TW201503536A - 開關電路、半導體裝置及電池裝置 - Google Patents
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Abstract
提供即使反連接之狀況，也可防止電路動作上未意圖的電流流通，安全性更高的半導體裝置。
半導體裝置具有開關電路，該開關電路具備：第一電晶體、汲極連接於第一電晶體的汲極，源極及背閘極連接於第一電晶體的背閘極，閘極連接於第一電晶體的源極的第二電晶體、及汲極連接於第一電晶體的源極，源極及背閘極連接於第一電晶體的背閘極，閘極連接於第一電晶體的汲極的第三電晶體。
Description
本發明係關於開關電路及半導體裝置。
於圖4揭示先前之電壓控制裝置的電路圖。先前之電壓控制裝置，係以電壓檢測電路503、電壓檢測電路503之正電源的正電源連接端子509、電壓檢測電路503之負電源的負電源連接端子510、連接於正電源連接端子509與負電源連接端子510之間的控制電路508、控制電路508的輸出連接於閘極，汲極連接於輸出端子511，源極與背閘極連接於負電源連接端子510的Nch電晶體501、電阻512所構成。
控制電路508係以基準電壓產生電路506、將正電源連接端子509與負電源連接端子510之間的電壓(此後，將正電源連接端子與負電源連接端子之間的電壓稱為電源電壓)進行分壓的電阻504、505、比較以電阻504、505分壓之電壓與基準電壓產生電路506之電壓的比較器507所構成。在Nch電晶體501的汲極與背閘極之
間，存在寄生二極體502。將Nch電晶體501設為該電壓檢測電路503的開關電路。
電壓檢測電路503的正電源連接端子509與輸出端子511連接，在此連接電阻512，將電阻另一方的端子，連接於電壓產生器513的正電源的話，可作為將電壓檢測電路503的電源電壓控制為一定的電壓控制電路來動作。
接著，針對動作進行說明。電壓檢測電路503的電源電壓，係被控制為將電壓產生器513的電壓，以連接於正電源連接端子509之電阻512的電阻值與Nch電晶體501的導通電阻值來進行分壓的電壓。電壓檢測電路503的電源電壓變動成較高的電壓的話，以電阻504、505分壓的電壓成為基準電壓產生電路506的電壓以上，控制電路508的輸出係提高Nch電晶體501的閘極電壓。因閘極電壓提高，Nch電晶體501的導通電阻值變低，降低輸出端子511與負電源連接端子510之間的電壓。輸出端子511因為連接於正電源連接端子509，所以，以電壓檢測電路503的電源電壓也變低之方式控制。電壓檢測電路503的電源電壓變動成較低的電壓的話，與前述相反，Nch電晶體501的導通電阻值變高，以電壓檢測電路503的電源電壓變高之方式控制。藉由重複前述的動作，電壓控制電路係以持續輸出一定的電壓之方式動作(例如，參照專利文獻1圖1)。
[專利文獻1]日本特開2000-284843號公報
然而，在先前的電壓控制電路中，於電壓產生器513的正電源端子與負電源端子，反連接電壓檢測電路503的正電源連接端子509與負電源連接端子510時(以下稱為反連接)，因為正電源連接端子509與輸出端子511被連接，開關電路的Nch電晶體501的寄生二極體502成為順方向，電路動作上未意圖的電流會通過電壓檢測電路503流通。因此種電路動作上未意圖之電流流通多，導致發熱及起火，有電壓控制電路的安全性降低的課題。
本發明係有鑑於此種狀況所發明者，實現即使反連接之狀況，也可防止電路動作上未意圖之電流流通，安全性更高的電壓控制電路。
為了解決先前的課題，本發明的開關電路如以下構成。
一種開關電路，係具備：第一電晶體、汲極連接於第一電晶體的汲極，源極及背閘極連接於第一電晶體的背閘
極，閘極連接於第一電晶體的源極的第二電晶體、及汲極連接於第一電晶體的源極，源極及背閘極連接於第一電晶體的背閘極，閘極連接於第一電晶體的汲極的第三電晶體。
依據本發明，因為藉由通常連接與反連接的連接狀態，切換連接於輸出端子之開關電路的Nch電晶體之背閘極的電壓，可不依靠連接狀態，讓成為順方向的寄生二極體的陽極與陰極短路，使其截止。然後，有即使反連接之狀況，也可防止電路動作上未意圖的電流流通的效果。
101、104、105‧‧‧Nch電晶體
102、103、502‧‧‧寄生二極體
106、503‧‧‧電壓檢測電路
