JP7006876B2 - 半導体装置、電池監視システム、および半導体装置の起動方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、電池監視システム、および半導体装置の起動方法に関する。

近年、電動機システム、蓄電システム等二次電池を用いたシステムの一般化と共に、このような二次電池を用いたシステムにおける過充電、過放電、温度異常等の様々な状態の監視、あるいは充電電流、放電電流の異常の有無等の監視が重要となってきている。従って、二次電池を用いたシステムを監視する機能は電池監視用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として集積化される傾向にある。

一方、電池監視ＩＣは、これらの監視結果を、二次電池を用いたシステムの動作モード等も含め、システム全体を統括制御する制御部、例えばマイクロコントローラユニット（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ、以下、「マイコン」）に送信し、あるいは該送信の結果としての指示を受信し、電池監視ＩＣの各回路ブロックを制御する場合がある。二次電池を用いたシステムにおける監視・制御対象の増加、輻輳化に伴って、この電池監視ＩＣとマイコンとの間における通信の効率化の要請が顕在化してきている。

電池監視ＩＣとマイコンとの間で送受信される制御信号の一部に、電池監視ＩＣの起動信号がある。上記のように電池監視ＩＣとマイコンとの間における通信の効率化が求められているなか、起動信号の通信形態についても検討が進められている。

従来、電池監視システムにおける起動信号の伝送について開示した文献として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１に開示された電池監視・制御用集積回路は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループと接続されて各単電池セルを監視および制御するものであって、外部から入力される交流起動信号に基づいて直流信号を生成する直流信号生成回路と接続するための交流起動信号入力端子と、直流信号を検出して該電池監視・制御用集積回路を起動させる起動検出部と、該電池監視・制御用集積回路の起動後に、交流起動信号を外部へ出力する起動出力部と、を備えている。

また、電池監視システムの起動方法について開示した文献の一例として、特許文献２が知られている。特許文献２に開示された電池監視システムは、レギュレータ３０の起動を制御する起動回路４０、６０を備え、起動回路４０および起動回路６０は、制御回路部１４のＭＣＵ１６から入力される起動信号ＩＮＴに応じて、レギュレータ３０を起動させるためのＬレベルのパワーアップ信号を出力させるための起動回路４０Ａを備えている。また、起動回路４０および起動回路６０は、下位または上位（先に起動した方）の電池監視ＩＣ２０のレギュレータ３０で生成された電圧電位ＶＤＤに応じて、レギュレータ３０を起動させるためのＬレベルのパワーアップ信号を出力させるための起動回路４０Ｂまたは起動回路４０Ｃを備えている。

特開２０１５－１３６２８９号公報 特開２０１４－１３４４５４号公報

ところで、半導体装置においては、益々の集積化に伴い、当該半導体装置と外部とを接続するための端子の数を極力削減することが喫緊の課題となっている。電池監視ＩＣについても例外ではなく、外部接続のための端子を減らすことができれば、小型化に資することができ、また新たな機能を司る端子を割り振ることもでき、至便である。しかしながら、信号自体を減らすことなく端子の数を削減することは一般に困難である。

一方、複数の電池を一括監視するために電池監視ＩＣを直列に接続して電池監視ＩＣ群を構成する場合もあるが、上記の端子数を検討する場合は、このような場合の起動信号の伝送経路についても配慮する必要がある。すなわち、全ての電池監視ＩＣが停止した状態にある場合にどのように起動信号を順次伝送するか、あるいは直列に接続された電池監視ＩＣが起動した後一部の電池監視ＩＣが停止状態になった場合の起動をどのように行うか等について配慮しなければならない。

この点、特許文献１も特許文献２も電池監視システムの起動信号の生成を問題としているが、上記のような観点から検討されたものではない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、専用の経路を不要とした簡易な構成で、多段接続した場合でも起動信号の伝達が確実に行える半導体装置、該半導体装置を用いた電池監視システム、および半導体装置の起動方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、外部から制御信号を受信する第１の受信部および第２の受信部と、前記制御信号に基づいて対象物の監視を制御する制御部と、内部回路に電力を供給する電源部と、前記制御信号を前記第１の受信部および前記第２の受信部のいずれに入力させるか切り替える切替部と、を含み、前記制御部は、前記電源部が停止した状態で前記第１の受信部に前記制御信号が入力される状態にあった前記切替部を、前記電源部が起動した後に前記第２の受信部に前記制御信号が入力されるように前記切替部を切り替え、前記第１の受信部は、前記電源部が停止した状態で前記制御信号に起動パルス信号が重畳された起動信号を受信すると、前記起動信号から抽出した前記起動パルス信号に基づいて前記電源部を起動させる起動トリガを生成し、前記第２の受信部は、前記電源部が前記起動トリガにより起動した後前記電源部から電力の供給を受けて前記起動信号に続く前記制御信号を受信し前記制御部に送るものである。

本発明に係る電池監視システムは、前記対象物である電池と、電池を監視の対象物とする上記の半導体装置と、前記制御信号を送信する監視装置と、前記制御信号を前記起動信号に変換する変換装置と、を含むものである。

