JP2002118957A - 電子デバイス保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い範囲の過大電圧の印加にも対応して電子
デバイスを保護することができ、かつツェナーダイオー
ドの過熱や破壊が生じることがなく、しかも回路構成が
極めて簡易である電子デバイス保護回路を提供する。 【解決手段】 過大電圧が印加されると、その過大電圧
の印加に起因した大電流をツェナーダイオード１の方に
流すようにして、二次電池保護ＩＣ２００のような電子
デバイスの方に流れることを抑制すると共に、ツェナー
ダイオード１に対して並列に接続されている二次電池保
護ＩＣ２００の端子間電圧を、そのツェナーダイオード
１の降伏電圧程度の一定の電圧に保つ。これにより、過
大電圧の印加に起因した破壊や劣化などから二次電池保
護ＩＣ２００のような電子デバイスを保護する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばリチウムイ
オン二次電池や携帯電話装置の内部に設けられた半導体
集積回路などの電子デバイスを過大電圧や過大電流に起
因した破壊から保護するための電子デバイス保護回路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電子デバイス保護回路
は、例えば、半導体集積回路の電源端子や二次電池の入
出力端子（正極および負極）と並列にツェナーダイオー
ドを接続すると共に、その半導体集積回路や二次電池と
外部から電圧が供給される外部接続端子との間に固定抵
抗素子を介挿したものが一般に用いられている。

【０００３】このような従来の電子デバイス保護回路に
よれば、半導体集積回路や二次電池の外部接続端子にツ
ェナーダイオードの降伏電圧を超えた過大電圧が印加さ
れた場合、そのツェナーダイオードが電流を流す状態と
なって、このときの過大電圧の印加に起因した過大電流
を半導体集積回路や二次電池よりもツェナーダイオード
の方に多く流すようにすると共に、ツェナーダイオード
の降伏電圧特性によって、半導体集積回路や二次電池の
端子間電圧がその定格電圧を超えないようにすることが
できる。またこのとき、固定抵抗を大電流が流れること
で電圧降下が生じるので、半導体集積回路や二次電池に
印加される電圧を、外部接続端子に印加された電圧から
その固定抵抗による電圧降下分を差し引いた電圧に抑制
することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の電子デバイス保護回路では、外部接続端子
に過大電圧が印加され続けた場合や、ツェナーダイオー
ドの最大許容電流値を超えた大電流が流れる程の過大電
圧が印加された場合などには、ツェナーダイオードが異
常に発熱し、その周辺の回路素子や半導体集積回路など
を損傷させたり、ツェナーダイオード自体が過熱により
破壊されたりする場合があるという問題点がある。

【０００５】また、そのようなツェナーダイオードに過
大な電流が流れることに起因した過熱や破損を回避する
ために、過大電圧が印加されても過大な電流が流れるこ
とを抑止することができるように固定抵抗素子の電気抵
抗値を大きくすると、過大電圧が印加された際の電流を
抑制することは可能となるが、その大きな電気抵抗値に
よる電圧降下に起因して、通常の定格電圧以下の正常な
電圧が外部接続端子に印加された場合でも、半導体集積
回路には実用的な許容範囲に満たない程の低い電圧しか
印加されないことになり、正常な電圧を印加しても半導
体集積回路が正常には動作しなくなってしまう。

【０００６】このため、保護回路として有効に機能する
電圧の範囲が、あらかじめ想定された狭い範囲内にのみ
限定されてしまい、それ以外の広い範囲では実質的には
使用できないものとなるという問題点があった。

【０００７】例えば、定格電圧が５Ｖの半導体集積回路
を２０Ｖまでの電圧が印加されても保護することができ
るように設定されている従来の電子デバイス保護回路で
は、例えば３２Ｖ以上の過大電圧が印加されると、ツェ
ナーダイオードが過熱されて、それ自体やその周囲の回
路などが破壊される場合がある。また、２０Ｖを超えた
例えば３２Ｖの過大電圧が印加されてもツェナーダイオ
ードが過熱されないように固定抵抗素子の抵抗値をさら
に大きなものに換装すると、外部から定格電圧の５Ｖを
印加しても、半導体集積回路の消費電流による固定抵抗
素子の電圧降下のため、半導体集積回路にはそれを大幅
に下回る低電圧が印加されることとなり、半導体集積回
路が正常に動作しなくなる。

【０００８】また、電子デバイス保護回路として、いわ
ゆる定電圧回路を用いることも考えられるが、この場合
にも上記と同様に、保護回路として有効に機能する電圧
の範囲が、あらかじめ想定された狭い範囲内にのみ限定
されてしまい、またその回路を構成する要素部品自体が
過大電圧の印加に対して比較的弱い半導体集積回路や素
子あるため、その電子デバイス保護回路を保護するため
に、また別の保護回路が必要になるなど、その回路構成
が繁雑なものとなるという問題点がある。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、過大電圧の印加に起因した破壊や劣
化などから電子デバイスを保護することができると共
に、外部接続端子に過大電圧が印加され続けた場合や、
ツェナーダイオードの最大許容電流値を超えた大電流が
流れる程の過大電圧が印加された場合などでも、ツェナ
ーダイオードの過熱や破壊が生じることなく、かつ広い
範囲の過大電圧にも対応可能であり、しかもその回路構
成が極めて簡易である電子デバイス保護回路を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による電子デバイ
ス保護回路は、電子デバイスに定格電圧を超えた電圧が
印加されることを抑止する電子デバイス保護回路であっ
て、降伏電圧以上の電圧が印加されると電流が増大する
特性を有し、その降伏電圧が電子デバイスの定格電圧を
超えた値に設定されており、電子デバイスに対して並列
に接続されたツェナーダイオードと、電流の増大または
温度の上昇のうち少なくともいずれか一方に対応して電
気抵抗が増大して電流を定格電流以下に抑制する特性を
有し、ツェナーダイオードに対して直列に接続されたポ
ジスタとを備えたものである。

【００１１】本発明による電子デバイス保護回路では、
電子デバイスの定格電圧を超えた過大電圧が印加される
と、それまでは実質的に非導通状態であったツェナーダ
イオードが電流を流す状態となり、過大電圧の印加に起
因した大電流のほとんどがそのツェナーダイオードの方
に流れて、電子デバイスの方に流れることが抑制され
る。またこのとき、ツェナーダイオードの基本的な特性
から、降伏電圧以上の電圧が印加されると、それ以上の
電圧が印加されてもツェナーダイオードの端子間電圧は
その降伏電圧にロックオンされてほぼ一定の電圧となる
ので、ツェナーダイオードに並列に接続された電子デバ
イスの端子間電圧もその電圧にほぼ一定に保たれて、そ
れ以上の過大電圧になることが抑制される。

【００１２】ここで、さらに高い電圧が印加された場合
には、ツェナーダイオードにはさらに大きな電流が流れ
る。あるいは、過大電圧の印加がさらに継続された場合
には、ツェナーダイオードの発熱がさらに継続される。
しかし、ツェナーダイオードにはポジスタが直列に接続
されているので、電流の増大に伴ってポジスタの電気抵
抗がさらに増大して、電流がツェナーダイオードの最大
許容電流値未満にまで抑制される。あるいは、ツェナー
ダイオードが発熱すると、その熱によってポジスタの温
度が上昇し、ポジスタの電気抵抗がさらに増大して、電
流がツェナーダイオードの最大許容電流値未満にまで抑
制される。

【００１３】なお、上記のように電流をツェナーダイオ
ードの最大許容電流値未満にまで抑制するためには、ポ
ジスタの定格電流をツェナーダイオードの最大許容電流
値未満に設定することが望ましい。また、ポジスタとツ
ェナーダイオードとを熱伝導可能に設けて、電子デバイ
スに定格電圧を越えた過大電圧が印加されると、ツェナ
ーダイオードの発熱によってポジスタの電気抵抗値の増
大が促進されるようにして、そのツェナーダイオードに
過大電流が流れることに起因した過熱や破壊などを、さ
らに確実に抑制するようにしてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
の形態に係る電子デバイス保護回路の概要構成を表した
ものである。この電子デバイス保護回路１００は、二次
電池保護用集積回路（ＩＣ；Integrated Curcuit）２０
０に並列に接続されたツェナーダイオード１と、そのツ
ェナーダイオード１に直列に接続されたポジスタ３と
を、その主要部として備えており、例えばリチウムイオ
ン二次電池のバッテリーパック内に設けられて、そのリ
チウムイオン二次電池が充電される際などに、外部から
過大な電圧が印加されたとき、それに起因した二次電池
保護用ＩＣ２００の破壊や劣化等を防ぐものである。

【００１６】さらに詳細には、ポジスタ３は、電流の増
大に伴って電気抵抗値が増大し、検知温度あるいは定格
電流を越えるとさらに急峻に電気抵抗値が増大する特性
を有するもので、その定格電流は、ツェナーダイオード
１の最大許容電流値未満に設定されている。このポジス
タ３は、一端が正極側外部接続ターミナル７および二次
電池セル５の正極に接続されており、他端がツェナーダ
イオード１の一端（正極側）に接続されている。このポ
ジスタ３の通常時の電気抵抗値は、一般に約１〜１００
０Ω程度であるが、定格最大電圧以下の電圧が印加され
たときに二次電池保護用ＩＣ２００の電圧検出機能に支
障が生じることのない程度に設定することが望ましいこ
とは言うまでもない。

