JPH09289734A

JPH09289734A - 電池監視回路

Info

Publication number: JPH09289734A
Application number: JP8099953A
Authority: JP
Inventors: Noboru Abe; 昇安倍; Kohei Ito; 康平伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】オン抵抗の低い例えばＮチャンネルＭＯＳ電
界効果トランジスタ等を使用して消費電力を増やすこと
なく小型化が可能な電池監視回路を提供する。【解決手段】電池と充電回路または負荷との間に電界
効果トランジスタを接続するとともに、電池の電圧を監
視する制御回路からの出力電圧を、前記トランジスタの
ゲートを駆動可能な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバー
タを介して前記トランジスタのゲートに接続したことを
特徴とする電池監視回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラやノ
ートパソコンなどの携帯機器に組込まれる電池監視回路
に関するものであり、例えば、過充電が危険なリチウム
イオン電池用などに非常に有用な電池監視回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電池監視回路は、図３に示す通り
で、負荷端子４をＰチャンネルＭＯＳ電界効果トランジ
スタ７３を介して電池１に接続する。電池１と電界効果
トランジスタ７３との接続点を電池端子６として、電池
１と負荷２との接続点を共通端子５とする。制御回路８
の出力より、抵抗２９を介して電界効果トランジスタ７
３のゲートに接続する。また、抵抗２８を電界効果トラ
ンジスタ７３のゲートとソースとの間に接続する。

【０００３】従来の電池監視回路である図３の動作を説
明する。図３では制御回路８で電池１の電圧を監視し
て、その電圧が正常であるとき、制御回路８の出力は低
レベルであって、抵抗２９を介して電界効果トランジス
タ７３のゲートに電圧が印加されて、電界効果トランジ
スタ７３はオンしている。制御回路８で監視している電
池１の電圧が高くて過充電の電圧値(例えば、リチウム
イオン電池の場合で４．２Ｖ。)以上であるときは、制
御回路８の出力が高レベルになり、抵抗２８により電界
効果トランジスタ７３のゲートに印加されていた電圧が
放電されて、電界効果トランジスタ７３はオフすること
により過充電を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電池監視回
路の構成では、電界効果トランジスタ７３として、負ゲ
ートで動作するＰチャンネルＭＯＳ電界効果トランジス
タが必要であった。このＰチャンネルＭＯＳ電界効果ト
ランジスタは、ＮチャンネルＭＯＳ電界効果トランジス
タに比較してオン抵抗が高いため、寸法の大きいＰチャ
ンネルＭＯＳ電界効果トランジスタを使用していた。し
かし、ＮチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタと、同
じ寸法のＰチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタを電
池監視回路に使用すると、オン抵抗が高くなり電力損失
が増えることになる。この電池監視回路の電界効果トラ
ンジスタのオン抵抗が高いと、それだけ電力損失が増加
するため、オン抵抗はできる限り低い値すなわち寸法が
大きい方が望ましい。しかし、電池監視回路が使用され
る携帯機器の小型化と省電力の要求が根強くあり、寸法
の大きなＭＯＳ電界効果トランジスタでは上記の小型化
の要求に適合できないという問題がある。また、上記携
帯機器の無人運転中や充電中に、これらの機器からの発
火により火災事故等が発生する懸念があり、安全性の問
題について問われている。このため、これらの機器に用
いられる電池の監視回路が必要となってきているが、こ
れらの機器の省エネルギー化のため負荷の省電力化が進
んでいる中で、この電池監視回路の設置による消費電力
増は特に問題である。

