JP2020020686A - 電圧監視回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧監視回路において、入力電圧の算出精度を上げる。【解決手段】１つのパッケージ内に設けられる２つ以上のダイオードのうちのダイオードＤ１、Ｄ２と、ダイオードＤ１から出力される電圧を分圧する抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ダイオードＤ１に流れる電流と同じまたは略同じ電流をダイオードＤ２に流す定電流源ＣＣＳと、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧される電圧Ｖｉｎ´と、抵抗Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの抵抗値と、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２とを用いて、ダイオードＤ１に入力される入力電圧Ｖｉｎを算出する算出部２とを備えて電圧監視回路１を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、電圧監視回路に関する。

電圧監視回路として、電圧監視回路から外部へ電流が流れることを防止するためのダイオードと、そのダイオードから出力される電圧を分圧する２つの抵抗とを備え、２つの抵抗により分圧される電圧と、２つの抵抗のそれぞれの抵抗値と、予め求められているダイオードの順方向電圧とを用いて、ダイオードに入力される入力電圧を算出するものがある。

関連する技術として、特許文献１がある。

特開２０１７−１４３７１５号公報

しかしながら、上記電圧監視回路では、ダイオードに流れる電流、ダイオードの温度、及びダイオードの製造ばらつきなどの影響により、ダイオードの特性（Ｉ−Ｖ特性やＣ−Ｖ特性など）が変化し、予め求められているダイオードの順方向電圧が実際の順方向電圧と異なると、入力電圧の算出精度が下ってしまうという懸念がある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、入力電圧の算出精度を上げることが可能な電圧監視回路を提供することである。

本発明に係る一つの形態である電圧監視回路は、１つのパッケージ内に設けられる２つ以上のダイオードのうちの第１及び第２のダイオードと、第１のダイオードから出力される電圧を分圧する第１及び第２の抵抗と、第１のダイオードに流れる電流と同じまたは略同じ電流を第２のダイオードに流す定電流源と、第１及び第２の抵抗により分圧される電圧と、第１及び第２の抵抗のそれぞれの抵抗値と、第２のダイオードの順方向電圧とを用いて、第１のダイオードに入力される入力電圧を算出する算出部とを備える。

このように、定電流源により第１及び第２のダイオードにそれぞれ流れる電流を互いに同じまたは略同じ電流にするとともに、第１及び第２のダイオードを１つのパッケージ内に設けて第１及び第２のダイオードのそれぞれの温度を互いに同じまたは略同じにしているため、第１及び第２のダイオードに流れる電流や第１及び第２のダイオードの温度の影響による第１及び第２のダイオードのそれぞれの順方向電圧の差を小さくすることができる。これにより、電流や温度が変化しても、第２のダイオードの順方向電圧を第１のダイオードの順方向電圧に近づけることができる。そのため、本発明に係る一つの形態である電圧監視回路のように、第２のダイオードの順方向電圧を用いて入力電圧を算出することにより、予め求められるダイオードの順方向電圧を用いて入力電圧を算出する場合に比べて、入力電圧の算出精度を上げることができる。

また、第１及び第２のダイオードは、同一半導体ウエハにより製造されていてもよい。
これにより、第１及び第２のダイオードの製造ばらつきを抑えることができ、製造ばらつきの影響による第１及び第２のダイオードのそれぞれの順方向電圧の差を小さくすることができるため、第２のダイオードの順方向電圧を第１のダイオードの順方向電圧にさらに近づけることができ、入力電圧の算出精度をさらに上げることができる。

また、定電流源は、一方端が第１のダイオードのアノード端子に接続される第３の抵抗と、一方端が第２のダイオードのアノード端子に接続される第４の抵抗と、コレクタ端子が第３の抵抗の一方端に接続され、ベース端子が第３の抵抗の他方端に接続され、エミッタ端子が第４の抵抗の他方端に接続されるバイポーラトランジスタと、カソード端子がバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、アノード端子がグランドに接続されるツェナーダイオードとを備えるように構成してもよい。

