JP2012044844A - 保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、短い過電流検出期間が連続する場合であっても二次電池の電流遮断を行うことができる保護回路を提供することを目的とする。
【解決手段】電流検出抵抗に前記二次電池の電流が流れることで発生する電圧から過電流を検出して過電流検出信号を出力する過電流検出部ＲＳ，３５，３６，Ｒ２１，Ｒ２２と、過電流検出信号から過電流検出時に過電流期間を積算し、過電流期間積算値が所定の過電流検出遅延時間を超えたとき二次電池の電流遮断を行う過電流期間判定部Ｃ１，３７〜４１，４４，４５，Ｉ２１，ＳＷ２１〜ＳＷ２３と、過電流検出信号から非過電流検出時に非過電流期間を積算し、非過電流期間積算値が所定の復帰遅延時間を超えたとき過電流期間積算値を初期化し二次電池の電流遮断を解除する非過電流期間判定部Ｃ２，４１，４２，４７〜４９，Ｉ２２，ＳＷ２４〜ＳＷ２６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の保護回路に関する。

リチウムイオン電池等の二次電池を電源とするモータ駆動回路では、直流モータのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が一般的である。上記のモータ駆動回路を電動工具等に用いた場合、起動時のラッシュ電流は大きな電流となり、モータがロックする等の過大負荷時には、コイルやＰＷＭ制御スイッチの焼損を防止するため、過電流を検出して電池放電の遮断等の対応が必要となる。上記の過電流保護を行う保護回路は、この他にもリチウムイオン電池の過充電保護及び過放電保護を行う機能も含め、半導体集積化されている。

図６は従来の保護回路の一例の回路構成図を示す。また、図７に図６の回路各部の信号波形図を示す。図６において、リチウムイオン電池１０は複数のリチウムイオン電池セル１０ａ〜１０ｅを直列接続した構成である。リチウムイオン電池１０の正極は保護回路１１のＶＤＤ端子１１ａ及び出力端子１２ａに接続されている。

また、リチウムイオン電池１０の負極は保護回路１１のＶＳＳ端子１１ｇ及び電流検出抵抗ＲＳの一端に接続されている。抵抗ＲＳの他端は保護回路１１のＣＳ端子１１ｈに接続されると共に保護トランジスタであるｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＤ１のソース及びバックゲートに接続され、ＭＯＳトランジスタＭＤ１のドレインは出力端子１２ｂに接続されている。なお、出力端子１２ａ，１２ｂ間に図示していないが負荷が接続される。

保護回路１１内の過充電及び過放電検出部１３はリチウムイオン電池セル１０ａ〜１０ｅそれぞれの過充電及び過放電を検出して過充電保護信号及び過放電保護信号を生成し、このうち過放電保護信号をＤＣＨＧ端子１１ｊから出力する。

保護回路１１内の過電流検出部１４では電流検出抵抗ＲＳに電流が流れることで生じる電圧をＣＳ端子１１ｈから取り込んでコンパレータ１５の非反転入力端子に供給している。コンパレータ１５の反転入力端子には定電圧回路１６からの電圧Ｖｒｅｆを抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で分圧した基準電圧ＶＲ１が供給されており、コンパレータ１５はＣＳ端子１１ｈの電圧が基準電圧ＶＲ１を超えたときに過電流を検出してハイレベルの検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔを出力する。

検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔはインバータ１７，ノア回路１８を経てスイッチＳＷ１１に供給され、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔの立ち上がり時に図７に示すようにスイッチＳＷ１１はオンする。また、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔはノア回路１９を経てスイッチＳＷ１３に供給され、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔの立ち下がり時に図７に示すようにスイッチＳＷ１３はオフする。なお、各スイッチは図７におけるハイレベル期間でオンし、ローレベル期間でオフする。

スイッチＳＷ１１のオンにより定電流回路Ｉ１１の電流がＳＷ１１から保護回路１１のＣｏｌ端子１１ｉに接続されたコンデンサＣに充電される。コンデンサＣの充電電圧はコンパレータ２１の非反転入力端子に供給される。コンパレータ２１の反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ／２が供給されており、コンパレータ２１はＣｏｌ端子１１ｉの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ／２を超えたときに過電流検出遅延時間を経過したとしてハイレベルとなる検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔを出力する。

