特許 6673640 半導体装置、電源ユニットおよび電子装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6673640

(24)【登録日】2020年3月9日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】半導体装置、電源ユニットおよび電子装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20200316BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 302C

   H02J7/35 K

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-56588(P2015-56588)

(22)【出願日】2015年3月19日

(65)【公開番号】特開2016-178773(P2016-178773A)

(43)【公開日】2016年10月6日

【審査請求日】2017年12月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】田中 耕平

【審査官】 永井 啓司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１０９０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４２４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８９４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１４５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−００６９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２５１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−８６１００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ１／２６−１／３２９６

Ｈ０２Ｊ１／００−１／１６

７／００−７／１２

７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電源から出力される第１の電圧のレベルと、第２の電源から出力される第２の電圧のレベルとを比較して、比較結果を示す第１の信号を出力する第１の信号出力部と、
前記第２の電圧のレベルが閾値電圧のレベルよりも大きいか否かを判定して、判定結果を示す第２の信号を出力する第２の信号出力部と、
前記第２の電圧のレベルが前記閾値電圧のレベルよりも大きいことを前記第２の信号が示す場合には、前記第２の電圧を出力電圧として出力端子から出力し、前記第２の電圧のレベルが前記閾値電圧のレベルよりも小さいことを前記第２の信号が示す場合には、前記第１の信号に基づいて、前記第１の電圧および前記第２の電圧のうちレベルの大きい方を前記出力電圧として前記出力端子から出力する電圧出力部と、
を含み、
前記電圧出力部は、
前記第１の信号と前記第２の信号との論理演算を行って、論理演算結果を示す出力信号を出力する論理回路と、
前記出力端子と、前記第１の電圧が入力される第１の入力端子と、の間に設けられ、前記論理回路の出力信号に応じてオンオフする第１のスイッチと、
前記出力端子と、前記第２の電圧が入力される第２の入力端子と、の間に設けられ、前記論理回路の出力信号に応じてオンオフする第２のスイッチと、
を含む半導体装置。

【請求項2】

前記出力電圧のレベルと前記第２の電圧のレベルとを比較して、比較結果を示す第３の信号を出力する第３の信号出力部を更に含み、
前記電圧出力部は、前記第１の信号および前記第２の信号に基づいて前記第２の電圧を前記出力電圧として出力する場合において、前記出力電圧のレベルが前記第２の電圧のレベルよりも大きいことを前記第３の信号が示す場合には、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの双方をオフさせる
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記閾値電圧のレベルが調整可能に構成されている
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

第１の電源から出力される第１の電圧が入力される第１の端子と、第２の電源から出力される第２の電圧が入力される第２の端子とを有し、前記第１の電圧と前記第２の電圧のうち前記第２の電圧にのみオフセット電圧を加えた状態で前記第１の電圧のレベルおよび前記第２の電圧のレベルを比較して、比較結果を示す第１の信号を出力するコンパレータと、
前記第２の電圧のレベルが前記第１の電圧のレベルよりも大きいことを前記第１の信号が示す場合には、前記第２の電圧を出力電圧として出力端子から出力し、前記第２の電圧のレベルが前記第１の電圧のレベルよりも小さいことを前記第１の信号が示す場合には、前記第１の電圧を前記出力電圧として前記出力端子から出力する電圧出力部と、
を含む半導体装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記第１の電源および前記第２の電源のうちの少なくとも前記第２の電源と、
を含む、電源ユニット。

【請求項6】

前記第２の電源は、太陽電池である
請求項５に記載の電源ユニット。

【請求項7】

請求項５または請求項６に記載の電源ユニットと、
前記出力電圧を電源として動作する機能部と、
を含む電子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置、電源ユニットおよび電子装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の電源の切り替え制御に関する技術として、以下のものが知られている。例えば、特許文献１には、太陽電池から供給される電源と、一次電池から供給される電源を切り替えて選択的に採用する切替回路が記載されている。この切替回路は、予め設定した電圧が確保されている場合には、一次電池からの供給をオフし、太陽電池から電源供給を行い、予め設定した電圧が確保されていない場合には、一次電池からの供給をオンとする。

【0003】

また、特許文献２には、太陽電池と、蓄電池と、内蔵のコンデンサによって起動され太陽電池又は蓄電池のいずれか一方を選択する選択制御手段とを有する無線通信装置が記載されている。この無線通信装置は、太陽電池の電圧値がＶ１以上である場合、ＣＰＵに供給する電源として太陽電池を選択し、太陽電池の電圧値がＶ２になったならば、ＣＰＵに供給する電源を蓄電池に切り替える。無線通信装置は、その後、蓄電池の電圧値がＶ1未満であれば、ＣＰＵに供給する電源として蓄電池を選択し、一定時間毎に測定している太陽電池の電圧値がＶ２以上になった場合にＣＰＵに供給する電源を太陽電池に切り替える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１０４６３号公報

【特許文献2】特開平６−４６５３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、一次電池および二次電池等のバッテリーと、太陽電池との２系統の電源を有する電源ユニットにおいて、バッテリーおよび太陽電池のうち、出力電圧が高い方を選択して使用する構成が考えられる。しかしながら、この構成によれば、バッテリーの出力電圧が太陽電池の出力電圧よりも高い場合には、該電源ユニットから電源の供給を受ける他のシステムを駆動させるのに十分な電圧が、太陽電池から出力されていたとしても、バッテリーが選択され、バッテリーの消耗が促進されることになる。上記の電源ユニットにおいては、太陽電池の使用率を高くすることで、バッテリーの消耗を抑制することが可能となる。

