JPH11103528A - Charge/discharge protection circuit and battery pack - Google Patents

Charge/discharge protection circuit and battery pack

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JPH11103528A
JPH11103528A JP10160948A JP16094898A JPH11103528A JP H11103528 A JPH11103528 A JP H11103528A JP 10160948 A JP10160948 A JP 10160948A JP 16094898 A JP16094898 A JP 16094898A JP H11103528 A JPH11103528 A JP H11103528A
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transistor
discharge
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the scale of circuit by providing a transistor susceptible to a relatively high voltage of source level or drain level from a charger with a structure of high breakdown voltage, thereby reducing the chip area. SOLUTION: A charge protection circuit 20 has six terminals of VDD terminal, VSS terminal, CT terminal, Dout terminal, Cout terminal and V- terminal. Based on an overcharge detection signal 22a from an overcharge detection circuit 22, a level shift circuit 23 delivers a charge control signal 23a to the Cout terminal and turns a transistor Q2 off. Among the transistors constituting the level shift circuit 23, those transistors susceptible to a relatively high voltage of source level or drain level from a charger are provided with a structure of high breakdown voltage. More specifically, only the elements to be connected with the Cout terminal and the V- terminal require the structure of high breakdown strength and the structure of low breakdown voltage suffices the elements at other parts of a battery pack 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、2次電池の充放電
保護回路に関し、特に、充電制御時の2次電池の過充電
状態、負荷電流を供給する放電制御時の2次電池の過放
電状態、または放電制御時の2次電池の過電流状態を検
出して2次電池を過充電状態、過放電状態または過電流
状態から保護する充放電保護回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge / discharge protection circuit for a secondary battery, and more particularly, to an overcharge state of the secondary battery during charge control and an overdischarge of the secondary battery during discharge control for supplying load current. The present invention relates to a charge / discharge protection circuit that detects a state or an overcurrent state of a secondary battery during discharge control and protects the secondary battery from an overcharged state, an overdischarged state, or an overcurrent state.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、従来の充放電制御回路を説明す
るための回路ブロック図である。従来この種の充放電保
護回路及びこれを用いたバッテリーパックとしては、例
えば特開平7−131938号に示すようなものがあ
る。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a circuit block diagram for explaining a conventional charge / discharge control circuit. Conventionally, as this kind of charge / discharge protection circuit and a battery pack using the same, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-131938.

【0003】すなわち充放電保護回路(充放電制御回
路)は、電源である2次電池に電圧分割回路1、過充電
用電圧検出回路2、過放電用電圧検出回路3及び制御回
路4が各々並列に接続されていた。ここで制御回路4
は、過充電用電圧検出回路2及び過放電用電圧検出回路
3から2次電池の状態を検出して、外部機器への電源供
給あるいは外部電源による充電を制御するための信号V
sを出力していた。更に制御回路4は、電圧分割回路1
に直列に設けられたスイッチ素子5を制御して電圧分割
回路1に流れる電流を低減化していた。
That is, a charge / discharge protection circuit (charge / discharge control circuit) includes a voltage dividing circuit 1, an overcharge voltage detection circuit 2, an overdischarge voltage detection circuit 3, and a control circuit 4 each connected in parallel to a secondary battery as a power supply. Was connected to. Here, the control circuit 4
Is a signal V for detecting the state of the secondary battery from the overcharge voltage detection circuit 2 and the overdischarge voltage detection circuit 3 and controlling power supply to an external device or charging by an external power supply.
output s . Further, the control circuit 4 includes the voltage dividing circuit 1
The current flowing through the voltage dividing circuit 1 is reduced by controlling the switch element 5 provided in series with

【0004】このような回路構成の充放電保護回路によ
れば、2次電池の過充電、過放電及び過電流を検出して
2次電池を過充電、過放電及び過電流から保護すること
ができるといった効果が記載されている。図6は、図5
の充放電制御回路に用いられるトランジスタの断面図で
ある。
According to the charge / discharge protection circuit having such a circuit configuration, it is possible to detect overcharge, overdischarge and overcurrent of the secondary battery and protect the secondary battery from overcharge, overdischarge and overcurrent. The effect that can be done is described. FIG. 6 shows FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a transistor used in the charge / discharge control circuit of FIG.

【0005】このような従来の充放電制御回路は、図6
に示すような同一のSOI構造を有するトランジスタを
集積化した回路によって実現されていた。すなわち、S
OI構造を有するトランジスタは、SOI基板5A上に
形成された絶縁膜5B上に単結晶シリコン膜5C、5D
及び5Eを用いて形成されていた。具体的には、チャネ
ル領域5Dの両側にn型ソース領域5Cと、n型ドレイ
ン領域5Eを設け、チャネル領域5Dの上にゲート絶縁
膜5Fを介してゲート電極5Gを設け、最後に保護膜5
Hで被覆する素子構造を有していた。
[0005] Such a conventional charge / discharge control circuit is shown in FIG.
This is realized by a circuit in which transistors having the same SOI structure are integrated as shown in FIG. That is, S
Transistors having an OI structure include single-crystal silicon films 5C, 5D on an insulating film 5B formed on an SOI substrate 5A.
And 5E. Specifically, an n-type source region 5C and an n-type drain region 5E are provided on both sides of the channel region 5D, a gate electrode 5G is provided on the channel region 5D via a gate insulating film 5F, and finally, a protective film 5 is provided.
It had an element structure covered with H.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の充放
電保護回路及びバッテリーパックでは、間違った充電器
を接続した場合や充電器がこわれている場合などを想定
して、充電器が接続される端子に接続されているトラン
ジスタについて高耐圧構造が要求される。しかしなが
ら、充放電保護回路を前述したように全て同一のSOI
構造(トランジスタ構造)を有するトランジスタを集積
化した回路によって実現すると、高耐圧構造が要求され
ないような端子、例えば電池が接続される端子に接続さ
れるトランジスタも高耐圧構造となっていた。その結
果、充放電保護回路のチップ面積が大きくなってしまう
という技術的課題があった。
In such a conventional charge / discharge protection circuit and battery pack, the charger is connected on the assumption that the wrong charger is connected or the charger is broken. A high breakdown voltage structure is required for the transistor connected to the terminal. However, the charge / discharge protection circuits are all the same SOI as described above.
When a transistor having a structure (transistor structure) is realized by an integrated circuit, a transistor that does not require a high withstand voltage structure, for example, a transistor connected to a terminal to which a battery is connected also has a high withstand voltage structure. As a result, there is a technical problem that the chip area of the charge / discharge protection circuit increases.

