特表 2024-505536 バッテリースイッチ駆動回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-06

(54)【発明の名称】バッテリースイッチ駆動回路

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/693 20060101AFI20240130BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240130BHJP

   H03K 17/689 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

H03K17/693 D

H02J7/00 303C

H03K17/689

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023546133

(86)(22)【出願日】2022-01-24

(85)【翻訳文提出日】2023-07-28

(86)【国際出願番号】 KR2022001262

(87)【国際公開番号】W WO2022164164

(87)【国際公開日】2022-08-04

(31)【優先権主張番号】10-2021-0012390

(32)【優先日】2021-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517099982

【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100159259

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 実

(72)【発明者】

【氏名】チェ ヒョン チュン

(72)【発明者】

【氏名】キム ウイ チョン

【テーマコード（参考）】

5G503

5J055

【Ｆターム（参考）】

5G503AA04

5G503BA02

5G503BB01

5G503BB05

5G503GB03

5J055AX44

5J055AX52

5J055AX53

5J055AX66

5J055BX01

5J055CX23

5J055DX13

5J055DX22

5J055DX54

5J055EX04

5J055EX07

5J055EY01

5J055EY10

5J055EY12

5J055EY28

5J055EZ16

5J055EZ18

5J055EZ23

5J055EZ52

5J055EZ54

5J055EZ57

5J055GX01

5J055GX02

5J055GX04

5J055GX05

(57)【要約】

本発明の一実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路は、第１バッテリー入力端と第２バッテリー入力端、前記第１バッテリー入力端と前記第２バッテリー入力端との間に位置するコンバータ、前記第２バッテリー入力端と前記コンバータの間に位置して、オフ時前記第２バッテリー入力端の電源入力を遮断する第１スイッチ、および前記第１スイッチをターンオンさせるというスイッチ駆動部を含むものの、前記スイッチ駆動部は、ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチのオンオフに応じて充放電される第１キャパシタ、および前記第１キャパシタに充電される電圧によって前記第２スイッチのオンオフに応じて充電されて前記第１スイッチをターンオンさせるという第２キャパシタを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１バッテリー入力端と第２バッテリー入力端と、
前記第１バッテリー入力端と前記第２バッテリー入力端との間に位置するコンバータと、
前記第２バッテリー入力端と前記コンバータとの間に位置し、オフ時に前記第２バッテリー入力端の電源入力を遮断する第１スイッチと、
前記第１スイッチをターンオンさせるスイッチ駆動部を含み、
前記スイッチ駆動部は、
ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチのオンオフに応じて充放電される第１キャパシタと、
前記第１キャパシタに充電される電圧によって前記第２スイッチのオンオフに応じて充電されて前記第１スイッチをターンオンさせる第２キャパシタを含むことを特徴とするバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項2】

前記第１キャパシタは、
一端が前記第１バッテリー入力端と接続され、他端が前記第２スイッチと接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項3】

前記第１キャパシタは、第１抵抗および第１ダイオードを介して前記第１バッテリー入力端と接続されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項4】

前記第１キャパシタは、
一端が前記第２キャパシタの一端と接続され、他端が前記第２キャパシタの他端と接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項5】

前記第１キャパシタの他端は、第２抵抗および第２ダイオードを介して前記第２キャパシタの他端と接続され、
前記第１キャパシタの一端は、第３抵抗および第３ダイオードを介して前記第２キャパシタの一端と接続されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項6】

前記第２キャパシタは、
一端が前記第１スイッチのゲートと接続され、他端がソースと接続され、前記第１スイッチのゲート閾値以上充電されると、前記第１スイッチがターンオンされることを特徴とする請求項１に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項7】

前記第１キャパシタは、
一端がシステム電源入力端または前記第２バッテリー入力端と接続され、他端が前記第２スイッチと接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項8】

前記第１キャパシタの一端が、前記第２バッテリー入力端と接続時に、前記第２バッテリー入力端から入力される電圧を第１バッテリー電圧にクランピングするクランピング回路を含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項9】

オプトカプラおよび第４抵抗を介して前記第１バッテリー入力端と接続され、第１スイッチオフ信号に応じてオンオフされる第３スイッチを含み、
前記オプトカプラは、
前記第２キャパシタと閉ループを形成して、前記第３スイッチがターンオン時に動作して前記第２キャパシタの電圧を放電することを特徴とする請求項１に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項10】