【0006】

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、電源ユニットを構成する複数の電源のうちの所望の電源の消耗を抑制し、電源ユニット全体としての可用性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る半導体装置は、第１の電源から出力される第１の電圧のレベルと、第２の電源から出力される第２の電圧のレベルとを比較して、比較結果を示す第１の信号を出力する第１の信号出力部と、前記第２の電圧のレベルが閾値電圧のレベルよりも大きいか否かを判定して、判定結果を示す第２の信号を出力する第２の信号出力部と、前記第２の電圧のレベルが前記閾値電圧のレベルよりも大きいことを前記第２の信号が示す場合には、前記第２の電圧を出力電圧として出力端子から出力し、前記第２の電圧のレベルが前記閾値電圧のレベルよりも小さいことを前記第２の信号が示す場合には、前記第１の信号に基づいて、前記第１の電圧および前記第２の電圧のうちレベルの大きい方を前記出力電圧として前記出力端子から出力する電圧出力部と、を含み、前記電圧出力部は、前記第１の信号と前記第２の信号との論理演算を行って、論理演算結果を示す出力信号を出力する論理回路と、前記出力端子と、前記第１の電圧が入力される第１の入力端子と、の間に設けられ、前記論理回路の出力信号に応じてオンオフする第１のスイッチと、前記出力端子と、前記第２の電圧が入力される第２の入力端子と、の間に設けられ、前記論理回路の出力信号に応じてオンオフする第２のスイッチと、を含む。

【0008】

また、本発明に係る他の半導体装置は、第１の電源から出力される第１の電圧が入力される第１の端子と、第２の電源から出力される第２の電圧が入力される第２の端子とを有し、前記第１の電圧と前記第２の電圧のうち前記第２の電圧にのみオフセット電圧を加えた状態で前記第１の電圧のレベルおよび前記第２の電圧のレベルを比較して、比較結果を示す第１の信号を出力するコンパレータと、前記第２の電圧のレベルが前記第１の電圧のレベルよりも大きいことを前記第１の信号が示す場合には、前記第２の電圧を出力電圧として出力端子から出力し、前記第２の電圧のレベルが前記第１の電圧のレベルよりも小さいことを前記第１の信号が示す場合には、前記第１の電圧を前記出力電圧として前記出力端子から出力する電圧出力部と、を含む。

【0009】

本発明に係る電源ユニットは、上記の半導体装置と、前記第１の電源および前記第２の電源のうちの少なくとも前記第２の電源と、を含む。

【0010】

本発明に係る電子装置は、上記の電源ユニットと、前記出力電圧を電源として動作する機能部と、を含む。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、電源ユニットを構成する複数の電源のうちの所望の電源の消耗を抑制し、電源ユニット全体としての可用性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る電源ユニットの構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係るソーラ電圧検出回路の構成を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係るソーラ電圧検出回路の構成を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係る論理回路における真理値表である。

【図5】図５は、ソーラ電圧の時間推移の一例を示すグラフである。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る電源ユニットの構成を示す図である。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る論理回路における真理値表である。

【図8】本発明の実施形態にソーラ電圧、バッテリー電圧および出力電圧の時間推移の一例を示すグラフである。

【図9】本発明の実施形態に係る太陽電池の等価回路図である。

【図10】本発明の第３の実施形態に係る電源ユニットの構成を示す図である。

【図11】本発明の第３の実施形態に係るコンパレータの動作を示す図である。

【図12】本発明の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。

【0014】

図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置１０を含む、電源ユニット１００の構成を示すブロック図である。電源ユニット１００は、半導体装置１０、バッテリー５０および太陽電池６０を含んで構成されている。

【0015】

バッテリー５０は、例えば、乾電池等の一次電池またはリチウムイオン電池等の二次電池であり、正極と負極の間にバッテリー電圧ＶＢを出力する。バッテリー電圧ＶＢは、半導体装置１０の入力端子１７に入力される。

【0016】

太陽電池６０は、光エネルギーを電力に変換して出力する電力機器であり、一例としてｐｎ接合型のフォトダイオードを含んで構成されている。太陽電池６０は、正極と負極の間にソーラ電圧ＶＳを出力する。ソーラ電圧ＶＳは、半導体装置１０の入力端子１８に入力される。

【0017】

半導体装置１０は、入力端子１７および１８から入力されるバッテリー電圧ＶＢおよびソーラ電圧ＶＳのうちの一方を選択し、選択した電圧を出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力する電源回路を構成する。半導体装置１０は、コンパレータ（ＣＭＰ１）１１、ソーラ電圧検出回路（ＳＬＤ）１２、論理回路１３、出力回路１４およびキャパシタ１６を含んで構成されている。

