｐ２（１）が流れたことにより、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１にも電流Ｉｍｎ１（１）が流れ、電流Ｉｍｎ１（１）＝電流Ｉｍｐ２（１）＝ｍ×電流Ｉｍｐ１（１）となる。

カレントミラー回路４６_１では、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１に流れる電流Ｉｍｎ１（１）：ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２_１に流れる電流Ｉｍｎ２（１）＝１：ｎとした場合（ミラー比＝ｎとした場合）、電流Ｉｍｎ２（１）＝ｎ×電流Ｉｍｎ１（１）＝ｎ×ｍ×電流Ｉｍｐ１（１）となる。

ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２_１に電流Ｉｍｎ２（１）が流れたことにより、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３_１にも電流Ｉｍｐ３（１）が流れ、電流Ｉｍｐ３（１）＝電流Ｉｍｎ２（１）＝ｎ×ｍ×電流Ｉｍｐ１（１）となる。

カレントミラー回路４８_１では、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３_１に流れる電流Ｉｍｐ３（１）：ＰＭＯＳトランジスタＭＰ４_１に流れる電流Ｉｍｐ４（１）＝１：ｋとした場合（ミラー比＝ｋ）とした場合、電流Ｉｍｐ４（１）＝ｋ×電流Ｉｍｐ３（１）＝ｋ×ｎ×ｍ×電流Ｉｍｐ１（１）となる。

上段の電池監視ＩＣ_２では、スイッチＳ１_２がオフのため、上述の電池監視ＩＣ_１のスイッチＳ１_１がオフの場合と同様に、第２電流源４２が動作せず、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_２のみに電流Ｉｍｐ１（２）が流れる。そのため、電池監視ＩＣ_２は、組電池ＢＴ_２の電流を消費する。電流Ｉｍｐ１（２）は、出力端子３０_２を介して下段の電池監視ＩＣ_１の入力端子２８_１に外部電流として供給される。そのため、上段の電池監視ＩＣ_２の電流Ｉｍｐ１（２）＝下段の電池監視ＩＣ_１の電流Ｉｍｐ４（１）となる。

外部負荷電流Ｉｌｏａｄは、第１電流源４０から出力される第１電流＋第２電流源４２から出力される第２電流となる。第１電流源４０から出力される第１電流は、電流Ｉｍｐ１（１）であり、第２電流源４２から出力される第２電流は、電流Ｉｍｐ４（１）である。従って、外部負荷電流Ｉｌｏａｄ＝電流Ｉｍｐ１（１）＋電流Ｉｍｐ４（１）＝電流Ｉｍｐ１（１）＋電流Ｉｍｐ１（２）となる。

そのため、ミラー比（各トランジスタの電流比）がｋ×ｎ×ｍ＝１の場合、電流Ｉｍｐ１（１）＝電流Ｉｍｐ４（１）＝電流Ｉｍｐ１（２）となる。

従って、電池監視ＩＣ_１と、電池監視ＩＣ_２とは、外部負荷電流Ｉｌｏａｄを等しく分担することができる。すなわち、組電池ＢＴ_１の消費電流と、組電池ＢＴ_２の消費電流とが等しくなる。

なお、本実施の形態では、電池監視ＩＣが２段の場合について説明したが、電池監視ＩＣの段数は、これに限定されるものではないことは、いうまでもない。図１に示したように、電池監視ＩＣの段数をｘ段とした場合は、最上段（ｘ段目）の電池監視ＩＣ_ｘのスイッチＳ１_ｘは、オフにし、その他の電池監視ＩＣのスイッチＳ１（Ｓ１_１〜Ｓ１_ｘ−１）をオンにすればよい。

各電池監視ＩＣのＰＭＯＳトランジスタＭＰ４に流れる電流Ｉｍｐ４は、上段にある全ての電池監視ＩＣのＰＭＯＳトランジスタＭＰ１に流れる電流Ｉｍｐ１の加算値となる。そのため、各電池監視ＩＣにおいて、電池監視ＩＣの上段の数＝ｋ×ｎ×ｍとすることにより、各電池監視ＩＣに接続された組電池ＢＴの消費電流を等しくすることができる。

