KR100644310B1 - 스위칭 소자 및 그것을 이용한 보호 회로 - Google Patents

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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

종래의 양방향 스위칭 소자는, 동일한 사이즈의 2개의 스위칭 소자를 준비함으로써 실현하고 있기 때문에, 코스트의 저감 및 사이즈의 소형화를 할 수 없다는 등의 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해, 양방향으로 전류 경로를 형성하는 주요소인 제1 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자가 오프 시에, 기생 다이오드를 차단하는 제2 스위칭 소자를 구비한 스위칭 소자로 한다. 제2 스위칭 소자는, 제1 스위칭 소자의 보조적 동작을 행하기 때문에 작은 칩 사이즈이어도 되며, 스위칭 소자의 소형화 또는 낮은 온 저항화에 기여한다. 또한 스위칭 소자를 보호 회로에 이용함으로써, 보호 회로의 사이즈의 소형화가 실현된다.
보호 회로, 스위칭 소자, 제어 회로, MOSFET, 백 게이트 컨택트

Description

스위칭 소자 및 그것을 이용한 보호 회로{SWITCHING ELEMENT AND PROTECTION CIRCUIT USING THE SAME}
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 각각 본 발명의 스위칭 소자를 설명하는 회로도 및 단면 모식도.
도 2는 본 발명의 보호 회로의 회로도.
도 3은 본 발명의 보호 회로의 단면 모식도.
도 4는 종래의 보호 회로의 회로도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 2차 전지
2 : 보호 회로
3 : 스위칭 소자
4 : 제어 회로
5 : 제1 MOSFET
6 : 제2 MOSFET
9 : 충방전 제어 단자
51, 61 : 드레인
52, 62 : 소스
54, 64 : 게이트
55, 56, 65 : 기생 다이오드
53, 63 : 백 게이트 컨택트
58, 68 : 백 게이트
82 : 과방전 저지 스위칭 소자
83 : 과충전 저지 스위칭 소자
84 : 제어 회로
85 : 보호 회로
86 : 양방향 스위칭 소자
[특허 문헌 1] 일본 특개평10-12282호 공보(제7항, 도 1)
본 발명은, 스위칭 소자 및 그것을 이용한 보호 회로에 관한 것으로, 양방향의 전류 경로의 절환이 가능하며 또한 점유 면적을 저감한 스위칭 소자 및 그것을 이용한 보호 회로에 관한 것이다.
스위칭 소자로서, 온/오프의 절환을 행할 뿐만 아니라, 예를 들면 2차 전지의 보호 회로에 채용되는 스위칭 소자와 같이, 전류 경로의 방향(전류가 흐르는 방향)을 절환하는 소자에 대해서도 개발이 진행되고 있다.
도 4에 종래의 양방향 스위칭 소자의 예로서 2차 전지용 보호 회로의 회로도를 나타낸다. 양방향 스위칭 소자(86)는, 과방전 저지 스위칭 소자(82)와 과충전 저지 스위칭 소자(83)를 직렬로 접속한 것이며, 제어 회로(84)에 의해 온/오프 제어를 행한다.
제어 회로(84)는, 전지 전압을 검출하여, 검출한 전압이 최고 설정 전압보다도 높을 때에 과충전 저지 스위칭 소자(83)를 오프로 절환하여, 2차 전지(1)의 과충전을 저지한다. 또한, 검출한 전압이 최저 설정 전압보다도 낮을 때에 과방전 저지 스위칭 소자(82)를 오프로 절환하여, 2차 전지(1)의 과방전을 저지한다.
과방전 저지 스위칭 소자(82)와 과충전 저지 스위칭 소자(83)는, 온 상태에서의 내부 저항이 작으며 또한 전력 손실과 전압 강하를 작게 할 수 있는 MOSFET으로 구성되어 있다. MOSFET은 기생 다이오드를 갖기 때문에, MOSFET이 오프이어도, 기생 다이오드에 의해 소정의 방향의 전류 경로를 형성할 수 있다.
