CN102163839B - 保护电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供保护电路和电子设备。该保护电路能保持检测正常工作限度电压的精度并降低功耗。保护电路具有:充电控制用开关,其设置在连接二次电池与充电用电源的路径中;放电控制用开关,其设置在连接二次电池与负载的路径中;检测端子电压的电池电压检测电路;过充电检测电路,其监视端子电压,当检测到高于上限电压时,进行控制,使充电控制用开关成为断开状态;过放电检测电路,其监视端子电压,当检测到低于下限电压时进行控制,使放电控制用开关成为断开状态;和定时信号产生电路,其根据由电池电压检测电路检测出的二次电池的端子电压,控制过充电检测电路和过放电检测电路的监视动作间隔。

Description

保护电路和电子设备
[0001] 技术区域
[0002] 本发明涉及检测二次电池的过充电状态和过放电状态来保护二次电池的保护电路,尤其涉及降低进行过充电状态和过放电状态的检测而所需要的功耗的技术。
背景技术
[0003] 作为可充电的二次电池,公知有锂离子电池。锂离子电池可获得较高电压、能量密度高、且当重复短暂的充放电时容量减少的记忆效应小,因此被广泛地应用于便携电话机、笔记本计算机、便携信息终端(PDA:个人数字助理(personal DigitalAssistants))等便携设备中。
[0004] 一般地,在二次电池中,为了保持质量和确保安全性而需要监视充放电的保护电路,然而,特别是锂离子电池,其通常使用区域的电压范围与过充电状态/过放电状态的危险区域的电压范围非常接近,并且过充电状态/过放电状态对质量劣化和安全性的影响较大,因此,需要以高精度例如几IOmV的电平来时常进行用于检测过充电状态/过放电状态的电压检测。并且,当检测出过充电状态时,停止充电,当检测出过放电状态时,停止放电,由此保护锂离子电池。
[0005] 在利用锂离子电池等二次电池的便携设备中,为了延长驱动时间而要求减少功耗。因此,在监视充放电的保护电路中,也期望消减功耗。在专利文献I中,记载了如下内容:在通过高精度地比较二次电池的电压与基准电压来检测过充电状态和过放电状态的过充电检测电路和过放电检测电路中,为了降低功耗,不是连续地而是空开规定间隔、周期性地进行过充电检测电路和过放 电检测电路的动作。
[0006]【专利文献I】日本特开平8-23639号公报
[0007] 然而,近年来,二次电池也被应用于手表等更小型的设备中。在该情况下,二次电池本身也必须实现小型化,电池容量也变少。在使用了这种电池容量少的二次电池的设备中,为了延长驱动时间来提高产品性能,在保护电路中也要求进一步节能化。
[0008] 虽然能够通过进一步扩大专利文献I记载的过充电检测电路和过放电检测电路的动作间隔来降低功耗,但是,相应地,有可能使危险区域的检测变慢,不能充分地保持质量和确保安全性。
发明内容
[0009] 因此,本发明解决的课题在于,提供能保持正常工作限度电压的检测精度并能降低功耗的保护电路。
[0010] 为了解决该课题,根据本发明,提供一种保护电路,其与电源以及二次电池一起使用,其中,该电源产生充电用的电力,该二次电池正常工作的条件是端子电压为上限电压以下,该保护电路具有:第一开关元件,其设置在将所述二次电池与所述电源电连接的第一路径中;第二路径,其将所述二次电池与负载电连接;电压检测电路,其检测所述二次电池的端子电压;过充电检测电路,其监视所述二次电池的端子电压,当检测到该端子电压高于所述上限电压时,控制所述第一开关元件,使所述第一开关元件成为断开状态;以及控制电路,其根据由所述电压检测电路检测出的所述二次电池的端子电压,控制所述过充电检测电路的监视动作间隔。
[0011] 根据本发明,通过根据二次电池的端子电压控制过充电检测电路的监视动作间隔,能够进行与二次电池的状态对应的监视动作。由此,能保持正常工作限度电压的检测精度并且降低功耗。
[0012] 另外,为了解决该课题,根据本发明,提供一种保护电路,其与电源以及二次电池一起使用,其中,该电源产生充电用的电力,该二次电池正常工作的条件是端子电压为下限电压以上且上限电压以下,该保护电路具有:第一开关元件,其设置在将所述二次电池与所述电源电连接的第一路径中;第二开关元件,其设置在将所述二次电池与负载电连接的第二路径中;电压检测电路,其检测所述二次电池的端子电压;过充电检测电路,其监视所述二次电池的端子电压,当检测到该端子电压高于所述上限电压时,控制所述第一开关元件,使所述第一开关元件成为断开状态;过放电检测电路,其监视所述二次电池的端子电压,当检测到该端子电压低于所述下限电压时,控制所述第二开关元件,使所述第二开关元件成为断开状态;以及控制电路,其根据由所述电压检测电路检测出的所述二次电池的端子电压,控制所述过充电检测电路和所述过放电检测电路的监视动作间隔。
[0013] 根据本发明,通过根据二次电池的端子电压控制过充电检测电路和过放电检测电路的监视动作间隔,能够进行与二次电池的状态对应的监视动作。由此,能保持正常工作限度电压的检测精度并且降低功耗。
[0014] 这里,所述电压检测电路按照比所述控制电路控制的监视动作间隔长的间隔检测所述二次电池的端子电压。由此,能够减少电压检测电路的功耗。