【００１７】ツェナーダイオード１は、降伏電圧未満の
電圧が印加されても、ほとんど電流を流さないが、降伏
電圧以上の電圧が印加されると電流が急峻に増大する特
性を有しており、その降伏電圧が二次電池保護用ＩＣ２
００の定格電圧を超えた値に設定されている。このツェ
ナーダイオード１は、一端（正極側）が二次電池保護用
ＩＣ２００の正極側の接続端子２０１に接続されると共
にポジスタ３の一端に接続され、他端（負極側）が電界
効果トランジスタ２０３，２０５を介して二次電池保護
用ＩＣ２００の負極側の接続端子２０７，２０９に接続
されると共に負極側外部接続ターミナル９に接続されて
いる。

【００１８】従って、このツェナーダイオード１は、二
次電池保護用ＩＣ２００に対して並列に接続されている
と共に、ポジスタ３に対して直列に接続されている。ま
た、このツェナーダイオード１は、ポジスタ３との間で
良好な熱伝導を行うことができるように実装されている
（その実装形態や構造等の詳細は後述する）。

【００１９】二次電池セル５は、例えばリチウムイオン
二次電池のような充電可能な二次電池であり、正極が正
極側外部接続ターミナル７およびポジスタ３の一端に接
続されていると共に、負極が電界効果トランジスタ２０
３，２０５を介して二次電池保護用ＩＣ２００の負極側
端子２１１および負極側外部接続ターミナル９に接続さ
れていると共に、負極が二次電池保護用ＩＣ２００の負
極側端子２１０に接続されている。従って、この二次電
池セル５は、ポジスタ３とツェナーダイオード１とを直
列に接続してなる電子デバイス保護回路１００に対して
並列に接続されている。

【００２０】二次電池保護用ＩＣ２００は、正極側外部
接続ターミナル７に印加される電圧を、ポジスタ３を介
して検出し、その電圧に基づいて、二次電池セル５が過
大電圧充電されていることや、過小電圧放電しているこ
となどを検知して、それらの状態を抑止するように機能
するもので、２つの電界効果トランジスタ２０３，２０
５を備えている。そのうちの一方の電界効果トランジス
タ２０３は、二次電池セル５が過小電圧放電しているこ
とが検知された場合、二次電池保護用ＩＣ２００によっ
て制御されてゲートがオフになり、二次電池セル５から
の放電電流を遮断する。また、他方の電界効果トランジ
スタ２０５は、二次電池セル５が過大電圧充電されてい
ることが検知された場合、二次電池保護用ＩＣ２００に
よって制御されてゲートがオフになり、二次電池セル５
への充電電流を遮断する。この二次電池保護用ＩＣ２０
０は、ポジスタ３に対して直列に接続されたツェナーダ
イオード１と並列に接続されている。これは換言すれ
ば、二次電池保護用ＩＣ２００はポジスタ３に対して直
列に接続されているということである。

【００２１】この電子デバイス保護回路１００では、上
述のように、ツェナーダイオード１と二次電池保護用Ｉ
Ｃ２００とが並列に接続されていると共に、それらに対
してポジスタ３が直列に接続されている。従って、正極
側外部接続ターミナル７および負極側外部接続ターミナ
ル９に印加される電圧が二次電池保護用ＩＣ２００の定
格電圧以下である場合には、ツェナーダイオード１に印
加される電圧もその降伏電圧以下となり、ツェナーダイ
オード１は実質的に非導通状態となるので、外部からの
電圧印加による電流はツェナーダイオード１の方には流
れない。また、そのときの電流値はポジスタ３の定格電
流以下であるから、ポジスタ３は通常時の比較的低い電
気抵抗のままであり、このポジスタ３での電圧降下に起
因して二次電池保護用ＩＣ２００の電圧検出機能に支障
を来すことがない。このように、外部から印加される電
圧が定格電圧以下であれば、二次電池保護用ＩＣ２００
はそのとき印加されている電圧を、ポジスタ３を介して
検出して、通常通りに支障なく機能することができる。

【００２２】また、正極側外部接続ターミナル７および
負極側外部接続ターミナル９に印加される電圧が二次電
池保護用ＩＣ２００の定格電圧を超えたものである場合
には、ポジスタ３での電圧降下を差し引いても、ツェナ
ーダイオード１に印加される電圧はその降伏電圧を超え
たものとなり、ツェナーダイオード１は実質的に導通状
態になるので、このときの過大電圧の印加に起因した大
電流は、二次電池保護用ＩＣ２００よりもツェナーダイ
オード１の方にバイパスされる。また、このとき、ツェ
ナーダイオード１の特性から、外部から印加される電圧
がさらに増大してもツェナーダイオード１の端子間電圧
は降伏電圧にロックオンされるので、このツェナーダイ
オード１と並列に接続されている二次電池保護用ＩＣ２
００の端子間電圧も、ツェナーダイオード１の降伏電圧
にロックオンされる。このように、外部から印加される
電圧が定格電圧を超えた過大電圧である場合には、ツェ
ナーダイオード１が導通状態となって、ポジスタ３から
二次電池保護用ＩＣ２００ではなくツェナーダイオード
１の方に大電流をパイパスして流すと共に、二次電池保
護用ＩＣ２００に印加される電圧をツェナーダイオード
１の降伏電圧程度に抑制して、過大電圧の印加に起因し
た二次電池保護用ＩＣ２００の破壊や劣化等を防ぐこと
ができる。

【００２３】また、過大電圧の印加が継続されて大電流
が流れ続けたり、さらに高い電圧が印加された場合など
には、ツェナーダイオード１が発熱する。この状態が長
く続くと、ツェナーダイオード１が過熱状態となり、そ
れ自体やその近隣に実装されている二次電池保護用ＩＣ
２００の破壊や劣化を引き起こすことになる。しかし、
この電子デバイス保護回路１００では、ツェナーダイオ
ード１から発せられた熱によってポジスタ３が加熱され
て検知温度以上になるので、ポジスタ３の電気抵抗が急
峻に増大して電流を抑制する状態となり、そのポジスタ
３と直列に接続されているツェナーダイオード１に大電
流が流れることが抑止される。このように、過大電圧が
印加され続けたり、さらに高い電圧が印加された場合な
どにも、それに起因した二次電池保護用ＩＣ２００の破
壊や劣化等を防ぐと共に、ツェナーダイオード１の過熱
や破壊等を回避することができる。

【００２４】図２は、二次電池セルおよび二次電池保護
用ＩＣと共に、電子デバイス保護回路をリチウムイオン
二次電池のバッテリーパックの内部に実装した状態を模
式的に表したものである。

【００２５】例えば携帯電話用のリチウムイオン二次電
池などの薄い箱型のバッテリーパックでは、プラスチッ
クなどの絶縁性材料からなる外装ケース３００の表面
に、導電性が高くかつ耐摩耗性の高い銅合金やステンレ
スの薄板などから形成された正極側外部接続ターミナル
７と負極側外部接続ターミナル９とが設けられている。
その外装ケース３００の内部には、充・放電可能な二次
電池セル５と、二次電池保護用ＩＣ２００と、電子デバ
イス保護回路１００とが内蔵されている。

【００２６】電子デバイス保護回路１００は、ツェナー
ダイオード１とポジスタ３とが、例えば難燃性の絶縁
紙、ポリエステルテープ、熱硬化性プラスティックまた
はシリコン系接着剤などからなる電気的絶縁性の外装材
１０１で覆われている。この外装材１０１の材質は熱的
絶縁性の高いものとすることが望ましい。これは、過大
電圧が印加されたときにツェナーダイオード１やポジス
タ３から発せられる熱によって二次電池セル５や二次電
池保護用ＩＣ２００が加熱されることを、外装材１０１
の熱的絶縁性によって防ぐようにするためである。ある
いは、この電子デバイス保護回路１００に放熱板（図示
省略）を付設して、その放熱板をバッテリーパックの外
装ケース３００の表面やその外側にまで到達させて、電
子デバイス保護回路１００から発せられた熱を外部へと
発散させるようにしてもよい。この電子デバイス保護回
路１００は、二次電池保護用ＩＣ２００と共にユニット
化されて１つのケーシング１０３の中に包容され、正極
側外部接続ターミナル７および負極側外部接続ターミナ
ル９と二次電池セル５との間にユニット状に実装され
る。

