專利名稱：開關(guān)元件以及使用該開關(guān)元件的保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)元件以及使用了該開關(guān)元件的保護(hù)電路，涉及可切換雙向電流通路且減低了占有面積的開關(guān)元件以及使用了該開關(guān)元件的保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
作為開關(guān)元件，不僅進(jìn)行開關(guān)切換，對如用于二次電池的保護(hù)電路的開關(guān)元件那樣切換電流通路方向(電流流動的方向)的元件也正在進(jìn)行開發(fā)。
圖5作為現(xiàn)有的雙向開關(guān)元件的例子表示二次電池用保護(hù)電路的電路圖。
雙向開關(guān)元件86是串聯(lián)連接阻止過放電開關(guān)元件82和阻止過充電開關(guān)元件83構(gòu)成的，通過控制電路84進(jìn)行開關(guān)控制。
控制電路84檢測電池電壓，在檢測到的電壓比最高設(shè)定電壓高時將阻止過充電開關(guān)元件83切換為關(guān)，阻止二次電池1的過充電。另外，在檢測到的電壓比最低設(shè)定電壓低時，將阻止過放電開關(guān)元件82切換為關(guān)，阻止二次電池1的過放電。
阻止過放電開關(guān)元件82和阻止過充電開關(guān)元件83由開狀態(tài)時的內(nèi)部電阻小、且能減小功率損耗和電壓降的MOSFET構(gòu)成。MOSFET因?yàn)榫哂屑纳O管，所以即使MOSFET是關(guān)狀態(tài)也可由寄生二極管形成預(yù)定方向的電路通路。
因此，即使是例如電池電壓高于最高設(shè)定電壓、阻止過充電開關(guān)元件83的MOSFET變?yōu)殛P(guān)的情況下，也可利用寄生二極管進(jìn)行二次電池1的放電。
相反，即使電池電壓比最低設(shè)定電壓低、阻止過放電開關(guān)元件82的MOSFET變?yōu)殛P(guān)的情況下，也可利用寄生二極管進(jìn)行二次電池1的充電。
圖5中所示的二次電池1的保護(hù)電路85進(jìn)行上述動作，阻止二次電池1的過充電以及過放電(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開平10-12282號公報(第7項、第一圖)。

發(fā)明內(nèi)容
如上述，在現(xiàn)有技術(shù)中，將一方作為阻止過充電的阻止過充電開關(guān)元件83、將另一方作為阻止過放電的阻止過放電開關(guān)元件82，實(shí)現(xiàn)了雙向開關(guān)元件86。而且，這些是串聯(lián)連接同樣尺寸的2個開關(guān)元件(MOSFET)而構(gòu)成的，存在阻礙尺寸的小型化、以及不能進(jìn)一步降低制造成本等問題。
本發(fā)明是鑒于這種課題而進(jìn)行的，本發(fā)明第一方面提供一種開關(guān)元件，其包括分別有控制端子和2個端子的第一、第二、第三開關(guān)元件，上述第二開關(guān)元件將一端子連接于上述第一開關(guān)元件的一端子，將另一端子連接于該第二開關(guān)元件以及上述第一開關(guān)元件各自的背柵，上述第三開關(guān)元件將一端子連接于上述第一開關(guān)元件的另一端子，將另一端子連接于該第三開關(guān)元件以及上述第一開關(guān)元件的各自的背柵。
另外，包括連接于上述第一、第二、第三開關(guān)元件的與門電路，將該與門電路的輸入端子分別連接于上述第二以及第三開關(guān)元件的上述控制端子，將上述與門電路的輸出端子連接于上述第一開關(guān)元件的上述控制端子。
另外，在上述第一開關(guān)元件斷開時，斷開上述第二開關(guān)元件或第三開關(guān)元件之一，切換形成在上述第二開關(guān)元件的上述一端子以及上述第三開關(guān)元件的上述一端子間的電流通路的方向。
另外，上述第一開關(guān)元件具有2個寄生二極管，上述第二以及第三開關(guān)元件分別含有1個寄生二極管，在上述第一開關(guān)元件斷開時斷開上述第二開關(guān)元件或第三開關(guān)元件之一，通過上述第二以及第三開關(guān)元件的上述另一端子間的電位差，切換第一開關(guān)元件的上述寄生二極管。