【0007】本発明は、このような従来の問題点を解決
した充放電保護回路及びバッテリーパックを提供するこ
とを主な課題とする。本発明は、高耐圧特性が要求され
るデバイスに対して限定的に高耐圧構造化を図り高耐圧
特性が要求されるトランジスタを限定的に高耐圧構造と
し、高耐圧が要求されない他のトランジスタは全て低耐
圧構造とすることによってチップ面積の縮小を計り、回
路規模が小さくかつ高耐圧特性を有する充放電保護回路
を実現することを課題とする。
The main object of the present invention is to provide a charge / discharge protection circuit and a battery pack which solve such a conventional problem. The present invention provides a device having a high withstand voltage characteristic in a limited high withstand voltage structure, and a transistor with a high withstand voltage characteristic in a limited high withstand voltage structure. An object of the present invention is to realize a charge / discharge protection circuit having a small circuit size and high withstand voltage characteristics by reducing the chip area by adopting a low withstand voltage structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
2次電池及び充電器に接続され、2次電池を過充電状
態、過放電状態または過電流状態から保護する充放電保
護回路であって、2次電池の充電状態を監視し過充電検
出信号を生成する過充電検出回路と、過充電検出回路か
ら過充電検出信号を受け取り充電制御信号を生成するレ
ベルシフト回路と、2次電池の放電状態を監視し過放電
検出信号を生成する過放電検出回路と、2次電池におけ
る過電流状態を検知し過電流検出信号を生成する過電流
検出回路と、過放電、過電流の検出時のディレイ時間を
設定するディレイ回路と、短絡状態を検知し短絡検出信
号を生成する短絡検出回路と、充放電保護回路を静電気
から保護するための複数の保護ダイオードを有すると共
に、前記レベルシフト回路を構成するトランジスタのう
ち、ソースレベルあるいはドレインレベルとして充電器
からの比較的高い電圧を受ける可能性があるトランジス
タが高耐圧構造を有することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention,
A charge / discharge protection circuit that is connected to a secondary battery and a charger and protects the secondary battery from an overcharged state, an overdischarged state, or an overcurrent state. The charge / discharge protection circuit monitors a charged state of the secondary battery and outputs an overcharge detection signal. An overcharge detection circuit that generates the signal; a level shift circuit that receives the overcharge detection signal from the overcharge detection circuit and generates a charge control signal; and an overdischarge detection circuit that monitors the discharge state of the secondary battery and generates an overdischarge detection signal. An overcurrent detection circuit for detecting an overcurrent state in the secondary battery and generating an overcurrent detection signal, a delay circuit for setting a delay time for detecting overdischarge and overcurrent, and a short circuit detection for detecting a short circuit state It has a short-circuit detection circuit for generating a signal, and a plurality of protection diodes for protecting the charge / discharge protection circuit from static electricity. There is characterized in that there is a possibility of receiving a relatively high voltage from the charger as the drain level transistors have a high voltage withstanding structure.

【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の充放電保護回路において前記保護ダイオードが高耐圧
構造を有することを特徴とする。請求項3に記載の発明
は、請求項1に記載の充放電保護回路において、過放電
が生じて負荷への電流供給が停止され、かつ充電器に接
続される端子がオープン状態になった場合に充電保護回
路が不安定になるのを防ぐためのトランジスタからなる
プルアップ抵抗をさらに有し、該トランジスタが高耐圧
構造を有することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the charge / discharge protection circuit according to the first aspect, the protection diode has a high breakdown voltage structure. According to a third aspect of the present invention, in the charge / discharge protection circuit according to the first aspect, when overdischarge occurs, current supply to the load is stopped, and a terminal connected to the charger is opened. And a pull-up resistor comprising a transistor for preventing the charging protection circuit from becoming unstable, wherein the transistor has a high breakdown voltage structure.

【0010】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の充放電保護回路において、充電器に接続される端子が
ショートされた後にオープン状態になった際に充電保護
回路が不安定になるのを防ぐための複数のトランジスタ
からなるプルダウン抵抗をさらに有し、該複数のトラン
ジスタのうちソースレベルまたはドレインレベルとして
充電器からの比較的高い電圧を受ける可能性があるトラ
ンジスタが高耐圧構造を有することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the charge / discharge protection circuit according to the first aspect, the charge protection circuit becomes unstable when the terminal connected to the charger is short-circuited and then opened. Further has a pull-down resistor composed of a plurality of transistors in order to prevent the transistor from receiving a relatively high voltage from a charger as a source level or a drain level among the plurality of transistors. It is characterized by having.

【0011】請求項5に記載の発明は、請求項1に記載
の充放電保護回路において、前記トランジスタは、素子
分離膜と、ソースの高耐圧化を図るためのオフセット用
酸化膜と、ドレインの耐圧を上げるオフセット用酸化膜
と、前記オフセット用酸化膜を覆うように形成されたポ
リシリコンゲートを備えたLOCOSオフセット構造を
有することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the charge / discharge protection circuit of the first aspect, the transistor includes an element isolation film, an offset oxide film for increasing a source withstand voltage, and a drain. It has a LOCOS offset structure including an offset oxide film for increasing withstand voltage and a polysilicon gate formed so as to cover the offset oxide film.

【0012】請求項6に記載の発明は、請求項3に記載
の充放電保護回路において、前記トランジスタは、素子
分離膜と、ソースの高耐圧化を図るためのオフセット用
酸化膜と、ドレインの耐圧を上げるオフセット用酸化膜
と、前記オフセット用酸化膜を覆うように形成されたポ
リシリコンゲートを備えたLOCOSオフセット構造を
有することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the charge / discharge protection circuit according to the third aspect, the transistor includes an element isolation film, an offset oxide film for increasing a source withstand voltage, and a drain. It has a LOCOS offset structure including an offset oxide film for increasing withstand voltage and a polysilicon gate formed so as to cover the offset oxide film.

