电压检测电路
阅读说明：本技术 电压检测电路 (Voltage detection circuit ) 是由 田渊仁之 平井胜 永井富幸 德田健也 于 2021-02-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电压检测电路,其具备：分压电路,其由连接在电压输入端子与恒压端子之间的串联电阻组成；电压比较电路,其比较分压电路分压后的电压与参照电压；以及输出端子,其输出电压比较电路的比较结果,电压检测电路检测出输入到电压输入端子的电压超过或低于预定的电压值,从输出端子输出信号,在电压检测电路中设置有连接外部电阻的检测电压调整端子(ADJ)、设置在该检测电压调整端子与分压电路之间的电压-电流转换电路(13)以及连接在内部电源电压端子与检测电压调整端子之间的恒流源(CS),通过由电压-电流转换电路从分压电路的串联电阻的连接节点抽出与外置电阻的电阻值对应的电流,能够调整检测电压。(The present invention provides a voltage detection circuit, which comprises: a voltage dividing circuit composed of a series resistance connected between a voltage input terminal and a constant voltage terminal; a voltage comparison circuit for comparing the voltage divided by the voltage division circuit with a reference voltage; and an output terminal for outputting a comparison result of the voltage comparison circuit, wherein the voltage detection circuit detects that the voltage inputted to the voltage input terminal exceeds or falls below a predetermined voltage value and outputs a signal from the output terminal, the voltage detection circuit is provided with a detection voltage adjustment terminal (ADJ) connected to an external resistor, a voltage-current conversion circuit (13) provided between the detection voltage adjustment terminal and the voltage division circuit, and a constant Current Source (CS) connected between an internal power supply voltage terminal and the detection voltage adjustment terminal, and the voltage-current conversion circuit extracts a current corresponding to a resistance value of the external resistor from a connection node of a series resistor of the voltage division circuit, thereby adjusting the detection voltage.)
技术领域
本发明涉及对电池等的电压进行监视，在检测出超过或低于预定的电压值时输出检测信号的电压检测电路，特别是涉及一种有效用于电压检测用半导体集成电路的技术，该电压检测用半导体集成电路具备可通过外部端子调整检测电压值的功能。
背景技术
搭载在汽车等车辆中的电池那样的电池在由于故障或消耗等产生电压异常时，有可能电池的性能受损或者接受供电的电子设备无法正常动作，因此设置在电池电压偏离了预定范围时输出检测信号的电压检测电路。另外，作为具有该功能的元件或部件提供了电压检测用半导体集成电路(电压检测用IC)。
在现有的电压检测用IC中，如图3所示，具有对电压输入端子VS的电压进行分压的串联电阻RI1、RI2；将RI1、RI2分压后的电压与预定的参照电压VREF进行比较的比较器COMP以及连接在输出端子OUT与接地点之间且在栅极端子施加了所述比较器COMP的输出电压的晶体管M1等。该电压检测用IC由于结构简单且元件数少，因此廉价，通过将上拉电阻RPULL与输出端子OUT连接，能够生成检测信号DS，因此具有使用方便的优点。