그 때문에, 예를 들면 전지 전압이 최고 설정 전압보다 높아져서, 과충전 저지 스위칭 소자(83)의 MOSFET이 오프로 된 경우라도, 기생 다이오드에 의해 2차 전지(1)의 방전은 가능하다.
반대로, 전지 전압이 최저 설정 전압보다도 낮아져서, 과방전 저지 스위칭 소자(82)의 MOSFET이 오프로 된 경우라도, 기생 다이오드에 의해 2차 전지(1)의 충전은 가능하다.
도 4에 도시하는 2차 전지(1)의 보호 회로(85)는 상기 동작을 하여 2차 전지(1)의 과충전 및 과방전을 저지한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
상기와 같이 종래의 기술에서는, 한쪽을 과충전을 저지하기 위한 과충전 저지 스위칭 소자(83)로 하고, 다른쪽을 과방전을 저지하기 위한 과방전 저지 스위칭 소자(82)로 하여 양방향 스위칭 소자(86)를 실현하고 있다. 그리고, 이들은 동일한 사이즈의 2개의 스위칭 소자(MOSFET)를 직렬 접속한 것이며, 사이즈의 소형화를 저지하며, 또한 제조 코스트의 저감이 진행되지 않는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 먼저, 제어 단자와 2개의 단자를 각각 갖는 제1 및 제2 스위칭 소자를 구비하며, 상기 제2 스위칭 소자는, 한쪽 단자를 상기 제1 스위칭 소자의 한쪽 단자에 접속하고, 다른쪽 단자를 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제1 스위칭 소자의 각각의 백 게이트에 접속한 것에 의해 해결하는 것이다.
또한, 상기 제1 스위칭 소자의 온 시에 상기 제2 스위칭 소자를 온하고, 상기 제1 스위칭 소자의 오프 시에 상기 제2 스위칭 소자를 오프하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 제1 스위칭 소자는 2개의 기생 다이오드를 가지며, 상기 제2 스위칭 소자는 각각 1개의 기생 다이오드를 갖고, 상기 제1 스위칭 소자의 오프 시에 상기 제2 스위칭 소자를 오프하여, 상기 제1 스위칭 소자 중 하나의 기생 다이오드의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 제2 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자의 칩 사이즈의 1/2 이 하의 사이즈인 것을 특징으로 하는 것이다.
다음으로, 제어 단자와 2개의 단자를 각각 갖는 제1 및 제2 스위칭 소자를 구비하며, 상기 제2 스위칭 소자는, 한쪽 단자를 상기 제1 스위칭 소자의 한쪽 단자에 접속하고, 다른쪽 단자를 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제1 스위칭 소자의 각각의 백 게이트에 접속한 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하며, 상기 스위칭 소자를 2차 전지에 직렬로 접속하고, 상기 2차 전지의 충전 방향 및 방전 방향의 전류 경로의 절환을 행함으로써 해결하는 것이다.
또한, 상기 제어 수단은, 상기 2차 전지의 전압이 최고 설정 전압보다도 높은 경우 또는 최저 설정 전압보다도 낮은 경우에는, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 오프하여, 전류 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 제1 스위칭 소자는 2개의 기생 다이오드를 가지며, 상기 제2 스위칭 소자는 1개의 기생 다이오드를 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 제1 스위칭 소자의 오프 시에 상기 제2 스위칭 소자를 오프하여, 상기 제1 스위칭 소자 중 하나의 기생 다이오드의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 제2 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자의 칩 사이즈의 1/2 이하의 사이즈인 것을 특징으로 하는 것이다.
〈실시예〉
본 발명의 실시예를, 도 1로부터 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 제1 실시예를 나타낸다. 도 1의 (a)는 스위칭 소자의 회로도이며, 도 1의 (b)는 스위칭 소자의 단면 모식도이다.
본 실시예의 스위칭 소자(3)는, 제1 MOSFET(5), 제2 MOSFET(6)으로 구성된다.