ハイレベルの検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔは保護回路１１のＤＣＨＧ端子１１ｊから外付けのｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートに供給され、ＭＯＳトランジスタＭＮ１がオンすることでＭＯＳトランジスタＭＤ１のゲートが接地レベルとなり、ＭＯＳトランジスタＭＤ１がオフし、負荷に流れる電流が遮断される。また、検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔはインバータ２２を経て、ノア回路２３からスイッチＳＷ１２に供給され、検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔの立ち上がり時に図７に示すようにスイッチＳＷ１２はオンする。

なお、検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔはノア回路２４を経てスイッチＳＷ１４に供給され、ローレベルの検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔの立ち下がり時に図７に示すようにスイッチＳＷ１４はオンする。

その後、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがローレベルとなると、スイッチＳＷ１２はオフし、スイッチＳＷ１３はオンする。スイッチＳＷ１３のオンによりコンデンサＣはスイッチＳＷ１３を介して定電流回路Ｉ１２によって放電される。コンパレータ２１はＣｏｌ端子１１ｉの電圧が基準電圧ＶＲ１以下となると復帰遅延時間を経過したとしてローレベルとなる検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔを出力する。これにより、ＭＯＳトランジスタＭＤ１がオンして電流の遮断が解除され、負荷にリチウムイオン電池１０からの電流が流れる。

ところで、電池パックの保護回路に接続される不感応時間Ｔｒの設定用コンデンサには、不感応時間Ｔｒを遅延させるためのＦＥＴ及び抵抗から成る遅延制御手段を並列接続し、過電流が通電されない期間にＦＥＴをオンさせてコンデンサの充電電圧を放電させることで不感応時間Ｔｒを遅延させる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、使用者により設定された速度モード及びトリガスイッチの引き量に応じて直流モータのデューティが設定され、デューティが大きいほど、電圧検出閾値Ｖｔは低く、ロック判定時間Ｔｒは短い時間となるよう設定され、デューティに応じた直流モータの通電開始後、ホール信号が更新されないままロック判定時間Ｔｒが経過するか、バッテリ電圧Ｖｂが電圧検出閾値Ｖｔを下回ると、アブノーマル状態と判断されて直流モータへの通電が停止され、工具のアブノーマル状態を確実に検出する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００９−２８３１７７号公報 特開２００９−２８５８０５号公報

従来回路では、図７に期間Ｔ１で示すように検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔのハイレベルの期間が短い場合は、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔの立ち下がりによってスイッチＳＷ１４がオンしコンデンサＣの放電が行われるために過電流検出遅延時間の積分が中止され、次に検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔが立ち上がるとコンデンサＣは接地レベルから充電を開始する。このために、ハイレベルの期間が短い検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔが連続するような場合に、二次電池の電流遮断ができず、すなわち、過電流保護ができないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、短い過電流検出期間が連続する場合であっても二次電池の電流遮断を行うことができる保護回路を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様による保護回路は、二次電池の過電流保護を行う保護回路であって、
電流検出抵抗に前記二次電池の電流が流れることで発生する電圧から過電流を検出して過電流検出信号を出力する過電流検出部（ＲＳ，３５，３６，Ｒ２１，Ｒ２２）と、
前記過電流検出信号から過電流検出時に過電流期間を積算し、過電流期間積算値が所定の過電流検出遅延時間を超えたとき前記二次電池の電流遮断を行う過電流期間判定部（Ｃ１，３７〜４１，４４，４５，Ｉ２１，ＳＷ２１〜ＳＷ２３）と、
前記過電流検出信号から非過電流検出時に非過電流期間を積算し、非過電流期間積算値が所定の復帰遅延時間を超えたとき前記過電流期間積算値を初期化し前記二次電池の電流遮断を解除する非過電流期間判定部（Ｃ２，４１，４２，４７〜４９，Ｉ２２，ＳＷ２４〜ＳＷ２６）と、を有する。