[0015] 更具体而言,在将第一电压设为高于所述下限电压且低于所述上限电压的电压、将第二电压设为高于所述第一电压且低于所述上限电压的电压时,在检测出的所述二次电池的端子电压处于从所述第一电压到所述第二电压之间的情况下,与检测出的所述二次电池的端子电压为所述下限电压以上且小于所述第一电压、或者检测出的所述二次电池的端子电压高于所述第二电压且在所述上限电压以下的情况相比,所述控制电路将所述过充电检测电路和所述过放电检测电路的监视动作间隔控制得更长。
[0016] 即,在接近过放电状态以及过充电状态的情况下,通过缩短过充电检测电路以及所述过放电检测电路的监视动作间隔,来保持检测正常工作的限度电压的精度,在远离过放电状态以及过充电状态的情况下,通过延长过充电检测电路以及所述过放电检测电路的监视动作间隔,来降低功耗。
[0017] 另外,也可以是,在将第一电压设为高于所述下限电压且低于所述上限电压的电压、将第二电压设为高于所述第一电压且低于所述上限电压的电压时,在检测出的所述二次电池的端子电压为所述第一电压以上的情况下,与检测出的所述二次电池的端子电压低于所述第一电压的情况相比,所述控制电路将所述过放电检测电路的监视动作间隔控制得更长,在检测出的所述二次电池的端子电压低于所述第二电压的情况下,与检测出的所述二次电池的端子电压为所述第二电压以上的情况相比,所述控制电路将所述过充电检测电路的监视动作间隔控制得更长。
[0018] S卩,在远离过充电状态的情况下,延长过充电检测电路的监视动作,在远离过放电状态的情况下,延长过放电检测电路的监视动作,由此能够进一步降低功耗。
[0019] 另外,也可以是,当所述过充电检测电路检测到所述二次电池的端子电压高于所述上限电压时,所述控制电路进行控制,使得所述过放电检测电路的监视动作停止,当所述过放电检测电路检测到所述二次电池的端子电压低于所述下限电压时,所述控制电路进行控制,使得所述过充电检测电路的监视动作停止。
[0020] 还可以是,在将第三电压设为高于所述下限电压且低于所述上限电压的电压、将第四电压设为高于所述第三电压且低于所述上限电压的电压时,在检测出的所述二次电池的端子电压低于所述第四电压的情况下,所述控制电路进行控制,使得所述过充电检测电路的监视动作停止,在检测出的所述二次电池的端子电压高于所述第三电压的情况下,所述控制电路进行控制,使得所述过放电检测电路的监视动作停止。
[0021] S卩,在远离过充电状态的情况下,停止过充电检测电路的监视动作,在远离过放电状态的情况下,停止过放电检测电路的监视动作,由此能够进一步降低功耗。
[0022] 此时,也可以是,在检测出的所述二次电池的端子电压为所述第四电压以上的情况下,所述控制电路使所述过充电检测电路的监视动作间隔随着检测出的所述二次电池的端子电压变大而单调地减小,在所述检测电压为所述第三电压以下的情况下,所述控制电路使所述过放电检测电路的监视动作间隔随着检测出的所述二次电池的端子电压变小而单调地减小。
[0023] 此外,为了解决该课题,根据本发明,提供一种电子设备,该电子设备具有:电源,其产生充电用的电力;二次电池,其正常工作的条件是端子电压为下限电压以上且上限电压以下;负载;以及上述的保护电路。
附图说明
[0024] 图1是示出具有本实施方式的保护电路的电子设备的结构的框图。
[0025] 图2是说明锂离子电池的电压与状态之间的关系的一例的图。
[0026] 图3是说明二次电池的电压与动作定时之间的关系的图。
[0027] 图4是说明动作定时与消耗电流之间的关系的图。
[0028] 图5是示出电池电压检测电路的电压检测的动作间隔与过充电检测电路以及过放电检测电路的检测动作间隔之间的关系的时序图。
[0029] 图6是示出过充电检测电路以及过放电检测电路的电路结构例的图。
[0030] 图7是示出过充电检测电路以及过放电检测电路的电路结构的另一例的图。
[0031] 图8是示出定时信号产生电路进行的过充电检测电路和过放电检测电路的动作间隔控制的第一实施例的流程图。
[0032] 图9是示出第一实施例的控制内容的图表。
[0033] 图10是示出第一实施例的另一例的控制内容的图表。
[0034] 图11是示出定时信号产生电路进行的过充电检测电路和过放电检测电路的动作间隔控制的第二实施例的流程图。
[0035] 图12是示出第二实施例的控制内容的图表。
[0036] 图13是示出定时信号产生电路进行的过充电检测电路和过放电检测电路的动作间隔控制的第三实施例的流程图。[0037] 图14是示出第三实施例的控制内容的图表。
[0038] 图15是示出第三实施例的另一例的控制内容的图表。
[0039] 图16是示出具有本实施方式的保护电路的电子设备的结构的另一例的框图。
[0040] 图17是作为电子设备一例的手表的立体图。
[0041] 图18是作为电子设备一例的便携电话机的立体图。
[0042] 图19是作为电子设备一例的便携信息终端的立体图。
[0043] 图20是示出具有变形例的保护电路的电子设备结构的其他例子的框图。
[0044] 标号说明
[0045] 10电子设备;100 二次电池;200、201保护电路;210过充电检测电路;211锁存电路;220过放电检测电路;230电池电压检测电路;240、241定时信号产生电路;250充电控制用开关;260放电控制用开关;270 二极管;300充电用电源;400、410负载;411控制电路;2000手表;3000便携电话机;4000便携信息终端。
具体实施方式
[0046] (1.实施方式)
