JP3361712B2 - 充放電制御回路 - Google Patents

充放電制御回路

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JP3361712B2
JP3361712B2 JP03079297A JP3079297A JP3361712B2 JP 3361712 B2 JP3361712 B2 JP 3361712B2 JP 03079297 A JP03079297 A JP 03079297A JP 3079297 A JP3079297 A JP 3079297A JP 3361712 B2 JP3361712 B2 JP 3361712B2
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浩志 向中野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチ回路のオ
ン、オフにより二次電池の充放電を制御するようにした
充放電制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】スイッチ回路のオン、オフにより二次電
池の充放電を制御するようにした充放電制御回路として
図5に示すような回路が公知である。この充放電制御回
路1は、外部電源端子+VO又は−VOに電界効果トラ
ンジスタ(以下、FETと略称する)2、3から成るス
イッチ回路4を介して二次電池5を接続し、二次電池5
の充放電状態に応じてスイッチ回路4のFET2,3を
オン、オフして二次電池5の充放電を制御するようにし
た回路である。端子Vssには二次電池5の負極が接続
され、端子Vccには抵抗器6を介して二次電池5の正
極が接続されている。一般にIC回路として構成される
制御ユニット本体10には、二次電池5の端子電圧の状
態から過充電、過放電を検出する回路、及び外部電源端
子+VOと−VOとの間に接続される負荷(図示せず)
に流れる電流の大きさから過電流状態を検出する回路が
組み込まれているが、図2には、そのうちの過充電検出
回路11と過電流検出回路12とが示されている。
【0003】過充電検出回路11が二次電池5の端子電
圧が所定レベルより高くなったことを検出した場合、ス
イッチ回路4のFET2をオフとして二次電池5の充電
を禁止し、二次電池5の放電のみを許すようにスイッチ
回路4を制御するため、FET2のゲート回路にはゲー
ト電圧制御用のスイッチ回路13が設けられている。こ
のスイッチ回路13は過充電検出回路11によってオ
ン、オフ制御され、これによりFET2のオン、オフが
制御される構成となっている。このスイッチ回路13
は、FET2のゲート−ソース間電圧を制御するため、
図2に示すように、FET2のソースと端子VMとの間
に設けられる充電器逆接時破壊防止用の抵抗器8が接続
されており、FET2のゲート−ソース間電圧を制御し
ている。
【0004】一方、過電流検出回路12は、外部電源端
子+VO、−VO間に接続される負荷(図示せず)に二
次電池5から流れる電流のレベルを効果的に検出するた
め、負荷電流によってスイッチ回路4の両端に生じる電
圧降下を検出する構成とするのが一般的であり、スイッ
チ回路4の両端に生じる電圧降下成分は抵抗器8を介し
て過電流検出回路12に入力されている。
【0005】このように、従来の充放電制御回路におい
ては、逆接時破壊防止用の抵抗器8が、スイッチング回
路13と共に過充電検出回路11の出力に応答してFE
T2のオン、オフを制御する回路を構成しているほか、
抵抗器8は過電流検出のための過電流検出回路12の入
力部にも直列に接続されることになる。
【0006】この従来構成によると、過充電検出された
時にはFET2がオフする。その後負荷(図示せず)が
接続されたときにはそのドレイン−ソース間に生じる寄
生ダイオード2Dのためにそこに放電電流が流れるが、
その時そこでの電圧降下は一般的には約0.6〜0.7
V程度である。しかるに、過電流検出回路12では、過
電流が流れた場合に生じる端子VMの電圧変化を確実に
検出することができるよう、その検出のための基準電圧
を寄生ダイオード2Dによって生じる上述の電圧降下値
を考慮して定めている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年半導体
技術の発達に伴い、寄生ダイオード2Dによって生じる
上述の電圧降下値が0.2〜0.3V程度のものが普及
しつつある。したがって、この種のオン抵抗の小さいF
ETをスイッチ回路4のスイッチ素子として使用すれ
ば、そこでの損失が少なく、負荷への電力供給に有利と
なる。
【0008】しかしながら、FET2としてこの種のオ
ン抵抗の小さいFETを使用すると、次のような不具合
を生じることになる。すなわち、FET2としてオン抵
抗の小さな素子を用いた場合、過電流検出回路12にお
いて設定すべき過電流検出のための基準電圧値も小さく
する必要がある。しかし、過電流検出のための基準電圧
