JP3874150B2 - 二次電池保護回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池保護回路に関し、過充電と過放電の保護回路としてリチュウム(Li)イオン電池とともに電池パックに搭載されるものに利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯型の電子機器に用いられる二次電池としてLiイオン二次電池がある。このLiイオン二次電池は、充電電圧を4.1Vもしくは4.2V以上にしてはならないとされており、これ以上の過充電を行うと金属Liが析出して事故につながる。また、過放電を行うと繰り返し充放電使用回数が極端に悪くなる。このため、過充電や過放電を検出すると、電池と機器本体とを切り離すパワーMOSFET等からなる保護用のスイッチが設けられる。このようなLiイオン二次電池に関しては、日経マグロウヒル社、1995年11月20日付「日経エレクトロニクス」第100頁〜第117頁がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
Liイオン二次電池の技術進展に伴い、上限の充電電圧は4.5V程度まで高くすることが可能になってきている。更に、5V程度まで高くすることも可能になるものと推測される。例えば、上記二次電池(セル)を4個直列形態に接続すると、充電時には20V程度までも高くなる。このような電池電圧を高くした場合、5V系の電源電圧で動作するMOSFETに比べて高耐圧化したMOSFETを用いることが必要になる。このような高耐圧のMOSFETを用いた場合には、素子自体のサイズが大きくなって半導体集積回路のレイアウト面積が増大してしまう。このようにサイズの増大に加えて、高耐圧MOSFETで電圧比較動作のためのオペアンプを構成すると、高耐圧MOSFETのペア性を確保するのが難しく、オペアンプ自体のオフセットが大きくなりって測定精度が悪くなるという問題が生じる。
【0004】
この発明の目的は、簡単な構成で、しかも安定的に高い精度で動作する二次電池保護回路を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、複数個の二次電池を直列接続して、上記複数個の二次電池に対応した高い電池電圧を形成する二次電池の保護回路であって、電流電圧変換回路において複数個のMOSFETを直列接続してそれぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担し、かつ、上記電池電圧に対応した電流信号を形成し、電圧緩和回路において上記直列接続された複数のMOSFETの相互接続点における電圧がゲートに印加された複数のMOSFETを用い、それぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担しつつ、上記電圧電流変換回路で形成された電流を伝え、電流電圧変換回路において上記電流信号をMOSFETのゲート耐圧電圧以下の低電圧の電圧信号に変換し、上記電流電圧変換回路を通した電圧を測定して上記二次電池の過電圧状態又は過放状態のいずれか少なくとも1つを検出する。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の一実施例の基本的回路図が示されている。同図の各回路素子は、公知のMOS集積回路の製造技術によって、二次電圧保護回路を構成する図示しない他の回路素子とともに単結晶シリコンのような1個の半導体基板上において形成される。本願添付の図面において、Pチャンネル型MOSFETは、そのチャンネル部分に矢印を付することによってNチャンネル型MOSFETと区別されている。
【0007】
この実施例における二次電池は、Liイオン電池のセルを4個直列に接続して、1つのセル当たりの端子電圧の4倍の高い電圧を得るようにするものである。上記直列形態にされるセルの端子電圧V1〜V4のそれぞれは、電池容量を増加させるために2個以上の複数のセルをそれぞれ並列に接続するようにしてもよい。この実施例では5V系の電源電圧で動作する、いわゆる通常のMOSFETを用いつつ、前記充電時を含んだ上記高い電池電圧BAT(+)〜BAT(−)の高電圧を検出するできるよう次のような工夫が行われるものである。
【0008】
上記各セルの端子電圧V1〜V4は、それぞれ外部端子P1〜P5を通して二次電池保護回路を構成する半導体集積回路に供給される。つまり、端子P1は、二次電池のマスナス電圧BAT(−)を供給するものであり、保護回路の基準電圧VSSとして入力される。また、端子P5は、二次電池のプラス電圧BAT(+)を供給するものであり、かかる端子P1とP5間には、上記4個のセルを直列接続して加算された電圧V1+V2+V3+V4のような高い電圧が印加される。
【0009】
この実施例では、上記のような高電圧の他に、各セル電圧が端子P2〜P4を通して入力されるものであり、各セルの電圧V1、V2、V3及びV4のそれぞれは、充電時でも5Vまでしかならない。つまり、個々のセルでみた場合には、前記5V系の電源電圧で動作するMOSFETを用いて電圧検出を行うようにすることができる。そこで、この実施例では、個々のセル毎に電圧検出を行うようにするものである。
【0010】
端子P5とP4では、電圧V4に対応したセルの電圧電流変換回路が設けられる。この電圧電流変換回路は、ゲートとドレインとが接続されたダイオード形態のPチャンネル型MOSFETQ1とQ2の直列回路と、上記2つのMOSFETQ1とQ2のうち、正電圧側のMOSFETQ1とソース及びゲートが接続されたPチャンネル型の電流出力用MOSFETQ3から構成される。上記各MOSFETQ1〜Q3は、それぞれ電気的に独立したウェル領域に形成されるものであり、それぞれのウェル領域(基板ゲート)はソースと接続されることによって、基板効果の影響を受けないようにされる。。
【0011】
上記の2つのMOSFETQ1とQ2は、同じサイズのMOSFETにより構成される。それ故、上記MOSFETQ1とQ2の直列回路では、上記電圧V4を1/2ずつに分圧した電圧を形成して同じ電流が流れる。MOSFETQ3も上記MOSFETQ1及びQ2と同じサイズのMOSFETで構成される。このMOSFETQ3のソースとゲートは、上記MOSFETQ1とソースとゲートにそれぞれ接続されて、MOSFETQ1と電流ミラー形態にされるものであるので上記MOSFETQ1に流れる電流と同じ電流をドレインから出力させる。
【0012】
このMOSFETQ3のドレイン電圧は、上記端子P4からみると前記のようにV4/2のような小さな電圧になるが、かかるドレイン電流を受ける回路の基準電圧として、二次電池のマイナス電圧BAT(−)とすると、電圧V1〜V3が加算された高い電圧に変わりは無い。そこで、上記MOSFETQ3もMOSFETQ1、Q2と同等の標準的なMOSFETで構成しつつ、そのゲート絶縁破壊を防止するために、次のような電圧緩和回路が設けられる。