好ましくは、前記過電流期間判定部は、
前記非過電流期間積算値が所定の復帰遅延時間を超えたとき放電され前記過電流検出時に第１の定電流回路（Ｉ２１）で徐々に充電されて前記過電流期間を積算する第１のコンデンサ（Ｃ１）と、
前記第１のコンデンサ（Ｃ１）の電圧が前記過電流検出遅延時間に相当する第１の基準電圧以上となると前記二次電池の電流遮断を行う第１コンパレータ（４４）と、を有し、
前記非過電流期間判定部は、
前記過電流検出時に所定電圧に充電され前記非過電流期間に第２の定電流回路（Ｉ２２）で徐々に放電されて前記非過電流期間を積算する第２のコンデンサ（Ｃ２）と、
前記第２のコンデンサ（Ｃ２）の電圧が前記復帰遅延時間に相当する第２の基準電圧以下となると前記第１及び第２のコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）を放電し前記二次電池の電流遮断を解除する第２コンパレータ（４７）と、を有する
好ましくは、前記過電流検出遅延時間は前記復帰遅延時間より大きい。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、短い過電流検出期間が連続する場合であっても二次電池の電流遮断を行うことが可能となる。

本発明の保護回路の第１実施形態の回路構成図である。 図１の回路各部の信号波形図である。 デジタル回路で構成した第２実施形態の回路構成図である。 本発明の保護回路の第３実施形態の回路構成図である。 過電流保護処理のフローチャートである。 従来の保護回路の一例の回路構成図である。 図６の回路各部の信号波形図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態の回路構成＞
図１は本発明の保護回路の第１実施形態の回路構成図を示し、図２は図１の回路各部の信号波形図を示す。

図１において、リチウムイオン電池３０は複数のリチウムイオン電池セル３０ａ〜３０ｅを直列接続した構成である。リチウムイオン電池３０の正極は保護回路３１のＶＤＤ端子３１ａ及び出力端子３２ａに接続されている。また、リチウムイオン電池３０の負極は保護回路３１のＶＳＳ端子３１ｇ及び電流検出抵抗ＲＳの一端に接続されている。抵抗ＲＳの他端は保護回路３１のＣＳ端子３１ｈに接続されると共に保護トランジスタであるｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＤ１のソース及びバックゲートに接続され、ＭＯＳトランジスタＭＤ１のドレインは出力端子３２ｂに接続されている。なお、出力端子３２ａ，３２ｂ間に図示していないが負荷が接続される。また、出力端子３２ａには抵抗Ｒ３０の一端が接続され、抵抗Ｒ３０の他端はｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレイン及びＭＯＳトランジスタＭＤ１のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートは保護回路３１のＤＣＨＧ端子３１ｋに接続され、ＭＯＳトランジスタＭＮ１のソース及びバックゲートは接地されている。

保護回路３１内の過充電及び過放電検出部３３は保護回路３１のＶ５端子３１ｂ〜Ｖ１端子３１ｆそれぞれを介してリチウムイオン電池セル３０ａ〜３０ｅそれぞれの正極に接続され、リチウムイオン電池セル３０ａ〜３０ｅそれぞれの過充電及び過放電を検出して過充電保護信号及び過放電保護信号を生成し、このうち過放電保護信号をＤＣＨＧ端子３１ｋから出力する。過充電保護信号は保護回路３１のＯＶ端子３１ｌから出力する。

保護回路３１内の過電流検出部３４において、コンパレータ３５は非反転入力端子をＣＳ端子３１ｈに接続され、反転入力端子を直列接続された抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の接続点に接続されている。抵抗Ｒ２２の一端はＶＳＳ端子３１ｇに接続され、抵抗Ｒ２１の一端は負極を接地された定電圧回路３６の正極に接続されている。すなわち、電流検出抵抗ＲＳに電流が流れることで生じる電圧をＣＳ端子３１ｈから取り込んでコンパレータ３５の非反転入力端子に供給し、コンパレータ３５の反転入力端子に定電圧回路３６からの電圧Ｖｒｅｆを抵抗Ｒ２１，Ｒ２２で分圧した基準電圧ＶＲ２を供給している。コンパレータ３５はＣＳ端子３１ｈの電圧が基準電圧ＶＲ２を超えたときに過電流を検出してハイレベルとなる検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔを出力する。検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔはインバータ３７を経てノア回路３８，３９に供給されると共に、ノア回路４１，４２及びスイッチＳＷ２４の制御端子に供給される。

また、定電圧回路３６の正極には定電流回路Ｉ２１の一端が接続され、定電流回路Ｉ２１の他端はスイッチＳＷ２１を介して保護回路３１のＣｏｌ１端子３１ｉに接続されている。スイッチＳＷ２１はノア回路３８から制御端子にハイレベルを供給されたときにのみオンする。保護回路３１のＣｏｌ１端子３１ｉには一端を接地されたコンデンサＣ１の他端が外付けされる。