第１バッテリー入力端と第２バッテリー入力端と、
前記第１バッテリー入力端と前記第２バッテリー入力端との間に位置するコンバータと、
前記第２バッテリー入力端と前記コンバータとの間に位置し、オフ時に互いに反対方向への電源入力を遮断する第４スイッチと第５スイッチと、
前記第４スイッチおよび第５スイッチをターンオンさせるスイッチ駆動部を含み、
前記スイッチ駆動部は、
ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチのオンオフに応じて充放電される第１キャパシタと、
前記第１キャパシタに充電される電圧によって前記第２スイッチのオンオフに応じて充電されて前記第３スイッチまたは前記第４スイッチをターンオンさせる第２キャパシタを含むことを特徴とするバッテリースイッチ駆動回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリースイッチ駆動回路に関し、より具体的にスイッチおよびキャパシタ、ダイオードを利用して、バッテリースイッチを駆動するバッテリースイッチ駆動回路に関する発明である。

【背景技術】

【0002】

近年、一つのバッテリーではなく複数のバッテリーを利用して、状況に応じて特定バッテリーを利用するバッテリー応用分野が多くなっている。例えば、自動車、自動化機器、医療機器、ロボットなど様々な分野に適用されている。

【0003】

図１は、４８Ｖバッテリーと１２Ｖバッテリーを使用するシステムであり、ＤＣ－ＤＣコンバータを介して１２Ｖバッテリーを利用して４８Ｖバッテリーを充電したり、４８Ｖバッテリーを利用して１２Ｖバッテリーを充電することができる。１２Ｖバッテリーを利用する場合、４８Ｖバッテリーの接続を解除（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）してアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）させるために、半導体スイッチ（ＦＥＴ、ＩＧＢＴ）を利用することができる。

【0004】

高電圧であるハイサイド（Ｈｉｇｈ Ｓｉｄｅ）に位置した半導体スイッチをオンオフするために、半導体スイッチを駆動するためのハイサイドスイッチドライバーが必要で、図１のように、絶縁トランスを適用したｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ方式で半導体スイッチのゲート電源を作り、その電源でスイッチをターン－オンすることができる。

【0005】

このようなハイサイド半導体スイッチ駆動のための回路は、ＰＷＭ信号を増幅するバッファー（ｂｕｆｆｅｒ）および絶縁のためのトランスが必要で、これにより、製品価格上昇および製品サイズが大きくなる短所がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする技術的課題は、スイッチおよびキャパシタ、ダイオードを利用して、バッテリースイッチを駆動するバッテリースイッチ駆動回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記技術的課題を解決するために、本発明の一実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路は、第１バッテリー入力端と第２バッテリー入力端と、前記第１バッテリー入力端と前記第２バッテリー入力端との間に位置するコンバータと、前記第２バッテリー入力端と前記コンバータとの間に位置し、オフ時に前記第２バッテリー入力端の電源入力を遮断する第１スイッチと、前記第１スイッチをターンオンさせるスイッチ駆動部を含み、前記スイッチ駆動部は、ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチのオンオフに応じて充放電される第１キャパシタと、前記第１キャパシタに充電される電圧によって前記第２スイッチのオンオフに応じて充電され前記第１スイッチをターンオンさせる第２キャパシタを含む。

【0008】

また、前記第１キャパシタは、一端が前記第１バッテリー入力端と接続されて、他端が前記第２スイッチと接続されてもよい。

【0009】

また、前記第１キャパシタは、第１抵抗および第１ダイオードを介して前記第１バッテリー入力端と接続されてもよい。

【0010】

また、前記第１キャパシタは、一端が前記第２キャパシタの一端と接続され、他端が前記第２キャパシタの他端と接続されてもよい。

【0011】

また、前記第１キャパシタの他端は、第２抵抗および第２ダイオードを介して前記第２キャパシタの他端と接続され、前記第１キャパシタの一端は、第３抵抗および第３ダイオードを介して前記第２キャパシタの一端と接続されてもよい。

【0012】

また、前記第２キャパシタは、一端が前記第１スイッチのゲートと接続され、他端がソースと接続され、前記第１スイッチのゲート閾値以上充電されると、前記第１スイッチがターンオンできる。

【0013】

また、前記第１キャパシタは、一端が、システム電源入力端または前記第２バッテリー入力端と接続され、他端が、前記第２スイッチと接続されてもよい。

【0014】

また、前記第１キャパシタの一端が、前記第２バッテリー入力端と接続時、前記第２バッテリー入力端から入力される電圧を第１バッテリー電圧にクランピングするクランピング回路を含むことができる。

【0015】

また、オプトカプラおよび第４抵抗を介して前記第１バッテリー入力端と接続され、第１スイッチオフ信号に応じてオンオフされる第３スイッチを含み、前記オプトカプラは、前記第２キャパシタと閉ループを形成し、前記第３スイッチがターンオン時動作して前記第２キャパシタの電圧を放電することができる。

