JP2016096720A

JP2016096720A - 半導体装置及び半導体装置の制御方法

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Publication number: JP2016096720A
Application number: JP2016005220A
Authority: JP
Inventors: 紀久生宇都野; Kikuo Utsuno
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2016-05-26
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: JP6422453B2

Abstract

【課題】二次電池への充電経路が遮断された場合の二次電池の電力の損失を抑える。
【解決手段】二次電池の一方の電極が電気的に接続される第１の端子と該二次電池を充電する充電電圧が与えられる第２の端子との接続を遮断する第１の遮断部を備えた半導体装置において、二次電池の他方の電極が電気的に接続される第３の端子と、第１の端子と第３の端子とに接続され、充電電圧に応じて該第１の端子と該第３の端子との接続を遮断する第２の遮断部と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池から二次電池への充電を制御する場合において、太陽電池から二次電池への充電経路が遮断された場合の二次電池の電力の損失を抑える半導体装置及び半導体装置の制御方法に関する。

太陽電池から二次電池へ充電を行う充電制御システムとしては、例えば特許文献１に開示されているように、二次電池から太陽電池への電流の逆流を防止し、かつ太陽電池から二次電池への充電を行う際の電力の損失を低減することを目的として、太陽電池から二次電池への電力の充電をスイッチ素子により制御するものが知られている。

図１０は、特許文献１に開示された充電制御システムを概略的に示したものである。同システムは、大きくは太陽電池１と、二次電池２と、太陽電池１と二次電池２とを接続する伝送路３を備えている。なお、説明の便宜上、太陽電池１の正電極側と二次電池２の正電極側とを接続する伝送路３を伝送路３Ｈとし、太陽電池１の負電極側と二次電池２の負電極側とを接続する伝送路３を伝送路３Ｌとしてそれぞれ区別することとする。同システムは、さらに、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４を備えて伝送路３Ｈと伝送路３Ｌとに接続された伝送路４と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を備えて伝送路３Ｈと伝送路３Ｌとに接続された伝送路６とを備える。また、同システムは、伝送路４の抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とにより分圧された二次電池２の電圧と、伝送路６の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とにより分圧された太陽電池１の電圧とを比較するコンパレータ７と、伝送路３Ｈ上であって伝送路４と伝送路６との間に設けられ、コンパレータ７の出力に応じて伝送路３を遮断するＰ型ＭＯＳトランジスタ１２と、を備えている。なお、二次電池２と伝送路３と伝送路４とは閉回路を構成している。

従来の同システムの動作としては、伝送路４の抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とにより分圧された二次電池２の電圧と、伝送路６の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とにより分圧された太陽電池１の電圧とをコンパレータ７で比較し、太陽電池１の電圧と二次電池２の電圧との電圧差が規定値以上である場合には、コンパレータ７からローレベルを出力してＰ型ＭＯＳトランジスタ１２をオンして太陽電池１から二次電池２に充電を行い、太陽電池１の電圧と二次電池２の電圧との電圧差が規定値以下である場合には、コンパレータ７からハイレベルを出力してＰ型ＭＯＳトランジスタ１２をオフして太陽電池１から二次電池２への充電を遮断することで行っていた。

特開平９−２６１８６１号公報

しかしながら、上述したような従来の充電制御システムにおいては、スイッチ素子をオフして太陽電池から二次電池への充電を遮断する制御を行った場合、二次電池の電力が無駄に消費されてしまうという問題があった。例えば、図１０においては、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２がオフされると、二次電池２からの電流が二次電池２と伝送路３と伝送路４とで構成された閉回路に流れてしまうため、二次電池２の電力の無駄な消費、すなわち損失につながっていた。

そこで、本発明は、上記問題を解決するために、二次電池への充電経路が遮断された場合の二次電池の電力の損失を抑える半導体装置を提供する。

本発明に係る半導体装置は、二次電池の一方の電極が電気的に接続される第１の端子と該二次電池を充電する充電電圧が与えられる第２の端子との接続を遮断する第１の遮断部を備えた半導体装置において、前記二次電池の他方の電極が電気的に接続される第３の端子と、前記第１の端子と前記第３の端子とに接続され、前記充電電圧に応じて該第１の端子と該第３の端子との接続を遮断する第２の遮断部と、を有することを特徴とする。

本発明に係る半導体装置は、二次電池の一方の電極が電気的に接続される第１の端子と該二次電池を充電する充電電圧が与えられる第２の端子との間に配置され、該第１の端子と該第２の端子との接続を遮断する第１の遮断部と、前記第１の端子と前記二次電池の他方の電極が電気的に接続される第３の端子とに接続され、前記充電電圧に応じて該第１の端子と該第３の端子との接続を遮断する第２の遮断部と、を有することを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、二次電池への充電経路が遮断された場合の二次電池の電力の損失を抑えることが可能となる。

本発明にかかる充電制御システムの第１の実施形態を示す図である。第１の実施形態にかかる定電流バイアス生成部８０の具体的な構成を示す図である。第１の実施形態にかかる充電制御システムの充電状態を示すタイムチャートである。第１の実施形態にかかる充電制御システムの変形例を示す図である。第１の実施形態にかかる充電制御システムの他の変形例を示す図である。本発明にかかる充電制御システムの第２の実施形態を示す図である。第２の実施形態にかかる定電流バイアス生成部８０の具体的な構成を示す図である。第２の実施形態にかかる充電制御システムの変形例を示す図である。第２の実施形態にかかる充電制御システムの他の変形例を示す図である。特許文献１に開示された従来の充電制御システムを概略的に示す図である。

本発明にかかる充電制御システムについて、図面を参照して以下で詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明にかかる充電制御システムの第１の実施形態を示す図である。

第１の実施形態にかかる充電制御システムは、太陽電池１０と、太陽電池１０に接続され、太陽電池１０から出力される電力を伝送する第１の伝送路３０と、第１の伝送路３０に接続され、太陽電池１０から出力される電力の供給を受ける二次電池２０と、第１の伝送路３０に接続され、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成する第２の伝送路４０と、太陽電池１０からの出力に基づく電圧と、第２の伝送路４０に接続されて第２の伝送路４０を介して伝送される二次電池２０からの出力に基づく電圧とを比較する比較部としてのコンパレータ７０と、を備え、第１の伝送路３０は、コンパレータ７０において太陽電池１０から出力される電圧が二次電池２０から出力される電圧以下であると判定された場合に第１の伝送路３０を遮断する第１の遮断部としてのＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０を備え、第２の伝送路４０は、第１の伝送路３０が遮断された後、太陽電池１０の電力の低下に伴って第２の伝送路４０を遮断する第２の遮断部としてのＮ型ＭＯＳトランジスタ４２を備えていることを特徴とする。