具体的には、例えば、電池監視ＩＣの段数が３段の場合は、最下段の電池監視ＩＣ_１では、ｋ×ｎ×ｍ＝２とすればよく、電池監視ＩＣ_２では、ｋ×ｎ×ｍ＝１とすればよい。なお、最上段の電池監視ＩＣ_３では、上述のように、スイッチＳ１_１をオフ状態にし、第２電流源４２を動作させないため、ｋ×ｎ×ｍの値は、任意としてもよい。また、ミラー比をｋ×ｎ×ｍ＝１とする場合、ミラー比ｋ、ｎ、ｍ、それぞれの値は、任意であり、所望に応じて定めればよい。

このように、電池監視システム１０が、複数段の各電池監視ＩＣを備える場合、各電池監視ＩＣは、ミラー比（各トランジスタの電流比）のｋ×ｎ×ｍを設定するための設定部を備えるようにすればよい。図６には、ミラー比を設定するための設定部を備えた場合の電池監視ＩＣの一例の概略構成図を示す。

図６に示した電池監視ＩＣでは、上述の電池監視ＩＣ（図３参照）の構成に、さらに、設定部として機能するレジスタ５０及びデコーダ５２を備えている。レジスタ５０には、ＭＣＵ１２からの指示により、電池監視ＩＣの総段数及び各電池監視ＩＣの段数に応じたｋ×ｎ×ｍの値、または、各ミラー比ｍ、ｎ、ｋが設定値として設定される。デコーダ５２は、レジスタ５０に設定された設定値をデコードしてミラー比選択信号を生成する。デコーダにより生成された、ミラー比選択信号は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ２と、カレントミラー回路４６と、カレントミラー回路４８とに出力され、それぞれの出力先においてミラー比ｍ、ｎ、ｋが設定される。

なお、ミラー比ｍ、ｎ、ｋの設定方法として図６に示した例では、電池監視ＩＣが設定部（レジスタ５０及びデコーダ５２）を備え、ＭＣＵ１２が設定部にミラー比を設定する場合について説明したがこれに限らない。電池監視ＩＣの段数等に応じて、各電池監視ＩＣにミラー比を設定できる方法であればよく、例えば、ＭＣＵ１２以外の外部の制御部等により設定を行ってもよいし、外部端子の設定により各電池監視ＩＣでミラー比を選択するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態の電池監視ＩＣは、第１電流源４０及び第２電流源４２を備えており、第１電流源４０は、電池監視ＩＣが電源端子２４を介して接続されている組電池ＢＴから供給される電源電圧に応じた電源電流に基づいて第１電流を生成して出力端子３０に出力する。また、第２電流源４２は、上段の電池監視ＩＣから入力端子２８を介して入力された外部電流に基づいて第２電流を生成して出力端子３０に出力する。外部負荷１４に供給される外部負荷電流Ｉｌｏａｄは、各電池監視ＩＣの第１電流源４０で生成された第１電流の加算値となる。

従来の電池監視ＩＣでは、一般的にレギュレータ回路は１つの電流源しか備えておらず、具体例として、本実施の形態の第１電流源４０に対応する電流源しか備えていない。そのため、従来の電池監視ＩＣでは、上述した本実施の形態の電池監視ＩＣ_１のスイッチＳ１_１がオフの場合（図４参照）と同様に、ＭＣＵ１２に接続された電池監視ＩＣのみしか外部負荷電流Ｉｌｏａｄを供給しない。そのため、従来の電池監視システムの電池監視ＩＣでは、各電池監視ＩＣ間で、消費電流がばらつき、各組電池ＢＴ間の電圧がばらつく。

これに対して、本実施の形態の電池監視ＩＣのレギュレータ回路２２は、上述のように第１電流源４０及び第２電流源４２を備えている。これにより、外部負荷電流Ｉｌｏａｄを、各電池監視ＩＣで分担することができるため、各電池監視ＩＣ間における消費電流のばらつきが小さくなり、外部負荷電流Ｉｌｏａｄにより発生する各組電池ＢＴ間の電圧のばらつきを抑制することができる。