【0013】請求項7に記載の発明は、請求項4に記載
の充放電保護回路において、前記高耐圧構造とは、素子
分離膜と、ソースの高耐圧化を図るためのオフセット用
酸化膜と、ドレインの耐圧を上げるオフセット用酸化膜
と、前記オフセット用酸化膜を覆うように形成されたポ
リシリコンゲートを備えたLOCOSオフセット構造で
あることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the charge / discharge protection circuit according to the fourth aspect, the high withstand voltage structure includes an element isolation film and an offset oxide film for increasing a source withstand voltage. A LOCOS offset structure including an offset oxide film for increasing the withstand voltage of the drain and a polysilicon gate formed to cover the offset oxide film.

【0014】請求項8に記載の発明のバッテリーパック
は、バッテリーセルと、充電器または負荷を接続するこ
とができる2つの端子と、バッテリーセルに接続されバ
ッテリーセルを過充電状態、過放電状態または過電流状
態から保護する充放電保護回路と、負荷と前記バッテリ
ーセル間に直列に接続され、前記バッテリーセルから負
荷に供給される放電電流を制御する放電用トランジスタ
と、充電器と前記バッテリーセル間に直列に接続され、
充電器から前記バッテリーセルに供給される充電電流を
制御する充電用トランジスタと、過充電検出時のディレ
イ時間を設定するコンデンサを有し、前記充放電保護回
路は、バッテリーセルの充電状態を監視し過充電検出信
号を生成する過充電検出回路と、過充電検出回路から過
充電検出信号を受け取り充電制御信号を生成するレベル
シフト回路と、バッテリーセルの放電状態を監視し過放
電検出信号を生成する過放電検出回路と、バッテリーセ
ルにおける過電流状態を検知し過電流検出信号を生成す
る過電流検出回路と、過放電、過電流の検出時のディレ
イ時間を設定するディレイ回路と、短絡状態を検知し短
絡検出信号を生成する短絡検出回路と、充放電保護回路
を静電気から保護するための複数の保護ダイオードを有
すると共に、前記レベルシフト回路を構成するトランジ
スタのうち、ソースレベルあるいはドレインレベルとし
て充電器からの比較的高い電圧を受ける可能性があるト
ランジスタが高耐圧構造を有することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a battery pack, comprising two terminals to which a battery cell and a charger or a load can be connected, and an overcharged state, an overdischarged state or a battery cell connected to the battery cell. A charge / discharge protection circuit that protects from an overcurrent state, a discharge transistor that is connected in series between a load and the battery cell, and controls a discharge current supplied from the battery cell to the load, and a charger and the battery cell. Connected in series to
A charging transistor for controlling a charging current supplied from the charger to the battery cell, and a capacitor for setting a delay time upon detection of overcharge, the charge / discharge protection circuit monitors the state of charge of the battery cell. An overcharge detection circuit that generates an overcharge detection signal, a level shift circuit that receives the overcharge detection signal from the overcharge detection circuit and generates a charge control signal, and monitors a discharge state of the battery cell to generate an overdischarge detection signal An overdischarge detection circuit, an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent state in the battery cell and generates an overcurrent detection signal, a delay circuit that sets a delay time when overdischarge and overcurrent are detected, and a short circuit state is detected. A short-circuit detection circuit for generating a short-circuit detection signal, and a plurality of protection diodes for protecting the charge / discharge protection circuit from static electricity, Of the transistors constituting the Berushifuto circuit, a relatively high voltage may be subject to transistor from the charger as the source level or drain level is characterized by having a high breakdown voltage structure.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】まず、図面に基づき、本発明のバ
ッテリーパックの実施の形態を説明する。図1は、本発
明による充放電保護回路を用いたバッテリーパックの構
成を説明するための機能ブロック図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an embodiment of a battery pack according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a configuration of a battery pack using a charge / discharge protection circuit according to the present invention.

【0016】図1に示すように、本発明によるバッテリ
ーパック10は、2次電池12、放電用FETスイッチ
Q1、充電用FETスイッチQ2、過充電検出時のディ
レイ時間を設定するコンデンサC1、充放電保護回路2
0とで構成されている。図1はバッテリーパック10に
充電器14が接続された場合を示しているが、バッテリ
ーパックを通常に動作させる場合、充電器14の位置に
は負荷が設けられる。充放電保護回路20の構成につい
ては後に詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, a battery pack 10 according to the present invention includes a secondary battery 12, a discharging FET switch Q1, a charging FET switch Q2, a capacitor C 1 for setting a delay time when overcharge is detected, Discharge protection circuit 2
0. FIG. 1 shows a case where the charger 14 is connected to the battery pack 10. However, when the battery pack is operated normally, a load is provided at the position of the charger 14. The configuration of the charge / discharge protection circuit 20 will be described later in detail.

【0017】このようなバッテリーパック10に対して
間違った充電器を使用すると、バッテリーパックの一部
に定常的に高電圧(例えば28V)がかかる場合があ
る。このため保護回路を高耐圧とする必要があるが、必
ずしも全ての回路要素を高耐圧構造とする必要はない。
高耐圧構造を有しなければならない回路要素を以下に明
らかにする。
If an incorrect charger is used for such a battery pack 10, a high voltage (for example, 28V) may be constantly applied to a part of the battery pack. For this reason, the protection circuit needs to have a high withstand voltage, but not all the circuit elements need to have a high withstand voltage structure.
Circuit elements that must have a high withstand voltage structure will be clarified below.