一方、本発明に係る半導体装置の起動方法は、外部から制御信号を受信する第１の受信部および第２の受信部と、前記制御信号に基づいて対象物の監視を制御する制御部と、内部回路に電力を供給する電源部と、前記制御信号を前記第１の受信部および前記第２の受信部のいずれに入力させるか切り替える切替部と、を含む半導体装置の起動方法であって、前記制御部が、前記電源部が停止した状態で前記第１の受信部に前記制御信号が入力される状態にあった前記切替部を、前記電源部が起動した後に前記第２の受信部に前記制御信号が入力されるように前記切替部を切り替え、前記第１の受信部が、前記電源部が停止した状態で前記制御信号に起動パルス信号が重畳された起動信号を受信すると、前記起動信号から抽出した前記起動パルス信号に基づいて前記電源部を起動させる起動トリガを生成し、前記第２の受信部が、前記電源部が前記起動トリガにより起動した後前記電源部から電力の供給を受けて前記起動信号に続く前記制御信号を受信し前記制御部に送るものである。

本発明によれば、専用の経路を不要とした簡易な構成で、多段接続した場合でも起動信号の伝達が確実に行える半導体装置、該半導体装置を用いた電池監視システム、および半導体装置の起動方法を提供することが可能となる。

実施の形態に係る電池監視システムの構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態に係るスレーブ装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態に係る起動受信部の構成の一例を示す回路図である。 実施の形態に係る起動信号のフォーマットの一例を示すタイミングチャートである。 比較例に係る電池監視システムの構成を示すブロック図である。

以下、図１から図５を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

図１に示すように本実施の形態に係る電池監視システム１は、スレーブ装置２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎ（以下、総称する場合は「スレーブ装置２０」）、組電池１２、マイコン１４、マスタ装置１６、およびシリアル伝送路１８を含んで構成されている。電池監視システム１は、マイコン１４の監視部により縦列に接続された組電池の状態を監視するシステムである。スレーブ装置２０が本発明に係る「半導体装置」を、マイコン１４が本発明に係る「監視装置」を、マスタ装置１６が本発明に係る「変換装置」を、各々構成している。

組電池１２は、複数（図１ではｎ個の例を示している）の、監視対象としての電池セルＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ（以下、総称する場合は「電池セルＢ」が直列に接続されたものである。

複数（図１ではｎ個の例を示している）のスレーブ装置２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎは、電池セルＢに対応させて設けられ、各々対応する電池セルＢの監視を行う。
スレーブ装置２０の各々は、本実施の形態に係る電池監視ＩＣを構成している。図１に示すように、スレーブ装置２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎは直列に接続されている。つまり、スレーブ装置２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎは上流側から下流側に向けて、上流側の送信部出力が下流側の受信部入力に結合素子を介して接続されている。また、最下流の送信部出力はマスタ装置１６の受信部入力に接続される。この循環型のデイジーチェーン接続により、監視部２２からの循環型の高速通信を可能としている。この高速通信のループが、本発明に係る「循環型通信路」を構成している。

マイコン１４は、電池監視システム１の全体を統括制御する部位であり、監視部２２を備えている。監視部２２は通信インタフェース機能を有し、該通信インタフェースからマスタ装置１６を介して通信におけるスレーブであるスレーブ装置２０（電池監視ＩＣ）にアクセスする。

マスタ装置１６は、主としてマイコン１４とスレーブ装置２０との間の通信方式を変換する装置であり、通信方式変換部２４、送信部２６、および受信部２８を備えている。本実施の形態では、マイコン１４側のインタフェースが４線シリアルインタフェース、スレーブ装置２０側のインタフェースが２線作動方式となっているので、マスタ装置１６はこれらのインタフェース間の通信方式の変換を行っている。本実施の形態に係るマスタ装置１６は専用の半導体装置で構成されているが、これに限られず、例えばマイコン１４の内部回路として構成してもよい。

シリアル伝送路１８は、スレーブ装置２０－１、２０－２、・・・、２０－ｎに対応させて設けられた複数の結合素子３０－１、３０－２、・・・３０－ｎ（以下、総称する場合は「結合素子３０」）、循環型通信路の復路に配置された結合素子３２を備えて構成されている。シリアル伝送路１８は、一例として、結合素子３０、３２を搭載したプリント板によって構成されている。結合素子３０、３２は、主として伝送される信号の直流成分を遮断（カット）する素子であり、本実施の形態ではトランスによって構成されている。
換言すれば、マスタ装置１６とスレーブ装置２０との間には、直流電圧の絶縁のためトランス等の結合素子が挿入される。しかしながら、これに限られず、結合素子３０、３２を例えばフォトカプラ、キャパシタ等で構成してもよい。結合素子３０、３２が本発明に係る「直流遮断素子」を構成している。

