CN102904218B - 电池保护ic以及电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池保护IC以及电池装置，即便充电器的极性被反向连接也能确保安全性。电池保护IC在过电流检测端子与VDD端子之间具备第1开关元件，构成为当充电器的极性被反向连接时，切断过电流检测端子与VDD端子之间的电流路径。此外，电池保护IC在充电控制端子与VDD端子之间具备第2开关元件，构成为当充电器的极性被反向连接时，切断充电控制端子与VDD端子之间的电流路径。

Description

电池保护IC以及电池装置
技术领域
本发明涉及电池保护IC以及电池装置，具体而言，涉及充电器与电池装置反向连接时IC的保护。
背景技术
目前，便携式电子设备正在普及，这些电子设备是由电池装置来驱动的。电池装置由二次电池、以及搭载有控制其充放电的保护电路的电池保护IC构成。电池保护IC控制二次电池的充放电，并且，具有保护二次电池避免过充电、过放电、过电流的功能。此外，还具有对二次电池进行充电的充电器即便正极负极与通常的连接相反地连接，也能保护二次电池或IC的功能。
图2是表示电池保护IC3以及电池装置1的框图。电池装置1具有二次电池2、电池保护IC3、作为开关的放电控制FET4和充电控制FET5、电容6、输入电阻7、电流限制电阻8、以及连接充电器13或负载的外部端子11、12。
电池保护IC3具备过放电检测电路31、过充电检测电路32、过电流检测电路33、控制电路34、VDD端子15和VSS端子16、充电控制用的CO端子17和放电控制用的DO端子18、以及过电流检测用的VM端子19。
二次电池2经由输入电阻7将正极与电池保护IC3的VDD端子15连接，将负极与电池保护IC3的VSS端子16连接。电容6与电池保护IC3的VDD端子15和VSS端子16连接。放电控制FET4和充电控制FET5串联连接在二次电池2的负极与电池装置1的外部端子12之间。放电控制FET4的栅极与电池保护IC3的放电控制端子DO连接。充电控制FET5的栅极与电池保护IC3的充电控制端子CO连接。放电控制FET4和充电控制FET5在栅极与源极之间设置有栅氧化膜保护二极管。电流限制电阻8连接在电池保护IC3的VM端子19与外部端子12之间。
在过放电检测电路31和过充电检测电路32中，将输入端子与VDD端子15和VSS端子16连接，将输出端子与控制电路34连接。在过电流检测电路33中，将输入端子与VM端子19和VSS端子16连接，将输出端子与控制电路34连接（例如参照专利文献1）。
图3是示出以往的电池保护IC3的寄生二极管的电路图。
电池保护IC3的寄生二极管通常是电路内的晶体管的寄生电容等。例如，在VM端子19与VDD端子15之间存在寄生二极管D1。此外，在CO端子17与VDD端子15之间存在寄生二极管D2、D3、D4。此外，在DO端子18与VDD端子15之间存在寄生二极管D5、D6。
充电器13输出30V左右的高电压。而且，充电器13的高电位连接在电池装置1的外部端子11侧，充电器13的低电位连接在电池装置1的外部端子12侧。
此处，当充电器13与电池装置1反向连接时，通过以下的电流路径，在电池装置1中产生异常电流。
首先，在VM端子19与VDD端子15之间的寄生二极管成为正向，电流在充电器13～电流限制电阻8～VM端子19～寄生二极管D1（D3和D4）～输入电阻7～充电器13这样的路径中流过。
接着，充电控制FET5的栅氧化膜保护二极管以对充电控制FET5的栅极与源极的电位差进行钳位的方式动作。由此，与电池保护IC3的CO端子17连接的寄生二极管成为正向，电流在充电器13～充电控制FET5的栅氧化膜保护二极管～CO端子17～寄生二极管D4～输入电阻7～充电器13这样的路径中流过。
由于流过这些电流，在输入电阻7的两端产生电压，导致在电池保护IC3的VDD～VSS之间施加超过额定电压的电压。
此时，在充电器13反向连接时，与电池保护IC3的VM端子19连接的电流限制电阻8对电流进行抑制。此外，设置在从CO端子17到VDD端子15的路径上的电阻R1也在充电器13反向连接时对电流进行抑制。这样，通过在内部的电流路径上设置电流限制用的电阻，在充电器13反向连接时对电流进行抑制。
专利文献1：日本特开2009-177937号公报
然而，在上述电池保护IC3以及电池装置1中，由于必须设置电流限制电阻8，因此存在电池保护IC3的外置元件增加这样的课题。
此外，在内部的电流限制用的电阻中，存在因权衡对电池保护IC3的通常动作产生的影响的关系而不能随意增大电阻值这样的课题。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的电池保护IC具有以下结构。