在将图3所示的电压检测用IC用于电池电压的检测时，流过电阻RI1、RI2的电流对于电池来说为暗电流，因此该电阻RI1、RI2通常被设定为数十兆欧(MΩ)的电阻值。另一方面，电压检测用IC的检测电压是由电阻RI1、RI2的电阻比和参照电压VREF决定的固定值，所以在使用电压检测用IC的系统的设计、研究阶段，在想要使用与IC固有的检测电压不同的电压值的情况下，如图3所示，对电压输入端子VS连接外置电阻RE1、RE2，将RE1、RE2分压后的电压输入到电压输入端子VS，由此调整检测电压值。
但是，若该外置电阻RE1、RE2的电阻值比IC的内部电阻RI1、RI2的电阻值(例如数十兆欧(MΩ))高，则由于内部电阻RI1、RI2的偏差使得调整后的检测电压偏离，因此通常将外置电阻RE1、RE2的电阻值设定为与内部电阻RI2、RI2的电阻值相比足够小的值(数百千欧(kΩ))。但是，如果外置电阻RE1、RE2的电阻值小，则流过这些电阻RE1、RE2的电流变大，存在使电池的暗电流增加的课题。另外，为了不增加暗电流地将检测电压值设定为期望的值，需要预先准备检测电压值不同的多个电压检测用IC，因此，存在评价工时增多并且库存管理变得麻烦的课题。
目前作为与检测电池的异常电压的电压检测电路相关的发明，例如有专利文献1、2所记载的发明。但是，在专利文献1、2所记载的电压检测电路中，没有记载通过连接外置电阻RE1、RE2能够调整检测电压值。
专利文献1：日本特开2002-357625号公报
专利文献2：日本特开2006-275928号公报
发明内容
本发明是着眼于上述课题而作出的，其目的在于提供一种电压检测电路，在用于检测电池电压时，能够不增加电池的暗电流地通过外置电阻来调整检测电压值。
另外，本发明的另一目的在于提供一种检测电压值的精度高的电压检测电路。
为了实现上述目的，本发明是一种电压检测电路，其具备：
电压输入端子，其输入监视对象的电压；
分压电路，其由连接在所述电压输入端子与恒压端子之间的串联电阻构成；
电压比较电路，其将所述分压电路分压后的电压与预定的电压进行比较；以及
输出端子，其用于输出所述电压比较电路的比较结果，
所述电压检测电路在半导体基板上形成为半导体集成电路，检测出输入到所述电压输入端子的电压超过或低于预定的电压值，从所述输出端子输出信号，
所述电压检测电路具备：
检测电压调整端子，其连接外置电阻；
电压-电流转换电路，其设置在所述检测电压调整端子与所述分压电路之间；以及
恒流源，其连接在内部电源电压端子与所述检测电压调整端子之间，
通过由所述电压-电流转换电路从所述分压电路的串联电阻的连接节点抽出与连接在所述检测电压调整端子的所述外部电阻的电阻值对应的电流，能够调整所述电压输入端子的检测电压。
根据所述结构，由于在检测电压的调整用外置电阻中不会流过大的电流，因此在用于电池电压检测的情况下，能够不增加电池的暗电流地通过外置电阻来调整检测电压值。另外，由于能够减少暗电流，因此能够长时间保存电池。并且，由于抑制了内部电阻的偏差对于检测电压的影响，因此能够进行高精度的电压检测。
另外，希望所述电压-电流转换电路构成为，具备：串联方式的晶体管及电阻元件，其连接在所述分压电路的串联电阻的连接节点与接地点之间；以及差动放大电路，其将所述检测电压调整端子的电压输入到第一输入端子，将所述晶体管与所述电阻元件的连接节点的电位输入到第二输入端子，
将所述差动放大电路的输出施加到所述晶体管的控制端子。
通过上述结构，能够用规模比较小的简单的电路构成电压-电流转换电路，因此能够抑制与电路的追加相伴的消耗电流的增加。另外，仅通过进行配线连接处理使得对电压调整端子施加接地电位，就能够简单地使电压调整功能无效，因此使用方便。
在此，考虑将上述监视对象的电压设为电池的电压。
另外，考虑所述电池为搭载在车辆的电池。
根据本发明的电压检测电路，在用于电池电压检测的情况下，能够不增加电池的暗电流地通过外置电阻来调整检测电压值。另外，由此不需要准备检测电压值不同的多个电压检测用IC。并且，根据本发明，具有能够提供一种检测电压值的精度高的电压检测电路的效果。
附图说明
图1是表示本发明的电压检测电路的一个实施方式的电路结构图。
图2是表示实施方式的电压检测电路的变形例的电路结构图。
图3是表示现有的电压检测电路的例子的电路结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的一实施方式的电压检测电路的电路图。另外，在图1的电压检测电路10中，没有特别限定，但标注了附图标记10的由实线框包围的范围的电路元件在1个半导体基板(半导体芯片)上形成为半导体集成电路(电池电压检测用IC)。