另外，上述第二以及第三開關(guān)元件的尺寸分別是小于或等于上述第一開關(guān)元件的芯片尺寸的1/2。
本發(fā)明第二方面提供一種保護(hù)電路，其包括開關(guān)元件，其包括分別具有控制端子和2個端子的第一、第二、第三開關(guān)元件，上述第二開關(guān)元件將一端子連接于上述第一開關(guān)元件的一端子，將另一端子連接于該第三開關(guān)元件以及第一開關(guān)元件的各自的背柵，上述第三開關(guān)元件將一端子連接于上述第一開關(guān)元件的另一端子、將另一端子連接于該第三開關(guān)元件以及上述第一開關(guān)元件的各自的背柵；控制部件，其進(jìn)行上述開關(guān)元件的控制，將上述開關(guān)元件串聯(lián)連接于二次電池，進(jìn)行該二次電池的充電方向及放電方向的電流通路的切換。
另外，上述控制部件在上述二次電池的電壓比最高設(shè)定電壓還高時，將上述第一開關(guān)元件斷開，并將上述第二開關(guān)元件及上述第三開關(guān)元件的任一方斷開，籍此進(jìn)行放電。
另外，上述控制部件在上述二次電池的電壓比最低設(shè)定電壓還低時，將上述第一開關(guān)元件斷開，并將上述第二開關(guān)元件及上述第三開關(guān)元件的任一方斷開，籍此進(jìn)行充電。
另外，上述第一開關(guān)元件具有2個寄生二極管，上述第二以及第三開關(guān)元件分別具有1個寄生二極管，上述控制部件在上述第一開關(guān)元件斷開時，斷開上述第二開關(guān)元件或第三開關(guān)元件之一，通過上述第二以及第三開關(guān)元件的上述另一端子間的電位差，切換第一開關(guān)元件的上述寄生二極管。
另外，上述第二以及第三開關(guān)元件的尺寸分別是小于或等于上述第一開關(guān)元件的芯片尺寸的1/2。
根據(jù)本發(fā)明，通過第二、第三開關(guān)元件以及第二、第三開關(guān)元件的兩端的電位差能切換第一開關(guān)元件的2個寄生二極管。第二、第三開關(guān)元件只要能切換雙向的電流通路就足夠了，且可用相對第一開關(guān)元件充分小的芯片尺寸。因此，和現(xiàn)有的雙向開關(guān)元件相比，能提供大幅度小型化了的雙向的開關(guān)元件。
另外，通過設(shè)置與門電路，并將與門電路的輸入連接于第二、第三開關(guān)元件的控制端子，將與門電路的輸出連接于第一開關(guān)元件的控制端子，能用2個控制信號使開關(guān)元件動作。
因此，具有例如可不加改變地利用現(xiàn)有的雙向開關(guān)元件控制的控制電路的輸出端子數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
還有，通過將上述的開關(guān)元件用于二次電池等的保護(hù)電路，能大幅度減小切換過充電、過放電的開關(guān)元件的尺寸。籍此可謀求制造成本的降低。
在保護(hù)電路中，有時檢測開關(guān)元件的電阻值(導(dǎo)通電阻)進(jìn)行控制，有時優(yōu)選使開關(guān)元件維持預(yù)定的導(dǎo)通電阻值的設(shè)計。即，和用于現(xiàn)有的保護(hù)電路的雙向開關(guān)元件相比，在維持其導(dǎo)通電阻的情況下，根據(jù)本實(shí)施方式，能將芯片尺寸降到大約1/4。
再有，具有能不加變更地利用在現(xiàn)有的保護(hù)電路中使用的控制電路的輸出端子數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是說明本發(fā)明的開關(guān)元件的(A)電路圖、(B)剖面示意圖；圖2是說明本發(fā)明的開關(guān)元件的(A)電路圖、(B)剖面示意圖；圖3是本發(fā)明的保護(hù)電路的電路圖；圖4是本發(fā)明的保護(hù)電路的剖面示意圖；圖5是現(xiàn)有的保護(hù)電路的電路圖。
