特開 2022-162932 レベルシフト回路、レベル判定装置及びレベル判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022162932

(43)【公開日】2022-10-25

(54)【発明の名称】レベルシフト回路、レベル判定装置及びレベル判定方法

(51)【国際特許分類】

   H03K 19/0175 20060101AFI20221018BHJP

   H03K 5/08 20060101ALI20221018BHJP

   H03K 19/018 20060101ALN20221018BHJP

【ＦＩ】

H03K19/0175 210

H03K5/08 N

H03K19/018

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021068042

(22)【出願日】2021-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米 杲洋

【テーマコード（参考）】

5J039

5J056

【Ｆターム（参考）】

5J039DA18

5J039DC01

5J056AA33

5J056BB51

5J056CC21

5J056DD02

5J056FF08

5J056KK03

(57)【要約】

【課題】低コスト且つ省スペース化を実現したレベルシフト回路、レベル判定装置及びレベル判定方法を提供する。
【解決手段】入力電圧を変換して出力するレベルシフト回路１１が提供される。この回路は、入力端子１１１と、入力端子１１１に一端が接続する第１抵抗Ｒ１と、第１抵抗Ｒ１の他端に一端が接続される第２抵抗Ｒ２と、第２抵抗Ｒ２の他端に一端が接続され、他端が接地される第３抵抗Ｒ３とを有している。また、第１端子が接地され、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３との接続点に制御端子が接続される半導体スイッチング素子１１３と、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点と、半導体スイッチング素子１１３の第２端子との間に接続される第４抵抗Ｒ４と、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点に接続される出力端子１１２と、を有している。この回路では、入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを示す電圧特性線が、線形領域と非線形領域を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電圧を変換して出力するレベルシフト回路であって、
入力端子と、
前記入力端子に一端が接続する第１抵抗と、
前記第１抵抗の他端に一端が接続される第２抵抗と、
前記第２抵抗の他端に一端が接続され、他端が接地される第３抵抗と、
第１端子が接地され、前記第２抵抗と前記第３抵抗との接続点に制御端子が接続される半導体スイッチング素子と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、前記半導体スイッチング素子の第２端子との間に接続される第４抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点に接続される出力端子と、を有し、
入力電圧に対する出力電圧を示す電圧特性線が、線形領域と非線形領域を有する、
レベルシフト回路。

【請求項2】

請求項１に記載のレベルシフト回路を用いたレベル判定装置であって、
スイッチのオンまたはオフを判定するマイクロコンピュータを備え、
前記レベルシフト回路は、前記入力端子が前記スイッチに接続されるとともに、前記スイッチからの入力電圧を変換して前記マイクロコンピュータに出力し、
前記マイクロコンピュータは、前記レベルシフト回路からの出力電圧が前記マイクロコンピュータの検出電圧の範囲にある場合にオン判定をする、
レベル判定装置。

【請求項3】

請求項２に記載のレベル判定装置であって、
前記半導体スイッチング素子はトランジスタであり、
前記トランジスタは、前記レベルシフト回路の出力電圧が所定の第１閾値未満の場合にオフ状態、前記第１閾値以上且つ所定の第２閾値未満の場合に半オン状態、前記第２閾値以上の場合オン状態であり、
前記出力電圧が前記マイクロコンピュータの検出電圧の下限値となる場合において、前記トランジスタはオフ状態または半オン状態であり、
前記出力電圧が前記マイクロコンピュータの検出電圧の上限値となる場合において、前記トランジスタはオン状態である、
レベル判定装置。

【請求項4】

請求項２または３に記載のレベル判定装置であって、
前記スイッチは、車載用弱電バッテリを電力供給源とし、前記車載用弱電バッテリとともに電子ユニットを構成する、
レベル判定装置

【請求項5】

請求項２から４のいずれか一つに記載のレベル判定装置であって、
前記スイッチは、イグニッションスイッチである、
レベル判定装置。

【請求項6】

請求項５に記載のレベル判定装置であって、
前記イグニッションスイッチがオンされると、前記レベルシフト回路に信号電圧が入力される、
レベル判定装置。

【請求項7】

請求項５または６に記載のレベル判定装置であって、
前記イグニッションスイッチの信号電圧が所定の下限値を下回った場合、前記マイクロコンピュータは動作を終了し、
前記イグニッションスイッチの信号電圧が所定の上限値を上回った場合、前記マイクロコンピュータは、高電圧異常と判断する、
レベル判定装置。