【0016】

前記技術的課題を解決するために、本発明の他の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路は、第１バッテリー入力端と、前記第１バッテリー入力端と入力されるバッテリー電圧が異なる第２バッテリー入力端と、前記第１バッテリー入力端と前記第２バッテリー入力端との間に位置するコンバータと、前記第２バッテリー入力端と前記コンバータとの間に位置して、オフ時に互いに反対方向への電源入力を遮断する第４スイッチと第５スイッチと、前記第４スイッチおよび第５スイッチをターンオンさせるスイッチ駆動部を含み、前記スイッチ駆動部は、ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチのオンオフに応じて充放電される第１キャパシタと、前記第１キャパシタに充電される電圧によって前記第２スイッチのオンオフに応じて充電されて前記第４スイッチまたは前記第５スイッチをターンオンさせる第２キャパシタを含む。

【発明の効果】

【0017】

本発明の実施例によれば、スイッチ、キャパシタ、およびダイオードを利用して、半導体スイッチを駆動することによって、価格およびサイズの側面で有利である。また、バックツーバック（Ｂａｃｋ－ｔｏ－Ｂａｃｋ）で構成が可能で、必要に応じて速くスイッチをターンオフすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の比較実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路を図示したものである。

【図2】本発明の一実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路のブロック図である。

【図3】本発明の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路のブロック図である。

【図4】本発明の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路の回路図である。

【図5】図４の実施例の動作を説明するための図面である。

【図6】図４の実施例の動作を説明するための図面である。

【図7】図４の実施例の動作を説明するための図面である。

【図8】図４の実施例の動作を説明するための図面である。

【図9】本発明の他の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路の回路図である。

【図10】図９の実施例の動作を説明するための図面である。

【図11】図９の実施例の動作を説明するための図面である。

【図12】本発明のさらに他の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路の回路図である。

【図13】図１２の実施例の動作を説明するための図面である。

【図14】図１２の実施例の動作を説明するための図面である。

【図15】図１２の実施例の動作を説明するための図面である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

【0020】

但し、本発明の技術思想は、説明される一部の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現することができ、本発明の技術思想の範囲内であれば、実施例間でその構成要素のうちの一つ以上を選択的に結合または置換して使用することができる。

【0021】

また、本発明の実施例で使用される用語（技術および科学的用語を含む）は、明らかに特別に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に一般的に理解できる意味と解釈することができ、予めに定義された用語のように一般的に使用される用語は、関連技術の文脈上の意味を考慮してその意味を解釈することができるであろう。

【0022】

また、本発明の実施例で使用された用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。

【0023】

本明細書において、単数形は文面で特に言及しない限り複数形も含むことができ、「Ａおよび（と）Ｂ、Ｃの少なくとも一つ（または一個以上）」と記載される場合、Ａ、Ｂ、Ｃで組み合わることができるすべての組み合わせの中の一つ以上を含むことができる。

【0024】

また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）等の用語を用いることができる。このような用語は、その構成要素を別の構成要素と区別するためのものだけであって、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などに限定されない。

【0025】

なお、ある構成要素が別の構成要素に「連結」、「結合」、または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその別の構成要素に直接的に「連結」、「結合」、または「接続」される場合だけでなく、その構成要素とその別の構成要素の間にあるさらに別の構成要素によって「連結」、「結合」、または「接続」される場合も含むことができる。

【0026】

また、各構成要素の「上（の上）」または「下（の下）」に形成または配置されると記載される場合、「上（の上）」または「下（の下）」は、二つの構成要素が互いに直接接触する場合だけでなく、一つ以上のさらに別の構成要素が二つの構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上（の上）」または「下（の下）」で表現される場合、一つの構成要素を基準に上側方向だけでなく下側方向の意味も含まれることができる。

【0027】

図２は、本発明の一実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路のブロック図である。

【0028】

本発明の一実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路１００は、第１バッテリー入力端１１０、第２バッテリー入力端１２０、コンバータ１３０、第１スイッチ１４０、スイッチ駆動部１５０で構成され、第２スイッチ１５１、第１キャパシタ１５２、第２キャパシタ１５３、各構成の間に接続される抵抗およびダイオードを含むことができる。

【0029】

第１バッテリー入力端１１０は、第１バッテリー電圧を有する第１バッテリー（図示せず）と接続され、第１バッテリー電圧の入力を受けたり、第１バッテリーに電圧を出力して第１バッテリーを充電することができる。第２バッテリー入力端１２０は、第１バッテリー入力端１１０と入力されるバッテリー電圧が異なる第２バッテリー電圧を有する第２バッテリー（図示せず）と接続され、第２バッテリー電圧の入力を受けたり、第２バッテリーに電圧を出力して第２バッテリーを充電することができる。ここで、第１バッテリーは、低電圧バッテリー、例えば１２Ｖバッテリーであってもよく、第１バッテリーは、高電圧バッテリー、例えば４８Ｖバッテリーでありうる。または、第１バッテリーが高電圧バッテリーで、第２バッテリーが低電圧バッテリーであるか、互いに同じ電圧を有するバッテリーであってもよい。