【0018】充電保護回路20はVDD端子、VSS端子、
CT端子、Dout端子、Cout端子、V-端子の6つの端子
を有する。VDD端子とVSS端子の間の電圧は2次電池の
電圧に等しい。VDD端子とV-端子の間の電圧は充電器
14の電圧に等しい。充電器14として高電圧のものを
用いた場合、それに対応してV-端子の電位はVSS端子
の電位より低くなる。
The charge protection circuit 20 has a V DD terminal, a V SS terminal,
It has six terminals: a CT terminal, a D out terminal, a C out terminal, and a V- terminal. The voltage between the V DD and V SS terminals is equal to the voltage of the secondary battery. The voltage between the V DD and V− terminals is equal to the voltage of the charger 14. If used as a charger 14 of high voltage, the potential of the correspondingly V- terminal it is lower than the potential of the V SS terminal.

【0019】2次電池12がリチウムイオン電池の場
合、2次電池の電圧として例えば4.25Vや4.85
V以上の電圧が検出された場合に過充電と判断される。
充電保護回路20が過充電を検出してFETスイッチQ
2をOFFさせれば充電器14からの充電電流は流れな
いので2次電池12の電圧(VDD−VSS電圧)は定常的
に高電圧(例えば28V)になることはない。よってV
SS端子およびそこに接続される回路要素に高電圧が加わ
ることはない。同様のことがCT端子についても言え
る。また過充電が生じている場合でも、FETスイッチ
Q1はFETスイッチQ2によってV-端子の電位から
は切り離されている。よってDout端子及びそこに接続
される回路要素に高電圧が加わることはない。
When the secondary battery 12 is a lithium ion battery, the voltage of the secondary battery is, for example, 4.25 V or 4.85.
When a voltage equal to or higher than V is detected, it is determined that the battery is overcharged.
The charge protection circuit 20 detects overcharge and detects the FET switch Q
Since 2 charging current from the charger 14 when caused to turn OFF the no flow voltage of the secondary battery 12 (V DD -V SS voltage) does not become a steadily high voltage (e.g., 28V). Therefore V
No high voltage is applied to the SS terminal and the circuit elements connected thereto. The same can be said for the CT terminal. Even when overcharge occurs, the FET switch Q1 is disconnected from the potential at the V- terminal by the FET switch Q2. Therefore, no high voltage is applied to the D out terminal and the circuit elements connected thereto.

【0020】例えば28Vの充電器14が接続されFE
TスイッチQ2がOFFの状態の時、2次電池12に接
続されたVDD端子における電位を基準として考えると、
SS端子、CT端子及びDout端子には2次電池12の電
圧しかかからないが、Cout端子とV-端子には充電器の
電圧がそのままかかる。より具体的には、過充電を避け
るためにはFETスイッチQ2をOFFにする必要があ
るが、FETスイッチQ2は、nチャネルMOSFET
であるためこれをOFFするためにはゲートレベル(C
out端子の電圧)をソースレベル(V-端子の電圧)に対
して0にする必要がある。Cout端子はCMOS(例え
ば図4に示すQ9及びQ10)の出力に接続されてい
る。CMOSの出力をFETスイッチQ2をOFFする
のに十分な電圧にするためには、CMOSのソースレベ
ルとしてV-端子の電圧を取り入れる必要がある。
For example, a 28 V charger 14 is connected to the FE
When the T switch Q2 is in the OFF state, considering the potential at the VDD terminal connected to the secondary battery 12 as a reference,
Only the voltage of the secondary battery 12 is applied to the V SS terminal, the CT terminal and the D out terminal, but the voltage of the charger is applied to the C out terminal and the V− terminal. More specifically, it is necessary to turn off the FET switch Q2 to avoid overcharging, but the FET switch Q2 is an n-channel MOSFET.
Therefore, to turn it off, the gate level (C
It is necessary to set the voltage at the out terminal (0) to 0 relative to the source level (voltage at the V- terminal). The C out terminal is connected to the output of a CMOS (for example, Q9 and Q10 shown in FIG. 4). In order to set the CMOS output to a voltage sufficient to turn off the FET switch Q2, it is necessary to incorporate the voltage at the V- terminal as the CMOS source level.

【0021】以上述べたように、高耐圧構造が必要なの
は、Cout端子とV-端子に接続される素子のみであり、
バッテリーパック10の他の部分における素子は低耐圧
構造でよい。図1は短絡検出回路24及び過電流検出回
路25がV-端子に接続されていることを示している
が、短絡検出回路24及び過電流検出回路25を構成す
る回路要素は、例えばコンパレータの入力(ゲート入
力)としてV-端子の電圧を取り入れているだけであ
る。Cout端子に接続されるCMOS(例えば図4に示
すQ9及びQ10)のようにソースレベルとしてV-端
子の電圧を取り入れるわけではないので、短絡検出回路
24及び過電流検出回路25の回路要素は高耐圧構造と
する必要はない。
As described above, only the elements connected to the C out terminal and the V- terminal need a high breakdown voltage structure.
Elements in other parts of the battery pack 10 may have a low withstand voltage structure. FIG. 1 shows that the short-circuit detection circuit 24 and the overcurrent detection circuit 25 are connected to the V- terminal, but the circuit elements constituting the short-circuit detection circuit 24 and the overcurrent detection circuit 25 include, for example, the input of a comparator. Only the voltage of the V- terminal is taken in as (gate input). Since C out (Q9 and shown in for example FIG. 4 Q10) CMOS to be connected to the terminals of not incorporating a voltage of the V- terminal as source level as the circuit element short detector 24 and the overcurrent detection circuit 25 It is not necessary to have a high breakdown voltage structure.

【0022】図2に通常のLOCOSを用いた低耐圧
(12V)のMOSトランジスタの構造を示す。基板3
1の上に素子分離の酸化膜32を成長させ、ポリシリコ
ンゲート33、ソース34、ドレイン35を形成し、中
間絶縁膜36を形成した後、ソース34の電位を取るア
ルミ電極37とドレイン35の電位を取るアルミ電極3
8とを設ける。図1のバッテリーパックを構成する素子
のうち、Cout端子とV-端子に直接接続される素子以外
は図2のような低耐圧構造を有するものとして構わな
い。具体的には、本発明の場合、図4(後に説明)に示
す10個のトランジスタQ3−Q12と3個のダイオー
ド以外の回路素子を図2に示す低耐圧構造とする。
FIG. 2 shows the structure of a low-withstand-voltage (12 V) MOS transistor using a normal LOCOS. Substrate 3
An oxide film 32 for element isolation is grown on 1, a polysilicon gate 33, a source 34, and a drain 35 are formed. An intermediate insulating film 36 is formed. Aluminum electrode 3 for taking potential
8 is provided. Of the elements constituting the battery pack of FIG. 1, elements other than those directly connected to the C out terminal and the V- terminal may have a low withstand voltage structure as shown in FIG. Specifically, in the case of the present invention, circuit elements other than the ten transistors Q3-Q12 and the three diodes shown in FIG. 4 (described later) have the low breakdown voltage structure shown in FIG.

