JP4682643B2

JP4682643B2 - 保護回路及び保護方法

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Publication number: JP4682643B2
Application number: JP2005049479A
Authority: JP
Inventors: 治川越; 亮池内; 秀憲田中
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: US20060187602A1; JP2006238599A

Description

本発明は保護回路及び保護方法に係り、特に、電源の電圧の異常を検出したときに、前記電源に接続されたヒューズを溶断する指示を出力する保護回路及び保護方法に関する。

異常を検出したときに、ヒューズを溶断することにより、電源から回路を遮断し、回路を保護する保護回路がある。この種の保護回路としては、例えば、電池を過充電状態から保護する過充電保護回路がある。

図５は電池保護システムの一例のブロック図を示す。

電池保護システム１００は、電池１１１−１〜１１１−４、保護ＩＣ１１２、ヒューズ装置１１３、負荷１１４、抵抗Ｒ、キャパシタＣ、遅延用キャパシタＣｔ、トランジスタＭから構成される。

電池１１１−１〜１１１−４は、複数直列に接続されており、正極側がヒューズ装置１１３を介して端子Ｔ+に接続され、負極側が端子Ｔ-に接続されている。

電池１１１−１とヒューズ装置１１３との接続点及び電池１１１−１との接続点は、抵抗Ｒを介して保護ＩＣ１１２に接続されている。また、保護ＩＣ１１２の検出端子Ｔｓ間には、キャパシタＣが接続されている。電池１１１−１は、抵抗Ｒ及びキャパシタＣによる積分回路を介して保護ＩＣ１１２の検出端子Ｔs1と検出端子Ｔs2との間に接続されている。電池１１１−２は、抵抗Ｒ及びキャパシタＣによる積分回路を介して保護ＩＣ１１２の検出端子Ｔs2と検出端子Ｔs3との間に接続されている。電池１１１−３は、抵抗Ｒ及びキャパシタＣによる積分回路を介して保護ＩＣ１１２の検出端子Ｔs3と検出端子Ｔs4との間に接続されている。電池１１１−４は、抵抗Ｒ及びキャパシタＣによる積分回路を通して保護ＩＣ１１２の検出端子Ｔs4と検出端子Ｔs5との間に接続されている。

保護ＩＣ１１２は、端子Ｔctに遅延用キャパシタＣtが接続されており、出力端子ＴoutにトランジスタＭのゲートが接続されている。保護ＩＣ１１２は、電池１１１−１〜１１−４の各々の両端の電圧を検出して、電池１１１−１〜１１１−４各々の過充電状態を検出する。保護ＩＣ１１２は、電池１１１−１〜１１１−４のうちいずれか一つでも過充電状態が検出されたときには、端子Ｔctに接続された遅延用キャパシタＣtにより決定される所定の遅延時間だけ遅延した後に出力端子Ｔoutの出力を反転する。出力端子Ｔoutの出力が反転することによって、トランジスタＭがオンする。

トランジスタＭは、ソース及びバックゲートが端子Ｔ-に接続され、ドレインがヒューズ装置１１３に接続されている。ヒューズ装置１１３は、ヒューズＦ１、Ｆ２及びヒータＨ１、Ｈ２から構成されている。ヒューズＦ１、Ｆ２は、電池１１１と端子Ｔ+との間に直列に接続されている。ヒータＨ１、Ｈ２は、互いに並列に接続されており、ヒータＨ１、Ｈ２からなる並列回路は、ヒューズＦ１とヒューズＦ２との接続点とトランジスタＭのドレインとの間に直列に接続されている。また、ヒータＨ１はヒューズＦ１に対向して配置され、ヒータＨ２はヒューズＦ２に対向して配置されている。

端子Ｔ+と端子Ｔ-との間には、例えば、充電器１１４が接続される。充電器１１４は、電池１１１−１〜１１１−４を充電する。保護ＩＣ１１２が過充電状態となると、ヒュ-ザ装置１１３に電流を流して、内蔵されたヒューズＦ１、Ｆ２を溶断することにより、充電器１１４から電池１１１−１〜１１１−４を切断し、電池１１１−1〜１１１−４を保護する。