构成为在过电流检测端子与VDD端子之间具有第1开关元件，当充电器的极性被反向连接时，切断过电流检测端子与VDD端子之间的电流路径。
此外，构成为在充电控制端子与VDD端子之间具有第2开关元件，当充电器的极性被反向连接时，切断充电控制端子与VDD端子之间的电流路径。
根据本发明的电池保护IC3以及电池装置1，在电池保护IC3的内部设置在充电器13反向连接时切断电流的开关元件，由此，可以提供一种减少电池装置1的元件件数，并且安全性较高的电池保护IC3以及电池装置1。
附图说明
图1是示出本实施方式的电池保护IC以及电池装置的框图。
图2是示出电池保护IC以及电池装置的框图。
图3是示出以往的电池保护IC3的寄生二极管的框图。
标号说明
1：电池装置
3、30：电池保护IC
4：放电控制FET
5：充电控制FET
13：充电器
31：过放电检测电路
32：过充电检测电路
33：过电流检测电路
34：控制电路
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的优选方式进行详细的说明。
图1是示出本实施方式的电池保护IC以及电池装置的框图。
电池装置1具有二次电池2、电池保护IC30、作为开关的放电控制FET4和充电控制FET5、电容6、输入电阻7、以及连接充电器13或负载的外部端子11、12。电池保护IC30具备VDD端子15和VSS端子16、充电控制用的CO端子17和放电控制用的DO端子18、以及过电流检测用的VM端子19。此外，虽然未图示，但与图2相同，电池保护IC30具备过放电检测电路31、过充电检测电路32、过电流检测电路33、以及控制电路34。而且，由于具备这些电路和ESD保护元件等，因此，例如存在寄生二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6。进而，电池保护IC30具备晶体管M1、M2、M3。
二次电池2经由输入电阻7将正极与电池保护IC30的VDD端子15连接，将负极与电池保护IC30的VSS端子16连接。电容6与电池保护IC30的VDD端子15和VSS端子16连接。放电控制FET4和充电控制FET5串联连接在二次电池2的负极与电池装置1的外部端子12之间。放电控制FET4的栅极与电池保护IC30的放电控制端子DO连接。充电控制FET5的栅极与电池保护IC30的充电控制端子CO连接。放电控制FET4与充电控制FET5在栅极与源极之间设置有栅氧化膜保护二极管。VM端子19与外部端子12直接连接。
寄生二极管D1连接在VM端子19与VDD端子15之间。寄生二极管D2连接在VM端子19与CO端子17之间。寄生二极管D3和D4连接在VM端子19与VDD端子15之间。寄生二极管D3和寄生二极管D4的连接点与CO端子17连接。寄生二极管D5连接在VSS端子16与DO端子18之间。寄生二极管D6连接在VSS端子16与VDD端子15之间。
在作为开关元件的晶体管M1中，漏极和源极连接在VM端子19、VDD端子15以及DO端子18之间，栅极与VDD端子15连接。在晶体管M2中，漏极和源极连接在VDD端子15与晶体管M1的源极之间，栅极与VM端子19连接。在作为开关元件的晶体管M3中，漏极和源极连接在CO端子17与VDD端子15之间，栅极与VDD端子15连接。
接着，对本实施方式的电池装置1的动作进行说明。当二次电池2为1节电池时，其电压是大致5V左右，设在充电器13的输出端子的两端有10V左右的电位差。
首先，对充电器13与电池装置1正常地连接的情况进行说明。
在充电器13被正常地连接的情况下，用于对二次电池2进行充电的充电电流在外部端子11～二次电池2～放电控制FET4～充电控制FET5～外部端子12这样的路径中流过。在该状态下，VSS端子16与VM端子19的电位几乎相等。因此，晶体管M1由于栅极的电压是VDD且漏极的电压是VSS，因此导通。此外，晶体管M2由于栅极的电压是VSS 且漏极的电压是VDD，因此截止。因此，晶体管M3由于栅极的电压是VDD，因此导通。
晶体管M1～M3在处于这种状态时，不会对电池保护IC30的通常动作产生影响。例如，当二次电池2的电压超过所定的电压时，过充电检测电路31将过充电检测信号输出到控制电路34。然后，控制电路34将充电控制FET5截止，停止充电器13进行的充电。
接着，对充电器13与电池装置1反向连接的情况进行说明。
当充电器13被反向连接时，VM端子15的电压升高，因此，过电流检测电路33检测到过电流，将放电控制FET4或充电控制FET5截止。如果放电控制FET4截止，则电池装置1不流出电流，因此，充电器13的10V电压施加到VM端子-VDD端子之间。
此时，在VM端子19与VDD端子15之间，存在经由寄生二极管D1或寄生二极管D3～D4的第1电流路径。此外，当充电控制FET5的栅氧化膜保护二极管击穿时，在CO端子17与VDD端子15之间，存在经由寄生二极管D4的第2电流路径。