【0023】図3は高耐圧MOSトランジスタの構造を
示す。基板49の上に、素子分離の酸化膜50と、ソー
スの耐圧を上げるためのオフセット用酸化膜57と、ド
レインの耐圧を上げるためのオフセット用酸化膜58を
成長させ、ポリシリコンゲート51をオフセット用酸化
膜57、58にかかる様に形成し、ソース52とドレイ
ン53を形成する。さらに中間膜54、ソースのアルミ
電極55、ドレインのアルミ電極56を形成する。この
ような構造はLOCOSオフセット構造と呼ばれてい
る。図1のバッテリーパックを構成する素子のうち、C
out端子とV-端子に直接接続される素子のみを図3のよ
うな高耐圧構造とする。
FIG. 3 shows the structure of a high voltage MOS transistor. An oxide film 50 for element isolation, an offset oxide film 57 for increasing the withstand voltage of the source, and an offset oxide film 58 for increasing the withstand voltage of the drain are grown on the substrate 49, and the polysilicon gate 51 is offset. The source 52 and the drain 53 are formed so as to cover the oxide films 57 and 58 for use. Further, an intermediate film 54, a source aluminum electrode 55, and a drain aluminum electrode 56 are formed. Such a structure is called a LOCOS offset structure. Among the elements constituting the battery pack of FIG.
Only the elements directly connected to the out terminal and the V- terminal have a high breakdown voltage structure as shown in FIG.

【0024】通常のLOCOSオフセットの場合はドレ
イン端にのみオフセット膜を設けるが、本発明の場合、
充電器の逆接続などでドレイン電位とソース電位が逆転
する場合があるので、双方向LOCOSオフセットとし
た。本発明において図3に示す高耐圧構造とする素子は
図4(後に説明)に示す10個のトランジスタと3個の
ダイオードだけである。その他の回路構成素子は全て低
耐圧構造にしているため、チップ面積を小型にした上で
高耐圧の電圧検出用半導体装置を構成することができ
る。
In the case of a normal LOCOS offset, an offset film is provided only on the drain end, but in the case of the present invention,
Since the drain potential and the source potential may be reversed due to a reverse connection of the charger or the like, a bidirectional LOCOS offset is used. In the present invention, the elements having the high breakdown voltage structure shown in FIG. 3 are only ten transistors and three diodes shown in FIG. 4 (described later). Since all the other circuit components have a low withstand voltage structure, a semiconductor device for high withstand voltage voltage detection can be configured with a reduced chip area.

【0025】次に充放電保護回路20の詳細な構成及び
動作について、図1及び図4に基づいて説明する。充放
電保護回路20は2次電池12を過充電状態、過放電状
態、または過電流状態から保護する機能を有している。
Next, the detailed configuration and operation of the charge / discharge protection circuit 20 will be described with reference to FIGS. The charge / discharge protection circuit 20 has a function of protecting the secondary battery 12 from an overcharged state, an overdischarged state, or an overcurrent state.

【0026】図1において、充放電保護回路20は、過
充電検出回路22、VSSレベルをV-レベルにシフトす
るレベルシフト回路23、過放電検出回路27、過電流
検出回路25、過放電、過電流の検出時のディレイ時間
を設定するディレイ回路26、短絡検出回路24を同一
基板上に有する構成とされている。過放電検出回路2
7、過電流検出回路25、ディレイ回路26、短絡検出
回路24の動作については従来と同様であるのでその詳
細な説明は省略する。
In FIG. 1, a charge / discharge protection circuit 20 includes an overcharge detection circuit 22, a level shift circuit 23 for shifting the V SS level to the V-level, an overdischarge detection circuit 27, an overcurrent detection circuit 25, an overdischarge, The configuration is such that a delay circuit 26 for setting a delay time upon detection of an overcurrent and a short-circuit detection circuit 24 are provided on the same substrate. Overdischarge detection circuit 2
7, the operations of the overcurrent detection circuit 25, the delay circuit 26, and the short-circuit detection circuit 24 are the same as those in the related art, and thus detailed description thereof is omitted.

【0027】過充電検出回路22は2次電池の過充電を
検出するとLOWレベルの過充電検出信号22aをレベ
ルシフト回路23に供給する。レベルシフト回路23は
過充電検出回路22からの過充電検出信号22aに基づ
いて、充電制御信号23aをCout端子に供給し、それ
によってトランジスタQ2をOFFする。これにより2
次電池12の過充電を防ぐことができる。
When the overcharge detection circuit 22 detects the overcharge of the secondary battery, it supplies an overcharge detection signal 22a of LOW level to the level shift circuit 23. The level shift circuit 23 supplies the charge control signal 23a to the C out terminal based on the overcharge detection signal 22a from the overcharge detection circuit 22, thereby turning off the transistor Q2. This gives 2
The overcharge of the secondary battery 12 can be prevented.

【0028】図4は、充放電保護回路20の要部を示す
回路図であり、高耐圧MOSトランジスタを用いて構成
されるレベルシフト回路23を示している。レベルシフ
ト回路23は、VDD端子に接続されたエンハンスメント
型のpチャネルトランジスタQ3とV-端子に接続され
飽和結線されて定電流源として働くデプレション型のn
チャネルトランジスタQ4とが直列に接続された回路の
後段に所定数のインバータ回路(Q5、Q6)、(Q
7、Q8)、(Q9、Q10)が縦続接続された構成と
されている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a main part of the charge / discharge protection circuit 20, showing a level shift circuit 23 constituted by using high-voltage MOS transistors. The level shift circuit 23 includes an enhancement-type p-channel transistor Q3 connected to the VDD terminal and a depletion-type n-channel transistor connected to the V- terminal and saturated and functioning as a constant current source.
A predetermined number of inverter circuits (Q5, Q6), (Q
7, Q8) and (Q9, Q10) are cascaded.