【０００５】したがって、本発明の課題は、オン抵抗の
低い例えばＮチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタ等
を使用して消費電力を増やすことなく小型化が可能な電
池監視回路を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記従来の課題を達成す
るために、本発明の電池監視回路では、電池と充電回路
または負荷との間に電界効果トランジスタを接続すると
ともに、電池の電圧を監視する制御回路からの出力電圧
を、前記トランジスタのゲートを駆動可能な電圧に変換
（昇圧）するＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記トラン
ジスタのゲートに接続する構成を採用している。本発明
では、電池と充電回路または負荷との間に接続された電
界効果トランジスタが逆直列に接続されることで優れた
電池保護作用を備えることができる。また、本発明で
は、電池と充電回路または負荷との間に接続された電界
効果トランジスタが、ＮチャンネルＭＯＳ電界効果トラ
ンジスタで構成されることで消費電力を増やすことなく
小型化が容易に達成できる。すなわち、本発明によれ
ば、電池の電圧が正常なときは、電界効果トランジスタ
をオンさせようとして制御回路から電圧が出力される。
この電圧は電池の正常電圧より低い電圧であるため、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータで電池の正電位の電界効果トランジ
スタのゲートに昇圧して印加することで電界効果トラン
ジスタをオンさせることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の電池監視回路の一態様を
示す図１の回路図について説明する。図１において、電
池１はＮチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタ７１を
介して負荷２または充電回路３に接続されている。電池
１と電界効果トランジスタ７１との接続点が電池端子６
であり、電界効果トランジスタ７１と負荷２または充電
回路３との接続点が負荷端子４であり、電池１と負荷２
または充電回路３との接続点が共通端子５である。充電
回路３は負荷２と並列に接続されている。充電回路３と
負荷２とは、それぞれ、図１において単独に接続される
場合もある。そして、制御回路８で電池１の電圧を監視
するように電池１に接続している。また、制御回路８の
出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ９を介して電界効果ト
ランジスタ７１のゲートに接続している。

【０００８】次に、本発明の電池監視回路であって、チ
ャージポンプ方式のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた一態
様である図２について説明する。図２において、電界効
果トランジスタ７１と７２とは、電池１と充電回路３ま
たは負荷２との間に逆直列すなわち向きが相互に逆でか
つ直列に接続されている。そして、制御回路８で電池１
の電圧を監視して、電池１の電圧が正常なときは、制御
回路８の出力電圧が高レベルであるため、半導体スイッ
チ９１と９２とがオンしているときに(このとき半導体
スイッチ９３と９４とはオフしている。)、半導体スイ
ッチ９１側が正の電圧でコンデンサ４１を充電させて高
レベルになる。半導体スイッチ９３と９４とがオンして
いるときに(このとき半導体スイッチ９１と９２とはオ
フしている。)、コンデンサ４１における半導体スイッ
チ９１側が正の電圧で高レベルに充電されており、電界
効果トランジスタ７１および７２のゲート電圧はそのソ
ース電圧よりさらに高い正の電圧でコンデンサ４１の電
圧まで上昇して、電界効果トランジスタ７１および７２
をオンさせることができる。また、電池１の電圧が過充
電の高い値であるときは、制御回路８の出力電圧が低レ
ベルであるため、半導体スイッチ９１と９２とがオンし
ているときに(このとき半導体スイッチ９３と９４とは
オフしている。)、コンデンサ４１の電圧を放電して低
レベルにする。そして、半導体スイッチ９３と９４とが
オンしているときに(このとき、半導体スイッチ９１と
９２とはオフしている。)、上記の低レベルに放電され
たコンデンサ４１により、電界効果トランジスタ７１お
よび７２のゲート電圧をそのソース電圧に対して上記コ
ンデンサ４１の低レベル電圧まで降下させるため、電界
効果トランジスタ７１および７２がオフして電池１の過
充電を防止できる。本発明に用いる昇圧型ＤＣ／ＤＣコ
ンバータとしては、図２のチャージポンプ方式以外に
も、例えば昇圧型チョッパコンバータや、フライバック
コンバータ、フォアードコンバータ、ブリッジコンバー
タなどの公知の構成を使用できる。

【０００９】また、図２において、さらに電池１の電圧
が下がり過ぎて、過放電値の場合には、制御回路８の出
力電圧を低レベルにして、上記の過充電のときと同様
に、半導体スイッチ９１〜９４とコンデンサ４１との働
きで、電界効果トランジスタ７１と７２がオフする。そ
して、この電界効果トランジスタ７２のオフにより、電
池１の過放電を防止することができる。