제2 MOSFET(6)은, 드레인(또는 소스)을 제1 MOSFET(5)의 드레인(또는 소스)에 접속한다. 또한, 제2 MOSFET(6)의 소스(또는 드레인)를 제2 MOSFET(6)의 백 게이트(68) 및 제1 MOSFET(5)의 백 게이트(58)에 각각 접속한다.
도 1의 (b)를 참조하여, 스위칭 소자(3)의 구조에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서, 소스 및 드레인은 등가이며, 이하의 설명에서 소스 및 드레인을 교체하여도 마찬가지다.
제1 MOSFET(5), 제2 MOSFET(6)은 예를 들면 n 채널형 MOSFET이다. 제1 MOSFET(5)은, 백 게이트(58)로 되는 p-형 기판에 n+형 소스(52) 및 드레인(51)을 형성한다. 또한 백 게이트(58)의 컨택트 저항을 저감하기 위해, p+형 백 게이트 컨택트(63)를 형성한다.
제2 MOSFET(6)도 제1 MOSFET(5)과 마찬가지이며, 백 게이트(68)로 되는 p-형 기판에 n+형 소스(62) 및 드레인(61)을 설치한다. 또한, p+형 백 게이트 컨택트(63)를 형성한다. 그리고, 소스(62)와 백 게이트(68)(백 게이트 컨택트(63))를 쇼트시켜서, 제1 MOSFET(5)의 백 게이트(58)(백 게이트 컨택트(53))에 접속한다. 또한, 제2 MOSFET(6)의 드레인(61)은, 제1 MOSFET(5)의 드레인(51)과 접속한다.
제1 MOSFET(5)은, 동작의 상태에 따라 기판에 기생 다이오드(55), 기생 다이오드(56)가 형성된다. 한편, 제2 MOSFET(6)은, 백 게이트(68)가 소스(62)와 단락 됨으로써 동일한 전위로 되어, 하나의 기생 다이오드(65)만 형성된다.
제1 MOSFET(5), 제2 MOSFET(6)의 각각의 게이트(54, 64)는 접속되어 있어서, 즉 동일한 제어 신호가 인가된다. 또한, 제1 MOSFET(5)의 드레인(51)(제2 MOSFET(6)의 드레인(61)) 및 제1 MOSFET의 소스(52)에는 상이한 전위가 인가된다. 그 인가되는 전위차와 제1, 제2 MOSFET(5, 6)의 게이트(54, 64)에 인가되는 신호에 따라, 제1 MOSFET의 드레인(51) 및 제1 MOSFET의 소스(52) 간에 형성되는 전류 경로의 양방향의 전환을 행한다.
다음으로, 상기 스위칭 소자(3)의 동작에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1 MOSFET(5)의 게이트(54)가 온일 때에는 통상의 온 상태이며, 제2 MOSFET(6)의 게이트(64)도 온으로 되어, 제1 MOSFET(5)의 소스(52)-드레인(51) 간(및 제2 MOSFET(6)의 소스(62)-드레인(61) 간)에 전류가 흐른다. 예를 들면, 제1 MOSFET의 드레인(51)(제2 MOSFET(6)의 드레인(61))이 고전위이고 제1 MOSFET의 소스(52)가 저전위인 경우, 도 1의 (b)의 화살표 a와 같이 전류가 흐른다. 한편, 드레인(51), 소스(52)의 전위 관계가 반대로 된 경우, 화살표 b와 같이 전류가 흐른다. 이와 같이, 제1 MOSFET(5)이 온됨으로써, 제1 MOSFET(5)의 소스(52) 및 제1 MOSFET(5)의 드레인(51)(제2 MOSFET(6)의 드레인(61)) 간의 전위차에 의해, 양방향으로 전류가 흐른다. 어느 경우에서도, 제2 MOSFET(6)에 의해, 제1 MOSFET(5)의 백 게이트(58)에 소정의 전위가 인가되므로, 제1 MOSFET(5)의 임계 전압을 안정시킬 수 있다.
