JP6862518B2

JP6862518B2 - 半導体装置

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Publication number: JP6862518B2
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Inventors: 直昭杉村
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2034-12-25
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Description

本発明は、半導体装置及び電池電圧の測定方法に関するものである。

従来から、複数の電池セルを直列（多段）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、組電池に接続された電池電圧測定用の半導体装置により測定される。

このような電池電圧測定用の半導体装置として、電池セルの高電位側の電圧と、電池セルの低電位側の電圧とが入力されるアナログレベルシフタを備え、高電位側の電圧と低電位側の電圧との差に基づいて電池電圧を測定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２３２１６１号公報

近年、電池電圧測定用の半導体装置においては、端子数の削減が要求されている。端子数を削減することにより、パッケージサイズの縮小、すなわち、装置の小型化を図ることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術において、電池セルの電池電圧に応じた電圧が入力される入力端子を削減しようとした場合、寄生容量が発生し、発生した寄生容量に蓄積された電荷に応じた電圧が誤差となるため、電池電圧の測定が正確にできないという問題が生じる場合がある。

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、電池電圧の測定において発生する寄生容量による測定誤差を抑制することができる、半導体装置及び電池電圧の測定方法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、最下段の電池セルから最上段の電池セルまで直列に接続された複数の電池セルから選択された１つの電池セルの高電圧側の電圧が入力される第１バッファアンプと、前記複数の電池セルのうち前記最下段の電池セル以外から選択された１つの電池セルの低電圧側の電圧が入力される第２バッファアンプと、前記第１バッファアンプから出力される電圧及び前記第２バッファアンプから出力される電圧が入力されるアナログレベルシフタと、前記アナログレベルシフタに入力される電圧を、前記第２バッファアンプから出力される電圧から基準電圧に切り替える第１スイッチと、前記第１バッファアンプに入力される電圧を、前記複数の電池セルから選択された１つの電池セルの高電圧側の電圧から前記基準電圧に切り替える第２スイッチと、前記第２バッファアンプに入力される電圧を、前記基準電圧に切り替える第３スイッチと、前記最下段の電池セルのセル電圧が前記第１バッファアンプに入力される前に、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチをオン状態にして前記基準電圧に切り替え、前記最下段の電池セルのセル電圧が前記第１バッファアンプに接続されているときに、前記第１スイッチをオン状態にして前記基準電圧に切り替える制御部と、を備える。

電池電圧の測定において発生する寄生容量による測定誤差を抑制することができる、という効果を奏する。

本実施の形態の半導体装置の一例の回路図である。本実施の形態の半導体装置における電池セルの電池電圧の測定動作の一例を表すフローチャートである。本実施の形態の半導体装置において、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態にした場合の電荷の流れを表す回路図である。本実施の形態の半導体装置において、スイッチＳＷ＿Ｇ、ＳＷ１＿１をオン状態にした場合の電荷の流れを表す回路図である。本実施の形態の半導体装置において、最下段の電池セルの電池電圧を測定する場合における寄生容量の影響を説明するための回路図である。本実施の形態の半導体装置において、スイッチＳＷ２＿１、ＳＷ１＿２をオン状態にした場合の電荷の流れを表す回路図である。本実施の形態の半導体装置のその他の一例の回路図である。従来の半導体装置の一例の回路図である。

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電圧測定用の半導体装置について説明する。

まず、本実施の形態の半導体装置の構成について図面を参照して説明する。図１には、本実施の形態の半導体装置１０の一例の回路図を示す。

図１に示すように、本実施の形態の半導体装置１０は、制御部（以下、「ＣＮＴ」という。）１２と、入力端子１４_１〜１４_４（以下、総称する場合は「入力端子１４」という。）と、出力端子１６と、スイッチ群２０と、アナログレベルシフタ３０と、バッファアンプＢＡＭＰ１、ＢＡＭＰ２と、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２、ＳＷ＿Ｇと、を備える。