値を小さくすると、過充電検出回路11において過充電
が検出された際にスイッチ回路13がオフとなったとき
に生じる貫通電流が抵抗器8に流れることにより生じる
電圧降下のために、過電流検出回路12が作動してしま
い、スイッチ回路4のFET3がオフとされてしまうと
いう誤作動を起こす場合があった。この誤作動が生じる
と、FET2,3が共にオフとなってしまい二次電池5
の充放電が共に不可能となり、負荷への電力供給が停止
してしまうという不具合を生じさせることになる。
【0009】本発明の目的は、したがって、充放電制御
のためのスイッチ回路のFETとしてオン抵抗の小さな
FET素子を使用しても、過充電、過電流状態を確実に
検出して二次電池を過充電、過電流及び逆接時の破壊か
ら確実に保護することができるようにした充放電制御回
路を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、外部電源端子にスイッチ回路を介し
て直列に接続された二次電池の充放電制御を、前記スイ
ッチ回路を構成する充電制御用の第1FET及び放電制
御用の第2FETをオン、オフ制御して行うようにした
充放電制御回路において、前記二次電池の端子電圧に応
答して過充電状態か否かを検出する過充電検出回路と、
前記第1FETと前記外部電源端子の低圧側端子との間
に一端が接続された充電器逆接時破壊防止用の抵抗器
と、該抵抗器の他端と前記第1FETのゲートとの間に
接続され前記過充電検出回路の出力に応答して前記第1
FETのオン、オフ制御を行うための半導体スイッチ回
路と、前記抵抗器の他端の電位に応じて前記二次電池の
過電流状態を検出する過電流検出回路と、該過電流検出
回路が過電流状態を検出した場合に前記第2FETをオ
フとするための回路とを備え、前記過充電検出回路によ
って過充電状態が検出されている場合には前記過電流検
出回路の検出のためのしきい値レベルを高くするように
した点にある。
【0011】過充電検出回路が過充電を検出していない
場合には第1FETはオンとなっており、外部電源端子
に接続された充電器により二次電池が充電される。充電
が進み二次電池が過充電状態となると、過充電検出回路
により半導体スイッチ回路が作動して第1FETがオフ
とされる。このとき半導体スイッチ回路内の半動体スイ
ッチ素子がオフとなることにより生じる貫通電流が抵抗
器に流れるが、このとき同時に過電流検出回路の検出の
ためのしきい値レベルが高くなる。したがって、抵抗器
に貫通電流が流れることにより過電流検出回路への入力
電圧が高くなっても、これに応答して過電流検出が行わ
れることが防止される。したがって、過充電検出時にお
いて第1及び第2FETが共にオフとなり、二次電池の
充放電が共に禁止されるという不具合を生じることがな
い。
【0012】なお、過電流検出回路の検出のためのしき
い値レベルを高くするため、過電流検出回路に与えられ
る基準電圧を変更する場合、過電流検出のための基準電
圧は、第2FETのドレイン−ソース間に生じる寄生ダ
イオードの順方向電圧降下電圧を越えない程度にまで上
げておくように構成するのが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。図1は、本発明
の充放電制御回路の回路ブロック図である。外部電源端
子−VOにスイッチ回路103を介して二次電池101
の負極が接続されている。スイッチ回路103は2個の
N−ch FETで構成されており、図示の実施の形態
では、二次電池101側に過放電及び過電流制御のため
のFET112が設けられ、外部電源端子−VO側に過
充電制御のためのFET113が設けられている。二次
電池101の電圧は後述する如く充放電制御回路102
により検出され、この検出結果に応じてFET112、
113がオン、オフ制御される。充放電制御回路102
は、過充電検出コンパレータ119、過放電検出コンパ
レータ118、過充電検出コンパレータ119及び過放
電検出コンパレータ118の各−入力端子に所定の基準
電圧Vrを与えるための基準電圧回路116、二次電池
101の端子電圧を分圧するため抵抗器R1〜R4から
成る電圧分割回路120、二次電池101の端子電圧を
分圧するため抵抗器R5〜R7から成る別の電圧分割回
路121、出力制御ロジック回路124を備えている。
【0014】出力制御ロジック回路124からの2つの
出力は端子125A及び125Bにそれぞれ接続されて
おり、さらに信号線107A、107Bでスイッチ回路
103のFET112、113の各ゲートと接続されて
いる。出力制御ロジック回路124からはスイッチ回路
103のFET112、113に対するオン、オフ制御
信号が送出される。二次電池101へ充電を行うための
充電器108及び二次電池101で駆動出来る負荷10
9は、外部電源端子+VOと−VOとの間に接続され
る。
【0015】過充電検出コンパレータ119は、基準電
圧回路116の基準電圧Vrと電圧分割回路120の抵