107、108‧‧‧電阻
109、506‧‧‧基準電壓產生電路
110、507‧‧‧比較器
111‧‧‧控制電路
112‧‧‧正電源連接端子
113‧‧‧負電源連接端子
115‧‧‧電壓控制電路
201‧‧‧充放電控制電路
202‧‧‧充電控制用NchFET電晶體
203‧‧‧放電控制用NchFET電晶體
204‧‧‧二次電池
311、513‧‧‧電壓產生器
312‧‧‧拉升電阻
[圖1]本實施形態之具備開關電路的電壓檢測裝置的電路圖。
[圖2]本實施形態之具備開關電路的電壓控制裝置的電路圖。
[圖3]本實施形態之具備開關電路的電池裝置的電路圖。
[圖4]先前之電壓控制電路的電路圖。
以下，針對本實施形態，參照圖面來進行說明。
圖1係本實施形態之具備開關電路的電壓檢測裝置的電路圖。本實施形態之具備開關電路的電壓檢測裝置，係以電壓檢測電路106、電壓檢測電路106的正電源連接端子112、負電源連接端子113、輸出端子114、以控制電路111、Nch電晶體101、104、105構成的開關電路、拉升電阻312所構成。並以電阻107、108、基準電壓產生電路109、比較器110構成控制電路111。
比較器110係非反轉輸入端子連接於電阻107與108的連接點，反轉輸入端子連接於基準電壓產生電路109，輸出端子連接於Nch電晶體101的閘極。電阻108的另一方端子連接於負電源連接端子113，電阻107的另一方端子連接於正電源連接端子112。基準電壓產生電路109的另一方端子連接於負電源連接端子113。拉升電阻312連接於輸出端子114，另一方端子與正電源連接端子112連接。開關電路的Nch電晶體101係源極連接於負電源連接端子113，汲極連接於正電源連接端子112。Nch電晶體104係閘極連接於Nch電晶體101的源極，汲極連接於Nch電晶體101的汲極，源極及背閘極連接於Nch
電晶體101的背閘極。Nch電晶體105係閘極連接於Nch電晶體101的汲極，汲極連接於Nch電晶體101的源極，源極及背閘極連接於Nch電晶體101的背閘極。Nch電晶體101的背閘極與汲極之間有寄生二極體102，寄生二極體102的陰極連接於Nch電晶體101的汲極，陽極連接於Nch電晶體101的背閘極。Nch電晶體101的背閘極與源極之間有寄生二極體103，寄生二極體103的陰極連接於Nch電晶體101的源極，陽極連接於Nch電晶體101的背閘極。
接著，針對本實施形態之具備開關電路的電壓檢測裝置的動作進行說明。
電壓產生器311通常連接於兼備監視電壓之性能的正電源連接端子112及負電源連接端子113，電壓產生器311的電壓在電壓檢測電路106所設定之所定電壓以下時，Nch電晶體101藉由控制電路111截止，輸出端子114的電壓藉由拉升電阻312，成為電壓產生器311的正電壓。電壓產生器311的電壓成為電壓檢測電路106所設定之所定電壓以上時，Nch電晶體101藉由控制電路111導通，輸出端子114的電壓成為電壓產生器311的負電壓。如此，電壓產生器311作為可檢測出成為所定電壓之狀況的電壓檢測裝置而作動。
此時，電壓檢測電路106的開關電路之Nch電晶體101的寄生二極體103成為順方向，Nch電晶體105導通，所以，寄生二極體103短路，電路動作上未意
圖的電流不會流通。電壓產生器311的正電源端子與負電源端子反連接電壓檢測電路106的正電源連接端子112與負電源連接端子113時，開關電路之Nch電晶體101的寄生二極體102成為順方向，但Nch電晶體104導通，所以，寄生二極體102短路，可防止電路動作上未意圖的電流流通。
因此，利用根據連接狀態，開關電路的Nch
電晶體104、105分別導通，成為順方向的寄生二極體短路，即使反連接之狀況，也可防止電路動作上未意圖的電流流通。
再者，在本實施形態中，開關電路係使用
Nch電晶體101、104、105來進行說明，使用Pch電晶體來實施亦可，並不限定於本實施形態。又，控制電路111也不限定於本實施形態。
如上所述，本實施形態之具備開關電路的電
壓檢測裝置，係通常連接或即使反連接二次電池等的電壓產生器，也可防止電路動作上未意圖的電流流通，可提供安全性高的電壓檢測裝置。
圖2係本實施形態之具備開關電路的電壓控制裝置的電路圖。