本実施の形態の半導体装置１０は、４つの電池セルＶｃ１〜Ｖｃ４（以下、総称する場合は、「電池セルＶｃ」という。）の各々の電池電圧を測定するための機能を有する。電池セルＶｃ１〜Ｖｃ４は、電池セルＶｃ１を最下段とし、電池セルＶｃ４を最上段として直列に接続されている。なお、本実施の形態では、直列に接続された電池セルＶｃのうち、最高電位側を最上段、最低電位側を最下段という。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。

電池セルＶｃ１〜Ｖｃ４の各々は、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦ４（以下、総称する場合は「ローパスフィルタＬＰＦ」という。）を介して、半導体装置１０に接続されている。本実施の形態のローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦ４各々は、抵抗素子ＲＬｐｆ（ＲＬｐｆ１〜ＲＬｐｆ４）及び容量素子ＣＬｐｆ（ＣＬｐｆ１〜ＣＬｐｆ４）を組み合わせた、いわゆるＲＣフィルタである。

具体的には、半導体装置１０の入力端子１４_１には、ローパスフィルタＬＰＦ１を介して、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧（電池セルＶｃ２の低電位側の電圧と同義）が入力される。また、半導体装置１０の入力端子１４_２には、ローパスフィルタＬＰＦ２を介して電池セルＶｃ２の高電位側の電圧（電池セルＶｃ３の低電位側の電圧と同義）が入力される。また、入力端子１４_３には、ローパスフィルタＬＰＦ３を介して電池セルＶｃ３の高電位側の電圧（電池セルＶｃ４の低電位側の電圧と同義）が入力される。さらに、入力端子１４_４には、ローパスフィルタＬＰＦ４を介して電池セルＶｃ４の高電位側の電圧が入力される。

スイッチ群２０は、スイッチＳＷ１＿１、１＿２、２＿１、２＿２、３＿１、３＿２、４＿１を備える。以下では、スイッチ群２０が備えるこれらのスイッチを総称する場合は、「スイッチ群２０のスイッチＳＷ」という。また、スイッチ群２０のスイッチＳＷ、及びスイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２、ＳＷ＿Ｇを総称する場合は、「半導体装置１０の全スイッチＳＷ」という。

スイッチＳＷ１＿１は、オン状態の場合に入力端子１４_１と、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子とを接続する。スイッチＳＷ１＿２は、オン状態の場合に入力端子１４_１と、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子とを接続する。スイッチＳＷ２＿１は、オン状態の場合に入力端子１４_２と、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子とを接続する。スイッチＳＷ２＿２は、オン状態の場合に入力端子１４_２と、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子とを接続する。スイッチＳＷ３＿１は、オン状態の場合に入力端子１４_３と、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子とを接続する。スイッチＳＷ３＿２は、オン状態の場合に入力端子１４_３と、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子とを接続する。スイッチＳＷ４＿１は、オン状態の場合に入力端子１４_４と、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子とを接続する。

アナログレベルシフタ３０は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、アンプＡＭＰ１と、を備える。

アンプＡＭＰ１の非反転入力端子には、バッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電圧が抵抗素子Ｒ１を介して入力される。抵抗素子Ｒ４は、一方の端子がアンプＡＭＰ１の非反転入力端子と抵抗素子Ｒ１との間に接続され、他方の端子が基準電圧ＶＳＳに接続されている。

また、アンプＡＭＰ１の反転入力端子には、バッファアンプＢＡＭＰ２から出力された電圧、及びスイッチＳＷ＿Ｇを介して基準電圧の一例である基準電圧ＶＳＳのいずれかが、抵抗素子Ｒ２を介して入力される。アンプＡＭＰ１（アナログレベルシフタ３０）からは、バッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電圧とバッファアンプＢＡＭＰ２から出力された電圧との差に応じた電圧、または、バッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電圧と基準電圧ＶＳＳとの差に応じた電圧が出力される。アナログレベルシフタ３０から出力された電圧は、出力端子１６を介して、半導体装置１０の内部回路または外部回路に出力される。

