JP2023130565A - 充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置 - Google Patents

充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2023130565000001
【課題】制御信号入力端子を専用で設けることなく強制的にパワーダウン状態へ移行する機能を備えた充放電制御回路を提供する。
【解決手段】外付け抵抗を介して外部端子と接続された外部端子電圧入力端子ＶＭと、二次電池ＳＣの正極に接続された正極電源端子ＶＤＤと、二次電池ＳＣの負極に接続された負極電源端子ＶＳＳと、外部端子電圧入力端子ＶＭに接続された検出器１１３及び外部端子電圧検出器１１６と、制御回路１１２を備え、外付けＦＥＴがオンすることによって外部端子電圧入力端子ＶＭにパワーダウン制御信号が入力されると検出器１１３は制御回路１１２にパワーダウン検出信号を出力し、外付けＦＥＴがオフしていると共に外部端子に充電器が接続されると検出器１１３は制御回路１１２にパワーダウン解除信号を出力することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置に関する。
充放電制御回路は、バッテリ装置の出荷時などに二次電池の不要な放電を防ぐために、強制的にパワーダウン状態へ移行させる機能も備えている。
図３は、従来の充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置を示すブロック図である。
従来のバッテリ装置は、二次電池ＳＣと、二次電池ＳＣに接続された充放電制御回路５１と、放電制御ＦＥＴ５２と、充電制御ＦＥＴ５３と、パワーダウン状態に移行する信号を充放電制御回路５１に出力可能なコントローラ５４と、抵抗５５，５６と、コンデンサ５７と、外部正極端子ＥＢ＋と、外部負極端子ＥＢ－とを有する。負荷は、外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－の間に接続されている。
充放電制御回路５１は、充放電監視回路５１１と、制御回路５１２と、検出器５１３と、スイッチ５１４，５１５と、正極電源端子ＶＤＤと、負極電源端子ＶＳＳと、放電制御端子ＤＯと、充電制御端子ＣＯと、外部端子電圧入力端子ＶＭと、制御信号入力端子ＣＴＬを備えている。
従来のバッテリ装置５０は、コントローラ５４がパワーダウン制御信号を制御信号入力端子ＣＴＬに出力すると、負荷、コントローラ５４、充放電監視回路５１１及び検出器５１３への放電経路を遮断して消費電流を低減したパワーダウン状態に移行することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－２５７４０７号公報
しかしながら、上述の充放電制御回路は、パワーダウン状態へ遷移させる信号入力用に制御信号入力端子ＣＴＬを専用で設けているため、チップサイズやパッケージのピン数が増加しコストが高くなる、という課題があった。
本発明は上記課題に鑑みて為され、制御信号入力端子を専用で設けることなく強制的にパワーダウン状態へ移行する機能を備えた充放電制御回路を提供することを目的とする。
本発明の一態様の充放電制御回路は、
パワーダウン機能を備えた充放電制御回路であって、外付け抵抗を介して外部端子と接続された外部端子電圧入力端子と、二次電池の正極に接続された正極電源端子と、前記二次電池の負極に接続された負極電源端子と、前記外部端子電圧入力端子に接続された検出器及び外部端子電圧検出器と、制御回路を備え、
前記検出器は、外付けＦＥＴがオンすることによって前記外部端子電圧入力端子にパワーダウン制御信号が入力されると前記制御回路にパワーダウン検出信号を出力し、前記外付けＦＥＴがオフしていると共に前記外部端子に充電器が接続されると前記制御回路にパワーダウン解除信号を出力することを特徴とする。