抗器R1の両端に生じる二次電池101の端子電圧を表
す分圧出力とを比較して過充電状態を検出する機能を備
えている。
【0016】過充電検出コンパレータ119はその+入
力端子に入力されている上記分圧出力電圧のレベルが基
準電圧Vrより大きくなったときにその出力が高レベル
状態となり、出力制御ロジック回路124はこれに応答
してFET113をオフとする。なお、過充電検出コン
パレータ119の出力が高レベルとなったことによりF
ET113をオフとするための具体的回路構成は図2に
示した回路構成と同様である。したがって、ここでは、
外部電源端子−VOと充放電制御回路102の端子11
5との間に接続されている充電器逆接時破壊防止用の抵
抗器106のみを示し、抵抗器106と協働してFET
113をオン、オフ制御するため出力制御ロジック回路
124内に構成される図2のスイッチ回路13に相当す
る回路はこれを図示するのを省略してある。なお、符号
122で示されるのは、過充電検出コンパレータ119
の出力が高レベル状態となったときにオンして抵抗器R
2を短絡し過充電検出コンパレータ119の+入力端子
のレベルを高くして過充電検出コンパレータ119の動
作にヒステリシスを与えるためのFETである。
【0017】過放電検出コンパレータ118は、基準電
圧回路116の基準電圧Vrと電圧分割回路121の抵
抗器R5の両端に生じる二次電池101の端子電圧を表
す分圧出力電圧とを比較して過放電状態を検出する機能
を備えている。
【0018】過放電検出コンパレータ118はその+入
力端子に入力されている上記分圧出力電圧のレベルが基
準電圧Vrより大きくなったときにその出力が高レベル
状態となり、出力制御ロジック回路124はこれに応答
してFET112をオフとする。なお、過放電検出コン
パレータ118の出力が高レベルとなったことによりF
ET112をオフとするための具体的回路構成は公知の
回路構成であるから、図1においてはこれを示すのを省
略してある。なお、符号123で示されるのは、過放電
検出コンパレータ118の出力が高レベル状態となった
ときにオンして抵抗器R6を短絡し過放電検出コンパレ
ータ118の+入力端子のレベルを高くして過放電検出
コンパレータ118の動作にヒステリシスを与えるため
のFETである。
【0019】130は抵抗器106を介して得られる外
部電源端子−VOの電位に応答して負荷109に過電流
が流れているか否かを検出するための過電流検出回路で
ある。過電流検出回路130は、+入力端子が充放電制
御回路102の端子115と接続されている過電流検出
コンパレータ131と、過電流検出コンパレータ131
の−入力端子に設けられた基準電圧供給回路132とを
備えている。
【0020】基準電圧供給回路132は、所定の一定基
準電圧Vsを供給する基準電圧回路133と、この一定
基準電圧Vsを分圧するための抵抗器134、135
と、抵抗器134を短絡するための常開スイッチ136
とが図示の如く接続されて成っている。常開スイッチ1
36は過充電検出コンパレータ119の出力が高レベル
となることに応答して閉じられる。したがって、過充電
検出コンパレータ119によって過充電検出が行われて
いない場合には常開スイッチ136は開いており、基準
電圧回路133の一定基準電圧Vsが分圧され、一定基
準電圧Vsよりは低い電圧が過電流検出コンパレータ1
31の−入力端子に印加される。一方、過充電検出コン
パレータ119によって過充電が検出されている場合に
は常開スイッチ136は閉じており、基準電圧回路13
3の一定基準電圧Vsがそのまま過電流検出コンパレー
タ131の−入力端子に印加される。
【0021】このように、過電流検出回路130は、過
電流検出のためのしきい値が過充電検出状態が否かによ
って上述の如く変更される。したがって、過電流検出回
路130は、過充電検出コンパレータ119により過充
電が検出されていない場合には、端子115のレベルが
少し上昇するだけで過電流検出を行うことができるが、
過充電検出コンパレータ119により過充電が検出され
ている場合には、端子115のレベルがそれよりも大き
く上昇した場合に過電流検出が行われることになる。な
お、符号127で示されるのは、過電流検出コンパレー
タ131が高レベル出力状態となったときにオンして抵
抗器R4を短絡し過充電検出コンパレータ119の動作
にヒステリシスを与えるためのFETである。
【0022】充放電制御回路102は以上のように構成
されているので、以下のように動作する。すなわち、過
充電、過放電、過電流のいずれも検出されない場合は、
FET112、113はいずれもオンとなっており、二
次電池101への充電と二次電池101から負荷109
への放電のいずれも可能とする。若し過放電が過放電検
出コンパレータ118によって検出されるとFET11
2がオフとされ、二次電池101から負荷109への放
電は行われなくなる。しかし、充電器108が接続され
た場合には、二次電池の負極111よりも、外部電源端
子−VOの電圧が低くなるのでFET112のダイオー