これにより、第２のダイオードに比較的安定した電流を入力することができるため、第２のダイオードの順方向電圧の検出精度を上げることができ、入力電圧の算出精度をさらに上げることができる。

また、定電流源は、一方端が第２のダイオードのアノード端子に接続される第５の抵抗と、入力端子が第１のダイオードのカソード端子に接続され、出力端子が第５の抵抗の他方端に接続されるレギュレータと、一方端がレギュレータの入力端子に接続され、他方端がグランドに接続される第１のコンデンサと、一方端がレギュレータの出力端子に接続され、他方端がグランドに接続される第２のコンデンサとを備えるように構成してもよい。

これにより、第２のダイオードに比較的安定した電流を入力することができるため、第２のダイオードの順方向電圧の検出精度を上げることができ、入力電圧の算出精度をさらに上げることができる。

本発明によれば、電圧監視回路において、入力電圧の算出精度を上げることができる。

実施形態の電圧監視回路を示す図である。 定電流源の例（その１）を示す図である。 定電流源の例（その２）を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電圧監視回路を示す図である。

図１に示す電圧監視回路１は、ダイオードＤ１（第１のダイオード）と、ダイオードＤ２（第２のダイオード）と、抵抗Ｒ１（第１の抵抗）と、抵抗Ｒ２（第２の抵抗）と、定電流源ＣＣＳと、算出部２とを備える。

すなわち、ダイオードＤ１のカソード端子は抵抗Ｒ１の一方端に接続されている。抵抗Ｒ１の他方端は抵抗Ｒ２の一方端に接続されている。抵抗Ｒ２の他方端はグランドに接続されている。定電流源ＣＣＳの出力端子はダイオードＤ２のアノード端子に接続され、ダイオードＤ２のカソード端子はグランドに接続されている。

ダイオードＤ１は、電圧監視回路１から外部へ電流が流れることを防止するものであって、入力電圧Ｖｉｎが入力される。なお、入力電圧Ｖｉｎは、算出部２が認識することができない大きさの電圧とし、一例として、車両に搭載される電池の電圧とする。

また、ダイオードＤ１は、入力電圧ＶｉｎをダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１分降下させて抵抗Ｒ１、Ｒ２に出力する。

抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ダイオードＤ１から出力される電圧を分圧する。抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧される電圧Ｖｉｎ´（抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点にかかる電圧）は算出部２に入力される。なお、電圧Ｖｉｎ´は、算出部２が認識することができる大きさの電圧とする。また、入力電圧Ｖｉｎ＝（電圧Ｖｉｎ´×（抵抗Ｒ１の抵抗値＋抵抗Ｒ２の抵抗値）／抵抗Ｒ２の抵抗値）＋ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１とする。また、ダイオードＤ２にかかる電圧はダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２として算出部２に入力されるものとする。

ダイオードＤ１、Ｄ２は、いわゆる、２ｉｎ１ダイオードであり、１つのパッケージ内に設けられているものとする。なお、ダイオードＤ１、Ｄ２は、１つのパッケージ内に設けられる３つ以上のダイオードのうちの２つのダイオードにより構成されてもよい。このように、ダイオードＤ１、Ｄ２が１つのパッケージ内に設けられていることで、ダイオードＤ１、Ｄ２が熱平衡状態になり易くなり、ダイオードＤ１、Ｄ２のそれぞれの温度を同じまたは略同じにすることができるため、温度の違いによるダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１とダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２との差を小さくすることができる。

また、ダイオードＤ１、Ｄ２は、同一半導体ウエハにより製造されていてもよい。これにより、ダイオードＤ１、Ｄ２の製造ばらつきを抑えることができるため、製造ばらつきによるダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１とダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２との差を小さくすることができる。

