JP2005168160A - 過電流保護回路と充電式電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次電池の過電流保護回路において、放電時および充電時における過電流保護を開始する電流値の精度を向上させる。
【解決手段】 ２次電池の充電時および放電時における過電流保護を行う過電流保護回路として、過放電時ならびに放電中の過電流発生時にオフ制御され放電電流を遮断する第１のスイッチング素子（Ｍ１）と、過充電時ならびに充電中の過電流発生時にオフ制御され充電電流を遮断する第２のスイッチング素子（Ｍ２）と、第１および第２のスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）をオンするためにこれらの第１および第２のスイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段（定電圧回路ＲＥＧ）とを有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコン、ＰＤＡ（Personal Ｄigital Assistance）等の携帯型の電子機器に用いられる２次電池（充電式電池）を、その充放電時における過電流から保護する技術に係わり、特に、２次電池の充放電時における電流検出の精度を向上させるのに好適な過電流保護技術に関するものである。

携帯電話やデジタルカメラなどの携帯型の電子機器の電源として、近年、ニッケル水素やＬｉ（リチウム）イオン、Ｌｉポリマー２次電池のような大容量の２次電池（充電式電池）が広く使われている。これらの大容量電池は、誤って短絡や過充電を行うと電池内部や接続されている回路に大電流が流れ、高熱を発生し、機器を破損する恐れがある。

そこで、これら大容量の電池を使用する場合は、充電時および放電時の過電流を保護するための保護回路が必要である。このような過電流保護を行う保護ＩＣ（Integrated Circuit）に関する技術が、例えば特許文献１に記載されている。

図２は、従来の過電流保護ＩＣに使用される回路の一部を示す回路図であり、この図２は、電源（Ｖｏ）である２次電池から負荷（Ｒ２）に電流を供給する放電時の場合を示している。

保護回路は破線で囲った保護ＩＣ（２）と、充放電電流を検出するためのＮｃｈＭＯＳＦＥＴで構成された２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）で構成されている。保護ＩＣ（２）は、第１の基準電圧（Ｖｓ１）、第２の基準電圧（Ｖｓ２）、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）、および４つのインバータ（ＩＮＶ１〜ＩＮＶ４）を含んでいる。

第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の非反転入力（＋）には第１の基準電圧（Ｖｓ１）の正極が接続されている。第１の基準電圧（Ｖｓ１）の負極は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖｓｓ）を介して電源（Ｖｏ）の負極に接続されている。

第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の反転入力（−）は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）から抵抗（Ｒ１）を介して負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている。第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の出力は２つのインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｄｏｕｔ）から第１のスイッチング素子（Ｍ１）のゲート（Ｇ１）に接続されている。

第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の非反転入力（＋）には第２の基準電圧（Ｖｓ２）の正極が接続されている。第２の基準電圧（Ｖｓ２）の負極は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）から抵抗（Ｒ１）を介して負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている。

第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の反転入力（−）は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖｓｓ）を介して電源（Ｖｏ）の負極に接続されている。第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の出力は２つのインバータ（ＩＮＶ３，ＩＮＶ４）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｃｏｕｔ）から第２のスイッチング素子（Ｍ２）のゲート（Ｇ２）に接続されている。

第１のスイッチング素子（Ｍ１）のソース（Ｓ１）は電源（Ｖｏ）の負極に、ドレイン（Ｄ１）は第２のスイッチング素子（Ｍ２）のドレイン（Ｄ２）に接続されている。第２のスイッチング素子（Ｍ２）のソース（Ｓ２）は負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている。

保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）と負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている抵抗（Ｒ１）は保護ＩＣ（２）に流れる電流を制限するための保護抵抗である。

負荷（Ｒ２）がない場合は、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）は電源（Ｖｏ）の負極と同電位のため、２つのコンパレータ（ＣＭＰ１，ＣＭＰ２）は共にハイレベルを出力するので、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のゲート（Ｇ１，Ｇ２）はハイレベルとなり、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）はオン状態となる。

