JP3468220B2 - 充放電保護回路、および該充放電保護回路を組み込んだバッテリーパック、該バッテリーパックを用いた電子機器 - Google Patents
充放電保護回路、および該充放電保護回路を組み込んだバッテリーパック、該バッテリーパックを用いた電子機器Info
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Description
保護回路に係り、特に、充放電制御用FETのオン・オ
フの繰り返しによる発熱破壊を防止することが可能な充
放電保護回路、該充放電保護回路を組み込んだバッテリ
ーパック、および該バッテリーパックを用いた携帯電話
などの電子機器に関する。
池が使用されることが多い。Liイオン二次電池は、過
充電すると金属Liが析出して事故を起こす危険性があ
り、また過放電すると繰り返し充放電使用回数が悪くな
るなどの問題点を持っている。そのため、二次電池と機
器本体の間の充放電経路に保護スイッチを設け、所定の
電圧以上に過充電された場合や所定の電圧以下に過放電
された場合に、これを検出し、保護スイッチをオフに
し、それ以上の過充電,過放電を抑止するようにしてい
る。
次電池への充放電路をオフにすることによって2次電池
を保護する充放電保護回路は、例えば、特開平11−1
03528号公報,特開平10−285810号公報,
特開平9−182283号公報,特許2872365号
公報などに開示されている。特に、本出願人が、先に出
願した特願2000−296457号(先願)では、充
電過電流についても考慮している。
回路のブロック図と、その半導体装置を使用したバッテ
リーパック内部の保護回路を示す図である。この先願に
おいて、バッテリーパックAの主要部を構成する充放電
保護回路1は、おおまかには過充電検出回路11と過放
電検出回路12と放電過電流検出回路13と短絡検出回
路14と異常充電器検出回路15と発振回路16とカウ
ンター回路17とロジック回路18,20とレベルシフ
ト回路19と充電過電流検出回路21から構成されてい
る。
2,放電過電流検出回路13,充電過電流検出回路2
1,または短絡検出回路14により、過充電,過放電,
放電過電流,充電過電流,または短絡を検出すると、発
振回路16が動作を開始し、カウンター回路17が計数
を始める。そして、カウンター回路17によりそれぞれ
の検出時に予め設定されている遅延時間をカウントする
と、過充電または充電過電流を検出した場合には、ロジ
ック回路(ラッチなど)18、レベルシフト19を通し
てCout出力がローレベルになり充電制御用FET
Q1をオフにし、一方、過放電または放電過電流,また
は短絡を検出した場合には、ロジック回路20を通して
Dout出力がローレベルになり放電制御用FET Q2を
オフにする。
れ、充電電流が流れると、放電制御用FET Q2のソ
ース電圧よりも、充電制御用FET Q1のソース電圧
が低くなる。放電制御用FET Q2のソース電圧は半
導体装置のVss端子電圧であり、充電制御用FET
Q1のソース電圧は、半導体装置のV−端子に抵抗が接
続されているが、V−端子がハイインピーダンスである
ため、ほぼ半導体装置のV−端子電圧と等しくなる。
圧よりもV−端子電圧が低くなる。V−端子電圧がVs
s端子電圧よりも、設定されたある電圧(充電過電流検
出電圧)だけ低くなると充電過電流を検出し、Cout
出力をローレベルにして充電制御用FET Q1をオフ
させる。
回路においては、過充電検出回路がヒステリシスを持っ
ており、過充電を検出すると充電制御用FETがオフに
なって充電不可状態(過充電状態)になり、その後、電
池電圧が過充電検出電圧よりも低い過充電復帰電圧まで
低下した場合に過充電状態から復帰し、充電制御用FE
Tがオンになって充電可能状態となる。
路用半導体装置では、例えば充放電が繰り返されて劣化
し内部インピーダンスが高くなった電池を、電流値は正
常であるが電圧値が大きい充電器で充電した場合や、電
池の内部インピーダンスが正常でも、電圧値も電流値も
大きい充電器で充電した場合は、一旦過充電検出回路で
過充電を検出して充電電流経路が遮断(充電制御用FE