第１の実施形態にかかる充電制御システムについて以下で詳細に説明する。

太陽電池１０は、太陽光を吸収することが可能な図示しない太陽パネルと電気的に接続されており、吸収した太陽光を電力に変換することが可能な発電手段である。

二次電池２０は、太陽電池１０から供給される電力を蓄える機能を備えた蓄電池である。

第１の伝送路３０は、太陽電池１０の電力を二次電池２０に伝送するものであり、その始点３０ａが太陽電池１０の正電極側に、その終点３０ｄが太陽電池１０の負電極側に接続され、中間点３０ｂが二次電池２０の正電極側に、中間点３０ｃが二次電池２０の負電極側にそれぞれ接続されている。すなわち、第１の伝送路３０は太陽電池１０と二次電池２０とを結ぶ閉循環路として構成され、太陽電池１０から出力された電力は、第１の伝送路３０を介して二次電池２０へと供給される。なお、第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側は、例えばＧＮＤ電位となっている。

ここで、第１の伝送路３０は、説明の便宜上、太陽電池１０の正電極と二次電池２０と正電極とを接続する伝送路、すなわち、始点３０ａから中間点３０ｂに至るまでの第１の伝送路３０を高電位３０Ｈ側と称し、太陽電池１０の負電極と二次電池２０の負電極とを接続する伝送路、すなわち、中間点３０ｃから終点３０ｄまでに至る第１の伝送路３０を低電位側３０Ｌ側と称する。第１の伝送路３０は、高電位３０Ｈ側と低電位３０Ｌ側とに区画されて形成されている。

第２の伝送路４０は、第１の抵抗素子としての抵抗素子４１と第２の遮断部としてのＮ型ＭＯＳトランジスタ４２とを備えて構成され、第１の伝送路３０上において二次電池２０と並列に接続されている。抵抗素子４１の一端は、第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続されており、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２は、抵抗素子４１と直列に、詳しくは、ドレインＤが抵抗素子４１の他端に、ソースＳが第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側にそれぞれ接続されている。これにより、第２の伝送路４０は、二次電池２０と並列に接続されており、また、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成している。なお、第２の伝送路４０において、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２は後述する定電流バイアス生成部８０から供給されるバイアス電圧ＶＣによって定電流源として動作し、抵抗素子４１とＮ型ＭＯＳトランジスタ４２とで二次電池２０の電圧を分圧させる構成となっている。

第３の伝送路６０は、第２の抵抗素子としての抵抗素子６１と第３の遮断部としてのＮ型ＭＯＳトランジスタ６２とを備えて構成され、第２の伝送路４０よりも太陽電池１０側の第１の伝送路３０上において、太陽電池１０と並列に接続されている。抵抗素子６１の一端は、第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続されており、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ６２は、抵抗素子６１と直列に、詳しくは、ドレインＤが抵抗素子６１の他端に、ソースＳが第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側にそれぞれ接続されている。これにより、第３の伝送路６０は、太陽電池１０と並列に接続されており、また、第１の伝送路３０と二次電池１０と共に閉回路を構成している。なお、第３の伝送路６０は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ６２が後述する定電流バイアス生成部８０から供給される電圧によって定電流源として動作し、抵抗素子６１とＮ型ＭＯＳトランジスタ６２とで太陽電池１０の電圧を分圧させる構成となっている。

コンパレータ７０は、反転入力端子（−）が第２の伝送路４０を構成する抵抗素子４１とＮ型ＭＯＳトランジスタ４２との共通接続点に接続され、非反転入力端子（＋）が、第３の伝送路６０を構成する抵抗素子６１とＮ型ＭＯＳトランジスタ６２との共通接続点に接続されている。これにより、コンパレータ７０の反転入力端子（−）には、抵抗素子４１とＮ型ＭＯＳトランジスタ４２とによって分圧された二次電池２０の電圧が入力される。また、コンパレータ７０の非反転入力端子（＋）には、抵抗素子６１とＮ型ＭＯＳトランジスタ６２とによって分圧された太陽電池１０の電圧が入力されることとなる。

ここで、説明の便宜上、太陽電池１０の電圧をＶＳＣ、抵抗素子６１とＮ型ＭＯＳトランジスタ６２とによって分圧された太陽電池１０の電圧を入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎ、抵抗素子４１とＮ型ＭＯＳトランジスタ４２とによって分圧された二次電池２０の電圧を入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとしてそれぞれ定義する。

コンパレータ７０は、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとを比較し、「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」である場合にはハイレベル、「ＶＳＣｉｎ≦ＶＤＤｉｎ」となった場合にはローレベルをそれぞれ出力する。

定電流バイアス生成部８０は、第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続されて太陽電池１０から電力の供給を受けると共に、太陽電池１０から供給される電力を利用して生成したバイアス電圧ＶＣをＮ型ＭＯＳトランジスタ４２のゲートＧに印加する。また、定電流バイアス生成部８０で生成したバイアス電圧ＶＣは、さらにＮ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートＧにも印加する構成、すなわちＮ型ＭＯＳトランジスタ４２とＮ型ＭＯＳトランジスタ６２に対してカレントミラー接続としている。こうしたカレントミラー接続は後述の図２で明らかにされる。こうしたカレントミラー接続を用いた場合には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２の各ゲートＧに同じタイミングで定電流バイアス生成部８０からバイアス電圧ＶＣを印加することができるため、第２の伝送路４０を介してコンパレータ７０に供給される二次電池２０の電圧と、第３の伝送路６０を介してコンパレータ７０に供給される太陽電池１０の電圧とに対してなされる分圧を、同じタイミングで且つ同じ割合で提供することができる。

なお、第１の実施形態では、定電流バイアス生成部８０が太陽電池１０から供給される電力を利用してＮ型ＭＯＳトランジスタ４２、及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートＧにバイアス電圧ＶＣを印加しているので、充電制御システムが、例えば暗闇等に配置されて太陽電池１０からの電力の供給がなくなった場合には、定電流バイアス生成部８０からＮ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートＧへの電圧の印加が停止されることとなる。そして、定電流バイアス生成部８０からの電圧の印加が停止されると、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２はオフとなるため、第２の伝送路４０及び第３の伝送路６０には電流が流れなくなる。