図１に示すように、マスタ装置１６の送信部２６から出力された信号は結合素子３０－１を介しスレーブ装置２０－１の受信部４２（図２参照）に入力されている。本実施の形態ではスレーブ装置２０－１、２０－２、・・・・、２０－ｎが直列に接続されている（いわゆるデイジーチェーンとなっている）。すなわち、スレーブ装置２０－１の送信部４４（図２参照）は結合素子３０－２を介してスレーブ装置２０－２の受信部４２（図２参照）に接続され、スレーブ装置２０－２の送信部４４は結合素子３０－３（図示省略）を介してスレーブ装置２０－３（図示省略）の受信部４２に接続されている。以下同様にして、スレーブ装置２０－（ｎ－１）（図示省略）の送信部４４が結合素子３０－ｎを介してスレーブ装置２０－ｎの受信部４２に接続されている。

図２に示すように、本実施の形態に係るスレーブ装置２０は、起動受信部４０、受信部４２、送信部４４、電源回路４６、およびメイン制御部４８を含んで構成されている。スレーブ装置２０の詳細については後述する。

ここで、図５を参照して、比較例に係る電池監視システム１００の起動方法について説明する。電池監視システム１００は、スレーブ装置１０２－１、１０２－２、・・・、１０２－ｎ（以下、総称する場合は「スレーブ装置１０２」）、組電池１０４、マイコン１０６、マスタ装置１０８、シリアル伝送路１１０を含んで構成されている。

図１に示す電池監視システム１と同じ名称の構成は同様の機能を有するので詳細な説明を省略する。電池監視システム１００と電池監視システム１との相違は、電池監視システム１では電源回路４６に入力される起動トリガが、マスタ装置１６から起動受信部４０に送られた起動信号に基づいて生成されるのに対し、電池監視システム１００では、起動信号が監視部から直接電源回路に送られている点である。電池監視システム１００でもマスタ装置１０８とデイジーチェーン接続されたスレーブ装置１０２によって、循環型通信路が構成されている。

電池監視システム１００の起動方法は以下のようになっている。すなわち、マイコン１０６の監視部が生成した起動信号が結合素子を介して最上流のスレーブ装置１０２－１（電池監視ＩＣ）に入力される。スレーブ装置１０２－１ではその起動信号が起動トリガとなり電源回路が起動され、送信部、受信部のための電源電圧が生成される。電源回路で生成された電源電圧は自身の送信部、受信部で使用されるのと同時にスレーブ装置１０２－１の外部へも出力され次段のスレーブ装置１０２－２に入力される。スレーブ装置１０２－２は、スレーブ装置１０２－１で生成される電圧のレベルがある閾値を越えたことを検知して、自身の電源回路を起動させる。以上の動作がスレーブ装置１０２－ｎまで順次実行されていき、デイジーチェーン接続されたスレーブ装置１０２のすべてが起動される。

しかしながら、電池監視システム１００では、マイコン１０６の監視部からスレーブ装置１０２（電池監視ＩＣ）と通信するための通信線とは別の経路で起動信号を生成し、送受信しなければならないという問題点があった。本実施の形態に係る電池監視システム１は、この問題点の解決を目的としている。

再び図１を参照し、本実施の形態に係るスレーブ装置２０（電池監視システム１）の起動方法に対応するため、電池監視システム１では監視部２２から出力される起動信号の伝送経路が削除され、代わりにスレーブ装置２０の起動受信部４０がこの起動信号を受信する。

図２を参照し、本実施の形態に係るスレーブ装置２０についてより詳細に説明する。上述したように、本実施の形態に係るスレーブ装置２０は、起動受信部４０、受信部４２、送信部４４、電源回路４６、およびメイン制御部４８を含んで構成されている。

電源回路４６は、スレーブ装置２０内の各回路に電力を供給する。メイン制御部４８は、監視部２２から送られた各種制御信号（コマンド）を解読し、スレーブ装置２０に関する必要な処理を実行する。

受信部４２は、監視部２２から送信された各種制御信号を受信し、メイン制御部４８へ送る通信インタフェースである。送信部４４は、メイン制御部４８が収集した電圧等の電池セルＢに関する情報等を監視部２２に送る通信インタフェースである。また、送信部４４は、デイジーチェーン接続されたスレーブ装置２０の次段のスレーブ装置２０に制御信号を伝達する場合もある。

起動受信部４０は、監視部２２から送られたスレーブ装置２０（電池監視システム１）を起動させるための起動信号を受信する部位である。本実施の形態では、各種制御信号を伝送する経路と同じ経路を経由して、監視部２２からスレーブ装置２０に向けてスレーブ装置２０の起動信号が送られる。そのため、受信部４２の入力信号は分岐され、起動受信部４０にも入力されるように構成されている。監視部２２から送られた信号は、後述のスイッチ５０（図３参照）によって起動受信部４０、受信部４２のいずれかに入力させるように構成されている。スイッチ５０が本発明に係る「切替部」を構成している。

図２に示すように、起動信号を受信した起動受信部４０は起動トリガを電源回路４６に発出する。起動トリガを受け取った電源回路４６は自身を立ち上げ、メイン制御部４８、受信部４２、送信部４４を含むスレーブ装置２０内の他の構成に電源を供給する。その後スイッチ５０が受信部４２側に切り替わり、各種制御信号が受信部４２に入力される。