しかるに、従来のこの種の保護回路では、電池の接続段数などによってヒータへの供給電圧が変化するため、ヒータの発熱量が変わり、よって、ヒューズの溶断にかかる時間が変わっていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、異常検出からヒューズの溶断にかかる時間を一定にできる保護回路を提供すること目的とする。

本発明は、電源電圧の異常を検出したときに、電源（１１１−１〜１１１−４）に接続されたヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を溶断する指示を出力する保護回路において、電源電圧の状態を検出し、状態に応じて電源電圧の異常を検出してからヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を溶断する指示を出力するまでの時間を制御する時間制御手段（２２１−１〜２２１−４、２２２、２２３）を有することを特徴とする。

時間制御手段（２２１−１〜２２１−４、２２２、２２３）は、電源電圧を検出する電源電圧検出手段（２２１−１〜２２１−４、２２２）と、電源電圧検出手段（２２１−１〜２２１−４、２２２）により検出された電源電圧に応じて電源電圧の異常を検出してからヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を溶断する指示を出力するまでの時間を制御する遅延手段（２２３）を有することを特徴とする。

遅延手段（２２３）は、電源電圧の異常を検出してからヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）が溶断するまでの時間が一定になるように電源電圧検出手段が検出された電源電圧に応じて電源電圧の異常を検出してからヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を溶断する指示を出力するまでの時間を制御することを特徴とする。

電源（１１１−１〜１１１−４）は、電池から構成されたことを特徴とする。

電源（１１１−１〜１１１−４）の電圧の異常を検出したときに、電源（１１１−１〜１１１−４）に接続されたヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を溶断することにより、電源（１１１−１〜１１１−４）を保護する保護方法において、電源（１１１−１〜１１１−４）の電圧の状態を検出し、状態に応じて電源電圧の異常を検出してからヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を溶断するまでの時間を一定に制御することを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、電源の電圧を検出し、検出電圧に応じて電源電圧の異常を検出してからヒューズを溶断する指示を出力するまでの時間を制御することにより、異常を検出してからヒューズを溶断するまでの時間を一定でき、よって、製品の品質を向上させることが可能となる。

〔システム構成〕
図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。

本実施例の電池保護システム２００は、保護ＩＣ２１２の構成が異なる。本実施例の保護ＩＣ２１２は、電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧を検出して、検出された直流電圧に応じて、過充電が検出されてからヒューズＦ１、Ｆ２が溶断されるまでの時間が一定になるように、過充電が検出されてからヒューズ装置１１３にヒューズＦ１、Ｆ２の溶断を指示するまでの時間を制御する。

〔保護ＩＣ２１２〕
図２は保護ＩＣ２１２のブロック構成図を示す。

本実施例の保護ＩＣ２１２は、４本の電池１１１−１〜１１１−４を過充電から保護する保護回路であり、過充電検出部２２１−１〜２２１−４、論理和ゲート２２２、遅延回路２２３、出力制御部２２４、インバータ２２５から構成されている。

過充電検出部２２１−１は、端子Ｔs1と端子Ｔs2との間に接続され、端子Ｔs1と端子Ｔs2との間の電圧を検出することにより電池１１１―１の過充電を検出する回路である。過充電検出部２２１−１は、抵抗Ｒ11、Ｒ12、電流源２３１、ツェナーダイオードＤｚ、コンパレータ２３２から構成されている。抵抗Ｒ11、Ｒ12は、端子Ｔs1と端子Ｔs2との間に直列に接続されており、端子Ｔs1と端子Ｔs2と間の電圧を抵抗分割し、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点より出力する。抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点は、コンパレータ２３２の非反転入力端子に接続されている。電流源２３１とツェナーダイオードＤｚとは、端子Ｔs1と端子Ｔs2との間に直列に接続されており、端子Ｔs1と端子Ｔs2との間の電圧から基準電圧を生成する。基準電圧は、電流源２３１ツェナーダイオードＤｚとの接続点から出力される。電流源２３１とツェナーダイオードＤｚとの接続点に発生した基準電圧は、コンパレータ２３２の反転入力端子に供給される。コンパレータ２３２は、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点に発生する検出電圧と電流源２３１とツェナーダイオードＤｚとの接続点に発生する基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧より小さいと、出力をローレベルとし、検出電圧が基準電圧より大きいと出力をハイレベルとする。コンパレータ２３２の出力は、論理和ゲート２２２に供給される。