負荷（Ｒ２）が大きく、放電電流が小さいときは、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のソース（Ｓ１，Ｓ２）−ドレイン（Ｄ１，Ｄ２）間の電圧降下が少ないので、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）の電圧は、第１の基準電圧（Ｖｓ１）より低い。このため、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の出力はハイレベルとなる。この信号は、２つのインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｄｏｕｔ）から第１のスイッチング素子（Ｍ１）のゲート（Ｇ１）に印加されるので、第１のスイッチング素子（Ｍ１）はオン状態を保っている。

同様に、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の非反転入力（＋）の電圧は反転入力（−）より高いので、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の出力もハイレベルとなる。この出力は２つのインバータ（ＩＮＶ３，ＩＮＶ４）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｃｏｕｔ）から第２のスイッチング素子（Ｍ２）のゲート（Ｇ２）に印加されるので、第２のスイッチング素子（Ｍ２）もオン状態を保つ。

しかし、負荷（Ｒ２）が小さくなり、放電電流が増え（過電流状態）、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）電圧が第１の基準電圧（Ｖｓ１）より高くなると、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）は反転しローレベルを出力する。これにより、第１のスイッチング素子（Ｍ１）のゲート（Ｇ１）はローレベルとなり、第１のスイッチング素子（Ｍ１）はオフとなり、負荷（Ｒ２）への過放電電流は遮断される。

このように、負荷（Ｒ２）への電流が遮断されると、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）電圧はさらに、電源電圧（Ｖｄｄ）まで上昇し、第１のスイッチング素子（Ｍ１）のオフ状態が保たれる。この第１のスイッチング素子（Ｍ１）のオフ状態をオン状態にして保護回路の復帰を行うには、負荷（Ｒ２）を開放する。

図２において１点鎖線で記載しているのは、充電の場合の回路である。負荷（Ｒ２）の代わりに充電器（Ｖｅ）を接続すると２次電池である電源（Ｖｏ）を充電することができる。このときは電流の向きが放電時と逆になる。

充電時に、過充電電流状態となり、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）を起点として、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）の電圧降下が第２の基準電圧（Ｖｓ２）を超えると、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の出力はローレベルとなり、２つのインバータ（ＩＮＶ３，ＩＮＶ４）を介して、第２のスイッチング素子（Ｍ２）のゲート（Ｇ２）電圧をローレベルにし、第２のスイッチング素子（Ｍ２）をオフにするので充電過電流から保護することができる。

しかしながら、この従来回路では、保護ＩＣ（２）における出力段の２つのインバータ（ＩＮＶ２，ＩＮＶ４）の電源が端子（Ｖｄｄ）を介して電源（Ｖｏ）に接続されており、その出力は、ローレベル時は端子（Ｖｓｓ）の電圧となり、ハイレベル時は、端子（Ｖｄｄ）の電圧と同じとなる。その結果、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）をオンしている時のゲート電圧（Ｇ１，Ｇ２）は、端子（Ｖｄｄ）の電圧、すなわち電源電圧（Ｖｏ）に依存する。

図３は、第１および第２のスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）を構成しているＮｃｈＭＯＳＦＥＴのオン抵抗とゲート電圧の関係例を示す説明図である。本図３から分かるようにゲート電圧が０Ｖ付近ではスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）はオフしている。ゲート電圧が高くなるとスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）はオンとなる。

しかし、スイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）がオンしても、ゲート電圧（Ｇ１，Ｇ２）がさらに高くなるとオン抵抗はさらに小さくなる。すなわち、スイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のゲート電圧が変わるとオン抵抗が変わるので、スイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）に流れている電流が同じでもスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）で発生する電圧降下は変化してしまう。