第３の抵抗素子としての抵抗素子９０は、一端が第１の伝送路３０の高電位３０Ｈに接続されている。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１００は、一端としてのドレインＤが抵抗素子９０の他端と接続され、他端としてのソースＳが第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に接続され、コンパレータ７０の出力がゲートＧに印加される構成となっている。なお、抵抗素子９０とＮ型ＭＯＳトランジスタ１００との接続点を便宜上「接続点１１０」と称する。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は、一定の条件下で、第１の伝送路３０の導電路を遮断して太陽電池１０から二次電池２０への電力の供給を停止するスイッチ素子の役割を担う。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は、抵抗素子９０と第１の伝送路３０との接続箇所よりも太陽電池１０側であって第３の伝送路６０と第１の伝送路３０との接続箇所よりも二次電池２０側の第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に直列に接続されている。言い換えれば、抵抗素子９０は第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側であってＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０よりも二次電池２０側に接続されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は、ソースＳが二次電池２０側に接続され、ドレインＤが太陽電池１０側に接続され、ゲートＧがＮ型ＭＯＳトランジスタ１００のドレインＤと抵抗素子９０との接続点１１０に接続されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は、コンパレータ７０の出力に応じて第１の伝送路３０を導通させ、また、遮断させる。詳しくは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は、コンパレータ７０からの出力がハイレベルである場合には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１００がオンして接続点１１０が第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側の電位とほぼ同じとなり、これによりゲートＧにローレベルが印加されてオンする。一方、コンパレータ７０の出力がローレベルの場合には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１００はオフして接続点１１０が二次電池２０と同等の電位となり、これによりゲートＧにハイレベルが印加されてオフする。すなわち、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１００の動作に応じて変動する抵抗素子９０とＮ型ＭＯＳトランジスタ１００の間の電位に応じてオンオフ動作を行う。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０がオンしている間は、太陽電池１０から二次電池２０への電力の充電が行われ、オフしている間は該充電が行われない。

図２は、第１の実施形態に用いられる定電流バイアス生成部８０の具体的な回路構成を示している。

第１の実施形態に用いられる定電流バイアス生成部８０は、第１の伝送路に接続されており、第１のカレントミラー回路８１と第２のカレントミラー回路８２と抵抗Ｒ１とで構成されている。第１のカレントミラー回路８１は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ１とＰ型ＭＯＳトランジスタＰ２とで構成されている。第２のカレントミラー回路８２は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１とＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２とで構成されている。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ１及びＰ型ＭＯＳトランジスタＰ２は、各々が第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続されている。詳細には、ソースＳが第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続されており、両者のゲートＧはＰ型ＭＯＳトランジスタＰ１のドレインＤに共通接続されている。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１は、ドレインＤがＰ型ＭＯＳトランジスタＰ１のドレインＤと接続されており、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ２は、ドレインＤがＮ型ＭＯＳトランジスタのドレインＤと接続されている。また、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ２のソースＳは第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に接続されており、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１とＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２のゲートＧは共通接続されている。さらに、両者のゲートＧはＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２のドレインＤに共通接続されている。また、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１及びＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２のゲートＧはＮ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートＧとカレントミラー接続されている。

抵抗Ｒ１は、一端がＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１のソースＳに接続されており、他端が第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に接続されている。

上記構成を備えた定電流バイアス生成部８０から出力されるバイアス電圧ＶＣは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートＧに印加される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２に印加されるバイアス電圧ＶＣは、上述したＰ型ＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ２、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１、及びＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２の電気的特性、並びに抵抗Ｒ１によって適宜設定することができる。

図３は、第１の実施形態にかかる充電制御システムの充電状態を示すタイムチャートである。第１の本実施形態にかかる充電制御システムの動作について、図３を踏まえて説明する。

図３は、コンパレータ７０に入力される入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎ及び入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎの径時変化を表し、縦軸にその大きさＶを、横軸に時間経過Ｔをそれぞれ示している。また、電圧ＶＳＣｉｎ及び電圧ＶＤＤｉｎは、それぞれ参照符号Ｙ１（実線）及びＹ２（点線）で示している。

図３に示す期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、及びＴ５において、時刻Ｆ，Ｓ，ＴＨ，ＦＯはそれぞれ期間Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４、及びＴ４−Ｔ５の境界の時刻をそれぞれ表し、時刻ＦＩは期間Ｔ５の終端にあたる時刻を表している。

期間Ｔ１では、日照量が多く太陽電池１０では一定の発電がなされている。このため、定電流バイアス生成部８０からＮ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２の各ゲートＧには一定の電圧が印加され、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２は各々オンしており、第２の伝送路４０には二次電池２０からの電流が流れ、第３の伝送路６０には太陽電池１０からの電流が流れている。また、期間Ｔ１では、太陽電池１０の電圧ＶＳＣと二次電池２０の電圧ＶＤＤとの間に「ＶＳＣ＞ＶＤＤ」が成り立っている。この場合、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には、「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。従って、コンパレータ７０からはハイレベルが出力され、これによってＮ型ＭＯＳトランジスタ１００がオンして接続点１１０の電位が低電位３０Ｌ側の電位と同等となるため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧにはローレベルが印加されてＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０はオンし、太陽電池１０の電力は第１の伝送路３０を介して二次電池２０に供給される。

期間Ｔ２〜Ｔ４では、太陽パネルに太陽光があたっていないか、もしくは日陰等でほとんど当たっていない状態であり、これにより太陽電池１０の電圧ＶＳＣが時間と共に低下している。

時刻Ｆになって期間Ｔ２になると、太陽電池の電圧ＶＳＣと二次電池２０の電圧ＶＤＤとの間に「ＶＳＣ＞ＶＤＤ」が成り立っている。この場合、期間Ｔ１の場合と同様に第２の伝送路４０には太陽電池１０からの電流が流れ、第３の伝送路６０には二次電池２０からの電流が流れている。この場合、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には、「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。従って、期間Ｔ１の場合と同様にＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０はオンし、太陽電池１０の電力は第１の伝送路３０を介して二次電池２０に供給される。

一方、時刻Ｓでは、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間に「ＶＳＣｉｎ＝ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。そして、時刻Ｓ以降の期間Ｔ３とＴ４では、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間に「ＶＳＣｉｎ＜ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。

期間Ｔ３では、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には「ＶＳＣｉｎ≦ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。このため、時刻Ｓになって「ＶＳＣｉｎ＝ＶＤＤｉｎ」となった時点でコンパレータ７０からはローレベルが出力され、これによってＮ型ＭＯＳトランジスタ１００がオフして接続点１１０の電位が二次電池２０と同等の電位となるため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧには一定の電圧が印加されてＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０はオフし、太陽電池１０から二次電池２０への電力の供給路である第１の伝送路３０は遮断されている。

しかしながら、従来の充電制御回路では、太陽電池１０から二次電池２０への電力の供給路である第１の伝送路３０が遮断された時刻Ｓ以降にあっては、二次電池２０と第２の伝送路４０とは第１の伝送路３０を介して閉回路となっていることから、二次電池２０の電流は、第２の伝送路４０に向かって流出してしまうという問題があった。このため、太陽パネルに太陽光が当たっていない期間であって時刻Ｓ以降にあっては、二次電池２０の電力が無駄に消費され続けてしまい、二次電池２０の電力の損失につながっていた。