符號說明1 二次電池2 保護(hù)電路3 開關(guān)元件4 控制電路5 第一MOSFET6 第MOSFET7 第三MOSFET9 第一控制端子10 第二控制端子11 與門電路51、61、71 漏極52、62、72 源極54、64、74 柵極55、56、65、75 寄生二極管53、63、73 背柵觸點(diǎn)58、68、78 背柵82 阻止過放電開關(guān)元件83 阻止過充電開關(guān)元件84 控制電路85 保護(hù)電路86 雙向開關(guān)元件
具體實(shí)施例方式
參照圖1到圖4詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式。圖1(A)是開關(guān)元件的電路圖，圖1(B)是開關(guān)元件的剖面示意圖。
本實(shí)施方式的開關(guān)元件3由第一MOSFET5、第二MOSFET6和第三MOSFET7構(gòu)成。
第二MOSFET6將漏極(或源極)連接于第一MOSFET5的漏極(或源極)。另外，將第二MOSFET6的源極(或漏極)分別連接于第二MOSFET6的背柵68以及第一MOSFET5的背柵58。
第三MOSFET7將源極(或漏極)連接于第一MOSFET5的源極(或漏極)。另外，將第三MOSFET7的漏極(或源極)分別連接于第三MOSFET7的背柵78和第一MOSFET5的背柵58。
參照圖1(B)，說明開關(guān)元件3的結(jié)構(gòu)。再有，在本實(shí)施方式中，源極和漏極等效，在以下的說明中，使源極和漏極互換位置也是同樣的。
第一、第二、第三MOSFET5、6、7例如是n溝道型MOSFET。第一MOSFET5在成為背柵58的p-型基板上設(shè)置n+型源極52和漏極51。進(jìn)而為了降低背柵58的接觸電阻，設(shè)置p+型的背柵觸點(diǎn)53。
第二MOSFET6和第一MOSFET5是同樣的，在成為背柵68的p-型基板上設(shè)置n+型源極62和漏極61。進(jìn)而設(shè)置p+型背柵觸點(diǎn)63。而且使源極62和漏極68(背柵觸點(diǎn)63)短路，連接于第一MOSFET5的背柵58(背柵觸點(diǎn)53)。
第三MOSFET7在成為背柵78的p-型基板上設(shè)置n+型的源極72和漏極71，設(shè)置p+型的背柵觸點(diǎn)73。而且，使漏極71和背柵78(背柵觸點(diǎn)73)短路，連接于第一MOSFET的背柵58(背柵觸點(diǎn)53)。
另外，第二MOSFET6的漏極61和第一MOSFET5的漏極51連接，第三MOSFET7的源極72和第一MOSFET5的源極52連接。
而且，第一MOSFET5根據(jù)動作的狀態(tài)在基板上形成寄生二極管55、寄生二極管56。
另一方面，第二MOSFET6由于背柵68和源極62短路形成同電位，僅形成1個寄生二極管65。另外，第三MOSFET7也因?yàn)橥瑯拥睦碛蓛H形成1個寄生二極管75。
在第一、第二、第三MOSFET5、6、7的柵極54、64、74上分別施加控制信號。另外，在第二MOSFET6的漏極61以及第三MOSFET7的源極72上施加不同的電位。根據(jù)該施加的電位差和施加在第一、第二、第三MOSFET5、6、7的柵極54、64、74上的信號，切換各寄生二極管。由此，能雙向切換在第二MOSFET的漏極61和第三MOSFET的源極72間形成的電流通路。
下面，參照附圖具體說明上述的開關(guān)元件3的動作。
首先，第一MOSFET5的柵極54接通時為通常的導(dǎo)通狀態(tài)，與施加在第二以及第三MOSFET6、7的柵極64、74的信號無關(guān)，在第一MOSFET5的源極52以及漏極51間電流流動。例如，在第一MOSFET5的漏極51(第二MOSFET6的漏極61)是高電位(H)、第一MOSFET5的源極52(第三MOSFET的源極72)是低電位(L)時，如圖1(B)的箭頭a那樣電流流動。另一方面，在電位關(guān)系反過來時，如箭頭b那樣電流流動。這樣，通過使第一MOSFET5導(dǎo)通，在雙向流動電流，所以此時第二MOSFET6、第三MOSFET7的導(dǎo)通可以是任何狀態(tài)。
其次，說明第一MOSFET5斷開的情況。在切換雙向的電流通路的開關(guān)元件中切換電流通路(電流流動方向)時，斷開第一MOSFET5。根據(jù)開關(guān)的用途，此時為了防止電流完全被截止，有時需要在切換期間(第一MOSFET5斷開期間)內(nèi)也在某個方向流動電流。本實(shí)施方式的開關(guān)元件是這樣在切換期間內(nèi)也能形成某個電流通路的開關(guān)元件。