第１および第２の基準電圧（Ｖｓ１，Ｖｓ２）は一定であるから、スイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のハイレベル時のゲート電圧（Ｇ１，Ｇ２）が電源電圧（Ｖｏ）に依存して変わると、過電流保護を行う電流値が変化してしまう。そのため、図２に示す従来回路では、過電流保護が開始する電流値の精度を余り高めることはできなかった。

特開平９−１４７９２２号公報

解決しようとする問題点は、従来の技術では、スイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のハイレベル時のゲート電圧が電源電圧（Ｖｏ）に依存して変わり、過電流保護を行う電流値が変化してしまうため、過電流保護が開始する電流値の精度を余り高めることはできない点である。

上記目的を達成するため、本発明では、（１）スイッチング素子のオン時にこのスイッチング素子に流れる電流によってこのスイッチング素子に発生する電圧降下が基準電圧を超えると、当該スイッチング素子をオフして電流を遮断する過電流保護回路において、スイッチング素子をオンするためにこのスイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段を有することを特徴とする。また、（２）２次電池の充電時および放電時における過電流保護を行う過電流保護回路において、過放電時ならびに放電中の過電流発生時にオフ制御され放電電流を遮断する第１のスイッチング素子と、過充電時にオフ制御され充電電流を遮断する第２のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子をオンするために第１および第２のスイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段とを有することを特徴とする。また、（３）過放電時ならびに放電中の過電流発生時にオフ制御され放電電流を遮断する第１のスイッチング素子と、過充電時ならびに充電中の過電流発生時にオフ制御され充電電流を遮断する第２のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子をオンするために第１および第２のスイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段とを有することを特徴とする。また、（４）上記（１）から（３）のいずれかに記載の過電流保護回路において、スイッチング素子の制御入力に制御信号を印可する制御手段を有し、この制御手段は、電圧安定化手段から電力が供給されるＣＭＯＳ構成の出力回路を具備し、この出力回路から、電圧安定化手段の出力電圧と同じ電圧の制御信号をスイッチング素子の制御入力に出力することを特徴とする。また、（５）上記（１）から（４）のいずれかに記載の過電流保護回路において、電圧安定化手段は、シリーズレギュレータもしくはスイッチングレギュレータのいずれかからなることを特徴とする。また本発明の充電式電池パックは、（６）上記（１）から（５）のいずれかに記載の過電流保護回路を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、オン時に電流の検出を行い、オフ時に電流を阻止し過電流保護を行うスイッチング素子のオン時のゲート電圧を一定電圧にすることができ、スイッチング素子のオン抵抗が一定となり、過電流保護を開始する電流の検出精度の向上を図ることが可能である。

以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。

図１は、本発明に係わる過電流保護回路の構成例を示す回路図であり、本例の過電流保護回路は、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコン、ＰＤＡ等の携帯型の電子機器に用いられるニッケル水素やＬｉイオン、Ｌｉポリマー２次電池等の２次電池パック内に設けられ、この２次電池パックを、その充放電時における過電流から、および、過充電、過放電から保護するものであり、破線で囲った保護ＩＣ（１）、放電時の過電流発生時および過放電時に電流を遮断するためのＮｃｈＭＯＳＦＥＴで構成された第１のスイッチング素子（Ｍ１）、充電時の過電流発生時および過充電時に電流を遮断するためのＮｃｈＭＯＳＦＥＴで構成された第２のスイッチング素子（Ｍ２）、および保護ＩＣの端子（Ｖ−）と負荷（Ｒ２）もしくは充電器（Ｖｅ）の負側の端子１ｂ（−）間に接続された電流制御用の抵抗（Ｒ１）で構成されている。

保護ＩＣ（１）は、第１の基準電圧（Ｖｓ１）、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）、２つのインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）からなる放電時の過電流保護を行う回路（放電時保護回路）と、第２の基準電圧（Ｖｓ２）、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）、２つのインバータ（ＩＮＶ３，ＩＮＶ４）からなる充電時の過電流保護を行う回路（充電時保護回路）により構成されている。