다음으로, 제1 MOSFET(5)이 오프인 경우를 설명한다. 제1 MOSFET(5)은 양방향으로 전류를 흘리는 것을 가능하게 하기 위해, 2개의 기생 다이오드(55, 56)를 갖는다. 즉, 이 상태에서 백 게이트(58)에 전위가 인가되면, 제1 MOSFET(5)이 오프이어도 그 때 순방향으로 되는 기생 다이오드에 의해 제1 MOSFET(5)에 전류가 흐르게 된다. 그러나, 본 실시예에서는, 그 경우 제2 MOSFET(6)을 오프함으로써, 제1 MOSFET(5)의 백 게이트(58)를 플로팅 전위로 한다. 이에 따라, 순방향으로 되는 기생 다이오드를 차단하여, 제1 MOSFET(5)을 완전히 오프 상태로 할 수 있다.
즉, 제1 MOSFET(5)이 오프 상태에서는, 제1 MOSFET(5)의 소스(52) 및 제1 MOSFET(5)의 드레인(51)(제2 MOSFET(6)의 드레인(61))의 전위 관계가 어떠한 상태이어도, 전류 경로가 형성되지 않는다.
여기서, 본 실시예의 주요소인 스위치는 제1 MOSFET(5)이다. 즉, 통상적으로는 제1 MOSFET(5)을 온 상태로 하고, 제1 MOSFET(5)의 양 단자(즉 제1 MOSFET(5)의 소스(52)와 드레인(51))에 인가하는 전압을 절환하여, 양방향의 전류 경로를 형성한다. 그리고, 제2 MOSFET(6)은, 제1 MOSFET(5)의 백 게이트(58)의 전위를 안정화시키기 위해, 또는 제1 MOSFET(5)을 완전한 오프 상태로 하기 위한 스위치이다. 따라서, 제2 MOSFET(6)의 온 저항의 저감에 대해서는 제1 MOSFET(5)만큼 고려하지 않아도 된다.
따라서, 제2 MOSFET(6)의 칩 사이즈는, 제1 MOSFET(5)에 비해 충분히 작게 할 수 있다. 예를 들면, 종래의 동일한 칩 사이즈의 2개의 MOSFET을 직렬 접속한 양방향 스위칭 소자(86)에 비해, 스위칭 소자(3)의 소형화를 실현할 수 있다.
혹은, 종래의 양방향 스위칭 소자(86)의 점유 면적을 유지하는 것이면, 제1 MOSFET(5)의 칩 사이즈를 확대할 수 있기 때문에, 스위칭 소자(3)의 온 저항을 저감할 수 있다.
도 2 및 도 3은, 본 발명의 제2 실시예이고, 상기 스위칭 소자를 보호 회로에 이용한 경우를 나타낸다.
도 2는, 보호 회로를 도시하는 회로도로서, 2차 전지의 보호 회로를 예로 하여 설명한다.
보호 회로(2)는, 2차 전지(1)와 직렬로 접속되며, 스위칭 소자(3)와, 제어 회로(4)를 구비한다.
스위칭 소자(3)는, 제1 MOSFET(5)과, 제2 MOSFET(6)으로 구성된다. 또한, 이들의 상세에 대해서는 제1 실시예와 마찬가지이기 때문에 설명은 생략한다.
제1 MOSFET(5)은, 2차 전지(1)와 직렬로 접속되며, 충전 방향 및 방전 방향으로 전류 경로를 형성함과 함께 2차 전지(1)의 과충전 및 과방전을 저지한다. 즉, 제1 MOSFET(5)에는, 양방향의 전류 경로가 형성되며, 2개의 기생 다이오드가 내장된다. 한편 제2 MOSFET(6)은 제1 MOSFET(5)의 드레인(51) 및 백 게이트(58)와 접속하며, 제1 MOSFET(5)의 오프 시에, 제1 MOSFET(5)에 내장되는 2개의 기생 다이오드(55, 56) 중, 순방향으로 되는 기생 다이오드의 동작을 저지한다.