【0029】レベルシフト回路23の後段には、pチャ
ネルトランジスタQ11、nチャネルトランジスタQ1
2及びnチャネルトランジスタQ13が設けられてい
る。トランジスタQ11のゲートには過放電検出信号2
7aが入力されている。過放電検出信号27aが放電不
可能を示すLOWレベルになると、トランジスタQ11
はONし、V-端子の電位をVDD端子の電位までプルア
ップする。これにより、過放電が生じて負荷への電流供
給が停止され、かつVDD端子とV-端子の間がオープン
状態になった場合でも回路が不安定になるのを防ぐこと
ができる。
In the subsequent stage of the level shift circuit 23, a p-channel transistor Q11 and an n-channel transistor Q1
Two and n-channel transistors Q13 are provided. The gate of the transistor Q11 has an overdischarge detection signal 2
7a has been input. When the overdischarge detection signal 27a becomes a LOW level indicating that discharging is impossible, the transistor Q11
Turns ON, and pulls up the potential of the V- terminal to the potential of the VDD terminal. As a result, it is possible to prevent the circuit from becoming unstable even when an overdischarge occurs, the current supply to the load is stopped, and the state between the VDD terminal and the V- terminal is in an open state.

【0030】同様に、トランジスタQ12のゲートには
過充電検出信号22aが入力され、トランジスタQ13
のゲートには過放電検出信号27aが入力されている。
過充電検出信号22aが充電可能を示すHIGHレベル
の時に(すなわち過充電状態でない時に)トランジスタ
Q12はONしている。またトランジスタQ13は過放
電でない時にONしている。従ってトランジスタQ12
とトランジスタQ13は過充電でも過放電でもない時に
ONしており、その時にV-はVSSにプルダウンされ
る。すなわちトランジスタQ12及びQ13は、過電流
を検出した後、つまりバッテリーパックのプラス端子と
マイナス端子がショートされた後に、ショート状態が開
放されてプラス端子とマイナス端子がオープンになった
時にV-をVSSレベルに下げるプルダウン抵抗の役割を
果たしている。トランジスタQ13は高耐圧構造にする
必要はない。なぜなら過充電状態の時はトランジスタQ
12はOFFするのでトランジスタQ13には高電圧は
かからないからである。
Similarly, an overcharge detection signal 22a is input to the gate of the transistor Q12, and the transistor Q13
An over-discharge detection signal 27a is input to the gate of.
The transistor Q12 is ON when the overcharge detection signal 22a is at a HIGH level indicating that charging is possible (that is, when it is not in an overcharged state). Further, the transistor Q13 is ON when there is no overdischarge. Therefore, transistor Q12
The transistor Q13 is turned ON when neither be overdischarged overcharge, V- is pulled down to V SS at that time. That is, the transistors Q12 and Q13 detect V- when the short-circuit state is released and the plus terminal and the minus terminal are opened after the overcurrent is detected, that is, after the plus terminal and the minus terminal of the battery pack are short-circuited. Plays the role of pull-down resistor to lower to SS level. The transistor Q13 does not need to have a high breakdown voltage structure. Because the transistor Q
This is because a high voltage is not applied to the transistor Q13 because the transistor 12 is turned off.

【0031】次に充電制御信号の発生について説明す
る。過充電検出信号22aが充電可能であることを示す
HIGHレベルにある場合、トランジスタQ3はOFF
になり、トランジスタQ4は定電流源として働くため、
トランジスタQ3及びQ4のドレインの電圧は“L"レ
ベル(V-レベル)になり、“L"レベルがトランジスタ
Q5及びQ6からなるインバータに入力される。トラン
ジスタQ5がONしトランジスタQ6がOFFするか
ら、トランジスタQ5及びQ6のドレインの電圧は
“H"レベル(VDDレベル)になり、“H"レベルがトラ
ンジスタQ7及びQ8からなるインバータに入力され
る。トランジスタQ7がOFFしトランジスタQ8がO
NするからトランジスタQ7及びQ8のドレイン電圧は
“L"レベルになり、“L"レベルがトランジスタQ9及
びQ10からなるインバータに入力される。トランジス
タQ9がONしトランジスタQ10がOFFするから、
トランジスタQ9及びQ10のドレインの電圧、すなわ
ちCout端子の電圧は“H"レベルになる。結果としてF
ETスイッチQ2はONになり充電が行われる。
Next, generation of a charge control signal will be described. When the overcharge detection signal 22a is at a HIGH level indicating that charging is possible, the transistor Q3 is turned off.
And the transistor Q4 works as a constant current source.
The voltages at the drains of the transistors Q3 and Q4 become "L" level (V-level), and the "L" level is input to the inverter including the transistors Q5 and Q6. Since the transistor Q5 is turned on and the transistor Q6 is turned off, the voltages at the drains of the transistors Q5 and Q6 become "H" level ( VDD level), and the "H" level is input to the inverter composed of the transistors Q7 and Q8. Transistor Q7 turns off and transistor Q8 turns O
Because of N, the drain voltages of the transistors Q7 and Q8 become "L" level, and the "L" level is input to the inverter composed of the transistors Q9 and Q10. Since transistor Q9 turns on and transistor Q10 turns off,
The voltages at the drains of the transistors Q9 and Q10, that is, the voltage at the C out terminal become “H” level. As a result, F
The ET switch Q2 is turned on and charging is performed.