スイッチＳＷ０＿１は、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子に入力される電圧を切り替える機能を有する。スイッチＳＷ０＿１がオン状態の場合は、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子には、基準電圧ＶＳＳが入力される。一方、スイッチＳＷ０＿１がオフ状態の場合は、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子には、電池電圧を測定する電池セルＶｃの高電位側の電圧が入力される。

スイッチＳＷ０＿２は、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子に入力される電圧を切り替える機能を有する。スイッチＳＷ０＿２がオン状態の場合は、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子には、基準電圧ＶＳＳが入力される。一方、スイッチＳＷ０＿２がオフ状態の場合は、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子には、電池電圧を測定する電池セルＶｃの低電位側の電圧が入力される。

スイッチＳＷ＿Ｇは、アンプＡＭＰ１の反転入力端子に入力される電圧を切り替える機能を有する。スイッチＳＷ＿Ｇがオン状態の場合は、アンプＡＭＰ１の反転入力端子には、基準電圧ＶＳＳが入力される。一方、スイッチＳＷ＿Ｇがオフ状態の場合は、アンプＡＭＰ１の反転入力端子には、バッファアンプＢＡＭＰ２から出力された電圧が入力される。

ＣＮＴ１２は、半導体装置１０の外部に設けられたＭＣＵ（Memory Control Unit）から入力される制御信号に基づいて、半導体装置１０の全スイッチＳＷ各々のオン、オフを制御する機能を有する。

なお、図１に示した寄生容量Ｃ１は、バッファアンプＢＡＭＰ１と、ローパスフィルタＬＰＦとの間に生じる寄生容量であり、寄生容量Ｃ２は、バッファアンプＢＡＭＰ２と、ローパスフィルタＬＰＦとの間に生じる寄生容量である。バッファアンプＢＡＭＰ１に印加（入力）された電圧は、バッファアンプＢＡＭＰ１と、ローパスフィルタＬＰＦに含まれる容量素子ＣＬｐｆと、寄生容量Ｃ１と、に蓄積される。バッファアンプＢＡＭＰ２に印加（入力）された電圧は、バッファアンプＢＡＭＰ２と、ローパスフィルタＬＰＦに含まれる容量素子ＣＬｐｆと、寄生容量Ｃ２と、に蓄積される。なお、図１では、寄生容量Ｃ１、Ｃ２を説明するため、便宜上、容量素子の記号を用いて寄生容量Ｃ１、Ｃ２を明示しているが、実際に容量素子がバッファアンプＢＡＭＰ１、ＢＡＭＰ２の非反転入力端子に接続されているわけではない。

次に、本実施の形態の半導体装置１０における電池セルＶｃの電池電圧の測定動作について、図面を参照して説明する。図２には、本実施の形態の半導体装置１０における測定動作の一例を表すフローチャートを示す。なお、本実施の形態では、最下段の電池セルＶｃ１から、順次、最上段の電池セルＶｃ４まで、各電池セルＶｃの電池電圧を測定する場合について説明する。

図２に示した測定動作は、ＣＮＴ１２が、ＭＣＵから電池電圧の測定を行う指示を表す制御信号を受信した場合に実行される。なお本実施の形態の半導体装置１０では、図２に示した測定動作の実行開始においては、半導体装置１０の全スイッチＳＷがオフ状態にされている。

まず、最下段の電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する前に、ステップＳ１００で、ＣＮＴ１２が、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態にする。図３には、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態にした場合の電荷の流れを表す回路図を示す。

スイッチＳＷ０＿１がオン状態のため、図３中の矢印Ａで示したように、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷は、基準電圧ＶＳＳに放電される。また、スイッチＳＷ０＿２がオン状態のため、図３中の矢印Ｂで示したように、寄生容量Ｃ２に蓄積された電荷は、基準電圧ＶＳＳに放電される。

