JP3965834B2 - 二次電池の保護回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池の保護回路に係り、特に、リチウム・イオン電池等の二次電池の過充電を検出したとき充電を停止して二次電池を保護する二次電池の保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
リチウム・イオン電池は、ニッカド電池やニッケル水素蓄電池と比較し、約3倍の作動電圧であり、重量エネルギー密度で約2倍のエネルギー密度を有し、体積エネルギー密度も大きい。従って、同一のエネルギーを有するその他の電池と比較して、小型でしかも軽い電池である。この軽いということから、ビデオカメラ、携帯電話、PHS、ノート型パソコン等の携帯用電気機器に多く、使用されている。
【0003】
リチウム・イオン電池には、安全性と電池の性能を十分に引き出すために、保護回路が使用されている。この保護回路は、充電時にリチウム・イオン電池の過充電を検出したとき充電を停止させる。
図2は、従来の二次電池の保護回路の一例の回路図を示す。同図中、プラスの電源端子10とマイナスの電源端子12との間にリチウム・イオン電池14が接続される。この電源端子10は、半導体集積回路(IC)16内のコンパレータ18の反転入力端子に接続されている。コンパレータ18の非反転入力端子には定電圧源20からリチウム・イオン電池の過充電検出用の基準電圧VTH1が供給されている。コンパレータ18は、電源端子10の電圧が基準電圧VTH1以下のときハイレベルで、電源端子10の電圧が基準電圧VTH1を超えるとローレベルの信号を出力する。
【0004】
コンパレータ18の出力信号はnpnトランジスタQ1のベースに供給される。トランジスタQ1はエミッタを接地され、コレクタをpnpトランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタQ2はコレクタをベースと接続するダイオード接続されると共に、そのベースをpnpトランジスタQ3のベースと接続されてカレントミラー回路を構成しており、トランジスタQ2,Q3のエミッタは電源端子10に接続され、トランジスタQ3のコレクタは出力端子22に接続されており、出力端子22から過充電検出信号が出力される。また、トランジスタQ3のコレクタは半導体集積回路16の外部で抵抗R1の一端及び過充電防止用MOSトランジスタQ5のゲートに接続され、抵抗R1の他端はマイナスの電源端子12に接続されており、過充電検出信号は過充電防止用MOSトランジスタQ5のゲートに供給される。
【0005】
また、電源端子10は、半導体集積回路(IC)16内の過放電検出部24に接続されている。過放電検出部24は、電源端子10の電圧が基準電圧VTH2以上のときハイレベルで、電源端子10の電圧が基準電圧VTH2未満となるとローレベルの過放電検出信号を出力する。過放電検出信号は半導体集積回路16の外部で過放電防止用MOSトランジスタQ4のゲートに供給される。
【0006】
リチウム・イオン電池14の負電極は過放電防止用MOSトランジスタQ4のソースに接続され、MOSトランジスタQ4のドレインは過充電防止用MOSトランジスタQ5のドレインに接続され、過充電防止用MOSトランジスタQ5のソースはマイナスの電源端子12に接続されている。なお、リチウム・イオン電池14の負電極の電位が接地電位とされている。また、MOSトランジスタQ4,Q5それぞれはゲートがサブストレートに接続されているため、ドレイン・ソース間には等価的にボディダイオードD4,D5が接続されている。
【0007】
ここで、過放電検出信号は電源端子10の電圧が基準電圧VTH2以上のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池14が過放電状態でない限り過放電防止用MOSトランジスタQ4はオンしている。また、過充電検出信号は電源端子10の電圧が基準電圧VTH1以下のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池14が過充電状態とならない限り過充電防止用MOSトランジスタQ5はオンしている。
【0008】
更に、電源端子10,12間に図示しない充電回路を接続してリチウム・イオン電池14を充電しているときに、リチウム・イオン電池14が過充電されるとコンパレータ18の出力信号がローレベルとなり、トランジスタQ1がオフする。このため、トランジスタQ2,Q3がオフし、出力端子22からローレベルの過充電検出信号が出力される。これによって、過充電防止用MOSトランジスタQ5がオフし、リチウム・イオン電池14のそれ以上の充電が停止される。