【００２７】図３は、ポジスタとツェナーダイオードと
を接合する実体的な構造の一例を示した図である。

【００２８】ツェナーダイオード１は、電気絶縁性の外
装材に包容された半導体素子の両側端にそれぞれ端子１
１，１５が設けられたものである。このツェナーダイオ
ード１の負極側の端子１１には、電極端子１３が接合さ
れている。その電極端子１３は、さらに、図３では図示
しない実装回路基板に設けられた配線パターン等を介し
て負極側外部接続ターミナル９に接続されると共に、二
次電池保護用ＩＣ２００に接続されている。この電極端
子１３と端子１１との接合には、例えば融点が１８０〜
２６０℃程度の、鉛と錫を含む合金や銀と銅を含む合金
などの低融点金属を用いることが可能である。また、電
極端子１３の材質としては、例えばニッケル、真鍮、鉄
系合金、銅系合金などの、比較的融点が高くかつ加工性
の良好なものが好適である。ツェナーダイオード１の正
極側の端子１５には、金属板３３が接合されている。こ
の金属板３３によってツェナーダイオード１の正極側の
端子１５とポジスタ３の一方の端子３１とが接続され
る。この接合にも前述の低融点金属などを用いることが
可能である。

【００２９】ポジスタ３は、両端にそれぞれ端子３１，
３５が設けられており、ツェナーダイオード１の上面
に、図中やや右寄りにオフセットされて密着するように
配置され、ツェナーダイオード１から発せられる熱が良
好に伝導されるように設定されている。その一方の端子
３１は、前述のように、金属板３３を介してツェナーダ
イオード１の正極側の端子１５と接続されており、他方
の端子３５は、Ｌ字状に折り曲げられた電極端子３７お
よび図３では図示しない配線パターン等を介して、負極
側外部接続ターミナル９に接続されると共に二次電池セ
ル５の正極に接続されている。このポジスタ３の一方の
端子３１と金属板３３との接合や、他方の端子３５とＬ
字状の電極端子３７との接合には、例えば半田付けなど
が適用可能である。あるいは、電気抵抗溶接法や超音波
溶接法などによってさらに直接的に接合してもよいこと
は言うまでもない。なお、Ｌ字状の電極端子３７とポジ
スタ３の金属板３３や端子３１との短絡を避けるため
に、ポジスタ３の上面とＬ字状の電極端子３７との間に
は、絶縁性フィルム３８が貼り付けられている。

【００３０】ここで、上記の電極端子３７や金属板３３
は、いずれも帯板状の金属板からなるものとすることが
望ましいことは言うまでもないが、ツェナーダイオード
１からポジスタ３への熱的な伝導性をさらに良好なもの
とするために、金属板３３の幅や厚さをある程度大きく
することが望ましい。同様の理由から、ツェナーダイオ
ード１の上面とポジスタ３の下面とが重なり合う面積
を、できるだけ広くすることが望ましい。

【００３１】このような構造によれば、大電流が流れる
と、ポジスタ３自体が発熱すると共に、ツェナーダイオ
ード１から発せられる熱をポジスタ３へと効率的に伝導
させることらより、ポジスタ３の電気抵抗を確実に増大
させて、ツェナーダイオード１の過熱や破壊を確実に回
避することができる。また、この構造自体が簡易である
ことから、電子デバイス保護回路１００の構造の繁雑化
を回避することができる。

【００３２】図４は、ポジスタとツェナーダイオードと
を接続した実体的な構造の、他の一例を示した図であ
る。

【００３３】この構造では、ポジスタ３とツェナーダイ
オード１とが積み重ねられるのではなく、ほぼ直線的に
並ぶように配置されており、ツェナーダイオード１の正
極側の端子１７に対して直接にポジスタ３の一方の端子
３１が接合されている。ツェナーダイオード１の負極側
の端子１１には、図３に示した構造と同様に、電極端子
１３が接合されている。ポジスタ３の他方の端子３５に
は、平坦な電極端子３９が接合されている。

【００３４】このような構造によっても、ツェナーダイ
オード１から発せられる熱を、端子１７を介してポジス
タ３へと効率的に伝導させて、ポジスタ３の電気抵抗を
確実に増大させることにより、ツェナーダイオード１の
過熱や破壊を確実に回避することができる。また、この
構造自体が簡易なものであり、電子デバイス保護回路１
００の繁雑化を回避することができる。

【００３５】図５は、ポジスタとツェナーダイオードと
を接続した実体的な構造の、さらに他の一例を示した図
である。

【００３６】ツェナーダイオード１とポジスタ３との両
方の上面に、電気絶縁板４１を介して、１枚の熱伝導板
４３が付設されている。この熱伝導板４３としては、例
えば銅，黄銅，アルミニウム，ニッケル，銀のような、
熱的伝導性が高くかつ加工性の良好な金属材料などを用
いることが望ましい。電気絶縁板４１としては、例えば
ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドなどの薄板、ま
たはガラス繊維布、パルプ不織布、絶縁紙などが好適で
ある。ツェナーダイオード１の外装材およびポジスタ３
の外装材の、熱伝導板と接着される部分の厚さは、電気
的絶縁性や力学的な強度を損なわない程度に可能な限り
薄く形成されていることが望ましい。

【００３７】このような構造により、ツェナーダイオー
ド１から発せられる熱を、熱伝導板４３によってポジス
タ３へとさらに効率的に伝導して、ツェナーダイオード
１の過熱や破壊をさらに確実に回避することができる。

【００３８】なお、図３から図５までの各図では図示を
省略しているが、例えば金属板３３のようにツェナーダ
イオード１の正極側の端子１５とポジスタ３の一方の端
子３１とを接続する部材は、さらに、配線等を介して二
次電池保護用ＩＣ２００にも接続されていることは言う
までもない。

【００３９】図６は、ポジスタとツェナーダイオードと
を接続した実体的な構造の、さらに他の一例を示した断
面図である。

【００４０】この構造は、ツェナーダイオード１の半導
体素子１９とポジスタ３の感温素子２９とを、熱的伝導
性の良好な中間電極４５を介して積層し、その感温素子
２９の上面には電極４７を、半導体素子１９の下面には
電極４９を、それぞれ接合して、それら全体を電気絶縁
性材料からなる外装材５１で包容したものである。な
お、中間電極４５は、図示しない配線等を介して二次電
池保護用ＩＣ２００に接続されている。

【００４１】このような構造により、半導体素子１９か
ら発せられる熱を、中間電極４５を介して感温素子２９
へと最も効率的に伝導させることが可能となる。しか
も、電子デバイス保護回路１００をさらに小型で簡易な
ものとすることができる。

【００４２】図２７は、ツェナーダイオードとポジスタ
とを１つのプリント配線基板の表面に実装した場合の、
平面的な配線パターンおよび実装形態の一例を示したも
のである。

【００４３】各電子部品の実装形態としては、ツェナー
ダイオード１およびポジスタ３がチップ部品、二次電池
保護用ＩＣ２００が２方向フラットパッケージとなって
おり、いずれも表面実装用に設定されたもので、プリン
ト配線基板上の所定位置に設けられた接続パッド上にク
リーム半田を塗布してリフロー処理するといった一般的
な表面実装技術により、プリント配線基板の表面にツェ
ナーダイオード１やポジスタ３が実装される。なお、プ
リント配線板としては、例えばポリイミドやエポキシの
ような熱硬化性樹脂をガラスクロスに含浸させた耐熱性
の高いものが好適である。

【００４４】ツェナーダイオード１の負極側の端子５３
は、プリント配線板の表面に形成された導体５５を介し
て、負極側外部接続ターミナル９に接続されると共に二
次電池保護用ＩＣ２００の負極接続用の端子（接続ピ
ン）５７に接続されている。ツェナーダイオード１の正
極側の端子５９は、導体６１を介して、ポジスタ３の一
方の端子６３に接続されると共に二次電池保護用ＩＣ２
００の正極接続用の端子６５に接続されている。ポジス
タ３の他方の端子６７は、導体６９を介して正極側外部
接続ターミナル７に接続されている。幅広の導体６１に
よってツェナーダイオード１とポジスタ３とが接続され
ているので、それらの間での熱的な伝導性が極めて良好
なものとなっており、ツェナーダイオード１から発せら
れる熱をポジスタ３へと効率的に伝導させることができ
る。例えば、それらの温度差を１０℃以下にすることな
どが可能となる。

【００４５】なお、熱伝導性を確保するためには、導体
６１の厚さを例えば３５μｍ以上に設定することが望ま
しい。ただしこれのみには限定されないことは言うまで
もない。一方、ツェナーダイオード１の負極側の端子５
３と二次電池保護用ＩＣ２００の負極接続用の端子５７
とを接続する導体５５や、幅広の導体６１と二次電池保
護用ＩＣ２００の正極接続用の端子６５とを接続する導
体７１は、幅の狭いパターンに形成することにより、ツ
ェナーダイオード１やポジスタ３から発せられる熱が二
次電池保護用ＩＣ２００へと伝導されることを抑制する
ことができる。