【0030】

コンバータ１３０は、第１バッテリー入力端１１０と第２バッテリー入力端１２０との間に位置し、第１バッテリー入力端１１０に入力される第１バッテリー電圧を第２バッテリー電圧に変換して、第２バッテリー入力端１２０に出力したり、第２バッテリー入力端１２０に入力される第２バッテリー電圧を第１バッテリー電圧に変換して、第１バッテリー入力端１１０に出力することができる。コンバータ１３０は、複数のスイッチおよびインダクタで構成される両方向コンバータであってもよく、コンバータを介して、互いに異なるバッテリー間に充電を行うことができる。

【0031】

第１スイッチ１４０は、前記第２バッテリー入力端と前記コンバータとの間に位置し、オフ時に前記第２バッテリー入力端１２０の電源入力を遮断する。第２バッテリー入力端１２０に接続される第２バッテリー電圧が、第１バッテリー入力端１１０に接続される第１バッテリー電圧より大きくてもよく、第２バッテリー電圧の入力を受けて、コンバータ１３０を介して第１バッテリー電圧に変換して第１バッテリー入力端１１０に接続された第１バッテリーを充電したり、第１バッテリーから電源の提供を受ける装置に電源を供給することができる。第２バッテリー電圧の入力を受けて利用する状況で、第１スイッチ１４０は、ターンオンさせて、それ以外には、第２バッテリー電圧が第１バッテリーに印加されないように第１スイッチ１４０をターンオフする。第１スイッチ１４０がオフされると、第２バッテリー入力端１２０の電源入力を遮断解除（Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）することができる。

【0032】

スイッチ駆動部１５０は、第１スイッチ１４０をターンオンさせる。第１スイッチ１４０がオンオフされるためには、第１スイッチ１４０に駆動電源を供給すべきで、スイッチ駆動部１５０は、第１スイッチ１４０に駆動電源を供給してターンオンさせる。

【0033】

スイッチ駆動部は、図３のように、第２スイッチ１５１、第１キャパシタ１５２および第２キャパシタ１５３を含むことができる。ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチ１５１のオンオフに応じて充放電される第１キャパシタ１５２、および第１キャパシタ１５２に充電される電圧によって、第２スイッチ１５１のオンオフに応じて充電される第２キャパシタ１５３を含むことができる。

【0034】

第１キャパシタ１５２は、一端が前記第１バッテリー入力端１１０と接続され、他端が前記第２スイッチ１５１と接続されてもよい。第２スイッチ１５１が、ＰＷＭ信号によってターンオンされると、第１バッテリー入力端１１０、第１キャパシタ１５２、および第２スイッチ１５１に電流が流れる経路が接続され、第１キャパシタ１５２は、第１バッテリー入力端１１０から流れる電流によって充電されることができる。ここで、第１キャパシタ１５２は、第１抵抗（Ｒ１）および第１ダイオード（Ｄ１）を介して前記第１バッテリー入力端１１０と接続されてもよい。第１抵抗（Ｒ１）を介して電流が流れるようにすることができ、第１ダイオード（Ｄ１）を介して第２スイッチ１５１がターンオフ時、逆方向に電流が流れるのを防止することができる。

【0035】

第１キャパシタ１５２は、一端がシステム電源入力端（図示せず）または前記第２バッテリー入力端１２０と接続され、他端が前記第２スイッチ１５１と接続されてもよい。第１キャパシタ１５２は、図３のように、第１バッテリー入力端１１０と連結されず、システム電源入力端または第２バッテリー入力端１２０と接続され、システム電源入力端または第２バッテリー電圧を介して充電されることができる。ここで、前記第１キャパシタ１５２の一端が、前記第２バッテリー入力端１２０と接続時、前記第２バッテリー入力端１２０から入力される電圧を第１バッテリー電圧にクランピングするクランピング回路（図示せず）を含むことができる。先に説明したように、第２バッテリーは、ハイサイドで高電圧であってもよく、高電圧を利用する場合、素子の正格電圧の大きさなどが大きくなければならないため、高電圧を利用する場合、第２バッテリー電圧を第１バッテリー電圧または予め設定された電圧に下げるクランピング回路を形成することができる。クランピング回路を介して、高電圧の入力を受けるが、低電圧でバッテリースイッチ駆動回路を駆動できるため、低価の素子を利用して回路の実現が可能である。