例如，開關(guān)元件3在第一MOSFET5斷開時，使第二MOSFET6、第三MOSFET7的任一方接通，利用斷開狀態(tài)的MOSFET的寄生二極管形成電流通路。
即，斷開第一MOSFET5以及第三MOSFET7，并接通第二MOSFET6。此時，如果第二MOSFET6的漏極61是高電位、第三MOSFET6的源極72是低電位的話，則利用斷開狀態(tài)的第一MOSFET5的寄生二極管56以及第三MOSFET7的寄生二極管75，形成箭頭a的電流通路。另一方面，在漏極61和源極72的電位關(guān)系反過來時，電流不流動。
另外，斷開第一MOSFET5以及第二MOSFET6，接通第三MOSFET7。此時，如果第三MOSFET7的源極72是高電位、第二MOSFET6的漏極61是低電位，則利用斷開狀態(tài)的第一MOSFET5的寄生二極管55以及第二MOSFET6的寄生二極管65，形成箭頭b的電流通路。另一方面，在漏極61和源極72的電位關(guān)系相反時，電流不流動。
這樣，在第一MOSFET5斷開時，斷開第二以及第三MOSFET6、7中的一方，將施加在斷開狀態(tài)的MOSFET的導(dǎo)出到外部的端子(源極或漏極)的電位，降低到比外加在導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET的導(dǎo)出到外部的端子(漏極或源極)的電位還低。因此，在斷開狀態(tài)的第一MOSFET5中切換動作的寄生二極管，并利用斷開狀態(tài)的第二或第三MOSFET6、7的寄生二極管，形成雙向的電流通路。
這里，本實(shí)施方式的主要的開關(guān)是第一MOSFET5。即，通常設(shè)第一MOSFET5為接通狀態(tài)，切換施加在第二MOSFET6的漏極61、第三MOSFET的源極72的電壓，形成雙向的電流通路。即第二MOSFET6、第三MOSFET7是在第一MOSFET5斷開時，即切換電流通路期間用于流動電流的開關(guān)，可不必嚴(yán)格考慮導(dǎo)通電阻。
因此，第二、第三MOSFET6、7的芯片尺寸可比第一MOSFET5小得多。例如，通過將第二以及第三MOSFET6、7的芯片尺寸設(shè)為小于或等于第一MOSFET5的1/2，和現(xiàn)有的同一芯片尺寸的2個MOSFET串聯(lián)連接的雙向開關(guān)元件86相比，能實(shí)現(xiàn)開關(guān)元件3的小型化。
或者，如果維持現(xiàn)有的雙向開關(guān)元件86的占有面積，則能擴(kuò)大第一MOSFET5的芯片尺寸，所以能降低開關(guān)元件3的導(dǎo)通電阻。
再次，參照圖2說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。圖2(A)是開關(guān)元件3的電路圖，圖2(B)是表示開關(guān)元件3的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
如圖所示，第二實(shí)施方式是在第一實(shí)施方式的開關(guān)元件3上連接了與門電路11的實(shí)施方式。
圖1中所示的開關(guān)元件3在第一MOSFET5的斷開狀態(tài)下，第二或第三MOSFET6、7的某一方一定成為斷開狀態(tài)。因此，通過連接與門電路11，用2個輸入信號(控制信號)可同時控制各個MOSFET的柵極54、64、74。
即，如圖2，將成為與門電路11的輸入的第一控制端子9以及第二控制端子10分別連接于第二MOSFET6的柵極64以及第三MOSFET7的柵極74。而且，將與門電路11的輸出連接于第一MOSFET5的柵極54。
與門電路11對2個輸入信號(控制信號)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并向第一MOSFET5輸出。籍此，通過與門電路11的2個輸入信號，能構(gòu)成將柵極54和柵極64、74的某一個設(shè)為斷開狀態(tài)的電路。