【００４６】次に、第１の実施の形態に係る電子デバイ
ス保護回路１００の、さらに詳細な作用について説明す
る。

【００４７】充電の際などに、負極側外部接続ターミナ
ル９と正極側外部接続ターミナル７とに二次電池セル５
の定格電圧を超えた過大な電圧が印加されると、その電
圧は、ツェナーダイオード１とポジスタ３とを直列に接
続してなる回路にも印加される。このときには、まだポ
ジスタ３の電気抵抗は増大しておらず、ポジスタ３での
電圧降下は少ないので、降伏電圧を超えた電圧がツェナ
ーダイオード１に印加される。すると、ツェナーダイオ
ード１は、実質的に導通状態となって大電流が流れて発
熱する。その熱は、上記の図３ないし図６に示したよう
な各種の構造によってポジスタ３へと効率的に伝導され
るので、ポジスタ３は加熱されてその温度が上昇する。
やがて検知温度以上になると、ポジスタ３の電気抵抗が
急峻に増大して、そのポジスタ３およびツェナーダイオ
ード１に流れる電流が抑制される。またこのとき、増大
したポジスタ３の電気抵抗による電圧降下とツェナーダ
イオード１の端子間電圧のロックオン作用とによって、
ツェナーダイオード１と並列に接続されている二次電池
保護用ＩＣ２００の端子間電圧は、ツェナーダイオード
１の降伏電圧程度に保たれる。このようにして、過大電
圧が印加されても、二次電池保護用ＩＣ２００の破壊や
劣化等を防止することができると共に、この電子デバイ
ス保護回路１００の過熱や破壊等を回避することができ
る。

【００４８】図７は、第１の実施の形態に係る電子デバ
イス保護回路に２５Ｖの電圧を印加する実験を行った結
果を示したものである。

【００４９】この実験では、図４に示したような構造の
電子デバイス保護回路１００を用いた。ポジスタ３の仕
様は、初期抵抗値が２２０Ω、検知温度が１２０℃とな
っている。ツェナーダイオード１の仕様は、降伏電圧が
２１Ｖ、最大定格電力２００ｍＷ、最高許容温度１５０
℃となっている。この実験を行った際の雰囲気温度は約
２５℃である。直流電源から出力される電圧は２５Ｖ、
最大電流は１Ａである。なお、図７のグラフでは、横軸
は、電圧の印加開始からの経過時間を示し、左側の縦軸
は、ツェナーダイオード１、ポジスタ３の、それぞれの
電圧を示し、右側の縦軸は、この電子デバイス保護回路
１００の主要部であるポジスタ３およびツェナーダイオ
ード１を流れる電流をアンペア単位（Ａ）で示してい
る。

【００５０】まず、直流電源が接続された直後には、ポ
ジスタ３の端子間電圧が約４Ｖになると共に、ツェナー
ダイオード１の端子間電圧が約２１Ｖになる。このよう
に降伏電圧以上の電圧である約２１Ｖが印加されるの
で、ツェナーダイオード１が導通状態になり、約２０ｍ
Ａの電流がツェナーダイオード１およびポジスタ３に流
れる。すると、２１Ｖの電圧による約２０ｍＡの電流が
流れることによって、ツェナーダイオード１は約４２０
ｍＷの電力で発熱し、その熱によってポジスタ３が加熱
されて温度が上昇する。また、ポジスタ３自体も約８０
ｍＷ（＝４Ｖ×２０ｍＡ）の電力で発熱する。

【００５１】このような状態が、例えば数分間に亘って
継続されると、ツェナーダイオード１はそれ自体の発す
る熱とポジスタ３の発する熱とで過熱状態となり、劣化
したり破壊されたりする場合があるが、この電子デバイ
ス保護回路１００では、２５Ｖという過大な電圧の印加
が開始されてから約１０秒後に、ツェナーダイオード１
の発する熱とポジスタ３自体の発する熱とでポジスタ３
が加熱されて、検知温度の１２０℃以上の温度に達す
る。すると、ポジスタ３の電気抵抗が急峻に増大して約
４００Ωになり、このポジスタ３およびツェナーダイオ
ード１に流れる電流を、それまでの約半分程度の１０〜
１２ｍＡにまで抑制することができる。その後は、過大
電圧（２５Ｖ）が印加され続けても、電流は１０〜１２
ｍＡ程度に安定的に保たれる。これにより、ツェナーダ
イオード１やポジスタ３が過熱によって劣化したり破損
したりすることを防ぐことができる。

【００５２】ここで、比較例として、ポジスタ３の代り
に２２０Ωの固定抵抗器を用いて、上記と同様の実験を
行った場合には、最大定格電力の２００ｍＷを大幅に超
えた４００ｍＷの発熱が継続されてツェナーダイオード
１が過熱状態となり、最終的には破壊に至ることが確認
されている。

【００５３】図８は、第１の実施の形態に係る電子デバ
イス保護回路に、さらに過大な電圧である３５Ｖを印加
する実験を行った結果を示したものである。この実験
は、直流電源として３５Ｖ・１Ａの出力特性を有するも
のを用いること以外は、上記の実験と同様の設定条件と
なっている。

【００５４】まず、直流電源が接続された直後には、ポ
ジスタ３の端子間電圧が約１４Ｖになると共に、ツェナ
ーダイオード１の端子間電圧が約２１Ｖになる。このよ
うに降伏電圧以上の電圧である約２１Ｖが印加されるの
で、ツェナーダイオード１が導通状態になって、約６０
ｍＡの電流がツェナーダイオード１およびポジスタ３に
流れる。すると、この２１Ｖの電圧による約６０ｍＡの
電流が流れることによって、ツェナーダイオード１は約
１２６０ｍＷの電力で発熱し、その熱によってポジスタ
３が加熱されて温度が上昇する。また、ポジスタ３自体
も約８４０ｍＷの電力によって発熱する。このような３
５Ｖという極めて過大な電圧の印加が開始されてから約
５〜１０秒後には、ツェナーダイオード１の発する熱と
ポジスタ３自体の発する熱とで急速に加熱されて、ポジ
スタ３の温度はその検知温度である１２０℃以上に達す
る。すると、そのポジスタ３の電気抵抗が急峻に増大し
て約１７００Ωになり、ポジスタ３およびツェナーダイ
オード１に流れる電流を、それまでの約１／６以下の８
〜９ｍＡにまで抑制することができる。その後は、過大
電圧（２５Ｖ）が印加され続けても、電流は８〜９ｍＡ
程度に安定的に保たれる。

【００５５】このように、さらに過大な電圧が印加され
る場合には、ツェナーダイオード１およびポジスタ３に
流れる電流を、むしろさらに効果的かつ急速に（短時間
で）抑制することができる。

【００５６】ここで、比較例として、ポジスタ３の代り
に２２０Ω、最大定格許容電力２５０ｍＷの固定抵抗器
を用いて、上記と同様の実験を行った場合には、図９に
示したような結果となる。すなわち、直流電源を接続し
た直後には、固定抵抗器の端子間電圧が約１２．５Ｖな
り、ツェナーダイオード１の端子間電圧が２２．５Ｖと
なるので、ツェナーダイオード１が導通状態となって、
約６０ｍＡの電流が固定抵抗器およびツェナーダイオー
ド１に流れる。このとき、ツェナーダイオード１が約１
３００ｍＷの電力によって発熱し、それ自身の温度が急
上昇する。また、ツェナーダイオード１から発せられた
熱は、その周囲をも加熱する。過大電圧の印加を開始し
てから約８秒後には、ツェナーダイオード１は最高許容
温度１５０℃を超えた温度にまで過熱され、その熱によ
って破壊されるに至る。その破壊された状態のツェナー
ダイオード１の端子間電圧は約７Ｖに低下するが、電流
は約１３０ｍＡと、さらに大電流となる。これは、破壊
されて間もないツェナーダイオード１の内部で何らかの
短絡が生じているためと考えられる。それからさらに３
秒程度が経過すると、大電流によってツェナーダイオー
ド１の内部がさらに致命的に焼き切れて、完全に開放状
態となる。このときには、ツェナーダイオード１の内部
が焼き切れる程に過熱状態となっているのであるから、
その周囲もかなり高い温度になることは明らかである。
このように、ポジスタ３の代りに固定抵抗器を用いた場
合には、ツェナーダイオード１が過熱状態となって、最
終的にはツェナーダイオード１自体やその周囲に実装さ
れている回路素子や二次電池保護用ＩＣ２００等が破壊
されることが確認されている。

【００５７】図１０は、第１の実施の形態に係る電子デ
バイス保護回路に２０Ｖの電圧を印加する実験を行った
結果を示したものである。

【００５８】この実験では、図４に示したような構造の
電子デバイス保護回路１００を用いた。ポジスタ３の仕
様は、２５℃における初期抵抗値が２２０Ω、検知温度
が１２０℃となっている。ツェナーダイオード１の仕様
は、降伏電圧が６Ｖ、最大定格電力２００ｍＷ、最高許
容温度１５０℃となっている。この実験を行った際の雰
囲気温度は約２５℃である。直流電源から出力される電
圧は２０Ｖ、最大電流は１Ａである。

【００５９】まず、直流電源が接続された直後には、ポ
ジスタ３の端子間電圧が約１４Ｖになると共に、ツェナ
ーダイオード１の端子間電圧が約６Ｖになる。このよう
に降伏電圧６Ｖ以上の電圧が印加されるので、ツェナー
ダイオード１は導通状態になって、約６３ｍＡの電流が
ポジスタ３およびツェナーダイオード１に流れる。する
と、この６Ｖの電圧による約６３ｍＡの電流が流れるこ
とによって、ツェナーダイオード１は約３８０ｍＷの電
力で発熱し、その熱によってポジスタ３が加熱されてそ
の温度が上昇する。また、ポジスタ３自体も約８８０ｍ
Ｗの電力によって発熱する。

