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公開番号2025022056
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023126294
出願日2023-08-02
発明の名称電圧検出回路
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人サトー
主分類G01R 19/00 20060101AFI20250206BHJP(測定;試験)
要約【課題】リーク電流の発生を抑制しつつ、広範囲の電圧を精度良く検出する。
【解決手段】全差動構成の電圧検出回路は、一対の入力ノードNip、Nimと一対の出力ノードNop、Nomとの間に設けられたものであり、2つのMOSトランジスタが直列接続された構成の直列回路SC1～SC4を含む複数のスイッチS1～S4と、容量カップル駆動部14と、を備える。容量カップル駆動部14は、駆動容量Cdr1～Cdr4を備え、駆動容量Cdr1～Cdr4を介してスイッチS1～S4が備えるMOSトランジスタのゲートを駆動することによりスイッチS1～S4のそれぞれのオンオフを制御する。MOSトランジスタのバックゲートは、そのソースまたはドレインの端子のうち、2つのMOSトランジスタの相互接続ノードである中間ノードN1～N4に接続されていない側の端子に接続されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
一対の入力ノード（Ｎｉｐ、Ｎｉｍ）の各電圧を入力し、それらの差電圧を検出して一対の出力ノード（Ｎｏｐ、Ｎｏｍ）から出力する全差動構成の電圧検出回路であって、
前記一対の入力ノードと前記一対の出力ノードとの間に設けられたものであり、２つのＭＯＳトランジスタ（１５～２２、７４～７８）が直列接続された構成の直列回路（ＳＣ１～ＳＣ４、７６、７９）を含む複数のスイッチ（Ｓ１～Ｓ４、Ｓ７１）と、
駆動容量（Ｃｄｒ１～Ｃｄｒ４）を備え、前記駆動容量を介して前記複数のスイッチが備える前記ＭＯＳトランジスタのゲートを駆動することにより前記複数のスイッチのそれぞれのオンオフを制御する容量カップル駆動部（１４）と、
を備え、
前記ＭＯＳトランジスタのバックゲートは、そのソースまたはドレインの端子のうち、２つの前記ＭＯＳトランジスタの相互接続ノードである中間ノード（Ｎ１～Ｎ４、Ｎ７１、Ｎ７２）に接続されていない側の端子に接続されている電圧検出回路。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記一対の入力ノードのうち高電位側を第１入力ノードとし、前記一対の入力ノードのうち低電位側を第２入力ノードとし、前記複数のスイッチのうち前記第１入力ノードに接続されるスイッチを第１スイッチとし、前記複数のスイッチのうち前記第２入力ノードに接続されるスイッチを第２スイッチとすると、
前記第１スイッチが備える２つの前記ＭＯＳトランジスタは、いずれもＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ（１５、１６、２１、２２）であり、
前記第２スイッチが備える２つの前記ＭＯＳトランジスタは、いずれもＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ（１７、１８、１９、２０）である請求項１に記載の電圧検出回路。
【請求項３】
さらに、前記複数のスイッチの動作に起因して前記一対の入力ノードからリークする電荷をキャンセルする差動構成のリークキャンセル回路（１０）を備え、
前記リークキャンセル回路は、
前記リークする電荷をキャンセルするためのキャンセル用電荷を入力するための一対のキャンセル用入力ノード（ＮＬｉ１～ＮＬｉ４）と、
前記一対の入力ノードと前記一対のキャンセル用入力ノードとの間を開閉可能に設けられた複数のキャンセル用スイッチ（ＳＬ１～ＳＬ６）と、
を備え、
前記複数のキャンセル用スイッチは、２つのＭＯＳトランジスタ（４１～５６）が直列接続された構成の直列回路（ＳＣＬ１～ＳＣＬ６ｂ）を含み、
前記ＭＯＳトランジスタのバックゲートは、そのソースまたはドレインの端子のうち、２つの前記ＭＯＳトランジスタの相互接続ノードである中間ノード（ＮＬ１～ＮＬ６）に接続されていない側の端子に接続されている請求項１に記載の電圧検出回路。
【請求項４】