【0018】

コンパレータ１１は、半導体装置１０の入力端子１７に接続された反転入力端子および半導体装置１０の入力端子１８に入力された非反転入力端子を有する。すなわち、コンパレータ１１の反転入力端子には、バッテリー電圧ＶＢが入力され、コンパレータ１１の非反転入力端子には、ソーラ電圧ＶＳが入力される。コンパレータ１１は、バッテリー電圧ＶＢのレベルと、ソーラ電圧ＶＳのレベルとを比較し、比較結果を示す出力信号Ｓ１を出力する。本実施形態において、コンパレータ１１は、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、バッテリー電圧ＶＢのレベルよりも大きい場合（ＶＳ＞ＶＢ）、論理値“１”（ハイレベル）の出力信号Ｓ１を出力し、ソーラ電圧ＶＳのレベルがバッテリー電圧ＶＢのレベルよりも小さい場合（ＶＳ＜ＶＢ）、論理値“０”（ローレベル）の出力信号Ｓ１を出力する。コンパレータ１１の出力信号Ｓ１は、論理回路１３に供給される。

【0019】

ソーラ電圧検出回路１２は、半導体装置１０の入力端子１８に接続された入力端子を有する。ソーラ電圧検出回路１２は、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、予め定められた閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きいか否かを判定し、判定結果を示す出力信号Ｓ２を出力する。閾値電圧ＶＳＯＨのレベルは、例えば、半導体装置１０の出力電圧ＶＤＤを電源として動作する他のシステム（図示せず）を安定的に動作させることができる最小の大きさに設定される。本実施形態において、ソーラ電圧検出回路１２は、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい場合（ＶＳ＞ＶＳＯＨ）、論理値“１”（ハイレベル）の出力信号Ｓ２を出力し、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さい場合（ＶＳ＜ＶＳＯＨ）には、論理値“０”（ローレベル）の出力信号Ｓ２を出力する。ソーラ電圧検出回路１２の出力信号Ｓ２は、論理回路１３に供給される。

【0020】

図２は、ソーラ電圧検出回路１２の詳細な構成の一例を示す図である。ソーラ電圧検出回路１２は、調整信号出力回路１２０、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２１、１２２、１２６〜１２８、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２３〜１２５および抵抗回路１４０を含んで構成されている。

【0021】

抵抗回路１４０は、ソーラ電圧ＶＳが入力される入力端子１３１とグランドラインとの間に直列接続された抵抗器１４１および可変抵抗器１４２を有する。抵抗回路１４０は、抵抗器１４１および可変抵抗器１４２の抵抗値によって定まる分圧比でソーラ電圧ＶＳを分圧し、分圧した電圧を抵抗器１４１と可変抵抗器１４２との接続点ｎ１から出力する。可変抵抗器１４２の抵抗値は、調整信号出力回路１２０から出力される調整信号Ｓｔによって変化するように構成されている。可変抵抗器１４２の抵抗値が変化することで、抵抗回路１４０における分圧比が変化する。

【0022】

Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２１は、ゲートが抵抗器１４１と可変抵抗器１４２の接続点ｎ１に接続され、ドレインがＰ−ＭＯＳトランジスタ１２３のドレインに接続され、ソースがＮ−ＭＯＳトランジスタ１２７のドレインに接続されている。従って、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２１のゲートには、ソーラ電圧ＶＳを抵抗回路１４０によって分圧した電圧が供給される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２２は、ゲートがグランドラインに接続され、ドレインがＰ−ＭＯＳトランジスタ１２４のドレインに接続され、ソースがＮ−ＭＯＳトランジスタ１２７のドレインに接続されている。

【0023】

Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２３および１２４は、それぞれ、ソースが電源ラインＬ１に接続され、ゲートがＰ−ＭＯＳトランジスタ１２４のドレインに接続されている。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２５は、ソースが電源ラインＬ１に接続され、ゲートがＮ−ＭＯＳトランジスタ１２１のドレインに接続され、ドレインが出力端子１３２に接続されている。なお、本実施形態において、電源ラインＬ１には、所定の内部電源が供給される。

【0024】

Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２６は、ドレインが出力端子１３２に接続され、ソースがグランドラインに接続されている。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２７は、ドレインがＮ−ＭＯＳトランジスタ１２１および１２２のソースに接続され、ソースがグランドラインに接続されている。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２８は、ドレインおよびゲートが一定の電流が供給される電流供給ラインに接続されている。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２６〜１２８のゲートは相互に接続されている。

【0025】

本実施形態において、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２２は、デプレッション型の電界効果トランジスタであり、ゲート電圧が０Ｖでもオン状態となる。一方、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２１は、エンハンスメント型の電界効果トランジスタであり、ゲート電圧が０Ｖでオフ状態となり、所定の閾値電圧よりも大きいゲート電圧を供給することでオン状態となる。

【0026】

ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さい場合には、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２１がオフ状態、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２２がオン状態となる。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２４に電流が流れ、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２３がＰ−ＭＯＳトランジスタ１２５のゲート電圧を押し上げる。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２５がオフ状態となり、出力端子１３２から出力される出力信号Ｓ２は、ローレベル、すなわち論理値“０”となる。

【0027】

ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい場合には、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２２がオフ状態、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２１がオン状態となる。これにより、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ１２１がＰ−ＭＯＳトランジスタ１２５のゲート電圧を押し下げる。これにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２５がオン状態となり、出力端子１３２から出力される出力信号Ｓ２は、ハイレベル、すなわち論理値“１”となる。