[0047] 参照附图来说明本发明的实施方式。图1是示出具有本实施方式的保护电路的电子设备的结构的框图。如该图所示,电子设备10具有可充电的二次电池100、保护电路200、充电用电源300和负载400,二次电池100经由保护电路200与充电用电源300以及负载400电连接。电子设备10是以二次电池100为驱动电源来进行动作的设备,例如,可以是手表、便携电话机、便携信息终端等。
[0048] 在本实施方式中,使用锂离子电池作为二次电池100。但是,二次电池100也可以是锂离子电池以外的二次电池,本发明也可有效地应用于锂离子聚合物(U fA 4才>*。1J 7—)电池等中。
[0049] 图2是示出作为二次电池100来使用的锂离子电池的端子电压与电池状态之间的关系的一例的图。如该图所示,对于锂离子电池而言,2.60V〜4.20V是进行正常工作的电压范围即通常使用区域。4.20V〜4.25V被设为过充电区域,在该电压范围内,特性因过充电而劣化。当超过4.25V时,由于电池处于危险的状态,因此是禁止使用的危险区域。另外,1.00〜2.60V被设为过放电区域,在该电压范围内,特性因过放电而劣化。当低于1.0OV时,由于电池处于危险的状态,因此是禁止使用的危险区域。
[0050] 因此,在本实施方式中,将作为通常使用区域上限的4.20V称为过充电检测电压,将作为通常使用区域下限的2.60V称为过放电检测电压,设为正常工作限度电压的检测对象。当然,这些数值是例示性的,适合于二次电池100的特性和电子设备10的用途等。
[0051] 返回到图1的说明,保护电路200根据二次电池100的电压来检测二次电池100的过充电状态和过放电状态,进行二次电池100的保护动作。具体而言,在检测到过充电状态的情况下,断开与充电用电源300的电连接,在检测到过放电状态的情况下,断开与负载400的电连接。
[0052] 充电用电源300是用于二次电池100的充电的电源,例如可以使用太阳能电池(solar cell)。但是,充电用电源300也可以米用充电器或恒压电源等,设置在电子设备10的外部,而不是设置在电子设备10内。[0053] 负载400是由二次电池100提供电力的功能部,在将电子设备10应用于手表的情况下,手表主体相当于负载,在将电子设备10应用于便携电话机的情况下,便携电话机主体相当于负载。
[0054] 在本实施方式中,保护电路200具有过充电检测电路210、过放电检测电路220、电池电压检测电路230、定时信号产生电路240、充电控制用开关250、放电控制用开关260和二极管270。
[0055] 充电控制用开关250是设置在将二次电池100与充电用电源300电连接的路径中的开关元件。放电控制用开关260是设置在将二次电池100与负载400电连接的路径中的开关元件。在本实施方式中,二者均采用晶体管作为开关元件。
[0056] 过充电检测电路210监视二次电池100的端子电压,当检测到高于过充电检测电压时,为了停止充电,使充电控制用开关250断开。例如,可以通过比较被分压后的二次电池100的电压与对应于过充电检测电压的基准电压来检测高于过充电检测电压的情况。此夕卜,为了防止由噪声等造成的误检测,也可以根据多次的检测结果来进行判定。
[0057] 过放电检测电路220监视二次电池100的端子电压,当检测到低于过放电检测电压时,为了停止放电,使放电控制用开关260断开。例如,可以通过比较被分压后的二次电池100的电压与对应于过放电检测电压的基准电压来检测低于过放电检测电压的情况。此夕卜,为了防止由噪声等造成的误检测,也可以根据多次的检测结果来进行判定。
[0058] 电池电压检测电路230检测二次电池100的端子电压。电池电压检测电路230能够按照规定间隔例如60秒的间隔检测二次电池100的电压,而无需连续地检测二次电池100的电压。例如可以采用电压比较器、A/D转换器等来构成电池电压检测电路230。
[0059] 使用二极管270是为了防止如下情况:在处于充电用电源300的电压低于二次电池100的电压的状态时,电流从二次电池100流向充电用电源300,对充电用电源300造成不良影响。
[0060] 定时信号产生电路240根据电池电压检测电路230的电压检测结果,控制过充电检测电路210的监视动作定时和过放电检测电路220的监视动作定时。即,在本实施方式中,根据二次电池100的电压,改变过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作定时。过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作定时可以同步,也可以不同步。另外,也可以根据二次电池100的特性等,改变过充电检测电路210的监视动作定时和过放电检测电路220的监视动作定时中的某一方。
[0061] 更具体而言,在二次电池100有可能成为过充电状态、过放电状态的状况下,定时信号产生电路240改变监视动作定时,缩短二次电池100的电压的监视间隔,由此,保持正常工作的限度电压的检测精度,在不会立即成为过充电状态、过放电状态的状况下,改变监视动作定时,延长二次电池100的电压的监视间隔,由此,降低功耗。