Ｃｏｌ１端子３１ｉは直列接続されたスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３の接続点に接続されると共に、コンパレータ４４の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ４４の反転入力端子にはツェナーダイオード等の定電圧回路４５から基準電圧Ｖｒｅｆ／２が供給されており、コンパレータ４４はＣｏｌ１端子３１ｉの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ／２以上となったときに過電流検出遅延時間を経過したとしてハイレベルの検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔを出力する。なお、過電流検出遅延時間は例えば数１０ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃ程度である。

検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔは保護回路３１のＤＣＨＧ端子３１ｋから外付けのｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートに供給されると共に、ノア回路３８に供給され、また、インバータ４６を経てノア回路３９に供給される。

更に、定電圧回路３６の正極は、直列接続されたスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３を介して接地されると共に、直列接続されたスイッチＳＷ２４，ＳＷ２６を介して接地されている。スイッチＳＷ２２はノア回路３９から制御端子にハイレベルを供給されたときにのみオンし、スイッチＳＷ２３はノア回路４１から制御端子にハイレベルを供給されたときにのみオンする。また、スイッチＳＷ２４はコンパレータ３５から制御端子にハイレベルを供給されたときにのみオンし、スイッチＳＷ２６はノア回路４１から制御端子にハイレベルを供給されたときにのみオンする。

スイッチＳＷ２４，ＳＷ２６の接続点は保護回路３１のＣｏｌ２端子３１ｊに接続されと共に、スイッチＳＷ２５を介して定電流回路Ｉ２２の一端に接続され、定電流回路Ｉ２２の他端は接地されている。

Ｃｏｌ２端子３１ｊには一端を接地されたコンデンサＣ２の他端が外付けされる。Ｃｏｌ２端子３１ｊはコンパレータ４７の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ４７の反転入力端子にはツェナーダイオード等の定電圧回路４８から基準電圧Ｖｒｅｆ／２が供給されている。コンパレータ４７はＣｏｌ２端子３１ｊの電圧が基準電圧ＶＲ１／２以下となったときに復帰遅延時間を経過したとしてローレベルとなる検出信号Ｃｏｍｐ２を出力する。なお、一般的に復帰遅延時間は過電流検出遅延時間より小さく設定され、復帰遅延時間は例えば数１００μｓｅｃ〜数１０ｍｓｅｃ程度である。

検出信号Ｃｏｍｐ２はインバータ４９を経てノア回路４２に供給されると共に、ノア回路４１に供給される。スイッチＳＷ２５はノア回路４２から制御端子にハイレベルを供給されたときにのみオンする。

＜第１実施形態の動作＞
過電流検出部３４のコンパレータ３５はＣＳ端子３１ｈの電圧が基準電圧ＶＲ２を超えたときに過電流を検出して、図２に示すようにハイレベルの検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔを出力する。検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔの立ち上がり時に図２に示すようにスイッチＳＷ２１及びＳＷ２４はオンする。スイッチＳＷ２１のオンにより定電流回路Ｉ２１の電流によってＣｏｌ１端子３１ｉに接続されたコンデンサＣ１が徐々に充電されることで、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがハイレベルの過電流検出時に過電流期間を積算する。また、スイッチＳＷ２４のオンによりＣｏｌ２端子３１ｊに接続されたコンデンサＣ２は定電圧回路３６によって瞬時に電圧Ｖｒｅｆまで充電される。図２において、コンデンサＣ１の電圧はＣｏｌ１端子の電圧として示し、コンデンサＣ２の電圧はＣｏｌ２端子の電圧として示している。

その後、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがローレベルとなるとスイッチＳＷ２１及びＳＷ２４はオフし、スイッチＳＷ２５はオンする。スイッチＳＷ２１のオフによりコンデンサＣ１は充電電圧を保持する。また、スイッチＳＷ２５のオンにより定電流回路Ｉ２２の電流によってコンデンサＣ２は徐々に放電されることで、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがローレベルの非過電流検出時に非過電流期間を積算する。