本発明の充放電制御回路によれば、制御信号入力端子を専用で設けなくても強制的にパワーダウン状態へ移行する機能を備えた充放電制御回路を提供することが可能となる。
本実施形態の充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置を示すブロック図である。 本実施形態の検出器及びＶＭ検出器を示す回路図である。 従来の充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置を示すブロック図である。
本実施形態のバッテリ装置１０は、二次電池ＳＣと、充放電制御回路１１と、放電制御ＦＥＴ１２と、充電制御ＦＥＴ１３と、ＦＥＴ１４と、抵抗１５及び１６と、コンデンサ１７と、外部正極端子ＥＢ＋と、外部負極端子ＥＢ－を有する。外部正極端子ＥＢ＋と外部負極端子ＥＢ－を併せて外部端子と称することもある。外部端子には、強制パワーダウンのための制御信号を出力可能なコントローラ、負荷、充電器などが接続される。
充放電制御回路１１は、充放電監視回路１１１と、制御回路１１２と、検出器１１３と、スイッチ１１４及び１１５と、ＶＭ検出器１１６（外部端子電圧検出器とも言う）と、正極電源端子ＶＤＤと、負極電源端子ＶＳＳと、放電制御端子ＤＯと、充電制御端子ＣＯと、外部端子電圧入力端子ＶＭを備えている。
正極電源端子ＶＤＤは、抵抗１５を介して、二次電池ＳＣの正極及び外部正極端子ＥＢ＋に接続されている。負極電源端子ＶＳＳは、二次電池ＳＣの負極及びグランド電位に接続されている。
正極電源端子ＶＤＤ及び負極電源端子ＶＳＳの間には、充放電監視回路１１１と制御回路１１２と検出器１１３とＶＭ検出器１１６が並列に接続されている。即ち、充放電監視回路１１１と制御回路１１２と検出器１１３とＶＭ検出器１１６は、ＶＤＤ－ＶＳＳ間の電圧が動作電圧として印加されている。これらのうち、充放電監視回路１１１とＶＭ検出器１１６は、制御回路１１２によりオンオフ制御可能なスイッチ１１４及び１１５を介してＶＤＤ－ＶＳＳ間の電圧が印加される。このスイッチ１１４及び１１５は、通常状態からパワーダウン状態に移行する際にオンからオフにされ、パワーダウン状態から通常状態に移行する際にオフからオンにされる。
ここで、「パワーダウン状態」とは、二次電池ＳＣの放電経路を遮断するとともに、スイッチ１１４及び１１５により充放電監視回路１１１及びＶＭ検出器１１６の動作を停止させて消費電流を低減させている状態をいう。
充放電監視回路１１１は、二次電池ＳＣの過充電を検出すると制御回路１１２に過充電検出信号を出力し、二次電池ＳＣの過放電を検出すると制御回路１１２に過放電検出信号を出力する。
外部端子電圧入力端子ＶＭは、外部負極端子ＥＢ－の電圧を検出するための端子であり、抵抗１６を介して外部負極端子ＥＢ－に接続されている。更に、外部端子電圧入力端子ＶＭは、ＦＥＴ１４からのパワーダウン制御信号が入力される端子を兼用している。ＦＥＴ１４は、ゲートがコントローラの出力端子に接続され、ソースが外部正極端子ＥＢ＋に接続され、ドレインが外部端子電圧入力端子ＶＭに接続されている。
検出器１１３は、外部端子電圧入力端子ＶＭに入力されたパワーダウン制御信号を検出する。パワーダウン制御信号は、例えば、コントローラの制御信号でＦＥＴ１４をオンすることによってＥＢ＋端子の電圧とする。検出器１１３は、パワーダウン制御信号を検出すると制御回路１１２にパワーダウン検出信号を出力する。また、検出器１１３は、外部端子電圧入力端子ＶＭが負極電源端子ＶＳＳの電圧まで低下したことをもって外部端子に充電器が接続されたことを検出する。検出器１１３は、外部端子に充電器が接続されたことを検出すると、制御回路１１２にパワーダウン解除信号を出力する。