【0013】
電圧緩和回路は、上記各端子P4〜P2から供給されるセル電圧V3〜V1を利用するものである。つまり、端子P4、P3及びP2の電圧がそれぞれゲート供給されたMOSFETQ4、Q5及びQ6を設け、これらのMOSFETQ4〜Q6を上記出力MOSFETQ3に直列接続する。これにより、MOSFETQ3のドレイン電圧は、MOSFETQ1のドレイン電圧とほぼ等しくなるとともに、個々のMOSFETQ4、Q5、Q6のゲート絶縁膜には上記セル電圧V3、V2及びV1からそれぞれのしきい値電圧を差し引いた電圧しか印加されず、上記のような通常のMOSFETを用いてもゲート絶縁膜が破壊されてしまうことはない。
【0014】
上記動作を定量的に説明すると次の通りとなる。上記MOSFETQ1とQ2のMOSサイズ(W/L)を同じくし、それぞれのソース−ドレイン電流IDSは同じであるから、それぞれのゲート,ソース間電圧VGSも等しくなる。したがって、MOSFETQ3のゲート電圧は、V1+V2+V3+V4/2となり、そのゲート−ソース間電圧VGS(VgsQ3)は、V4/2となる。
【0015】
上記電圧V4/2の電圧がMOSFETQ1、Q2のしきい値電圧よりも大きいとき、MOSFETQ3のドレイン電流は、MOSFETQ3のソース−ドレイン電流IDS(IdsQ3) で決まり、飽和領域で動作すると、次式(1)により求められる。
IdsQ3=1/2・μCox(W/L)(VgsQ3−VthQ3)2 ・・・・・(1)
【0016】
電圧緩和回路のMOSFETQ4についは、飽和領域で動作するとすると、それに流れる電流IdsQ4は、次式(2)により求められる。同様に、MOSFETQ5、Q6も次式(3)(4)により求められる。
IdsQ4=IdsQ3=1/2・μCox(W/L)(VgsQ4−VthQ4)2 ・(2)
IdsQ5=IdsQ3=1/2・μCox(W/L)(VgsQ5−VthQ5)2 ・(3)
IdsQ6=IdsQ3=1/2・μCox(W/L)(VgsQ6−VthQ6)2 ・(4)
【0017】
上記式(2)より、MOSFET4のVgsQ4は、次式(5)となる。この式(5)から、W/Lを大きくすることで、VgsQ4≒VthQ4となる。このことは、VgsQ5とVthQ5、VgsQ6とVthQ6についても同様である。
VgsQ4=√〔(2・IdsQ3)/(μCox(W/L))〕+VthQ4 ・・(5)
【0018】
したがって、電圧緩和回路では、MOSFETQ4〜Q6のドレイン電圧は、セル電圧V3、V2、V1に対応した電圧となって、それぞれが電圧分担を行うようになるので、前記のようにゲート絶縁破壊を防止することができる。
【0019】
上記終端のMOSFETQ6のドレインは電圧電流変換回路を構成するMOSFETQ7のソースに接続される。このMOSFETQ7のゲート及びドレインは、二次電池のマイナス電圧BAT(−)が接続される端子P1からの基準電圧が供給される。上記MOSFETQ7は、上記MOSFETQ1と同じサイズのMOSFETから構成され、かつゲートとドレインとが上記基準電圧に接続される。したがって、上記出力MOSFETQ3で形成された電流が電圧緩和用のMOSFETQ4〜Q6を通してMOSFETQ7に供給される。
【0020】
上記のようにMOSFETQ1とQ3に流れる電流は等しいから、上記MOSFETQ7には、上記MOSFETQ1と同じ電流が流れてその両端には上記MOSFETQ1と同じV4/2 の電圧が形成される。つまり、上記端子P5とP4の電圧V4は、基準電圧に対してV4/2のような低電圧に変換される。
【0021】
端子P4とP3の間のセル電圧V3、端子P3とP2の間のセル電圧V2、及び端子P2とP1の間のセル電圧V1に対しても上記MOSFETQ〜Q3と同様な電圧電流変換回路が設けられる。そして、上記電圧V1は上記二次電池のマイナス電圧BAT(−)を基準電圧とするものであるので、その電流出力を行うMOSFETは、直接に電流電圧変換回路を構成する前記MOSFETQ7と同様なMOSFETに接続される。他の電圧電流変換回路の出力MOSFETには、それぞれの電圧に対応して前記同様な2ないし1個の電圧緩和用MOSFETを介して、電流電圧変換回路を構成する前記MOSFETQ7と同様なMOSFETにそれぞれ接続される。
【0022】
上記電流電圧変換回路では、各セル電圧V1〜V4の1/2の電圧V1/2〜V4/2が形成され、それが電池選択回路により1つが選ばれて電圧2倍化回路に供給され、上記電圧V1〜V4に対応したアナログ電圧として出力される。上記電池選択回路は、各電圧V1/2〜V4/2を順次に切り替えて出力させるものであり、電圧2倍化回路では順次切り替えられる電圧を2倍して出力させる。上記出力されたアナログ電圧は、後述するような電圧比較回路で所定の電圧と比較さて、過充電状態又は過放電状態にならないように保護回路の制御信号を形成するものである。
【0023】
上記電圧2倍化回路は、それぞれの電圧を上記セル電圧V1〜V4に対応させるものであり、使い勝手を良くすることを考慮したものであり、必須のものではない。上記電圧2倍化回路を含む保護回路は、特に制限されないが、オペアンプを用いた増幅回路で電圧利得を2倍に設定したもので構成できる。このような電池選択回路や電圧2倍化回路の動作電圧は、約5Vのような低電圧とされる。上記プラス電圧BAT(+)の電圧を内部降圧回路に供給され、かかる降圧回路において、上記約5Vのように内部降圧された低電圧が形成される。
【0024】
この実施例では直列形態の個々のセル毎に、過充電状態又は過放電状態を検出するものであるので、信頼性の高い保護動作を実現できるものである。つまり、複数の二次電池セルを直列接続した場合には、充電や放電が個々のセルに均一して行われるものではなく、例えば放電動作では二次電池のマイナス電圧BAT(−)に近いセルV1〜V4の順に減り方が大きいことが知られている。このような個々のセルの電圧を検出することにより、信頼性の高い保護動作を実現することができる。
【0025】
この実施例では、上記のような電池片減り対策回路として電圧V4を形成するセルに対応した端子P5とP4間には、ダミー負荷として3個の並列接続のMOSFETQ10〜Q12を接続し、電圧V3を形成するセル対応した端子P4とP3間にはダミー負荷として2個の並列接続のMOSFETQ20とQ21を接続し、電圧V2を形成するセル対応した端子P3とP2間にはダミー負荷として1個のMOSFETQ30を接続し、電圧V1〜V4を形成するセルの放電に合わせるようにするものである。
【0026】
図2には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例では、実際の半導体集積回路での電池電圧検出動作を考慮して、各端子P1〜P5にはそれに接続されるMOSFETの静電破壊を防止するための抵抗R5〜R1が接続される。また、上記電池電圧検出回路の動作の有効/無効を制御する活性化回路が設けられる。そして、各セル電圧V1〜V4が低下した場合でも安定的に動作するようなリーク電流を流す抵抗R6〜R9が設けられる。他の構成は、前記図1に示した回路と同様であるのでその説明は省略する。