次のステップＳ１０２で、ＣＮＴ１２が、所定時間が経過したか否かを判断する。本実施の形態の半導体装置１０では、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に蓄積された電荷を放電するのに十分な時間を予め実験等により得ておき、この時間を所定時間としてＣＮＴ１２内の記憶部１３に予め記憶させておく。ＣＮＴ１２は、所定時間が経過するまで待機状態になり、所定時間が経過するとステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０４で、ＣＮＴ１２が、半導体装置１０の全スイッチＳＷをオフ状態にする。ステップＳ１０２から移行したステップＳ１０４では、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２がオン状態からオフ状態になる。

次のステップＳ１０６で、ＣＮＴ１２は、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定するか否かを判断する。電池セルＶｃ１を測定する場合は、ステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０８で、ＣＮＴ１２は、電池電圧を測定するために選択した電池セルＶｃ１に対応するスイッチ群２０のスイッチＳＷ１＿１と、スイッチＳＷ＿Ｇと、をオン状態にする。図４には、スイッチＳＷ＿Ｇ、ＳＷ１＿１をオン状態にした場合の電荷の流れを表す回路図を示す。

バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子には、スイッチＳＷ１＿１、入力端子１４_１、ローパスフィルタＬＰＦ１を介して、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧が入力される。ここでは、上記ステップＳ１００の処理により、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷が放電されているため、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子には、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧は入力されない。

バッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電圧は、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１の非反転入力端子に入力される。

一方、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１の反転入力端子には、スイッチＳＷ＿Ｇを介して基準電圧ＶＳＳが入力される。

従って、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１からは、バッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電圧と、基準電圧ＶＳＳとの差に応じた電圧が出力される。すなわち、アンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧と、基準電圧ＶＳＳとの差に応じた電圧が出力される。電池セルＶｃ１の低電位側は、基準電圧ＶＳＳに接続されているため、アンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ１の電池電圧に応じた電圧が出力される。

ここで、電池セルＶｃの電池電圧の測定に与える寄生容量Ｃ１、Ｃ２の影響について説明する。

電池セルＶｃの電池電圧を測定する場合、バッファアンプＢＡＭＰ１、ＢＡＭＰ２には、各電池セルＶｃの電池電圧に応じた電圧が入力されるため、寄生容量が発生して寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に電荷が蓄積される。寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に電荷が蓄積された状態で電池セルＶｃの電池電圧を測定する場合、測定する電池セルＶｃの電池電圧に加えて、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に蓄積された電荷に応じた電圧がそれぞれバッファアンプＢＡＭＰ１、ＢＡＭＰ２に入力される。

図５には、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合における寄生容量Ｃ１、Ｃ２の影響を説明するための回路図を示す。なお、上述のように、本実施の形態の電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合には、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々には電荷が蓄積されていないが、ここでは、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に電荷が蓄積されていると仮定した場合について説明する。

図５に示すように、スイッチＳＷ１＿１がオン状態であるため、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷は、スイッチＳＷ１＿１及び入力端子１４_１を介してローパスフィルタＬＰＦ１に放電される。これにより、ローパスフィルタＬＰＦ１に電流が流れて、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子には、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧と、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧とが入力される。従って、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１の非反転入力端子には、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧に寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧が加わった電圧が入力される。一方、アンプＡＭＰ１の反転入力端子には、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に蓄積された電荷に係わらず、基準電圧ＶＳＳが入力される。アンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧＋寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧と、基準電圧ＶＳＳとの差に応じた電圧が出力される。

基準電圧ＶＳＳは、ほぼ一定である。一方、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷は、バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子に入力される電圧に応じて変化する。上述したように、本実施の形態の半導体装置１０では、電池セルＶｃ４の電池電圧の測定後、次回の測定では、また、電池セルＶｃ１から電池電圧の測定を開始する。そのため、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合に寄生容量Ｃ１に蓄積されている電荷の電荷量は、電池セルＶｃ４の高電位側の電圧に応じた電荷量になる。バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子に入力される電圧が大きくなると、寄生容量Ｃ１に蓄積される電荷の電荷量が多くなる。従って、電池セルＶｃ４の電池電圧の測定後に寄生容量Ｃ１に蓄積されている電荷の電荷量は多くなる。本実施の形態では、直列に接続されている電池セルＶｃの数を４つとしているが、電池セルＶｃの数が多くなるほど、寄生容量Ｃ１に蓄積される電荷の電荷量は多くなる。そのため、電池セルＶｃ１の電池電圧の測定においては、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧が誤差として無視できなくなり、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧＋寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧と、基準電圧ＶＳＳとの差が、電池セルＶｃ１の電池電圧と異なる値となってしまう。