ＶＭ検出器１１６は、外部端子に負荷や充電器が接続されているかの判定を行う。通常状態では、放電制御ＦＥＴ１２と充電制御ＦＥＴ１３がオンしているので、外部端子電圧入力端子ＶＭの電圧は負極電源端子ＶＳＳの電圧近くになる。通常状態での外部端子電圧入力端子ＶＭの電位（接地端子電圧ＶＳＳ基準）は、負荷が接続されて放電電流が流れている場合は Ｉｄｉｓ×Ｒｉｎ 、充電器が接続されて充電電流が流れている場合は－ Ｉｃｈｇ×Ｒｉｎ となる。ここで、Ｉｄｉｓは放電の電流値、Ｉｃｈｇは充電の電流値、Ｒｉｎは放電制御ＦＥＴ１２と充電制御ＦＥＴ１３がオンした時の抵抗値の和である。例えば、ＶＭ検出器１１６は、外部端子電圧入力端子ＶＭの電位が負であれば、外部端子に充電器が接続されていると判定し、充放電監視回路１１１にＬレベルの充電器検出信号を出力する。
制御回路１１２は、充放電監視回路１１１からの信号に基づき放電制御ＦＥＴ１２及び充電制御ＦＥＴ１３をオンオフして、二次電池ＳＣの充放電を制御する。
制御回路１１２は、二次電池ＳＣの充電を許可する場合には充電を許可するＨレベルの充電許可信号を充電制御端子ＣＯに出力して充電制御ＦＥＴ１３をオンにし、二次電池ＳＣの充電を禁止する場合には充電を禁止するＬレベルの充電禁止信号を充電制御端子ＣＯに出力して充電制御ＦＥＴ１３をオフにする。また、制御回路１１２は、二次電池ＳＣの放電を許可する場合には放電を許可するＨレベルの放電許可信号を放電制御端子ＤＯに出力して放電制御ＦＥＴ１２をオンにし、二次電池ＳＣの放電を禁止する場合には放電を禁止するＬレベルの放電禁止信号を放電制御端子ＤＯに出力して放電制御ＦＥＴ１２をオフにする。
制御回路１１２は、検出器１１３からパワーダウン検出信号が入力されると、放電を禁止するＬレベルの放電禁止信号を放電制御端子ＤＯに出力して放電制御ＦＥＴ１２をオフにする。また、制御回路１１２は、検出器１１３からパワーダウン解除信号を入力されると、放電を許可するＨレベルの放電許可信号を放電制御端子ＤＯに出力して放電制御ＦＥＴ１２をオンにする。
図２は、本実施形態の検出器１１３及びＶＭ検出器１１６の一例を示す回路図である。
検出器１１３は、例えば、シュミットトリガ回路で構成されている。パワーダウン検出信号ＰＤ＿Ｄは２段目のインバータＡの出力端子から出力され、パワーダウン解除信号ＰＤ＿Ｒは３段目のインバータＢの出力端子から出力される。
次に、通常状態からパワーダウン状態に移行する際のバッテリ装置１０の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
ここでは、製品出荷時において、外部正極端子ＥＢ＋と外部負極端子ＥＢ－との間に負荷ＬＤが接続されている状態で、コントローラがＦＥＴ１４を制御してパワーダウン制御信号を出力し、バッテリ装置１０を通常状態からパワーダウン状態にする動作について説明する。二次電池ＳＣは、過充電電圧を超えない程度の電圧に充電されている。そして、放電制御ＦＥＴ１２と充電制御ＦＥＴ１３は、共にオンにしているものとする。
コントローラは、ＦＥＴ１４を介して充放電制御回路１１の外部端子電圧入力端子ＶＭにＨレベルのパワーダウン制御信号を入力する。検出器１１３は、入力端子にＨレベルのパワーダウン制御信号が入力されると、インバータＡの出力端子からＨレベルのパワーダウン検出信号ＰＤ＿Ｄを出力する。制御回路１１２は、Ｈレベルのパワーダウン検出信号ＰＤ＿Ｄが入力されると、パワーダウン状態に移行する。即ち、制御回路１１２は、放電制御端子ＤＯを介して放電制御ＦＥＴ１２をオフして、スイッチ１１４及び１１５をオフする。
パワーダウン状態に移行すると、放電制御ＦＥＴ１２がオフされ、外部端子電圧入力端子ＶＭは抵抗１６を介して負荷によってＨレベルにプルアップされる。従って、コントローラがＦＥＴ１４をオフする信号を出力し続けなくても、充放電制御回路１１はパワーダウン状態を維持することが出来る。即ち、外部端子に接続されたコントローラが二次電池ＳＣの電圧の供給を絶たれて動作不能になっても、バッテリ装置１０はパワーダウン状態を維持することが出来る。
次に、外部端子に充電器が接続されると、外部端子電圧入力端子ＶＭの電圧は、接地端子電圧ＶＳＳよりも低下する。検出器１１３は、入力端子にＬレベルのパワーダウン制御信号が入力されたことを検出して、インバータＢの出力端子からＨレベルのパワーダウン解除信号ＰＤ＿Ｒを出力する。制御回路１１２は、Ｈレベルのパワーダウン解除信号ＰＤ＿Ｒが入力されると、パワーダウン状態を解除する。即ち、制御回路１１２は、放電制御端子ＤＯを介して放電制御ＦＥＴ１２をオンして、スイッチ１１４及び１１５をオンする。