これに対し、第１の実施形態にかかる充電制御システムでは、太陽電池１０の電力の低下に伴って第１の伝送路３０が遮断された後、さらに太陽電池１０の電力が低下して電圧ＶＳＣが０Ｖになる時刻ＴＨ、及び同時刻以降の期間Ｔ４においては、第１の伝送路３０に接続され、太陽電池１０の電力を利用して動作する定電流バイアス生成部８０から第２の伝送路４０のＮ型ＭＯＳトランジスタ４２、及び第３の伝送路６０のＮ型ＭＯＳトランジスタ６２の各ゲートＧへの電力の供給が停止されることとなる。そして、定電流バイアス生成部８０からの電力の供給が停止されると、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２は共にオフすることとなるため、第２の伝送路４０はＮ型ＭＯＳトランジスタ４２によって遮断され、第３の伝送路６０はＮ型ＭＯＳトランジスタ６２によって遮断されることとなる。このため、二次電池２０と第２の伝送路４０とは閉回路でなくなり、二次電池２０の電力は、第２の伝送路４０に向かって流出することがないので、二次電池２０の電力消費を抑えることができる。

なお、時刻Ｓ以降であって、時刻ＴＨ以前の期間Ｔ３においては、期間Ｔ２の場合と同様に入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には「ＶＳＣｉｎ＜ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。このとき、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０はオフし、太陽電池１０から二次電池２０への電力の供給路である第１の伝送路３０は遮断されることとなる。この場合には、期間Ｔ３においては太陽電池１０が０Ｖになっていないため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２はオンしており二次電池２０の電力は、第２の伝送路４０に向かって流出してしまう。しかしながら、時刻Ｓから時刻ＴＨまでの時間、すなわち太陽光パネルに太陽光が当たらなくなってから太陽電池１０の電圧ＶＳＣが０Ｖになるまでの時間は１秒にも満たないため、その期間の二次電池２０の電力の損失は実質的に無視することができる程度のものである。

時刻ＦＯになると、太陽光パネルに再び太陽光が当たることとなる。このため、定電流バイアス生成部８０からＮ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２のゲートＧには一定の電圧が印加され、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２及びＮ型ＭＯＳトランジスタ６２は各々オンし、第２の伝送路４０には太陽電池１０からの電流が流れ、第３の伝送路６０には二次電池２０からの電流が流れることとなる。そして、期間Ｔ５を経て時刻ＦＩになると、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には、再び「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」が成り立つ。このため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は再びオンし、太陽電池１０の電力は第１の伝送路３０を介して二次電池２０に供給されることとなる。

以上で説明したように、第１の実施形態にかかる充電制御システムによれば、太陽電池１０の電力の低下に伴って、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成する第２の伝送路４０を遮断することによって、第１の伝送路３０を遮断した場合に二次電池２０の電流が第１の伝送路と二次電池と第２の伝送路とで構成された閉回路に流れ続けるという問題が解消されるため、二次電池２０の電力の損失を抑えることができる。

なお、コンパレータ７０の駆動電力は、図１に示すように、第１の伝送路３０に接続された第４の伝送路１３０を介して太陽電池１０から供給することが好ましい。なぜならば、第１に、コンパレータ７０の駆動電源として他の電圧源を用いると、その分充電制御システムの面積・体積が増加してしまうという問題が生じ、また、第２に、二次電池２０から駆動電源を供給することとすると、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０がオフされた場合であっても二次電池２０からコンパレータ７０に向かって駆動電力を供給してしまい、二次電池２０の電力損失につながるという問題が生じるからである。上記に鑑み、第１の実施形態では、コンパレータ７０の駆動電力を太陽電池１０から供給するようにして上記２つの問題の発生を排除している。

また、抵抗素子４１と抵抗素子６１とは、同じ抵抗値で形成されており、また、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２とＮ型ＭＯＳトランジスタ６２とは、同じ特性で形成されていることが好ましい。なぜならば、第２の伝送路４０を介してコンパレータ７０に供給される二次電池２０の電圧と、第３の伝送路６０を介してコンパレータ７０に供給される太陽電池１０の電圧とに対してなされる分圧を同じ割合で提供することができるからである。

また、抵抗素子４１、又は抵抗素子６１は可変抵抗であることが好ましい。なぜならば、少なくともいずれか一方が可変抵抗であることで、抵抗素子４１と抵抗素子６１とが異なる抵抗を備えて形成された場合であっても、いずれかの抵抗値を調整して抵抗素子４１と抵抗素子６１とを同抵抗値とすることができるからである。また、コンパレータ７０に入力オフセット電圧がある場合でも、いずれかの抵抗値を調整して分圧比を変更し、コンパレータ７０の入力オフセット電圧を相殺することができるからである。

また、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０は、第１の伝送路３０の低電位側３０Ｌに設けるのではなく、高電位３０Ｈ側に設けられている。なぜならば、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０を第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に設けた場合、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０のソースＳがＧＮＤ電位（０Ｖ）であるのに対して、コンパレータ７０からＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧに印加される電圧が０Ｖ未満、すなわちマイナス電位になることがないため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタがオンしないという問題が生じるからである。

また、第１の実施形態では、抵抗素子９０及びＮ型ＭＯＳトランジスタ１００を介してＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０のオンオフを制御している。なぜならば、単純にコンパレータ７０の出力をＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧに直接入力する構成とした場合には、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０の正常な動作を実現することができないからである。この理由としては、コンパレータ７０の出力をＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧに直接入力する構成とした場合であって、コンパレータ７０の駆動電力を第１の伝送路３０に並列に接続された第４の伝送路１３０を介して太陽電池１０から供給する構成を採用した場合には、コンパレータ７０からＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧに供給される電圧が太陽電池１０の電圧となる一方で、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０のソースＳに供給される電圧が二次電池２０の電圧となる。これにより、太陽電池１０が０Ｖとなっても依然としてゲートＧの電位とドレインＤの電位とが同電位とならないため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１２０がオフすることがないからである。

図４は、第１の実施形態にかかる充電制御システムの変形例を示している。なお、本変形例では、図４において、図１に示した充電制御システムと同一構成の箇所については同一番号を付してその説明を省略する。

図４に示した充電制御システムと図１に示した充電制御システムとは、第１に、第２の伝送路４０に接続された抵抗素子４１に代えて、第１のＭＯＳトランジスタとしてのＰ型ＭＯＳトランジスタ４３が設けられており、第２に、第３の伝送路６０に接続された抵抗素子６１に代えて、第２のＭＯＳトランジスタとしてのＰ型ＭＯＳトランジスタ６３が設けられている点でそれぞれ異なる。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３は、第２の伝送路４０においてＮ型ＭＯＳトランジスタ４２に直列に接続されている。詳しくは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３のソースＳは第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続され、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３のゲートＧとドレインＤは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２のドレインＤに共通接続されており、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３のゲートＧとＮ型ＭＯＳトランジスタ４２のドレインＤとは同電位で形成されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３を用いることで、抵抗素子４１を用いる場合に比べ、より少ない定電流で二次電池２０をより大きく分圧することが可能となる。第２の伝送路４０において、より小さい定電流で二次電池２０を分圧させようとすると、抵抗素子４１を用いた場合には高抵抗にする必要があるために、比較的大きな回路面積が必要とされる。しかしながら、本変形例に示したように、抵抗素子４１を用いずにＭＯＳトランジスタのみで定電流源回路を構成するならば、ＭＯＳトランジスタ同士の物理的なサイズを調整することで、より少ない定電流を得られ、この少ない定電流で二次電池２０を分圧させることができるからである。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６３は、第３の伝送路６０においてＮ型ＭＯＳトランジスタ６２に直列に接続されている。詳しくは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６３のソースＳは第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続され、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３のゲートＧとドレインＤは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ６２のドレインＤに共通接続されており、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４３のゲートＧとＮ型ＭＯＳトランジスタ６２のドレインＤとは同電位で形成されている。なお、第３の伝送路６０において抵抗素子６１に代えてＰ型ＭＯＳトランジスタ６３を用いた場合のメリットは、第２の伝送路４０において抵抗素子４１に代えてＰ型ＭＯＳトランジスタ４３を用いた場合と同様である。