本实施方式的电压检测电路10具备：电压输入端子VS，其被施加来自作为电压检测对象的电池20的电源电压VBAT；输出端子OUT，其用于向外部的控制装置(CPU)输出检测信号Vd；检测电压调整端子ADJ，其用于从外部调整检测电压；以及接地端子GND，其作为被施加接地电位的恒压端子。作为电压检测对象的电池20，例如考虑车载的电池。此时，电压检测电路10安装在搭载于车辆上的电路基板等。
另外，电压检测电路10具备：分压电路11，其由串联连接在电压输入端子VS与接地点之间的电阻RI1、RI2构成；以及电压比较电路(比较器：COMP)12，其将该分压电路11分压后的电压与预定的参照电压VREF进行比较。
在此，上述电阻RI1、RI2被设定为数十兆欧(MΩ)的电阻值，使得流过数微安(μA)左右的小电流。另外，将参照电压VREF例如设定为1V这样的值。
并且，本实施方式的电压检测电路10具备：MOS晶体管M1，其连接在输出端子OUT与接地点(GND)之间；电压-电流转换电路13，其与检测电压调整端子ADJ连接，将该检测电压调整端子ADJ的电压转换为电流；以及检测电压设定用恒流源CS，其连接在IC的内部电源电压端子Vcci与检测电压调整端子ADJ之间。将恒流源CS设计成例如流过1μA这样的电流I1。连接在检测电压调整端子ADJ与接地点之间的电阻RE1是外置的调整用电阻。
电压-电流转换电路13具备：差动放大器(差动放大电路)AMP，其将非反转输入端子连接在检测电压调整端子ADJ；以及MOS晶体管M2和电阻RI3，其串联连接在构成分压电路11的电阻RI1与RI2的连接节点N1与接地点之间，进行连接使得将MOS晶体管M2与电阻RI3的连接节点N2的电位反馈至差动放大器AMP的反转输入端子。由上述电压-电流转换电路13、恒流源CS和调整用电阻RE1构成检测电压调整电路14。
另外，在本实施方式的电压检测电路10中，在输出端子OUT与外部系统的电源电压端子VPULL之间连接有电流-电压转换用的上拉电阻RPULL。
对所述MOS晶体管M1的栅极端子施加了上述电压比较电路12的输出电压，当分压电路11分压后的电压高于参照电压VREF时，电压比较电路12的输出电压变化为低电平，MOS晶体管M1被断开。于是，流过上拉电阻RPULL的电流被切断，输出端子OUT的电压从低电平变为高电平(VPULL)，将该电压作为检测信号Vd提供给未图示的控制装置(CPU)。
由此，接收到检测信号Vd的控制装置(CPU)例如在电池20的充电过程中能够识别出电池电压VBAT达到了预定的电压值。
另外，当电池20放电从而电池电压VBAT成为预定的电压值以下时，电压比较电路12的输出电压变化为低电平，MOS晶体管M1被断开。于是，电流流过上拉电阻RPULL，输出端子OUT的电压从高电平变化为低电平。由此，图外的控制装置(CPU)能够识别出电池20的电压VBAT降低至预定的电压值以下。
接着，对检测电压调整电路14的功能和动作进行说明。
检测电压调整电路14通过从构成分压电路11的电阻RI1和RI2的连接节点N1抽出电流来调整连接节点N1的电位，由此能够使电压比较电路12的检测电压变化。具体而言，通过改变与检测电压调整端子ADJ连接的外置的调整用电阻RE1的电阻值，能够调整从连接节点N1抽出的电流而使连接节点N1的电位变化，从而使电压比较电路12的检测电压变化。
另外，在本实施例的检测电压调整电路14中，通过将检测电压调整端子ADJ的电位降低到接地电位(0V)，能够从电压比较电路12侧无法看到。具体而言，当使检测电压调整端子ADJ的电位成为接地电位时，使得差动放大器AMP的输出成为接地电位从而MOS晶体管M2被断开。于是，能够使从构成分压电路11的电阻RI1与RI2的连接节点N1抽出的电流为零，由此能够以与未设置检测电压调整电路14的电路(例如图3)相同的检测电压进行动作。
即，此时，检测电压VDET成为下式(1)所示的电位。
VDET＝VREF×(RI1+RI2)/RI2……(1)
另一方面，在将调整用电阻RE1连接在检测电压调整端子ADJ的情况下，通过差动放大器AMP的虚短路的作用，驱动MOS晶体管M2使得MOS晶体管M2与电阻RI3的连接节点N2的电位与检测电压调整端子ADJ的电位(RE1×I1)一致。
由此，此时的检测电压VDET’成为下式(2)所示的电位。
VDET’＝VDET+(RI1/RI3)×RE1×I1……(2)
根据上述式(2)可知，通过改变调整用电阻RE1的电阻值，能够调整检测电压VDET’。
另一方面，在上述式(2)中，可知若电阻RI1、RI3的电阻值存在偏差，则检测电压VDET’发生偏离。但是，在电压检测电路10为IC的情况下，电阻RI1和RI3为片上元件，即使电阻值因制造工艺而产生偏差，也会同样地产生偏差，因此能够减小作为电阻比的RI1/RI3的偏差。因此，通过使用高精度的元件来作为与检测电压调整端子ADJ连接的调整用电阻RE1，能够减小检测电压VDET’的偏差。