[0062] 这里,为了方便起见,将定时信号产生电路240所控制的过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作定时设定为“持续”(〜夕)、“1秒周期”、“10秒周期”中的任一个。即,如图3所示,从通常使用区域的2.7V至4.1V,按0.1V的刻度,分别对过充电检测电路210和过放电检测电路220设定“持续”、“I秒周期”、“10秒周期”中的某一个。在该图中,在通常使用区域中,充电控制用开关250和放电控制用开关260均为接通(0N)。另夕卜,所谓“持续”,是指始终进行监视动作的状态。[0063] 另外,在检测到作为过充电检测电压的4.2V的情况下,将过充电检测电路210的监视动作定时设为“I秒周期”,使过放电检测电路220停止动作。此时,过充电检测电路210检测到过充电检测电压,为了保护二次电池100,使充电控制用开关250断开(OFF)。
[0064] 在检测到作为过放电检测电压的2.6V的情况下,由于端子电压变化为作为过充电检测电压的4.2V的可能性极低,因此,使过充电检测电路210停止动作,将过放电检测电路220的监视动作定时设为“10秒周期”。此时,过放电检测电路220检测到过放电检测电压,为了保护二次电池100,使放电控制用开关260断开。
[0065] 这里,具地说明在监视动作定时的“持续”、“I秒周期”、“10秒周期”的各个情况下、检测电路(过充电检测电路210、过放电检测电路220)所消耗的电流。另外,以0.1秒进行一次检测动作,其间,3.0 ii A的电流流过检测电路。
[0066] 图4(a)示出以“持续”即动作间隔为0的方式连续地检测二次电池100的电压的情况下流过检测电路的电流。在该图的例子中,在“持续”的情况下,每秒消耗3.0 y A。
[0067] 图4 (b)示出在按“ I秒周期”来检测二次电池100的电压的情况下流过检测电路的电流。检测时间为0.1秒,在之后的0.9秒内检测动作停止,不消耗电流。在该图的例子中,在“ I秒周期”的情况下,每秒消耗0.3 ii A (3.0 ii AX 0.1秒/I秒)。
[0068] 图4 (C)示出在按“ 10秒周期”来检测二次电池100的电压的情况下流过检测电路的电流。检测时间为0.1秒,在之后的9.9秒内检测动作停止,不消耗电流。在该图的例子中,在“ 10秒周期”的情况下,每秒消耗0.03uA(3.0uAX0.1秒/10秒)。
[0069] 在设二次电池100的容量为lOmAH、设负载400消耗的电流为0.5 ii A的情况下,如果考虑到检测电路使用过充电检测电路210和过放电检测电路220这两者、求取“持续”时的驱动时间,则为IOmAH[电池容量]/ (0.5 ii A [负载动作]+3 y A [过充电检测]+3 y A [过放电检测])/24小时=64天=大约2个月。
[0070] 同样,如果求取“I秒周期”时的驱动时间,则为10mAH[电池容量]/(0.5 y A[负载动作]+0.A[过充电检测]+0.3uA[过放电检测])/24小时=379天=大约I年。
[0071] 另外,如果求取“10秒周期”时的驱动时间,则为10mAH[电池容量]/(0.5 ii A[负载动作]+0.03 ii A[过充电检测]+0.03 ii A[过放电检测])/24小时=744天=大约2年。
[0072] 因此,通过尽量将检测电路的监视动作定时设为10秒周期,能够减少功耗,延长驱动时间。
[0073] 另外,如图5所示,在本实施方式中,以如下方式进行控制:电池电压检测电路230进行的二次电池100的电压检测的动作间隔比过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔长。S卩,过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作为“I秒周期”、“10秒周期”、“持续”中的某一种,与此相对,电池电压检测电路230的检测动作设为60
秒周期。
[0074] 其原因在于,如上所述,由于电池电压检测电路230的电压检测结果被用于判定是否有可能成为二次电池100的过充电状态或过放电状态,因此电池电压检测电路230的电压检测精度不要求如过充电检测电路210和过放电检测电路220的检测精度那样的高精度。由此,能够减少电池电压检测电路230进行二次电池100的电压检测而要消耗的电量。
[0075] 此外,过充电检测电路210和过放电检测电路220例如可以由图6所示的电路构成。在该图的例子中,两个检测电路均设置成:使用比较器Cmpl(Cmp2),将由电阻R11(R21)和电阻R12(R22)对二次电池100的电压VB进行分压后的电压与对应于检测电压的基准电压V1(V2)进行比较,由此检测高于检测电压的情况(低于的情况),经由锁存电路211 (221),控制充电控制用开关250(放电控制用开关260)。在这里,不带括号的标号表示过充电检测电路210的结构,括号内的标号表示过放电检测电路220的结构。
[0076] 关于基于与基准电压Vl (V2)之间的比较的监视动作,通过开关Swll (Sw21)和开关Swl2(Sw22)接通或切断针对比较器Cmpl (Cmp2)的电源供给,由此控制监视动作间隔,其中,所述开关Swll(Sw21)和开关Swl2(Sw22)由定时信号产生电路240通过定时信号TSl (TS2)进行切换而联动地接通和断开。
[0077] S卩,在以“持续”的方式进行监视动作的情况下,开关Swll(Sw21)和开关Swl2(Sw22)设为始终接通,在以“I秒周期”进行监视动作的情况下,开关Swll(Sw21)和开关Swl2(Sw22)按I秒周期来重复接通和断开,在以“10秒周期”进行监视动作的情况下,开关Swll(Sw21)和开关Swl2(Sw22)按10秒周期来重复接通和断开。