【0032】過充電検出信号22aが充電不可能である
ことを示すLOWレベルにある場合、上記と逆の動作に
よりCout端子にはV-端子の電圧(“L"レベル)がか
かり、結果としてFETスイッチQ2はOFFになり充
電が停止する。回路図から明らかなように、上記トラン
ジスタQ3−Q12ではソース側またはドレイン側にV
-端子の電圧がかかるため、これらのトランジスタは高
耐圧構造であることが求められる。トランジスタQ3−
Q12を高耐圧構造にすれば、結果としてバッテリーパ
ック10を高耐圧構造にすることができる。
[0032] If the overcharge detecting signal 22a is at the LOW level indicating that it is impossible to charge, C is the out terminal V- voltage terminal ( "L" level) it takes by the operation of the reverse, as a result The FET switch Q2 turns off and charging stops. As is clear from the circuit diagram, in the transistors Q3-Q12, V
Since a voltage is applied to the terminal, these transistors are required to have a high breakdown voltage structure. Transistor Q3-
If Q12 has a high withstand voltage structure, as a result, the battery pack 10 can have a high withstand voltage structure.

【0033】なおダイオードD1、D2、D3は静電気
保護のために設けられているものであるがこれらも高耐
圧構造のものが望ましい。
The diodes D1, D2 and D3 are provided for protection against static electricity, but preferably have a high breakdown voltage structure.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、充放電
保護回路の一部の回路要素を高耐圧構造とすることによ
って過充電状態となった場合でも内部回路の損傷を防ぐ
と共に充放電保護回路のチップ面積の縮小化を実現す
る。
As described above, according to the present invention, even when an overcharge state is caused by making some of the circuit elements of the charge / discharge protection circuit have a high breakdown voltage structure, damage to the internal circuit can be prevented and charge / discharge can be prevented. The chip area of the protection circuit can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の充放電保護回路20を用いたバッテリ
ーパックの構成を説明するための機能ブロック図であ
る。
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a configuration of a battery pack using a charge / discharge protection circuit 20 of the present invention.

【図2】通常のLOCOS法を用いて作製される低耐圧
MOSトランジスタの構造を説明するための素子断面図
である。
FIG. 2 is an element cross-sectional view for explaining a structure of a low-breakdown-voltage MOS transistor manufactured by using a normal LOCOS method.

【図3】図1の高耐圧構造を構成する高耐圧MOSトラ
ンジスタの構造を説明するための素子断面図である。
FIG. 3 is an element cross-sectional view for explaining a structure of a high withstand voltage MOS transistor constituting the high withstand voltage structure of FIG. 1;

【図4】図3の高耐圧MOSトランジスタを用いて構成
されるレベルシフト回路の回路構成を説明するための回
路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a level shift circuit configured using the high breakdown voltage MOS transistor of FIG. 3;

【図5】従来の充放電制御回路を説明するための回路ブ
ロック図である。
FIG. 5 is a circuit block diagram for explaining a conventional charge / discharge control circuit.

【図6】図5の充放電制御回路に用いられるトランジス
タの断面図である。
6 is a cross-sectional view of a transistor used in the charge / discharge control circuit of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 バッテリーパック 12 2次電池(バッテリーセル) 14 充電器(負荷) 20 充放電保護回路 22 過充電検出回路 22a 過充電検出信号 23 レベルシフト回路 23a 充電制御信号 24 短絡検出回路 25 過電流検出回路 26 ディレイ回路 27 過放電検出回路 27a 過放電検出信号 Q1 放電用トランジスタ Q2 充電用トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery pack 12 Secondary battery (battery cell) 14 Charger (load) 20 Charge / discharge protection circuit 22 Overcharge detection circuit 22a Overcharge detection signal 23 Level shift circuit 23a Charge control signal 24 Short circuit detection circuit 25 Overcurrent detection circuit 26 Delay circuit 27 Overdischarge detection circuit 27a Overdischarge detection signal Q1 Discharging transistor Q2 Charging transistor