【００６０】ポジスタ３は、ツェナーダイオード１の発
する熱とポジスタ３自体の発する熱とで加熱されて、過
大電圧の印加が開始されてから約１６秒後に検知温度の
１２０℃以上の温度に達する。すると、ポジスタ３の電
気抵抗が急峻に増大して約１１００Ωになり、このポジ
スタ３およびツェナーダイオード１に流れる電流を、そ
れまでの１／５程度の約１２ｍＡに抑制する。その後
は、過大電圧（２０Ｖ）が印加され続けても、電流は１
２ｍＡ程度に安定的に保たれる。これにより、ツェナー
ダイオード１やポジスタ３が過熱によって劣化したり破
損したりすることを防ぐことができる。

【００６１】ここで、比較例として、ポジスタ３の代り
に、電気抵抗値が２２０Ω、最大定格電力が２５０ｍＷ
の固定抵抗器を用いて、上記と同様の実験を行った場
合、ツェナーダイオード１および固定抵抗器の発熱が共
に継続されて過熱状態となり、最終的にはそれらが破壊
に至ることが確認されている。

【００６２】［第２の実施の形態］図１１は、通信用Ｉ
Ｃを内蔵したリチウムイオン二次電池に電子デバイス保
護回路を用いて、その通信用ＩＣを過大電圧や過大電流
から保護するようにした場合の概要構成を示したもので
ある。

【００６３】この第２の実施の形態では、第１の実施の
形態のリチウムイオン電池における二次電池保護用ＩＣ
２００の代りに、通信用ＩＣ４００が装備されている。
通信用ＩＣ４００は、リチウムイオン電池のバッテリー
パックとしての種類や識別情報、あるいは二次電池セル
５の電圧値、残存容量値などの各種データを、このリチ
ウムイオン電池が装着される本体機器側（図示省略）に
通信する機能を有するものである。その通信手段として
は無線でもよく、有線でもよい。そのような外部との通
信を行うための通信端子７３がリチウムイオン電池の表
面に露出するように設けられている。

【００６４】この通信用ＩＣ４００に対して、第１の実
施の形態とほぼ同様に、電子デバイス保護回路１１０が
接続されている。すなわち、ツェナーダイオード１が通
信用ＩＣ４００と並列に接続されており、そのツェナー
ダイオード１に対して直列にポジスタ３が接続されてい
る。その他の概要構成は、第１の実施の形態のものと同
様である。ただし、ツェナーダイオード１の降伏電圧や
ポジスタ３の検知温度は、通信用ＩＣ４００の定格電圧
や最高許容温度などに対応した適切なものとなるように
設定されていることは言うまでもない。

【００６５】このような概要構成により、第２の実施の
形態に係る電子デバイス保護回路１１０では、例えば二
次電池セル５が充電される際などに、正極側外部接続タ
ーミナル７および負極側外部接続ターミナル９に印加さ
れる電圧が通信用ＩＣ４００の定格電圧以下である場合
には、ツェナーダイオード１に印加される電圧もその降
伏電圧以下となり、ツェナーダイオード１は実質的に非
導通状態となるので、外部からの電圧印加による電流は
ツェナーダイオード１の方には流れない。また、そのと
きの電流値はポジスタ３の定格電流以下であるから、ポ
ジスタ３は通常時の比較的低い電気抵抗のままであり、
このポジスタ３での電圧降下に起因して通信用ＩＣ４０
０の通信機能等に支障を来すことがない。このように、
外部から印加される電圧が定格電圧以下の場合には、通
信用ＩＣ４００は通常通りに支障なく機能することがで
きる。

【００６６】また、正極側外部接続ターミナル７および
負極側外部接続ターミナル９に印加される電圧が通信用
ＩＣ４００の定格電圧を超えたものである場合には、ポ
ジスタ３での電圧降下を差し引いてツェナーダイオード
１に印加される電圧も、その降伏電圧を超えたものとな
るので、ツェナーダイオード１は実質的に導通状態にな
る。従って、このときの過大電圧の印加に起因した大電
流は、通信用ＩＣ４００よりもツェナーダイオード１の
方にバイパスされる。またこのとき、ツェナーダイオー
ド１の特性から、外部から印加される電圧がさらに増大
しても、ツェナーダイオード１の端子間電圧は降伏電圧
にロックオンされるので、このツェナーダイオード１と
並列に接続されている通信用ＩＣ４００の端子間電圧も
その降伏電圧以上にはならない。このように、外部から
印加される電圧が定格電圧を超えた過大電圧である場合
には、ツェナーダイオード１が導通状態となって、ポジ
スタ３から通信用ＩＣ４００ではなくツェナーダイオー
ド１の方に大電流をパイパスして流すと共に、通信用Ｉ
Ｃ４００に印加される電圧をツェナーダイオード１の降
伏電圧程度に抑制して、過大電圧の印加に起因した通信
用ＩＣ４００の破壊や劣化等を防ぐことができる。

【００６７】あるいは、このリチウムイオン二次電池が
電子機器本体に装着される際に、何らかの要因で突発的
に二次電池セル５から大電流が流れたり、パルス波形的
な過大電圧が正極側外部接続ターミナル７と負極側外部
接続ターミナル９とに印加された場合などにも、電子デ
バイス保護回路１１０が上記のように機能して、通信用
ＩＣ４００の破壊や劣化等を防ぐことができる。

【００６８】また、さらには、過大電圧の印加が継続さ
れて大電流が流れ続けたり、さらに高い電圧が印加され
た場合などには、ツェナーダイオード１が発熱するが、
その熱によってポジスタ３が加熱されて検知温度以上に
なると共にポジスタ３自体も発熱するので、ポジスタ３
の電気抵抗が急峻に増大して電流を抑制する状態とな
り、それと直列に接続されているツェナーダイオード１
にも大電流が流れることが抑制される。このように、過
大電圧が印加され続けたり、高い電圧が印加された場合
などにも、ツェナーダイオード１の過熱を防いで、それ
に起因したツェナーダイオード１自体の破壊や通信用Ｉ
Ｃ４００の過熱や劣化などを回避することができる。特
に、通信用ＩＣ４００のような電子デバイスは、過大電
圧や過大電流によって破壊されやすい傾向にあるので、
そのような破壊を確実に防ぐための保護回路として電子
デバイス保護回路１１０を用いることが好適である。た
だし、そのような用途のみには限定されないことは言う
までもない。

【００６９】［第３の実施の形態］図１２は、通信用Ｉ
Ｃと二次電池保護用ＩＣとを内蔵したリチウムイオン二
次電池に電子デバイス保護回路を設けて、通信用ＩＣを
過大電圧や過大電流から保護するようにした場合の概要
構成を示したものである。

【００７０】この第３の実施の形態のリチウムイオン二
次電池では、図１１に示したような第２の実施の形態の
リチウムイオン二次電池の内部に、さらに二次電池保護
用ＩＣ２００が追加して設けられている。さらに詳細に
は、二次電池保護用ＩＣ２００は、二次電池セル５に対
して並列に接続されている。電子デバイス保護回路１２
０は、第２の実施の形態とほぼ同様に通信用ＩＣ４００
に接続されている。すなわち、二次電池保護用ＩＣ２０
０と二次電池セル５と電子デバイス保護回路１２０と
は、互いに並列に接続されている。このような概要構成
のリチウムイオン二次電池の内部に用いられる場合に
も、電子デバイス保護回路１２０は、過大電圧や過大電
流から通信用ＩＣ４００を保護することができると共
に、電子デバイス保護回路１２０それ自体が過熱状態に
なることや破壊されることを回避することができる。ま
た、それと並行して、二次電池セル５に対する過大電圧
の印加や二次電池セル５の過小電圧時の放電電流の流失
などを、二次電池保護用ＩＣ２００によって防ぐことが
できる。

【００７１】［第４の実施の形態］図１３は、図１に示
したような第１の実施の形態に係る電子デバイス保護回
路に、さらにコンデンサを付加した回路の概要構成を示
したものである。この第４の実施の形態に係る電子デバ
イス保護回路１３０では、ツェナーダイオード１と並列
にコンデンサ２１が接続されている。このコンデンサ２
１を付加することにより、外部から過大電圧が正極側外
部接続ターミナル７と負極側外部接続ターミナル９とに
印加された場合に、その過大電圧が印加された瞬間の電
圧波高値（電圧波形ピーク）を小さくすることが可能と
なる。