ドを介して充電電流が二次電池101に流れることにな
る。すなわち、過放電検出後は放電を不可能にしながら
も充電は可能である。二次電池101から負荷109へ
流れる電流が大きくなり過電流状態となると、スイッチ
回路103において生じる電圧降下が大きくなり、過電
流検出コンパレータ131の−入力端子に印加されてい
る抵抗器135の両端の電圧を越えると過電流検出コン
パレータ131の出力が高レベル状態となり、FET1
12がオフとされ、二次電池101から負荷109への
電流が流れるのを停止させる。
【0023】次に過充電検出の場合の動作について説明
する。過充電状態になると過充電検出コンパレータ11
9の出力が高レベル状態となり、FET113がオフと
なる。このとき、図2において説明したように、貫通電
流が抵抗器106に流れるので過電流検出コンパレータ
131の+入力端子の電位は過電流状態でないにも拘ら
ず大きく上昇することになる。しかし、過充電検出コン
パレータ119の出力が高レベル状態となったことに応
答して常開スイッチ136が閉じられるので、過電流検
出コンパレータ131の−入力端子に与えられる基準電
圧のレベルが高くなり、過電流検出コンパレータ131
の出力が高レベルになるのを回避することができる。な
お、過電流検出コンパレータ131の−入力端子に与え
られる基準電圧の大きさはFET113の寄生ダイオー
ド113Dの順方向電圧よりも高くならないように定め
る必要がある。このようにして過充電状態が検出された
後、負荷109に電流が流れて二次電池101の端子電
圧が低下したときに過充電検出コンパレータ119の出
力は低レベル状態となり、常開スイッチ136が開く。
したがって、以後は過電流検出回路130において通常
の過電流検出動作を行うことができる。
【0024】このように、抵抗器106に貫通電流が流
れてもこれによる過電流検出回路130の誤作動を有効
に防止することができるので、FET113としてオン
抵抗の小さい素子を使用することが可能となり、スイッ
チ回路103における損失を小さくし、効率を改善する
ことができる。
【0025】図1に示した実施の形態では、過電流検出
回路の検出のためのしきい値レベルを高くするため、抵
抗器134、135及び常開スイッチ136を用いて過
電流コンパレータ131への基準電圧のレベルを過充電
検出コンパレータ119における検出結果に従って変更
する構成を示した。しかし、本発明はこの実施の形態に
示した構成に限定されるものではない。すなわち、過電
流検出回路の検出のためのしきい値レベルを高くするた
め、基準電圧を予め2つ用意しておいてこれらを切り換
える構成、過電流コンパレータ131にオフセットを持
たせることによりしきい値レベルを高くするように切り
換える構成、又は検出のためのしきい値レベルの異なる
2つの過電流コンパレータ131を用意しておいてこれ
らを切り換える構成としてもよい。
【0026】さらに、図1に示した実施の形態では、電
圧分割回路120、121とFET122、123、1
27との組み合わせ回路を用いて、過充電検出コンパレ
ータ119、過放電検出コンパレータ118及び過電流
検出コンパレータ131の動作にヒステリシスを持たせ
るようにしたが、これは一例であり、本発明の構成をこ
れに限定する趣旨ではなく、他の公知の回路構成により
ヒステリシス動作を実現するようにしてもよいことは勿
論である。
【0027】図1に示した実施の形態は、1つの二次電
池101のみを充放電制御する場合の構成例について説
明した。しかし、本発明は、1つの二次電池のみを充放
電制御する場合のみに限定されるものではなく、複数の
二次電池に対しての充放電制御の場合にも同様にして適
用できるものである。
【0028】図2には、本発明を2セル用の充放電制御
回路に適用した場合の実施の形態が示されている。図2
に示した充放電制御回路は、二次電池101に加えて、
もう1つの二次電池101’の充放電制御も図1に示し
た場合と同様にして行うようにした回路である。この充
放電制御回路では、充放電制御回路200の端子201
〜205に対して二次電池101、101’、抵抗器2
06、208、210、コンデンサ207、209、2
11が図示の如く接続されている。なお、図2の各部の
うち、図1の各部と対応する部分には同一の符号を付し
て説明を省略する。
【0029】図3には、充放電制御回路200の概略構
成が示されている。充放電制御回路200は二次電池1
01の電圧を分圧する電圧分割回路220と二次電池1
01’の電圧を分圧する電圧分割回路221とを有して
いる。電圧分割回路220の出力により二次電池101
の充放電及び過電流制御のためのコンパレータ回路23
0が作動する。電圧分割回路221の出力により二次電
池101’の充放電及び過電流制御のためのコンパレー
タ回路240が作動する。コンパレータ回路230の過
充電検出コンパレータ231の出力は及びコンパレータ
回路240の過充電検出コンパレータ241の出力は過