上記の受信部分の構成は下流側のスレーブ装置２０でも同様である。すなわち、上流側のスレーブ装置２０の送信部４４は下流側の受信部４２と起動受信部４０のいずれかに入力可能なように構成され、上述した動作と同様の動作が下流側に向け連鎖して実行される。その結果、送信部４４と受信部４２とがデイジー接続された経路を経由し、上流側のスレーブ装置２０から下流側のスレーブ装置２０に向けて起動信号が伝達される。

図３を参照して、上記のスレーブ装置２０の起動動作についてより詳細に説明する。図３は、スレーブ装置２０の構成の一例を表したものであり、特に起動受信部４０の内部の構成を回路図によって具体的に示している。スレーブ装置２０はスイッチ５０を備えており、このスイッチ５０によって、受信入力端子であるＲＸＮ１、ＲＸ１に入力された起動信号を含む各種制御信号（受信入力信号）を起動受信部４０に送るか、受信部４２に送るか切り替えている。すなわち、スイッチ５０は、起動受信部４０側に設けられたスイッチと受信部４２側に設けられたスイッチを備えた２連スイッチであり、この２連のスイッチが排他的に切り替えられる。

図３に示すように、起動受信部４０は、差動受信回路６０、ノイズフィルタ部８０、ＡＮＤ回路７４、およびラッチ部９０を含んで構成されている。

差動受信回路６０は、差動信号である受信入力信号を受け、次段を駆動可能な内部信号レベルを有するシングル出力に変換する回路であり、例えば差動増幅器で構成されている。

ノイズフィルタ部８０は、インバータ６２、ＲＣ遅延回路８２、およびシュミットトリガ回路７２を含んで構成されている。図３に示すように、インバータ６２で反転された受信入力信号は、ＲＣ遅延回路８２に入力される。ＲＣ遅延回路８２は、ソースがＶＣＣに接続されたＰ型ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「トランジスタ」）６４、トランジスタ６４のドレインに接続された抵抗６６、ドレインがＶＳＳに接続されたＮ型ＦＥＴ（以下、「トランジスタ」）６８、トランジスタ６８のソースに接続された抵抗７０、およびキャパシタ７８によって構成されたＲＣ型のフィルタである。キャパシタ７８は、時定数の調整が可能なように、スレーブ装置２０の外付け素子とされている。本実施の形態では、抵抗６６はＶＤＤ側に接続され、受信入力信号の立ち上がり時間を規定している。また抵抗７０はＶＳＳ側に接続され、受信入力信号の立ち下り時間を規定している。本実施の形態では、起動トリガを生成するための信号のレベルを漸増させるために、相対的に立ち上がり時間が速く、立ち下り時間が遅くなるように、抵抗６６、７０の抵抗値が選定されている。

ＲＣ遅延回路８２の出力はシュミットトリガ回路７２に接続されている。シュミットトリガ回路７２は、入力電位の変化に対して出力状態がヒステリシスをもって変化する回路であり、本実施の形態ではバッファ、およびノイズによるチャタリング防止の機能を有している。

ＡＮＤ回路７４は、シュミットトリガ回路７２の出力と差動受信回路の論理積をとり、次段のラッチ部９０の入力信号の終了のタイミングを規定し、信号幅を確定させる部位である。

ラッチ部９０はＲＳラッチ回路７６を含んで構成され、ＡＮＤ回路７４からの信号をラッチして電源回路４６を起動するための起動トリガを生成する。ＲＳラッチ回路７６のリセット端子（図３では「Ｒ」と表記）に入力されているシャットダウン信号ＳＤは、電源電圧異常等の必要な場合に起動トリガの生成をリセットさせる信号である。

再び図１を参照して、電池監視システム１の全体の動作についてより詳細に説明する。
本実施の形態では、マイコン１４の監視部２２は一例として４線シリアル通信方式の４線シリアルインタフェースを備え、スレーブ装置２０は一例として２線差動通信方式の２線差動インタフェースを備えている。マスタ装置１６の通信方式変換部２４は、４線シリアル通信方式から２線差動通信方式への変換、およびその逆の変換を行う。ただし、これらの通信方式はあくまで一例であり、他の通信方式を採用してもよく、例えば２線差動通信方式で直接監視部２２とスレーブ装置２０との通信を行ってもよい。

いま、初期状態として、スレーブ装置２０の全てがシャットダウンの状態にあるとする。本実施の形態に係るスレーブ装置２０では、シャットダウンの状態においては、高速動作が可能な回路（高速動作回路、具体的には受信部４２、メイン制御部４８、送信部４４等の回路）を構成する低耐圧素子用の低電圧電源がオフされている一方、高耐圧素子を使った低速な回路（低速動作回路、具体的には起動受信部４０等の回路）の電源はオンとされている。