その後、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがハイレベルとなるとスイッチＳＷ２１及びＳＷ２４はオンし、スイッチＳＷ２５はオフする。スイッチＳＷ２１のオンによりコンデンサＣ１は保持している充電電圧から定電流回路Ｉ２１の電流によって徐々に充電される。また、スイッチＳＷ２４のオンによりコンデンサＣ２は定電圧回路３６によって瞬時に電圧Ｖｒｅｆまで充電される。

上記の動作を繰り返してコンデンサＣ１の充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ／２以上となると、コンパレータ４４は過電流検出遅延時間を経過したとしてハイレベルの検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔを出力する。検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔがハイレベルとなると、スイッチＳＷ２１がオフし、スイッチＳＷ２２がオンする。スイッチＳＷ２２のオンによりコンデンサＣ１は定電圧回路３６によって瞬時に電圧Ｖｒｅｆまで充電される。

その後、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがローレベルとなるとスイッチＳＷ２２及びＳＷ２４はオフし、スイッチＳＷ２５はオンする。スイッチＳＷ２５のオンにより定電流回路Ｉ２２の電流によってコンデンサＣ２は徐々に放電される。そして、コンデンサＣ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ／２以下となると、復帰遅延時間を経過したとしてローレベルとなる検出信号Ｃｏｍｐ２を出力する。これにより、スイッチＳＷ２５はオフし、スイッチＳＷ２３，ＳＷ２６はオンするため、コンデンサＣ１，Ｃ２は瞬時に接地レベルまで放電される。

このように、検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがローレベルとなったときスイッチＳＷ２１のオフによりコンデンサＣ１は充電電圧を保持し、次に検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがハイレベルとなるとスイッチＳＷ２１のオンによりコンデンサＣ１は保持している充電電圧から定電流回路Ｉ２１の電流によって徐々に充電され、過電流検出遅延時間の積分が継続して行われる。このため、ハイレベルの期間が短い検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔが連続する場合であっても、二次電池の電流遮断が遅れることはない。

上記の実施形態では、外付けの電流検出抵抗ＲＳの両端の電位差で電流値を検出し過電流検出を行っているために、電池劣化やメーカーによる電池特性の違いがあっても電流検出抵抗ＲＳの抵抗値を選択することで対応することができ、過電流検出が影響を受けることはない。従って、電池劣化やメーカーによる電池特性の違いにより、定電流回路Ｉ２１，Ｉ２２それぞれの電流値及び定電圧回路４５、４８それぞれの基準電圧等の設定を変更する必要がない。これに対して、引用文献２のものは、電池劣化やメーカーによる電池特性の違いによって電圧検出閾値やロック判定時間の設定を変更しなければ正確な過電流検出を行うことができない。

また、過電流検出遅延時間は半導体集積化された保護回路３１内部の定電流回路Ｉ２１と外部容量Ｃ１で設定され、復帰遅延時間は保護回路３１内部の定電流回路Ｉ２２と外部容量Ｃ２によって決定されるので、それぞれ独立した過電流検出遅延時間と復帰遅延時間を簡単かつ自由に設定することが可能であり、保護回路を適用するモータやＰＷＭ制御スイッチの特性に適した過電流検出遅延時間と復帰遅延時間の設定が可能となる。これに対し、引用文献１のものは、不感応時間を設定する容量と抵抗の２つの定数が相互に影響を及ぼすために不感応時間を設定する際の計算が複雑になる。

また、過電流検出遅延時間は過電流期間の積分値となり、過電流を検出しない期間が復帰遅延時間を越えない限り過電流期間の積分値が初期値にリセットされることはなく、次の過電流検出まで保持される。過電流検出時間の積分値により電流遮断の判定を行うことにより、ＰＷＭ制御におけるデューティ比が大きくなり非通電時間が復帰遅延時間以下となった場合であっても過電流の検出が可能である。

復帰遅延時間は、過電流が流れていない時間を積分し、積分した過電流が流れていない時間が一定時間を越えた時点で、過電流検出の積分時間と積分した過電流が流れていない時間を初期値に戻し放電停止を解除する。上記過電流が流れていない時間はＰＷＭ制御の非通電時間で決定されるため、ＰＷＭ制御の非通電時間が断続的に復帰遅延時間を上回る場合にはモータはロックせずに回転していると推定して、コンデンサＣ１を初期化することで上記過電流検出の積分時間を初期化している。