前記一対の入力ノードのうち高電位側を第１入力ノードとし、前記一対の入力ノードのうち低電位側を第２入力ノードとし、前記一対のキャンセル用入力ノードのうち高電位側を第１キャンセル用入力ノードとし、前記一対のキャンセル用入力ノードのうち低電位側を第２キャンセル用入力ノードとし、前記複数のキャンセル用スイッチのうち前記第１入力ノードと前記第１キャンセル用入力ノードとの間に接続されるキャンセル用スイッチを第１キャンセル用スイッチとし、前記複数のキャンセル用スイッチのうち前記第２入力ノードと前記第２キャンセル用入力ノードとの間に接続されるキャンセル用スイッチを第２キャンセル用スイッチとすると、
前記第１キャンセル用スイッチが備える２つの前記ＭＯＳトランジスタは、いずれもＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ（４１、４２、４９、５０）であり、
前記第２キャンセル用スイッチが備える２つの前記ＭＯＳトランジスタは、いずれもＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ（４３、４４、５１、５２）である請求項３に記載の電圧検出回路。
【請求項５】
前記複数のキャンセル用スイッチのうち前記第１キャンセル用入力ノードと前記第２キャンセル用入力ノードとの間に接続されるキャンセル用スイッチを第３キャンセル用スイッチとすると、
前記第３キャンセル用スイッチは、２つの前記直列回路（ＳＣＬ３ａ、ＳＣＬ３ｂ、ＳＣＬ６ａ、ＳＣＬ６ｂ）を並列接続して構成されており、
２つの前記直列回路のうち一方が備える２つの前記ＭＯＳトランジスタは、いずれもＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ（４５、４６、５３、５４）であり、
２つの前記直列回路のうち他方が備える２つの前記ＭＯＳトランジスタは、いずれもＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ（４７、４８、５５、５６）である請求項４に記載の電圧検出回路。
【請求項６】
前記一対の入力ノード間に接続され、前記一対の入力ノードの各電圧のうちいずれかを選択し、その選択した電圧に対応した電位を有する選択信号を出力するセレクタ（１３）と、
前記容量カップル駆動部は、前記セレクタから出力される前記選択信号の電位を基準電位として前記複数のスイッチが備える前記ＭＯＳトランジスタのゲートを駆動するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号を前記複数のスイッチが備える前記ＭＯＳトランジスタのゲートに供給する駆動部（３３、３４）を備える請求項１または２に記載の電圧検出回路。
【請求項７】
前記一対の入力ノード間に接続され、前記一対の入力ノードの各電圧のうちいずれかを選択し、その選択した電圧に対応した電位を有する選択信号を出力するセレクタ（１３）を備え、
前記容量カップル駆動部は、
前記駆動容量を介して前記複数のキャンセル用スイッチが備える前記ＭＯＳトランジスタのゲートを駆動することにより前記複数のキャンセル用スイッチのそれぞれのオンオフを制御し、
前記セレクタから出力される前記選択信号の電位を基準電位として前記複数のキャンセル用スイッチが備える前記ＭＯＳトランジスタのゲートを駆動するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号を前記複数のキャンセル用スイッチが備える前記ＭＯＳトランジスタのゲートに供給する駆動部（３３、３４）を備える請求項３から５のいずれか一項に記載の電圧検出回路。
【請求項８】
さらに、スイッチトキャパシタアンプ（２）を備え、
前記複数のスイッチは、前記スイッチトキャパシタアンプの一部を構成している請求項７に記載の電圧検出回路。
【請求項９】
前記一対の入力ノードは、組電池（４）を構成する各電池セルの端子に接続可能になっており、
前記複数のスイッチは、前記各電池セル（４ａ、４ｂ）に重畳される相対的に高いコモンモード電圧を相対的に低いコモンモード電圧まで降圧させるレベルシフト回路の一部を構成している請求項８に記載の電圧検出回路。
【請求項１０】
前記駆動容量は、櫛歯容量である請求項９に記載の電圧検出回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、全差動構成の電圧検出回路に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＣＣＳＷ回路と呼ばれるスイッチ回路を採用した全差動構成の電圧検出回路が開示されている。ＣＣＳＷは、Capacitively-Coupled Switchの略称である。以下、特許文献１に開示される電圧検出回路のことを従来技術と称することとする。従来技術は、２つの入力ノードの電圧のうちいずれか高いほうの電圧をＰチャネル型ＭＯＳトランジスタの基板電位として与えるとともに、２つの入力ノードのうちいずれか低いほうの電圧をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタの基板電位として与えるセレクタを備えた構成となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