【００７２】すなわち、一般に、ツェナーダイオード１
の電圧印加に対する応答遅れ（遅延時間）を完全にゼロ
とすることは実質的に不可能であり、過大電圧が印加さ
れてからツェナーダイオード１が降伏して導通状態にな
るまでには、遅延時間が不可避的に存在する。その遅延
時間は、一般に、最小でも１０ｎｓ、あるいはそれ以上
である。このため、外部から過大電圧が印加された瞬間
から１００ｎｓ程度までの間は、ツェナーダイオード１
が完全には応答していないので、その間に、二次電池保
護用ＩＣ２００などの電子デバイスに過大電圧が印加さ
れたり、極めて高い電圧に突出した波高値のパルスが電
圧印加開始直後の瞬間に印加されたりする場合がある。
あるいは、何らかの要因で、静電気に起因した過大電圧
が正極側外部接続ターミナル７と負極側外部接続ターミ
ナル９とに印加されて、それが極めて高い電圧に突出し
た波高値の電圧パルスとして二次電池保護用ＩＣ２００
に印加される場合もある。しかし、そのようなツェナー
ダイオード１が十分には応答しきれない１００ｎｓ程度
以下の瞬間的な過大電圧が印加された場合には、その瞬
間的な過大電圧をコンデンサ２１によって吸収すること
ができる。しかも、コンデンサ２１はツェナーダイオー
ド１や二次電池保護用ＩＣ２００に対して並列に接続さ
れているので、瞬間的に過大電圧が印加される場合以外
では、例えば二次電池セル５の充電時などに直流の定格
充電電圧が印加される場合などには、ほとんど機能しな
い。従って、このようなコンデンサ２１を付加しても、
ツェナーダイオード１や二次電池保護用ＩＣ２００の機
能には何ら支障を来すことがない。

【００７３】なお、このようなコンデンサ２１として
は、例えば二次電池セル５が４．２Ｖ程度の非水質リチ
ウムイオン二次電池セル５である場合などには、約６０
００ｐＦ以上の静電容量が必要である。ただし、コンデ
ンサ２１の静電容量は、このような範囲のみには限定さ
れないことは言うまでもなく、保護対象の電子デバイス
や、この電子デバイス保護回路１３０が組み込まれたリ
チウムイオン二次電池が用いられる電子機器本体等の仕
様に対応して、適宜に設定することが望ましい。

【００７４】図１６は、コンデンサの無い場合（Ａ）
と、付加した場合（Ｂ）とで、３０Ｖの過大電圧を印加
した直後から安定状態に至るまでの、ツェナーダイオー
ドの端子間電圧の時間的推移を計測した実験結果を示し
たものである。なお、図１６では、横軸は時間をｎｓで
示し、縦軸はツェナーダイオード１の端子間電圧をＶで
示している。この実験で用いたツェナーダイオード１
は、降伏電圧が６．３Ｖ、最大定格電力が２００ｍＷ、
最高許容温度が１５０℃である。ポジスタ３は、２５℃
における初期抵抗値が２２０Ω、検知温度が１２０℃で
ある。

【００７５】図１に示したようなコンデンサ２１の無い
電子デバイス保護回路１００の場合には、図１６（Ａ）
に示したように、３０Ｖ・最大電流１Ａの直流電源を接
続した直後から２０ｎｓ後に、ツェナーダイオード１の
端子間電圧が約６．７Ｖにまで急峻に上昇する。この
６．７Ｖが、瞬間的に突出した電圧波高値となってい
る。その後、直流電源を接続してから２００ｎｓが経過
した頃には、ツェナーダイオード１の端子間電圧は約
６．３Ｖで安定する。このように、過大電圧の印加が開
始された直後に、瞬間的に突出した電圧波高値が発生
し、この高い電圧が、ツェナーダイオード１に並列に接
続されている二次電池保護用ＩＣ２００や通信用ＩＣ４
００のような電子デバイスに印加される場合がある。こ
のような高い電圧が瞬間的に印加されると、通信用ＩＣ
４００などの電子デバイスにとっては過大な電流が流れ
て、その電子デバイスが破壊されてしまう場合がある。
特に、電源回路の配線が長く、その配線のインダクタン
スが大きい場合などには、より高い電圧が瞬間的に発生
する可能性が高く、延いては電子デバイスが破壊されて
しまう確率が高くなる傾向にある。

【００７６】そのような場合には、例えば図１３に示し
たようなコンデンサ２１を用いた電子デバイス保護回路
１３０によって、瞬間的な高い電圧を即時に吸収して、
二次電池保護用２００などの電子デバイスを破壊から保
護することができる。実際に、コンデンサ２１を付加し
たことの他は上記のコンデンサ２１の無い場合と同じ設
定にして実験を行うと、図１６（Ｂ）に示したように、
直流電源を接続してから２２０ｎｓ後までに、ツェナー
ダイオード１の端子間電圧は図１６（Ａ）の場合よりも
緩やかに上昇して、最大でも６．５Ｖになり、５００ｎ
ｓ以降は約６．３Ｖに安定する。このように、コンデン
サ２１を付加することにより、過大電圧の印加直後の瞬
間に突出した電圧波高値が発生することを防ぐことがで
きる。なお、静電容量のさらに大きなコンデンサ２１を
用いることにより、過大電圧の印加直後の急峻な電圧変
化や突出した電圧波高値の発生を、さらに効果的に解消
することができる。また、このようなコンデンサ２１の
作用は、その緩和の他にも、例えば静電気による極めて
高い電圧が瞬間的に印加された場合に、その高い電圧を
吸収することなどにも適用可能である。

【００７７】［第５の実施の形態］図１４は、図１１に
示したような第２の実施の形態に係る電子デバイス保護
回路に、さらにコンデンサを付加した回路の概要構成を
示したものである。この図１４に示したような通信用Ｉ
Ｃ４００を保護するための電子デバイス保護回路１４０
においても、第４の実施の形態と同様に、ツェナーダイ
オード１と並列にコンデンサ２１を付加することによ
り、外部から過大電圧が正極側外部接続ターミナル７と
負極側外部接続ターミナル９とに印加された場合に、そ
の過大電圧が印加された瞬間に突出した波高値の電圧が
通信用ＩＣ４００に印加されることを解消することがで
きる。

【００７８】［第６の実施の形態］図１５は、図１２に
示したような第３の実施の形態に係る電子デバイス保護
回路に、さらにコンデンサを付加した回路の概要構成を
示したものである。すなわち、この第６の実施の形態に
係る電子デバイス保護回路１５０は、図１２に示したよ
うな二次電池保護用ＩＣ２００と通信用ＩＣ４００とを
備えたリチウムイオン二次電池に用いられる電子デバイ
ス保護回路１２０に、ツェナーダイオード１と並列して
コンデンサ２１をさらに付加したものである。このよう
な概要構成により、外部から過大電圧が正極側外部接続
ターミナル７と負極側外部接続ターミナル９とに印加さ
れた場合に、その過大電圧が印加された瞬間に突出した
波高値の電圧が通信用ＩＣ４００に印加されることを解
消することができる。

【００７９】［第７の実施の形態］図１７は、図１に示
したような第１の実施の形態の電子デバイス保護回路に
おけるツェナーダイオードの代りにバリスタを用いた場
合の概要構成を示したものである。

【００８０】この第７の実施の形態に係る電子デバイス
保護回路１６０では、バリスタ２３の降伏電圧をツェナ
ーダイオード１のそれと同様の電圧に設定し、その他の
設定や概要構成は、第１の実施の形態に係る電子デバイ
ス保護回路１００と同様のものとする。このようにバリ
スタ２３を用いることにより、ツェナーダイオード１を
用いた場合と同様に、二次電池保護用ＩＣ２００を過大
電圧や過大電流による過熱や破壊から保護することがで
きると共に、電子デバイス保護回路１６０自体の過熱や
破壊を回避することができる。バリスタ２３は一般に、
電圧−電流特性曲線がツェナーダイオード１よりも緩や
かである。更に、このバリスタ２３自体が、上記の第４
〜第６の実施の形態に述べたようなコンデンサ２１と同
様に、過大電圧が印加された瞬間の電圧波高値の突出を
解消あるいは緩和する機能を有している。従って、ツェ
ナーダイオード１の代りにバリスタ２３を用いることに
より、ツェナーダイオード１を用いた場合の作用に加え
て、瞬間的な電圧波高値の突出を解消することや、静電
気による極めて高い電圧が印加された場合にそれを吸収
することが可能となる。

【００８１】なお、このようにツェナーダイオード１の
代りにバリスタ２３を用いた電子デバイス保護回路１６
０は、図１７に示したような二次電池保護用ＩＣ２００
が内蔵されたリチウムイオン二次電池の他にも、例えば
図１８に示したように、通信用ＩＣ４００が内蔵された
リチウムイオン二次電池の内部に実装して、その通信用
ＩＣ４００を過大電圧や過大電流から保護するために用
いることも可能である。あるいは、例えば図１９に示し
たように、二次電池保護用ＩＣ２００と通信用ＩＣ４０
０とが内蔵されたリチウムイオン二次電池の内部に装備
して、通信用ＩＣ４００を過大電圧や過大電流から保護
するために用いることも可能である。

【００８２】あるいは、例えば図２０に示した電子デバ
イス保護回路１７０のように、ツェナーダイオード１の
代りにバリスタ２３を用いると共に、そのバリスタ２３
に対してコンデンサ２１を並列に接続した回路構成とし
てもよい。このような電子デバイス保護回路１７０によ
れば、二次電池保護用ＩＣ２００を過大電圧や過大電流
から保護することができると共に、瞬間的な電圧波高値
の突出をさらに確実に解消することや、静電気による極
めて高い電圧が印加された場合にそれをさらに確実に吸
収することができる。