まず、監視部２２が４線シリアルインタフェースでマスタ装置１６へ起動命令（ライトコマンド）を送信する。マスタ装置１６の通信方式変換部２４では４線シリアル通信方式から２線差動通信方式への通信方式変換を実行する。通信方式変換部２４で方式変換された起動命令は送信部２６から結合素子３０－１を経由して、スレーブ装置２０－１の起動受信部４０に送られる。

この際、上述のように、スレーブ装置２０－１はシャットダウンの状態であり、高速動作回路が動作していないので、上記起動命令を含む起動用の信号は低速動作回路で受信させる。そのため、起動用の信号は通常の通信で使用する高速な２線差動信号では無く、より低い周波数（長いパルス幅）の信号（低周波信号）にする必要がある。マスタ装置１６の通信方式変換部２４は、４線シリアル信号による起動信号の一部をこの低周波信号である起動用の信号に変換する。以下、起動済みの通常状態において循環型通信路に伝送させる信号を「制御信号」といい、上記起動用の信号を「起動パルス信号」といい、制御信号に起動パルス信号を付加した（重畳した）信号を「起動信号」という。

図４を参照して、起動信号の４線シリアル信号から２線差動信号への信号変換の一例について説明する。図４は、起動コマンドのフォーマットの一例を示すタイミングチャートであり、図４（ａ）は監視部２２から出力される４線シリアル信号であるＣＳＩ、ＣＬＫＩ、ＳＤＩの波形を、図４（ｂ）は送信部２６から出力される２線差動信号であるＴＸ、ＴＸＮの波形を、各々示している。図４に示すように、本実施の形態に係る起動コマンドは複数のコマンド列、すなわち、ファーストコマンド、セカンドコマンド、ＣＲＣ演算データ、ライトデータ”０ｘ５５”の繰り返し（図４では、ｎ回の繰り返しが例示されている）で定義されている。ただし、０ｘ５５は１６進数の５５で、２進に変換すると１、０の交番（繰り返し）パターンになる。

図４では、予め定められた変換規則により、図４（ａ）に示す４線シリアル信号が図４（ｂ）に示す２線差動信号に変換されている。以下、この変換を「４線／２線変換」という。４線／２線変換の変換規則については本発明に直接関係ないので詳細な説明を省く。
以下、ファーストコマンド、セカンドコマンド、およびＣＲＣ演算データの領域を「高速データ信号ＤＨ」、ライトデータ１”０ｘ５５”～ライトデータｎ”０ｘ５５”の領域を「低速データ信号ＤＬ」という。この低速データ信号ＤＬが上記の起動パルス信号である。

図４に示すように、高速データ信号ＤＨでは４線／２線変換によって信号速度は変化していない（つまり、通常の４線／２線変換が行われている）が、低速データ信号ＤＬでは４線／２線変換によって信号速度が低くなっている。本実施の形態では、低速データ信号ＤＬは、ＳＤＩ端子入力をＣＬＫＩ端子入力でラッチした信号を生成して出力していく。
結果として、起動パルス信号はＣＬＫＩ信号の１／２の周波数の信号となる。この起動パルス信号を含む起動信号が送信部２６から出力され、結合素子３０－１を介してスレーブ装置２０－１の起動受信部４０伝送される。なお、図４では、低速データ信号ＤＬの通信速度を１／２に落とす例を示しているが、この通信速度低減率は１／２に限定されず、例えば起動受信部４０等の回路速度に応じて適宜に設定してよい。本実施の形態では、この起動パルス信号（つまり、低速データ信号ＤＬ）である１、０の交番パターンが、起動用の信号として起動受信部４０に入力される。

ここで、結合素子３０、３２が本実施の形態のようにトランスで構成されている場合、起動信号はこのトランスを介して伝送されるため、起動信号を構成する信号パルスの周波数が低ければ低いほどトランスのインダクタンスを大きくしないと起動信号の伝送が困難になる。つまり、起動信号として周期の長いパルス（ライトデータ０ｘＦＦ）とすると、極めて大きなインダクタンスのトランスが必要となる。そのため、本実施の形態では、比較的短い周期の複数のパルス列の起動信号を用いている。

結合素子３０－１を通過した後、起動信号はスレーブ装置２０－１に入力される。この際、スレーブ装置２０－１はシャットダウンの状態であり、スイッチ５０は差動受信回路６０側に接続されているので、起動信号は起動受信部４０に入力され、上述した動作により電源回路４６の起動トリガが生成される。電源回路４６に起動トリガが入力されるとスレーブ装置２０－１（電池監視ＩＣ）内の各電源がオンしメイン制御部４８へ供給され、スレーブ装置２０－１が起動する。その後図３に示すスイッチ５０が受信部４２側に切り替わる。

次に、メイン制御部４８は起動シーケンスの一環として、マスタ装置１６から送られてきた起動信号と同じパルス列を生成し（再生し）送信部４４へ送る。送信部４４は、該起動信号をそのまま、結合素子３０－２を介して次段のスレーブ装置２０－２の起動受信部４０へ送信する。スレーブ装置２０－２でも上記のスレーブ装置２０－１と同様の手順で電源回路４６が立ち上げられ、起動信号がスレーブ装置２０－３の起動受信部４０に送られる。