過充電検出部２２１−２は、端子Ｔs2と端子Ｔs3との間に接続され、端子Ｔs2と端子Ｔs3との間の電圧を検出することにより電池１１１―２の過充電を検出する回路であり、過充電検出部２２１−１と同じ構成とされている。過充電検出部２２１−２の出力は、論理和ゲート２２２に供給される。

過充電検出部２２１−３は、端子Ｔs3と端子Ｔs4との間に接続され、端子Ｔs3と端子Ｔs4との間の電圧を検出することにより電池１１１―３の過充電を検出する回路であり、過充電検出部２２１−１と同じ構成とされている。過充電検出部２２１−３の出力は、論理和ゲート２２２に供給される。過充電検出部２２１−４は、端子Ｔs4と端子Ｔs5との間に接続され、端子Ｔs4と端子Ｔs5との間の電圧を検出することにより電池１１１―４の過充電を検出する回路であり、過充電検出部２２１−１と同じ構成とされている。過充電検出部２２１−４の出力は、論理和ゲート２２２に供給される。

論理和ゲート２２２は、複数の過充電検出部２２１の出力の論路和を出力する。論路和ゲート２２２の出力は、遅延回路２２３及び出力制御部２２４に供給される。

〔遅延回路２２３〕
遅延回路２２３は、４本の電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧を検出し、検出した直列電圧に基づいて遅延時間を制御する回路であり、電池電圧検出部２４１、発振器２４２、カウンタ２４３から構成されている。

〔電池電圧検出部２４１〕
電池電圧検出部２４１は、抵抗Ｒ21〜Ｒ24、電流源２５１〜２５３、ツェナーダイオードＤｚ11〜Ｄｚ13、コンパレータ２５４〜２５６から構成されており、４本の電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧を検出する。

抵抗Ｒ21〜Ｒ24は、端子Ｔs1と端子Ｔs5との間に直列に接続されている。端子Ｔs1と端子Ｔs5との間の電圧、すなわち、４本の電池１１１−１〜１１１−４で発生する電圧を加算した電圧を分割する。抵抗Ｒ21と抵抗Ｒ22との接続点の電圧はコンパレータ２５４の非反転入力端子に供給される。抵抗Ｒ22と抵抗Ｒ23との接続点の電圧はコンパレータ２５５の非反転入力端子に供給される。抵抗Ｒ23と抵抗Ｒ24との接続点の電圧はコンパレータ２５６の非反転入力端子に供給される。

また、電流源２５１〜２５３とツェナーダイオードＤz11〜Ｄz13とは、交互に直列に接続されており、端子Ｔs1と端子Ｔs5との間に接続されている。電流源２５１とツェナーダイオードＤz11との接続点には、第１の基準電圧Ｖrefが発生する。電流源２５１とツェナーダイオードＤz11との接続点に発生した第１の基準電圧Ｖrefは、コンパレータ２５４の反転入力端子に供給される。

電流源２５２とツェナーダイオードＤz12との接続点には、第２の基準電圧（２×Ｖref）が発生する。電流源２５２とツェナーダイオードＤz12との接続点に発生した第２の基準電圧（２×Ｖref）は、コンパレータ２５５の反転入力端子に供給される。

