CN102403758B - 充放电控制电路以及电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供充放电控制电路以及电池装置，在利用1个双向导通型场效应晶体管控制二次电池的充放电的充放电保护电路中，该电池装置具备减少所使用的元件并缩小布局面积的充放电控制电路。构成为具备开关电路，该开关电路根据控制二次电池充放电的控制电路的输出来控制双向导通型场效应晶体管的栅极，将第一端子与双向导通型场效应晶体管的背栅极连接。

Description

充放电控制电路以及电池装置

技术领域

本发明涉及检测二次电池的电压及异常的充放电控制电路以及电池装置，尤其涉及可利用1个充放电控制MOSFET进行控制的充放电控制电路以及电池装置。

背景技术

图3示出了现有的具备充放电控制电路的电池装置的电路图。现有的具备充放电控制电路的电池装置在2次电池101的负极侧串联连接可双向通电/断电的增强型N沟道MOSFET 306。端子120以及121与充电电路或者负载连接，通过该端子向2次电池101供给或者放出充放电电流。控制电路102检测2次电池101以及增强型N沟道MOSFET 306的电压，并根据其值来控制开关301、304、305的接通、断开。关于增强型N沟道MOSFET 306，当栅极端子的电位为正的阈值电压以上时，在漏极端子与源极端子之间可双向通电，当栅极端子的电位小于阈值电压时，漏极端子与源极端子之间为断开状态。

对充电禁止状态进行说明。当充电器连接于端子120、121之间时，增强型N沟道MOSFET 306的漏极端子-源极端子间的电压Vds为正值。控制电路102检测到Vds为正的情况，接通开关301，断开开关305、304。由此，增强型N沟道MOSFET306的栅极端子为比源极端子高出2次电池101的电压量的电压，增强型N沟道MOSFET 306成为通电状态。

当对2次电池101充电到电池电压到达设定上限值时，控制电路102断开开关301，接通开关305、304。这样，增强型N沟道MOSFET 306的栅极端子与源极端子成为同电位，增强型N沟道MOSFET 306成为断开状态。其结果是，充电电流被截断，防止2次电池101过充电。另外此时，二极管302为反向偏置，防止了电流通过开关304以及开关305而流入。

当充电电流被截断时，不再存在因内阻引起的电压降，所以2次电池101的电压降低。为了防止因该电压降低而再次开始充电，可在充电禁止之后保持充电禁止状态，直至2次电池101进行了一定程度的放电从而电压成为设定值以下。当在充电禁止状态下在端子120、121之间连接负载时，Vds从正切换为负。在Vds为负的情况下，控制电路102放电，在为正的情况下，控制电路102可控制开关301、304、305，以切断充电电流。

在上述说明中，当充电停止时开关304、305都被接通。不过，即使开关304被断开，也同样能够停止充电。因为不管开关304被接通还是断开，开关305都被接通，所以栅极端子与源极端子成为同电位，增强型N沟道MOSFET 306成为断开状态。另外，还利用二极管302来截断通过开关304、305流入的电流。

而在上面说明的充电时以及后面叙述的放电时，开关304、305都断开。因此在充电停止时开关304、305都接通，如后面所说明的那样，如果在放电停止时开关304、305都接通，则2个开关始终同时接通或者断开。因此，不需要独立控制开关304、305，可简单地构成控制电路。

接着对放电禁止状态进行说明。当负载连接于端子120、121之间时，增强型N沟道MOSFET 306的漏极端子-源极端子之间的电压Vds为负值。控制电路102检测到Vds为负的情况，接通开关301，断开开关304、305。由此，增强型N沟道MOSFET306的栅极端子为比漏极端子高出2次电池101的电压量的电压，增强型N沟道MOSFET 306成为通电状态。

当2次电池101的放电进行到电池电压到达设定下限值时，控制电路102断开开关301，接通开关304、305。这样，增强型N沟道MOSFET 306的栅极端子与漏极端子成为同电位，增强型N沟道MOSFET 306成为断开状态。其结果是，放电电流被截断，防止2次电池101过放电。另外，在此时，二极管303为反向偏置，防止了电流通过开关304以及开关305而流入。