以上の動作が連鎖的に繰り返されて、最下流のスレーブ装置２０－ｎまで同様の動作を順次実行していくことにより、デイジーチェーン接続されたすべてのスレーブ装置２０を起動状態に移行させることができる。

次に、図３を参照して、起動信号が起動受信部４０に入力されてから、電源回路４６が起動されるまでの動作について、より詳細に説明する。

上述したように、スレーブ装置２０の受信入力端子ＲＸＮ１、ＲＸ１には、起動信号を起動受信部４０に送るか、受信部４２に送るかを排他的に切り替えるスイッチ５０が設けられている。

スレーブ装置２０がシャットダウン時に監視部２２から送信された起動信号は起動受信部４０側、すなわち、差動受信回路６０に入力される。メイン制御部４８は電源回路４６が起動した後に、受信入力端子ＲＸＮ１、ＲＸ１が起動受信部４０側から受信部４２側に接続されるようにスイッチ５０を制御する。この理由は、起動受信部４０側に接続されたままだと起動受信部４０の入力インピーダンスが過剰な負荷となり、受信部４２側の高速通信の妨げになるからである。しかしながら、これに限られず、起動受信部４０側、受信部４２側の各々の通信にとって問題とならなければ、スイッチ５０で排他的に切り替える必要はない。

差動受信回路６０は、受信入力端子ＲＸＮ１、ＲＸ１の差動振幅が予め定められた規定振幅を越えた場合に有効入力とみなし、ハイレベル（以下、「Ｈ」）を出力する。その他の状態ではロウレベル（以下、「Ｌ」）を出力する。実際に入力される起動信号は図４（ｂ）に示すように、有効入力に対応するＨと無効入力に対応するＬとがデューティ比５０％で入力されるため、通常差動受信回路６０の出力もＨ、Ｌの繰り返しのパルス出力となる。差動受信回路６０内部の素子の遅延の影響で差動受信回路６０の出力がパルスにならない場合も想定されるが、その場合は出力がＨ（有効入力）固定となるように差動受信回路６０の素子の定数が調整されている。

その後、差動受信回路６０から出力されたデューティ比５０％のパルスがノイズフィルタ部８０に入力される。ノイズフィルタ部８０のキャパシタ７８は、キャパシタ７８への入力がＨの時に充電され、Ｌの時に放電される。充電方向の抵抗値、すなわちＶＣＣ側の抵抗６６の抵抗値は、放電方向の抵抗値、すなわちＶＳＳ側の抵抗７０の抵抗値よりも１／３～１／２程度まで小さくしている。そのため、デューティ比５０％のパルスが入力され続けると充電と放電の時定数の差によりキャパシタ７８は全体として充電方向へ進む。

充電が進み後段のシュミットトリガ回路７２のＨの閾値を超えたタイミングでＡＮＤ回路７４の出力、すなわちラッチ部９０入力信号はＨを出力する。一方、途中でキャパシタ７８への入力が停止しＬ固定になった場合は、キャパシタ７８の放電が進み、ＡＮＤ回路７４の出力はＬ出力を保持したままとなる。以上の動作により、ノイズフィルタ部８０は短い時間の起動パルスを無効とするノイズフィルタとして機能する。

ＡＮＤ回路７４の出力がＨになると、ラッチ部９０のＲＳラッチ回路７６のセット端子（図３では「Ｓ」と表記）にＨが入力され、ラッチ部９０の出力、すなわち電源回路４６の起動トリガがＨにセットされる。つまり、電源回路４６の起動トリガが生成される。

次に、デイジーチェーン接続された複数のスレーブ装置２０の、スレーブ装置２０－１以外の特定のスレーブ装置２０がシャットダウンしている状態から再起動させる場合の動作について説明する。特定のスレーブ装置２０がシャットダウンするという状態は、例えば該特定のスレーブ装置２０に搭載された電源レギュレータの出力が短絡する等の何らかの異常が瞬間的に発生した結果、該特定のスレーブ装置２０のみがシャットダウン状態となることにより発生する場合がある。

上記のような状態の場合には、起動済みのスレーブ装置２０－１に起動信号が入力されることになる。スレーブ装置２０－１が起動済の場合、上述したように受信入力端子ＲＸＮ１、ＲＸ１に設けられたスイッチ５０が受信部４２側に切り替わっており、受信部４２に起動信号が入力される。

受信部４２は高速な差動信号を受けるための部位なので、起動受信部４０とは逆に図４に示す起動コマンド列の高速データ信号ＤＨの部分、つまりファーストコマンド、セカンドコマンド、ＣＲＣ演算データまでを受信することが可能である。しかしながら、その後に続く低速データ信号ＤＬ、すなわち電源回路４６の起動パルス信号は受信できない。