【0027】
上記保護抵抗R1〜R5は、拡散抵抗又はポリシリコン抵抗により構成されて約1KΩ程度の抵抗値にされて、その寄生ダイオードとともに上記二次電池保護回路が形成される半導体集積回路装置の実装基板上への組み立てや、運搬時等におけるハンドリングによる静電気の放電経路を形成するものである。
【0028】
上記活性化回路は、高耐圧のMOSFETQ8とQ9より構成され、分圧回路を構成するMOSFETQ2のゲートに供給される電圧を切り替える。つまり、信号/C1のロウレベル(BAT(−))によりMOSFETQ8をオン状態にさせると、MOSFETQ2のゲートはドレイン側電圧が与えられて、前記のようなダイオード形態とされて分圧回路としての動作を行う。これに対して、上記信号/Cのハイレベル(BAT(+))によりMOSFETQ8をオフ状態にして、信号Cの上記ロウレベルによりMOSFETQ9をオン状態にさせると、MOSFETQ2のゲート電圧がMOSFETQ1のソース電圧と等しくなって、かかるMOSFETQ2をオフ状態にする。
【0029】
この結果、上記のようなセル電圧V4を1/2ずつに分圧するという分圧動作が停止されて、出力MOSFETQ3を含めて端子P5からの電流消費が停止される。同様に、前記片減り対策回路でのリーク電流も停止されるものである。この活性化回路は、上記のようにBAT(+)〜BAT(−)の制御信号/CとCで動作する高耐圧MOSFETであるが、単なるスイッチとして用いているので、前記のようなペア性にバラツキがあっても問題ない。
【0030】
抵抗R6〜R9は、各セルの電圧V4〜V1が低下し、MOSFETQ7等のゲート,ソース間に印加される電圧が減少して、回路の動作が不安定になるのを防止するものであり、これらの抵抗R6に発生するリーク電流によって、上記電圧緩和回路、電流電圧変換回路等の動作の安定化を図るものであり、精度に影響を与えない程度の高い抵抗値にされる。上記二次電池のマイナス電圧BAT(−)には、約20mΩ程度の小さい抵抗値の検出抵抗が挿入され、放電電流又は充電電流の検知に用いられる。この検知抵抗に流れる電流によって、BAT(−)から見たV1〜V4の電圧が変動して見えるが、変動幅がPN接合のしきい値電圧(Vf)以内であれば、測定精度に影響を与えず問題ない。
【0031】
図3には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例は、前記図2の実施例回路の変形例を示すものであり、電圧電流変換回路、電流緩和回路、電流電圧変換回路及び電池片減り回路を構成すMOSFETのそれぞれが、低しきい値電圧のものが用いられる。回路そのものは、前記図2の実施例と同様であるので、その説明を省略する。この実施例では、使用するMOSFETのしきい値電圧が低くさせるものであるので、電池電圧V1〜V4が低い電圧まで精度の高い測定を可能にすることができるものとなる。
【0032】
図4には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例は、前記図2の実施例回路の変形例を示すものであり、電圧電流変換回路、電流緩和回路、電流電圧変換回路がそれぞれ異なるものである。
【0033】
この実施例の電圧電流変換回路は、2つのMOSFETQ1とQ2により構成される。つまり、前記図2の実施例のMOSFETQ3が省略される。上記MOSFETQ1とQ2に流れる電流を直接検出電流として取り出すように工夫されたものである。このように分圧回路を構成するMOSFETQ1とQ2に流れる電流を取り出すために、電圧緩和回路のMOSFETがQ4が組み合わされる。上記MOSFETQ4は、低しきい値電圧のMOSFETとされて、そのゲートに上記端子P4に対応した電圧が印加され、そのソースが上記MOSFETQ2のドレインに接続される。
【0034】
前記図2の実施例では、活性化回路により電圧電流変換回路が動作状態にされるときには、MOSFETQ2のゲートとドレインとは共に端子P4からの電圧が供給されるが、この実施例ではMOSFETQ2のゲートには端子P4からの電圧が供給され、ドレインには端子P4の電圧が電圧緩和回路を構成するMOSFETQ4のゲート,ソース間の低しきい値電圧分だけレベルシフトされて供給される。上記MOSFETQ4を低しきい値電圧とすることにより、MOSFETのソース−ドレイン間電圧の減少を小さく抑えることができ、その結果前記図2のMOSFETQ1とQ2と同等の動作を行わせることができる。これにより、MOSFETQ1、Q2の直列回路で形成された電流は、MOSFETQ4を通して、他の電圧緩和用のMOSFETQ5、Q6を通して次に説明する電流電圧変換回路に伝えられる。
【0035】
他のセル電圧V3、V2等に対応して設けらる電圧電流変換回路も前記セル電圧V4に設けられたMOSFETQ1とQ2及び電圧緩和用MOSFETQ4と同様な構成の回路が用いられる。セル電圧V1には、前記のように電圧緩和MOSFETは必要ないので、直接に次の電流電圧変換回路に伝えられる。
【0036】
この実施例の電流電圧変換回路は、上記電圧V4に対応した電圧を形成する回路として、MOSFETQ40〜Q45から構成される。MOSFETQ40とQ41は、Nチャンネル型MOSFETであり、電流ミラー回路を構成する。前記MOSFETQ1とQ2とで形成された電流iは、上記電流ミラー回路を通して前記内部降圧回路で形成された電源電圧VCC(5V)にソースが印加されたPチャンネル型の電流ミラー回路のMOSFETQ42とQ43に供給され、かかる電流ミラーMOSFETQ42とQ43を介してPチャンネル型MOSFETQ44とQ45に上記電流iと同じ電流iが流れるようにされる。これらのMOSFETQ44とQ45は上記MOSFETQ1とQ2と同じサイズとされ、同じくゲートとドレインとはそれぞれ接続されている。この結果、MOSFETQ44とQ45により、上記セル電圧V4と同じ電圧V4を得るようにすることができる。
【0037】
他のセル電圧V3、V2及びV1に対応した電流も、前記MOSFETQ40〜Q45と同様な電流電圧変換回路により、上記と同様な電圧V3、V2及びV1を形成することができる。これらの変換電圧V1〜V4は、電池選択回路を通してアナログ出力とされる。この実施例では、図2又は図3のような電圧2倍化回路は省略できる。
【0038】
図5には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例は、前記図4の実施例回路の変形例を示すものであり、電圧電流変換回路が異なるものである。
【0039】