当截断放电电流时，不再存在因内阻引起的电压降，所以2次电池101的电压上升。为了防止因该电压上升而再次开始放电，可在放电禁止之后保持放电禁止状态，直至2次电池101进行了一定程度的充电而使电压成为设定值以上。当在放电禁止状态下充电电路被连接于端子120、121之间时，Vds从负切换为正。在Vds为正的情况下，控制电路102充电，在为负的情况下，控制电路102可控制开关301、304、305，以截断放电电流。

在上述说明中，当放电停止时开关304、305都接通。不过，即使开关305断开，也同样能够停止放电。因为不管开关305接通还是断开，开关304都接通，所以栅极端子与漏极端子成为同电位，增强型N沟道MOSFET 306成为断开状态。另外还利用二极管303来截断通过开关305、304流入的电流。

在放电停止时，如果开关304、305都接通，则如前面说明的那样，2个开关始终同时接通或者断开。因此不需要独立控制开关304、305，可简单地构成控制电路102。

在增强型N沟道MOSFET 306中形成有内置的二极管321、322。但是，这些二极管是反向地串联连接的，不会导通，对上面说明的保护动作没有影响。

增强型N沟道MOSFET 306可以是横型构造也可以是纵型构造。如果为横型构造，则可利用1个IC容易地构成增强型N沟道MOSFET 306和控制电路102。因此，能够利用1个IC来构成以往由1个IC和2个开关构成的过充电/过放电保护电路，所以能够实现小型化、低成本化。另一方面，如果为纵型构造，则与横型构造相比，能够实现低损失化(例如，参照专利文献1)。

【专利文献1】日本特开2000-102182号公报(图9)

但是，在现有技术中，存在元件数多、布局面积大的课题。

发明内容

本发明是为了解决以上这样的课题而作出的，提供能够减小布局面积的充放电控制电路以及电池装置。

为了解决现有的课题，本发明的具备充放电控制电路的电池装置为以下这样的结构。

一种充放电控制电路，利用一个双向导通型场效应晶体管来控制二次电池的充放电，该充放电控制电路的特征在于，具备：控制电路，其连接上述二次电池的两端，监视上述二次电池的电压；开关电路，其具有第一端子和第二端子，根据上述控制电路的输出来控制双向导通型场效应晶体管的栅极，上述第一端子与上述双向导通型场效应晶体管的背栅极连接。

根据本发明的具备充放电控制电路的电池装置，通过减少所使用的元件，能够缩小布局面积。

附图说明

图1是第一实施方式的具备充放电控制电路的电池装置的电路图。

图2是第二实施方式的具备充放电控制电路的电池装置的电路图。

图3是现有的具备充放电控制电路的电池装置的电路图。

符号说明

101二次电池

102控制电路

151、251充放电控制电路

152、252开关电路

114、214双向导通型场效应晶体管

120、121外部端子

122正极电源端子

123负极电源端子

124、125端子

131负载

132充电器

161、162、261、262、321、322寄生二极管

302、303二极管

具体实施方式

参照附图来说明用于实施本发明的方式。

图1是第一实施方式的具备充放电控制电路151的电池装置的电路图。

本实施方式的具备充放电控制电路151的电池装置具有：二次电池101、控制电路102、双向导通型场效应晶体管114、连接充电器132或负载131的外部端子120以及121、PMOS晶体管110和NMOS晶体管111。由PMOS晶体管110、NMOS晶体管111、端子124(第二端子)和端子125(第一端子)构成开关电路152。

二次电池101的两端与正极电源端子122和负极电源端子123连接。控制电路102与正极电源端子122连接作为正极电源，且与端子125连接作为负极电源，控制电路102的输出与PMOS晶体管110的栅极和NMOS晶体管111的栅极连接。PMOS晶体管110中，源极经由端子124与正极电源端子122以及外部端子120连接，漏极与NMOS晶体管111的漏极连接。NMOS晶体管111中，源极以及背栅极(back gate)经由端子125与双向导通型场效应晶体管114的背栅极连接，漏极与双向导通型场效应晶体管114的栅极极连接。双向导通型场效应晶体管114中，漏极与负极电源端子123连接，源极与外部端子121连接。

