JP2021002175A - 電圧電流変換回路、及び充放電制御装置 - Google Patents

電圧電流変換回路、及び充放電制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】入力電圧が低くなっても、精度よく入力電圧を電流に変換して出力することが出来る電圧電流変換回路を提供する。【解決手段】本発明の電圧電流変換回路は、入力端子に接続された電圧電流変換抵抗と、電圧電流変換抵抗が出力する電流をミラーするカレントミラー回路を備え、カレントミラー回路はソースの電圧が基板の電圧よりも高くバイアスされたデプレッション型トランジスタで構成されたことを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、電圧電流変換回路、及び充放電制御装置に関するものである。
二次電池の充放電を制御する充放電制御装置において、故障個所や故障モードに拠らず、自ら回路の故障を検出する回路や、その故障診断方法に関する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図２は、故障診断回路を備えた充放電制御装置を示すブロック図である。
充放電制御装置１００は、電圧電流変換回路１１と、スイッチ１２、１５、１６と、抵抗回路１３と、基準電圧回路１４、３８と、コンパレータ１７、１８と、電流電圧変換回路３１と、オペアンプ３２、３５と、ＭＯＳトランジスタ３３、３６と、抵抗３４、３７と、カレントミラー回路３９を備えている。
コンパレータ１７は、抵抗回路１３が出力する電圧と基準電圧回路１４の電圧に基づいて、二次電池Ｂ１の過放電を検出するコンパレータである。コンパレータ１８は、同様に、二次電池Ｂ１の過充電を検出するコンパレータである。そして、図示はしないが、これらコンパレータの信号によって二次電池の充放電を制御する制御回路なども備えている。
充放電制御装置１００は、二次電池Ｂ１の電圧を検出する回路の故障を診断する場合、電圧電流変換回路１１と電流電圧変換回路３１によって、二次電池Ｂ１の電圧を接地電圧基準の電圧に変換し、その電圧に基づいた電流をスイッチ１５、１６によって抵抗回路１３に流すことで、回路の故障を検出する。オペアンプ３２、ＭＯＳトランジスタ３３、抵抗３４は、電圧電流変換回路を構成する。同様に、オペアンプ３５、エンハンスメント型のＭＯＳトランジスタ３６、抵抗３７は、電圧電流変換回路を構成する。
特開２０１８−０９９０２０号公報
充放電制御装置１００において、電圧電流変換回路１１は、上述したようなオペアンプとＮｃｈエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタを用いた回路で構成されることが一般的である。
しかしながら、上述のような電圧電流変換回路は、二次電池Ｂ１の電圧が低下すると、Ｎｃｈエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタのゲート電圧が低くなって、電圧を精度よく電流に変換できないため、故障検出の精度が低下するという課題がある。
本発明は、入力電圧が低くなっても、精度よく入力電圧を電流に変換して出力することが出来る電圧電流変換回路を提供することを目的とする。
また、二次電池の電圧が低くなっても検出精度が低下しない故障診断機能を備えた充放電制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の電圧電流変換回路は、入力端子に接続された電圧電流変換抵抗と、電圧電流変換抵抗が出力する電流をミラーするカレントミラー回路と、を備え、カレントミラー回路は、ソースの電圧が基板の電圧よりも高くバイアスされたデプレッション型トランジスタで構成されたことを特徴とする。
また、本発明の充放電制御装置は、上記電圧電流変換回路と、電圧電流変換回路の電流を接地端子基準の電圧に変換する電流電圧変換回路とを有する故障診断回路を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、低い電圧まで精度よく電流に変換することが可能な電圧電流変換回路を提供することができる。
また、本発明によれば、低い電池電圧であっても検出精度が低下しない故障診断機能を備えた充放電制御装置を提供することができる。