[0078] 或者,过充电检测电路210和过放电检测电路220也可以由图7所示的电路构成。在该图的例子中,如虚线矩形C所示,对二次电池100的电压VB进行分压的电阻由电阻R1、电阻R2和电阻R3构成,并由过充电检测电路210和过放电检测电路220共用。通过这样的结构,能够进一步降低检测电路的功耗。
[0079] 下面,对基于定时信号产生电路240的、过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔的具体控制内容进行说明。
[0080] 图8是示出定时信号产生电路240进行的过充电检测电路210和过放电检测电路220的动作间隔控制的第一实施例的流程图。每当电池电压检测电路230进行二次电池100的电压检测动作时,进行该流程图的处理。
[0081] 首先,定时信号产生电路240取得电池电压检测电路230检测出的二次电池100的电压(SlOl)。然后,判断所取得的电压是否处于2.7V〜4.1V的通常状态(S102)。其结果,如果处于2.7V〜4.1V的范围外(S102:否),则进行二次电池100的保护动作(S103)。
[0082] 关于保护动作,这里,如果为4.2V以上,则将过充电检测电路210的监视动作间隔设为I秒周期。在该情况下,端子电压立即变化为过放电检测电压的可能性极低,所以使过放电检测电路220的监视动作停止。此时,如果过充电检测电路210检测到过充电检测电压,则使充电控制用开关250断开,停止充电。另外,如果低于2.7V,则将过放电检测电路220的监视动作间隔设为10秒周期。在该情况下,端子电压立即变化为过充电检测电压的可能性极低,所以使过充电检测电路210的监视动作停止。此时,如果过放电检测电路220检测到过放电检测电压,则使放电控制用开关260断开,停止放电。
[0083] 另一方面,如果是处于2.7V〜4.1V的范围内的通常状态(S102:是),则进一步判定所取得的电压是否处于3.0V〜3.8V的范围内(S104)。这里,3.0V〜3.8V是远离过充电状态和过放电状态的电压范围。
[0084] 其结果,如果处于3.0V〜3.8V的范围内(S104:是),则将过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔设为10秒周期(S105)。其原因在于,可认为如果处于3.0V〜3.8V的范围内,则几乎不会立即变为过充电状态、过放电状态,所以即使为了减少功耗而扩大过充电检测电压和过放电检测电压的监视间隔,也不会对安全性和质量保持造成影响。[0085] 如果不处于3.0V〜3.8V的范围内(S104:否),则将过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔设为I秒周期(S106)。在该情况下,有可能成为过充电状态、过放电状态,所以缩短了过充电检测电压以及过放电检测电压的监视动作间隔。
[0086] 从图8的流程图可以推出,在第一实施例中进行图9所示的控制。即,在将第一电压设为高于过放电检测电压且低于过充电检测电压的电压(例如3V)、将第二电压设为高于第一电压且低于过充电检测电压的电压(例如3.9V)时,在电池电压检测电路230检测出的二次电池100的电压处于从第一电压到第二电压之间的情况下,与二次电池100的电压为过放电检测电压以上且小于第一电压、或者二次电池100的电压高于第二电压且在过充电检测电压以下的情况相比,定时信号产生电路240将过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔控制得更长。
[0087] 另外,在接近过充电状态的电压时,几乎不会立即变为过放电状态,在接近过放电状态的电压时,几乎不会立即变为过充电状态,因此,作为第一实施例的变形例,也可以进行图10所示的控制。
[0088] S卩,也可以是,在电池电压检测电路230检测出的二次电池100的电压为第一电压以上的情况下,与二次电池100的电压小于第一电压的情况相比,将过放电检测电路220的监视动作间隔控制得更长,在二次电池100的电压小于第二电压的情况下,与二次电池100的电压为第二电压以上的情况相比,将过充电检测电路210的监视动作间隔控制得更长。
[0089] 图11是示出定时信号产生电路240进行的过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔控制的第二实施例的流程图。关于与第一实施例共同的内容,简略地进行说明。
[0090] 首先,定时信号产生电路240取得电池电压检测电路230检测出的二次电池100的电压(S201)。然后,判断所取得的电压是否处于2.7V〜4.1V的通常状态(S202)。其结果,如果处于2.7V〜4.1V的范围外(S202:否),则进行二次电池100的保护动作(S203)。
[0091] 另一方面,如果是处于2.7V〜4.1V的范围内的通常状态(S202:是),则进一步判定所取得的电压是否处于3.0V〜3.8V的范围内(S204)。其结果,如果处于3.0V〜3.8V的范围内(S204:是),则将过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔设为10秒周期(S205)。以上的处理与第一实施例相同。