図５は、第１の実施形態にかかる充電制御システムの他の変形例を示す図である。なお、本変形例では、図５において、図１、又は図４に示した充電制御システムと同一構成の箇所については同一符号を付してその説明を省略する。

本変形例にかかる充電制御システムは、太陽電池１０、二次電池２０、及び半導体チップ１４０から構成されている。

半導体チップ１４０は、第１の伝送路３０、第２の伝送路４０、第３の伝送路６０、コンパレータ７０、定電流バイアス生成部８０、及びＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０を少なくとも備えて形成されている。詳しくは、半導体チップ１４０は、太陽電池１０に電気的に接続される第１の電極としての電極１５０ａ及び電極１５０ｂと、二次電池２０に電気的に接続される第２の電極としての電極１５０ｃ及び電極１５０ｄと、電極１５０ａ、電極１５０ｂ、電極１５０ｃ、及び電極１５０ｄと電気的に接続され、太陽電池１０から出力される電力を二次電池２０に伝送する第１の伝送路３０と、第１の伝送路３０に接続され、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成する第２の伝送路４０と、太陽電池１０からの出力に基づく電圧と、第２の伝送路４０に接続されて第２の伝送路４０を介して伝送される二次電池２０からの出力に基づく電圧とを比較するコンパレータ７０と、を備え、第１の伝送路３０は、コンパレータ７０において太陽電池１０から出力される電圧が二次電池２０から出力される電圧以下であると判定された場合に第１の伝送路３０を遮断するＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０を備え、第２の伝送路４０は、第１の伝送路３０が遮断された後、太陽電池１０の電力の低下に伴って第２の伝送路４０を遮断するＮ型ＭＯＳトランジスタ４２を備えている。

電極１５０ａは、太陽電池１０の正電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０内に形成された第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側と電気的に接続されている。電極１５０ｂは、太陽電池１０の負電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０内に形成された第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側と電気的に接続されている。電極１５０ｃは、二次電池２０の正電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０内に形成された第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側と電気的に接続されている。電極１５０ｄは、二次電池２０の負電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０内に形成された第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側と電気的に接続されている。以上により、半導体チップ１４０と太陽電池１０は、電極１５０ａ及び電極１５０ｂを介して電気的に接続され、半導体チップ１４０と二次電池２０は電極１５０ｃ及び電極１５０ｄを介して電気的に接続されている。

なお、図５には、第２の伝送路４０に抵抗素子４１を採用し、第３の伝送路６０に抵抗素子６１を採用した場合を示したが、この第２の伝送路４０には、図４に示したように抵抗素子４１に代えてＰ型ＭＯＳトランジスタ４３を採用し、また、第３の伝送路６０には、図４に示したように抵抗素子６１に代えてＰ型ＭＯＳトランジスタ６３を採用しても良い。

（第２の実施形態）
図６は、本発明にかかる充電制御システムの第２の実施形態を示す図である。なお、第２の実施形態では、図６において、図１に示した充電制御システムと同一構成の箇所については同一番号を付してその説明を省略する。

第２の実施形態にかかる充電制御システムは、太陽電池１０と、太陽電池１０に接続され、太陽電池１０から出力される電力を伝送する第１の伝送路３０と、第１の伝送路３０に接続され、太陽電池１０から出力される電力の供給を受ける二次電池２０と、第１の伝送路３０に接続され、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成する第２の伝送路４０と、太陽電池１０からの出力に基づく電圧と、第２の伝送路４０に接続されて第２の伝送路４０を介して伝送される二次電池２０からの出力に基づく電圧とを比較する比較部としてのコンパレータ７０と、を備え、第１の伝送路３０は、コンパレータ７０において太陽電池１０から出力される電圧が二次電池２０から出力される電圧以下であると判定された場合に第１の伝送路３０を遮断する第１の遮断部としてのＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａを備え、第２の伝送路４０は、第１の伝送路３０が遮断された後、太陽電池１０の電力の低下に伴って第２の伝送路４０を遮断する第２の遮断部としてのＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａを備えていることを特徴とする。

第２の実施形態にかかる充電制御システムについて以下で詳細に説明する。

第２の伝送路４０は、第１の抵抗素子としての抵抗素子４１ａと第２の遮断部としてのＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａとを備えて構成され、第１の伝送路３０上において二次電池２０と並列に接続されている。抵抗素子４１ａの一端は、第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に接続されており、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａは、抵抗素子４１ａと直列に、詳しくは、ドレインＤが抵抗素子４１ａの他端に、ソースＳが第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側にそれぞれ接続されている。これにより、第２の伝送路４０は、二次電池２０と並列に接続されており、また、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成している。なお、第２の伝送路４０において、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａは定電流バイアス生成部８０から供給されるバイアス電圧ＶＣによって定電流源回路として動作し、抵抗素子４１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａとで二次電池２０の電圧を分圧させる構成となっている。

第３の伝送路６０は、第２の抵抗素子としての抵抗素子６１ａと第３の遮断部としてのＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａとを備えて構成され、第１の伝送路３０の第２の伝送路４０よりも太陽電池１０側において太陽電池１０と並列に接続されている。抵抗素子６１ａの一端は、第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に接続されており、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６２ａは、抵抗素子６１ａと直列に、詳しくは、ドレインＤが抵抗素子６１ａの他端に、ソースＳが第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側にそれぞれ接続されている。これにより、第３の伝送路６０は、太陽電池１０と並列に接続されており、また、第１の伝送路３０と二次電池１０と共に閉回路を構成している。なお、第３の伝送路６０では、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６２ａが定電流バイアス生成部８０から供給されるバイアス電圧ＶＣによって定電流源として動作し、抵抗素子６１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａとで太陽電池１０の電圧を分圧させる構成となっている。