具體地，當(dāng)?shù)谝豢刂贫俗?以及第二控制端子10全都是“H”時，第一、第二、第三MOSFET5、6、7全部變?yōu)榻油?，形成對?yīng)于漏極61以及源極72的電位的電流通路。
另外，當(dāng)?shù)谝豢刂贫俗?是“H”、第二控制端子10是“L”時，第二MOSFET6變?yōu)榻油ā⒌谝籑OSFET5以及第三MOSFET7變?yōu)閿嚅_。因此，在漏極61是高電位(H)、源極72是低電位(L)時，形成箭頭a的電流通路。
進(jìn)而，當(dāng)?shù)谝豢刂贫俗?是“L”、第二控制端子10是“H”時，第三MOSFET7變?yōu)榻油顟B(tài)、第一MOSFET5以及第二MOSFET6變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。因此，在漏極61是低電位(L)、源極72是高電位(H)時，形成箭頭b的電流通路。
再有，在第一控制端子9以及第二控制端子10都是“L”時，第一MOSFET5、第二MOSFET6、第三MOSFET7全都變?yōu)閿嚅_，所以在箭頭a、箭頭b的任何一個都不形成電流通路。
這樣，通過使用與門電路11，在第一實(shí)施方式的開關(guān)元件3能將3個端子數(shù)減少到2個。再有，其他的構(gòu)成要素因?yàn)楹偷谝粚?shí)施方式相同，就省略說明。
圖3以及圖4是本發(fā)明的第三實(shí)施方式，表示將上述的開關(guān)元件用于保護(hù)電路的情況。
圖3是表示保護(hù)電路的電路圖，以二次電池的保護(hù)電路為例進(jìn)行說明。
保護(hù)電路2和二次電池1串聯(lián)連接，包括開關(guān)元件3、與門電路11、控制電路4。這里，作為一例，采用在第一實(shí)施方式的開關(guān)元件3上連接與門電路11的結(jié)構(gòu)。
開關(guān)元件3由第一MOSFET5、第二MOSFET6、第三MOSFET7構(gòu)成。再有，對于它們的細(xì)節(jié)，因?yàn)楹偷谝灰约暗诙?shí)施方式相同，所以就省略說明。
第一MOSFET5和二次電池1串聯(lián)連接，阻止二次電池1的過充電以及過放電。第二MOSFET6其構(gòu)成為在過充電時，利用內(nèi)置于第一MOSFET5的2個寄生二極管55、56之一，使電流在二次電池1的放電方向流動。第三MOSFET7其構(gòu)成為在過放電時，利用內(nèi)置于第一MOSFET5的寄生二極管55、56的另一方，使電流在二次電池1的充電方向流動。
控制電路4由開關(guān)控制第二MOSFET6的第一控制端子9和開關(guān)控制第三MOSFET7的第二控制端子10構(gòu)成。
與門電路11對控制電路4具有的第一控制端子9和第二控制端子10的輸出進(jìn)行邏輯運(yùn)算，向第一MOSFET5輸出。
控制電路4使得，如果電池電壓在從最低設(shè)定電壓到最高設(shè)定電壓的范圍內(nèi)，則將各個MOSFET5、6、7切換為接通，在二次電池1的充電方向以及二次電池1的放電方向電流流動。
細(xì)節(jié)后述，而在電池電壓比最高設(shè)定電壓高時，控制電路4將第一MOSFET5切換為斷開。此時，控制電路4通過來自第一控制端子9的輸出將第二MOSFET6切換為斷開，通過來自第二控制端子10的輸出，將第三MOSFET7切換為接通，籍此，使得在二次電池1的放電方向電流流動。
在電池電壓比最低設(shè)定電壓低時，控制電路4將第一MOSFET5切換為斷開。此時，控制電路4通過來自第一控制端子9的輸出將第二MOSFET6切換為接通，通過來自第二控制端子10的輸出將第三MOSFET7切換為斷開，籍此，使得在二次電池1的充電方向電流流動。另外細(xì)節(jié)后述。
圖4是表示保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)的剖面概要圖。除在與門電路11連接著施加控制信號的控制電路4以外，和第一以及第二實(shí)施方式相同，所以省略重復(fù)之處的說明。
第二MOSFET6的柵極64由第一控制端子9的輸出控制。第三MOSFET7的柵極74由第二控制端子10的輸出控制。第一MOSFET5的柵極54由第一控制端子9、第二控制端子10的輸出通過與門電路11控制。