この実施例の電圧電流変換回路は、1つのMOSFETQ2により構成される。つまり、前記図4の実施例のMOSFETQ1が省略される。上記MOSFETQ1を省略してMOSFETQ2のソースを端子P5に対応した電圧を印加し、前記同様に電圧緩和回路のMOSFETがQ4が組み合わされてセル電圧V1に対応した電圧がMOSFETQ2のソース−ドレインに印加されて電流信号が形成される。上記MOSFETQ4は、前記同様に低しきい値電圧のMOSFETとされて、そのゲートに上記端子P4に対応した電圧が印加され、そのソースが上記MOSFETQ2のドレインに接続される。
【0040】
この実施例ではMOSFETQ2のゲートとソース間には端子P5とP4間のセル電圧V4が電圧緩和回路を構成するMOSFETQ4のゲート,ソース間の低しきい値電圧分だけ差し引いた電圧が供給され、上記MOSFETQ4の低しきい値電圧は定電圧と見做せるから、MOSFETQ2にはセル電圧V4に対応した電流が流れるものとなる。これにより、MOSFETQ2で形成された電流は、MOSFETQ4を通して、他の電圧緩和用のMOSFETQ5、Q6を通して電流電圧変換回路に伝えられる。
【0041】
他のセル電圧V3、V2等に対応して設けらる電圧電流変換回路も前記セル電圧V4に設けられたMOSFETQ1とQ2及び電圧緩和用MOSFETQ4と同様な構成の回路が用いられる。セル電圧V1には、前記のように電圧緩和MOSFETは必要ないので、直接に次の電流電圧変換回路に伝えられる。
【0042】
この実施例の電流電圧変換回路も、基本的には前記図4の回路と同様であるが、電流ミラー回路を介した電流iが流れるPチャンネル型MOSFETQ45は、前記電圧電流変換回路のMOSFETQ2に対応して1つが設けられる。このMOSFETQ45は上記MOSFETQ2と同じサイズとされているので、上記セル電圧V4とほぼ同じ電圧を得ることができる。厳密には上記MOSFETQ2には、セル電圧V4から電圧緩和回路のMOSFETQ4の低しきい値電圧Vth分だけ差し引いた電圧v4(V4−Vth)が供給されるので、出力される電圧もそれに対応した電圧となる。
【0043】
他のセル電圧V3、V2及びV1に対応した電流も、前記MOSFETQ40〜Q45と同様な回路構成の電流電圧変換回路により、上記と同様なセル電圧V3、V2及びV1と同様な電圧v3、v2及びv1を形成することができる。これらの変換された電圧は、電池選択回路を通してアナログ出力とされる。
【0044】
図6には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例は、前記図5の実施例回路の変形例を示すものであり、電圧電流変換回路、電流緩和回路、電流電圧変換回路及び電池片減り回路を構成すMOSFETのそれぞれが、低しきい値電圧のものが用いられる。ただし、電流電圧変換回路を構成するNチャンネル型の電流ミラー回路とPチャンネル型の電流ミラー回路は、降圧された5Vで安定的に動作するものであるので、通常のしきい値電圧のMOSFETが用いられる。回路そのものは、前記図5の実施例と同様であるので、その説明を省略する。この実施例では、使用するMOSFETのしきい値電圧が低くさせるものであるので、電池電圧V1〜V4が低い電圧まで精度の高い測定を可能にすることができるものとなる。
【0045】
図7には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例は、前記のような各セル毎の電圧を入力するものに代え、二次電池のマスナス電圧BAT(−)を供給する端子P1と、二次電池のプラス電圧BAT(+)を供給する端子P5が設けられ、かかる端子P1とP5間の前記4個のセルを直列接続して加算された電圧V1+V2+V3+V4のような高い電圧を直接的に判定する。この実施例では、図面が複雑になるのを防ぐためにMOSFETに付され回路記号を前記実施例で用いたものと重複して用いていることに注意されたい。同図の各MOSFETは、それと同じ回路記号が付された前記実施例のMOSFETとは別個の回路機能を持つものである。
【0046】
上記端子P1とP5に、それぞれ保護抵抗R5、R1が設けられると共に、端子P5からの電圧は活性化回路を構成するスイッチMOSFETを介して電圧電流変換回路に伝えられる。電圧電流変換回路は、上記のような高電圧による各MOSFETのゲート絶縁膜破壊を防止するために、それぞれのゲートとドレインとが接続されたMOSFETQ1〜Q10が直列形態に接続される。これにより、上記端子電圧V1+V2+V3+V4は、8個のMOSFETにより分担され、前記のように充電時での電圧が上限の20Vまで上昇しても、1つのMOSFETには1/8のせいぜい2.5V程度しか印加されない。
【0047】
この実施例では、上記MOSFETQ1とゲート及びソースが接続されたMOSFETQ3で電流ミラー構成として、MOSFETQ1に流れる電流と同じ電流をMOSFETQ3に流すようにする。同様に、MOSFETQ2とQ4を接続して上記MOSFETQ1とQ2の2個分の分圧電圧、言い換えるならば、上記V1+V2+V3+V4(=V)を1/4にした各セル電圧に相当する電圧に対応した電流を上記2つのMOSFETQ3とQ4で形成する。
【0048】
上記MOSFETQ4で形成された電流信号は、上記ゲート絶縁破壊を防止するために設けられたMOSFETQ5〜Q10の相互接続点の電圧がゲートに印加された電圧緩和回路を構成するMOSFETQ11〜Q14を通して電流電圧変変換回路に伝えられる。電流電圧変換回路は、前記MOSFETQ1とQ2に対応した2つのMOSFETQ15とQ16が設けられ、上記のようにそれと同じ電流が電圧緩和回路を通して供給されることにより、上記電圧V/4を形成するものである。
【0049】
回路形式的には、上記電圧緩和回路のMOSFETQ11〜Q14も上記電圧電流変換回路のMOSFETQ3やQ4と同様に、上記分圧回路を構成するMOSFETQ1、Q2及びQ5〜Q10と接続されているが、上記電圧電流変換回路を構成するMOSFETQ1〜Q10と、上記電流電圧変換回路を構成するMOSFETQ15とQ16は、消費電流を小さくするために、例えばチャンネル長が長くされてそのコンダクタンスを小さして小さな電流しか流さないようにされる。これに対して、電圧緩和回路のMOSFETQ11〜Q14は、上記MOSFETQ3、Q4で形成された電流を損失なく伝えるよう、例えばチャンネル長が短くされて無視できる程度のオン抵抗値しか持たない。原理的にはMOSFETQ4を電圧緩和回路のMOSFETに置き換えることも可能である。
【0050】
図8には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例は、前記図7の実施例回路の変形例を示すものであり、電圧電流変換回路、電流緩和回路、電流電圧変換回路のみが示されている。
【0051】