なお、例えば特開平11−178207号公報には、過放電検出後の過充電検出回路の無駄な電源の消費をなくす技術が記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来回路では、リチウム・イオン電池14が過充電され充電が停止された状態で、電源端子10,12間にビデオカメラ、携帯電話、PHS、ノート型パソコン等の負荷が接続されると、この状態では過放電防止用MOSトランジスタQ4はオンしているため、また、過充電防止用MOSトランジスタQ5のボディダイオードD5がオンするために、リチウム・イオン電池14からの電流がボディダイオードD5を通って上記負荷に流れる。
【0010】
この場合、リチウム・イオン電池14の放電電流が上記負荷に流れることは何ら問題ないのであるが、この放電電流が過充電防止用MOSトランジスタQ5ではなく、そのボディダイオードD5を流れるために、過充電防止用MOSトランジスタQ5が発熱する。この発熱のため、過充電防止用MOSトランジスタQ5が劣化するという問題があった。
【0011】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、過充電時に負荷が接続されたときに過充電防止用MOSトランジスタのボディダイオードに電流が流れサブストレートが発熱して劣化することを防止する二次電池の保護回路を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、二次電池(14)の充電電圧を第1の基準電圧と比較して前記二次電池の過充電を検出するコンパレータ(18)と、前記コンパレータ(18)の出力により過充電検出時にオフする第1のトランジスタ(Q1)と、前記第1のトランジスタ(Q1)のオフによりオフする第2のトランジスタ(Q2)と、前記第2のトランジスタ(Q2)と共にカレントミラー回路を構成し過充電検出信号を出力する第3のトランジスタ(Q3)とで構成される過充電検出手段と、
前記過充電検出手段の出力する過充電信号に基づいて過充電時にオフし、前記二次電池(14)の充電を停止させる過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)とを有する二次電池の保護回路において、
前記過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)で等価的に構成されるボディダイオード(D5)を通しての前記二次電池(14)の放電を検出する放電検出手段(30)と、
前記放電検出手段(30)の出力により放電検出時にオンして前記第2のトランジスタ(Q2)をオンする第4のトランジスタ(Q10)で構成され、前記第4のトランジスタ(Q10)のオンにより前記第2及び第3のトランジスタ(Q2,Q3)をオンすることで前記過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)をオンして前記二次電池(14)の放電を行わせる放電手段とを有する。
【0013】
このように、過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)で等価的に構成されるボディダイオード(D5)を通しての二次電池(14)の放電を検出し、放電検出時に過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)をオンして二次電池の放電を行わせるため、過充電時に負荷が接続されたときに過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)のボディダイオード(D5)に電流が流れてサブストレートが発熱することがなく、サブストレートの発熱による過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)の劣化を防止することができる。
【0014】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の二次電池の保護回路において、
前記放電検出手段(30)は、前記過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)による降下電圧を第2の基準電圧と比較して前記二次電池(14)の放電を検出する。
このように、過充電防止用MOSトランジスタ(Q5)による降下電圧を第2の基準電圧と比較することにより、二次電池(14)の放電を精度良く検出することができる。
【0015】
なお、上記括弧内の符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎない。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の二次電池の保護回路の一実施例の回路図を示す。同図中、図2と同一部分には同一符号を付す。図1において、プラスの電源端子10とマイナスの電源端子12との間にリチウム・イオン電池14が接続される。この電源端子10は、半導体集積回路(IC)16内のコンパレータ18の反転入力端子に接続されている。コンパレータ18の非反転入力端子には定電圧源20からリチウム・イオン電池の過充電検出用の基準電圧VTH1が供給されている。コンパレータ18は、電源端子10の電圧が基準電圧VTH1以下のときハイレベルで、電源端子10の電圧が基準電圧VTH1を超えると、ローレベルの信号を出力する。