Tがオフ)されると、電池電圧が低下し、過充電検出器
のヒステリシスを下回り、過充電復帰電圧のレベルに達
してしまう場合がある。
御用FETがオン)され、その後、同様の処理が繰り返
され、すなわち、過充電の検出→充電電流の遮断(充電
制御用FETがオフ)→電池電圧の低下→充電が開始
(充電制御用FETがオン)→過充電の検出→・・・が
繰返され、発振動作になり、FETが発熱し、最悪の場
合は発火する危険性がある。
とを目的とし、特に請求項1〜3記載の発明の目的は、
内部インピーダンスが高くなった電池を、電流値は正常
であるが電圧値が大きい充電器で充電した場合や、電池
の内部インピーダンスが正常でも、電圧値も電流値も大
きい充電器で充電した場合でも、過充電の検出と復帰の
動作が繰り返される発振動作が起るのを防止し、スイッ
チ用FETが発熱したり発火したりする危険性をなく
し、安全性を向上させた充放電保護回路を提供すること
であり、また請求項4記載の発明は、該充放電保護回路
を組み込んだバッテリーパックを提供することであり、
さらに請求項5記載の発明は、該バッテリーパックを用
いた携帯電話などの電子機器を提供することである。
に、請求項1記載の発明は、過充電検出回路(10
1)、放電過電流検出回路(105)を具備し、該各検
出回路により2次電池の過充電または放電過電流を検出
して2次電池の充放電経路に直列接続された充電制御用
FET(104)または放電制御用FET(109)を
オフすることにより、2次電池を過充電または放電過電
流から保護する充放電保護回路であって、過充電検出回
路(101)で過充電が検出された場合、該過充電検出
信号により一方の安定状態にセットされ、充電制御用F
ET(104)をオフするラッチ回路(103)と、放
電過電流検出回路(105)で放電過電流が検出された
場合、該放電過電流検出信号を所定時間遅延させて放電
制御用FET(109)へ加えるとともに、放電過電流
検出回路(105)で放電過電流が検出されかつ過充電
検出回路(101)で過充電が検出されない場合にラッ
チ回路(103)をリセットし充電制御用FET(10
4)をオンにすることを特徴としている。
遅延している途中で放電過電流検出回路(105)が過
電流を検出しなくなった場合に放電制御用FET(10
9)をオフにすることなくオンを継続する回路手段を備
えたことを特徴としている。
手段を、放電過電流検出回路(105)の出力を所定時
間遅延する遅延回路(108)と、該遅延回路(10
8)の出力と放電過電流検出回路(105)の出力の論
理をとる論理回路(OR回路114)を備えることを特
徴としている。
のいずれかに記載された充放電保護回路を組み込んだバ
ッテリーパックであり、請求項5記載の発明は、該バッ
テリーパックを用いた電子機器(例えば、携帯電話,デ
ィジタルカメラ,携帯用音響機器)である。
路の一実施例を、図面を用いて詳細に説明する。図1
は、本実施例における充放電保護回路(半導体装置)の
うち、特に本発明において新たに追加した部分および変
更した部分の構成を説明するための図である。
回路102,ラッチ回路103,充電制御用FET10
4,放電過電流検出回路105,遅延回路108,放電
制御用FET109は、図2の過充電検出回路11,発
振回路16とカウンター回路17,ロジック回路18,
充電制御用FETQ1,放電過電流検出回路13,発振
回路16とカウンター回路17,放電制御用FETQ2
に相当しており、図2のそれ以外の構成については図1
では簡単のために省略している。なお、本実施例におけ
る過充電検出回路101は、図2の過充電検出回路11
と異なり、ヒステリシスを有さないコンパレータで構成
される。図1のAND回路107とインバータ110が
新たに追加した構成である。
101が過充電を検出すると、その出力が反転し、遅延
回路102を介して所定の時間遅延された後、ラッチ回
路103、インバータ112を介して充電制御用FET
104のゲート電圧にローレベル“L”として印加され
る。これにより、充電制御用FET104がオフにさ
れ、充電電流が遮断(過充電状態)される。