コンパレータ７０は、非反転入力端子（＋）が第２の伝送路４０を構成する抵抗素子４１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａとの共通接続点に接続され、反転入力端子（−）が第３の伝送路６０を構成する抵抗素子６１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａとの共通接続点に接続されている。これにより、コンパレータ７０の非反転入力端子（＋）には、抵抗素子４１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａとによって分圧された二次電池２０の電圧が入力されることとなる。また、コンパレータ７０の反転入力端子（−）には、抵抗素子６１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａとによって分圧された太陽電池１０の電圧が入力されることとなる。

ここで、説明の便宜上、第１の実施形態と同様に、太陽電池１０の電圧をＶＳＣ、抵抗素子６１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａとによって分圧された太陽電池１０の電圧を入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎ、抵抗素子４１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａとによって分圧された二次電池２０の電圧を入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとしてそれぞれ定義する。

コンパレータ７０は、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとを比較し、「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」である場合にはローレベル、「ＶＳＣｉｎ≦ＶＤＤｉｎ」となった場合にはハイレベルをそれぞれ出力する。

定電流バイアス生成部８０は、第２の実施形態においては、バイアス電圧ＶＣをＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａのゲートＧに印加する。また、定電流バイアス生成部８０で生成したバイアス電圧ＶＣは、さらにＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａのゲートＧにも印加する構成、すなわちＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａに対してカレントミラー接続としている。同構成とすることの理由は第１の実施形態に記載のものと同様である。

なお、第１の実施形態では、定電流バイアス生成部８０が太陽電池１０から供給される電力を利用してＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ、及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａのゲートＧにバイアス電圧ＶＣを印加しているので、充電制御システムが、例えば暗闇等に配置されて太陽電池１０からの電力の供給がなくなった場合には、定電流バイアス生成部８０からＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａのゲートＧへのバイアス電圧ＶＣの印加が停止されることとなる。そして、定電流バイアス生成部８０からの電圧印加が停止されると、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａはオフとなるため、第２の伝送路４０はＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａによって遮断されて第２の伝送路４０には電流が流れなくなり、また、第３の伝送路６０はＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａによって遮断されて第３の伝送路には電流が流れなくなる。

第３の抵抗素子としての抵抗素子９０ａは、一端が第１の伝送路３０の低電位３０Ｌに接続されている。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１００ａは、一端としてのドレインＤが抵抗素子９０ａの他端と接続され、他端としてのソースＳが第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続され、コンパレータ７０の出力がゲートＧに印加される構成となっている。なお、抵抗素子９０ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ１００ａとの接続点を便宜上「接続点１１０ａ」と称する。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは、一定の条件下で、第１の伝送路３０の導電路を遮断して太陽電池１０から二次電池２０への電力の供給を停止するスイッチ素子の役割を担う。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは、抵抗素子９０ａと第１の伝送路３０との接続箇所よりも太陽電池１０側であって第３の伝送路６０と第１の伝送路３０との接続箇所よりも二次電池２０側の第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に直列に接続されている。言い換えれば、抵抗素子９０ａは第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側であってＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａよりも二次電池２０側に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは、ソースＳが二次電池２０側に接続され、ドレインＤが太陽電池１０側に接続され、ゲートＧがＰ型ＭＯＳトランジスタ１００ａのドレインＤと抵抗素子９０ａとの接続点１１０ａに接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは、コンパレータ７０の出力に応じて第１の伝送路３０を導通させ、また、遮断させる。詳しくは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは、コンパレータ７０からの出力がハイレベルである場合には、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１００ａがオフして接続点１１０ａが第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側の電位とほぼ同じとなり、これによりゲートＧにローレベルが印加されてオフする。一方、コンパレータ７０の出力がローレベルの場合には、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１００ａはオンして接続点１１０ａが二次電池２０と同等の電位となり、これによりゲートＧにハイレベルが印加されてオンする。すなわち、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１００ａの動作に応じて変動する抵抗素子９０ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ１００ａとの間の電位に応じてオンオフ動作を行う。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａがオンしている間は、太陽電池１０から二次電池２０への電力の充電が行われ、オフしている間は該充電が行われない。

なお、第２の実施形態では、第１の遮断部として第１の実施形態のＰ型ＭＯＳトランジスタ１２０に代えてＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａを設けているが、Ｎ型ＭＯＳトランジスタを用いた方が第１の遮断部として用いるＭＯＳトランジスタの素子サイズを小さくすることができるという観点で好ましい。

図７は、第２の実施形態に用いられる定電流バイアス生成部８０の具体的な回路構成を示している。

第２の実施形態に用いられる定電流バイアス生成部８０は、第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側と低電位３０Ｌ側との間に接続されており、第１のカレントミラー回路８１ａと第２のカレントミラー回路８２ａと抵抗Ｒ１ａとで構成されている。第１のカレントミラー回路８１ａは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ１ａとＰ型ＭＯＳトランジスタＰ２ａとで構成されている。第２のカレントミラー回路８２ａは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１ａとＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２ａとで構成されている。

抵抗Ｒ１ａは、一端が第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続されている。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ１ａは、ソースＳが第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に接続されている。また、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ２ａは、ソースＳが抵抗Ｒ１ａの他端に接続されており、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ１ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタＰ２ａの各ゲートＧは互いに共通接続されている。さらに、両者のゲートＧはＰ型ＭＯＳトランジスタＰ１のドレインＤに共通接続されている。また、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ１とＰ型ＭＯＳトランジスタＰ２とはＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａの各ゲートＧとカレントミラー接続されている。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１ａは、ドレインＤがＰ型ＭＯＳトランジスタＰ１ａのドレインＤと接続されており、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ２ａは、ドレインＤがＰ型ＭＯＳトランジスタＰ２ａのドレインＤと接続されている。また、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１ａ及びＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２ａの各ソースＳは第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側に接続されている。さらに、両トランジスタの各ゲートＧはＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２ａのドレインＤに共通接続されている。

ここで、再度図６の説明に戻る。上記構成を備えた定電流バイアス生成部８０から出力されるバイアス電圧ＶＣは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａのゲートＧに印加されるように構成される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａに印加されるバイアス電圧ＶＣの大きさは、上述したＰ型ＭＯＳトランジスタＰ１ａ、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ２ａ、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１ａ、及びＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２ａの電気的特性、並びに抵抗Ｒ１によって適宜設定することができる。

次に、第２の実施形態にかかる充電制御システムの動作について、図３及び図６を用いて説明する。

期間Ｔ１では、日照量が多く太陽電池１０では一定の発電がなされている。このため、定電流バイアス生成部８０からＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａの各ゲートＧには一定の電圧が印加され、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａは各々オンしており、第２の伝送路４０には二次電池２０からの電流が流れ、第３の伝送路６０には太陽電池１０からの電流が流れている。また、期間Ｔ１では、太陽電池１０の電圧ＶＳＣと二次電池２０の電圧ＶＤＤとの間に「ＶＳＣ＞ＶＤＤ」が成り立っている。この場合、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には、「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。従って、コンパレータ７０からはローレベルが出力され、これによってＰ型ＭＯＳトランジスタ１００ａがオンして接続点１１０ａの電位が第１の伝送路の高電位側３０Ｈ側の電位と同電位となるため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのゲートＧにはハイレベルが印加されてＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａはオンし、太陽電池１０の電力は第１の伝送路３０を介して二次電池２０に供給される。