この実施例では、MOSFETQ1とQ2がペアとされ、そのうちMOSFETQ1が低しきい値電圧又はディプレッション型MOSFETとされる。同様に、電圧電流変換回路を構成するMOSFETQ5とQ6、Q7とQ8、Q9とQ10、MOSFETQ3とQ4、Q5’とQ6’と電流電圧変換回路を構成するMOSFETQ15とQ16も同様である。また、電圧電流変換回路において、電流信号を形成する回路は、MOSFETQ3とQ4に加えて、同様な関係にあるMOSFETQ5’とQ6’とが追加される。電池電圧Vの1/2の電圧を上記MOSFETQ3、Q4、Q5’、Q6’とで電流信号に変換する。
【0052】
この実施例では、使用するMOSFETのしきい値電圧が低くさせるもの、あるいはディプレッションMOSFETであるので、電池電圧V1〜V4が低い電圧まで精度の高い測定を可能にすることができるものとなる。上記ディプレッションMOSFETは抵抗と見做せるので、これらのMOSFETを抵抗素子に置き換えることも可能である。上記のように電池電圧Vの1/2に対応した電圧を電流信号に変換するので、電圧緩和回路は1つのMOSFETQ11により構成することができる。
【0053】
図9には、この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の更に他の一実施例の具体的回路図が示されている。この実施例は、Pチャンネル型MOSFETQ1のゲートに端子P4の電圧を印加し、ソースには約100MΩのような高抵抗を介して端子P5の電圧を印加する。これにより、Pチャンネル型MOSFETQ1のしきい値電圧が参照電圧とされて、セル電圧V4がそれ以下になるとMOSFETQ1がオフ状態となって電流が流れなくなる。
【0054】
上記のようなMOSFETQ1の検出電流は、上記ゲートに印加される電圧より低い各セル電圧がゲートに印加されたMOSFETQ2、Q3からなる電圧緩和回路を介して電流電圧変換回路に供給される。電流電圧変換回路では、上記MOSFETQ1の検出電流がMOSFETQ4、Q5からなる電流ミラー回路で形成した電流をディプレョン型のNチャンネル型MOSFETQ6に流して、それでの電圧降下をPチャンネル型MOSFETQ7のゲート,ソース間に印加して電流値を小さくして定電流源としてのMOSFETQ8に供給する。
【0055】
MOSFETQ8は、ゲートに定電圧VBが印加されることにより上記のように定電流を流すものであり、MOSFETQ6とQ7は、MOSFETQ6がディプレッション型MOSFET、言い換えるならば、抵抗として作用することにより検出電流を低減させる。つまり、低消費電流とするために、MOSFETQ1に流れる電流を高抵抗R6より低減せさた上で、上記MOSFETQ6とQ7で更に低減させてMOSFETQ8との間で流れる電流を極く小さな電流にする。
【0056】
上記セル電圧V4の低下によって、MOSFETQ1の電流が低減し、上記MOSFETQ7とQ8の電流差が逆転するとロウレベルの出力電圧が形成されてナンドゲート回路Gに伝えられる。上記他のセル電圧も、上記同様な電圧電流変換回路、電圧緩和回路及び電流電圧変換回路により上記のような電圧信号に変換されてゲート回路Gに入力される。したがって、上記4つのセル電圧V1〜V4のうち、いずれか1つでもPチャンネル型MOSFETのしきい値電圧に対応した参照電圧以下になると、ゲート回路Gからハイレベルの検出信号OUTが形成される。
【0057】
電池片減り対策回路も、上記電圧電流変換回路に対応してMOSFETQ7とソースに設けられ高抵抗R7からなるダミー負荷回路が、セルの直列接続位置に対応して高い電圧側から順に3個、2個及び1個の順で設けられる。
【0058】
図10には、この発明に係る二次電池保護回路の一実施例の全体回路図が示されている。同図において、点線で囲まれた部分に形成された各回路は、公知の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シリコンのような1つの半導体基板上において形成される。
【0059】
特に制限されないが、電池はLiイオン二次電池である。かかる電池を構成するセル毎の電圧V1〜V4が、端子P1〜P5を介して保護回路を構成する半導体集積回路装置ICに供給され、そのうち端子P1とP5から供給される電池電圧を降圧した電圧が動作電圧として利用される。上記セル電圧V4に対応した二次電池の正極側の電極は、そのまま正側の電池パック端子+に接続される。
【0060】
上記セル電圧V1に対応した負極側の電極と負側の電池パック端子−との間には、保護用のスイッチMOSFETQ1とQ2とが直列形態に接続される。スイッチMOSFETQ1は放電保護のスイッチであり、スイッチMOSFETQ2は充電保護用のスイッチである。かかるスイッチMOSFETQ1とQ2のソースは基板(チャンネル)に接続される。それ故、ドレインとチャンネル間のPN接合が寄生ダイオードD1とD2として、上記スイッチMOSFETQ1とQ2にそれぞれ並列形態に設けられる。これらのMOSFETは、それぞれが単体の素子により構成される。
【0061】
上記半導体集積回路装置ICにおいて、端子P1〜P5を介して供給される各セル電圧V1〜V4は、前記実施例のような電池電圧検出回路に供給されて前記のような電圧変換が行われる。この電圧変換された電圧は、アナログ出力とされて、電圧比較回路COMP1の一方の入力端子+に供給される。かかる電圧比較回路COMP1の他方の入力端子−には、図示しない基準電圧発生回路で形成された基準電圧V1が供給される。この電圧検出回路COMP1の検出信号は、ラッチ回路LT1のリセット端子Rに供給される。上記ラッチ回路LT1の出力信号Qは、セット状態のときにハイレベルにされ、リセット状態のときにロウレベルにされる。この出力信号Qは、端子P7介して上記充電保護のスイッチであるMOSFETQ2のゲートに供給される。
【0062】
特に制限されないが、上記電池電圧検出回路で形成されたアナログ出力は、電圧比較回路COMP2の一方の入力端子−に供給される。かかる電圧比較回路COMP2の他方の入力端子+には、図示しない基準電圧発生回路で形成された基準電圧V2が供給される。この電圧比較回路COMP2の出力信号は、オア(論理和)ゲート回路G1を通して上記ラッチ回路LT1のセット端子Sに供給される。上記基準電圧V2は、電池の充電動作を指示する規定の電圧に対応したものとされる。つまり、セル電圧が上記規定の基準電圧V2より低下すると、電圧比較回路COMP2の出力信号がハイレベルに変化し、上記ラッチ回路LT1をセットし、かかるラッチ回路LT1の出力信号Qにより上記過充電保護のスイッチMOSFETQ2をオン状態にさせる。
【0063】
この実施例では、誤って過電圧されたとき、上記電圧比較回路COMP1がこれを検出し、上記ラッチ回路LT1をリセットして上記過充電保護のスイッチMOSFETQ2をオフ状態にさせる。本願発明においては、上記スイッチMOSFETQ2は過充電によって、上記Liが析出されてしまうことによる発熱等により事故を防ぐためであり、それに負荷をつなげて放電させることには何ら問題ないし、むしろ放電させて正常状態に戻すことが望ましいことに着目し、次のような負荷接続を検出する機能が付加される。