【0017】
コンパレータ18の出力信号はnpnトランジスタQ1のベースに供給される。トランジスタQ1はエミッタを接地され、コレクタをpnpトランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタQ2はコレクタをベースと接続するダイオード接続されると共に、そのベースをpnpトランジスタQ3のベースと接続されてカレントミラー回路を構成しており、トランジスタQ2,Q3のエミッタは電源端子10に接続され、トランジスタQ3のコレクタは出力端子22に接続されており、出力端子22から過充電検出信号が出力される。また、トランジスタQ3のコレクタは半導体集積回路16の外部で抵抗R1の一端及び過充電防止用MOSトランジスタQ5のゲートに接続され、抵抗R1の他端はマイナスの電源端子12に接続されており、過充電検出信号は過充電防止用MOSトランジスタQ5のゲートに供給される。
【0018】
また、電源端子10は、半導体集積回路(IC)16内の過放電検出部24に接続されている。過放電検出部24は、電源端子10の電圧が基準電圧VTH2以上のときハイレベルで、電源端子10の電圧が基準電圧VTH2未満となるとローレベルの過放電検出信号を出力する。過放電検出信号は半導体集積回路16の外部で過放電防止用MOSトランジスタQ4のゲートに供給される。
【0019】
更に、マイナスの電源端子12は半導体集積回路16内のコンパレータ30の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ30の反転入力端子には定電圧源32から放電検出用の基準電圧VTH3が供給されている。コンパレータ30は、電源端子12とリチウム・イオン電池14の負電極との間の電圧が基準電圧VTH3を超えたときハイレベルで、基準電圧VTH3以下のときローレベルの信号を出力する。
【0020】
この基準電圧VTH3は、MOSトランジスタQ4及びQ5のオン時のMOSトランジスタQ4,Q5による電圧降下より大きく、かつ、MOSトランジスタQ5のボディダイオードD5がオンしたときのボディダイオードD5による電圧降下より小さく設定されている。このため、コンパレータ30は、ボディダイオードD5がオンして放電電流を流している状態を検出してハイレベルの放電検出信号を出力する。
【0021】
上記放電検出信号はnpnトランジスタQ10のベースに供給される。トランジスタQ10はコレクタをトランジスタQ1のコレクタと共通接続され、エミッタを接地されている。従って、ボディダイオードD5がオンして放電電流を流している状態を検出してハイレベルの放電検出信号が出力されると、たとえトランジスタQ1がオフしていても、トランジスタQ10がオンすることによりトランジスタQ2,Q3がオンして過放電検出信号は強制的にハイレベルとされる。
【0022】
リチウム・イオン電池14の負電極は過放電防止用MOSトランジスタQ4のソースに接続され、MOSトランジスタQ4のドレインは過充電防止用MOSトランジスタQ5のドレインに接続され、過充電防止用MOSトランジスタQ5のソースはマイナスの電源端子12に接続されている。なお、リチウム・イオン電池14の負電極の電位が接地電位とされている。また、MOSトランジスタQ4,Q5それぞれはゲートがサブストレートに接続されているため、ドレイン・ソース間には等価的にボディダイオードD4,D5が接続されている。
【0023】
ここで、過放電検出信号は電源端子10の電圧が基準電圧VTH2以上のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池14が過放電状態でない限り過放電防止用MOSトランジスタQ4はオンしている。また、過充電検出信号は電源端子10の電圧が基準電圧VTH1以下のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池14が過充電状態とならない限り過充電防止用MOSトランジスタQ5はオンしている。
【0024】
更に、電源端子10,12間に図示しない充電回路を接続してリチウム・イオン電池14を充電しているときに、リチウム・イオン電池14が過充電されるとコンパレータ18の出力信号がローレベルとなり、トランジスタQ1がオフする。このため、トランジスタQ2,Q3がオフし、出力端子22は外付けの抵抗R1によりローレベルとなる。これによって、過充電防止用MOSトランジスタQ5がオフし、リチウム・イオン電池14のそれ以上の充電が停止される。
【0025】