[0092] 如果不处于3.0V〜3.8V的范围内(S204:否),则进一步判定所取得的电压是否处于3.9V〜4.1V的范围内(S206)。其结果,如果处于3.9V〜4.1V的范围内(S206:是),则以持续的方式进行过充电检测电路210的监视动作,将过放电检测电路220的监视动作间隔设为10秒周期(S205)。在3.9V〜4.1V的范围内,由于接近过充电状态,所以几乎不会立即变为过放电状态。因此,通过以持续的方式进行过充电检测电路210的监视动作,确保过充电检测电压的检测精度,通过间歇地进行过放电检测电路220的监视动作,实现了功耗的降低。
[0093] 另一方面,如果不处于3.9V〜4.1V的范围内(S206:否),即在二次电池100的电压为2.7V〜2.9V的情况下,将过充电检测电路210的动作间隔设为10秒周期,以持续的方式进行过放电检测电路220的检测动作(S208)。在2.7V〜2.9V的范围内,接近过放电状态,所以几乎不会立即变为过充电状态。因此,通过间歇地进行过充电检测电路210的检测动作,实现功耗的降低,通过以持续的方式进行过放电检测电路220的检测动作,确保过放电检测电压的检测精度。
[0094] 从图11的流程图可以推出,在第二实施例中进行图12所示的控制。S卩,在电池电压检测电路230检测出的二次电池100的电压为第一电压以上的情况下,与二次电池100的电压小于第一电压的情况相比,将过放电检测电路220的监视动作间隔控制得更长,在二次电池100的电压小于第二电压的情况下,与二次电池100的电压为第二电压以上的情况相比,将过充电检测电路210的监视动作间隔控制得更长。
[0095] 图13是示出基于定时信号产生电路240的过充电检测电路210和过放电检测电路220的监视动作间隔控制的第三实施例的流程图。关于与第一实施例和第二实施例共同的内容,简略地进行说明。
[0096] 首先,定时信号产生电路240取得电池电压检测电路230检测出的二次电池100的电压(S301)。然后,判断所取得的电压是否处于2.7V〜4.1V的通常状态(S302)。其结果,如果处于2.7V〜4.1V的范围外(S302:否),则进行二次电池100的保护动作(S303)。
[0097] 另一方面,如果是处于2.7V〜4.1V的范围内的通常状态(S302:是),则进一步判定所取得的电压是否处于3.5V〜4.1V的范围内(S304)。其结果,如果处于3.5V〜4.1V的范围内(S304:是),则由于远离过放电状态而几乎不会立即变为过放电状态,因此使过放电检测电路220动作停止(S305)。由此,能够进一步降低过放电检测电路220的功耗。
[0098] 然后,进一步判定所取得的电压是否处于3.5V〜3.8V的范围内(S306)。其结果,如果处于3.5V〜3.8V的范围内(S306:是),则由于远离过充电状态而几乎不会立即变为过充电状态,因此将过充电检测电路210的监视动作间隔设为10秒周期(S307)。另一方面,如果不处于3.5V〜3.8V的范围内(S306:否),则由于接近过充电状态,因此将过充电检测电路210的监视动作间隔设为I秒周期(S308)。
[0099] 另外,如果处理(S304)的判断结果为不处于3.5V〜4.1V的范围内(S304:否),则由于远离过充电状态而几乎不会立即变为过充电状态,因此使过充电检测电路210动作停止(S309)。由此,能够进一步降低过充电检测电路210的功耗。
[0100] 然后,进一步判定所取得的电压是否处于2.7V〜2.9V的范围内(S310)。其结果,如果处于2.7V〜2.9V的范围内(S310:是),则由于接近过放电状态,因此将过放电检测电路220的监视动作间隔设为I秒周期(S311)。另一方面,如果不处于2.7V〜2.9V的范围内(S310:否),则由于远离过放电状态而几乎不会立即变为过放电状态,因此将过放电检测电路220的监视动作间隔设为10秒周期(S307)。
[0101] 从图13的流程图可以推出,在第三实施例中进行图14所示的控制。S卩,在将第五电压设为高于过放电检测电压且低于过充电检测电压的电压(例如为3.5V)时,在二次电池100的端子电压低于第五电压的情况下,定时信号产生电路240进行控制,使得过充电检测电路210的动作停止,并且使得过放电检测电路220的监视动作间隔随着二次电池100的端子电压降低而单调地减小。另一方面,在二次电池100的端子电压高于第五电压的情况下,进行控制,使得过放电检测电路220的动作停止,并且使过充电检测电路210的监视动作间隔随着二次电池100的端子电压上升而单调地减小。
[0102] 另外,为了通过在不会立即变为过充电状态、过放电状态的状态下增加检测电路的停止时间来实现功耗的降低,作为第三实施例的变形例,可以进行图15所示的控制。SP,也可以是,在将第三电压设为高于过放电检测电压且低于过充电检测电压的电压(例如3.0V)、将第四电压设为高于第三电压且低于过充电检测电压的电压(例如3.9V)时,在二次电池100的检测电压低于第四电压的情况下,定时信号产生电路240进行控制,使得过充电检测电路210的动作停止,在二次电池100的检测电压高于第三电压的情况下,定时信号产生电路240进行控制,使得过放电检测电路220的动作停止。并且,也可以是,在二次电池100的检测电压为第四电压以上的情况下,定时信号产生电路240使过充电检测电路210的监视动作间隔单调地减小,在二次电池100的检测电压为第三电压以下的情况下,定时信号产生电路240使过放电检测电路220的监视动作间隔单调地减小。