これに対して、本実施の形態の半導体装置１０では、上述したように、ステップＳ１００の処理により、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に蓄積された電荷を放電している。そのためＬＰＦに電荷が流れる（図５参照）ことがなく、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に蓄積された電荷による誤差の発生を抑制することができ、アンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ１の電池電圧に応じた電圧が出力される。

電池セルＶｃ１の電池電圧の測定が終わると、次のステップＳ１１２で、ＣＮＴ１２は、全電池セルＶｃの電池電圧を測定したか否か判断する。未だ電池電圧を測定していない電池セルＶｃが有る場合は、ステップＳ１０４に戻る。電池セルＶｃ１の電池電圧の測定後は、まだ電池セルＶｃ２〜Ｖｃ４の電池電圧の測定が残っているため、ステップＳ１０４に戻り、次に、次段の電池セルＶｃ２の電池電圧の測定を行う。

電池セルＶｃ２の電池電圧を測定するために、ステップＳ１０４で、ＣＮＴ１２は、半導体装置１０の全スイッチＳＷをオフ状態にする。

次のステップＳ１０６で、ＣＮＴ１２は、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定するか否かを判断する。電池セルＶｃ１以外（電池セルＶｃ２〜Ｖｃ４）の電池電圧を測定する場合は、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１１０で、ＣＮＴ１２は、電池電圧を測定するために選択した電池セルＶｃｎ（ｎは、２〜４の整数）に対応するスイッチ群２０のスイッチＳＷｎ＿１、ＳＷｎ−１＿２をオン状態にする。電池セルＶｃ２の電池電圧を測定する場合（ｎ＝２）は、スイッチＳＷ２＿１、ＳＷ１＿２をオン状態にする。図６には、スイッチＳＷ２＿１、ＳＷ１＿２をオン状態にした場合の電荷の流れを表す回路図を示す。

バッファアンプＢＡＭＰ１の非反転入力端子には、スイッチＳＷ２＿１、入力端子１４_２、ローパスフィルタＬＰＦ２を介して、電池セルＶｃ２の高電位側の電圧が入力される。バッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電圧は、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１の非反転入力端子に入力される。

一方、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子には、スイッチＳＷ１＿２、入力端子１４_１、ローパスフィルタＬＰＦ１を介して、電池セルＶｃ２の低電位側の電圧が入力される。ここでは、上記ステップＳ１００の処理により、寄生容量Ｃ２に蓄積された電荷が放電されているため、バッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子には、寄生容量Ｃ２に蓄積された電荷に応じた電圧は入力されない。バッファアンプＢＡＭＰ２から出力された電圧は、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１の反転入力端子に入力される。

従って、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１からは、バッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電圧と、バッファアンプＢＡＭＰ２から出力された電圧との差に応じた電圧が出力される。すなわち、アンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ２の高電位側の電圧と、低電位側の電圧との差に応じた電圧が出力されるため、アンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ２の電池電圧に応じた電圧が出力される。

電池セルＶｃ２の電池電圧の測定が終わると、次のステップＳ１１２で、ＣＮＴ１２は、全電池セルＶｃの電池電圧を測定したか否か判断する。この後、全電池セルＶｃの電池電圧の測定が終了するまで、ステップＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０、Ｓ１１２の処理が繰り返される。