另外，內(nèi)置于第一MOSFET5的寄生二極管55、56中，通過第二、第三MOSFET6、7的開關(guān)切換，切換動作的寄生二極管，在第一MOSFET5斷開時，形成充電方向或放電方向某一方向的電流通路。
保護(hù)電路2具有的控制電路4進(jìn)行以下的動作，進(jìn)行阻止過充電、過放電開關(guān)3的控制，阻止二次電池1的過充電以及過放電。
“使二次電池放電時”因?yàn)樵诜烹姺较蛐纬呻娐吠?，所以源極72是高電位(H)，漏極61是低電位(L)。
《電池電壓比最高設(shè)定電壓還高時》
第一控制端子9輸出“L”，將第一MOSFET5切換為斷開。此時，第二控制端子10輸出“H”，將第三MOSFET7切換為接通。因?yàn)樵礃O72是“H”、漏極61是“L”，所以，形成在內(nèi)置于第一MOSFET5的寄生二極管55上電流流動的狀態(tài)，形成二次電池1的放電方向的電流通路。另一方面，在二次電池1的充電方向變?yōu)殡娏鞑涣鲃拥臓顟B(tài)。
具體地，二次電池1的流向放電方向的電流，從第三MOSFET7向第一MOSFET5的背柵58以及第二MOSFET6的背柵68流動，通過寄生二極管55、56流動。
《電池電壓比最低設(shè)定電壓高、比最高設(shè)定電壓低時》第一控制端子9和第二控制端子10輸出“H”，將第一MOSFET5、第二MOSFET6、第三MOSFET7切換為接通。此時，電流主要通過第一MOSFET5流動。另外，在第二MOSFET6以及第三MOSFET7上電流也流動。因?yàn)樵礃O72是“H”、漏極61是“L”，所以形成二次電池1的放電方向的電流通路。
《電池電壓比最低設(shè)定電壓還低時》放電時當(dāng)電池電壓比最低設(shè)定電壓還低時，為了防止過放電，截斷放電方向的電流通路。但是此時，需要成為可充電，所以將電流通路切換到充電方向。即，將源極72形成低電位(L)，將漏極61形成高電位(H)。
第二控制端子10輸出“L”，將第三MOSFET7和第一MOSFET5切換為斷開。此時，第一控制端子9輸出“H”，將第二MOSFET6切換為接通。因?yàn)樵礃O72是“L”、漏極61是“H”，所以，變?yōu)樵趦?nèi)置于第一MOSFET5的寄生二極管56上電流流動的狀態(tài)，形成二次電池1的充電方向的電流通路。另一方面，在二次電池1的放電方向變?yōu)殡娏鞑涣鲃訝顟B(tài)。
具體地，流向二次電池1的充電方向的電流，從第二MOSFET6向第一MOSFET5的背柵58以及第三MOSFET7的背柵78流動，通過寄生二極管56、75流動。
“使二次電池充電時”因在充電方向形成電流通路，所以源極72是低電位(L)，漏極61是高電位(H)。
《電池電壓比最低設(shè)定電壓還低時》第二控制端子10輸出“L”，將第三MOSFET7和第一MOSFET5切換為斷開。此時，第一控制端子9輸出“H”，將第二MOSFET6切換為接通。因?yàn)樵礃O72是“L”、漏極61是“H”，所以，變?yōu)樵趦?nèi)置于第一MOSFET5的寄生二極管56上電流流動的狀態(tài)，形成二次電池1的充電方向的電流通路。另一方面，在二次電池1的放電方向變?yōu)殡娏鞑涣鲃訝顟B(tài)。
具體地，流向二次電池1的充電方向的電流，從第二MOSFET6向第一MOSFET5的背柵58以及第三MOSFET7的背柵78流動，通過寄生二極管56、75流動。
《電池電壓比最低設(shè)定電壓高、比最高設(shè)定電壓低時》第一控制端子9和第二控制端子10輸出“H”，將第一MOSFET5、第二MOSFET6、第三MOSFET7切換為接通。此時，電流主要通過第一MOSFET5流動，但在第二MOSFET6以及第三MOSFET7上電流也流動。因?yàn)樵礃O72是“L”、漏極61是“H”，所以形成二次電池1的充電方向的電流通路。
《電池電壓比最高設(shè)定電壓還高時》充電時當(dāng)電池電壓比最高設(shè)定電壓變得還高時，為了防止過充電，截斷充電方向的電流通路。但是此時，需要成為可放電，所以將電流通路切換為放電方向。即，將源極72作為高電位(H)，將漏極61作為低電位(L)。
第一控制端子9的輸出成為“L”，將第二MOSFET6和第一MOSFET5切換為斷開。此時，第二控制端子10的輸出成為“H”，將第三MOSFET7切換為接通。因?yàn)樵礃O72是“H”、漏極61是“L”，所以，變?yōu)樵趦?nèi)置于第一MOSFET5的寄生二極管55上電流流動的狀態(tài)，形成二次電池1的放電方向的電流通路。另一方面，在二次電池1的充電方向變?yōu)殡娏鞑涣鲃拥臓顟B(tài)。