このような構成は、図２で示した従来の過電流保護回路と同じ構成である。すなわち、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の非反転入力（＋）には第１の基準電圧（Ｖｓ１）の正極が接続されている。第１の基準電圧（Ｖｓ１）の負極は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖｓｓ）を介して電源（Ｖｏ）の負極に接続されている。

また、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の反転入力（−）は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）から抵抗（Ｒ１）を介して負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている。第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の出力は２つのインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｄｏｕｔ）から第１のスイッチング素子（Ｍ１）のゲート（Ｇ１）に接続されている。

第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の非反転入力（＋）には第２の基準電圧（Ｖｓ２）の正極が接続されている。第２の基準電圧（Ｖｓ２）の負極は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）から抵抗（Ｒ１）を介して負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている。

第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の反転入力（−）は保護ＩＣ（２）の端子（Ｖｓｓ）を介して電源（Ｖｏ）の負極に接続されている。第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の出力は２つのインバータ（ＩＮＶ３，ＩＮＶ４）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｃｏｕｔ）から第２のスイッチング素子（Ｍ２）のゲート（Ｇ２）に接続されている。

第１のスイッチング素子（Ｍ１）のソース（Ｓ１）は電源（Ｖｏ）の負極に、ドレイン（Ｄ１）は第２のスイッチング素子（Ｍ２）のドレイン（Ｄ２）に接続されている。第２のスイッチング素子（Ｍ２）のソース（Ｓ２）は負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている。

保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）と負荷（Ｒ２）の負側（２ｂ）に接続されている抵抗（Ｒ１）は保護ＩＣ（２）に流れる電流を制限するための保護抵抗である。

このような構成において、電源（Ｖｏ）である２次電池から負荷（Ｒ２）に電流を供給する放電時に、負荷（Ｒ２）がない場合、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）は電源（Ｖｏ）の負極と同電位のため、２つのコンパレータ（ＣＭＰ１，ＣＭＰ２）は共にハイレベルを出力するので、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のゲート（Ｇ１，Ｇ２）はハイレベルとなり、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）はオン状態となる。

また、負荷（Ｒ２）が大きく、放電電流が小さいときは、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のソース（Ｓ１，Ｓ２）−ドレイン（Ｄ１，Ｄ２）間の電圧降下が少ないので、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）の電圧は、第１の基準電圧（Ｖｓ１）より低い。このため、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）の出力はハイレベルとなる。この信号は、２つのインバータ（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｄｏｕｔ）から第１のスイッチング素子（Ｍ１）のゲート（Ｇ１）に印加されるので、第１のスイッチング素子（Ｍ１）はオン状態を保っている。

同様に、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の非反転入力（＋）の電圧は反転入力（−）より高いので、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の出力もハイレベルとなる。この出力は２つのインバータ（ＩＮＶ３，ＩＮＶ４）を介して保護ＩＣ（２）の端子（Ｃｏｕｔ）から第２のスイッチング素子（Ｍ２）のゲート（Ｇ２）に印加されるので、第２のスイッチング素子（Ｍ２）もオン状態を保つ。

しかし、負荷（Ｒ２）が小さくなり、放電電流が増え（過電流状態）、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）電圧が第１の基準電圧（Ｖｓ１）より高くなると、第１のコンパレータ（ＣＭＰ１）は反転しローレベルを出力する。これにより、第１のスイッチング素子（Ｍ１）のゲート（Ｇ１）はローレベルとなり、第１のスイッチング素子（Ｍ１）はオフとなり、負荷（Ｒ２）への過放電電流は遮断される。

このように、負荷（Ｒ２）への電流が遮断されると、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）電圧はさらに、電源電圧（Ｖｄｄ）まで上昇し、第１のスイッチング素子（Ｍ１）のオフ状態が保たれる。尚、この第１のスイッチング素子（Ｍ１）のオフ状態をオン状態にして保護回路の復帰を行うには、負荷（Ｒ２）を開放する。

