JP2005245178A

JP2005245178A - 保護回路

Info

Publication number: JP2005245178A
Application number: JP2004054739A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Tanaka; 秀憲田中; Kazuhiro Oshita; 和洋大下; Akira Ikeuchi; 亮池内
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】二次電池を過充電、過放電、過電流などから保護するための保護回路に関し、二次電池の切断を二次電池が切断される前に、上位装置に通知できる保護回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、二次電池（１３）の充放電の異常を検出する検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）と、検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）での異常検出結果に基づいて二次電池（１３）の接続を切断するためのスイッチ手段（Ｍ１）を制御する制御手段（３６、３８）とを有する保護回路において、検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）の異常検出結果を遅延させて制御手段（３６、３８）に供給する遅延手段（３３〜３５）と、検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）の異常検出結果を遅延手段（３３〜３５）による所定の遅延時間より少ない遅延時間で出力する検出結果出力手段（３７）とを有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は保護回路に係り、特に、二次電池を過充電、過放電、過電圧、過電流などから保護するための保護回路に関する。

近年、二次電池として、充放電を繰り返し行えるリチウムイオン電池が使用されている。このリチウムイオン電池は、過充電、過放電状態により性能が劣化する。

このため、二次電池を設ける場合には、二次電池の充放電の異常を検出し、異常検出時に二次電池の接続を切断する保護回路が設けられている（特許文献１参照）。

特開平９−１８２２８３号公報

しかるに、従来の保護回路は、単に、二次電池の保護だけが行われるものであり、上位装置のシャットダウン処理に係る時間などは何ら考慮されていなかった。このため、上位装置がシャットダウン処理を終了する前に二次電池が切断され、シャットダウン処理が正常に行われないなどの課題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、二次電池の切断を、二次電池が切断される前に、上位装置に通知できる保護回路を提供することを目的とする。

本発明は、二次電池（１３）の充放電の異常を検出する検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）と、検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）での異常検出結果に基づいて二次電池（１３）の接続を切断するためのスイッチ手段（Ｍ１）を制御する制御手段（３６、３８）とを有する保護回路において、検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）の異常検出結果を遅延させて制御手段（３６、３８）に供給する遅延手段（３３〜３５）と、検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）の異常検出結果を遅延手段（３３〜３５）による所定の遅延時間より少ない遅延時間で出力する検出結果出力手段（３７）とを有することを特徴とする。

遅延手段（３３、３４、３５）は、クロックを発生する発振器（３４）と、検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）の検出結果に応じて発振器（３４）で発生されたクロックのカウントを開始するカウンタ（３３）と、カウンタ（３３）のカウント値をデコードし、制御手段（３６、３８）に供給する異常検出結果を生成するデコード回路（３５）とを有し、検出結果出力手段（３７）は、カウンタ（３３）の下位ビットから異常検出結果を生成することを特徴とする。

検出手段（Ｒ１〜Ｒ３、２２、２４、Ｒ11、Ｒ12、３１、３２、３９）は、二次電池（１３）に供給される電流が過電流状態であることを検出することを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、異常検出手段により二次電池の異常を検出した場合に、異常検出結果出力手段により二次電池の異常を直ちに上位装置に供給できるため、上位装置で、二次電池が切断される前にシャットダウンなどの処理を行うことができる。

また、本発明によれば、異常検出結果出力手段の出力を用いることにより、検査時などに遅延なく、異常検出結果を得ることができるため、検査時間を短縮できる。

図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。

本実施例の電子装置１は、電子装置本体１１、ＡＣアダプタ１２、二次電池１３、保護回路１４、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２から構成されている。

装置本体１１は、商用電源２が接続されているときには、ＡＣアダプタ１２から供給される電源により駆動され、商用電源２が外されているときには、二次電池１３からの電源により駆動される。ＡＣアダプタ１２は、商用電源２などの交流電源を直流電源に変換し、装置本体１１を駆動するとともに、二次電池１３の充電を行う。このとき、保護回路１４は、二次電池１３の過充電、過放電、過電圧、過電流などの状態を検出し、その検出結果に応じてＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２をスイッチングして、二次電池１３を保護する。

図２は保護回路１４の回路構成図を示す。

保護回路１４は、１チップのＩＣから構成されており、検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンパレータ２１、２２、基準電圧源２３、２４、インバータ２５、過電流検出回路２６が内蔵された構成とされている。

検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間に直列に接続されている。端子Ｔ１には、二次電池１３の正電極が接続され、端子Ｔ２には二次電池１３の負電極が接続されている。

抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点は、コンパレータ２１の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ２１の反転入力端子には、基準電圧源２３から基準電圧Ｖref1が印加されている。