電壓檢測電路106係利用連接正電源連接端子112與輸出端子114，監視Nch電晶體101的汲極與源極之間的
電壓，構成控制之電壓控制電路115。又，電阻313的一方端子連接於正電源連接端子112與輸出端子114，另一方端子連接於電壓產生器311的正電源。藉由前述構造，作為電壓控制裝置而作動。
接著，針對本實施形態之具備開關電路的電壓控制裝置的動作進行說明。
電壓控制電路115的電源電壓，係被控制為將電壓產生器311的電壓，以電阻312的電阻值與Nch電晶體101的導通電阻值來進行分壓的電壓。電壓控制電路115的電源電壓變動成較高的電壓的話，以電阻107、108分壓的電壓成為基準電壓產生電路109的電壓以上，控制電路111的輸出係提高Nch電晶體101的閘極電壓。因閘極電壓提高，Nch電晶體101的導通電阻值變低，降低輸出端子114與負電源連接端子113之間的電壓。輸出端子114因為連接於正電源連接端子112，所以，以電壓控制電路115的電源電壓也變低之方式控制。電壓控制電路115的電源電壓變動成較低的電壓的話，與前述相反，Nch電晶體101的導通電阻值變高，以電壓控制電路115的電源電壓變高之方式控制。藉由重複前述的動作，電壓控制裝置係以持續輸出一定電壓之方式動作。此時，開關電路的Nch電晶體104截止，Nch電晶體105導通，成為順方向的寄生二極體103短路，所以，電路動作上未意圖的電流不會流通。如此，可防止在通常連接時因開關電路的Nch電晶體105，電路動作上未意圖的電流流通。
電壓產生器311反連接於正電源連接端子112
與負電源連接端子113之間的話，開關電路的Nch電晶體104為導通，Nch電晶體105為截止。因此，成為順方向的寄生二極體102短路，所以，可防止電路動作上未意圖的電流流通。
因此，利用根據連接狀態，開關電路的Nch
電晶體104、105分別導通，成為順方向的寄生二極體短路，即使反連接之狀況，也可防止電路動作上未意圖的電流流通。
再者，在本實施形態中，開關電路係使用
Nch電晶體101、104、105來進行說明，使用Pch電晶體來實施亦可，並不限定於本實施形態。又，控制電路111也不限定於本實施形態。
如上所述，本實施形態之具備開關電路的電
壓控制裝置，係通常連接與即使反連接，也可防止電路動作上未意圖的電流流通，可提供安全性高的電壓控制裝置。
圖3係本實施形態之具備開關電路的電池裝置的電路圖。
具備被串聯連接之複數二次電池204_1~204_n、被串聯連接之複數電壓控制電路115_1~115_n、充放電控制電路201、放電控制用NchFET電晶體203、及充電控制用
NchFET電晶體202。電壓控制電路115_1~115_n全部與電壓控制電路115相同構造。
二次電池204_1與電壓控制電路115_1並聯
連接，連接於充放電控制電路201的輸入端子。通常連接時，二次電池204_1的正電源端子連接於電壓控制電路115_1的正電源連接端子112，負電源端子連接於電壓控制電路115_1的負電源連接端子113。二次電池204_2~204_n與電壓控制電路115_2~115_n也同樣的連接。放電控制用NchFET電晶體203，與充電控制用NchFET電晶體202連接於充放電控制電路201，被控制導通與截止。
接著，針對本實施形態之具備開關電路的電池裝置的動作進行說明。
充放電控制電路201係檢測出藉由連接於外部端子205與外部端子206之間的充電器等的電壓產生器所充電之二次電池204_1~204_n的電壓成為以充放電控制電路201設定之所定電壓以上時，使充電控制用NchFET電晶體202截止，停止充電電流。又，檢測出藉由連接於外部端子205與外部端子206之間的電阻等的負載所放電之二次電池204_1~204_n的電壓成為以充放電控制電路201設定之其他所定電壓以下時，使放電控制用NchFET電晶體203截止，停止放電電流。
電壓控制電路115_1~115_n係檢測出藉由連接於外部端子205與外部端子206之間的充電器等的電壓產生器所充電之二次電池204_1~204_n的電壓成為被電壓