＜第２実施形態＞
図１の過電流検出部３４におけるコンパレータ３５と定電圧回路３６及び抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を残し、それ以外の部分を図３に示すデジタル回路に置き換えた第２実施形態について説明する。なお、この実施形態では外付けのコンデンサＣ１，Ｃ２も不要となる。

図３において、端子６１にはコンパレータ３５から検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔが供給される。この検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔはアンド回路６２に供給されると共に、インバータ６３で反転されてアンド回路６４に供給され、更に、リセット信号としてカウンタ６８に供給される。また、端子６５には例えば周波数２ｋＨｚのクロックが供給されアンド回路６２，６４を経てカウンタ６７，６８それぞれに供給される。

つまり、カウンタ６７は検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがハイレベル時にクロックを供給されてカウントを行い、カウンタ６８は検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔがハイレベル時にリセットされローレベル時にクロックを供給されてカウントを行う。カウンタ６７は例えば１４ビットのバイナリカウンタであり、過電流検出遅延時間カウント用のタイマＴ１に相当する。カウンタ６８は例えば７ビットのバイナリカウンタであり、復帰遅延時間カウント用のタイマＴ２に相当する。

カウンタ６７の上位７ビットのカウント値はコンパレータ７０に供給される。コンパレータ７０には７ビットのレジスタ７１から所定値Ｔ１ｍａｘ（例えば数１０ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃ程度）に相当する過電流検出遅延時間の設定値が供給されており、コンパレータ７０はカウンタ６７からの上位７ビットのカウント値とレジスタ７１からの７ビットの過電流検出遅延時間の設定値が一致したとき過電流検出遅延パルスを発生してＳＲフリップフロップ７４のセット端子Ｓに供給する。

カウンタ６８の７ビットのカウント値はコンパレータ７２に供給される。コンパレータ７２には７ビットのレジスタ７３から所定値Ｔ２ｍａｘ（例えば数１００μｓｅｃ〜数１０ｍｓｅｃ程度）に相当する復帰遅延時間の設定値が供給されており、コンパレータ７２はカウンタ６８からの７ビットのカウント値とレジスタ７３からの７ビットの復帰遅延時間の設定値が一致したとき復帰遅延パルスを発生してＳＲフリップフロップ７４のリセット端子Ｒに供給すると共に、リセット信号としてカウンタ６７に供給する。

これによって、ＳＲフリップフロップ７４のＱ端子出力は検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔとして端子７５から出力される。

＜第３実施形態＞
図１の過電流検出部３４におけるコンパレータ３５と定電圧回路３６及び抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を残し、それ以外の部分をマイクロプロセッサに置き換えた第３実施形態について説明する。なお、この実施形態では外付けのコンデンサＣ１，Ｃ２も不要となる。

図４に本発明の保護回路の第３実施形態の回路構成図を示す。図４において、コンパレータ３５の出力する検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔはマイクロプロセッサ８０に供給される。マイクロプロセッサ８０はＣＰＵ８１、ＲＡＭ８２、ＲＯＭ８３を有している。ＣＰＵ８１はＲＯＭ８３に格納されている過電流保護処理プログラム等を実行する。この過電流保護処理プログラム等を実行する際にＲＡＭ８２は作業領域として使用され、ＲＡＭ８２にタイマＴ１，Ｔ２及び検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔ等が記憶される。なお、所定値Ｔ１ｍａｘ，Ｔ２ｍａｘ等はＲＯＭ８３に記憶されている。マイクロプロセッサ８０の出力する検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔは保護回路３１のＤＣＨＧ端子３１ｋから出力される。

図５にマイクロプロセッサ８０が実行する過電流保護処理のフローチャートを示す。図５において、ステップＳ１でコンパレータ３５から供給される検出信号Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔが値１つまりハイレベルであるか否かを判別する。Ｃｏｍｐ＿ｏｕｔ＝１の場合には、ステップＳ２で過電流検出遅延時間カウント用のタイマＴ１の値を１だけインクリメントし、更に、ステップＳ３で復帰遅延時間カウント用のタイマＴ２の値をゼロリセットする。

こののち、ステップＳ４でタイマＴ１の値が過電流検出遅延時間に相当する所定値Ｔ１ｍａｘ以上であるか否かを判別する。Ｔ１≧Ｔ１ｍａｘであれば、ステップＳ５でタイマＴ１に所定値Ｔ１ｍａｘを設定する。そして、ステップＳ６で検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔ＝１つまりハイレベルとしてステップＳ１に進む。ステップＳ５でＴ１＜Ｔ１ｍａｘであればステップＳ１に進む。