【0036】

第１キャパシタ１５２は、一端が前記第２キャパシタ１５３の一端と接続され、他端が前記第２キャパシタ１５３の他端と接続されてもよい。第２スイッチ１５１が、ＰＷＭ信号によってターンオフされると、第２スイッチ１５１に電流が流れる経路は切れて、第１キャパシタ１５２と第２キャパシタ１５３は互いに閉ループを形成する。これにより、第１キャパシタ１５２に充電された電圧が、第２キャパシタ１５３を充電することになる。ここで、前記第１キャパシタ１５２の他端は、第２抵抗（Ｒ２）および第２ダイオード（Ｄ２）を介して前記第２キャパシタ１５３の他端と接続され、前記第１キャパシタ１５２の一端は、第３抵抗（Ｒｇ）および第３ダイオード（Ｄ３）を介して前記第２キャパシタ１５３一端と接続されてもよい。第２抵抗（Ｒ２）および第３抵抗（Ｒｇ）を介して電流が流れるようにすることができ、第２ダイオード（Ｄ２）および第３ダイオード（Ｄ３）を介して第１キャパシタ１５２が第２キャパシタ１５３を充電する方向に電流が流れるようにすることができる。

【0037】

第１スイッチ１４０は、ＭＯＳＦＥＴであってもよく、第２キャパシタ１５３は、一端が前記第１スイッチ１４０のゲートと接続され、他端がソースと接続され、前記第１スイッチ１４０のゲート閾値以上充電されると、前記第１スイッチ１４０がターンオンすることができる。第２キャパシタ１５３の両端は、第１スイッチ１４０のゲート端およびソース端にそれそれ接続されてもよい。即ち、第２キャパシタ１５３に充電される電圧は、第１スイッチ１４０のゲート－ソース電圧になる。第１スイッチ１４０は、ゲート－ソース電圧が閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えると、ターンオンされるが、第２キャパシタ１５３に充電される電圧が閾値以上になると、第１スイッチ１４０がターンオンされる。

【0038】

前記のように、スイッチ、キャパシタ、ダイオード、および抵抗だけを利用してバッテリースイッチを駆動することができ、価格およびサイズの側面で有利なバッテリースイッチ駆動回路を実現することができる。

【0039】

図４は、本発明の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路の回路図である。第１バッテリー入力端には、１２Ｖバッテリー（Ｂａｔｔｅｒｙ １２Ｖ）が接続され、第２バッテリー入力端には、４８Ｖバッテリー（Ｂａｔｔｅｒｙ ４８Ｖ）が接続されてもよい。コンバータは、ＤＣ－ＤＣコンバータ（ＤＣ－ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で、二つのスイッチ（Ｑ１、Ｑ２）およびインダクタ（Ｌ）で形成される両方向コンバータでありうる。第１スイッチ（ＳＷ１）は、４８ＶバッテリーとＤＣ－ＤＣコンバータとの間に形成される。第１スイッチ（ＳＷ１）を駆動するスイッチ駆動部は、図４のように、ＰＷＭ信号によって動作する第２スイッチ（ＳＷ２）、第１抵抗（Ｒ１）および第１ダイオード（Ｄ１）を介して１２Ｖバッテリーと接続される第１キャパシタ（Ｃ１）、第１キャパシタ（Ｃ１）と両端が接続される第２キャパシタ（Ｃｇ）を含み、第１キャパシタ（Ｃ１）と第２キャパシタ（Ｃｇ）は、第２抵抗（Ｒ２）と第２ダイオード（Ｄ２）、および第３抵抗（Ｒｇ）と第２ダイオード（Ｄ３）を介して接続されてもよい。第２キャパシタ（Ｃｇ）の両端は、第１スイッチ（ＳＷ１）のゲートおよびソースに接続され、第２キャパシタ１５３の他端は、ＤＣ－ＤＣコンバータと接続されてもよい。

【0040】

図４のバッテリースイッチ駆動回路は、ＰＷＭ信号に応じて図５および図６のように動作することができる。

【0041】

第１スイッチ（ＳＷ１）がオフにされている状態では、ＤＣ－ＤＣコンバータのＱ１、Ｌを介して１２Ｖバッテリー電圧が第１スイッチ（ＳＷ１）ソース（ｓｏｕｒｃｅ）に印加されて第１スイッチ（ＳＷ１）ソース電圧は１２Ｖ－Ｖ_ｆ，Ｑ１になる。第１スイッチ（ＳＷ１）をターンオンするために、第２スイッチ（ＳＷ２）ゲートにＰＷＭ信号を印加すると、第２スイッチ（ＳＷ２）はオンオフｏｎ／ｏｆｆを繰り返すことになる。