から復帰しない構成の説明)過充電状態から復帰するた
めには、ラッチ回路103をリセットしなければならな
い。ラッチ回路103をリセットするためには、過充電
検出回路101の出力がローレベル“L”となり、遅延
回路102およびインバータ110を介してハイレベル
“H”がAND回路107の一方の入力端子に入力され
るとともに、放電過電流検出回路105の出力がハイレ
ベル“H”になり、AND回路107の他方の入力端子
に入力される必要がある。
ーレベル“L”ということは電池電圧が過充電検出電圧
(Vref1)未満であることを意味し、放電過電流検出
回路105の出力がハイレベル“H”ということはV−
電位が放電過電流検出電圧(Vref2)よりも高いこと
を意味しているため、ラッチ回路103がリセットされ
る条件は、電池電圧が過充電検出電圧(Vref1)未満
であり、V−電位が放電過電流検出電圧(Vref2)よ
りも高くなることである。
充電を検出して充電制御用FET104をオフにし充電
電流を遮断(過充電状態)した後、充電器を接続したま
まの状態では、V−電位が過電流検出電圧(Vref2)
以上になることはない。従って、充電器を接続したまま
の状態では、電池電圧がいくら低下しても過充電状態か
ら復帰して充電制御用FET104をオンにすることは
ない。よって、上述した如き発振動作を引き起こすこと
がなくなり、その結果、発熱したり発火したりする危険
性もなくなる。
復帰動作の説明)電池電圧が過充電検出電圧(Vref
1)未満になった状態で、充電器を外して負荷を接続し
て負荷電流を流すと、充電制御用FET104はオフし
ているが、充電制御用FET104の内部に存在する寄
生ダイオード106を介して負荷電流が流れる。この負
荷電流によってダイオード106に順方向電圧Vfが発
生する。従って、V−電位はVssより順方向電圧Vf
分上昇する。この順方向電圧Vfは0.6〜0.7V程度
であり、一般的に放電過電流検出電圧(Vref2)は0.
1〜0.2V程度に設定されているので、放電過電流検
出回路105の出力は反転してハイレベル“H”にな
る。
共にハイレベル“H”になり、AND回路107の出力
すなわちラッチ回路103のリセット端子Rへの入力が
ハイレベル“H”となって、ラッチ回路103は、ラッ
チ状態からリセット状態にされてローレベル“L”を出
力し、インバータ112を介して充電制御用FET10
4のゲートへハイレベル“H”を印加してこれをオン状
態にして過充電状態から復帰させる。
出力と放電制御用FET109のゲートとの間にインバ
ータ111だけを設けた場合には、充電器を外して負荷
を接続した時に、放電過電流検出検出回路105の出力
がハイレベル“H”になると、このハイレベル“H”は
インバータ111を介して放電制御用FET109のゲ
ートをローレベル“L”にしようとする。放電制御用F
ET109のゲートがローレベル“L”になると放電制
御用FET109をオフにし負荷電流を遮断してしま
う。従って、過充電を検出した後に負荷を接続しても負
荷電流を流すことができなくなり、不都合となる。
ように、放電過電流検出回路105の出力と放電制御用
FET109のゲートの間に、遅延回路108とインバ
ータ111の直列回路と、それに並列にインバータ11
3を設け、インバータ111およびインバータ113か
らの信号をOR(論理和)回路114に入力し、OR回
路114の出力を放電制御用FET109のゲートに印
加するようにしている。
5の出力がハイレベル“H”になった場合にも直ちに放
電制御用FET109はオフにはならず、遅延回路10
8によって所定時間(例えば、10mS)の遅延した後
に放電制御用FET109をオフにしようとする。
延させている間に、ラッチ回路103をラッチ状態から
リセットさせ充電制御用FET104をオンしてしまう
ことにより(通常、AND回路107、ラッチ回路10
3、インバータ112などによる遅延はmS以下であ
り、この条件は成立する)、上述した寄生ダイオード1
06の順方向電圧Vfはなくなる。
なくなることによりV−電位は放電過電流検出電圧(V
ref2)より低くなり、放電過電流検出回路105の出