【請求項8】

請求項１に記載のレベルシフト回路を用いたレベル判定方法であって、
前記入力端子はスイッチに接続され、
前記出力端子からの出力電圧が所定の範囲にある場合に前記スイッチがオンであると判定する、
レベル判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レベルシフト回路、レベル判定装置及びレベル判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の弱電システムにおいては、電圧が変動する鉛バッテリ等を信号源としたインターフェース回路が用いられている。一方、インターフェース回路からの信号を読み取るマイクロコンピュータ（マイコン）の検出電圧には閾値（上限値及び下限値）がある。通常、信号源の電圧変動範囲と、マイコンの検出電圧の範囲は一致しないため、マイコンにより信号源からの信号を読み取るには、信号源の電圧をマイコンの検出電圧の範囲に変換（レベルシフト）するインターフェースが必要となる。

【0003】

特許文献１には、集積回路（ＩＣ）を用いて入力信号をレベルシフトするインターフェース回路が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭６１－８１２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のインターフェース回路では、部品数が多く、サイズが大きくなり、コストが高くなるという問題がある。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みたものであり、低コスト且つ省スペース化を実現したレベルシフト回路、レベル判定装置及びレベル判定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によれば、入力電圧を変換して出力するレベルシフト回路が提供される。この回路は、入力端子と、入力端子に一端が接続する第１抵抗と、第１抵抗の他端に一端が接続される第２抵抗と、第２抵抗の他端に一端が接続され、他端が接地される第３抵抗とを有している。また、第１端子が接地され、第２抵抗と第３抵抗との接続点に制御端子が接続される半導体スイッチング素子と、第１抵抗と第２抵抗との接続点と、半導体スイッチング素子の第２端子との間に接続される第４抵抗と、第１抵抗と第２抵抗との接続点に接続される出力端子と、を有している。この回路では、入力電圧に対する出力電圧を示す電圧特性線が、線形領域と非線形領域を有している。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、レベルシフト回路は、半導体スイッチング素子と、複数の抵抗のみから構成される。従って、部品数が少なく、低コスト化、省スペース化が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態によるレベル判定装置を含む弱電システムの概略構成図である。

【図2】図２は、レベルシフト回路の電圧特性線を示す図である。

【図3】図３は、比較例によるレベルシフト回路の電圧特性線を示す図である。

【図4】図４は、変形例によるレベルシフト回路の電圧特性線を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

【0011】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるレベル判定装置１０を含む弱電システム１００の概略構成図である。

【0012】

弱電システム１００は、バッテリ１、スイッチ２、レベル判定装置１０等を含む。弱電システム１００は車両等に搭載され、レベル判定装置１０はスイッチ２のオンまたはオフの判定等を行う。

【0013】

バッテリ１は、車載用の弱電バッテリであり、例えば電圧が１２Ｖの鉛バッテリである。バッテリ１は、スイッチ２を介してレベル判定装置１０に接続されている。

【0014】

スイッチ２は、例えば車両のイグニッションスイッチである。スイッチ２が手動または自動でオンされると、バッテリ１からレベル判定装置１０に信号（弱電）電圧が入力される。即ち、スイッチ２は、車載用弱電バッテリであるバッテリ１を信号電力の供給源とし、バッテリ１とともに電子ユニットを構成する。

【0015】

なお、車両の（再）起動時等には、多くの電流が必要となるため、電圧降下により、バッテリ１の電圧が下がる場合がある一方、サージなどによりバッテリ１の電圧が上がる場合もある。即ち、バッテリ１の電圧は一定の範囲で変動する。例えば、本実施形態における１２Ｖの鉛バッテリは、瞬間的にではあるが６Ｖから２４Ｖまで変動し得る。

【0016】

レベル判定装置１０は、インターフェース回路としてのレベルシフト回路１１及びマイクロコンピュータ（マイコン）１２を含むエレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。