時刻Ｆになって期間Ｔ２になると、太陽電池の電圧ＶＳＣと二次電池２０の電圧ＶＤＤとの間に「ＶＳＣ＞ＶＤＤ」が成り立っている。この場合、期間Ｔ１の場合と同様に第２の伝送路４０には太陽電池１０からの電流が流れ、第３の伝送路６０には二次電池２０からの電流が流れている。この場合、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には、「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。従って、期間Ｔ１の場合と同様にＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａはオンし、太陽電池１０の電力は第１の伝送路３０を介して二次電池２０に供給される。

期間Ｔ３では、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には「ＶＳＣｉｎ≦ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。このため、時刻Ｓになって「ＶＳＣｉｎ＝ＶＤＤｉｎ」となった時点でコンパレータ７０からはハイレベルが出力され、これによってＰ型ＭＯＳトランジスタ１００ａがオフして接続点１１０ａの電位が第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側と同電位となるため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのゲートＧには第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側の電圧が印加されてＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａはオフし、太陽電池１０から二次電池２０への電力の供給路である第１の伝送路３０は遮断されている。

これに対し、第２の実施形態にかかる充電制御システムでは、太陽電池１０の電力の低下に伴って第１の伝送路３０が遮断された後、さらに太陽電池１０の電力が低下して電圧ＶＳＣが０Ｖになる時刻ＴＨ、及び同時刻以降の期間Ｔ４においては、第１の伝送路３０に接続され、太陽電池１０の電力を利用して動作する定電流バイアス生成部８０から第２の伝送路４０のＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ、及び第３の伝送路６０のＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａの各ゲートＧへの電力の供給が停止されることとなる。そして、定電流バイアス生成部８０からの電力の供給が停止されると、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａは共にオフすることとなる。これにより、第２の伝送路４０はＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａによって遮断され、第３の伝送路６０はＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａによって遮断されることとなる。このため、二次電池２０と第２の伝送路４０とは閉回路でなくなり、二次電池２０の電力は、第２の伝送路４０に向かって流出することがないので、二次電池２０の電力消費を抑えることができる。

なお、時刻Ｓ以降であって、時刻ＴＨ以前の期間Ｔ３においては、期間Ｔ２の場合と同様に入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には「ＶＳＣｉｎ＜ＶＤＤｉｎ」が成り立っている。このとき、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａはオフし、太陽電池１０から二次電池２０への電力の供給路である第１の伝送路３０は遮断されることとなる。この場合には、期間Ｔ３においては太陽電池１０が０Ｖになっていないため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａはオンしており二次電池２０の電力は、第２の伝送路４０に向かって流出してしまう。しかしながら、時刻Ｓから時刻ＴＨまでの時間、すなわち太陽光パネルに太陽光が当たらなくなってから太陽電池１０の電圧ＶＳＣが０Ｖになるまでの時間は１秒にも満たないため、その期間の二次電池２０の電力の損失は実質的に無視することができる程度のものである。

時刻ＦＯになると、太陽光パネルに再び太陽光が当たることとなる。このため、定電流バイアス生成部８０からＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａの各ゲートＧには一定の電圧が印加され、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａは各々オンし、第２の伝送路４０には太陽電池１０からの電流が流れ、第３の伝送路６０には二次電池２０からの電流が流れることとなる。そして、期間Ｔ５を経て時刻ＦＩになると、入力太陽電池電圧ＶＳＣｉｎと入力二次電池電圧ＶＤＤｉｎとの間には、再び「ＶＳＣｉｎ＞ＶＤＤｉｎ」が成り立つ。このため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは再びオンし、太陽電池１０の電力は第１の伝送路３０を介して二次電池２０に供給されることとなる。

以上で説明したように、第２の実施形態にかかる充電制御システムによれば、太陽電池１０から二次電池２０へ電力を供給する第１の伝送路３０を遮断した場合、太陽電池１０の電力の低下に伴って、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成する第２の伝送路４０を遮断することによって、第１の伝送路３０を遮断した場合に二次電池２０の電流が第１の伝送路と二次電池と第２の伝送路とで構成された閉回路に流れ続けるという問題が解消されるため、二次電池２０の電力の損失を抑えることができる。

なお、コンパレータ７０の駆動電力は、図６に示すように、第１の伝送路３０に接続された第４の伝送路１３０ａを介して太陽電池１０から供給することが好ましい。同構成が好ましい理由は、第１の実施形態に記載のものと同様である。

また、抵抗素子４１ａと抵抗素子６１ａとは、同じ抵抗値で形成されており、また、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４２ａとＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａとは、同じ特性で形成されていることが好ましい。なぜならば、第２の伝送路４０を介してコンパレータ７０に供給される二次電池２０の電圧と、第３の伝送路６０を介してコンパレータ７０に供給される太陽電池１０の電圧とに対してなされる分圧を同じ割合で提供することができるからである。

また、抵抗素子４１ａ、又は抵抗素子６１ａは可変抵抗であることが好ましい。なぜならば、少なくともいずれか一方が可変抵抗であることで、抵抗素子４１ａと抵抗素子６１ａとが異なる抵抗を備えて形成された場合であっても、いずれかの抵抗値を調整して抵抗素子４１ａと抵抗素子６１ａとを同抵抗値とすることができるからである。また、コンパレータ７０に入力オフセット電圧がある場合でも、いずれかの抵抗値を調整して分圧比を変更し、コンパレータ７０の入力オフセット電圧を相殺することができるからである。

また、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａは、第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に設けるのではなく、低電位３０Ｌ側に設けている。なぜならば、上述のようにコンパレータ７０の駆動電力を太陽電池１０から供給している場合においては、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａを第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側に設けた場合、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのドレインＤが太陽電池１０と同電位であるのに対して、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのゲートＧに印加される電圧も太陽電池１０の電圧となってしまうため、正常なオンオフ動作ができなくなってしまうからである。

また、第２の実施形態では、抵抗素子９０ａ及びＰ型ＭＯＳトランジスタ１００ａを介してＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのオンオフを制御している。なぜならば、単純にコンパレータ７０の出力をＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのゲートＧに直接入力する構成とした場合には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａの正常なオフ動作を実現することができないからである。この理由としては、コンパレータ７０の出力をＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのゲートＧに直接入力する構成とした場合であって、第１の伝送路３０に並列に接続された第４の伝送路１３０ａを介して太陽電池１０から供給する構成を採用した場合には、コンパレータ７０からＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのゲートＧに供給される電圧が太陽電池１０の電圧となる一方で、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａのソースＳに供給される電圧は、太陽電池１０の電圧を基準０Ｖとしてマイナス電位となることから、太陽電池１０が０Ｖとなっても依然としてゲートＧの電位がソースＳの電位を上回ってしまい、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａがオフすることができず、二次電池２０から太陽電池１０へ電流が逆流してしまい、二次電池２０の電力の損失につながってしまうからである。