接着，说明本实施方式的具备充放电控制电路151的电池装置的动作。

当充电器132与外部端子120、121连接、且控制电路102检测到二次电池101为可充放电状态时，控制电路102输出低电平(Low)，使PMOS晶体管110接通、NMOS晶体管111断开。这样，双向导通型场效应晶体管114的栅电极与正极电源端子122连接，双向导通型场效应晶体管114成为接通状态。这样来进行充放电。这里，因为控制电路102的负极电源与端子125连接，所以可将负极电源端子123以及外部端子121中低电压的一方的电压作为低电平而输出。

当充电器132与外部端子120、121连接、且控制电路102检测到二次电池101为充电禁止状态时，控制电路102输出高电平(High)，使PMOS晶体管110断开、NMOS晶体管111接通。这样，双向导通型场效应晶体管114的栅极经由寄生二极管162、端子125、NMOS晶体管111被下拉到外部端子121，双向导通型场效应晶体管114成为断开状态。这样，充电电流被截断，防止二次电池101过充电。

当负载131与外部端子120、121连接、且控制电路102检测到二次电池101成为放电禁止状态时，控制电路102输出高电平，使PMOS晶体管110断开、NMOS晶体管111接通。这样，双向导通型场效应晶体管114的栅极经由寄生二极管161、端子125、NMOS晶体管111被下拉到负极电源端子123，双向导通型场效应晶体管114成为断开状态。这样，放电电流被截断，防止二次电池101过放电。

此外，双向导通型场效应晶体管114也可以是外置的部件，并与充放电控制电路151连接。

如以上所说明的那样，根据本实施方式的具备充放电控制电路151的电池装置，能够利用所使用的元件较少的结构，在二次电池101为充电禁止状态时截断充电电流，在成为放电禁止状态时截断放电电流。

实施例2

图2是第二实施方式的具备充放电控制电路251的电池装置的电路图。

第二实施方式的具备充放电控制电路251的电池装置具有：二次电池101、控制电路102、双向导通型场效应晶体管214、连接充电器132或负载131的外部端子120以及121、PMOS晶体管210和NMOS晶体管211。由PMOS晶体管210、NMOS晶体管211、端子124(第二端子)和端子125(第一端子)构成开关电路252。

二次电池101的两端与正极电源端子122和负极电源端子123连接。控制电路102与端子125连接作为正极电源，且与负极电源端子123连接作为负极电源，控制电路102的输出与PMOS晶体管210的栅极和NMOS晶体管211的栅极连接。PMOS晶体管210中，源极以及背栅经由端子125与双向导通型场效应晶体管214的背栅连接，漏极与NMOS晶体管211的漏极连接。NMOS晶体管211中，源极经由端子124与负极电源端子123以及外部端子121连接，漏极与双向导通型场效应晶体管214的栅极连接。双向导通型场效应晶体管214中，漏极与正极电源端子122连接，源极与外部端子120连接。

接着，说明第二实施方式的具备充放电控制电路251的电池装置的动作。

当充电器132与外部端子120、121连接、且控制电路102检测到二次电池101为可充放电状态时，控制电路102输出高电平，使PMOS晶体管210断开、NMOS晶体管211接通。这样，双向导通型场效应晶体管214的栅电极与负极电源端子123连接，双向导通型场效应晶体管214成为接通状态。这样来进行充放电。这里，因为控制电路102的正极电源与端子125连接，所以可将正极电源端子122以及外部端子120中高电压一方的电压作为高电平而输出。

当充电器132与外部端子120、121连接、且控制电路102检测到二次电池101为充电禁止状态时，控制电路102输出低电平，使PMOS晶体管210接通、NMOS晶体管211断开。这样，双向导通型场效应晶体管214的栅极经由寄生二极管262、端子125、PMOS晶体管210被上拉到外部端子120，双向导通型场效应晶体管214成为断开状态。这样，充电电流被截断，防止二次电池101过充电。

当负载131与外部端子120、121连接、且控制电路102检测到二次电池101为放电禁止状态时，控制电路102输出低电平，使PMOS晶体管210接通、NMOS晶体管211断开。这样，双向导通型场效应晶体管214的栅极经由寄生二极管261、端子125、PMOS晶体管210被上拉到正极电源端子122，双向导通型场效应晶体管214成为断开状态。这样，放电电流被截断，防止二次电池101过放电。