具體地，流向二次電池1的放電方向的電流，從第三MOSFET7向第一MOSFET5的背柵58以及第二MOSFET6的背柵68流動，通過寄生二極管55、65流動。
在第二MOSFET6以及第三MOSFET7中，主要在二次電池1從過充電狀態(tài)或過放電狀態(tài)返回到通常狀態(tài)期間流動電流，不需要如主要在通常狀態(tài)時流動電流的第一MOSFET5那樣考慮導(dǎo)通電阻。
因此，第二MOSFET6以及第三MOSFET7的尺寸，可比第一MOSFET5的尺寸小得多。例如，如果第二MOSFET6的尺寸以及第三MOSFET7的尺寸是小于或等于第一MOSFET5的尺寸的二分之一，則可比現(xiàn)有的雙向開關(guān)元件86的芯片尺寸小。
保護(hù)電路中，有時檢測開關(guān)元件3的電阻值(導(dǎo)通電阻)進(jìn)行控制，有時期望使在開關(guān)元件3上維持預(yù)定的導(dǎo)通電阻的設(shè)計。即，當(dāng)維持現(xiàn)有的導(dǎo)通電阻時，根據(jù)本實(shí)施方式能將芯片尺寸減小到約1/4。
以下具體說明。例如設(shè)現(xiàn)有(圖5)的MOSFET82、83的導(dǎo)通電阻分別為20mΩ、尺寸為2mm2。即現(xiàn)有的雙向開關(guān)元件86的導(dǎo)通電阻是40mΩ，芯片尺寸(占有面積)為4mm2。
而在本實(shí)施方式中，可將第二、第三MOSFET6、7的芯片尺寸做得充分小，故當(dāng)維持現(xiàn)有的導(dǎo)通電阻(40mΩ)時，則可將開關(guān)元件3的芯片尺寸減小到1mm2。即，可使作為開關(guān)元件3的芯片尺寸大約為1/4。
再有，第三實(shí)施方式的保護(hù)裝置以設(shè)置了與門電路11的情況為例進(jìn)行了說明。通過使用與門電路11，可使來自控制電路4的輸入變?yōu)?端子。例如，因?yàn)樵诂F(xiàn)有的控制用IC87中，雙向開關(guān)元件86的控制端子是2端子，所以其優(yōu)點(diǎn)是，通過使用與門電路11能不改變端子數(shù)進(jìn)行實(shí)施。
另一方面，在不設(shè)置與門電路11、通過控制電路4控制第一實(shí)施方式的開關(guān)元件3的情況下，也能同樣實(shí)施。由于不需要與門電路11，故能實(shí)現(xiàn)開關(guān)元件3的小型化以及部件數(shù)的消減。
再有，在上述的開關(guān)元件3以及保護(hù)電路2具有的各個MOSFET5、6、7中，使用了n溝道的橫型MOSFET，但不限于此，也可用p溝道的MOSFET，另外，用縱型MOSFET也可得到同樣的效果。
另外，雖然上面說明了將開關(guān)元件3用于二次電池的保護(hù)電路的例子，但可以作為需要雙向開關(guān)的電路開關(guān)使用。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)元件，其特征在于，包括分別具有控制端子和兩個端子的第一、第二、第三開關(guān)元件；所述第二開關(guān)元件，將一端子連接于所述第一開關(guān)元件的另一端子，另一端子連接于該第二開關(guān)元件以及所述第一開關(guān)元件各自的背柵；所述第三開關(guān)元件，將一端子連接于所述第一開關(guān)元件的另一端子，將另一端子連接于該第三開關(guān)元件以及所述第一開關(guān)元件的各自的背柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)元件，其特征在于，包括連接于所述第一、第二、第三開關(guān)元件的與門電路，將該與門電路的輸入端子分別連接于所述第二及第三開關(guān)元件的所述控制端子，將所述與門電路的輸出端子連接于所述第一開關(guān)元件的所述控制端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)元件，其特征在于，在所述第一開關(guān)元件斷開時，斷開所述第二開關(guān)元