제1 MOSFET(5)의 소스(52)측이, 예를 들면 마이너스 단자(-)에 접속하며, 드레인(51)측이 플러스 단자(+)에 접속한다. 마이너스 단자, 플러스 단자 사이에는 AC 어댑터나 부하가 접속된다.
제어 회로(4)는, 제1 MOSFET(5)의 게이트(54) 및 제2 MOSFET(6)의 게이트(64)의 온/오프를 제어하는 충방전 제어 단자(9)를 구비한다.
제어 회로(4)는, 충방전 동작인 경우는, MOSFET(5)을 온으로 절환하여, 2차 전지(1)의 충전 방향 및 2차 전지(1)의 방전 방향으로 전류가 흐르도록 한다.
또한, 예를 들면, 과충전 상태에서 플러스 단자, 마이너스 단자 사이에 AC 어댑터 등의 전원이 접속하고 있는 상태를 판정한다. 그리고, 이 경우에는 제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)을 오프하여 전류 경로를 차단하여, 과충전을 저지한다.
또한, 과방전 상태에서 플러스 단자, 마이너스 단자 사이에 부하가 접속되어 있는 상태를 판정한다. 그리고, 이 경우에는 제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)을 오프하여 전류 경로를 차단하여서, 과방전을 저지한다.
이러한 과충전 및 과방전 상태는, 제어 회로(4)에 의해, 예를 들면 마이너스 단자의 전위를 판정함으로써 제어할 수 있다(이에 대해서는 후술함).
도 3은, 보호 회로의 구조를 나타내는 단면 개요도이다.
제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)의 게이트(54, 64)는 충방전 제어 단자(9)의 출력에 의해 제어된다. 제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)이 온된 경우, 플러스 단자, 마이너스 단자에 전위차가 있기 때문에 화살표의 방향으로 충전 또는 방전을 행한다. 또한, 제1 MOSFET(5)에 내장되는 기생 다이오드(55, 56)는 제2 MOSFET(6)의 오프에 의해 차단되어, 전류 경로를 차단한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 보호 회로(2)의 동작을 설명한다.
정상적인 방전 시에는 플러스 단자 및 마이너스 단자에, 부하가 접속되어, 소정의 전압까지 방전(예를 들면, 휴대 단말기의 조작 등)을 행한다.
그리고, 이 상태에서 과방전으로 된 경우에는, 그 이상의 과방전을 방지하기 위해 전류 경로를 차단할 필요가 있다. 이 경우, 예를 들면, 전지(1)의 전위가 1V라고 한다. 여기서, 전지의 마이너스극 전위를 0V로 한다.
제어 회로(4)는 마이너스 단자의 전위를 판정하여, 플러스 전위인 경우, 과방전 상태에서 부하가 접속되어 있는 상태라고 판단한다. 그리고, 제어 회로(4)는, 제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)을 오프 상태로 한다. 제2 MOSFET(6)의 오프에 의해 제1 MOSFET(5)의 백 게이트(58)가 플로팅 전위로 되기 때문에, 기생 다이오드(55, 56)는 동작하지 않고, 즉 스위칭 소자(3)가 오프 상태로 되어, 전류 경로는 차단된다.
한편, 이 상태(과방전 상태)로부터 충전을 행하는 경우, AC 어댑터 등의 전원을 플러스 단자 및 마이너스 단자 사이에 접속하며, 충전 방향으로 전류를 흘리면 된다. 이 경우 예를 들면, 플러스 단자의 전위가 3V, 마이너스 단자의 전위가 -1V로 된다고 한다.
제어 회로(4)는 마이너스 단자의 전위를 판정하여, 마이너스 전위인 경우, 과방전 상태에서 AC 어댑터가 접속되어 있는 상태라고 판단한다. 그리고, 제어 회로(4)는, 제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)을 온 상태로 한다. 이에 따라, 스위칭 소자(3)는 온 상태로 되어, 화살표와 같이 충전 방향으로 전류가 흐른다.