[0103] 如上所述,根据本实施方式,提供能够保持检测正常工作限度电压的精度并且降低功耗的保护电路200。
[0104] (2.变形例)
[0105] 本发明并不限于上述实施方式,例如可进行下面所述的各种变形。
[0106] (I)在上述实施方式中,是保护电路200内的定时信号产生电路240控制过充电检测电路210的监视动作间隔和过放电检测电路220的监视动作间隔,但是也可以如图16所示那样在负载410内设置控制电路411,由控制电路411从保护电路201的电池电压检测电路230取得二次电池100的电压,经由定时信号产生电路241控制过充电检测电路210的监视动作间隔和过放电检测电路220的监视动作间隔。
[0107] (2)在上述实施方式和变形例中,是使用过充电检测电路210来监视二次电池100的端子电压,当检测到高于过充电检测电压的情况时,断开充电控制用开关250。另外,使用过放电检测电路220来监视二次电池100的端子电压,当检测到低于过放电检测电压的情况时,断开放电控制用开关260。其前提是:将在高电位侧和低电位侧存在危险区域的锂离子电池等作为二次电池100来使用。本发明并不限于此,也可以将在高电位侧有危险区域而在低电位侧没有危险区域的镍镉电池等作为二次电池100来使用。在该情况下,由于没有低电位侧的危险区域,所以能够省略过放电保护电路220和放电控制用开关260。
[0108] 该情况下的前提是:保护电路200与产生充电用电力的充电用电源300以及二次电池100 —起使用,其中,二次电池100正常工作的条件是端子电压为上限电压以下。而且,保护电路200具有:充电控制用开关250,其设置在将二次电池100与充电用电源300电连接的第一路径中;第二路径,其将所述二次电池100与负载400电连接;电池电压检测电路230,其检测二次电池100的端子电压;过充电检测电路210,其监视二次电池的端子电压,当检测到该端子电压高于上限电压时,进行控制,使充电控制用开关250成为断开状态;以及定时信号产生电路240,其根据由电池电压检测电路230检测出的二次电池100的端子电压,控制过充电检测电路210的监视动作间隔。
[0109] (3)在上述实施方式和变形例中,在从通常区域变化到过充电区域的情况和从过充电区域变化到通常区域的情况下,使用了相同的过充电检测电压。本发明并不限于此,也可以是,当高于第一过充电检测电压时,从通常状态变化到过充电状态,当低于第二过充电检测电压时,从过充电状态变化到通常状态。在该情况下,将第一过充电检测电压设定为比第二过充电检测电压高的电压。通过这样地使状态变化具有滞回(hysteresis)特性,能够使控制系统稳定。
[0110] 另外,也可以是,当低于第一过放电检测电压时,从通常区域变化到过放电区域,当高于第二过放电检测电压时,从过放电区域变化到通常区域。在该情况下,将第一过放电检测电压设定为比第二过放电检测电压低的电压。通过这样地使状态变化具有滞回特性,能够使控制系统稳定。
[0111] (4)在上述实施方式和变形例中,在保护电路200、201中设置了 二极管270,并独立地设置了连接二次电池100与充电用电源300的第一路径以及连接二次电池100与负载410的第二路径。本发明并不限于此,也可以共用第一路径和第二路径。
[0112] 图20示出使用了变形例的保护电路205的电子设备的电路结构。在该例子中,在连接第一端子Tl与第二端子T2的一个路径中设置有充电控制用开关251和放电控制用开关261。另外,在充电用电源300与第二端子T2之间设置有二极管271,负载400与第二端子T2连接。
[0113] 这里,在二次电池100的端子电压为过放电检测电压以上且过充电检测电压以下的通常状态下,定时产生电路240进行控制,使充电控制用开关251和放电控制用开关261变为接通状态。
[0114] 此外,在二次电池100的端子电压低于过放电检测电压的过放电状态下,定时产生电路240进行控制,使充电控制用开关251变为接通状态、放电控制用开关261变为断开状态。在该情况下,可经由与放电控制用开关261并联形成的寄生二极管向二次电池100提供充电电流。
[0115] 此外,在二次电池100的端子电压高于过充电检测电压的过充电状态下,定时产生电路240进行控制,使充电控制用开关251变为断开状态、放电控制用开关261变为接通状态。在该情况下,可经由与充电控制用开关251并联形成的寄生二极管向负载400提供放电电流。
[0116] (3.电子设备)
[0117] 上述实施方式和变形例中所说明的保护电路可应用于各种电子设备中。
[0118] 图17示出应用了具有本发明保护电路的电子设备的手表的结构。手表2000具有由表盘2002和指针2003构成的时刻指示部。在表盘2002的一部分上形成有开口,设置有太阳能电池2004。太阳能电池2004是上述充电用电源300的一例。另外,在手表2000上设置有表冠2005和按钮2006、2007。采用二次电池100作为手表2000的驱动电源,为了避免二次电池100处于过充电状态、过放电状态,使用了本发明的保护电路。
[0119] 图18示出应用了具有本发明保护电路的电子设备的便携电话机的结构。便携电话机3000具有多个操作按钮3001和滚动按钮3002以及液晶装置3003。采用二次电池100作为便携电话机3000的驱动电源,为了避免二次电池100处于过充电状态、过放电状态,使用了本发明的保护电路。