【0017】

レベルシフト回路１１は、スイッチ２からの信号の入力電圧Ｖ_ｉｎをマイコン１２の検出電圧の範囲内の電圧に変換してマイコン１２に出力する。例えば、電圧５Ｖのマイコン１２の検出電圧の範囲（閾値）が２．４Ｖから５Ｖである場合、レベルシフト回路１１は、バッテリ１からスイッチ２を介して入力される入力電圧（例えば６Ｖから２４Ｖまで変動）を２．４Ｖから５Ｖの範囲に変換して出力する。なお、レベルシフト回路１１の動作の詳細は後述する。

【0018】

マイコン１２は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲΑＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備え、レベルシフト回路１１から入力される信号を読み取り、入力信号のレベルを判定する。マイコン１２は、例えば、スイッチ２からレベルシフト回路１１を介して入力される信号のレベルがＨｉｇｈ（オン）かＬｏｗ（オフ）かを判定する。

【0019】

以上のとおり、弱電システム１００は、電圧が変動するバッテリ１を信号源としたインターフェース回路（レベルシフト回路）１１が用いられているが、インターフェース回路１１からの信号を読み取るマイコン１２の検出電圧には閾値（上限値及び下限値）がある。そして、信号源（バッテリ）１の電圧変動範囲と、マイコン１２の検出電圧の範囲は一致しないため、レベルシフト回路１１により信号源（バッテリ）１の電圧をマイコン１２の検出電圧の範囲に変換（レベルシフト）している。

【0020】

ところで、信号源の電圧をマイコンの検出電圧の範囲に変換するためのインターフェース回路を部品数の多い高価な集積回路（ＩＣ）により構成すると、サイズが大きくなり、コストが高くなる。これに対し、本実施形態のレベルシフト回路１１は、後述するように、半導体スイッチング素子（トランジスタ）１１３と、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ４のみから構成されるため、低コスト化、省スペース化が実現される。

【0021】

以下、図１及び図２を参照して、レベルシフト回路１１の構成及び動作を説明する。

【0022】

図１に示すように、レベルシフト回路１１は、入力端子１１１及び出力端子１１２と、半導体スイッチング素子１１３及び第１～第４抵抗Ｒ１～Ｒ４とから構成される。

【0023】

入力端子１１１は、一端がスイッチ２に接続され、他端は第１抵抗Ｒ１に接続されている。第１抵抗Ｒ１は、一端が入力端子１１１に接続され、他端には第２抵抗Ｒ２の一端が接続され、第２抵抗Ｒ２の他端には、第３抵抗Ｒ３の一端が接続されている。第３抵抗Ｒの他端は接地されている。また、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点は、第４抵抗Ｒ４の一端と出力端子１１２とに接続されている。

【0024】

半導体スイッチング素子１１３は、バイポーラトランジスタ（以下、トランジスタとする）であり、第１端子（エミッタ）が接地され、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３との接続点に制御端子（ベース）が接続され、第２端子（コレクタ）は第４抵抗Ｒ４に接続されている。第４抵抗Ｒ４は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点とトランジスタ１１３の第２端子（コレクタ）との間に接続されている。

【0025】

図２は、レベルシフト回路１１の入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを示す電圧特性線（以下、電圧特性線とする）を表した図である。図２の領域Ａ１はトランジスタ１１３がオフ状態の領域、Ａ２はトランジスタ１１３が半オン状態の領域、Ａ３はトランジスタ１１３がオン状態の領域である。

【0026】

レベルシフト回路１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが所定の第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}未満である領域Ａ１において、トランジスタ１１３はオフ状態である。トランジスタ１１３がオフ状態の場合、レベルシフト回路１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２及び第３抵抗Ｒ３との分圧値となる。第１～第３抵抗Ｒ１～Ｒ３の抵抗値は一定であるため、トランジスタ１１３がオフ状態の場合、図２の領域Ａ１に示すように、電圧特性線は線形となる。

【0027】

レベルシフト回路１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}以上且つ所定の第２閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ２}未満である領域Ａ２において、トランジスタ１１３は半オン状態である。トランジスタ１１３が半オン状態の場合、レベルシフト回路１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２及び第３抵抗Ｒ３、第２抵抗Ｒ２及びトランジスタ１１３のベース－エミッタ間の電圧Ｖｂｅ、第４抵抗Ｒ４及びトランジスタ１１３のコレクタ－エミッタ間の電圧Ｖｃｅのうちのインピーダンスが小さいものとの分圧値となる。