정상적인 충전 시에는 플러스 단자, 마이너스 단자에 AC 어댑터 등의 전원이 접속되며, 화살표 방향으로 충전 전류가 공급되어 2차 전지의 충전을 행한다.
그리고, 이 상태에서 과충전으로 된 경우에는, 전류 경로를 차단할 필요가 있다. 이 경우 예를 들면, 플러스 단자가 4V, 마이너스 단자가 -1V로 한다.
제어 회로(4)는 마이너스 단자의 전위를 판정하여, 마이너스 전위인 경우, 과충전 상태에서 AC 어댑터가 접속되어 있는 상태라고 판단한다. 그리고, 제어 회로(4)는, 제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)을 오프 상태로 한다. 이에 따라, 제1 MOSFET(5)의 백 게이트(58)가 플로팅 전위로 되기 때문에, 기생 다이오드(55, 56)는 동작하지 않고, 즉 스위칭 소자(3)는 오프 상태로 되어, 전류 경로가 차단된다.
한편, 이 상태(과충전 상태)로부터 방전을 행하는 경우, 부하를 양 단자에 접속하며, 방전 방향으로 전류를 흘리면 된다. 이 경우, 예를 들면 플러스 단자가 4V, 마이너스 단자가 1V로 된다고 한다.
제어 회로(4)는 마이너스 단자의 전위를 판정하여, 플러스 전위인 경우, 과충전 상태에서 부하가 접속되어 있다고 판단한다. 그리고, 제어 회로(4)는, 제1 MOSFET(5) 및 제2 MOSFET(6)을 온 상태로 한다. 이에 따라, 화살표의 방전 방향으로 전류가 흐른다.
제2 MOSFET(6)은, 제1 MOSFET(5)에 전류가 흐를 때에 백 게이트(58)의 전위를 안정화시키며, 또한 제1 MOSFET(5)의 오프 시에 기생 다이오드(55, 56)의 동작을 저지한다. 따라서, 제1 MOSFET(5)에 비해 제2 MOSFET(6)은 온 저항의 저감을 그다지 고려하지 않아도 된다.
따라서, 제2 MOSFET(6)의 사이즈는, 제1 MOSFET(5)의 사이즈에 비해 충분히 작게 하는 것이 가능하게 되어, 종래의 양방향 스위칭 소자(86)의 칩 사이즈보다 작게 할 수 있다.
보호 회로에서는, 스위칭 소자(3)의 저항값(온 저항)을 검출하여 제어를 행하고 있는 경우가 있으며, 스위칭 소자(3)에 소정의 온 저항값을 유지하는 설계가 희망되는 경우가 있다. 즉, 종래의 온 저항을 유지하는 경우, 본 실시예에 따르면 칩 사이즈를 약 1/4로 저감할 수 있다.
이하 구체적으로 설명한다. 예를 들면, 종래의 MOSFET(82, 83)의 온 저항을 각각 20mΩ, 사이즈를 2㎟로 한다. 즉, 종래의 양방향 스위칭 소자(86)의 온 저항은 40mΩ이며, 칩 사이즈(점유 면적)는 4㎟로 된다.
한편, 본 실시예에서, 종래의 온 저항(40mΩ)을 유지하고, 게다가 제2 MOSFET(6)의 칩 사이즈를 충분히 작게 하면, 스위칭 소자(3)의 칩 사이즈를 1㎟까지 저감 가능하다. 즉, 스위칭 소자(3)로서의 칩 사이즈를 약 1/4로 할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자(3)는, 제어 회로(4)의 하나의 제어 단자(9)에 의해 동작 가능하여, 종래의 스위칭 소자(86)에 비해 제어 단자 수를 저감할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자(3) 및 보호 회로(2)에 갖춰지는 각 MOSFET(5, 6)에서는 n 채널의 횡형 MOSFET을 이용하였는데, 이에 한하지 않으며, p 채널의 MOSFET을 이용하여도 되고, 또한 종형 MOSFET을 이용하여도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 스위칭 소자(3)를 2차 전지의 보호 회로에 이용한 예를 설명하였는데, 양방향 스위칭을 필요로 하는 라인 스위치로서 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스위칭 소자의 오프 시에, 제2 스위칭 소자에 의해 제1 스위칭 소자의 2개의 기생 다이오드의 중의 한쪽을 차단할 수 있다. 즉, 오프 시에 동작하는 기생 다이오드를 차단할 수 있기 때문에, 전류의 도통 및 차단을 행하는 MOSFET을 1개로 할 수 있다. 따라서, 코스트를 저감하여, 점유 면적을 저감한 스위칭 소자를 제공할 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 점유 면적을 유지하는 경우에는 온 저항의 저감에 기여할 수 있다.