定電流源ＣＣＳは、ダイオードＤ１に流れる電流と同じまたは略同じ電流をダイオードＤ２に流す。なお、ダイオードＤ１に流れる電流は実験やシミュレーションなどにより予め求めておくものとする。

図２は、定電流源ＣＣＳの例（その１）を示す図である。
図２に示す定電流源ＣＣＳは、抵抗Ｒ３（第３の抵抗）と、抵抗Ｒ４（第４の抵抗）と、バイポーラトランジスタＴｒと、ツェナーダイオードＺＤとを備える。

抵抗Ｒ３の一方端はダイオードＤ１のアノード端子及びバイポーラトランジスタＴｒのコレクタ端子に接続され、抵抗Ｒ３の他方端はバイポーラトランジスタＴｒのベース端子及びツェナーダイオードＺＤのカソード端子に接続されている。抵抗Ｒ４の一方端はダイオードＤ２のアノード端子に接続され、抵抗Ｒ４の他方端はバイポーラトランジスタＴｒのエミッタ端子に接続されている。ツェナーダイオードＺＤのアノード端子はグランドに接続されている。

図２に示す定電流源ＣＣＳは、ダイオードＤ２に比較的安定した電流を入力することができるため、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２の検出精度を上げることができる。

図３は、定電流源ＣＣＳの例（その２）を示す図である。
図３に示す定電流源ＣＣＳは、抵抗Ｒ５（第５の抵抗）と、レギュレータ３と、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）と、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）とを備える。

レギュレータ３の入力端子ＩＮはダイオードＤ１のカソード端子及びコンデンサＣ１の一方端に接続され、レギュレータ３の出力端子ＯＵＴは抵抗Ｒ５の一方端及びコンデンサＣ２の一方端に接続されている。抵抗Ｒ５の他方端はダイオードＤ２のアノード端子に接続され、コンデンサＣ１、Ｃ２のそれぞれの他方端はグランドに接続されている。

図３に示す定電流源ＣＣＳも、図２に示す定電流源ＣＣＳと同様に、ダイオードＤ２に比較的安定した電流を入力することができるため、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２の検出精度を上げることができる。

算出部２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））により構成され、電圧Ｖｉｎ´と、抵抗Ｒ１の抵抗値と、抵抗Ｒ２の抵抗値と、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２とを用いて、入力電圧Ｖｉｎを算出する。

上述したように、入力電圧Ｖｉｎ＝（電圧Ｖｉｎ´×（抵抗Ｒ１の抵抗値＋抵抗Ｒ２の抵抗値）／抵抗Ｒ２の抵抗値）＋ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１を計算することにより入力電圧Ｖｉｎを算出することができるが、ダイオードＤ１にかかる入力電圧Ｖｉｎは算出部２が読み取ることができない大きさの電圧であり、ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１を直接求めることができない。また、ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１は、ダイオードＤ１に流れる電流やダイオードＤ１の温度などにより変化してしまう。

そこで、実施形態の電圧監視回路１では、ダイオードＤ１に流れる電流と同じまたは略同じ電流を、ダイオードＤ２の温度と同じまたは略同じ温度のダイオードＤ２に流すことで、すなわち、ダイオードＤ１、Ｄ２の特性の変化に起因する電流条件や温度条件をダイオードＤ１、Ｄ２の間で互いに同じまたは略同じにすることで、ダイオードＤ１、Ｄ２の特性がばらつくことを抑制し、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２をダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１とみなして入力電圧Ｖｉｎを算出する。すなわち、算出部２は、入力電圧Ｖｉｎ＝（電圧Ｖｉｎ´×（抵抗Ｒ１の抵抗値＋抵抗Ｒ２の抵抗値）／抵抗Ｒ２の抵抗値）＋ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２を計算することにより、入力電圧Ｖｉｎを算出する。