また、本実施の形態では、上記従来技術の特許文献１で示した従来の電池監視ＩＣに比べて、電池監視ＩＣにおける消費電流を抑制することができる。例えば、従来の電池監視ＩＣでは、制御部（ＭＣＵ１２に対応）と通信を行わない電池監視ＩＣはプルダウン抵抗で放電することにより、制御部と通信を行う電池監視ＩＣと同様に電流を消費することで、各電池監視ＩＣの消費電流を均等化している。従来の電池監視ＩＣでは、本実施の形態の外部負荷電流Ｉｌｏａｄに相当する電流を各電池監視ＩＣが消費することになるため、本実施の形態の電池監視ＩＣに比べて、各電池監視ＩＣにおける消費電流が多い。そのため、従来の電池監視ＩＣの場合では、電池監視システムが備える全組電池ＢＴの電力の消耗が早くなるという問題が生じる。

また、本実施の形態の電池監視ＩＣでは、上記従来技術の特許文献１で示した従来の電池監視ＩＣに比べて、以下の優れた効果を得られる。従来の電池監視ＩＣでは、電池監視ＩＣの電源にプルダウン抵抗を接続し該電池監視ＩＣに電源を投入した場合に、プルダウン抵抗で電流を消費することにより、消費電流を均等化している。そのため、従来の電池監視ＩＣでは、外部負荷１４に常時、外部負荷電流Ｉｌｏａｄを供給する場合、常時、電池監視ＩＣに電源を投入したままにしておかねばならない。これに対して、本実施の形態の電池監視ＩＣでは、レギュレータ回路２２が動作していればよく、電池監視ＩＣ全体が動作していなくてもよい。

従って、本実施の形態の電池監視システム１０の電池監視ＩＣでは、消費電流を抑制し、組電池間ＢＴ間の電圧のばらつきを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、各電池監視ＩＣで消費される消費電流を等しくする場合について説明したがこれに限らない。例えば、電池監視システム１０が備える全部の電池監視ＩＣが外部負荷電流Ｉｌｏａｄとなる電流（第１電流＋第２電流、または第１電流）を出力するのではなく、一部の電池監視ＩＣから出力するようにしてもよい。外部負荷電流Ｉｌｏａｄを出力する電池監視ＩＣの段数を所定の段数とする場合は、ＭＣＵ１２に接続されている電池監視ＩＣ（本実施の形態では最下段のＩＣ_１）から所定の段数−１段目までの電池監視ＩＣスイッチＳ１をオン、所定の段数以降の電池監視ＩＣのスイッチＳ１をオフにすればよい。

また例えば、ミラー比（電流比）ｋ×ｎ×ｍの値を適宜設定することにより、各電池監視ＩＣから出力する電流量を調整することができるため、組電池ＢＴの電圧等に応じて調整するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、上段の電池監視ＩＣの出力端子３０を下段の電池監視ＩＣの入力端子２８に接続し、外部負荷電流Ｉｌｏａｄを下段の電池監視ＩＣのレギュレータ回路２２から出力するようにしているがこれに限らない。例えば、電池監視ＩＣの耐圧が十分にある場合は、直接、上段の電池監視ＩＣの電源電圧ＶＤＤにＰＭＯＳトランジスタＭＰ３及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のソース端子を接続した場合でも、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態で示した、ＩＣの個数（デイジーチェーンの段数）等は、一例であり、特に限定されるものではない。

また、本実施の形態では、最下段のＩＣ_１にＭＣＵ１２が接続されている状態について説明したが、ＭＣＵ１２が接続されるＩＣは、最下段のＩＣ_１に限らない。例えば、最上段のＩＣ（ＩＣ_ｘ）にＭＣＵ１２が接続されるようにしてもよい。

また、本記実施の形態では、本発明の半導体装置を、組電池ＢＴの電池セルの電池電圧を監視する電池監視用ＩＣに適用した場合について説明したがこれに限らず、組電池から電源電圧が供給され、外部負荷１４の電源となる電圧を出力する半導体装置であれば本発明を適用することができる。

また、本実施の形態で説明した電池監視システム１０、ＩＣ、及びＭＣＵ１２等の構成、各動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。