電流源２５３とツェナーダイオードＤz13との接続点には、第３の基準電圧（３×Ｖref）が発生する。電流源２５３とツェナーダイオードＤz13との接続点に発生した第３の基準電圧（３×Ｖref）は、コンパレータ２５６の反転入力端子に供給される。

４本の電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が十分に大きく、抵抗Ｒ24と抵抗Ｒ23との接続点の電圧が第３の基準電圧より大きければ、コンパレータ２５４、２５５、２５６の出力は、すべてハイレベルとなる。また、４本の電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が低減し、抵抗Ｒ23と抵抗Ｒ24との接続点の電圧が第３の基準電圧より小さくなると、コンパレータ２５４の出力はローレベル、コンパレータ２５５、２５６の出力はハイレベルとなる。

さらに、４本の電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が低減し、抵抗Ｒ23と抵抗Ｒ22との接続点の電圧が第２の基準電圧より小さくなると、コンパレータ２５４、２５５の出力はローレベル、コンパレータ２５６の出力はハイレベルとなる。また、４本の電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が、さらに低減し、抵抗Ｒ21と抵抗Ｒ22との接続点の電圧が第１の基準電圧より小さくなると、コンパレータ２５４、２５５、２５６のすべての出力がローレベルとなる。

よって、コンパレータ２５４、２５５、２５６の出力によって４本の電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧を検出できる。コンパレータ２５４、２５５、２５６の出力は、カウンタ２４３に供給される。

〔カウンタ２４３〕
カウンタ２４３は、例えば、発振器２４２の発振パルスをコンパレータ２５４〜２５６からの信号に基づいて分周したカウントパルスをダウンカウントする。また、カウンタ２４３は、論理和ゲート２２２の出力がハイレベルに立ち上がってから遅延端子Ｔcdにより予め設定されたカウント値からダウンカウントを開始する。

このとき、カウントパルスは、コンパレータ２５４〜２５６の出力がすべてハイレベルのときには、周期が大きくなるように分周され、コンパレータ２５４、２５５の出力がハイレベルのときには、周期が中程度となるように分周され、コンパレータ２５４の出力のみがハイレベルのときには、周期が小さくなるように分周される。カウンタ２４３は、カウント値が０になると、出力をハイレベルにする。これによって、電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が大きいときには、電池１１１−１〜１１１−４の過充電を検出し、論理和ゲート２２２の出力がハイレベルになってからヒューズＦ１、Ｆ２の溶断の指示を出力するまでの遅延時間が長くなり、電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が小さくなるに従ってその遅延時間が短くなるように制御できる。

カウンタ２４３の出力は、出力制御部２２４に供給される。出力制御部２２４は、カウンタ２３４の出力がハイレベルになると、出力をハイレベルからローレベルに反転する。出力制御部２２４の出力は、インバータ２２５に供給される。インバータ２２５は、出力制御部２２４からの信号を反転出力する。インバータ２２５の出力は出力端子Ｔoutから出力される。

図３、図４は保護ＩＣ２１２の動作波形図を示す。図３は電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が小さいときの動作波形、図４は電池１１１−１〜１１−４の直列電圧が大きいときの動作波形を示している。また、図３（Ａ）、図４（Ａ）は端子Ｔs1と端子Ｔs5の間の電圧ＶDD、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）はカウンタ２４３のカウント値、図３（Ｃ）、図４（Ｃ）は出力端子Ｔoutの出力電圧、図３（Ｄ）、図４（Ｄ）は端子Ｔ+の電圧を示している。

まず、電池１１１−１〜１１１−４を充電時における、電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が小さいときの動作を説明する。時刻ｔ１で過充電が検出されると、カウンタ２４３によりカウントパルスのダウンカウントが開始される。カウンタ２４３は、時刻ｔ２でカウント値が０になると出力をハイレベルとする。これによって出力制御部２２４の出力がローレベルとなり、出力端子Ｔoutがハイレベルになる。出力端子Ｔoutがハイレベルになると、トランジスタＭがオンし、ヒータＨ１、Ｈ２に電流が流れ、ヒューズＦ１、Ｆ２の加熱が開始される。時刻ｔ３で、ヒータＨ１、Ｈ２の加熱温度がヒューズＦ１、Ｆ２の溶断温度に達すると、ヒューズＦ１、Ｆ２が溶断される。