【0042】

第２スイッチ（ＳＷ２）が、ＰＷＭ信号によってターンオンされると、第１ダイオード（Ｄ１）、第１抵抗（Ｒ１）経路（Ｐ１）を介して、１２Ｖバッテリー電圧が第１キャパシタ（Ｃ１）を充電することになる。この時、第１キャパシタ（Ｃ１）の電圧は、次のように上昇することになる。

【0043】

【数1】

【0044】

また、ＤＣ－ＤＣコンバータ（Ｌ、Ｑ１）、第２抵抗（Ｒ２）、第２ダイオード（Ｄ２）、第２スイッチ（ＳＷ２）経路（Ｐ２）を介して次の式のように漏洩電流（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）が流れるようになり、この値は損失となるため、第２抵抗（Ｒ２）値を適当に大きい値に選定しなければならない。

【0045】

【数2】

【0046】

ここで、第２抵抗（Ｒ２）の大きさは、バッテリー装置乃至システムで許容する漏洩電流許容値に応じて設定されることができ、使用者によって設定されることができる。第２抵抗（Ｒ２）の大きさは、第１抵抗（Ｒ１）および第３抵抗（Ｒｇ）よりも大きく設定されてもよい。

【0047】

図６のように、第２スイッチ（ＳＷ２）が、ＰＷＭ信号によってターン－オフ状態になると、第１キャパシタ（Ｃ１）の電圧は、１２Ｖバッテリー電圧よりも大きくなり、第１ダイオード（Ｄ１）はｏｆｆ状態となる。

【0048】

【数3】

【0049】

第１キャパシタ（Ｃ１）に充電された電圧は、第３ダイオード（Ｄ３）、第３抵抗（Ｒｇ）、第２キャパシタ（Ｒｇ）、第２抵抗（Ｒ２）、第２ダイオード（Ｄ２）経路（Ｐ３）を介して第２キャパシタ（Ｃｇ）を充電するよいになり、第２キャパシタ（Ｃｇ）に電圧が充電されて第１スイッチ（ＳＷ１）がターンオンされる。

【0050】

第２スイッチ（ＳＷ２）が、ＰＷＭ信号によってオン／オフを繰り返すと、第２スイッチ（ＳＷ２）がオンになっている状態で第１キャパシタ（Ｃ１）を充電して、第２スイッチ（ＳＷ２）がオフになっている状態では、第１キャパシタ（Ｃ１）に充電された電圧で第２キャパシタ（Ｃｇ）を充電して、第１スイッチ（ＳＷ１）のゲート電圧は上昇し、結局、第２キャパシタ（Ｃｇ）の両端電圧は下記のようになる。

【0051】

【数4】

【0052】

第２キャパシタ（Ｃｇ）の両端電圧が、第１スイッチ（ＳＷ１）のゲートの閾値以上になると、第１スイッチ（ＳＷ１）がターンオンされ、第１スイッチ（ＳＷ１）のソース電圧は、１２Ｖバッテリー電圧から４８Ｖバッテリー電圧に上昇する。

【0053】

図７は、図４のシミュレーションを行った回路で、図８は、シミュレーション結果を示したものである。シミュレーション結果、ＰＷＭ信号が印加されて第１スイッチ（ＳＷ１）のゲート－ソース電圧（ＳＷ１＿Ｖｇｓ）が充電され始め、その電圧が第１スイッチ（ＳＷ１）ゲートの閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以上になると、第１スイッチ（ＳＷ１）がオンになり、第１スイッチ（ＳＷ１）のソース電圧（ＳＷ１＿ｓｏｕｒｃｅ）は１２Ｖバッテリー電圧から４８Ｖバッテリー電圧に上昇することを確認することができる。

【0054】

第１バッテリー入力端１１０とコンバータ１３０との間に位置し、オフ時に第２バッテリー入力端１２０の電源入力を遮断する第１スイッチ１４０が代わりに第１バッテリー入力端１１０とコンバータ１３０との間に位置し、オフ時に互いに反対方向への電源入力を遮断する第４スイッチと第５スイッチを含むことができる。この時、スイッチ駆動部１５０は、第４スイッチおよび第５スイッチをターンオンさせることができる。第１スイッチ１４０でなく両方向電源入力を遮断できる第４スイッチおよび第５スイッチを利用することで、スイッチ構造をバックツーバック（Ｂａｃｋ－ｔｏ－Ｂａｃｋ）構造で実現することができる。ここで、バックツーバック構造は、両方向信号入力を遮断する構造を意味する。スイッチ駆動部１５０の第２キャパシタ１５３は、第４スイッチおよび第５スイッチで形成されるバックツーバック構造スイッチのゲートおよびドレーンに接続されて、先に説明したように、第４スイッチおよび第５スイッチをターンオンすることができる。