此外，双向导通型场效应晶体管214也可以是外置的部件，且与充放电控制电路251连接。

如以上所说明的那样，根据第二实施方式的具备充放电控制电路251的电池装置，能够利用所使用的元件较少的结构，在二次电池101为充电禁止状态时截断充电电流，在成为放电禁止状态时截断放电电流。

Claims (8)

1.一种充放电控制电路，其利用一个双向导通型场效应晶体管来控制二次电池的充放电，所述双向导通型场效应晶体管设置在二次电池的第一电源端子与第一外部端子之间，该充放电控制电路的特征在于，具备：

控制电路，其与上述二次电池的两端连接，监视上述二次电池的电压；以及

开关电路，其具有第一端子和第二端子，根据上述控制电路的输出来控制上述双向导通型场效应晶体管的栅极，其中，上述第二端子与上述二次电池的第二电源端子连接，

上述开关电路的第一端子与上述双向导通型场效应晶体管的背栅极连接，将上述开关电路的第一端子的电压设为上述二次电池的第一电源端子的电压与上述第一外部端子的电压中的较低的一方。

2.根据权利要求1所述的充放电控制电路，其特征在于，

上述开关电路由P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管构成，该P沟道MOS晶体管的栅极与上述控制电路的输出端连接、漏极与上述双向导通型场效应晶体管的栅极连接、源极与上述开关电路的第二端子连接，该N沟道MOS晶体管的栅极与上述控制电路的输出端连接、漏极与上述双向导通型场效应晶体管的栅极连接、源极与上述开关电路的第一端子连接，

上述开关电路的第一端子与上述双向导通型场效应晶体管的背栅极连接。

3.根据权利要求2所述的充放电控制电路，其特征在于，

关于上述控制电路，负极电源端子与上述开关电路的第一端子连接。

4.一种充放电控制电路，其利用一个双向导通型场效应晶体管来控制二次电池的充放电，所述双向导通型场效应晶体管设置在二次电池的第二电源端子与第二外部端子之间，该充放电控制电路的特征在于，具备：

控制电路，其与上述二次电池的两端连接，监视上述二次电池的电压；以及

开关电路，其具有第一端子和第二端子，根据上述控制电路的输出来控制上述双向导通型场效应晶体管的栅极，其中，上述第二端子与上述二次电池的第一电源端子连接，

上述开关电路的第一端子与上述双向导通型场效应晶体管的背栅极连接，将上述开关电路的第一端子的电压设为上述二次电池的第二电源端子的电压与上述第二外部端子的电压中的较高的一方。

5.根据权利要求4所述的充放电控制电路，其特征在于，

上述开关电路由P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管构成，该P沟道MOS晶体管的栅极与上述控制电路的输出端连接、漏极与上述双向导通型场效应晶体管的栅极连接、源极与上述开关电路的第一端子连接，该N沟道MOS晶体管的栅极与上述控制电路的输出端连接、漏极与上述双向导通型场效应晶体管的栅极连接、源极与上述开关电路的第二端子连接，

上述开关电路的第一端子与上述双向导通型场效应晶体管的背栅极连接。

6.根据权利要求4或5所述的充放电控制电路，其特征在于，

关于上述控制电路，正极电源端子与上述开关电路的第一端子连接。

7.一种电池装置，其具备：

能够充放电的二次电池；

一个双向导通型场效应晶体管，其是设置在上述二次电池的第一电源端子与第一外部端子之间的充放电路径上的对上述二次电池的充放电进行控制的充放电控制开关；以及

权利要求1～3中任意一项所述的充放电控制电路，其监视上述二次电池的电压，对上述充放电控制开关进行开闭，由此控制上述二次电池的充放电。

8.一种电池装置，其具备：

能够充放电的二次电池；

一个双向导通型场效应晶体管，其是设置在上述二次电池的第二电源端子与第二外部端子之间的充放电路径上的对上述二次电池的充放电进行控制的充放电控制开关；以及

权利要求4～6中任意一项所述的充放电控制电路，其监视上述二次电池的电压，对上述充放电控制开关进行开闭，由此控制上述二次电池的充放电。