一方、全電池セルＶｃの電池電圧の測定が終了した場合は、ステップＳ１１２からステップＳ１１４へ移行する。

ステップＳ１１４で、ＣＮＴ１２は、半導体装置１０の全スイッチＳＷをオフ状態にした後、本処理を終了することで、１回の電池セルＶｃの各電池電圧の測定が終了する。

なお、電池セルＶｃ１の電池電圧の測定を最下段から順次、最上段まで行う場合、後段の電池セルＶｃの電池電圧を測定する場合には、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に電荷が蓄積された状態になるが、電池電圧の測定に与える影響は少ない。

具体例として、本実施の形態の半導体装置１０において、電池セルＶｃ３を測定する場合の寄生容量Ｃ１、Ｃ２の影響について説明する。電池セルＶｃ３を測定する際には、その前に行われた電池セルＶｃ１、Ｖｃ２の電池電圧の測定により、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に電荷が蓄積された状態になっている。

そのため、アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ３の高電位側の電圧＋寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧と、電池セルＶｃ３の低電位側の電圧＋寄生容量Ｃ２に蓄積された電荷に応じた電圧との差に応じた電圧が出力される。この場合、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷に応じた電圧と寄生容量Ｃ２に蓄積された電荷に応じた電圧との差は、比較的小さい。例えば、上述した、電池セルＶｃ４の測定後に寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷よりも極めて小さい。従って、寄生容量Ｃ１、Ｃ２に蓄積された電荷が電池電圧の測定に与える影響は少なく、アンプＡＭＰ１から出力される電圧は、電池セルＶｃ３の電池電圧であるといえる。

以上説明したように、本実施の形態の半導体装置１０は、バッファアンプＢＡＭＰ１、２と、スイッチＳＷ０＿１と、スイッチＳＷ＿Ｇと、アナログレベルシフタ３０と、を備える。バッファアンプＢＡＭＰ１には、最下段の電池セルＶｃ１から最上段の電池セルＶｃ４まで直列に接続された複数の電池セルＶｃから電池電圧を測定するために選択された１つの電池セルＶｃの高電圧側の電圧が入力される。また、バッファアンプＢＡＭＰ２には、電池セルＶｃのうち最下段の電池セルＶｃ１以外（電池セルＶｃ２〜Ｖｃ４）の、電池電圧を測定する電池セルＶｃの低電圧側の電圧が入力される。アナログレベルシフタ３０のアンプＡＭＰ１には、バッファアンプＢＡＭＰ１から出力される電圧及びバッファアンプＢＡＭＰ２から出力される電圧が入力される。スイッチＳＷ＿Ｇは、電池セルＶｃ１の電池電圧の測定を行う場合に、アンプＡＭＰ１に入力される電圧を、バッファアンプＢＡＭＰ２から出力される電圧から基準電圧ＶＳＳに切り替える。スイッチＳＷ０＿１は、バッファアンプＢＡＭＰ１に入力される電圧を、電池電圧を測定する電池セルＶｃの高電圧側の電圧から基準電圧ＶＳＳに切り替える。また、本実施の形態の半導体装置１０は、バッファアンプＢＡＭＰ２に入力される電圧を、基準電圧ＶＳＳに切り替えるスイッチＳＷ０＿２を備える。

本実施の形態の半導体装置１０では、１回の電池電圧の測定において、最下段の電池セルＶｃ１から順次、最上段の電池セルＶｃ４まで、各電池セルＶｃの電池電圧の測定を行う。半導体装置１０のＣＮＴ１２は、次回の電池電圧の測定の開始前、すなわち、電池セルＶｃ１の電池電圧の測定前にスイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態にして、寄生容量Ｃ１、Ｃ２に蓄積された電荷を放電させる。

また、本実施の形態の半導体装置１０では、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合は、ＣＮＴ１２が、スイッチＳＷ１＿１、ＳＷ＿Ｇをオン状態にする。

これにより、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合は、アンプＡＭＰ１の非反転入力端子にはバッファアンプＢＡＭＰ１から出力された電池セルＶｃ１の高電位側の電圧が入力され、反転入力端子には基準電圧ＶＳＳが入力される。アンプＡＭＰ１からは、電池セルＶｃ１の電池電圧に応じた電圧が出力される。