【0055】

図９は、本発明の他の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路の回路図で、二つのスイッチを互いに反対方向に接続することによって、バックツーバック構造でバッテリースイッチを実現することができる。図９のバッテリースイッチ駆動回路は、図４のバッテリースイッチ駆動回路のように、第２スイッチ（ＳＷ２）にＰＷＭ信号が印加されると、第１キャパシタ（Ｃ１）が充電され、第２キャパシタ（Ｃｇ）が充電されて第４スイッチおよび第５スイッチがターンオンして動作する。

【0056】

図１０は、図９のシミュレーションを行った回路で、図１１は、シミュレーション結果を示したものである。シミュレーション結果、ＰＷＭ信号が印加されて第４スイッチおよび第５スイッチのバックツーバック構造のスイッチＳＷ１のゲート－ソース電圧（ＳＷ１＿Ｖｇｓ）が充電され始め、その電圧が第１スイッチ（ＳＷ１）ゲートの閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以上になると、第１スイッチ（ＳＷ１）がオンになって第１スイッチ（ＳＷ１）のドレーン電圧（ＳＷ１＿ｄｒａｉｎ）は、１２Ｖバッテリー電圧から４８Ｖバッテリー電圧に上昇することを確認することができる。

【0057】

第１スイッチ（ＳＷ１）がオンされた状態で、第１スイッチ（ＳＷ１）をターンオフするためには、第２キャパシタ（Ｃｇ）に充電された電圧が放電されるべきであるが、第１スイッチ（ＳＷ１）を緊急時などに速くターンオフできるようにスイッチオフ回路を含むことができる。

【0058】

これのために、オプトカプラおよび第４抵抗（Ｒ３）を介して前記第１バッテリー入力端と接続され、第１スイッチオフ信号に応じてオンオフされる第３スイッチ（ＳＷ３）を含み、前記オプトカプラは、前記第２キャパシタ１５３と閉ループを形成するが、前記第３スイッチ（ＳＷ３）がターンオン時に動作して前記第２キャパシタ１５３の電圧を放電することができる。ここで、オプトカプラ（Ｏｐｔｏｃｏｕｐｌｅｒ）は、光によって動作するスイッチで、電流が流れると光を放出する発光ダイオードと発光ダイオードから放出される光によってターンオンされるスイッチで構成される。第１スイッチオフ信号が、第３スイッチ（ＳＷ３）のゲートに印加されると、第３スイッチ（ＳＷ３）がターンオンされ、オプトカプラの発光ダイオードで光が放出されてオプトカプラが動作し、第２キャパシタ１５３と閉ループを形成して第２キャパシタ１５３に充電された電圧を速く放電させて第１スイッチ１４０を速くターンオンすることができる。

【0059】

図１２は、本発明のさらに他の実施例に係るバッテリースイッチ駆動回路の回路図で、第１スイッチ（ＳＷ１）を速くターンオンフさせることができる。図１２のバッテリースイッチ駆動回路は、第１スイッチ（ＳＷ１）をターンオン時に、図４のバッテリースイッチ駆動回路のように動作するが、第１スイッチ（ＳＷ１）をターンオフさせる時には、図１３のように、スイッチオフ回路を駆動する。第３スイッチ（ＳＷ３）に第１スイッチオフ信号（Ｓｗｉｔｃｈ－ｏｆｆ）が印加されると、第３スイッチ（ＳＷ３）がターンオンされ、１２Ｖバッテリー電圧、オプトカプラの発光ダイオード、第４抵抗（Ｒ３）経路（Ｐ４）により、オプトカプラがターンオンされる。第３抵抗（Ｒｇ）は、第５抵抗（Ｒｇ１）および第６抵抗（Ｒｇ２）を含むことができ、オプトカプラがターンオンされると、オプトカプラ、第５抵抗（Ｒｇ１）、第２キャパシタ（Ｃｇ）経路（Ｐ５）により、第２キャパシタ（Ｃｇ）が速く放電され、それにより第１スイッチ（ＳＷ１）が速くターンオフされる。ここで、放電される第２キャパシタ（Ｃｇ）の電圧は次のとおりである。