【0028】

なお、閾値電圧ＶＳＯＨは、出力信号Ｓ２の論理値が切り替るソーラ電圧ＶＳを意味し、回路内部に生じている電圧ではない。ソーラ電圧検出回路１２において、可変抵抗器１４２の抵抗値を変化させ、抵抗回路１４０における分圧比を変化させることで、閾値電圧ＶＳＯＨを変化させることができる。

【0029】

図３は、ヒステリシス特性を付加したソーラ電圧検出回路１２Ａの他の構成の一例を示す図である。ソーラ電圧検出回路１２Ａは、抵抗回路１４０内に設けられた抵抗器１４３と、出力信号Ｓ２の論理値が“１”である場合にオン状態となるトランジスタ１３３を更に含む。抵抗器１４３は、一端が入力端子１３１に接続されるとともにトランジスタ１３３のドレインに接続され、他端が抵抗器１４１の一端に接続されるとともにトランジスタ１３３のソースに接続される。ソーラ電圧検出回路１２Ａにおいて、出力信号Ｓ２の論理値が“０”から“１”に変化した場合、トランジスタ１３３がオフ状態からオン状態に切り替り、これによって接続点ｎ１の電位は上昇する。これによりソーラ電圧検出回路１２Ａの出力信号Ｓ２は、論理値“１”を安定的に出力することができる。このように、ソーラ電圧検出回路１２にヒステリシス特性を付加することで、出力信号Ｓ２におけるチャタリングを防止することができる。

【0030】

なお、図２および図３に示されたソーラ電圧検出回路１２および１２Ａの構成は一例に過ぎず、かかる構成に限定されるものではない。例えば、ソーラ電圧検出回路は、回路内部で発生させた閾値電圧ＶＳＯＨのレベルとソーラ電圧ＶＳのレベルとを比較するコンパレータとして構成することも可能である。

【0031】

図１を参照し、論理回路１３は、コンパレータ１１の出力信号Ｓ１の論理値およびソーラ電圧検出回路１２の出力信号Ｓ２の論理値について論理演算を行い、演算結果を示す出力信号Ｑを出力する。

【0032】

図４は、論理回路１３の真理値表である。図４に示すように、論理回路１３は、コンパレータ１１の出力信号Ｓ１の論理値が“０”であり、且つソーラ電圧検出回路１２の出力信号Ｓ２の論理値が“０”である場合に、論理値“１”の出力信号Ｑを出力し、それ以外の場合には、論理値“０”の出力信号Ｑを出力する。

【0033】

すなわち、論理回路１３は、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい場合（出力信号Ｓ２の論理値が“１”）、ソーラ電圧ＶＳとバッテリー電圧ＶＢの電圧レベルの大小関係にかかわらず、論理値“０”の出力信号Ｑを出力する。

【0034】

一方、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さく（出力信号Ｓ２の論理値が“０”）、且つソーラ電圧ＶＳのレベルがバッテリー電圧ＶＢのレベルよりも大きい場合（出力信号Ｓ１の論理値が“１”）、論理回路１３は、論理値“０”の出力信号Ｑを出力する。また、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さく（出力信号Ｓ２の論理値が“０”）、且つソーラ電圧ＶＳのレベルがバッテリー電圧ＶＢのレベルよりも小さい場合（出力信号Ｓ１の論理値が“０”）、論理回路１３は、論理値“１”の出力信号Ｑを出力する。

【0035】

図１を参照し、出力回路１４は、インバータ１５、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を含んで構成されている。スイッチＳＷ１の一端は、半導体装置１０の入力端子１７に接続され、他端が半導体装置１０の出力端子１９に接続されている。スイッチＳＷ２の一端は、半導体装置１０の入力端子１８に接続され、他端が半導体装置１０の出力端子１９に接続されている。スイッチＳＷ１には、論理回路１３の出力信号Ｑが、その論理値を維持したままオンオフ制御信号Ｓｃとして供給される。スイッチＳＷ２には、論理回路１３の出力信号Ｑの論理値をインバータ１５によって反転させた信号がオンオフ制御信号Ｓｃとして供給される。すなわち、スイッチＳＷ１およびＳＷ２には互いに異なる論理値のオンオフ制御信号Ｓｃが供給される。本実施形態において、スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、論理値“１”のオンオフ制御信号Ｓｃが供給された場合にオン状態となり、論理値“０”のオンオフ制御信号Ｓｃが供給された場合にオフ状態となる。従って、出力回路１４において、スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、相補的にオンオフする。

【0036】

スイッチＳＷ１がオン状態、スイッチＳＷ２がオフ状態となることで、バッテリー電圧ＶＢが、出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。一方、スイッチＳＷ２がオン状態、スイッチＳＷ１がオフ状態となることで、ソーラ電圧ＶＳが、出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0037】

キャパシタ１６は、出力端子１９とグランドラインとの間に設けられ、出力電圧ＶＤＤの急峻な変動を抑制するバイパスコンデンサとして機能する。なお、キャパシタ１６は、半導体装置１０の外部に設けられていてもよい。

【0038】

なお、バッテリー５０は、本発明における第１の電源の一例であり、太陽電池６０は、本発明における第２の電源の一例である。コンパレータ１１は、本発明における第１の信号出力部の一例であり、ソーラ電圧検出回路は、本発明における第２の信号出力部の一例である。論理回路１３および出力回路１４は、本発明における電圧出力部の一例である。