另外，在本实施例中，由于流过调整用电阻RE1的电流是基于恒流源CS的1μA那样的小电流I1，所以通过连接调整用电阻RE1，与图3的现有电路的暗电流相比能够抑制从电池20流出的暗电流。
具体而言，在图3的现有电路中将外置电阻RE1、RE2的电阻值设为数百千欧(kΩ)时，流过电阻RE1、RE2的电流为100μA的级别。因此，在本实施例的电压检测电路10中，流过外置电阻RE1的电流为来自恒流源CS的1μA那样的小电流I1，因此能够抑制为现有电路的1/100左右。
另一方面，在上述实施例的电压检测电路10中，由于追加了电压-电流转换电路13，因此与现有电路相比，在电压检测电路10中消耗的电流变多，但在当前的半导体集成电路的制造技术中，能够设计差动放大器AMP使得构成电压-电流转换电路13的差动放大器AMP的动作电流为1μA以下，因此即使与基于恒流源CS的电流I1(1μA)合并，也只增加2μA左右。因此，与图3的现有电路的暗电流相比，总体上能够大幅抑制从电池20流出的暗电流。
如上所述，在上述实施例的电压检测电路10中，通过设置检测电压调整电路14能够调整检测电压。而且，即使附加检测电压调整功能，流过外置的检测电压调整用电阻的电流也较小，因此具有能够抑制暗电流的增加、电池长时间保存这样的优点。另外，由于抑制了内部电阻的偏差对于检测电压的影响，因此能够进行高精度的电压检测。而且，仅通过进行配线连接处理使得对检测电压调整端子ADJ施加接地电位，就能够简单地使电压调整功能无效，因此具有使用方便的优点。
并且，在图3所示的现有技术中，在不增加暗电流地调整检测电压时，需要变更IC的设计来制造电压检测用IC，设计变更、试制需要周期，但根据上述实施例的电压检测用IC能够缩短周期。另外，在现有技术中，需要对每个检测电压准备IC，评价工时变多，并且库存管理变得麻烦，但根据上述实施例的电压检测用IC能够减少这样的不良情况。
(变形例)
接着，使用图2对上述实施方式的电压检测电路10的变形例进行说明。
图2所示的变形例的电压检测电路10’省略了上述实施例中的电压-电流转换电路13，通过检测电压设定用恒流源CS和与检测电压调整端子ADJ连接的调整用电阻RE1构成检测电压调整电路14，将通过调整用电阻RE1进行电流-电压转换后的电压作为比较电压VTH施加到比较器(COMP)12的反转输入端子。
在本变形例的电压检测电路10’中，检测电压VDET’成为下式(3)表示的电位。
VDET’＝VREF＝RE1×I1×(RI1+RI2)/RI2……(3)
根据上述式(3)可知，通过改变外置的调整用电阻RE1的电阻值能够调整检测电压VDET’。
另外，本变形例的电压检测电路10’能够通过调整用电阻RE1在大范围内调整检测电压VDET’。但是，与上述实施例的电压检测电路不同，需要在检测电压调整端子ADJ连接电阻RE1。
在本变形例的电压检测电路10’中，与图1的实施例的电压检测电路10同样地，流过调整用电阻RE1的电流为基于恒流源CS的1μA那样的小电流I1，因此，与图3的现有电路的暗电流相比，能够抑制从电池20流出的暗电流。而且，检测电压调整电路14的结构简单，向电路追加少量元件即可，因此具有能够抑制IC的芯片尺寸增大的优点。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。例如，在图1的实施例的电压检测电路10中，在电压-电流转换电路13的差动放大器AMP的后级设置了MOS晶体管M2和电阻RI3，但也可以将MOS晶体管M2和电阻RI3用作差动放大器AMP的输出级。
另外，在上述实施方式中，没有特别提及连接恒流源CS的内部电源电压端子Vcci、电压比较电路12和差动放大器AMP的电源电压，但关于这些电路的电源电压，可以直接使用输入到电压输入端子VS的电池电压VBAT，也可以在内部设置调节器，将调节器生成的电压作为内部电源电压。
另外，关于在图1的实施例的电压检测电路10中输入到电压比较电路12的参考电压VREF，可以构成为在芯片内部设置基准电压电路来生成，也可以设置用于向IC输入参考电压VREF的外部端子来输入在外部生成的电压。
并且，也可以使用双极晶体管来代替MOS晶体管M1、M2。另外，电阻RE1可以是内置的，能够从图3不改变外置部件的结构地进行置换。
另外，在上述实施方式中，说明了将本发明应用于检测电池电压的电池电压检测电路，但本发明能够用于检测电池电压以外的电压的电压检测电路。
附图标记的说明
10电压检测电路、11分压电路、12电压比较电路(比较器)，13电压-电流转换电路、14检测电压调整电路、20电池、RE1调整用电阻、ADJ检测电压调整端子、OUT检测信号输出端子。