【0064】
上記スイッチMOSFETQ2の出力側、言い換えるならば、電池パック端子−の電位がVMが端子P8を介して半導体集積回路ICの内部に取り込まれ、電圧比較回路COMP3の入力端子+に供給される。この電圧比較回路COMP3の他方の入力端子−には、基準電圧V3が供給される。この基準電圧V3は、上記寄生ダイオードD2の順方向電圧Vfを検出するための比較的低い電位にされる。
【0065】
上記過充電によりラッチ回路LT1がリセットされてしまい、その結果MOSFETQ2がオフ状態にされた状態で、電池パック端子+と−との間に負荷(電気機器)を接続させると、上記のような過電圧状態では上記MOSFETQ2と直列形態に接続された過放電保護用はスイッチMOSFETQ1がオン状態であるために、端子T2を基準にした回路の接地電位に対して寄生ダイオードD2を介して電池の負極側に電流が流れ込んで、上記電池パック端子−の電位が上記寄生ダイオードD2の順方向電圧Vfだけ浮き上がる。
【0066】
上記電圧比較回路COMP3は、上記のような放電経路が形成されたこと、言い換えるならば、電池パック端子+と−の間に負荷としての電子機器が接続されて、上記電池パック端子−の電位の浮き上がりを端子P8からの電圧VMにより検出し、その出力信号をロウレベルからハイレベルに変化させる。これにより、オアゲート回路G1を介して上記リセット状態のラッチ回路LT1がセット状態に反転させられるために、その出力信号Qがロウレベルからハイレベルに変化して上記MOSFETQ2が再びオン状態になり、上記負荷に対して電流供給を行うようにすることができる。このような負荷の接続による放電動作によって、自動的に過充電状態も開放されて電圧比較回路COMP1の出力もロウレベルに復帰する。上記抵抗R7は、端子P5での静電破壊防止等のために付加されているが、省略してもよい。
【0067】
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。すなわち、
(1) 複数個の二次電池を直列接続して、上記複数個の二次電池に対応した高い電池電圧を形成する二次電池の保護回路であって、電流電圧変換回路において複数個のMOSFETを直列接続してそれぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担し、かつ、上記電池電圧に対応した電流信号を形成し、電圧緩和回路において上記直列接続された複数のMOSFETの相互接続点における電圧がゲートに印加された複数のMOSFETを用い、それぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担することにより格別な高耐圧化を施すことなくそのゲート絶縁破壊を防止し、上記電流を受ける電流電圧変換回路において上記電流信号をMOSFETのゲート耐圧電圧以下の低電圧の電圧信号に変換し、上記電流電圧変換回路を通した電圧を測定して上記二次電池の過電圧状態又は過放状態のいずれか少なくとも1つを簡単な回路で検出することができるという効果が得られる。
【0068】
(2) 上記電圧電流変換回路として、複数の二次電池の各電池電圧が両端に印加され、ゲートとドレインが接続されて上記電池電圧に対応した電流を流すようにされた2つのMOSFETと、上記2つのMOSFETのうちのいずれか1つのMOSFETとゲート及びソースが共通接続された電流出力用MOSFETとを用いることにより、格別な高耐圧化を施したMOSFETを用いることなく各電池電圧に対応した電流信号を形成することができるという効果が得られる。
【0069】
(3) 上記電圧緩和回路として、上記各二次電池の相互接続点の電位がゲートに印加され、上記電流出力用MOSFETと直列形態に接続されるMOSFETを用いることにより、上記形成された電流信号を格別な高耐圧化を施したMOSFETを用いることない電簡単な回路により取り出すことができるという効果が得られる。
【0070】
(4) 上記電圧電流変換回路を上記直列形態に接続された各電池電圧に対応した複数の電流出力用MOSFETを設け、上記電圧緩和回路を複数の電池電圧のうち2個以上の電池電圧が加算されるものに設け、上記電流電圧変換回路を上記各電池電圧に対応した複数の電流出力用MOSFETに対応した複数個を設けることにより、格別な高耐圧化を施したMOSFETを用いることなく簡単な回路で各電池電圧(セル)に対応した電圧検出が可能になるという効果が得られる。
【0071】
(5) 上記複数個の電流電圧変換回路の出力電圧を、電池選択回路を通して1つを選択して出力させることにより、判定回路の簡素化を図ることができるという効果が得られる。
【0072】
(6) 上記電圧電流変換回路として、複数の二次電池の各電池電圧の一方の電圧がソース側に印加され、ゲートとドレインが接続された第1MOSFETと、上記各電池電圧の他方の電圧がゲートに印加され、そのソースが上記MOSFETのドレインに接続された第2MOSFETを用い、上記第2のMOSFETを上記電圧緩和回路も兼ねるようにすることにより、回路の簡素化を図ることができるという効果が得られる。
【0073】
(7) 上記第1MOSFETには、同じサイズでゲートとドレインが接続されたMOSFETを更に直列に接続することにより、各MOSFETに印加される電圧をセル電圧の1/2ずつ分担させることができるという効果が得られるから、素子破壊に対する信頼性を高くすることができるという効果が得られる。
【0074】
(8) 上記電圧電流変換回路を構成するMOSFETのうち、各電池電圧の一方の電圧にゲートとドレインが供給されるMOSFETは、活性化信号によりスイッチ制御されるMOSFETにより、上記各電池電圧の一方の電圧と他方の電圧とを選択的に印加し、上記電圧電流変換回路の動作が上記活性化信号に対応して動作状態と非動作状態に切り替え可能にすることにより、保護動作が必要なときにのみ回路を動作させることができるので消費電流を低減させることができるという効果が得られる。
【0075】
(9) 上記各電池電圧は、複数の二次電池が均等に消耗するよう電流を流すダミー負荷回路を設けて電池片減り対策回路が設けることにより、二次電池セル単位での電圧保護動作を効果的に行うようにすることができるという効果が得られる。
【0076】
(10) 上記分圧回路は、第1のしきい値電圧を持つMOSFETと、上記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧を持つMOSFETとが一対として分圧電圧を形成し、上記電流出力用MOSFETも上記分圧回路に対応して上記第1と第2のしきい値電圧を持つMOSFETが対として構成することにより、各セル電圧の低電圧領域までの動作を可能にすることができるという効果が得られる。