コンパレータ２１は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の電圧が基準電圧Ｖref1より大きければ、出力をハイレベルとし、小さければ、出力をローレベルとする。コンパレータ２１の出力がハイレベルのときに、過充電状態であると判定できる。なお、このとき、コンパレータ２１は、ヒステリシスを有しており、その出力がハイレベルとなった場合には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の電圧が基準電圧Ｖref1よりさらに、一定電圧小さくなったときに、出力がハイレベルからローレベルに反転する構成とされている。これによって、コンパレータ２１の出力のばたつきが抑制される。コンパレータ２１の出力は、インバータ２５により反転されて、出力端子Ｔ３に供給される。

端子Ｔ３は、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２は、端子Ｔ３の出力がローレベルのとき、すなわち、過充電状態のときにオフし、蓄電池１３をＡＣアダプタ１２から切断し、充電を停止する。

また、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点は、コンパレータ２２の反転入力端子に接続される。コンパレータ２２の非反転入力端子には、基準電圧源２４から基準電圧Ｖref2が印加されている。

コンパレータ２２は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点の電圧が基準電圧Ｖref2より大きければ、出力をローレベルとし、小さければ、出力をハイレベルとする。コンパレータ２２の出力がハイレベルのときに過放電状態であると判定できる。

コンパレータ２２の出力は、過電流検出回路２６に供給される。

図３は過電流検出回路２６のブロック構成図を示す。

過電流検出回路２６は、検出用抵抗Ｒ11、Ｒ12、コンパレータ３１、基準電圧源３２、カウンタ３３、発振器３４、デコード回路３５、ラッチ回路３６、３７、インバータ３８、ＯＲゲート３９から構成される。

検出用抵抗Ｒ11、Ｒ12は、端子Ｔ２と端子Ｔ６との間、すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ１の両端の間に直列に接続されている。抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点は、コンパレータ３１の非反転入力端子に接続されている。

コンパレータ３１の反転入力端子には、基準電圧源３２から基準電圧Ｖref3が印加されている。コンパレータ３１は、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点の電圧が基準電圧Ｖref3より大きい、すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２に流れる電流が過電流状態であれば、出力をハイレベルとし、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点の電圧が基準電圧Ｖref3より小さい、すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２に流れる電流が定常状態であれば、出力をローレベルとする。

コンパレータ３１の出力は、ＯＲゲート３９に供給される。ＯＲゲート３９には、コンパレータ３１の出力及びコンパレータ２２の出力が供給されている。ＯＲゲート３９は、コンパレータ３１の出力とコンパレータ２２の出力とのＯＲ論理を出力する。

ＯＲゲート３９の出力は、カウンタ３３、及び、ラッチ回路３６、３７に供給される。カウンタ３３は、ＯＲゲート３９の出力がハイレベルになると、その出力が「０」にリセットされ、発振器３４からのパルスのカウントを開始する。カウンタ３３の出力カウント値はデコード回路３５に供給される。

デコード回路３５は、カウンタ３３からのカウント値が予め設定された所定の値となったときに、その出力を例えば、ハイレベルとする。デコード回路３５の出力は、ラッチ回路３６に供給される。ラッチ回路３６は、デコード回路３５の出力の立ち上がりにより出力をハイレベルに保持し、ＯＲゲート３９の出力立下りに応じて出力をローレベルにする。ラッチ回路３６の出力は、インバータ３８により反転されて、端子Ｔ４に供給される。

端子Ｔ４は、ＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１は、ラッチ回路３６の出力がハイレベルであり、端子Ｔ４の出力がローレベルのとき、すなわち、過放電、又は、過電流状態のときにオフし、ラッチ回路３６の出力がローレベルであり、端子Ｔ４の出力がハイレベルのとき、すなわち、定常状態のときにオンする。これによって、過放電、又は、過電流状態のときには、二次電池１３への電流の供給が停止され、過放電、又は、過電流によって、二次電池１３の性能を劣化させたり、破損させたりすることを防止できる。

また、カウンタ３３の出力のうちの第１ビット目の出力は、ラッチ回路３７に供給されている。ラッチ回路３７は、カウンタ３３の出力のうちの第１ビット目の立ち上がりに応じて出力をハイレベルに保持し、コンパレータ３１の出力の立下りに応じて出力をローレベルにする。このとき、ラッチ回路３７は、カウンタ３３の下位ビットの立ち上がりにより出力をハイレベルに保持するので、ラッチ回路３６の出力に比べて速く出力がハイレベルに立ち上がる。ラッチ回路３７の出力は、出力端子Ｔ５から出力される。出力端子Ｔ５は、電子装置本体１１に接続されている。