【0028】

トランジスタ１１３が半オン状態の場合、トランジスタ１１３の物性に合わせて第１～第４抵抗Ｒ１～Ｒ４を調整することで、電圧特性線は図２の領域Ａ２に示すような非線形の曲線となる。例えば、トランジスタ１１３の物性に合わせて第１抵抗Ｒ１を約３０ｋΩ、第２抵抗Ｒ２を約２０ｋΩ、第３抵抗Ｒ３を約５ｋΩ、第４抵抗Ｒ４を約１０ｋΩとすることで、図２のような非線形領域を有する電圧特性線を得られる。図２に示すように、領域Ａ２において、電圧特性線の曲線の傾きは線形の領域よりも緩やかとなる。

【0029】

レベルシフト回路１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが第２閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ２}以上である領域Ａ３において、トランジスタ１１３はオン状態である。トランジスタ１１３がオン状態の場合、レベルシフト回路１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４との分圧値となる。第１及び第４抵抗Ｒ１，Ｒ４の抵抗値は一定であるため、トランジスタ１１３がオン状態の場合、図２の領域Ａ３に示すように、電圧特性線は線形となる。

【0030】

以上のように、レベルシフト回路１１の入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを示す電圧特性線は、トランジスタ１１３がオンまたはオフ状態で線形に、半オン状態で非線形の曲線になる。即ち、本実施形態では、電圧特性線が線形領域と非線形領域を有する。

【0031】

また、レベルシフト回路１１では、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎ（即ち、バッテリ１の電圧）が、マイコン１２の検出電圧の範囲に変換されるように各抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値とトランジスタ１１３の動作が設定される。図２に示すように、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎの最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、マイコン１２の検出電圧の下限値（以下、マイコン１２の下限値とする）Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}となるように設定される。一方、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎの最大値Ｖ_{ｉｎｍａｘ}に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、マイコン１２の検出電圧の上限値（以下、マイコン１２の上限値とする）Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}または上限値Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}以下の値となるように設定される。スイッチ２からレベルシフト回路１１にＶ_{ｉｎｍｉｎ}からＶ_{ｉｎｍａｘ}までの範囲の電圧が入力されると、入力電圧Ｖ_ｉｎは、Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}からＶ_{ｏｕｔｍａｘ}の範囲の電圧に変換されてマイコン１２に出力される。Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}からＶ_{ｏｕｔｍａｘ}の範囲、即ちマイコン１２の検出電圧の範囲内の電圧が入力されると、マイコン１２は、入力信号のレベルをＨｉｇｈ（即ち、スイッチ２がオンである）と判定する。一方、Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}以上の電圧が入力されない場合、マイコン１２は入力信号のレベルをＬｏｗ（即ち、スイッチ２がオフである）と判定する。

【0032】

なお、イグニッションスイッチであるスイッチ２から入力される信号電圧がＶ_{ｉｎｍｉｎ}を下回り、マイコン１２にＶ_{ｏｕｔｍｉｎ}以上の信号電圧が入力されなくなると、マイコン１２は動作を終了し、弱電システム１００は終了シーケンスに入る。一方、イグニッションスイッチであるスイッチ２から入力される信号電圧が、Ｖ_{ｉｎｍａｘ}を超える所定の上限値を上回った場合、マイコン１２に、Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}を超える信号電圧が入力され、マイコン１２は、高電圧異常と判断する。