【0039】

以下に、半導体装置１０および電源ユニット１００の動作について、図５を参照しつつ説明する。図５は、ソーラ電圧ＶＳの時間推移の一例を示すグラフであり、横軸は時間であり、縦軸は電圧レベルである。

【0040】

ソーラ電圧ＶＳのレベルが、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さい時刻０から時刻ｔ１までの期間において、ソーラ電圧検出回路１２は、論理値“０”の出力信号Ｓ２を出力する。出力信号Ｓ２の論理値が“０”である場合、論理回路１３は、バッテリー電圧ＶＢのレベルとソーラ電圧ＶＳのレベルとの比較結果を示すコンパレータ１１からの出力信号Ｓ１の論理値に基づいて、出力信号Ｑの論理値を定める。

【0041】

すなわち、論理回路１３は、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さく（出力信号Ｓ２の論理値が“０”）、且つソーラ電圧ＶＳのレベルがバッテリー電圧ＶＢのレベルよりも大きい場合（出力信号Ｓ１の論理値が“１”）、論理値“０”の出力信号Ｑを出力する。これにより、スイッチＳＷ１がオフ状態、スイッチＳＷ２がオン状態となり、ソーラ電圧ＶＳが出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。一方、論理回路１３は、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さく（出力信号Ｓ２の論理値が“０”）、且つソーラ電圧ＶＳのレベルがバッテリー電圧ＶＢのレベルよりも小さい場合（出力信号Ｓ１の論理値が“０”）、論理値“１”の出力信号Ｑを出力する。これにより、スイッチＳＷ１がオン状態、スイッチＳＷ２がオフ状態となり、バッテリー電圧ＶＢが出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0042】

ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、ソーラ電圧検出回路１２は、論理値“１”の出力信号Ｓ２を出力する。出力信号Ｓ２の論理値が“１”である場合、論理回路１３は、コンパレータ１１の出力信号Ｓ１の論理値にかかわらず、論理値“０”の出力信号Ｑを出力する。これにより、スイッチＳＷ１がオフ状態、スイッチＳＷ２がオン状態となり、ソーラ電圧ＶＳが出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0043】

ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さい時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間における動作は、上記した時刻０から時刻ｔ１までの期間における動作と同様である。

【0044】

以上のように、本発明の実施形態に係る半導体装置１０および電源ユニット１００によれば、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい場合には、ソーラ電圧ＶＳとバッテリー電圧ＶＢの大小関係にかかわらず、ソーラ電圧ＶＳが出力電圧ＶＤＤとして出力される。すなわち、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい場合には、太陽電池６０が優先的に使用され、太陽電池の使用率を高めることができる。これにより、バッテリー５０の消耗を抑制することができ、電源ユニット１００全体としての可用性（アベイラビリティ）を高めることができる。

【0045】

本実施形態に係る半導体装置１０および電源ユニット１００において、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルを、出力電圧ＶＤＤを駆動電源として動作する他のシステムを安定的に動作させることができる最小レベルに設定することで、太陽電池６０の使用率を高めつつ、当該他のシステムを、太陽電池６０の優先使用期間内において安定的に動作させることが可能となる。

【0046】

また、本実施形態に係る半導体装置１０および電源ユニット１００によれば、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さい場合には、ソーラ電圧ＶＳとバッテリー電圧ＶＢのうち、電圧レベルの高い方が出力電圧ＶＤＤとして出力される。このように、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さい場合に、太陽電池６０の優先使用を解除して、バッテリー５０と太陽電池６０のうち、出力電圧のレベルが高い方を使用することで、出力電圧ＶＤＤを駆動電源として動作する他のシステムに対して、電源ユニット１００が出力可能な最大の電圧を供給することができる。

【0047】

また、本実施形態に係る電源ユニット１００および半導体装置１０によれば、可変抵抗器１４２の抵抗値を変化させることで、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルを調整することが可能である。これにより、太陽電池６０を優先使用する電圧レベルの設定を、半導体装置毎に行うことができる。また、例えば、検査工程において、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルが所望の大きさとなるように、半導体装置毎に可変抵抗器１４２の抵抗値を調整することが可能となり、製造ばらつきに起因する閾値電圧ＶＳＯＨの変動を抑制することができる。

【0048】

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１０Ａを含む、電源ユニット１００Ａの構成を示すブロック図である。

【0049】

半導体装置１０Ａは、コンパレータ（ＣＭＰ２）２０を更に含む点において、上記した第１の実施形態に係る半導体装置１０と異なる。コンパレータ２０の非反転入力端子は、半導体装置１０の入力端子１８に接続され、コンパレータ２０の反転入力端子は、半導体装置１０の出力端子１９に接続されている。すなわち、コンパレータ２０の非反転端子には、ソーラ電圧ＶＳが入力され、コンパレータ２０の反転入力端子には、出力電圧ＶＤＤが入力される。なお、図６においては、図面の煩雑さを回避する観点から、コンパレータ２０の反転入力端子と半導体装置１０の出力端子１９とを接続する配線の図示を省略している。コンパレータ２０は、ソーラ電圧ＶＳのレベルと、出力電圧ＶＤＤのレベルとを比較し、比較結果を示す出力信号Ｓ３を出力する。本実施形態において、コンパレータ２０は、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、出力電圧ＶＤＤのレベルよりも大きい場合（ＶＳ＞ＶＤＤ）、論理値“１”（ハイレベル）の出力信号Ｓ３を出力し、ソーラ電圧ＶＳのレベルが出力電圧ＶＤＤのレベルよりも小さい場合（ＶＳ＜ＶＤＤ）、論理値“０”（ローレベル）の出力信号Ｓ３を出力する。コンパレータ２０の出力信号Ｓ３は、論理回路１３に供給される。なお、コンパレータ２０は、本発明における第３の信号出力部の一例である。