【００１０】電界効果トランジスタ７１と７２が同時に
オン、オフする上記図２の構成では、電池１が過充電値
になると、電池１の保護のため電界効果トランジスタ７
１をオフさせているが、電界効果トランジスタ７２もオ
フしているために、充電状態から放電状態に変化しても
負荷が接続されない。同様に過放電保護のときに充電状
態に変化しても、電界効果トランジスタ７１がオフして
いるために、電池を充電できないという不具合が生じる
場合があるが、この不具合を処理するには、充電状態で
あるか、放電状態であるかを判別してその判別結果に基
づいて電界効果トランジスタをオン、オフさせればよ
い。この方式による本発明の電池監視回路の一態様とし
て、過充電保護の一例である図４を説明する。図４にお
いて、電池１の電圧が４．２Ｖ以下で正常値のときに、
比較回路８６は正常状態の信号で、誤差増幅回路８７の
出力に関係なく、電界効果トランジスタ７をオンさせて
いる。電池１の電圧が４．２Ｖを越えて過充電値のとき
に、比較回路８６は過充電状態の信号でかつ誤差増幅回
路８７の出力信号でもって、電界効果トランジスタ７が
制御される。基準電圧８５からの５０ｍＶの電圧と、電
界効果トランジスタ７の端子間電圧とを、誤差増幅回路
８７で比較制御することで、電界効果トランジスタ７は
図５の電圧電流特性で動作する。図５において、Ｖ１は
前記基準電圧５０ｍＶの値であり、Ｉ１からＩ２の範囲
の特性は、電界効果トランジスタ７のオン抵抗によるも
のである。Ｉ１以下の電流値範囲では、誤差増幅回路８
７の働きで電界効果トランジスタ７の端子間は、前記基
準電圧５０ｍＶに制御されているが、電界効果トランジ
スタ７の端子間電圧が５０ｍＶ未満(負の電圧も含む。)
では、電界効果トランジスタ７の端子間電圧は５０ｍＶ
になろうとしているため、オフしている。よって、充電
電流は阻止されているが、放電電流は負荷２に流すこと
ができる。

【００１１】本発明の上記図１および図２では、電池１
の正電位に上記トランジスタを接続しているが、Ｎチャ
ンネルＭＯＳ電界効果トランジスタを電池１の負電位に
接続している場合でも、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータ
を採用すると、ゲート電圧が高くなるため、電界効果ト
ランジスタのオン抵抗をさらに低く駆動することが可能
である。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、ＰチャンネルＭＯＳ
電界効果トランジスタより、オン抵抗が低くかつ小寸法
が可能なＮチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタを、
電池の正電位側に配置できるため、省電力化と小型化
に適合した電池監視回路を提供できる。さらには、本発
明の電池監視回路が使用される携帯機器に強く要求され
る小型化、省電力を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池監視回路の一態様を示す回路図で
ある。

【図２】本発明の電池監視回路の他の態様を示す回路図
である。

【図３】従来方式の回路図である。

【図４】本発明の電池監視回路のさらに他の態様を示す
充放電判別ブロック回路図である。

【図５】図４におけるトランジスタの電圧電流特性図で
ある。

【符号の説明】

１電池、２負荷、３充電回路、４負荷端子、５
共通端子、６電池端子、７，７１，７２，７３ト
ランジスタ、８制御回路、９ＤＣ／ＤＣコンバー
タ、２８，２９抵抗、４１コンデンサ、８５基準
電圧、８６比較回路、８７誤差増幅回路、９１〜９
４半導体スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池と充電回路または負荷との間に電界
効果トランジスタを接続するとともに、電池の電圧を監
視する制御回路からの出力電圧を、前記トランジスタの
ゲートを駆動可能な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバー
タを介して前記トランジスタのゲートに接続したことを
特徴とする電池監視回路。
【請求項２】電池と充電回路または負荷との間に接続
された電界効果トランジスタが逆直列に接続されること
を特徴とする請求項１に記載の電池監視回路。
【請求項３】電池と充電回路または負荷との間に接続
された電界効果トランジスタが、ＮチャンネルＭＯＳ電
界効果トランジスタで構成されることを特徴とする請求
項１に記載の電池監視回路。