電子装置本体１１は、端子Ｔ５がハイレベルになると、所定時間遅延された後、二次電池１３の接続が切断されることが予測できるため、二次電池１３が切断される前に、シャットダウン処理を実行する。

図４は保護回路１４の動作説明図を示す。図４（Ａ）は抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点の電圧の時間に応じた変位、図４（Ｂ）は端子Ｔ４、図４（Ｃ）は端子Ｔ５の電圧の時間に応じた変位を示す。

図４（Ａ）に示すように時刻ｔ０で抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点の電圧Ｖsが基準電圧Ｖref3より大きくなると、カウンタ３３のカウントが開始され、次のクロックの時刻ｔ１でカウンタ３３の第１ビット目がハイレベルになる。カウンタ３３の第１ビット目がハイレベルになると、ラッチ回路３７の出力がハイレベルになり、図４（Ｃ）に示すように端子Ｔ５の出力がハイレベルになる。端子Ｔ５の出力がハイレベルになることにより、電子装置本体１１に二次電池１３が一定時間Δｔ0経過後に切断される旨の通知が行われる。

時刻ｔ0から一定時間Δｔ0経過すると、デコーダ回路３５の出力がハイレベルになる。デコーダ回路３５の出力がハイレベルになると、ラッチ回路３６の出力がハイレベルになる。ラッチ回路３６の出力がハイレベルになることにより、図４（Ｂ）に示すように端子Ｔ４がローレベルになる。端子Ｔ４がローレベルになることによりＭＯＳトランジスタＭ１がオフし、二次電池１３が電子装置本体１１及びＡＣアダプタ１２から切断される。

本実施例によれば、二次電池１３が切断される前に、二次電池１３が切断されることを予告する信号を電子装置本体１１に供給できるため、電子装置本体１１は二次電池１３が切断される前に、シャットダウン処理を実行することができる。

また、保護回路１４の検査を行う場合に、端子Ｔ５の状態を検出することにより遅延なく検出結果を検出できるため、検査を速く行うことができる。

なお、本実施例では、カウンタ３３の第１ビット目の立ち上がりで出力をハイレベルにラッチしたが、第２ビット目以降であってもよく、出力ビットは遅延時間によって設定すればよい。遅延時間なく出力するようにしてもよい。

なお、過電流検出回路２６は、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレイン−ソース間の電圧を検出する構成としたが、要は二次電池１３に流れる電流が過電流の状態であることを検出できれば、これらに限定されるものではない。

本発明の一実施例のシステム構成図である。保護回路１２のブロック構成図である。電流検出回路２６のブロック構成図である。保護回路１２の動作説明図である。

符号の説明

１電子装置、２商用電源
１１電子装置本体、１２ＡＣアダプタ、１３二次電池、１４保護回路
Ｒ１〜Ｒ３検出抵抗、２１、２２コンパレータ、２３、２４基準電圧源
２５ラッチ回路、２６過電流検出回路
Ｒ11、Ｒ12 検出抵抗、３１コンパレータ、３２基準電圧源、３３カウンタ
３４発振器、３５デコード回路、３６、３７ラッチ回路、３８インバータ
３９ＯＲゲート
Ｍ１、Ｍ２ＭＯＳトランジスタ

Claims

二次電池の充放電の異常を検出する検出手段と、前記検出手段での異常検出結果に基づいて前記二次電池の接続を切断するためのスイッチ手段を制御する制御手段とを有する保護回路において、
前記検出手段の異常検出結果を遅延させて前記制御手段に供給する遅延手段と、
前記検出手段の異常検出結果を前記遅延手段による所定の遅延時間より少ない遅延時間で出力する検出結果出力手段とを有することを特徴とする保護回路。
前記遅延手段は、クロックを発生する発振器と、
前記検出手段の検出結果に応じて前記発振器で発生されたクロックのカウントを開始するカウンタと、
前記カウンタのカウント値をデコードし、前記制御手段に供給する異常検出結果を生成するデコード回路とを有し、
前記検出結果出力手段は、前記カウンタの下位ビットから異常検出結果を生成することを特徴とする請求項１記載の保護回路。
前記検出手段は、前記二次電池に供給される電流が過電流状態であることを検出することを特徴とする請求項１又は２記載の保護回路。
二次電池の充放電の異常を検出する検出手段と、前記検出手段での異常検出結果に基づいて前記二次電池の接続を切断するためのスイッチ手段を制御する制御手段とを有する保護回路の検査方法であって、
前記検出手段の異常検出結果を遅延させて前記制御手段に供給する遅延手段と、
前記検出手段の異常検出結果を出力する検出結果出力手段とを有し、
前記検出手段に異常を検出させ、前記検出結果出力手段の異常検出結果に基づいて検査を行うこと特徴とする保護回路の検査方法。