[0120] 图19示出应用了具有本发明保护电路的电子设备的便携信息终端(PDA:个人数字助理)的结构。便携信息终端4000具有多个操作按钮4001和滚动按钮4002以及液晶装置4003。采用二次电池100作为便携信息终端4000的驱动电源,为了避免二次电池100处于过充电状态、过放电状态,使用了本发明的保护电路。
[0121] 作为应用了具有本发明的保护电路的电子设备,除了从图17到图19所示的设备夕卜,还可以列举手表、投影仪、电视、摄像机、汽车导航装置、寻呼机、电子笔记本、电子纸、计算器、文字处理机、工作站(workstation)、电视电话、POS终端、打印机、扫描仪、复印机、视频播放器、具有触控面板的设备等。

Claims (9)

1.一种保护电路,其与电源以及二次电池一起使用,其中,该电源产生充电用的电力,该二次电池正常工作的条件是端子电压为上限电压以下, 该保护电路具有: 第一开关元件,其设置在将所述二次电池与所述电源电连接的第一路径中; 第二路径,其将所述二次电池与负载电连接; 电压检测电路,其检测所述二次电池的端子电压; 过充电检测电路,其监视所述二次电池的端子电压,当检测到该端子电压高于所述上限电压时,控制所述第一开关元件,使所述第一开关元件成为断开状态;以及 控制电路,其根据由所述电压检测电路检测出的所述二次电池的端子电压,控制所述过充电检测电路的监视动作间隔。
2.一种保护电路,其与电源以及二次电池一起使用,其中,该电源产生充电用的电力,该二次电池正常工作的条件是端子电压为下限电压以上且上限电压以下, 该保护电路具有: 第一开关元件,其设置在将所述二次电池与所述电源电连接的第一路径中; 第二开关元件,其设 置在将所述二次电池与负载电连接的第二路径中; 电压检测电路,其检测所述二次电池的端子电压; 过充电检测电路,其监视所述二次电池的端子电压,当检测到该端子电压高于所述上限电压时,控制所述第一开关元件,使所述第一开关元件成为断开状态; 过放电检测电路,其监视所述二次电池的端子电压,当检测到该端子电压低于所述下限电压时,控制所述第二开关元件,使所述第二开关元件成为断开状态;以及 控制电路,其根据由所述电压检测电路检测出的所述二次电池的端子电压,控制所述过充电检测电路和所述过放电检测电路的监视动作间隔。
3.根据权利要求2所述的保护电路,其特征在于, 所述电压检测电路按照比所述控制电路控制的监视动作间隔长的间隔检测所述二次电池的端子电压。
4.根据权利要求2或3所述的保护电路,其特征在于, 在将第一电压设为高于所述下限电压且低于所述上限电压的电压、将第二电压设为高于所述第一电压且低于所述上限电压的电压时, 在检测出的所述二次电池的端子电压处于从所述第一电压到所述第二电压之间的情况下,与检测出的所述二次电池的端子电压为所述下限电压以上且小于所述第一电压、或者检测出的所述二次电池的端子电压高于所述第二电压且在所述上限电压以下的情况相比,所述控制电路将所述过充电检测电路和所述过放电检测电路的监视动作间隔控制得更长。
5.根据权利要求2或3所述的保护电路,其特征在于, 在将第一电压设为高于所述下限电压且低于所述上限电压的电压、将第二电压设为高于所述第一电压且低于所述上限电压的电压时, 在检测出的所述二次电池的端子电压为所述第一电压以上的情况下,与检测出的所述二次电池的端子电压低于所述第一电压的情况相比,所述控制电路将所述过放电检测电路的监视动作间隔控制得更长,在检测出的所述二次电池的端子电压低于所述第二电压的情况下,与检测出的所述二次电池的端子电压为所述第二电压以上的情况相比,所述控制电路将所述过充电检测电路的监视动作间隔控制得更长。
6.根据权利要求2或3所述的保护电路,其特征在于, 当所述过充电检测电路检测到所述二次电池的端子电压高于所述上限电压时,所述控制电路进行控制,使得所述过放电检测电路的监视动作停止, 当所述过放电检测电路检测到所述二次电池的端子电压低于所述下限电压时,所述控制电路进行控制,使得所述过充电检测电路的监视动作停止。
7.根据权利要求2或3所述的保护电路,其特征在于, 在将第三电压设为高于所述下限电压且低于所述上限电压的电压、将第四电压设为高于所述第三电压且低于所述上限电压的电压时, 在检测出的所述二次电池的端子电压低于所述第四电压的情况下,所述控制电路进行控制,使得所述过充电检测电路的监视动作停止, 在检测出的所述二次电池的端子电压高于所述第三电压的情况下,所述控制电路进行控制,使得所述过放电检测电路的监视动作停止。
8.根据权利要求7所述的保护电路,其特征在于, 在检测出的所述二次电池的端子电压为所述第四电压以上的情况下,所述控制电路使所述过充电检测电路的监视动作间隔随着检测出的所述二次电池的端子电压变大而单调地减小, 在检测出的所述二次电池的端子电压为所述第三电压以下的情况下,所述控制电路使所述过放电检测电路的监视动作间隔随着检测出的所述二次电池的端子电压变小而单调地减小。
9.一种电子设备,其特征在于,该电子设备具有: 电源,其产生充电用的电力; 二次电池,其正 常工作的条件是端子电压为下限电压以上且上限电压以下; 负载;以及 权利要求1至8中的任一项所述的保护电路。
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