【0033】

ここで、入力電圧Ｖ_ｉｎが最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}の場合に、電圧特性線が非線形の曲線がなだらか（電圧特性線の傾きが緩やか）な領域にあると、入力電圧Ｖ_ｉｎが最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}付近の値を取る場合、入力電圧Ｖ_ｉｎが最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}よりも小さいまたは大きい際にも、出力電圧Ｖ_ｏｕｔはほぼマイコン１２の下限値Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}に近い値となる。入力電圧Ｖ_ｉｎの最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}はマイコン１２が信号レベルをＨｉｇｈまたはＬｏｗと判定する分岐点となるため、入力電圧Ｖ_ｉｎの最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}が電圧特性線の傾きが緩やかな非線形領域にあると、信号レベルのＨｉｇｈとＬｏｗとの切り分けが難しくなる。従って、スイッチ２のオンまたはオフの判定が難しくなり、誤判定する虞がある。これに対し、本実施形態のレベルシフト回路１１では、入力電圧Ｖ_ｉｎが最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}の場合において電圧特性線が線形の領域にくるように、トランジスタ１１３の動作が設定される。具体的には、トランジスタ１１３のオフ状態と半オン状態を切り替える第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}が、マイコン１２の下限値Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}よりも大きい値になるように設定される。これにより、入力電圧Ｖ_ｉｎが最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}の場合、出力電圧Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}は第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}未満となるため、トランジスタ１１３は必ずオフ状態となる。従って、入力電圧Ｖ_ｉｎが最小値Ｖ_{ｉｎｍｉｎ}の場合、電圧特性線は線形の領域にある。このため、スイッチ２からの信号のＨｉｇｈとＬｏｗとの切り分けが明確になり、スイッチ２のオンまたはオフの判定を容易にすることができる。従って、誤判定が防止される。

【0034】

また、信号源の電圧をマイコン１２の検出電圧の範囲に変換するためのインターフェース回路（レベルシフト回路）として、オペアンプ等を用いた場合、レベルシフト回路の入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを示す電圧特性線は、図３に示すようなリニアな特性を有する。このため、入力信号の電圧レベルを変換することは容易であるが、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変動幅は大きくなる。従って、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動幅が大きいと、入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコンの検出電圧の上限値Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}を超えてしまう虞がある。即ち、入力電圧Ｖ_ｉｎをマイコンの検出電圧の範囲に変換できなくなる虞がある。例えば、図３において、入力電圧Ｖ_ｉｎが最大値Ｖ_{ｉｎｍａｘ}の場合、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、マイコンの検出電圧の上限値Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}を大きく超えており、マイコンが判定不能に陥るか、高圧異常と判定してしまう虞がある。これに対し、本実施形態では、電圧特性線が傾きの緩やかな非線形領域を有しているため、電圧特性線が線形領域のみを有する場合に比べ、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変動幅が小さい。従って、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動が大きい場合にも、入力電圧Ｖ_ｉｎを所望の範囲の出力電圧Ｖ_ｏｕｔに変換することができる。本実施形態では、入力電圧Ｖ_ｉｎが最大値Ｖ_{ｉｎｍａｘ}の場合でも、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコン１２の検出電圧の上限値Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}を超えないように、トランジスタ１１３の半オン状態とオン状態を切り替える第２閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ２}が設定される。これにより、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎが高い場合でも、入力電圧Ｖ_ｉｎはマイコン１２の検出電圧の範囲に変換され、スイッチ２のオンまたはオフの判定を行うことができる。

【0035】

上記した第１実施形態のレベルシフト回路１１、レベル判定装置１０及びレベル判定方法によれば、以下の効果を得ることができる。

【0036】

レベルシフト回路１１は、入力端子１１１と、入力端子１１１に一端が接続する第１抵抗Ｒ１と、第１抵抗Ｒ１の他端に一端が接続される第２抵抗Ｒ２と、第２抵抗Ｒ２の他端に一端が接続され、他端が接地される第３抵抗Ｒ３とを有している。また、第１端子が接地され、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３との接続点に制御端子が接続されるトランジスタ（半導体スイッチング素子）１１３と、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点と、トランジスタ（半導体スイッチング素子）１１３の第２端子との間に接続される第４抵抗Ｒ４と、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点に接続される出力端子１１２と、を有している。そして、レベルシフト回路１１は、入力電圧Ｖ_ｉｎを変換して出力するとともに、入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを示す電圧特性線が、線形領域と非線形領域を有している。このように、入力電圧Ｖ_ｉｎを変換して出力するレベルシフト回路１１は、トランジスタ（半導体スイッチング素子）１１３と、複数の抵抗Ｒ１～Ｒ４のみから構成される。従って、部品数が少なく、低コスト化、省スペース化が実現される。

【0037】

また、レベルシフト回路１１は、電圧特性線が非線形領域を有しているため、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変動幅が、電圧特性線が線形領域のみを有する場合に比べて小さい。これにより、変動する入力電圧Ｖ_ｉｎを所望の範囲の電圧に変換して出力することができる。