このとき、電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が小さい状態であるので、ヒータＨ１、Ｈ２の印加電圧が小さく、ヒータＨ１、Ｈ２による溶断温度までの加熱時間が長くなるので、過充電検出からヒューズＦ１、Ｆ２が溶断するまでの時間Ｔ０は、図３に示すように遅延時間Ｔｃは短く、加熱時間Ｔｈが長くなる。

次に、電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が大きいときの動作を説明する。時刻ｔ11で過充電が検出されると、カウンタ２４３によりカウントパルスのダウンカウントが開始される。カウンタ２４３は、時刻ｔ12でカウント値が０になると出力をハイレベルとする。これによって出力制御部２２４の出力がローレベルとなり、出力端子Ｔoutがハイレベルになる。出力端子Ｔoutがハイレベルになると、トランジスタＭがオンし、ヒータＨ１、Ｈ２に電流が流れ、ヒューズＦ１、Ｆ２の加熱が開始される。時刻ｔ13で、ヒータＨ１、Ｈ２の加熱温度がヒューズＦ１、Ｆ２の溶断温度に達すると、ヒューズＦ１、Ｆ２が溶断される。

このとき、電池１１１−１〜１１１−４の直列電圧が大きい状態であるので、ヒータＨ１、Ｈ２の印加電圧が大きく、ヒータＨ１、Ｈ２による溶断温度までの加熱が短くなるので、過充電検出からヒューズＦ１、Ｆ２が溶断するまでの時間Ｔ０は、図４に示すように遅延時間Ｔｃは長く、加熱時間Ｔｈが短くなる。

このように本実施例では、過充電検出からヒューズＦ１、Ｆ２が溶断するまでの時間Ｔ０が一定になるように遅延時間Ｔｃが制御されている。これによって、過充電検出からヒューズＦ１、Ｆ２が溶断するまでの時間Ｔ０が一定にでき、よって、製品の品質を向上させることが可能となる。

本発明の一実施例のシステム構成図である。保護ＩＣ２１２のブロック構成図である。保護ＩＣ２１２の動作波形図である。保護ＩＣ２１２の動作波形図である。従来の電池保護システムの一例のシステム構成図である。

符号の説明

２００電池保護システム
１１１電池、２１２保護ＩＣ、１１３ヒューズ装置、１１４充電器
２２１−１〜２２１−４電圧検出部、２２２論理和ゲート、２２３遅延回路
２２４出力制御部、２２５インバータ
Ｍトランジスタ

Claims

電源電圧の異常を検出したときに、電源に接続されたヒューズを溶断する指示を出力する保護回路において、
前記電源電圧の状態を検出し、該状態に応じて前記電源電圧の異常を検出してから前記ヒューズを溶断する指示を出力するまでの時間を制御する時間制御手段を有し、
前記時間制御手段は、
前記電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧に応じて前記電源電圧の異常を検出してから前記ヒューズを溶断する指示を出力するまでの時間を制御する遅延手段と、を有し、
前記遅延手段は、
前記電源電圧の異常を検出してから前記ヒューズが溶断するまでの時間が一定になるように前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧に応じて前記電源電圧の異常を検出してから前記ヒューズを溶断する指示を出力するまでの時間を制御することを特徴とする保護回路。
前記電源は、電池から構成されたことを特徴とする請求項１記載の保護回路。
電源電圧の異常を検出したときに、電源に接続されたヒューズを溶断することにより、前記電源を保護する保護方法において、
前記電源電圧の状態を検出し、該状態に応じて前記電源電圧の異常を検出してから前記電源電圧に応じた遅延時間を与えることで前記ヒューズを溶断するまでの時間を一定に制御することを特徴とする保護方法。