図１において１点鎖線で記載している、充電の場合の回路、すなわち、負荷（Ｒ２）の代わりに充電器（Ｖｅ）を接続して２次電池である電源（Ｖｏ）を充電する場合、電流の向きが放電時と逆になる。

この充電時に、過充電電流状態となり、保護ＩＣ（２）の端子（Ｖ−）を起点として、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）の電圧降下が第２の基準電圧（Ｖｓ２）を超えると、第２のコンパレータ（ＣＭＰ２）の出力はローレベルとなり、２つのインバータ（ＩＮＶ３，ＩＮＶ４）を介して、第２のスイッチング素子（Ｍ２）のゲート（Ｇ２）電圧をローレベルにし、第２のスイッチング素子（Ｍ２）をオフにするので充電過電流から保護することができる。

以上の回路構成での動作は、図２で説明した従来回路のものと同様であるが、図２で説明した従来の回路では、インバータ（ＩＮＶ２）およびインバータ（ＩＮＶ４）の電源が保護ＩＣ（２）の電源（Ｖｄｄ）から供給されているのに対し、図１に示す本例の過電流保護回路では、定電圧回路（ＲＥＧ）を介して供給されている。

図２で説明した従来の回路では、保護ＩＣ（２）における出力段の２つのインバータ（ＩＮＶ２，ＩＮＶ４）の出力は、ハイレベル時には、端子（Ｖｄｄ）の電圧と同じとなり、２つのスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）をオンしている時のゲート電圧（Ｇ１，Ｇ２）は、端子（Ｖｄｄ）の電圧、すなわち電源電圧（Ｖｏ）に依存しており、過電流保護を行う電流値が変化してしまい、過電流保護が開始する電流値の精度が低くなってしまっていた。

これに対して、図１に示す本例の過電流保護回路では、インバータ（ＩＮＶ２）およびインバータ（ＩＮＶ４）の電源は、定電圧回路（ＲＥＧ）を介して供給されている。そして、この定電圧回路（ＲＥＧ）の入力は、保護ＩＣ（１）の電源端子（Ｖｄｄ）を介して電源（Ｖｏ）の正極に接続されている。

また、定電圧回路（ＲＥＧ）のＧＮＤ（アース、接地）は保護ＩＣ（１）の端子（Ｖｓｓ）を介して電源の負極に接続されている。さらに、定電圧回路（ＲＥＧ）の出力は、インバータ（ＩＮＶ２）およびインバータ（ＩＮＶ４）の電源端子に接続されている。

また、これらのインバータ（ＩＮＶ２）およびインバータ（ＩＮＶ４）のそれぞれの出力回路はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構成となっている。これにより、インバータ（ＩＮＶ２）とインバータ（ＩＮＶ４）のそれぞれの出力電圧は、ローレベル時は端子（Ｖｓｓ）の電圧が出力され、ハイレベル時の出力電圧は、定電圧回路（ＲＥＧ）の出力電圧と同じになる。

このため、電源（Ｖｏ）電圧が変化しても第１のスイッチング素子（Ｍ１）のゲート（Ｇ１）および第２のスイッチング素子（Ｍ２）のゲート（Ｇ２）に印加されるハイレベルの電圧は一定となる。このことにより、第１のスイッチング素子（Ｍ１）および第２のスイッチング素子（Ｍ２）のオン抵抗も一定値を維持し、正確な電流検出が可能となる。

尚、定電圧回路（ＲＥＧ）は、シリーズレギュレータでも、スイッチングレギュレータでも構わない。第１および第２のスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のゲート電圧が電源電圧（Ｖｄｄ）より低くても十分オンできるのであれば、シリーズレギュレータが使用できる。この場合の定電圧回路（ＲＥＧ）の出力電圧は、電源（Ｖｏ）の使用最低電圧から、定電圧回路（ＲＥＧ）の最小限必要なドロップ電圧を引いた電圧に設定すればよい。