本発明の実施形態の電圧電流変換回路を示す回路図である。 故障診断回路を備えた充放電制御装置を示すブロック図である。 図２の充放電制御装置に用いられる本実施形態の電圧電流変換回路及び電流電圧変換回路を示す回路図である。
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態の電圧電流変換回路１１を示す回路図である。
本実施形態の電圧電流変換回路１１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４と、負荷抵抗である抵抗Ｒ３と、Ｎｃｈデプレッション型のトランジスタＭ１、Ｍ２と、高電位側の第一電圧入力端子と、低電位側の第二電圧入力端子と、電流出力端子を備えている。
抵抗Ｒ１は、一端が第一電圧入力端子に接続され、他端がトランジスタＭ１のドレインとゲートに接続されている。トランジスタＭ１は、基板が第二電圧入力端子に接続され、ソースが抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、第二電圧入力端子に接続されている。
抵抗Ｒ３は、一端が電流出力端子に接続され、他端がトランジスタＭ２のドレインに接続されている。トランジスタＭ２は、ゲートがトランジスタＭ１のゲートとドレインに接続され、ソースが抵抗Ｒ４の一端に接続され、基板が第二電圧入力端子に接続されている。抵抗Ｒ４の他端は、第二電圧入力端子に接続されている。
次に、本実施形態の電圧電流変換回路１１の動作について説明する。
抵抗Ｒ１は、電圧電流変換用の抵抗であり、第一電圧入力端子と第二電圧入力端子の間の電圧を電流に変換する。トランジスタＭ１及び抵抗Ｒ２とトランジスタＭ２及び抵抗Ｒ４は、カレントミラー回路を構成し、抵抗Ｒ１に流れる電流をミラーする。
Ｎｃｈデプレッション型トランジスタでカレントミラー回路を構成すると、しきい値が負であるため、入力端子間の電圧が低くなってもミラー動作するが、電流が少ないとミラー動作できない。図１のカレントミラー回路は、トランジスタＭ１とトランジスタＭ２それぞれにバイアス抵抗である抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４を備えている。抵抗Ｒ２、Ｒ４によってトランジスタＭ１、Ｍ２のソースの電位が基板の電位より高くバイアスされるため、基板バイアス効果によりトランジスタのしきい値が高くなる。
ここで、トランジスタＭ１、Ｍ２のしきい値は、０Ｖより高く、かつエンハンスメント型のトランジスタより低く設定する。しきい値をそのように設定することで、図１のカレントミラー回路は、入力端子間の電圧が低くなっても、少ない電流でも、ミラー動作することが出来る。
負荷抵抗である抵抗Ｒ３は、トランジスタＭ１とトランジスタＭ２のドレイン電圧が略等しくなるよう設けられている。抵抗Ｒ３の電流が出力電流となる。
以上説明したように、本実施形態の電圧電流変換回路１１は、Ｎｃｈデプレッション型のトランジスタＭ１、Ｍ２とそのソース電圧を基板の電圧より高くバイアスする抵抗Ｒ２、Ｒ４でカレントミラー回路を構成したので、しきい値が０Ｖより高く、かつエンハンスメント型のトランジスタより低く設定することが出来る。従って、入力端子間の電圧が低くなっても、その電圧を精度よく電流に変換することが出来る。
図２は、故障診断回路を備えた充放電制御装置１００を示すブロック図である。
充放電制御装置１００は、電圧電流変換回路１１、２１と、スイッチ１２、１５、１６、２２、２５、２６と、抵抗回路１３、２３と、基準電圧回路１４、２４、３８と、コンパレータ１７、１８、２７、２８と、電流電圧変換回路３１と、オペアンプ３２、３５と、ＭＯＳトランジスタ３３、３６と、抵抗３４、３７と、カレントミラー回路３９を備えている。
コンパレータ１７は、抵抗回路１３が出力する電圧と基準電圧回路１４の電圧に基づいて、二次電池Ｂ１の過放電を検出するコンパレータである。コンパレータ１８は、同様に、二次電池Ｂ１の過充電を検出するコンパレータである。コンパレータ２７は、抵抗回路２３が出力する電圧と基準電圧回路２４の電圧に基づいて、二次電池Ｂ２の過放電を検出するコンパレータである。コンパレータ２８は、同様に、二次電池Ｂ２の過充電を検出するコンパレータである。そして、図示はしないが、これらコンパレータの信号によって二次電池の充放電を制御する制御回路なども備えている。
充放電制御装置１００は、二次電池Ｂ１の電圧を検出する回路の故障を診断する場合、以下のように動作する。