【0038】

レベルシフト回路１１を用いたレベル判定方法によると、入力端子１１１はスイッチ２に接続され、出力端子１１２からの出力電圧Ｖ_ｏｕｔが所定の範囲にある場合にスイッチ２がオンであると判定する。そして、レベルシフト回路１１は電圧特性線が線形領域と非線形領域を有している。従って、電圧特性線におけるスイッチ２のＨｉｇｈ（オン）またはＬｏｗ（オフ）判定の分岐点が線形領域に来るように調整することで、スイッチ２からの信号のＨｉｇｈとＬｏｗとの切り分けが明確になり、オンまたはオフの判定を容易にすることができる。即ち、誤判定を防止することができる。

【0039】

また、レベルシフト回路１１は、電圧特性線が非線形領域を有しているため、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動幅に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変動幅を、電圧特性線が線形領域のみを有する場合に比べて小さくすることができる。このため、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動が大きい場合でも、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを所定の範囲に収めることができる。即ち、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動が大きい場合でも、スイッチ２のオンまたはオフの判定をすることができる。

【0040】

レベル判定装置１０は、スイッチ２のオンまたはオフを判定するマイコン（マイクロコンピュータ）１２を備え、レベルシフト回路１１を用いてスイッチ２の信号のレベル判定を行う。レベルシフト回路１１は、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎを変換してマイコン（マイクロコンピュータ）１２に出力し、マイコン（マイクロコンピュータ）１２は、レベルシフト回路１１からの出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコン（マイクロコンピュータ）１２の検出電圧の範囲にある場合、オン判定をする。レベルシフト回路１１は、電圧特性線が線形領域と非線形領域を有しているため、電圧特性線における入力信号のＨｉｇｈまたはＬｏｗ判定の分岐点が電圧特性線の線形領域に来るように調整することで、入力信号のＨｉｇｈとＬｏｗとの切り分けを明確にすることができる。これにより、マイコン（マイクロコンピュータ）１２によるスイッチ２のオン（Ｈｉｇｈ）またはオフ（Ｌｏｗ）の判定が容易になり、誤判定を防止することができる。

【0041】

また、レベル判定装置１０は、電圧特性線が非線形領域を有するレベルシフト回路１１を用いているため、レベルシフト回路１１の入力電圧Ｖ_ｉｎの変動に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変動幅を小さくすることができる。従って、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎの変動が大きい場合にも、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコン（マイクロコンピュータ）１２の検出電圧の上限値Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}を超えないようにレベルシフト回路１１を調整することができる。従って、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎの変動が大きい場合にも、スイッチ２のオンまたはオフの判定を行うことができる。

【0042】

レベル判定装置１０は、レベルシフト回路１１がトランジスタ１１３を含む。トランジスタ１１３は、レベルシフト回路１１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが所定の第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}未満の場合にオフ状態、第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}以上且つ所定の第２閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ２}未満の場合に半オン状態、第２閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ２}以上の場合オン状態である。そして、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコン（マイクロコンピュータ）１２の検出電圧の下限値Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}となる場合において、トランジスタ１１３はオフ状態である。即ち、トランジスタ１１３のオフ状態と半オン状態を切り替える第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}が、Ｖ_{ｏｕｔｍｉｎ}よりも大きい値になるように設定される。一方、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコン（マイクロコンピュータ）１２の検出電圧の上限値Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}となる場合において、トランジスタ１１３はオン状態である。このように、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがＶ_{ｏｕｔｍｉｎ}となる場合において、トランジスタ１１３がオフ状態になるように調整されるため、電圧特性線における入力信号のＨｉｇｈまたはＬｏｗ判定の分岐点は線形領域となる。従って、スイッチ２からの信号のＨｉｇｈとＬｏｗとの切り分けが明確になり、マイコン（マイクロコンピュータ）１２によるスイッチ２のオンまたはオフの判定が容易になる。よって、誤判定を防止することができる。