【0050】

論理回路１３は、コンパレータ１１の出力信号Ｓ１の論理値、ソーラ電圧検出回路１２の出力信号Ｓ２の論理値およびコンパレータ２０の出力信号Ｓ３の論理値について論理演算を行い、演算結果を示す出力信号Ｑ１およびＱ２を出力する。

【0051】

図７は、論理回路１３の真理値表である。図７に示すように、コンパレータ２０の出力信号Ｓ３の論理値が“１”である場合には、出力信号Ｓ１およびＳ２に対する出力信号Ｑ１の論理値は、上記した第１の実施形態に係る出力信号Ｑの論理値と同様となり、出力信号Ｑ２の論理値は、出力信号Ｑ１の反転論理となる。一方、コンパレータ２０の出力信号Ｓ３の論理値が“０”である場合には、出力信号Ｑ１およびＱ２の論理値はともに“０”となる。ただし、出力信号Ｓ１およびＳ２の論理値がともに“０”である場合には、出力信号Ｓ３にかかわらず、出力信号Ｑ１の論理値は“１”となり、出力信号Ｑ２の論理値は“０”となる。

【0052】

図６を参照し、本実施形態において、出力回路１４は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を含んで構成されている。スイッチＳＷ１の一端は、半導体装置１０の入力端子１７に接続され、他端が半導体装置１０の出力端子１９に接続されている。スイッチＳＷ２の一端は、半導体装置１０の入力端子１８に接続され、他端が半導体装置１０の出力端子１９に接続されている。スイッチＳＷ１には、論理回路１３の出力信号Ｑ１が、その論理値を維持したままオンオフ制御信号Ｓｃとして供給される。スイッチＳＷ２には、論理回路１３の出力信号Ｑ２が、その論理値を維持したままオンオフ制御信号Ｓｃとして供給される。本実施形態において、スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、論理値“１”のオンオフ制御信号Ｓｃが供給された場合にオン状態となり、論理値“０”のオンオフ制御信号Ｓｃが供給された場合にオフ状態となる。

【0053】

スイッチＳＷ１がオン状態、スイッチＳＷ２がオフ状態となることで、バッテリー電圧ＶＢが、出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。一方、スイッチＳＷ２がオン状態、スイッチＳＷ１がオフ状態となることで、ソーラ電圧ＶＳが、出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0054】

以下に、第２の実施形態に係る半導体装置１０Ａおよび電源ユニット１００Ａの動作について、図８を参照しつつ説明する。図８は、ソーラ電圧ＶＳ、バッテリー電圧ＶＢおよび出力電圧ＶＤＤの時間推移の一例を示すグラフであり、横軸は時間であり、縦軸は電圧レベルである。ここでは、図８に示すように、全ての期間に亘り、ソーラ電圧ＶＳのレベルがバッテリー電圧ＶＢのレベルよりも小さいものとする。

【0055】

ソーラ電圧ＶＳのレベルは、バッテリー電圧ＶＢのレベルよりも小さいため、コンパレータ１１は、論理値“０”の出力信号Ｓ１を出力する。また、時刻０から時刻ｔ１までの期間、ソーラ電圧ＶＳのレベルは、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも小さい。従って、ソーラ電圧検出回路１２は、論理値“０”の出力信号Ｓ２を出力する。出力信号Ｓ１およびＳ２の論理値がともに“０”である場合、論理回路１３は、コンパレータ２０の出力信号Ｓ３の論理値にかかわらず、論理値“１”の出力信号Ｑ１を出力するとともに、論理値“０”の出力信号Ｑ２を出力する。これにより、スイッチＳＷ１がオン状態、スイッチＳＷ２がオフ状態となり、バッテリー電圧ＶＢが出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0056】

ソーラ電圧ＶＳのレベルが上昇し、時刻ｔ１において閾値電圧ＶＳＯＨのレベルを上回ると、ソーラ電圧検出回路１２は、論理値“１”の出力信号Ｓ２を出力する。一方、時刻ｔ１において、ソーラ電圧ＶＳのレベルは、出力電圧ＶＤＤのレベルよりも小さい。従って、コンパレータ２０は、論理値“０”の出力信号Ｓ３を出力する。また、コンパレータ１１は、論理値“０”の出力信号Ｓ１の出力を維持する。これにより、論理回路１３は、論理値“０”の出力信号Ｑ１を出力するとともに、論理値“０”の出力信号Ｑ２を出力する。これにより、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２がともにオフ状態となり、出力端子１９は、ハイインピーダンス状態となる。