電圧電流変換回路１１と電流電圧変換回路３１は、二次電池Ｂ１の電圧を接地電圧基準の電圧に変換する。オペアンプ３２、３５と、ＭＯＳトランジスタ３３、３６と、抵抗３４、３７と、カレントミラー回路３９は、その電圧に基づいた故障診断用の電流を生成し、スイッチ１５またはスイッチ１６によって抵抗回路１３に流す。コンパレータ１７、１８は、その時の抵抗回路１３の電圧に基づいて回路の故障を検出する。
図３は、図２の充放電制御装置に用いられる本実施形態の電圧電流変換回路及び電流電圧変換回路を示す回路図である。電圧電流変換回路１１と電流電圧変換回路３１は、図３のようにカレントミラー回路で接続すると電圧の基準電位変換回路を構成することが出来る。
電圧電流変換回路１１は、図１と同じ構成なので、説明は省略する。
電流電圧変換回路３１は、抵抗Ｒ５、Ｒ６と、Ｎｃｈデプレッション型のトランジスタＭ３を備えている。抵抗Ｒ５は、一端がカレントミラー回路の出力端子に接続され、他端がトランジスタＭ３のドレインとゲートに接続されている。トランジスタＭ３は、ソースが抵抗Ｒ６の一端に接続され、基板が接地端子に接続されている。抵抗Ｒ６の他端は、接地端子に接続されている。抵抗Ｒ５は、電流電圧変換用の抵抗であり、その一端が電圧の出力端子である。
電圧電流変換回路１１は、第一電圧入力端子が二次電池Ｂ１の正極端子に接続され、第二電圧入力端子が二次電池Ｂ１の負極端子に接続され、電流出力端子がカレントミラー回路の入力端子に接続されている。
図３の電圧の基準電位変換回路は、電圧電流変換回路１１が二次電池Ｂ１の電圧を電流に変換し、電流電圧変換回路３１がその電流を接地端子の電位を基準とした電圧に変換する。
従って、電流電圧変換回路３１は、電圧電流変換回路１１の電圧を電流に変換する回路と同じ構成とすることで、電圧電流変換回路１１の電流を正確に電圧に再変換することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、抵抗Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６は、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のソース電圧を基板電圧より高くバイアスする機能なので、定電流源で構成しても良い。
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ デプレッション型ＭＯＳＦＥＴ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 抵抗
１１、２１ 電圧電流変換回路
３１ 電流電圧変換回路
１７、１８、２７、２８ コンパレータ
３２、３５ オペアンプ

Claims (5)

  1. 入力端子の電圧を電流に変換して出力端子から出力する電圧電流変換回路であって、
    前記入力端子に接続された電圧電流変換抵抗と、
    前記電圧電流変換抵抗が出力する電流をミラーするカレントミラー回路と、を備え、
    前記カレントミラー回路は、ソースの電圧が基板の電圧よりも高くバイアスされたデプレッション型トランジスタで構成される
    ことを特徴とする電圧電流変換回路。
  2. 前記デプレッション型トランジスタは、基板が接地され、ソースが抵抗を介して接地されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の電圧電流変換回路。
  3. 前記デプレッション型トランジスタは、基板が接地され、ソースが電流源を介して接地されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の電圧電流変換回路。
  4. 請求項１から３に記載の電圧電流変換回路と、前記電圧電流変換回路の電流を接地端子基準の電圧に変換する電流電圧変換回路と、を有する故障診断回路
    を備えたことを特徴とする充放電制御装置。
  5. 前記電流電圧変換回路は、
    前記電圧電流変換回路の電流を電圧に変換する電流電圧変換抵抗と、
    前記電流電圧変換抵抗と接地端子の間に設けられ、ソースの電圧が基板の電圧よりも高くバイアスされたデプレッション型トランジスタと、
    を備えたことを特徴とする請求項４に記載の充放電制御装置。
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