控制電路115_1~115_n所設定之所定電壓以上時，使Nch電晶體101導通，將流至二次電池204_1~204_n的充電電流，旁通至電壓控制電路115_1~115_n。例如，二次電池204_1的電壓成為被電壓控制電路115_1設定之所定電壓以上時，並聯連接之電壓控制電路115_1的Nch電晶體101會導通。Nch電晶體101導通的話，充電電流流通於Nch電晶體101，不會流通至二次電池204_1。Nch電晶體101導通，Nch電晶體101的導通電阻值變低的話，電壓控制電路115_1的正電源連接端子112的電壓被降低，成為電壓控制電路115_1所設定之所定電壓以下的話，Nch電晶體101會截止。Nch電晶體101截止，Nch電晶體101的導通電阻值變高的話，電壓控制電路115_1的正電源連接端子112的電壓被提高，成為電壓控制電路115_1所設定之所定電壓以上，Nch電晶體101會導通，充電電流再次被旁通。藉由重複該等步驟，二次電池204_1的電壓係被一定地保持於電壓控制電路115_1所設定之所定電壓。在二次電池204_1保持一定電壓之間，二次電池204_2~204_n被充電的話，會產生與二次電池204_1相同的動作。利用將電壓控制電路115_1~115_n所設定之所定電壓設定成相同電壓，被串聯連接之複數二次電池204_2~204_n的電壓全部被一定地保持，可調整電壓均衡，所以，電壓控制電路115_1~115_n係可作為於被串聯連接之複數二次電池中用以調整電壓均衡的電壓控制電路，在電池裝置內動作。
通常連接二次電池204_1~204_n時，電壓控
制電路115_1~115_n係開關電路之Nch電晶體101的寄生二極體103成為順方向，Nch電晶體105導通，故可防止電路動作上未意圖的電流流通。於二次電池204_1~204_n的正電源端子與負電源端子，反連接電壓控制電路115_1~115_n時，開關電路之Nch電晶體101的寄生二極體102成為順方向，Nch電晶體104會導通，故可防止電路動作上未意圖的電流流通之狀況。因此，利用根據連接狀態，開關電路的Nch電晶體104、105分別導通，成為順方向的寄生二極體短路，即使反連接之狀況，也可防止電路動作上未意圖的電流流通。
再者，開關電路係使用Nch電晶體101、
104、105來進行說明，但使用Pch電晶體來實施亦可，並不限定於本實施形態。
如上所述，本實施形態之具備開關電路的電
池裝置，係可控制被串聯連接之複數二次電池的電壓均衡。又，對二次電池進行通常連接或即使進行反連接，也可防止電路動作上未意圖的電流流通，可提供安全性高的電池裝置。
101、104、105‧‧‧Nch電晶體
102、103‧‧‧寄生二極體
106‧‧‧電壓檢測電路
107、108‧‧‧電阻
109‧‧‧基準電壓產生電路
110‧‧‧比較器
111‧‧‧控制電路
112‧‧‧正電源連接端子
113‧‧‧負電源連接端子
114‧‧‧輸出端子
311‧‧‧電壓產生器
312‧‧‧拉升電阻
Claims (4)
- 一種開關電路，其特徵為具備：第一電晶體；第二電晶體，係汲極連接於前述第一電晶體的汲極，源極及背閘極連接於前述第一電晶體的背閘極，閘極連接於前述第一電晶體的源極；及第三電晶體，係汲極連接於前述第一電晶體的源極，源極及背閘極連接於前述第一電晶體的背閘極，閘極連接於前述第一電晶體的汲極。
- 一種半導體裝置，其特徵為：具備電壓控制電路；該電壓控制電路，係具有：控制電路，係檢測被施加於第一電壓監視端子與第二電壓監視端子之間的電壓；及申請專利範圍第1項所記載之開關電路，係前述第一電晶體的閘極連接前述控制電路的輸出端子，汲極連接於前述第一電壓監視端子，源極連接於前述第二電壓監視端子。
- 一種半導體裝置，其特徵為：具備電壓檢測電路；該電壓檢測電路，係具有：控制電路，係檢測被施加於第一電壓監視端子與第二電壓監視端子之間的電壓；及申請專利範圍第1項所記載之開關電路，係前述第一 電晶體的閘極連接前述控制電路的輸出端子，汲極透過電阻而連接於前述第一電壓監視端子，源極連接於前述第二電壓監視端子。
- 一種電池裝置，其特徵為具備：複數二次電池，係串聯連接；充放電控制開關，係設置於前述複數二次電池的充放電路徑；充放電控制電路，係監視前述複數二次電池的電壓，藉由開閉前述充放電控制開關，來控制前述二次電池的充放電；及半導體裝置，係分別並聯連接於前述複數二次電池，控制前述複數二次電池的電壓之申請專利範圍第2項所記載之半導體裝置。
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