【0057】

仮に、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルを超えた直後にスイッチＳＷ２をオン状態に切り替えた場合には、出力電圧ＶＤＤのレベルがソーラ電圧ＶＳのレベルよりも高いので、キャパシタ１６に蓄積された電荷が太陽電池６０に流れ込むことになる。ここで、図９は、太陽電池の等価回路図である。太陽電池６０は、正極６０３と負極６０４との間に電流源６０２とＰＮ接合型のフォトダイオード６０１とを並列接続させた構成を有する。キャパシタ１６から太陽電池６０に流れ込んだ電荷は、フォトダイオード６０１のＰＮ接合を流れる。つまり、出力電圧ＶＤＤのレベルがソーラ電圧ＶＳのレベルよりも高い状況において、スイッチＳＷ２をオン状態に切り替えた場合には、太陽電池６０のフォトダイオード６０１において電力を消費してしまうことになる。

【0058】

第２の実施形態に係る半導体装置１０Ａおよび電源ユニット１００Ａにおいては、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きく、太陽電池６０を優先使用する場合において、出力電圧ＶＤＤのレベルがソーラ電圧ＶＳのレベルよりも大きい場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２の双方がオフ状態とされ、出力端子１９がハイインピーダンス状態とされる。これにより、キャパシタ１６から太陽電池６０への電荷の流れ込みが防止され、太陽電池６０での電力消費を防止することができる。

【0059】

図８を参照し、出力端子１９がハイインピーダンス状態となることで、キャパシタ１６に蓄積された電荷が放電されることにより、出力電圧ＶＤＤは徐々に低下する。時刻ｔ２において、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、出力電圧ＶＤＤのレベルを上回ると、コンパレータ２０の出力信号Ｓ３の論理値は“１”となる。また、コンパレータ１１は、論理値“０”の出力信号Ｓ１の出力を維持し、ソーラ電圧検出回路１２は、論理値“１”の出力信号Ｓ２の出力を維持する。これにより、論理回路１３は、論理値“０”の出力信号Ｑ１を出力するとともに、論理値“１”の出力信号Ｑ２を出力する。これにより、スイッチＳＷ１がオフ状態、スイッチＳＷ２がオン状態となり、ソーラ電圧ＶＳが出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0060】

その後、ソーラ電圧ＶＳのレベルが下降し、時刻ｔ３において閾値電圧ＶＳＯＨのレベルを下回ると、ソーラ電圧検出回路１２は、論理値“０”の出力信号Ｓ２を出力する。また、コンパレータ１１は、論理値“０”の出力信号Ｓ１の出力を維持する。従って、論理回路１３は、コンパレータ２０の出力信号Ｓ３の論理値にかかわらず、論理値“１”の出力信号Ｑ１を出力するとともに、論理値“０”の出力信号Ｑ２を出力する。これにより、スイッチＳＷ１がオン状態、スイッチＳＷ２がオフ状態となり、バッテリー電圧ＶＢが出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0061】

以上のように、第２の実施形態に係る半導体装置１０Ａおよび電源ユニット１００Ａによれば、太陽電池６０を優先使用する場合において、出力電圧ＶＤＤのレベルがソーラ電圧ＶＳのレベルよりも大きい場合には、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２の双方がオフ状態とされる。これにより、キャパシタ１６から太陽電池６０への電荷の流れ込みを防止することができ、太陽電池６０での意図しない電力消費を防止することができる。
なお、ソーラ電圧検出回路１２については、ソーラ電圧ＶＳのレベルが閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい場合に一定期間ソーラ電圧ＶＳを供給しないように構成されているが、コンパレータ１１及びコンパレータ２０についても一定の電圧を超えたとしても出力電圧としてソーラ電圧ＶＳを供給しないように構成しても良い。この場合にはコンパレータ１１及びコンパレータ２０をそれぞれ既存のヒステリシスコンパレータに変更することによって構成される。かかる構成により、閾値電圧ＶＳＯＨ近傍での切り替えノイズを低減しチャタリングを防止することができる。また、コンパレータ２０については出力電圧ＶＤＤと比較する構成となるため、コンパレータ２０については出力電圧ＶＤＤの変動をリアルタイムでモニタする必要があることからコンパレータ１１のみをヒステリシスコンパレータとする構成であっても良い。

【0062】

また、半導体装置１０Ａおよび電源ユニット１００Ａによれば、第１の実施形態に係る半導体装置１０および電源ユニット１００と同様、ソーラ電圧ＶＳのレベルが、閾値電圧ＶＳＯＨのレベルよりも大きい場合には、太陽電池６０が優先的に使用されるので、太陽電池６０の使用率を高め、バッテリー５０の消耗を抑制することができ、電源ユニット１００Ａ全体としての可用性を高めることができる。

【0063】

［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置１０Ｂを含む、電源ユニット１００Ｂの構成を示すブロック図である。第３の実施形態に係る半導体装置１０Ｂは、コンパレータ（ＣＭＰ３）および出力回路１４を含んで構成され、第１の実施形態に係るコンパレータ１１、ソーラ電圧検出回路１２および論理回路１３を備えていない。

【0064】

コンパレータ３０は、非反転入力端子３１、反転入力端子３２および出力端子３３を有する。非反転入力端子３１は、半導体装置１０Ｂの入力端子１７に接続され、非反転入力端子３１には、バッテリー電圧ＶＢが入力される。反転入力端子３２は、半導体装置１０Ｂの入力端子１８に接続されおり、反転入力端子３２には、ソーラ電圧ＶＳが入力される。