電流検出回路250に与えられ、過充電検出コンパレー
タ231又は過充電検出コンパレータ241のいずれか
一方の出力でも過充電を検出している場合に、過電流検
出回路250における過電流検出のためのしきい値レベ
ルを高くし、これにより、図1に示した場合と同様にし
て、抵抗器106に貫通電流が流れてもこれによる過電
流検出回路250の誤作動を有効に防止することができ
る。
【0030】以上の説明においては、スイッチ回路10
3のFET112、113はいずれもNchのものを用
いた例を示した。しかし、スイッチ回路103をPch
FETを使用して構成することも勿論可能である。
【0031】図4には、そのような場合の実施の形態の
一例が示されている。この実施の形態は3セル用である
が、スイッチ回路301がいずれもPchのFET30
2、303で構成されており、このため、スイッチ回路
301は端子+VO側に設けられている。端子325
A、325Bは、図1の端子125A、125Bにそれ
ぞれ対応し、抵抗器306が図1の抵抗器106に対応
している。この回路構成では、端子325Bが開放され
た場合、プルアップ抵抗器304によりFET303が
オフとされる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、過充電検
出により過充電制御用のFET素子をオフとしたときに
充電器の逆接時破壊防止用抵抗器に貫通電流が流れても
過電流保護のための回路が作動するのを防止することが
できるので充放電制御のためのスイッチ回路に用いるF
ET素子としてオン抵抗の小さな素子を用いることがで
きる。この結果、過充電制御用のFET素子としてオン
抵抗の小さな素子を使用してスイッチ回路における電力
損失を小さくし、充放電を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による充放電制御回路の実施の形態の一
例を示す回路図。
【図2】本発明による充放電制御回路を2セル用の回路
に適用した場合の実施の形態の一例を示す回路図。
【図3】図2に示した充放電制御回路の構成を示す要部
回路図。
【図4】本発明による充放電制御回路をPch FET
によるスイッチ回路を用いて構成した場合の実施の形態
の一例を示す回路図。
【図5】従来の充放電制御回路の問題点を説明するため
の要部回路図。
【符号の説明】
101、101’ 二次電池 102、200 充放電制御回路 103、301 スイッチ回路 106、306 抵抗器 109 負荷 112、113、302、303 FET(電界効果ト
ランジスタ) 116、133 基準電圧回路 119、231、241 過充電検出コンパレータ 120、121、220、221 電圧分割回路 130、250 過電流検出回路 131 過電流検出コンパレータ 132 基準電圧供給回路 134、135 抵抗器 136 常開スイッチ +VO、−VO 外部電源端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02J 7/00 H02J 7/00 T 7/10 7/10 P (56)参考文献 特開 平8−149702(JP,A) 特開 昭63−302725(JP,A) 特開 平6−105457(JP,A) 特開 平5−111177(JP,A) 特開 平9−163612(JP,A) 特開 平6−348350(JP,A) 特開 平6−104015(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二次電池の電圧を検出する過充電用電圧検
    出手段と、前記二次電池の 電流を検出する過電流用電圧検出手段
    と、 前記過充電用電圧手段及び前記過電流用電圧検出手段か
    らの信号を入力処理して充放電を制御する信号を出力す
    る制御回路と、 前記制御回路からの出力信号でスイッチ回路を構成する
    充電制御用の第一の電界効果型トランジスタと放電制御
    用の第二の電界効果型トランジスタの開閉を制御する充
    放電制御回路において、 前記過電流用電圧検出手段は、前記過充電用電圧検出回
    路が過充電状態を検出し前記第一の電界効果型トランジ
    スタを閉じた時に、前記過電流用電圧検出手段の検出電
    圧値を、過充電状態でない時の検出電圧値に比較して高
    して、前記第一の電界効果型トランジスタを閉じた際
    の貫通電流により誤って過電流を検出することを防ぎ過
    電流の検出を継続することを特徴とする充放電制御回
    路。
  2. 【請求項2】 前記過充電用電圧検出回路が過充電状態
    を検出した時に、 前記過電流用電圧検出手段の検出電圧値は前記充電制御
    用の前記第一の電界効果型トランジスタのドレイン-ソ
    ース間の寄生ダイオードの順方向降下電圧値より小さく
    する請求項1記載の充放電制御回路。
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