件或第三開關(guān)元件之一，切換在所述第二開關(guān)元件的所述一端子及所述第三開關(guān)元件的所述一端子間形成的電流通路的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)元件，其特征在于，所述第一開關(guān)元件包括兩個寄生二極管，所述第二及第三開關(guān)元件分別包括1個寄生二極管；在所述第一開關(guān)元件斷開時斷開所述第二開關(guān)元件或第三開關(guān)元件之一；切換第一開關(guān)元件的所述寄生二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)元件，其特征在于，所述第二及第三開關(guān)元件的尺寸分別小于或等于所述第一開關(guān)元件的芯片尺寸的1/2。
6.一種保護(hù)電路，其特征在于，包括開關(guān)元件，其包括分別具有控制端子和兩個端子的第一、第二、第三開關(guān)元件，所述第二開關(guān)元件，將一端子連接于所述第一開關(guān)元件的一端子，將另一端子連接于該第二開關(guān)元件及所述第一開關(guān)元件的各自的背柵，所述第三開關(guān)元件，將一端子連接于所述第一開關(guān)元件的另一端子，將另一端子連接于該第三開關(guān)元件及所述第一開關(guān)元件的各自的背柵；以及控制部件，其進(jìn)行所述開關(guān)元件的控制；將所述開關(guān)元件串聯(lián)連接于二次電池，進(jìn)行該二次電池的充電方向及放電方向的電流通路的切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述控制部件在所述二次電池的電壓比最高設(shè)定電壓還高時，斷開所述第一開關(guān)元件并斷開所述第二開關(guān)元件及第三開關(guān)元件的任一方，從而進(jìn)行放電。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述控制部件在所述二次電池的電壓比最低設(shè)定電壓還低時，斷開所述第一開關(guān)元件并斷開所述第二開關(guān)元件及第三開關(guān)元件的任一方，從而進(jìn)行充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件具有兩個寄生二極管，所述第二及第三開關(guān)元件分別具有1個寄生二極管；所述控制部件在所述第一開關(guān)元件斷開時，斷開所述第二開關(guān)元件或第三開關(guān)元件之一；通過所述第二及第三開關(guān)元件的所述另一端子間的電位差，切換第一開關(guān)元件的所述寄生二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述第二及第三開關(guān)元件的尺寸分別小于或等于所述第一開關(guān)元件的芯片尺寸的1/2。
全文摘要
一種開關(guān)元件及使用該開關(guān)元件的保護(hù)電路，現(xiàn)有的雙向開關(guān)元件因?yàn)橐ㄟ^準(zhǔn)備相同尺寸的2個開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)，所以存在不能降低成本、不能實(shí)現(xiàn)尺寸小型化的問題。本發(fā)明的開關(guān)元件包括在雙向形成電流通路的、主要的第一開關(guān)元件；和在第一開關(guān)元件斷開時，切換寄生二極管形成電路通路的第二開關(guān)元件、第三開關(guān)元件。第二、第三開關(guān)元件僅用于在第一開關(guān)元件的電流通路的切換期間流動電流，可用小的芯片尺寸，有助于開關(guān)元件的小型化或低導(dǎo)通電阻化。另外通過將開關(guān)元件用于保護(hù)電路，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路的尺寸的小型化。
文檔編號H01L27/04GK1758444SQ200510107639
公開日2006年4月12日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者萬代忠男 申請人:三洋電機(jī)株式會社