【００８３】あるいは、例えば図２１に示したように、
通信用ＩＣ４００が内蔵されたリチウムイオン二次電池
に、ポジスタ３とコンデンサ２１とバリスタ２３とを備
えた電子デバイス保護回路１７０を設けて、その通信用
ＩＣ４００を過大電圧や過大電流から保護することも可
能である。

【００８４】あるいは、例えば図２２に示したように、
二次電池保護用ＩＣ２００と通信用ＩＣ４００とが内蔵
されたリチウムイオン二次電池に、ポジスタ３とコンデ
ンサ２１とバリスタ２３とを備えた電子デバイス保護回
路１７０を設けて、その通信用ＩＣ４００を過大電圧や
過大電流から保護することも可能である。

【００８５】図２３は、ポジスタとバリスタとを接続し
た実体的な構造の一例を示したものである。

【００８６】この構造は、ポジスタ３とバリスタ２３と
を、熱的伝導性の良好な中間電極７５を介して積層し、
ポジスタ３の上面には電極７７を、バリスタ２３の下面
には電極７９を、それぞれ接合したものである。なお、
中間電極７５は、図示しない配線等を介して二次電池保
護用ＩＣ２００の正極側端子２０１に接続されている。
このような構造により、バリスタ２３から発せられる熱
をポジスタ３へと効率的に伝導させることが可能とな
る。しかも、その構造は、極めて小型で簡易なものとな
っている。

【００８７】図２４は、ポジスタとバリスタとを接続し
た実体的な構造の、他の一例を示したものである。

【００８８】ポジスタ３の端子８１とバリスタ２３の端
子８３とが、低融点金属９５によって接合されている。
端子８１，８３や低融点金属９５は、電気的および熱的
な伝導性の高い金属が望ましい。ポジスタ３の他方の端
子８５は、図２４中では図示しない配線等を介して二次
電池セル５の正極等に接続されている。また、バリスタ
２３の他方の端子８７は、図示しない配線等を介して二
次電池セル５の負極等に接続されている。端子８１，８
３，８５，８７の材料としては、例えばニッケル系合
金、鉄系合金、銅系合金などを用いることができる。こ
のような構造により、バリスタ２３から発せられる熱を
ポジスタ３へと効率的に伝導させることができると共
に、ポジスタ３とバリスタ２３とを一体化して実装する
ことができる。しかも、この構造自体が最も簡易で小型
なものとなっている。なお、図２４中では図示を省略し
たが、ポジスタ３の端子８１とバリスタ２３の端子８３
との接合部分には、図２４中には図示を省略した二次電
池保護用ＩＣ２００の端子等と接続される配線が接合さ
れていることは言うまでもない。

【００８９】図２５は、ポジスタとバリスタとを接続し
た実体的な構造の、さらに他の一例を示したものであ
る。

【００９０】この構造は、ポジスタ３とバリスタ２３と
を、絶縁板８９を介して積み重ねて配置し、それらを金
属板９１で接続したものである。ポジスタ３の図中右側
の端子８１と、バリスタ２３の図中右側の端子８３と
が、それぞれ低融点金属９３によって１枚の金属板９１
に接合されている。この金属板９１が、ポジスタ３とバ
リスタ２３とを電気的に直列に接続すると共に、それら
の間での熱的な伝導性を良好なものとしている。ポジス
タ３とバリスタ２３との間には、それら両者間を電気的
に絶縁するために、絶縁板８９が介挿されている。この
ような構造により、バリスタ２３から発せられる熱をポ
ジスタ３へと効率的に伝導させることができる。また、
その構造自体が、ポジスタ３とバリスタ２３とを一体化
して、簡易かつ小型なものとなっている。

【００９１】図２６は、図１９に示したような第７の実
施の形態に係る電子デバイス保護回路に対して２５Ｖの
電圧を印加する実験を行った結果の一例を示したもので
ある。

【００９２】この実験では、図２４に示したような構造
の電子デバイス保護回路を用いた。ポジスタ３は、２５
℃における初期抵抗値が２２０Ω、検知温度が１２０℃
である。バリスタ２３は、降伏電圧が１８Ｖ、最大定格
電力が１００ｍＷ、最高許容温度が１５０℃である。こ
の実験を行った際の雰囲気温度は約２５℃である。直流
電源は出力電圧が２５Ｖ、最大電流が１Ａである。

【００９３】まず、直流電源が接続されると、ポジスタ
３の端子間電圧が約４Ｖになると共に、バリスタ２３の
端子間電圧が急峻に約２１Ｖになる。しかしこのとき、
バリスタ２３には電圧波高値の突出は生じない。バリス
タ２３に降伏電圧を超えた電圧が印加されたことで、１
９〜２０ｍＡの電流がバリスタ２３およびポジスタ３に
流れて、バリスタ２３が約４２０ｍＷの電力によって発
熱すると共に、ポジスタ３が約８０ｍＷの電力によって
発熱する。これらの発熱によって、ポジスタ３の温度が
上昇して１２０℃以上になると、そのポジスタ３の電気
抵抗が急峻に増大して約５４０Ωになり、その電気抵抗
によって抑制されて電流が緩やかに低下して行き、約１
１ｍＡになる。このとき、ポジスタ３の端子間電圧が７
Ｖに上昇する一方、バリスタ２３の端子間電圧が約１８
Ｖに低下する。

【００９４】こうして、直流電源が接続されてから約１
０ｓ後には、バリスタ２３の端子間電圧が低下して約１
８Ｖに保たれると共に、ポジスタ３およびバリスタ２３
に流れる電流が抑制されて約１１ｍＡに保たれる。これ
により、バリスタ２３に対して並列に接続されている通
信用ＩＣ４００や二次電池保護用ＩＣ２００などの電子
デバイスに過大電圧が印加されることを防ぐことができ
ると共に、この電子デバイス保護回路１６０自体の有す
るポジスタ３やバリスタ２３が過熱状態になることや破
壊されることを回避することができる。また、さらに
は、過大電圧が印加された瞬間の電圧波高値の突出や、
静電気の極めて高い電圧の印加などに起因した、通信用
ＩＣ４００などの電子デバイスの破壊や劣化等を防ぐこ
とができる。

【００９５】なお、上記の各実施の形態では、二次電池
保護用ＩＣや通信用ＩＣを備えたリチウムイオン二次電
池に、本発明による電子デバイス保護回路を用いた場合
について説明したが、このようなリチウムイオン二次電
池以外にも、例えば、無線電話機能が作り込まれた通信
用ＩＣと、それに電源電力を供給する二次電池セルとを
備えた、携帯電話装置などにも、本発明の電子デバイス
保護回路は適用可能である。その場合には、例えば図１
１に示したような回路構成とすることにより、携帯電話
装置内の通信用ＩＣを、過大電圧や過大電流から保護す
ることが可能である。

【００９６】また、二次電池セルを有さない通信用ＩＣ
に対して、外部から電源電圧が供給されるような回路構
成の場合などにも、その通信用ＩＣを過大電圧や過大電
流から保護するするために、本発明による電子デバイス
保護回路を好適に用いることが可能である。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子デバ
イス保護回路によれば、電子デバイスの定格電圧を超え
た過大電圧が印加されると、その過大電圧の印加に起因
した大電流のほとんどがツェナーダイオードの方に流れ
て、電子デバイスの方に流れることを抑制すると共に、
ツェナーダイオードに並列に接続された電子デバイスの
端子間電圧をそのツェナーダイオードの降伏電圧にロッ
クオンしてほぼ一定の電圧に保つようにしたので、過大
電圧の印加に起因した破壊や劣化などから電子デバイス
を保護することができるという効果を奏する。また、そ
れと共に、ツェナーダイオードにポジスタを直列に接続
し、電流のさらなる増大やツェナーダイオードの発熱に
よる温度の上昇に伴ってポジスタの電気抵抗が増大して
電流をツェナーダイオードの最大許容電流値未満にまで
抑制するようにしたので、過大電圧が印加され続けた場
合や、ツェナーダイオードの最大許容電流値を超えた大
電流が流れる程の過大電圧が印加された場合などでも、
ツェナーダイオードの過熱や破壊などを確実に防ぐこと
ができる。

【００９８】特に、請求項２，４，６，８のいずれかに
記載の電子デバイス保護回路によれば、ツェナーダイオ
ードとポジスタとを熱伝導可能に設けて、電子デバイス
に定格電圧を越えた過大電圧が印加されると、ツェナー
ダイオードが発熱してポジスタの電気抵抗値の増大を促
進するようにしたので、過大電流が流れることに起因し
たツェナーダイオードの過熱や破壊などをさらに確実に
防ぐことができる。