此处，电池保护IC30在第1电流路径中设置晶体管M1，在第2电流路径中设置晶体管M3，由此来切断这些电流路径。
在晶体管M1中，栅极与VDD端子15连接，VM端子19的电压成为VDD+10V，因此晶体管M1截止。在晶体管M2中，栅极与VM端子19连接，因此，晶体管M2导通而将晶体管M1的源极电压设为VDD。通过以上的动作，电池保护IC30能够切断第1电流路径。
在晶体管M3中，栅极与VDD端子15连接，CO端子17的电压成为VDD+10V，因此晶体管M3截止。因此，电池保护IC30能够切断第2电流路径。
如上所述，即便充电器13与电池装置1反向连接，也可以通过晶体管M1～M3的动作来切断电流路径，不需要与VM端子19连接的电流限制电阻8或内部的电阻，并且，可以确保较高的安全性。
此处，对晶体管M1～M3的要求的特性进行说明。
关于晶体管M1，为了在通常动作中不影响检测过电流的电压的精度，需要将内部电位设为与VM端子19的电位相等，因此，要求导通电阻较低。此外，当充电控制FET5截止时，充电器13的电压施加到栅极和源极与漏极之间，因此，要求栅氧化膜足够厚，且漏极为高耐压构造。
关于晶体管M2，在通常动作时总是截止，因此，要求不发生漏电流，例如升高阈值电压等。此外，当充电控制FET5截止时，充电器13的电压施加到源极与漏极之间，因此，要求漏极为高耐压构造。此外，在充电器13反向连接时，充电器13的电压施加到栅极，因此，要求栅氧化膜足够厚。
关于晶体管M3，在充电控制FET5截止时，CO端子17与VM端子19成为同电位，充电器13的电压施加到栅极，因此将栅氧化膜设置为足够厚。此外，当充电器13反向连接时，充电器13的电压施加到栅极和源极与漏极之间，因此，要求栅氧化膜足够厚，且漏极为高耐压构造。
另外，晶体管M2可以兼作电池保护IC30的VM端子19的静电保护元件。
以上，根据本发明的电池保护IC30以及电池装置1，可以提供一种具有较高安全性的电池保护IC以及电池装置，即便充电器13被反向连接时，包含电池保护IC30在内，在电池装置1内也不流过电流，且不需要连接以往所必需的外置电阻。

Claims (5)

1.一种电池保护IC，该电池保护IC具备：
连接二次电池的VDD端子和VSS端子；
与外部端子连接的过电流检测端子；以及
连接充电控制FET的充电控制端子，该充电控制FET控制对所述二次电池进行充电的充电器的充电电流，
所述电池保护IC对所述二次电池的电压和电流进行监视，控制所述二次电池的充放电，
在所述过电流检测端子与所述VDD端子之间具备第1开关元件，
当所述充电器的极性被反向连接时，所述第1开关元件切断所述过电流检测端子与所述VDD端子之间的电流路径，
其特征在于，所述第1开关元件是NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极与所述过电流检测端子连接，栅极与所述VDD端子连接。
2.根据权利要求1所述的电池保护IC，其特征在于，
所述电池保护IC还具备NMOS晶体管，该NMOS晶体管的源极与所述第1开关元件的源极连接，漏极与所述VDD端子连接，栅极与所述过电流检测端子连接。
3.一种电池保护IC，该电池保护IC具备：
连接二次电池的VDD端子和VSS端子；
与外部端子连接的过电流检测端子；以及
连接充电控制FET的充电控制端子，该充电控制FET控制对所述二次电池进行充电的充电器的充电电流，
所述电池保护IC对所述二次电池的电压和电流进行监视，控制所述二次电池的充放电，
在所述过电流检测端子与所述VDD端子之间具备第1开关元件，
当所述充电器的极性被反向连接时，所述第1开关元件切断所述过电流检测端子与所述VDD端子之间的电流路径，其特征在于，
所述电池保护IC还具备设置在所述充电控制端子与所述VDD端子之间的第2开关元件，当所述充电器的极性被反向连接时，所述第2开关元件切断所述充电控制端子与所述VDD端子之间的电流路径。
4.根据权利要求3所述的电池保护IC，其特征在于，
所述第2开关元件是NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极与所述充电控制端子连接，栅极与所述VDD端子连接。
5.一种电池装置，其特征在于，该电池装置具备：
连接充电器的第1外部端子和第2外部端子；
串联连接在所述第1外部端子与所述第2外部端子之间的二次电池、放电控制FET和充电控制FET；以及
被输入所述二次电池的电压和所述第2外部端子的电压，并对所述二次电池的充放电进行控制的权利要求1～4中的任意一项所述的电池保护IC。
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