図８は、第２の実施形態にかかる充電制御システムの変形例を示している。なお、本変形例では、図８において、図６に示した充電制御システムと同一構成の箇所については同一番号を付してその説明を省略する。

図８に示した充電制御システムと図６に示した充電制御システムとは、第１に、第２の伝送路４０に接続された抵抗素子４１ａに代えて、第１のＭＯＳトランジスタとしてのＮ型ＭＯＳトランジスタ４３ａが設けられており、第２に、第３の伝送路６０に接続された抵抗素子６１ａに代えて、第２のＭＯＳトランジスタとしてのＮ型ＭＯＳトランジスタ６３ａが設けられている点でそれぞれ異なる。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４３ａは、第２の伝送路４０においてＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａに直列に接続されている。詳しくは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４３ａのドレインＤとゲートＧとはＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａのドレインＤに共通接続されており、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４３ａのゲートＧとＰ型ＭＯＳトランジスタ４２ａのドレインＤとは同電位で形成されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４３ａを用いることで、抵抗素子４１ａを用いる場合に比べ、より少ない定電流で二次電池２０をより大きく分圧することが可能となる。なお、抵抗素子４１ａに代えてＮ型ＭＯＳトランジスタ４３ａを用いることのメリットは、第１の実施形態における抵抗素子４１に代えてＰ型ＭＯＳトランジスタ４３を用いることのメリットと同様である。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタ６３ａは、第３の伝送路６０においてＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａに直列に接続されている。詳しくは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ６３ａのドレインＤとゲートＧはＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａのドレインＤに共通接続されており、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ６３ａのゲートＧとＰ型ＭＯＳトランジスタ６２ａのドレインＤとは同電位となっている。なお、第３の伝送路６０において抵抗素子６１ａに代えてＮ型ＭＯＳトランジスタ６３ａを用いた場合のメリットは、第２の伝送路４０において抵抗素子４１ａに代えてＮ型ＭＯＳトランジスタ４３ａを用いた場合と同様である。

図９は、第２の実施形態にかかる充電制御システムの他の変形例を示す図である。なお、本変形例では、図９において、図６、又は図８に示した充電制御システムと同一構成の箇所については同一符号を付してその説明を省略する。

本変形例にかかる充電制御システムは、太陽電池１０、二次電池２０、及び半導体チップ１４０ａから構成されている。

半導体チップ１４０ａは、第１の伝送路３０、第２の伝送路４０、第３の伝送路６０、コンパレータ７０、定電流バイアス生成部８０、及びＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａを少なくとも備えて形成されている。詳しくは、半導体チップ１４０ａは、太陽電池１０に電気的に接続される第１の電極としての電極１５０ａａ及び電極１５０ａｂと、二次電池２０に電気的に接続される第２の電極としての電極１５０ａｃ及び電極１５０ａｄと、電極１５０ａａ、電極１５０ａｂ、電極１５０ａｃ、及び電極１５０ａｄと電気的に接続され、太陽電池１０から出力される電力を二次電池２０に伝送する第１の伝送路と、第１の伝送路３０に接続され、第１の伝送路３０と二次電池２０と共に閉回路５０を構成する第２の伝送路４０と、太陽電池１０からの出力に基づく電圧と、第２の伝送路４０に接続されて第２の伝送路４０を介して伝送される二次電池２０からの出力に基づく電圧とを比較するコンパレータ７０と、を備え、第１の伝送路３０は、コンパレータ７０において太陽電池１０から出力される電圧が二次電池２０から出力される電圧以下であると判定された場合に第１の伝送路３０を遮断するＮ型ＭＯＳトランジスタ１２０ａを備え、第２の伝送路４０は、第１の伝送路３０が遮断された後、太陽電池１０の電力の低下に伴って第２の伝送路４０を遮断するＮ型ＭＯＳトランジスタ４２ａを備えている。

電極１５０ａａは、太陽電池１０の正電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０ａ内に形成された第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側と電気的に接続されている。電極１５０ａｂは、太陽電池１０の負電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０ａ内に形成された第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側と電気的に接続されている。電極１５０ａｃは、二次電池２０の正電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０ａ内に形成された第１の伝送路３０の高電位３０Ｈ側と電気的に接続されている。電極１５０ａｄは、二次電池２０の負電極側に電気的に接続されると共に、半導体チップ１４０ａ内に形成された第１の伝送路３０の低電位３０Ｌ側と電気的に接続されている。以上により、半導体チップ１４０ａと太陽電池１０は、電極１５０ａａ及び電極１５０ａｂを介して電気的に接続され、半導体チップ１４０ａと二次電池２０は電極１５０ａｃ及び電極１５０ａｄを介して電気的に接続されている。

なお、図９には、第２の伝送路４０に抵抗素子４１ａを採用し、第３の伝送路６０に抵抗素子６１ａを採用した場合を示したが、この第２の伝送路４０には、図８に示したように抵抗素子４１ａに代えてＮ型ＭＯＳトランジスタ４３ａを採用し、また、第３の伝送路６０には、図８に示したように抵抗素子６１ａに代えてＮ型ＭＯＳトランジスタ６３ａを採用しても良い。

１０太陽電池
２０二次電池
３０第１の伝送路
４０第２の伝送路
５０閉回路
６０第３の伝送路
７０コンパレータ
８０定電流バイアス生成部
９０Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
１００抵抗素子
１２０Ｐ型ＭＯＳトランジスタ
１２０ａＮ型ＭＯＳトランジスタ

Claims

二次電池の一方の電極が電気的に接続される第１の端子と該二次電池を充電する充電電圧が与えられる第２の端子との接続を遮断する第１の遮断部を備えた半導体装置において、
前記二次電池の他方の電極が電気的に接続される第３の端子と、
前記第１の端子と前記第３の端子とに接続され、前記充電電圧に応じて該第１の端子と該第３の端子との接続を遮断する第２の遮断部と、
を有することを特徴とする半導体装置。
二次電池の一方の電極が電気的に接続される第１の端子と該二次電池を充電する充電電圧が与えられる第２の端子との間に配置され、該第１の端子と該第２の端子との接続を遮断する第１の遮断部と、
前記第１の端子と前記二次電池の他方の電極が電気的に接続される第３の端子とに接続され、前記充電電圧に応じて該第１の端子と該第３の端子との接続を遮断する第２の遮断部と、
を有することを特徴とする半導体装置。