또한, 제2 스위칭 소자는, 제1 스위칭 소자가 온 상태일 때, 제1 스위칭 소자의 백 게이트에 소정의 전위를 인가할 수 있기 때문에, 동작 시의 임계 전압을 안정시킬 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자를 2차 전지 등의 보호 회로에 채용함으로써, 과충전, 과방전의 전환의 스위칭 소자의 사이즈를 대폭 저감할 수 있다. 또한, 이에 따라 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
보호 회로에서는, 충전측 및 방전측의 양방향으로 전류를 흘릴 필요가 있어서, 종래는 2개의 MOSFET을 이용한 양방향 스위칭 소자를 실현하고 있었다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 전류를 흘리는 MOSFET의 오프 시에 기생 다이오드를 차단할 수 있기 때문에, 1개의 MOSFET에 의해 양방향 스위치가 가능하게 된다.
또한, 양방향의 스위칭 소자는, 1개의 제어 단자로 제어 가능하여, 종래의 보호 회로에 비해 제어 단자 수를 저감할 수 있다.

Claims (8)

  1. 제어 단자와 2개의 단자를 각각 갖는 제1 및 제2 스위칭 소자를 구비하며,
    상기 제2 스위칭 소자는, 한쪽 단자를 상기 제1 스위칭 소자의 한쪽 단자에 접속하고, 다른쪽 단자를 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제1 스위칭 소자의 각각의 백 게이트에 접속한 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자의 온 시에 상기 제2 스위칭 소자를 온하고,
    상기 제1 스위칭 소자의 오프 시에 상기 제2 스위칭 소자를 오프하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자는 2개의 기생 다이오드를 가지며, 상기 제2 스위칭 소자는 1개의 기생 다이오드를 갖고,
    상기 제1 스위칭 소자의 오프 시에 상기 제2 스위칭 소자를 오프하여, 상기 제1 스위칭 소자 중 하나의 기생 다이오드의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자의 칩 사이즈의 1/2 이하의 사이즈인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.
  5. 제어 단자와 2개의 단자를 각각 갖는 제1 및 제2 스위칭 소자를 구비하며, 상기 제2 스위칭 소자는, 한쪽 단자를 상기 제1 스위칭 소자의 한쪽 단자에 접속하고, 다른쪽 단자를 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제1 스위칭 소자의 각각의 백 게이트에 접속한 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 제어를 행하는 제어 수단
    을 구비하며,
    상기 스위칭 소자를 2차 전지에 직렬로 접속하여, 상기 2차 전지의 충전 방향 및 방전 방향의 전류 경로의 절환을 행하는 것을 특징으로 하는 보호 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 2차 전지의 전압이 최고 설정 전압보다도 높은 충전 상태인 경우 또는 최저 설정 전압보다도 낮은 방전 상태인 경우에는, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 오프하여, 전류 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 보호 회로.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자는 2개의 기생 다이오드를 가지며, 상기 제2 스위칭 소 자는 1개의 기생 다이오드를 갖고,
    상기 제어 수단은, 상기 제1 스위칭 소자의 오프 시에 상기 제2 스위칭 소자를 오프하여, 상기 제1 스위칭 소자 중 하나의 기생 다이오드의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 보호 회로.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자의 칩 사이즈의 1/2 이하의 사이즈인 것을 특징으로 하는 보호 회로.
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