[发明专利]开关电路、选择电路、以及电压测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及开关电路、选择电路、以及电压测定装置，尤其涉及适用于从多个电压中选择一个电压并进行测定的电压测定装置的有效技术。

背景技术

当前，不分汽车制造商，在众多企业、团体中对使用电动机作为车辆行驶用驱动源的电动汽车（EV：electric vehicle）和混合动力车（HEV：hybrid electric vehicle）进行研发。为了驱动这些电动机，需要具有数百伏特的高电压的车辆搭载电源。上述车辆搭载电源能够通过将产生几伏特左右电压的单电池（也称作“电池单元”）多个串联连接而成的电池组来实现。

在电动汽车等中，在车辆行驶时和充电时等所有的使用环境下，都需要为了判断电池的状态（例如，过充电状态、过放电状态、充电余量等）而对各电池单元VCL的每一个的电压高精度地进行测定。电池电压的高精度检测技术对于电池能量的有效利用是必需的，尤其是作为车辆用电源而与车辆的安全性和车辆行驶距离的远距离化相关联的重要技术。

为了应对这样的高精度化的要求、且为了实现进一步的低成本化，车辆搭载电源中的电压测定装置的主要已实用化的结构为，不是对每一个电池单元VCL装备一个AD转换器（以下，也称作ADC（Analog-to-Digital Converter））而是将数个～数十个电池单元集成为一个块并对每一个块装备一个ADC。另外，为了实现该结构，电压测定装置搭载多路转接电路（以下，也称作MUX（multiplexer）），通过MUX将处于不同电压水平的多个电池电压按时间顺序依次切换成以最低电位（地线（GND）电平）为基准而设计的ADC的信号输入，由此实现电压的测定。另外，作为测定电池电压的电路方式，一直以来最常使用的是利用了飞渡电容器电路的方式（例如参照专利文献1）。该方式将至少一个电容器用作MUX电路的一部分而构成。通常时，该电容器的两极的任一端子均不固定于特定电位，通过电池侧的开关电路能够与各电池的两极的输入电压端子连接，通过ADC侧的开关电路而能够与ADC的两个输入端子连接。另外，能够通过其他开关电路将电容器的一个端子连接于GND电位或规定的固定电位。以下简单说明专利文献1所记载的飞渡电容器电路的测定时的动作。例如，首先，将要测定电压的电池的两端和电容器C连接的电池侧开关被接通而向电容器C充入电池电压。接着，在将电池侧开关断开后，将电容器C的某一电极连接于GND电位或固定电位。由此，能够使电压水平不同的电池电压转换到ADC的动作范围内的电压区域中。然后，在该状态下，通过将ADC侧的开关接通使电容器C与ADC电连接，并通过ADC读取其电压值。此外，有时会在电容器C与ADC之间使用缓冲放大器或差动放大器，但动作顺序是相同的。

作为电压测定装置的现有技术，在专利文献1至9中有所公开，作为其他相关技术，在专利文献10至12中有所公开。

在专利文献1中公开有如下技术：在飞渡电容器方式的电压测定装置的各开关电路中，作为在将连接电池电压输入和电容间的开关元件接通时使从电池消耗的开关的驱动电流均匀化的方法，按每一个电池对所述驱动电流进行加权，以使得越是驱动与上位的单位电池单元连接的开关的电平转换电路，使在该电平转换电路中流动的消耗电流越大。

在专利文献2中公开有如下方法：相对于电池单元数量N个，对其与电容器的连接使用N+1个PNP构造或NPN构造的开关元件来与电压检测电路连接。

在专利文献3至6中公开有如下结构：使用与测定对象的电压源相同数量的电容器，并对各开关电路的开关元件仅使用一个N型或P型的MOSFET。另外在专利文献5中公开有如下方法：为了改善由于在飞渡电容器中使用的开关的寄生电容而导致的测定误差，预先测定包含开关组的寄生电容在内的杂散电容，并根据飞渡电容器的电容量和所测定的上述杂散电容等计算出因蓄积在杂散电容中的电荷导致的误差电压，根据该误差电压而计算出测定电压。而且，在专利文献6中公开有针对因开关的寄生电容成分所导致的误差的改善方法。

在专利文献7中公开有如下方法：为了应对用作开关元件的MOS晶体管的源极、漏极间的寄生二极管所导致的电荷泄漏，在电压测定电路中使用与电池单元数量相应的电容器，并且对各开关电路的开关元件使用MOSFET。

在专利文献8中公开有如下方法：在用于使连接电池电压输入和电容间的开关接通的信号的电平转换电路中使用电容器，并通过交流信号将开关接通。

在专利文献9中公开有如下方法：与上述专利文献5同样地，为了改善由于开关的寄生电容而产生的测定误差，使用将开关和差动放大电路（OP放大器）组合而成的采样保持电路。