このように、本実施の形態の半導体装置１０では、電池セルＶｃ１の電池電圧の測定を行う場合に、寄生容量Ｃ１、Ｃ２の影響を抑制することができる。従って、電池セルＶｃの電池電圧の測定において発生する寄生容量Ｃ１、Ｃ２に蓄積された電荷による測定誤差を抑制することができる。

また、本実施の形態の半導体装置１０では、スイッチＳＷ＿Ｇを備えており、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧と、基準電圧ＶＳＳとの差により電池セルＶｃ１の電池電圧を測定しているため、従来の半導体装置に比べて、端子（入力端子１４）の数を削減することができる。

従来の電池セルＶｃの電池電圧測定用の半導体装置では、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合、本実施の形態の半導体装置１０において電池セルＶｃ２〜Ｖｃ４の電池電圧を測定する場合と同様に、半導体装置に、電池セルＶｃ１の高電位側の電圧と、低電位側の電圧とが入力されていた。図８には、このような従来の半導体装置の一例の回路図を示す。図８に示した従来の半導体装置１００には、電池セルＶｃ１の低電位側の電圧に接続される入力端子１４_０が備えられている。また、従来の半導体装置１００のスイッチ群１２０は、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合に、電池セルＶｃ１の低電位側の電圧を、入力端子１４_０を介してバッファアンプＢＡＭＰ２の非反転入力端子に入力させるためのスイッチＳＷ０＿２を備える。

従来の半導体装置１００に対して本実施の形態の半導体装置１０では、電池セルＶｃ１の低電位側の電圧の入力を必要としないため、従来の半導体装置１００が備えていた入力端子１４_０が不要になる。その結果、入力端子１４_０を削減することができ、入力端子１４の数を削減することができる。

なお、本実施の形態では、最下段の電池セルＶｃ１から順次、最上段の電池セルＶｃ４まで、各電池セルＶｃの電池電圧の測定を行ったが、電池電圧を測定する電池セルＶｃの順番は、これに限らない。例えば、最上段の電池セルＶｃ４から順次、最下段の電池セルＶｃ１まで、各電池セルＶｃの電池電圧の測定を行ってもよい。この順序で電池電圧の測定を行う場合は、電池セルＶｃ２の電池電圧の測定の後、電池セルＶｃ１の測定前に、ＣＮＴ１２によりスイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態にして蓄積された寄生容量Ｃ１、Ｃ２に蓄積された電荷を放電すれば、電池セルＶｃ１の電池電圧の測定における寄生容量Ｃ１、Ｃ２の影響を抑制することができる。

また、本実施の形態の半導体装置１０では、測定動作においてＣＮＴ１２は、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態にした後、寄生容量Ｃ１、Ｃ２に蓄積された電荷が十分に放電されたとみなせる所定時間が経過した後、オフ状態にしている。ＣＮＴ１２が、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態からオフ状態に切り替えるタイミングは、当該タイミングに限らず、その他のタイミングであってもよい。その他のタイミングで、ＣＮＴ１２が、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２をオン状態からオフ状態に切り替える場合の半導体装置１０について図７を参照して説明する。図７には、本実施の形態の半導体装置１０のその他の一例の回路図を示す。図７に示した半導体装置１０は、アナログレベルシフタ３０から出力された電圧を測定する測定回路１８を備え、ＣＮＴ１２には、測定回路１８の測定結果が入力される。測定回路１８は、アナログレベルシフタ３０から出力された電圧を測定して、電圧が「零」とみなせるか否かを判断して判断結果を出力する。