また、本例の過電流保護回路では、過放電時における保護動作も可能である。過放電とは、充電池を使用して電池電圧が低下し、所定の過放電電圧（例えば２．３Ｖ）以下に下がる状態であり、過放電となった場合、再充電して使用する際の蓄電能力が劣化し、耐用時間が減少してしまう。

このような過放電に対応するために、本例の過電流保護回路では、保護ＩＣ（１）内部に、各々図示していない、基準電圧回路（例えば０．６Ｖ）と、定電圧回路（ＲＥＧ）の出力端子（Ｏｕｔ）と端子（Ｖｓｓ）間の過放電電圧が２．３Ｖの場合に抵抗分割で０．６Ｖを出力するように設定された分圧器とを設け、同じく図示していない第３のコンパレータにおいて、分圧器の出力と基準電圧回路の出力（０．６Ｖ）とを比較し、分圧器の出力の方が小さい場合に過放電状態として検出し、端子（Ｄｏｕｔ）にローレベル信号を出力する構成とする。尚、本例では、図示していない第３のコンパレータからの信号と、図中のインバータ（ＩＮＶ２）からの信号のＯＲ（論理和）を取り、端子（Ｄｏｕｔ）を介して第１のスイッチング素子（Ｍ１）をオフ制御する。

また、本例の過電流保護回路では、過充電時における保護動作も可能である。過充電とは、充電池の電池電圧が規定の電圧（例えば４．３Ｖ）以上になった状態である。

このような過充電に対応するために、本例の過電流保護回路では、保護ＩＣ（１）内部に、各々図示していない、基準電圧回路（例えば０．６Ｖ）と、定電圧回路（ＲＥＧ）の出力端子（Ｏｕｔ）と端子（Ｖｓｓ）間の過放電電圧が４．３Ｖの場合に抵抗分割で０．６Ｖを出力するように設定された分圧器とを設け、同じく図示していない第４のコンパレータにおいて、分圧器の出力と基準電圧回路の出力（０．６Ｖ）とを比較し、分圧器の出力の方が大きい場合に過充電状態として検出し、端子（Ｃｏｕｔ）にローレベル信号を出力する構成とする。尚、本例では、図示していない第４のコンパレータからの信号と、図中のインバータ（ＩＮＶ４）からの信号のＯＲ（論理和）を取り、端子（Ｃｏｕｔ）を介して第２のスイッチング素子（Ｍ２）をオフ制御する。

以上、図１を用いて、２次電池における充放電時の過電流の保護に適用して説明したように、本例の過電流保護回路では、オン時に電流の検出を行い、オフすることで電流を阻止し過電流保護を行うスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のオン時のゲート電圧を一定電圧にすることで、スイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）のオン抵抗を一定にしている。これにより、過電流保護を開始する電流の検出精度の向上を図ることができる。また、本例の過電流保護回路における保護ＩＣ（１）では、図２で示した従来の保護ＩＣ（２）と端子の数および機能が変わらないため、従来使用されていた回路にそのまま置き換えることも可能である。

尚、本発明は、図１を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、過電流保護回路を、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコン、ＰＤＡ等の携帯型の電子機器に用いられる２次電池に適用した例を示しているが、本発明の過電流保護回路は、２次電池への適用に限定されるものではなく、他の電源回路の過電流保護用としても利用できる。

すなわち、本発明の過電流保護回路は、スイッチング素子のオン時に該スイッチング素子に流れる電流によって該スイッチング素子に発生する電圧降下が基準電圧を超えると、該スイッチング素子をオフして電流を遮断する過電流保護回路において、スイッチング素子をオンするためにこのスイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段（定電圧回路（ＲＥＧ））を有する構成としたことを特徴とするものであり、２次電池への適用に限定されるものではない。