【0065】

コンパレータ３０は、入力オフセットを有した状態でバッテリー電圧ＶＢのレベルとソーラ電圧ＶＳのレベルとを比較して、比較結果を示す出力信号Ｓ４を出力する。入力オフセットは、バッテリー電圧ＶＢのレベルとソーラ電圧ＶＳのレベルとが等しい場合に、ソーラ電圧ＶＳのレベルがバッテリー電圧ＶＢのレベルよりも大きいことを示す（本実施形態では論理値“０”）出力信号Ｓ４が出力されるように与えられている。すなわち、コンパレータ３０は、図１０に示すように、非反転入力端子３１に入力されるバッテリー電圧ＶＢのレベルと、反転入力端子３２に入力されるソーラ電圧ＶＳにオフセット電圧Ｖｏｓを加えた電圧のレベルと、を比較する。

【0066】

図１１は、コンパレータ３０の動作の一例を示す図グラフであり、横軸は時間であり縦軸は電圧レベルである。コンパレータ３０は、ソーラ電圧ＶＳにオフセット電圧Ｖｏｓを加えた電圧ＶＳ１のレベルが、バッテリー電圧ＶＢのレベルよりも小さい場合には、ハイレベル、すなわち論理値“１”の出力信号Ｓ４を出力する。一方、コンパレータ３０は、ソーラ電圧ＶＳにオフセット電圧Ｖｏｓを加えた電圧ＶＳ１のレベルが、バッテリー電圧ＶＢのレベルよりも大きい場合には、ローレベル、すなわち論理値“０”の出力信号Ｓ４を出力する。

【0067】

コンパレータ３０の出力信号Ｓ４の論理値が“１”である場合、スイッチＳＷ１がオン状態、スイッチＳＷ２がオフ状態となり、バッテリー電圧ＶＢが、出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。一方、コンパレータ３０の出力信号Ｓ４の論理値が“０”である場合、スイッチＳＷ２がオン状態、スイッチＳＷ１がオフ状態となり、ソーラ電圧ＶＳが出力電圧ＶＤＤとして出力端子１９から出力される。

【0068】

本発明の第３の実施形態に係る半導体装置１０Ｂおよび１００Ｂによれば、コンパレータ３０が上記の入力オフセットを有しているので、ソーラ電圧ＶＳがバッテリー電圧ＶＢよりも低い場合でも、ソーラ電圧ＶＳが出力電圧ＶＤＤとして出力される。従って、入力オフセットを有しないコンパレータを使用する場合と比較して、太陽電池６０の使用率を高めることができ、バッテリー５０の消耗を抑制することができる。これにより、電源ユニット１００Ｂ全体としての可用性を高めることができる。

【0069】

なお、コンパレータ３０において、オフセット電圧Ｖｏｓを可変に構成して入力オフセットのレベルを調整可能としてもよい。これにより、製造ばらつきに起因する入力オフセットのレベル変動を抑制することが可能となる。また、コンパレータ３０の内部にオフセットを持たせてもよい。この場合は既存のヒステリシスコンパレータに変更することによって構成される。

【0070】

［第４の実施形態］
図１２は、上記した第１〜第３の実施形態に係る電源ユニット１００、１００Ａまたは１００Ｂを含んで構成される、本発明の第４の実施形態に係る電子装置２００の構成の一例を示す図である。電子装置２００は、例えば、マイクロコンピュータ２０１および表示装置２０２等の機能部を含んでいてもよく、更に他の機能部を備えていてもよい。電子装置２００は、例えば、通信端末装置、卓上型計算機、メディアプレーヤまたはディジタル時計などであってもよい。マイクロコンピュータ２０１および表示装置２０２は、電源ユニット１００、１００Ａまたは１００Ｂの出力端子１９から出力される出力電圧ＶＤＤを電源として動作する。

【0071】

本実施形態に係る電子装置２００によれば、太陽電池６０の使用率を高めることができ、バッテリー５０の消耗を抑制することができるので、バッテリー５０の交換サイクルまたは充電サイクルを長くすることができ、ユーザの利便性を高めることができる。

【0072】

なお、上記の各実施形態においては、電源として、バッテリー５０および太陽電池６０を使用する場合を例示したが、この態様に限定されるものではない。本発明に係る半導体装置および電源ユニットにおいては、あらゆる形態および種類の電源を使用することが可能である。例えば、優先使用する電源を、太陽電池６０に代えて直流安定化電源としてもよい。

【0073】

また、出力信号Ｓ１〜Ｓ４、Ｑ、Ｑ１およびＱ２における論理値“０”および“１”の割り当ては、適宜変更することが可能であり、これに応じて、論理回路１３の演算処理や、スイッチＳＷ１およびＳＷ２の各論理値に対する動作などを適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0074】

１０、１０Ａ、１０Ｂ 半導体装置
１１ コンパレータ
１２ ソーラ電圧検出回路
１３ 論理回路
１４ 出力回路
２０ コンパレータ
５０ バッテリー
６０ 太陽電池
１００、１００Ａ、１００Ｂ 電源ユニット
２００ 電子装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】