このように、実施形態の電圧監視回路１では、定電流源ＣＣＳによりダイオードＤ１、Ｄ２にそれぞれ流れる電流を互いに同じまたは略同じ電流にするとともに、ダイオードＤ１、Ｄ２を１つのパッケージ内に設けてダイオードＤ１、Ｄ２のそれぞれの温度を互いに同じまたは略同じにしているため、ダイオードＤ１、Ｄ２に流れる電流やダイオードＤ１、Ｄ２の温度の影響によるダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１とダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２との差を小さくすることができる。これにより、ダイオードＤ１に流れる電流やダイオードＤ１の温度が変化しても、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２をダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１に近づけることができる。そのため、実施形態の電圧監視回路１のように、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２を用いて入力電圧Ｖｉｎを算出することにより、予め求められるダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１を用いて入力電圧Ｖｉｎを算出する場合に比べて、入力電圧Ｖｉｎの算出精度を上げることができる。

また、実施形態の電圧監視回路１では、ダイオードＤ１、Ｄ２が同一半導体ウエハにより製造されている場合、ダイオードＤ１、Ｄ２の製造ばらつきを抑えることができ、製造ばらつきの影響によるダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１とダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２との差を小さくすることができるため、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２をダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１にさらに近づけることができ、入力電圧Ｖｉｎの算出精度をさらに上げることができる。

また、実施形態の電圧監視回路１では、図２に示す定電流源ＣＣＳや図３に示す定電流源ＣＣＳにより、ダイオードＤ２に比較的安定した電流を入力することができるため、ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２の検出精度を上げることができ、入力電圧Ｖｉｎの算出精度をさらに上げることができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 電圧監視回路
２ 算出部
３ レギュレータ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
ＣＣＳ 定電流源
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
ＺＤ ツェナーダイオード
Ｔｒ バイポーラトランジスタ

Claims (4)

1. １つのパッケージ内に設けられる２つ以上のダイオードのうちの第１及び第２のダイオードと、
   前記第１のダイオードから出力される電圧を分圧する第１及び第２の抵抗と、
   前記第１のダイオードに流れる電流と同じまたは略同じ電流を第２のダイオードに流す定電流源と、
   前記第１及び第２の抵抗により分圧される電圧と、前記第１及び第２の抵抗のそれぞれの抵抗値と、前記第２のダイオードの順方向電圧とを用いて、前記第１のダイオードに入力される入力電圧を算出する算出部と、
   を備えることを特徴とする電圧監視回路。
2. 請求項１に記載の電圧監視回路であって、
   前記第１及び第２のダイオードは、同一半導体ウエハにより製造されている
   ことを特徴とする電圧監視回路。
3. 請求項１に記載の電圧監視回路であって、
   前記定電流源は、
   一方端が前記第１のダイオードのアノード端子に接続される第３の抵抗と、
   一方端が前記第２のダイオードのアノード端子に接続される第４の抵抗と、
   コレクタ端子が前記第３の抵抗の一方端に接続され、ベース端子が前記第３の抵抗の他方端に接続され、エミッタ端子が前記第４の抵抗の他方端に接続されるバイポーラトランジスタと、
   カソード端子が前記第３の抵抗の他方端及び前記バイポーラトランジスタのベース端子に接続され、アノード端子がグランドに接続されるツェナーダイオードと、
   を備えることを特徴とする電圧監視回路。
4. 請求項１に記載の電圧監視回路であって、
   前記定電流源は、
   一方端が前記第２のダイオードのアノード端子に接続される第５の抵抗と、
   入力端子が前記第１のダイオードのカソード端子に接続され、出力端子が前記第５の抵抗の他方端に接続されるレギュレータと、
   一方端が前記レギュレータの入力端子に接続され、他方端がグランドに接続される第１のコンデンサと、
   一方端が前記レギュレータの出力端子に接続され、他方端がグランドに接続される第２のコンデンサと、
   を備えることを特徴とする電圧監視回路。
   

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