一方、ステップＳ１でＣｏｍｐ＿ｏｕｔ＝０つまりローレベルの場合にはステップＳ７で復帰遅延時間カウント用のタイマＴ２の値を１だけインクリメントする。こののち、ステップＳ８でタイマＴ２の値が復帰遅延時間に相当する所定値Ｔ２ｍａｘ以上であるか否かを判別する。Ｔ２≧Ｔ２ｍａｘであれば、ステップＳ９でタイマＴ１，Ｔ２を共にゼロリセットし、ステップＳ１０で検出信号ＤＣ＿ｄｅｌａｙ＿ｏｕｔ＝０つまりローレベルとしてステップＳ１に進む。ステップＳ８でＴ２＜Ｔ２ｍａｘであればステップＳ１に進む。

上記の第２、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、それぞれ独立した過電流検出遅延時間と復帰遅延時間を設定することが可能である。しかし、多種の電動工具に用いられるモータ駆動回路に対応するためには、過電流検出遅延時間及び復帰遅延時間のカウント値を可変設定することが不可欠となり、可変設定に用いる端子数は多くなる。また、電動工具で使用される、複数のリチウムイオン電池セルを直列接続した多直電池の環境では、保護回路は高耐圧ＩＣプロセスとなるので、ゲート酸化膜は通常の低電圧プロセスよりも厚くなり、デジタル回路部を低電圧駆動としてもゲート漏洩電流の問題でゲートチャンネル長を短くできないためにデジタル部のチップサイズの縮小は望むことはできず、低コスト化につながらない。なお、ゲートチャンネル長の短縮のために、低電圧部のゲート酸化膜厚を薄くして漏洩電流を少なくすることも可能であるが、マスク枚数、プロセス工程が増え、低コストとはならない。このような点から第１実施形態の方が第２、第３実施形態に対して有利である。

３０ リチウムイオン電池
３０ａ〜３０ｅ リチウムイオン電池セル
３１ 保護回路
３２ａ，３２ｂ 出力端子
３３ 過充電及び過放電検出部
３４ 過電流検出部
３５，４４ コンパレータ
３６，４５ 定電圧回路
３７，４６，４９ インバータ
３８，３９，４１，４２ ノア回路
６７，６８ カウンタ
７０，７２ コンパレータ
７１，７３ レジスタ
Ｉ２１，Ｉ２２ 定電流回路
ＳＷ２１〜ＳＷ２６ スイッチ

Claims (3)

1. 二次電池の過電流保護を行う保護回路であって、
   電流検出抵抗に前記二次電池の電流が流れることで発生する電圧から過電流を検出して過電流検出信号を出力する過電流検出部と、
   前記過電流検出信号から過電流検出時に過電流期間を積算し、過電流期間積算値が所定の過電流検出遅延時間を超えたとき前記二次電池の電流遮断を行う過電流期間判定部と、
   前記過電流検出信号から非過電流検出時に非過電流期間を積算し、非過電流期間積算値が所定の復帰遅延時間を超えたとき前記過電流期間積算値を初期化し前記二次電池の電流遮断を解除する非過電流期間判定部と、
   を有することを特長とする保護回路。
2. 請求項１記載の保護回路において、
   前記過電流期間判定部は、
   前記非過電流期間積算値が所定の復帰遅延時間を超えたとき放電され前記過電流検出時に第１の定電流回路で徐々に充電されて前記過電流期間を積算する第１のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサの電圧が前記過電流検出遅延時間に相当する第１の基準電圧以上となると前記二次電池の電流遮断を行う第１コンパレータと、を有し、
   前記非過電流期間判定部は、
   前記過電流検出時に所定電圧に充電され前記非過電流期間に第２の定電流回路で徐々に放電されて前記非過電流期間を積算する第２のコンデンサと、
   前記第２のコンデンサの電圧が前記復帰遅延時間に相当する第２の基準電圧以下となると前記第１及び第２のコンデンサを放電し前記二次電池の電流遮断を解除する第２コンパレータと、を有する
   ことを特長とする保護回路。
3. 請求項２記載の保護回路において、
   前記過電流検出遅延時間は前記復帰遅延時間より大きいことを特長とする保護回路。

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