また、本例（図１）では、放電電流と充電電流の両方の過電流に対応する回路構成を示したが、必ずしも、両方の電流に対応する必要はない。もし、放電時の過電流だけに対応すれば良いのであれば、図１の放電用の回路だけの保護ＩＣを作成すれば、チップサイズを小さくでき、コストダウンが図れる。同様に、充電時の過電流だけに対応する保護ＩＣを作成することも可能である。

また、本例では、過電流保護回路を、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコン、ＰＤＡ等の携帯型の電子機器に用いられる２次電池パック内に設けた構成としているが、２次電池とは別回路とした構成でも良い。また、本例の過電流保護回路を用いる電子機器として、携帯型の電子機器に限定されるものではない。

また、本例では、放電中および充電中の過電流に対する検出・保護機能と共に、過放電および過充電に対する検出・保護機能も有する構成としているが、過放電および過充電に対する検出・保護機能も持たない構成とすることでも良い。

本発明に係わる過電流保護回路の構成例を示す回路図である。 従来の過電流保護ＩＣに使用される回路の一部を示す回路図である。 第１および第２のスイッチング素子（Ｍ１，Ｍ２）を構成しているＮｃｈＭＯＳＦＥＴのオン抵抗とゲート電圧の関係例を示す説明図である。

符号の説明

１，２：保護ＩＣ、ＣＭＰ１，ＣＭＰ２：コンパレータ、ＩＮＶ１〜ＩＮＶ４：インバータ、Ｍ１：第１のスイッチング素子、Ｍ２：第２のスイッチング素子、Ｒ１：抵抗（電流制御用）、Ｒ２：負荷、ＲＥＧ：定電圧回路、Ｖｄｄ，Ｖｓｓ，Ｖ−，Ｃｏｕｔ，Ｄｏｕｔ：端子、Ｖｅ：充電器、Ｖｏ：電源、Ｖｓ１：第１の基準電圧、Ｖｓ２：第２の基準電圧。

Claims (6)

1. スイッチング素子のオン時に該スイッチング素子に流れる電流によって該スイッチング素子に発生する電圧降下が基準電圧を超えると、該スイッチング素子をオフして電流を遮断する過電流保護回路であって、
   上記スイッチング素子をオンするために該スイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段を有することを特徴とする過電流保護回路。
2. ２次電池の充電時および放電時における過電流保護を行う過電流保護回路であって、
   過放電時ならびに放電中の過電流発生時にオフ制御され放電電流を遮断する第１のスイッチング素子と、
   過充電時にオフ制御され充電電流を遮断する第２のスイッチング素子と、
   上記第１および第２のスイッチング素子をオンするために該第１および第２のスイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段と
   を有することを特徴とする過電流保護回路。
3. ２次電池の充電時および放電時における過電流保護を行う過電流保護回路であって、
   過放電時ならびに放電中の過電流発生時にオフ制御され放電電流を遮断する第１のスイッチング素子と、
   過充電時ならびに充電中の過電流発生時にオフ制御され充電電流を遮断する第２のスイッチング素子と、
   上記第１および第２のスイッチング素子をオンするために該第１および第２のスイッチング素子の制御入力に印加する制御信号の電圧を一定にする電圧安定化手段と
   を有することを特徴とする過電流保護回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の過電流保護回路であって、
   上記スイッチング素子の制御入力に上記制御信号を印可する制御手段を有し、
   該制御手段は、上記電圧安定化手段から電力が供給されるＣＭＯＳ構成の出力回路を具備し、該出力回路から、上記電圧安定化手段の出力電圧と同じ電圧の上記制御信号を上記スイッチング素子の制御入力に出力することを特徴とする過電流保護回路。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の過電流保護回路であって、
   上記電圧安定化手段は、シリーズレギュレータもしくはスイッチングレギュレータのいずれかからなることを特徴とする過電流保護回路。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の過電流保護回路を具備したことを特徴とする充電式電池パック。

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