【0043】

また、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}以上且つ所定の第２閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ２}未満の場合にトランジスタ１１３は半オン状態であるため、この領域において電圧特性線は傾きの緩やかな非線形の曲線となる。即ち、この領域においては、入力電圧Ｖ_ｉｎの変動に対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変動幅が小さい。従って、トランジスタ１１３の半オン状態とオン状態を切り替える所定の第２閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ２}を適切に設定し、半オフ状態の領域を調整することで、入力電圧Ｖ_ｉｎが最大値Ｖ_{ｉｎｍａｘ}の場合でも、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコン１２の検出電圧の上限値Ｖ_{ｏｕｔｍａｘ}を超えないようにすることができる。よって、スイッチ２からの入力電圧Ｖ_ｉｎの変動が大きい場合にも、出力電圧Ｖ_ｏｕｔをマイコン１２の検出電圧の範囲に変換することができ、スイッチ２のオンまたはオフの判定を確実に行うことができる。

【0044】

なお、本実施形態においては、スイッチ２をイグニッションスイッチとしたが、スイッチ２はこれに限られない。但し、例えば、エアコンのスイッチのような、オンとオフを頻繁には切り替えることのないスイッチであることが好ましい。

【0045】

また、本実施形態においては、レベル判定装置１０を含む弱電システム１００を車載用としたが、必ずしもこれに限られず、レベル判定装置１０は車両に搭載されていなくてもよい。

【0046】

また、本実施形態においては、バッテリ１は１２Ｖの鉛バッテリとしたが、バッテリ１の種類はこれに限られない。

【0047】

また、本実施形態においては、第１抵抗Ｒ１は約３０ｋΩ、第２抵抗Ｒ２は約２０ｋΩ、第３抵抗Ｒ３は約５ｋΩ、第４抵抗Ｒ４は約１０ｋΩとしたが、各抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値はこれに限られない。各抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値は、レベルシフト回路１１の電圧特性線が線形領域と非線形領域を有し、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがマイコン１２の検出電圧の範囲に納まるように設定され、この条件を満たす範囲で如何なる値にしてもよい。

【0048】

（第１実施形態の変形例）
図４を参照して、第１実施形態の変形例によるレベル判定装置１０を説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0049】

図４は、第１実施形態の変形例によるレベルシフト回路１１の電圧特性線を示す図である。本変形例では、電圧特性線における入力信号のＨｉｇｈまたはＬｏｗ判定の分岐点がトランジスタ１１３の半オン状態の領域Ａ２にある点が第１実施形態と異なる。

【0050】

図１及び図４に示すように、レベルシフト回路１１の入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを示す電圧特性線はトランジスタ１１３がオフまたはオン状態の領域Ａ１，Ａ３において線形的な特性を有し、トランジスタ１１３が半オン状態の領域Ａ２において非線形的な特性を有している。但し、トランジスタ１１３が半オン状態の領域Ａ２においても、トランジスタ１１３がオフ状態の領域Ａ１に近い部分では、電圧特性線がほぼ線形的な特性を有している。即ち、出力電圧Ｖ_ｏｕｔがトランジスタ１１３のオフ状態と半オン状態を切り替える第１閾値Ｖ_{ｏｕｔｔｈ１}よりも大きくなっても、電圧特性線はある程度まではほぼ線形的な特性を有している。

【0051】

本変形例では、電圧特性線における入力信号のＨｉｇｈまたはＬｏｗ判定の分岐点がトランジスタ１１３の半オン状態の領域Ａ２内のほぼ線形的な領域に来るようにレベルシフト回路１１を調整している。このように、入力信号のＨｉｇｈまたはＬｏｗ判定の分岐点がトランジスタ１１３の半オン状態の領域Ａ２内にあっても、電圧特性線がほぼ線形的である部分にあれば、スイッチ２からの信号のＨｉｇｈとＬｏｗとの切り分けは明確である。従って、マイコン１２はオンまたはオフの判定を容易にすることができ、誤判定が防止される。

【0052】

なお、いずれの実施形態においても、レベルシフト回路１１は半導体スイッチング素子１１３としてバイポーラトランジスタを用いているが、必ずしもこれに限られない。即ち、電圧特性線が線形領域と非線形領域を有するように設定できれば、これ以外の半導体スイッチング素子を用いてレベルシフト回路１１を組んでもよい。例えば、半導体スイッチング素子１１３は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどであってもよい。

【0053】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0054】

上記した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１、バッテリ，２、スイッチ，１０、レベル判定装置，１１、レベルシフト回路，１２、マイクロコンピュータ（マイコン），１１１、入力端子，１１２、出力端子，１１３、トランジスタ（半導体スイッチング素子），１００、弱電システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】