【００９９】また、特に請求項３または７記載の電子デ
バイス保護回路によれば、コンデンサを電子デバイスに
対して並列に接続して、定格電圧を超えた電圧が瞬間的
に印加されたときに、その電圧変化をコンデンサで吸収
するようにしたので、例えば過大電圧の印加が開始され
た直後や、静電気などによる瞬間的な過大電圧が印加さ
れた際など、ツェナーダイオードの端子間電圧が降伏電
圧に達する以前の瞬時にも、過大電圧が電子デバイスに
印加されることをさらに確実に防ぐことができる。

【０１００】また、特に請求項５ないし８のうちいずれ
か１項に記載の電子デバイス保護回路によれば、所定電
圧以上の電圧が印加されると電流が増大する特性を有
し、その所定電圧が電子デバイスの定格電圧を超えた値
に設定されているバリスタ素子を、ツェナーダイオード
の代りに備えて、過大電圧の印加に対してツェナーダイ
オードよりもさらに速く応答できるようにしたので、例
えば過大電圧の印加が開始された直後や、静電気による
高電圧が瞬間的に印加された場合などにも、過大電圧が
電子デバイスに印加されることを、さらに確実に防ぐこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電子デバイス
保護回路の概要構成を表した図である。

【図２】図１に示した電子デバイス保護回路を、二次電
池セルおよび二次電池保護用ＩＣと共にリチウムイオン
二次電池のバッテリーパックの内部に実装した状態を模
式的に表した図である。

【図３】ポジスタとツェナーダイオードとを接合する実
体的な構造の一例を示した図である。

【図４】ポジスタとツェナーダイオードとを接続した実
体的な構造の、他の一例を示した図である。

【図５】ポジスタとツェナーダイオードとを接続した実
体的な構造の、さらに他の一例を示した図である。

【図６】ポジスタとツェナーダイオードとを接続した実
体的な構造の、さらに他の一例を示した図である。

【図７】第１の実施の形態に係る電子デバイス保護回路
に２５Ｖの電圧を印加する実験を行った結果を示した図
である。

【図８】第１の実施の形態に係る電子デバイス保護回路
に、さらに過大な電圧である３５Ｖを印加する実験を行
った結果を示した図である。

【図９】比較例として、ポジスタの代りに２２０Ω、最
大定格許容電力２５０ｍＷの固定抵抗器を用いた実験を
行った場合の結果を示した図である。

【図１０】第１の実施の形態に係る電子デバイス保護回
路に２０Ｖの電圧を印加する実験を行った結果を示した
ものである。

【図１１】通信用ＩＣを内蔵したリチウムイオン二次電
池に電子デバイス保護回路を用いた場合の概要構成を示
した図である。

【図１２】通信用ＩＣと二次電池保護用ＩＣとを内蔵し
たリチウムイオン二次電池に電子デバイス保護回路を設
けた場合の概要構成を示した図である。

【図１３】図１に示したような第１の実施の形態に係る
電子デバイス保護回路に、さらにコンデンサを付加した
回路の概要構成を示した図である。

【図１４】図１１に示したような第２の実施の形態に係
る電子デバイス保護回路に、さらにコンデンサを付加し
た回路の概要構成を示した図である。

【図１５】図１２に示したような第３の実施の形態に係
る電子デバイス保護回路に、さらにコンデンサを付加し
た回路の概要構成を示した図である。

【図１６】３０Ｖの過大電圧を印加した直後から安定状
態に至るまでのツェナーダイオードの端子間電圧の時間
的推移を、コンデンサの無い場合（Ａ）と付加した場合
（Ｂ）とで計測した実験結果を示した図である。

【図１７】図１に示した第１の実施の形態の電子デバイ
ス保護回路におけるツェナーダイオードの代りにバリス
タを用いた場合の概要構成を示した図である。

【図１８】通信用ＩＣが内蔵されたリチウムイオン二次
電池に電子デバイス保護回路を用いた場合の概要構成を
示した図である。

【図１９】二次電池保護用ＩＣと通信用ＩＣとが内蔵さ
れたリチウムイオン二次電池に電子デバイス保護回路を
用いた場合の概要構成を示した図である。

【図２０】ツェナーダイオードの代りにバリスタを備え
ると共に、そのバリスタに対してコンデンサを並列に接
続した電子デバイス保護回路を、二次電池保護用ＩＣが
内蔵されたリチウムイオン二次電池に用いた場合の概要
構成を示した図である。

【図２１】図２０に示した電子デバイス保護回路を、通
信用ＩＣが内蔵されたリチウムイオン二次電池に用いた
場合の概要構成を示した図である。

【図２２】図２０に示した電子デバイス保護回路を、二
次電池保護用ＩＣおよび通信用ＩＣが内蔵されたリチウ
ムイオン二次電池に用いた場合の概要構成を示した図で
ある。

【図２３】ポジスタとバリスタとを接続した実体的な構
造の一例を示した図である。

【図２４】ポジスタとバリスタとを接続した実体的な構
造の他の一例を示した図である。

【図２５】ポジスタとバリスタとを接続した実体的な構
造の、さらに他の一例を示した図である。

【図２６】図１９に示した第７の実施の形態に係る電子
デバイス保護回路に対して２５Ｖの電圧を印加する実験
を行った結果の一例を示した図である。

【図２７】ツェナーダイオードとポジスタとを１つのプ
リント配線基板の表面に実装した場合の平面的な配線パ
ターンおよび実装形態の一例を示した図である。

【符号の説明】

１…ツェナーダイオード、３…ポジスタ、５…二次電池
セル、２１…コンデンサ、２３…バリスタ、１００、１
１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７
０…電子デバイス保護回路、１０１…外装材、２００…
二次電池保護用ＩＣ、４００…通信用ＩＣ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子デバイスに定格電圧を超えた電圧が
   印加されることを抑止する電子デバイス保護回路であっ
   て、 降伏電圧以上の電圧が印加されると電流が増大する特性
   を有し、その降伏電圧が前記定格電圧を超えた値に設定
   されており、前記電子デバイスに対して並列に接続され
   たツェナーダイオードと、 電流の増大または温度の上昇のうち少なくともいずれか
   一方に対応して電気抵抗が増大して電流を抑制する特性
   を有し、前記ツェナーダイオードに対して直列に接続さ
   れたポジスタとを備えたことを特徴とする電子デバイス
   保護回路。
2. 【請求項２】 前記ポジスタが、温度の上昇に対応して
   電気抵抗値が増大する特性を有するものであり、 前記ツェナーダイオードが、降伏電圧以上の電圧が印加
   されると電流が増大して発熱する特性を有するものであ
   り、 前記ツェナーダイオードと前記ポジスタとが熱伝導可能
   に設けられており、 前記電子デバイスに前記定格電圧を越えた過大電圧が印
   加されると、前記ツェナーダイオードが発熱して前記ポ
   ジスタの電気抵抗値の増大を促進するように設定されて
   いることを特徴とする請求項１記載の電子デバイス保護
   回路。
3. 【請求項３】 前記電子デバイスに対して並列に接続さ
   れ、前記定格電圧を超えた電圧が瞬間的に印加されたと
   きに、その電圧変化を吸収するコンデンサをさらに備え
   たことを特徴とする請求項１記載の電子デバイス保護回
   路。
4. 【請求項４】 前記ツェナーダイオードと前記ポジスタ
   とが熱伝導部材によって熱的に結合されていることを特
   徴とする請求項１記載の電子デバイス保護回路。
5. 【請求項５】 前記ツェナーダイオードの代りに、所定
   電圧以上の電圧が印加されると電流が増大する特性を有
   し、その所定電圧が前記定格電圧を超えた値に設定され
   ているバリスタ素子を備えたことを特徴とする請求項１
   記載の電子デバイス保護回路。
6. 【請求項６】 前記ツェナーダイオードの代りに、所定
   電圧以上の電圧が印加されると電流が増大する特性を有
   し、その所定電圧が前記定格電圧を超えた値に設定され
   ているバリスタ素子を備えたことを特徴とする請求項２
   記載の電子デバイス保護回路。
7. 【請求項７】 前記ツェナーダイオードの代りに、所定
   電圧以上の電圧が印加されると電流が増大する特性を有
   し、その所定電圧が前記定格電圧を超えた値に設定され
   ているバリスタ素子を備えたことを特徴とする請求項３
   記載の電子デバイス保護回路。
8. 【請求項８】 前記ツェナーダイオードの代りに、所定
   電圧以上の電圧が印加されると電流が増大する特性を有
   し、その所定電圧が前記定格電圧を超えた値に設定され
   ているバリスタ素子を備えたことを特徴とする請求項４
   記載の電子デバイス保護回路。
9. 【請求項９】 前記ポジスタと前記ツェナーダイオード
   とを直列に接続した回路に対して、並列に接続された二
   次電池セルをさらに備えたことを特徴とする請求項１記
   載の電子デバイス保護回路。
10. 【請求項１０】 前記電子デバイスが、前記二次電池セ
    ルに対する過充電を監視する機能を有する半導体集積回
    路であることを特徴とする請求項９記載の電子デバイス
    保護回路。
11. 【請求項１１】 前記電子デバイスが、通信機能を有す
    る半導体集積回路であることを特徴とする請求項１記載
    の電子デバイス保護回路。