バッテリ装置１０は、以上のようにして外部端子電圧入力端子ＶＭの電圧を検出する検出器１１３によってパワーダウン検出信号ＰＤ＿Ｄ及びパワーダウン解除信号ＰＤ＿Ｒが出力されて、パワーダウン状態への移行と解除が行われる。
以上説明したように、本実施形態の充放電制御回路は、パワーダウン制御信号をコントローラが制御するＦＥＴのＨレベルの信号で入力する構成にしたので、外部端子電圧入力端子ＶＭを制御信号入力端子と兼用することが可能となった。そして、検出回路をシュミットトリガ回路で構成したので、ノイズ耐性があるうえに追加の回路を必要とせずパワーダウン検出信号及びパワーダウン解除信号を出力することが出来る。従って、本実施形態の充放電制御回路は、回路が増加することなくピン数を削減することが出来るので、チップやパッケージのコストを低くすることが可能になった。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、実施形態で説明した各種信号の論理はこれに限定されるものではない。従って、検出器の出力信号もこれに限定されるものではない。また例えば、ＦＥＴ１４はコントローラが制御するとしたが、バッテリ装置においてＦＥＴ１４のゲートに接続された制御端子を備え、外部から制御信号を入力するようにしても良い。また例えば、放電制御ＦＥＴ１２及び充電制御ＦＥＴ１３を二次電池ＳＣの負極側に接続した構成としたが、二次電池ＳＣの正極側に接続する構成にしてもよい。その場合には、外部端子電圧入力端子ＶＭは抵抗を介して外部正極端子ＥＢ＋と接続される。また例えば、コントローラがバッテリ装置１０に含まれても良い。
１０ バッテリ装置
１１ 充放電制御回路
１２ 放電制御ＦＥＴ
１３ 充電制御ＦＥＴ
１４ ＦＥＴ
１５、１６ 抵抗
１７ コンデンサ
１１１ 充放電監視回路
１１２ 制御回路
１１３ 検出器
１１４、１１５ スイッチ
１１６ ＶＭ検出器

Claims (4)

  1. パワーダウン機能を備えた充放電制御回路であって、
    外付け抵抗を介して外部端子と接続された外部端子電圧入力端子と、
    前記外部端子電圧入力端子に接続された検出器及び外部端子電圧検出器と、
    制御回路を備え、
    前記検出器は、外付けＦＥＴがオンすることによって前記外部端子電圧入力端子にパワーダウン制御信号が入力されると前記制御回路にパワーダウン検出信号を出力し、前記外付けＦＥＴがオフしていると共に前記外部端子に充電器が接続されると前記制御回路にパワーダウン解除信号を出力する
    ことを特徴とする充放電制御回路。
  2. 前記検出器は、シュミットトリガ回路で構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
  3. 二次電池と、
    前記二次電池の第一の電極と接続された第一の外部端子と、
    前記二次電池の第二の電極と接続された充放電制御ＦＥＴと、
    前記充放電制御ＦＥＴと接続された第二の外部端子と、
    前記第一の外部端子と前記第二の外部端子の間に直列に接続されたＦＥＴ及び抵抗と、
    正極電源端子が二次電池の正極に接続され、負極電源端子が二次電池の負極に接続され、外部端子電圧入力端子が前記ＦＥＴと前記抵抗の接続点に接続され、充放電制御端子が前記充放電制御ＦＥＴと接続された請求項１または２に記載の充放電制御回路と、
    を備えたことを特徴とするバッテリ装置。
  4. 前記第一の外部端子と前記第二の外部端子の間に接続され、前記ＦＥＴを制御するコントローラを備えたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ装置。
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