特許第６６７３１５０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術は、電池の電圧を監視する電池監視ＩＣに用いられることを想定している。なお、ＩＣは、Integrated Circuitの略称である。電池監視ＩＣにおいては、検出対象とする電池の種類の増加に伴い、検出可能な電圧の範囲である電圧レンジが年々拡大傾向にある。電池の種類毎にＩＣの設計を変更することは製品種類の増大に繋がるため、電池監視ＩＣとしては、１チップ、つまり１つのＡＦＥで正負にわたって広範囲の電圧を検出可能とすることが望ましい。なお、ＡＦＥは、Analog Front Endの略称である。
【０００５】
従来技術によれば、負電圧を検出することができることから燃料電池の電圧を検出対象とする用途に適している一方で、正電圧の入力範囲が比較的狭くなることから例えば０～５Ｖであるリチウムイオン電池の電圧を検出対象とする用途に不向きであった。また、従来技術では、入力電圧が０Ｖ付近のときにセレクタが動作せずにリーク電流が発生して検出精度が低下するおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リーク電流の発生を抑制しつつ、広範囲の電圧を精度良く検出することができる電圧検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の電圧検出回路は、一対の入力ノード（Ｎｉｐ、Ｎｉｍ）の各電圧を入力し、それらの差電圧を検出して一対の出力ノード（Ｎｏｐ、Ｎｏｍ）から出力する全差動構成の電圧検出回路であり、複数のスイッチ（Ｓ１～Ｓ４、Ｓ７１）と、容量カップル駆動部（１４）と、を備える。前記複数のスイッチは、前記一対の入力ノードと前記一対の出力ノードとの間に設けられたものであり、２つのＭＯＳトランジスタ（１５～２２、７４～７８）が直列接続された構成の直列回路（ＳＣ１～ＳＣ４、７６、７９）を含む。前記容量カップル駆動部は、駆動容量（Ｃｄｒ１～Ｃｄｒ４）を備え、前記駆動容量を介して前記複数のスイッチが備える前記ＭＯＳトランジスタのゲートを駆動することにより前記複数のスイッチのそれぞれのオンオフを制御する。この場合、前記ＭＯＳトランジスタのバックゲートは、そのソースまたはドレインの端子のうち、２つの前記ＭＯＳトランジスタの相互接続ノードである中間ノード（Ｎ１～Ｎ４、Ｎ７１、Ｎ７２）に接続されていない側の端子に接続されている。
【０００８】
このようにすれば、複数のスイッチのそれぞれにおいて、２つのＭＯＳトランジスタのボディダイオードが互いに対向するようになる。そのため、上記構成によれば、ボディダイオードに電流が流れず、誤差が発生することが無くなる。特に、負電圧入力時にボディダイオードを介した逆流が発生しないことから、それに伴う誤差の発生を抑制することができる。したがって、上記構成によれば、リーク電流の発生を抑制しつつ、広範囲の電圧を精度良く検出することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る電圧検出回路の構成を模式的に示す図
第１実施形態に係る電池監視ＩＣの構成を模式的に示す図
第１実施形態に係るスイッチ回路およびリークキャンセル回路の具体的な一構成例を示す図
第１実施形態に係る正電圧入力時のサンプル期間における各部の電位状態を説明するための図
第１実施形態に係る正電圧入力時のホールド期間における各部の電位状態を説明するための図
第１実施形態に係る負電圧入力時のサンプル期間における各部の電位状態を説明するための図
第１実施形態に係る各部の動作範囲、不定範囲、電圧範囲および伝達範囲の一例を示す図
変形例に係るΔΣ変調器の構成を模式的に示す図
第２実施形態に係る電圧検出回路の構成を模式的に示す図
第２実施形態に係るスイッチ回路の具体的な一構成例を示す図
第３実施形態に係るスイッチ回路の具体的な一構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図８を参照して説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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