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2次電池及び充電器に接続され、2次電
池を過充電状態、過放電状態または過電流状態から保護
する充放電保護回路であって、 2次電池の充電状態を監視し過充電検出信号を生成する
過充電検出回路と、 過充電検出回路から過充電検出信号を受け取り充電制御
信号を生成するレベルシフト回路と、 2次電池の放電状態を監視し過放電検出信号を生成する
過放電検出回路と、 2次電池における過電流状態を検知し過電流検出信号を
生成する過電流検出回路と、 過放電、過電流の検出時のディレイ時間を設定するディ
レイ回路と、 短絡状態を検知し短絡検出信号を生成する短絡検出回路
と、 充放電保護回路を静電気から保護するための複数の保護
ダイオードを有すると共に、 前記レベルシフト回路を構成するトランジスタのうち、
ソースレベルあるいはドレインレベルとして充電器から
の比較的高い電圧を受ける可能性があるトランジスタが
高耐圧構造を有することを特徴とする充放電保護回路。
A charge / discharge protection circuit connected to a secondary battery and a charger for protecting the secondary battery from an overcharged state, an overdischarged state, or an overcurrent state, wherein the charge / discharge protection circuit monitors a charged state of the secondary battery. An overcharge detection circuit that generates an overcharge detection signal; a level shift circuit that receives an overcharge detection signal from the overcharge detection circuit and generates a charge control signal; and monitors a discharge state of the secondary battery to generate an overdischarge detection signal An over-discharge detection circuit, an over-current detection circuit that detects an over-current state in the secondary battery and generates an over-current detection signal, a delay circuit that sets a delay time when over-discharge and over-current are detected, and a short-circuit state And a short-circuit detection circuit for detecting a short-circuit detection signal, and a plurality of protection diodes for protecting the charge / discharge protection circuit from static electricity. ,
A charge / discharge protection circuit, wherein a transistor which may receive a relatively high voltage from a charger as a source level or a drain level has a high breakdown voltage structure.
【請求項2】 前記保護ダイオードが高耐圧構造を有す
ることを特徴とする請求項1に記載の充放電保護回路。
2. The charge / discharge protection circuit according to claim 1, wherein the protection diode has a high breakdown voltage structure.
【請求項3】 過放電が生じて負荷への電流供給が停止
され、かつ充電器に接続される端子がオープン状態にな
った場合に充電保護回路が不安定になるのを防ぐための
トランジスタからなるプルアップ抵抗をさらに有し、該
トランジスタが高耐圧構造を有することを特徴とする請
求項1に記載の充放電保護回路。
3. A transistor for preventing a charge protection circuit from becoming unstable when an overdischarge occurs, a current supply to a load is stopped, and a terminal connected to a charger is opened. The charge / discharge protection circuit according to claim 1, further comprising a pull-up resistor, wherein the transistor has a high breakdown voltage structure.
【請求項4】 充電器に接続される端子がショートされ
た後にオープン状態になった際に充電保護回路が不安定
になるのを防ぐための複数のトランジスタからなるプル
ダウン抵抗をさらに有し、該複数のトランジスタのうち
ソースレベルまたはドレインレベルとして高電圧を受け
る可能性があるトランジスタが高耐圧構造を有すること
を特徴とする請求項1に記載の充放電保護回路。
4. A charging device according to claim 1, further comprising a pull-down resistor comprising a plurality of transistors for preventing the charge protection circuit from becoming unstable when the terminal connected to the charger is short-circuited and then opened. 2. The charge / discharge protection circuit according to claim 1, wherein a transistor which may receive a high voltage as a source level or a drain level among the plurality of transistors has a high breakdown voltage structure.
【請求項5】 前記トランジスタは、 素子分離膜と、ソースの高耐圧化を図るためのオフセッ
ト用酸化膜と、ドレインの耐圧を上げるオフセット用酸
化膜と、前記オフセット用酸化膜を覆うように形成され
たポリシリコンゲートを備えたLOCOSオフセット構
造を有することを特徴とする請求項1に記載の充放電保
護回路。
5. The transistor is formed so as to cover an element isolation film, an offset oxide film for increasing a withstand voltage of a source, an offset oxide film for increasing a withstand voltage of a drain, and the offset oxide film. 2. The charge / discharge protection circuit according to claim 1, wherein the charge / discharge protection circuit has a LOCOS offset structure including a formed polysilicon gate.
【請求項6】 前記トランジスタは、 素子分離膜と、ソースの高耐圧化を図るためのオフセッ
ト用酸化膜と、ドレインの耐圧を上げるオフセット用酸
化膜と、前記オフセット用酸化膜を覆うように形成され
たポリシリコンゲートを備えたLOCOSオフセット構
造を有することを特徴とする請求項3に記載の充放電保
護回路。
6. The transistor is formed so as to cover an element isolation film, an offset oxide film for increasing a withstand voltage of a source, an offset oxide film for increasing a withstand voltage of a drain, and the offset oxide film. 4. The charge / discharge protection circuit according to claim 3, wherein the charge / discharge protection circuit has a LOCOS offset structure including a formed polysilicon gate.
【請求項7】 前記高耐圧構造とは、 素子分離膜と、ソースの高耐圧化を図るためのオフセッ
ト用酸化膜と、ドレインの耐圧を上げるオフセット用酸
化膜と、前記オフセット用酸化膜を覆うように形成され
たポリシリコンゲートを備えたLOCOSオフセット構
造であることを特徴とする請求項4に記載の充放電保護
回路。
7. The high withstand voltage structure includes: an element isolation film, an offset oxide film for increasing a source withstand voltage, an offset oxide film for increasing a drain withstand voltage, and covering the offset oxide film. The charge / discharge protection circuit according to claim 4, wherein the charge / discharge protection circuit has a LOCOS offset structure including a polysilicon gate formed as described above.
【請求項8】 バッテリーセルと、 充電器または負荷を接続することができる2つの端子
と、 バッテリーセルに接続されバッテリーセルを過充電状
態、過放電状態または過電流状態から保護する充放電保
護回路と、 負荷と前記バッテリーセル間に直列に接続され、前記バ
ッテリーセルから負荷に供給される放電電流を制御する
放電用トランジスタと、 充電器と前記バッテリーセル間に直列に接続され、充電
器から前記バッテリーセルに供給される充電電流を制御
する充電用トランジスタと、 過充電検出時のディレイ時間を設定するコンデンサを有
し、 前記充放電保護回路は、 バッテリーセルの充電状態を監視し過充電検出信号を生
成する過充電検出回路と、 過充電検出回路から過充電検出信号を受け取り充電制御
信号を生成するレベルシフト回路と、 バッテリーセルの放電状態を監視し過放電検出信号を生
成する過放電検出回路と、 バッテリーセルにおける過電流状態を検知し過電流検出
信号を生成する過電流検出回路と、 過放電、過電流の検出時のディレイ時間を設定するディ
レイ回路と、 短絡状態を検知し短絡検出信号を生成する短絡検出回路
と、 充放電保護回路を静電気から保護するための複数の保護
ダイオードを有すると共に、 前記レベルシフト回路を構成するトランジスタのうち、
ソースレベルあるいはドレインレベルとして充電器から
の比較的高い電圧を受ける可能性があるトランジスタが
高耐圧構造を有することを特徴とするバッテリーパッ
ク。
8. A battery cell, two terminals to which a charger or a load can be connected, and a charge / discharge protection circuit connected to the battery cell to protect the battery cell from an overcharged state, an overdischarged state, or an overcurrent state. A discharge transistor connected in series between a load and the battery cell to control a discharge current supplied from the battery cell to the load; a discharge transistor connected in series between a charger and the battery cell; A charge transistor that controls a charge current supplied to the battery cell; and a capacitor that sets a delay time when overcharge is detected. The charge / discharge protection circuit monitors a charge state of the battery cell and detects an overcharge detection signal. An overcharge detection circuit that generates an overcharge detection signal from the overcharge detection circuit and generates a charge control signal. An over-discharge detection circuit that monitors a discharge state of the battery cell and generates an over-discharge detection signal; an over-current detection circuit that detects an over-current state of the battery cell and generates an over-current detection signal; A delay circuit for setting a delay time for detecting an overcurrent, a short circuit detection circuit for detecting a short circuit state and generating a short circuit detection signal, and a plurality of protection diodes for protecting the charge / discharge protection circuit from static electricity, Among the transistors constituting the level shift circuit,
A battery pack characterized in that a transistor capable of receiving a relatively high voltage from a charger as a source level or a drain level has a high breakdown voltage structure.
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