そのため、起動信号を受信したスレーブ装置２０－１は、受信部４２は受信可能な高速データ信号ＤＨの部分のみをシリアルロジック信号に変換し、メイン制御部４８へ受け渡す。メイン制御部４８では、その高速データ信号ＤＨのコマンド列を解析し、起動命令であることを認識する。起動命令を認識したメイン制御部４８は起動信号を生成し（再生し）、送信部４４を介して次段のスレーブ装置２０の起動受信部４０および受信部４２へ送る。

次段のスレーブ装置２０が起動済の場合は、上記スレーブ装置２０－１と同様の動作で次段のスレーブ装置２０へ起動信号を送信する。一方、次段のスレーブ装置２０がシャットダウン状態にある場合はスイッチ５０が起動受信部４０側に接続されているため、当該スレーブ装置２０が上述した通常のスレーブ装置２０の起動手順における初段のスレーブ装置２０－１と同様の動作を行い、起動受信部４０が起動信号を受信する。起動信号を受信したシャットダウン状態にあるスレーブ装置２０は、上述した通常のスレーブ装置２０の起動手順に従って、自身の電源回路４６を立ち上げ、起動信号を生成して（再生して）次段のスレーブ装置２０へ送る。

なお、上記実施の形態では最上流のスレーブ装置２０－１が起動状態にあり、他スレーブ装置２０に停止状態のものがある形態を例示して説明したが、スレーブ装置２０－１が停止状態の場合は上述した通常の起動手順に即してスレーブ装置２０－１が起動信号の再生を行い、起動済のスレーブ装置２０は上記手順で起動信号の再生を行い、以降起動信号が順次伝送され全てのスレーブ装置２０が起動される。

以上詳述したように、本実施の形態に係る半導体装置、電池監視システム、および半導体装置の起動方法では、監視部と電池監視ＩＣ（スレーブ装置２０）との間におけるコマンド等を送信、受信する通信線を用いて電池監視ＩＣを起動するための起動信号を送信するようにした。そのため、従来該通信線とは別に設けられていた専用の起動信号送信手段を省くことが可能となり、起動信号の生成回路、送信のための信号線、端子、外付け回路等が不要となったので、電池監視システムを起動するための構成がより簡易で、より低コストなものとなった。

また、起動信号を、高速動作回路である受信部４２で受信可能な高速な起動コマンド（高速データ信号ＤＨ）と、低速動作回路である起動受信部４０で受信可能な低速な（パルス幅の広い）起動パルス信号（低速データ信号ＤＬ）の２つを組み合わせて構成した。そのため、デイジーチェーン内の各電池監視ＩＣが起動状態にあるか、シャットダウン状態にあるかに関わらず、起動信号を最上流の電池監視ＩＣから最下流の電池監視ＩＣまで循環させることが可能となった。

なお、上記実施の形態では、起動受信部４０における起動トリガの生成に際し、起動パルス信号のデューティを５０％とし、該起動パルス信号を立ち上がりと立ち下りとで時定数の異なるＲＣ遅延回路８２を通過させる構成を採用した形態を例示して説明したが、これに限られない。例えば、起動パルス信号のデューティを５０％より大きくし、起動パルス信号を立ち上がりと立ち下りとで時定数が同じであるＲＣ遅延回路を通過させる構成を採用した形態としてもよい。また、上記実施の形態では、起動受信部４０における起動トリガの生成に際し、キャパシタ７８を充放電させて起動トリガを生成する構成を採用した形態を例示して説明したが、これに限られず、例えば起動信号のパルス数を計数して起動トリガを生成する構成を採用した形態としてもよい。

１ 電池監視システム
１２ 組電池
１４ マイコン
１６ マスタ装置
１８ シリアル伝送路
２０、２０－１～２０－ｎ スレーブ装置
２２ 監視部
２４ 通信方式変換部
２６ 送信部
２８ 受信部
３０、３０－１～３０－ｎ、３２ 結合素子
４０ 起動受信部
４２ 受信部
４４ 送信部
４６ 電源回路
４８ メイン制御部
５０ スイッチ
６０ 差動受信回路
６２ インバータ
６４ トランジスタ
６６ 抵抗
６８ トランジスタ
７０ 抵抗
７２ シュミットトリガ回路
７４ ＡＮＤ回路
７６ ＲＳラッチ回路
７８ キャパシタ
８０ ノイズフィルタ部
８２ ＲＣ遅延回路
９０ ラッチ部
１００ 電池監視システム
１０２、１０２－１～１０２－ｎ スレーブ装置
１０４ 組電池
１０６ マイコン
１０８ マスタ装置
１１０ シリアル伝送路
Ｂ、Ｂ１～Ｂｎ 電池セル
ＤＨ 高速データ信号
ＤＬ 低速データ信号

Claims (11)