ＣＮＴ１２は、まず、スイッチＳＷ０＿１とスイッチＳＷ＿Ｇとをオン状態、他をオフ状態にしてアナログレベルシフタ３０から、バッファアンプＢＡＭＰ１から出力される電圧と、基準電圧ＶＳＳとの差に応じた電圧を出力させる。寄生容量Ｃ１に電荷が蓄積されている場合は、電位差が生じるため、当該電位差の有無を測定回路が測定結果としてＣＮＴ１２に出力する。当該電位差が無くなると、次に、ＣＮＴ１２は、スイッチＳＷ＿Ｇをオフ状態にし、スイッチＳＷ０＿２をオン状態にする。寄生容量Ｃ２に電荷が蓄積されている場合は、電位差が生じるため、当該電位差の有無を測定回路が測定結果としてＣＮＴ１２に出力する。当該電位差が無くなった後、ＣＮＴ１２は、電池セルＶｃの測定（図２に示した測定動作のステップＳ１０４〜Ｓ１１４）を実行する。このように、測定回路１８で測定した電位差に基づいてＣＮＴ１２が、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２を制御することにより、より確実に寄生容量Ｃ１、Ｃ２の各々に蓄積された電荷を放電することができる。なお、測定回路１８は、半導体装置１０の外部に備えられていてもよい。

また、本実施の形態の半導体装置１０では、スイッチＳＷ０＿１、ＳＷ０＿２を備える場合について説明したが、スイッチＳＷ０＿１のみを備える場合であっても蓄積された寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷を放電できる。上述のように、電池セルＶｃ１の電池電圧を測定する場合は、寄生容量Ｃ１の影響が主であるため、寄生容量Ｃ１に蓄積された電荷を放電できれば、電池セルＶｃ１の電池電圧の測定を適切に行うことができる。なお、スイッチＳＷ０＿２を備えることにより、電池セルＶｃ２の電池電圧を測定する場合における、寄生容量Ｃ２の影響を抑制することができるため、電池セルＶｃ２の電池電圧を測定する観点からは、スイッチＳＷ０＿２を備えていることが好ましい。

また、本実施の形態の半導体装置１０で示した、電池セルＶｃの個数等は、一例であり、特に限定されるものではない。

また、本実施の形態で説明した半導体装置１０等の構成及び測定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半導体装置
１２ＣＮＴ
１４入力端子
１６出力端子
２０スイッチ群
３０アナログレベルシフタ
ＢＡＭＰ１バッファアンプ（第１バッファアンプ）
ＢＡＭＰ２バッファアンプ（第２バッファアンプ）
ＢＡＭＰ３バッファアンプ
ＳＷ０＿１スイッチ（第２スイッチ）
ＳＷ０＿２スイッチ（第３スイッチ）
ＳＷ＿Ｇスイッチ（第１スイッチ）
Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３、Ｖｃ４電池セル

Claims

最下段の電池セルから最上段の電池セルまで直列に接続された複数の電池セルから選択された１つの電池セルの高電圧側の電圧が入力される第１バッファアンプと、
前記複数の電池セルのうち前記最下段の電池セル以外から選択された１つの電池セルの低電圧側の電圧が入力される第２バッファアンプと、
前記第１バッファアンプから出力される電圧及び前記第２バッファアンプから出力される電圧が入力されるアナログレベルシフタと、
前記アナログレベルシフタに入力される電圧を、前記第２バッファアンプから出力される電圧から基準電圧に切り替える第１スイッチと、
前記第１バッファアンプに入力される電圧を、前記複数の電池セルから選択された１つの電池セルの高電圧側の電圧から前記基準電圧に切り替える第２スイッチと、
前記第２バッファアンプに入力される電圧を、前記基準電圧に切り替える第３スイッチ
と、
前記最下段の電池セルのセル電圧が前記第１バッファアンプに入力される前に、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチをオン状態にして前記基準電圧に切り替え、前記最下段の電池セルのセル電圧が前記第１バッファアンプに接続されているときに、前記第１スイッチをオン状態にして前記基準電圧に切り替える制御部と、
を備えた半導体装置。
前記制御部は、
前記第１スイッチをオン状態にする場合に前記第２スイッチ及び前記第３スイッチをオフ状態にして、前記第１スイッチをオフ状態にする場合に前記第２スイッチ及び前記第３スイッチをオン状態にするように前記第１スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを制御する第１制御動作と、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチの全てをオフ状態にするように前記第１スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを制御する第２制御動作と、
を実行する請求項１記載の半導体装置。