ところで、リチウム・イオン電池14が過充電され充電が停止された状態で、電源端子10,12間にビデオカメラ、携帯電話、PHS、ノート型パソコン等の負荷が接続されると、この状態では過放電防止用MOSトランジスタQ4はオンしているため、また、過充電防止用MOSトランジスタQ5のボディダイオードD5がオンするために、リチウム・イオン電池14からの電流がボディダイオードD5を通って上記負荷に流れる。
【0026】
しかし、リチウム・イオン電池14からの放電電流がボディダイオードD5を流れるために、コンパレータ30はハイレベルの放電検出信号を出力し、これによって、トランジスタQ10がオンすることによりトランジスタQ2,Q3がオンして過放電検出信号は強制的にハイレベルとされる。従って、過充電防止用MOSトランジスタQ5がオンし、リチウム・イオン電池14からの放電電流は過充電防止用MOSトランジスタQ5を通して負荷に流れるので、過充電防止用MOSトランジスタQ5のサブストレートが発熱することはなく、過充電防止用MOSトランジスタQ5の劣化を防止することができる。
【0027】
なお、実施例における、過放電検出部24及び過放電防止用MOSトランジスタQ4は、必ずしも設ける必要はなく、上記実施例に限定されない。
なお、コンパレータ18が請求項記載の過充電検出手段に対応し、コンパレータ30が放電検出手段に対応し、トランジスタQ10が放電手段に対応する。
【0028】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1に記載の発明は、過充電防止用MOSトランジスタで等価的に構成されるボディダイオードを通しての前記二次電池の放電を検出する放電検出手段と、
前記放電検出手段の出力により放電検出時にオンして第2のトランジスタをオンする第4のトランジスタで構成され、第4のトランジスタのオンにより第2及び第3のトランジスタをオンすることで前記過充電防止用MOSトランジスタをオンして前記二次電池の放電を行わせる放電手段とを有する。
【0029】
このように、過充電防止用MOSトランジスタで等価的に構成されるボディダイオードを通しての二次電池の放電を検出し、放電検出時に過充電防止用MOSトランジスタをオンして二次電池の放電を行わせるため、過充電時に負荷が接続されたときに過充電防止用MOSトランジスタのボディダイオードに電流が流れてサブストレートが発熱することがなく、サブストレートの発熱による過充電防止用MOSトランジスタの劣化を防止することができる。
【0030】
請求項2に記載の発明では、放電検出手段は、前記過充電防止用MOSトランジスタによる降下電圧を第2の基準電圧と比較して前記二次電池の放電を検出する。
このように、過充電防止用MOSトランジスタによる降下電圧を第2の基準電圧と比較することにより、二次電池の放電を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二次電池の保護回路の一実施例の回路図である。
【図2】従来の二次電池の保護回路の一例の回路図である。
【符号の説明】
10 プラスの電源端子
12 マイナスの電源端子
14 リチウム・イオン電池
16 半導体集積回路
18,30 コンパレータ
20,32 定電圧源
22 出力端子
24 過放電検出部
Q1,Q10 npnトランジスタ
Q2,Q3 pnpトランジスタ
Q4 過放電防止用MOSトランジスタ
Q5 過充電防止用MOSトランジスタ
D4,D5 ボディダイオード
Claims (2)
- 二次電池の充電電圧を第1の基準電圧と比較して前記二次電池の過充電を検出するコンパレータと、前記コンパレータの出力により過充電検出時にオフする第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタのオフによりオフする第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタと共にカレントミラー回路を構成し過充電検出信号を出力する第3のトランジスタとで構成される過充電検出手段と、
前記過充電検出手段の出力する過充電検出信号に基づいて過充電時にオフし、前記二次電池の充電を停止させる過充電防止用MOSトランジスタとを有する二次電池の保護回路において、
前記過充電防止用MOSトランジスタで等価的に構成されるボディダイオードを通しての前記二次電池の放電を検出する放電検出手段と、
前記放電検出手段の出力により放電検出時にオンして前記第2のトランジスタをオンする第4のトランジスタで構成され、前記第4のトランジスタのオンにより前記第2及び第3のトランジスタをオンすることで前記過充電防止用MOSトランジスタをオンして前記二次電池の放電を行わせる放電手段とを
有することを特徴とする二次電池の保護回路。 - 請求項1記載の二次電池の保護回路において、
前記放電検出手段は、前記過充電防止用MOSトランジスタによる降下電圧を第2の基準電圧と比較して前記二次電池の放電を検出する
ことを特徴とする二次電池の保護回路。
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