1. 外部から制御信号を受信する第１の受信部および第２の受信部と、
   前記制御信号に基づいて対象物の監視を制御する制御部と、
   内部回路に電力を供給する電源部と、
   前記制御信号を前記第１の受信部および前記第２の受信部のいずれに入力させるか切り替える切替部と、を含み、
   前記制御部は、前記電源部が停止した状態で前記第１の受信部に前記制御信号が入力される状態にあった前記切替部を、前記電源部が起動した後に前記第２の受信部に前記制御信号が入力されるように前記切替部を切り替え、
   前記第１の受信部は、前記電源部が停止した状態で前記制御信号に起動パルス信号が重畳された起動信号を受信すると、前記起動信号から抽出した前記起動パルス信号に基づいて前記電源部を起動させる起動トリガを生成し、
   前記第２の受信部は、前記電源部が前記起動トリガにより起動した後前記電源部から電力の供給を受けて前記起動信号に続く前記制御信号を受信し前記制御部に送る
   半導体装置。
2. 前記制御部および前記第２の受信部は予め定められた第１の上限速度以下で動作し、
   前記第１の受信部は前記第１の上限速度よりも低い第２の上限速度以下で動作する
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記制御信号が少なくとも前記第１の上限速度以下で動作しかつ前記第２の上限速度以下では動作しない周波数のパルス信号であり、
   前記起動パルス信号が前記第２の上限速度以下で動作する周波数のパルス信号である
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第１の受信部は、抵抗および容量による遅延回路を含み、
   前記起動パルス信号が論理値１および０の交番パターンであり、
   前記遅延回路は、前記抵抗を介する前記容量への充電および放電を前記起動パルス信号に応じて繰り返すことにより前記起動トリガを生成するための信号を発生させる
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記起動パルス信号のデューティ比が５０％であり、
   前記遅延回路は前記起動パルス信号の立ち上がりと立ち下りで時定数が異なるように構成されている
   請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記対象物である電池と、
   電池を監視の対象物とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置と、
   前記制御信号を送信する監視装置と、
   前記制御信号を前記起動信号に変換する変換装置と、
   を含む電池監視システム。
7. 前記半導体装置および前記電池が複数であり、
   複数の前記半導体装置の各々は複数の前記電池の対応する電池を監視するとともに、相互に直列に接続されて半導体装置群を構成し、
   複数の前記半導体装置の各々は前記制御信号を送信する送信部をさらに備え、
   前記半導体装置群の各々の半導体装置の前記送信部が次段の前記第１の受信部および前記第２の受信部に接続され、最上流の前記半導体装置の第１の受信部および第２の受信部が前記変換装置に接続されて前記制御信号を受信し、最下流の前記半導体装置の前記送信部が前記変換装置に接続されて前記制御信号に対応する返信信号を送信することにより循環型通信路が構成されている
   請求項６に記載の電池監視システム。
8. 複数の前記半導体装置の各々が停止状態にある場合、前記半導体装置の各々は上流側から送られた前記起動信号を前記第１の受信部で受信して前記電源部を起動させるとともに前記制御部により前記起動信号を再生し前記送信部を介して下流側に送信する再生動作を実行し、前記再生動作が前記最上流の半導体装置から前記最下流の半導体装置まで順次行われることにより前記半導体装置群に含まれる各々の半導体装置の前記電源部が起動される
   請求項７に記載の電池監視システム。
9. 複数の前記半導体装置において停止状態にある半導体装置と起動状態にある半導体装置が混在している場合、停止状態にある半導体装置の各々は上流側から送られた前記起動信号を前記第１の受信部で受信して前記電源部を起動させるとともに前記制御部により前記起動信号を再生し前記送信部を介して下流側に送信する第１の再生動作を実行し、起動状態にある半導体装置の各々は上流側から送られた前記起動信号を前記第２の受信部で受信して前記電源部を起動させるとともに前記制御部により前記起動信号を再生し送信部を介して下流側に送信する第２の再生動作を実行し、前記第１の再生動作または前記第２の再生動作が前記最上流の半導体装置から前記最下流の半導体装置まで順次行われることにより前記半導体装置群に含まれる各々の半導体装置の前記電源部が起動される
   請求項７に記載の電池監視システム。
10. 前記循環型通信路の経路上に少なくとも１つの直流を遮断する直流遮断素子をさらに含む
    請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電池監視システム。
11. 外部から制御信号を受信する第１の受信部および第２の受信部と、前記制御信号に基づいて対象物の監視を制御する制御部と、内部回路に電力を供給する電源部と、前記制御信号を前記第１の受信部および前記第２の受信部のいずれに入力させるか切り替える切替部と、を含む半導体装置の起動方法であって、
    前記制御部が、前記電源部が停止した状態で前記第１の受信部に前記制御信号が入力される状態にあった前記切替部を、前記電源部が起動した後に前記第２の受信部に前記制御信号が入力されるように前記切替部を切り替え、
    前記第１の受信部が、前記電源部が停止した状態で前記制御信号に起動パルス信号が重畳された起動信号を受信すると、前記起動信号から抽出した前記起動パルス信号に基づいて前記電源部を起動させる起動トリガを生成し、
    前記第２の受信部が、前記電源部が前記起動トリガにより起動した後前記電源部から電力の供給を受けて前記起動信号に続く前記制御信号を受信し前記制御部に送る
    半導体装置の起動方法。

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