１０ 電池監視システム
１２ ＭＣＵ
１４ 外部負荷
２２ レギュレータ回路
２４ 電源端子
２６ グランド端子
２８ 入力端子
３０ 出力端子
４０ 第１電流源
４２ 第２電流源
４６、４８ カレントミラー回路
ＡＭＰ０ 差動増幅器
ＩＣ 電池監視用の半導体装置
ＭＰ１〜ＭＰ４ ＰＭＯＳトランジスタ
ＭＮ１、ＭＮ２ ＮＭＯＳトランジスタ
Ｓ１ スイッチ
Ｖｒｅｆ 基準電圧源

Claims (8)

1. 組電池に電源端子を介して接続され、基準電圧に応じて、前記電源端子から入力される電源電流に基づいて生成した第１電流を出力端子に出力する第１電流源と、
   外部電流が入力される入力端子に接続され、前記基準電圧に応じて、前記外部電流に基づいて生成した第２電流を前記出力端子に出力する第２電流源と、
   を備えた半導体装置。
2. 前記第２電流源は、前記第２電流を生成するか否かを切り換えるスイッチを備える、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１電流源は、
   前記基準電圧を供給する基準電圧源と、
   一方の主端子が前記電源端子に接続された第１トランジスタと、
   前記第１トランジスタの他方の主端子に一端が接続された第１抵抗と、
   前記第１抵抗の他端に一端が接続され、前記基準電圧源に他端が接続された第２抵抗と、
   一方の入力端子が第１基準電圧源に接続され、他方の入力端子が第１抵抗と前記第２抵抗との間に接続され、出力端子が前記第１トランジスタの制御端子に接続された差動増幅器と、
   を備える、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第２電流源は、
   前記電源電流に応じた第３電流を出力する第１カレントミラー回路と、
   前記第１カレントミラー回路から出力された第３電流が供給され、前記外部電流に応じた電流を前記第２電流として前記出力端子に出力する第２カレントミラー回路と、
   を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第１電流源は、前記基準電圧を供給する基準電圧源と、一方の主端子が前記電源端子に接続された第１トランジスタと、前記第１トランジスタの他方の主端子に一端が接続された第１抵抗と、前記第１抵抗の他端に一端が接続され、前記基準電圧源に他端が接続された第２抵抗と、一方の入力端子が前記基準電圧源に接続され、他方の入力端子が第１抵抗と前記第２抵抗との間に接続され、出力端子が前記第１トランジスタの制御端子に接続された差動増幅器と、を備え、
   前記第２電流源は、一方の主端子が前記電源端子に接続され、他方の主端子が第１カレントミラー回路に接続され、制御端子が前記差動増幅器の出力端子に接続された第２トランジスタと、前記第２トランジスタに接続された第３トランジスタ及び第４トランジスタを含み、前記電源電流に応じた第３電流を出力する前記第１カレントミラー回路と、前記第４トランジスタに接続された第５トランジスタ及び第６トランジスタを含み、前記第１カレントミラー回路から出力された第３電流が供給され、前記外部電流に応じた電流を前記第２電流として前記出力端子に出力する第２カレントミラー回路と、を備えた、
   請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
6. 前記第１トランジスタを流れる電流と前記第２トランジスタを流れる電流の電流比を１：ｍ、
   前記第３トランジスタを流れる電流と前記第４トランジスタを流れる電流の電流比を１：ｎ、
   及び前記第５トランジスタを流れる電流と前記第６トランジスタを流れる電流の電流比を１：ｋで表した場合に、
   ｍ×ｎ×ｋ＝１である、
   請求項５に記載の半導体装置。
7. 他の半導体装置にデイジーチェーン接続される半導体装置であって、出力端子が他の半導体装置の入力端子、または外部装置に接続された、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の前記半導体装置を複数備えた、電池監視システム。
8. 出力端子が他の半導体装置の入力端子または制御部に接続された、請求項５に記載の、複数の前記半導体装置と、
   前記半導体装置の前記第１トランジスタを流れる電流と前記第２トランジスタを流れる電流の電流比を１：ｍ、
   前記第３トランジスタを流れる電流と前記第４トランジスタを流れる電流の電流比を１：ｎ、
   及び前記第５トランジスタを流れる電流と前記第６トランジスタを流れる電流の電流比を１：ｋで表した場合に、
   複数の前記半導体装置各々の第１電流が等しくなるように、複数の前記半導体装置の各々について前記ｍの値、前記ｎの値、及び前記ｋの値を調整する前記制御部と、
   を備えた電池監視システム。