【0060】

【数5】

【0061】

図１４は、図１２のシミュレーションを行った回路で、図１５は、シミュレーション結果を示したものである。シミュレーション結果、第１スイッチオフ信号（Ｓｗｉｔｃｈ－ｏｆｆ）が印加されて第３スイッチがターンオンされると、オプトカプラがターンオンされ、第１スイッチ（ＳＷ１）のゲート－ソース電圧（ＳＷ１＿Ｖｇｓ）が放電され始め、その電圧が第１スイッチ（ＳＷ１）ゲートの閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）未満になると、第１スイッチ（ＳＷ１）がターンオフされ、第１スイッチ（ＳＷ１）のソース電圧（ＳＷ１＿ｓｏｕｒｃｅ）は、４８Ｖバッテリー電圧から１２Ｖバッテリー電圧に下降することを確認することができる。

【0062】

前記のように、キャパシタ、ダイオード、抵抗、スイッチでバッテリースイッチ駆動回路を実現することで、ハイサイドスイッチ（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ ｓｗｉｔｃｈ）をオンオフすることができる。また、本発明の実施例に他のバッテリースイッチ駆動回路を使用してバックツーバック（Ｂａｃｋ－ｔｏ－Ｂａｃｋ）で構成されたスイッチをオンオフすることができ、その他様々な種類の半導体スイッチ（ＦＥＴ、ＩＧＢＴなど）のオンオフをすることができる。また、スイッチオフ回路を介してバッテリースイッチを速くターンオフすることができる。

【0063】

本実施例と関連する技術分野において通常の知識を有する者は、前記の記載の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で実現することができることを理解できるであろう。従って、開示された方法は限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されるべきである。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等の範囲内にあるすべての差異点は、本発明に含まれるものと解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１バッテリー入力端と、
第２バッテリー入力端と、
前記第１バッテリー入力端と前記第２バッテリー入力端との間に位置するコンバータと、
前記第２バッテリー入力端と前記コンバータとの間に位置し、オフ時に前記第２バッテリー入力端の電源入力を遮断する第１スイッチと、
前記第１スイッチをターンオンさせるスイッチ駆動部と、を含み、
前記スイッチ駆動部は、
ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチのオンオフに応じて充放電される第１キャパシタと、
前記第１キャパシタに充電される電圧によって前記第２スイッチのオンオフに応じて充電されて前記第１スイッチをターンオンさせる第２キャパシタと、を含み、
前記第１キャパシタは、一端が前記第２キャパシタの一端と接続され、他端が前記第２キャパシタの他端と接続されることを特徴とする、バッテリースイッチ駆動回路。

【請求項2】

前記第１キャパシタは、一端が前記第１バッテリー入力端と接続され、他端が前記第２スイッチと接続されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項3】

前記第１キャパシタは、第１抵抗および第１ダイオードを介して前記第１バッテリー入力端と接続されることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項4】

前記第１キャパシタの他端は、第２抵抗および第２ダイオードを介して前記第２キャパシタの他端と接続されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項5】

前記第１キャパシタの一端は、第３抵抗および第３ダイオードを介して前記第２キャパシタの一端と接続されることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項6】

前記第２キャパシタは、一端が前記第１スイッチのゲートと接続され、他端がソースと接続され、前記第１スイッチのゲート閾値以上充電されると、前記第１スイッチがターンオンされることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項7】

前記第１キャパシタは、一端がシステム電源入力端または前記第２バッテリー入力端と接続され、他端が前記第２スイッチと接続されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項8】

前記第１キャパシタの一端が、前記第２バッテリー入力端と接続時に、前記第２バッテリー入力端から入力される電圧を第１バッテリー電圧にクランピングするクランピング回路を含むことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項9】

オプトカプラおよび第４抵抗を介して前記第１バッテリー入力端と接続され、第１スイッチオフ信号に応じてオンオフされる第３スイッチを含み、
前記オプトカプラは、前記第２キャパシタと閉ループを形成して、前記第３スイッチがターンオン時に動作して前記第２キャパシタの電圧を放電することを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のバッテリースイッチ駆動回路。

【請求項10】

第１バッテリー入力端と、
第２バッテリー入力端と、
前記第１バッテリー入力端と前記第２バッテリー入力端との間に位置するコンバータと、
前記第２バッテリー入力端と前記コンバータとの間に位置し、オフ時に互いに反対方向への電源入力を遮断する第４スイッチと第５スイッチと、
前記第４スイッチおよび第５スイッチをターンオンさせるスイッチ駆動部と、を含み、
前記スイッチ駆動部は、
ＰＷＭ信号で動作する第２スイッチのオンオフに応じて充放電される第１キャパシタと、
前記第１キャパシタに充電される電圧によって前記第２スイッチのオンオフに応じて充電されて前記第４スイッチまたは前記第５スイッチをターンオンさせる第２キャパシタと、を含み、
前記第１キャパシタは、一端が前記第２キャパシタの一端と接続され、他端が前記第２キャパシタの他端と接続されることを特徴とする、バッテリースイッチ駆動回路。

【国際調査報告】