力はローレベル“L”となる。これにより、インバータ
113を介してハイレベル“H”が放電制御用FET1
09のゲートに加わり、その結果、放電制御用FET1
09のゲートはローレベル“L”になることなく、ハイ
レベル“H”を維持したままになり、負荷に電流を流す
ことが可能になり、上記の不都合はなくなる。
は、インバータ113を介してOR回路114に入力さ
れるようになっているので、放電過電流検出回路105
の出力がローレベル“L”になれば、遅延回路108に
よる所定の遅延時間(例えば、10mS)後も放電制御
用FET109はオフになることなく、オンを継続す
る。このように、過充電を検出した後に負荷を接続した
場合に負荷電流を流し続けることが可能になる。
インバータ111、インバータ113、OR回路114
からなる回路構成は本願発明の一例を示したものに過ぎ
ず、放電過電流検出回路105が過電流を検出した場合
に一定時間遅延して放電制御用FET109をオフにす
るとともに、その遅延時間の途中で放電過電流検出回路
105が過電流を検出しなくなったら放電制御用FET
109をオフにすることなくオンを継続するような回路
であれば如何なる回路構成であってもよい。
の充放電保護回路に好適であり、また、この構成を有す
る充放電保護回路を組み込んだバッテリーパックや該バ
ッテリーパックを用いた電子機器、例えば、携帯電話、
ディジタルカメラ、携帯用音響機器などに応用すること
も可能である。
高くなった電池を電流値は正常であるが、電圧値が大き
い充電器で充電した場合や、電池の内部インピーダンス
が正常でも、電圧値も電流値も大きい充電器で充電した
場合でも、過充電の検出と復帰の動作が繰り返されるこ
とはなく、制御用スイッチ(FET)が発熱したり発火
したりする可能性がなくなり、安全性の高い充放電保護
回路(請求項1〜3)、該充放電保護回路を組み込んだ
バッテリーパック(請求項4)、該バッテリーパックを
用いた携帯電話などの各種電子機器(請求項5)を実現
することが可能になる。
した部分の構成を説明するための図である。
と、その半導体装置を使用したバッテリーパック内部の
保護回路を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 少なくとも、過充電検出回路、放電過電
流検出回路を具備し、該各検出回路により2次電池の過
充電または放電過電流を検出して2次電池の充放電経路
に直列接続された充電制御用FETまたは放電制御用F
ETをオフすることにより、2次電池を過充電または放
電過電流から保護する充放電保護回路であって、 前記過充電検出回路で過充電が検出された場合、該過充
電検出信号により一方の安定状態にセットされ、前記充
電制御用FETをオフするラッチ回路と、 前記放電過電流検出回路で放電過電流が検出された場
合、該放電過電流検出信号を所定時間遅延させて前記放
電制御用FETへ加えるとともに、前記放電過電流検出
回路で放電過電流が検出されかつ前記過充電検出回路で
過充電が検出されない場合に前記ラッチ回路をリセット
し前記充電制御用FETをオンにすることを特徴とする
充放電保護回路。 - 【請求項2】 請求項1記載の充放電保護回路におい
て、 前記所定時間遅延している途中で前記放電過電流検出回
路が過電流を検出しなくなった場合に放電制御用FET
をオフにすることなくオンを継続させる回路手段を備え
たことを特徴とする充放電保護回路。 - 【請求項3】 請求項2記載の充放電保護回路におい
て、 前記回路手段は、少なくとも、前記放電過電流検出回路
の出力を所定時間遅延する遅延回路と、該遅延回路の出
力と前記放電過電流検出回路の出力の論理をとる論理回
路と、該論理回路を備えることを特徴とする充放電保護
回路。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載され
た充放電保護回路を組み込んだことを特徴とするバッテ
リーパック。 - 【請求項5】 請求項4記載のバッテリーパックを用い
た電子機器。
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