【0077】
(11) 上記電圧電流変換回路として、複数個の二次電池に対応した高い電池電圧が両端に印加され、ゲートとドレインとが接続されることによってダイオード接続された複数のMOSFETからなる分圧回路と、上記分圧電圧がゲートとソース間に印加されて電流信号に変換して出力する電流出力用MOSFETを用い、上記電圧緩和回路として上記分圧回路で形成された分圧電圧がゲートに印加された直列形態のMOSFETを用いることにより、外部端子数を削減しつつ格別な高耐圧化を施したMOSFETを用いることなく電池電圧に対応した電流信号を形成することができるという効果が得られる。
【0078】
(12) 上記電圧電流変換回路として、複数の二次電池の各電池電圧の一方の電圧が抵抗を介してソースに印加され、ゲートに上記各電池電圧の他方の電圧が印加されて各電池電圧に対応した電流を流すようにされたMOSFETを用い、上記電圧緩和回路として、上記ゲートが接続された電圧よりも低い各二次電池の相互接続点の電位がゲートに印加され、上記電流出力用MOSFETと直列形態に接続されるMOSFETを用いることにより、回路の簡素化が図られるとともに上記MOSFETのしきい値電圧を検出電圧として利用できるから電圧比較回路が不要にできるという効果が得られる。
【0079】
(13) 上記電流電圧変換回路を通した電圧に基づき、上記過電圧状態を検出する第1の電圧検出回路と、上記二次電池の負荷側の負極端子側の電位を受け、その浮き上がりを検出する第2の電圧検出回路と、上記第1の電圧検出回路の検出信号により一方のレベルに安定し、上記第2の電圧検出回路の検出信号により他方のレベルに反転させられるラッチ回路と、上記ラッチ回路の一方のレベルでの安定状態における出力信号によりオフ状態にされ、上記他方のレベルでの安定状態における出力信号によりオン状態にされ、かつ上記二次電池の負極側の電流経路に直列に挿入された過充電保護スイッチと、上記過充電保護スイッチの両端に設けられ、充電動作時の電流方向とは逆方向に電流を流すようにされた一方向性素子とを更に設けることにより、高耐圧化を施したMOSFETを用いることなく、かつ使い勝手のよい保護回路を構成することができるという効果が得られる。
【0080】
(14) 上記二次電池保護回路を、電池パックとしてリチュウムイオン電池と一体的に組み込むことにより、高い信頼性で使い勝手のよい二次電池を得ることができるという効果が得られる。
【0081】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、電池セルを直列接続する数は、それが用いられる携帯用電子機器等の負荷回路に対応して設定されればよい。過充電状態を防止するための各セル電圧は、4.3V程度に制限するというように安全性を高めるためのマージンを持たせたものであってもよい。前記電池電流経路に設けられた保護回路を構成するスイッチ素子は、MOSFETの他にバイポーラ型トランジスタや他のスイッチ素子を用いるようにしてもよい。上記MOSFETの場合には、ドレインとソース間の寄生ダイオードを利用することができるが、このような寄生ダイオードが無いときには、それと同等な電流を流すようなダイオードを各スイッチに並列的に設けるようにすればよい。
【0082】
前記電圧変換回路で形成された電圧が充電すべき電圧まで低下したことを検出し、それを携帯電子装置等に警告信号として伝える等の端子を設けるようにするものであってもよい。この発明は、二次電池保護回路として広く利用することができる。
【0083】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、複数個の二次電池を直列接続して、上記複数個の二次電池に対応した高い電池電圧を形成する二次電池の保護回路であって、電流電圧変換回路において複数個のMOSFETを直列接続してそれぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担し、かつ、上記電池電圧に対応した電流信号を形成し、電圧緩和回路において上記直列接続された複数のMOSFETの相互接続点における電圧がゲートに印加された複数のMOSFETを用い、それぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担することにより格別な高耐圧化を施すことなくそのゲート絶縁破壊を防止し、上記電流を受ける電流電圧変換回路において上記電流信号をMOSFETのゲート耐圧電圧以下の低電圧の電圧信号に変換し、上記電流電圧変換回路を通した電圧を測定して上記二次電池の過電圧状態又は過放状態のいずれか少なくとも1つを簡単な回路で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るこの発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の一実施例を示す基本的回路図である。
【図2】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の一実施例を示す具体的回路図である。
【図3】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例を示す具体的回路図である。
【図4】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例を示す具体的回路図である。
【図5】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例を示す具体的回路図である。
【図6】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例を示す具体的回路図である。
【図7】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例を示す具体的回路図である。
【図8】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の他の一実施例を示す具体的回路図である。
【図9】この発明に係る二次電池保護回路に設けられる電池電圧検出回路の更に他の一実施例を示す具体的回路図である。
【図10】図10には、この発明に係る二次電池保護回路の一実施例を示す全体回路図である。
【符号の説明】
Q1〜Q30…MOSFET、R1〜R7…抵抗、LT1,LT2…ラッチ回路、G1〜G3…論理ゲート回路、IV1…インバータ回路、COMP1〜CPMP4…電圧比較回路、D1,D2…ダイオード。
Claims (14)
- 複数個の二次電池を直列接続して、上記複数個の二次電池に対応した高い電池電圧を形成する二次電池に設けられる二次電池保護回路であって、
複数個のMOSFETが直列接続されることによって、それぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担し、かつ、上記電池電圧に対応した電流信号を形成する電圧電流変換回路と、
上記直列接続された複数のMOSFETの相互接続点における電圧がゲートに印加される複数のMOSFETを用い、それぞれのゲート絶縁膜に印加される電圧を相互に分担しつつ、上記電圧電流変換回路で形成された電流を伝える電圧緩和回路と、
上記電圧緩和回路を通した電流を受け、MOSFETのゲート耐圧電圧以下の低電圧の電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
上記電流電圧変換回路を通した電圧を測定して上記二次電池の過電圧状態又は過放状態のいずれか少なくとも1つを検出する電圧測定回路を備えてなることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項1において、
上記電圧電流変換回路は、
複数の二次電池の各電池電圧が両端に印加され、ゲートとドレインが接続されて上記電池電圧に対応した電流を流すようにされた2つのMOSFETと、
上記2つのMOSFETのうちのいずれか1つのMOSFETとゲート及びソースが共通接続された電流出力用MOSFETからなることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項1において、
上記電圧緩和回路は、
上記各二次電池の相互接続点の電位がゲートに印加され、上記電流出力用MOSFETと直列形態に接続されるMOSFETからなることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項3において、
上記電圧電流変換回路は、
上記直列形態に接続された各電池電圧に対応した複数の電流出力用MOSFETを備え、
上記電圧緩和回路は、複数の電池電圧のうち、2個以上の電池電圧が加算されるものに設けられるものであり、
上記電流電圧変換回路は、上記各電池電圧に対応した複数の電流出力用MOSFETに対応した複数個が設けられるものであることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項4において、
上記複数個の電流電圧変換回路の出力電圧は、電池選択回路を通して1つが選ばれて出力されるものであることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項2において、
上記電圧電流変換回路は、
複数の二次電池の各電池電圧の一方の電圧がソース側に印加され、ゲートとドレインが接続された第1MOSFETと、
上記各電池電圧の他方の電圧がゲートに印加され、そのソースが上記MOSFETのドレインに接続された第2MOSFETからなり、
上記第2のMOSFETは上記電圧緩和回路も兼ねるものであることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項6において、
上記第1MOSFETには、同じサイズでゲートとドレインが接続されたMOSFETが更に直列に接続されるものであることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項2ないし請求項7のいずれかにおいて、
上記電圧電流変換回路を構成するMOSFETのうち、各電池電圧の一方の電圧にゲートとドレインが供給されるMOSFETは、活性化信号によりスイッチ制御されるMOSFETにより、上記各電池電圧の一方の電圧と他方の電圧とが選択的に印加されて、上記電圧電流変換回路の動作が上記活性化信号に対応して動作状態と非動作状態に切り替え可能にされるものであることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項8において、
上記各電池電圧は、複数の二次電池が均等に消耗するよう電流を流すダミー負荷回路からなる電池片減り対策回路が設けられるものであることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項2において、
上記分圧回路は、第1のしきい値電圧を持つMOSFETと、上記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧を持つMOSFETとが一対とされて分圧電圧を形成するものであり、
上記電流出力用MOSFETも上記分圧回路に対応して上記第1と第2のしきい値電圧を持つMOSFETが対とされて構成されることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項1において、
上記電圧電流変換回路は、
複数個の二次電池に対応した高い電池電圧が両端に印加され、ゲートとドレインとが接続されることによってダイオード接続された複数のMOSFETからなる分圧回路と、上記分圧電圧がゲートとソース間に印加されて電流信号に変換して出力する電流出力用MOSFETからなり、
上記電圧緩和回路は、上記分圧回路で形成された分圧電圧がゲートに印加された直列形態のMOSFETからなることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項1において、
上記電圧電流変換回路は、
複数の二次電池の各電池電圧の一方の電圧が抵抗を介してソースに印加され、ゲートに上記各電池電圧の他方の電圧が印加されて各電池電圧に対応した電流を流すようにされたMOSFETからなり、
上記電圧緩和回路は、
上記ゲートが接続された電圧よりも低い各二次電池の相互接続点の電位がゲートに印加され、上記電流出力用MOSFETと直列形態に接続されるMOSFETからなることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項1ないし請求項12のいずれかにおいて、
上記電流電圧変換回路を通した電圧に基づき、上記過電圧状態を検出する第1の電圧検出回路と、
上記二次電池の負荷側の負極端子側の電位を受け、その浮き上がりを検出する第2の電圧検出回路と、
上記第1の電圧検出回路の検出信号により一方のレベルに安定し、上記第2の電圧検出回路の検出信号により他方のレベルに反転させられるラッチ回路と、
上記ラッチ回路の一方のレベルでの安定状態における出力信号によりオフ状態にされ、上記他方のレベルでの安定状態における出力信号によりオン状態にされ、かつ上記二次電池の負極側の電流経路に直列に挿入された過充電保護スイッチと、
上記過充電保護スイッチの両端に設けられ、充電動作時の電流方向とは逆方向に電流を流すようにされた一方向性素子とを更に備えてなることを特徴とする二次電池保護回路。 - 請求項13において、
上記二次電池保護回路は、電池パックとしてリチュウムイオン電池と一体的に組み込まれるものであることを特徴とする二次電池保護回路。
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