TWI697164B - 二次電池保護電路 - Google Patents

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田中伸史
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Abstract

本發明提供一種二次電池保護電路，係用於減少基準電壓的溫度特性的偏差。二次電池保護電路係監視二次電池的狀態，並在檢測出異常狀態時保護前述二次電池，且具備：基準電壓電路，係使用空乏型的第一電晶體和與前述第一電晶體串聯連接的增強型的第二電晶體來生成基準電壓；分壓電路，係輸出對前述二次電池的電源電壓進行分壓而得到的檢測電壓；檢測電路，係基於前述基準電壓和前述檢測電壓來檢測前述異常狀態；第一調整電路，係基於前述第一電晶體的臨限值電壓和前述第二電晶體的臨限值電壓來調整前述第一電晶體與前述第二電晶體的尺寸比；以及第二調整電路，係基於藉由上述第一調整電路已調整前述尺寸比後的前述基準電壓，將前述檢測電壓調整為所希望的電壓。

Description

二次電池保護電路
本發明係關於一種二次電池保護電路。
以往，公知有使用串聯連接的空乏型(depletion type)的電晶體和增強型(enhancement-type)的電晶體，係生成恆定的基準電壓的基準電壓電路(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2016-143227號公報。
然而，由於電路的製造偏差，有可能使基準電壓的溫度特性產生偏差。
因此本發明提供一種能夠減少基準電壓的溫度特性的偏差的二次電池保護電路。
本發明提供一種監視二次電池的狀態並在檢測出異常狀態時保護前述二次電池的二次電池保護電路，前述二次電池保護電路具備：基準電壓電路，係使用空乏型的第一電晶體和與前述第一電晶體串聯連接的增強型的第二電晶體來生成基準電壓；分壓電路，係輸出對前述二次電池的電源電壓進行分壓而得到的檢測電壓；檢測電路，係基於前述基準電壓和前述檢測電壓來檢測前述異常狀態；第一調整電路，係基於前述第一電晶體的臨限值電壓和前述第二電晶體的臨限值電壓來調整前述第一電晶體與前述第二電晶體的尺寸比；以及第二調整電路，係基於藉由前述第一調整電路已調整前述尺寸比後的前述基準電壓，將前述檢測電壓調整為所希望的電壓。
根據本發明的技術，能夠減少基準電壓的溫度特性的偏差。
1:充電控制電晶體
2:放電控制電晶體
3、A1至A4:開關電路
5:正端子
6:負端子
9a:正側電流路徑
9b:負側電流路徑
10:電池保護電路
11:充電控制端子
12:放電控制端子
13:接地端子
14、21、22:電阻
15:電源端子
18:監視端子
20:檢測電路
23:比較器
24、24A、24B:基準電壓電路
24a、24b:節點
25:分壓電路
26、34:監視電路
27:第一調整電路
27A、27B:調整電路
28:第二調整電路
31:計時器
32:控制電路
33:輸出電路
70:二次電池
80:電池保護裝置
90:負載
91:充電器
100:電池組
101:空乏型的NMOS電晶體
102:增強型的NMOS電晶體
1000:基準電壓源
DN:第一電晶體
DNx:第一仿真元件
EN:第二電晶體
F1至F4:熔絲元件
GND:低電源電位部
ID1、ID2:汲極電流
N1:主電晶體
N2至N5:子電晶體
Nx:第二仿真元件
S1至S4:開關元件
VDD:高電源電位部
VIN+:檢測電壓
VREF:基準電壓
Vthnd、Vthne:臨限值電壓
X:尺寸比
圖1係顯示基本的基準電壓電路的構成例的示意圖。
圖2係顯示基準電壓的溫度特性的一個例子的概略圖。
圖3係顯示過充電檢測電壓的溫度特性的一個例子的示意圖。
圖4係顯示具備本實施形態中的二次電池保護電路的電池組的構成例的示意圖。
圖5係顯示本實施形態中的基準電壓電路的第一構成例的示意圖。
圖6係顯示本實施形態中的基準電壓電路的第二構成例的示意圖。
圖7係例示出基準電壓的溫度特性的調整後的過充電檢測電壓的溫度特性的示意圖。
圖8係例示出減少因基準電壓的溫度特性的偏差所引起的過充電檢測電壓的偏差的構成的示意圖。
以下，根據圖式對本發明的實施形態進行說明。首先，對因電路的製造偏差所產生的基準電壓的溫度特性的偏差進行說明。
圖1係顯示基本的基準電壓電路的構成例的示意圖。圖1所顯示的基準電壓源1000是能夠輸出恆定的基準電壓VREF的基準電壓電路，且不依存於高電源電位部VDD與低電源電位部GND之間的電源電壓的電壓值的變化。基準電壓源1000使用在高電源電位部VDD與低電源電位部GND之間串聯連接的空乏型的NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor；N通道金屬氧化物半導體)電晶體101和增強型的NMOS電晶體102，生成恆定的基準電壓VREF。以下，有時簡單地將空乏型的NMOS電晶體101稱為電晶體101，將增強型的NMOS電晶體102稱為電晶體102。電晶體101的汲極電流ID1由式(1)表示，電晶體102的汲極電流ID2由式(2)表示。
Figure 108124816-A0305-02-0006-15
在式(1)中，μND表示電晶體101中的電子的遷移率，COX表示電晶體101中的每單位面積的閘極電容，WND表示電晶體101的通道寬度，LND表示電晶體101的通道長度，Vthnd表示電晶體101的臨限值電壓。在式(2)中，μNE表示電晶體102中的電子的遷移率，COX表示電晶體102中的 每單位面積的閘極電容，WNE表示電晶體102的通道寬度，LNE表示電晶體102的通道長度，Vthne表示電晶體102的臨限值電壓，VGS表示電晶體102的閘極-源極間的電壓。
在此，對於通道長度與通道寬度之比(W/L)而言，定義如下：
Figure 108124816-A0305-02-0007-3
WND/LND表示空乏型的電晶體的比(W/L)，WNE/LNE表示增強型的電晶體的比(W/L)，X表示空乏型的電晶體與增強型的電晶體的尺寸比。也就是說，WND/LND為WNE/LNE的X倍。此時，若ID1和ID2相等，則基於式(1)至式(3)，能夠由式(4)表示電晶體102的閘極-源極間的電壓VGS。
式(4)
Figure 108124816-A0305-02-0008-4
由於電晶體102的閘極-源極間的電壓VGS相當於基準電壓VREF，所以基準電壓VREF能夠由式(5)表示。
Figure 108124816-A0305-02-0008-5
式(5)表示出基準電壓源1000不管電源電壓如何都能夠輸出恆定的基準電壓VREF。
圖2係顯示由式(5)表示的基準電壓VREF的溫度特性的一個例子的概略圖。Ta表示基準溫度(例如，25℃)。△VREF表示與基準溫度Ta下的基準電壓VREF的差(基準電壓VREF的變動量)，△｜Vthnd｜表示與基準 溫度Ta下的臨限值電壓｜Vthnd｜(也就是說，臨限值電壓Vthnd的絕對值)的差(臨限值電壓Vthnd的變動量)，△Vthne表示與基準溫度Ta下的臨限值電壓Vthne的差(臨限值電壓Vthne的變動量)。√A表示式(5)中的√(X×(μND/μNE))。
臨限值電壓Vthnd、Vthne以及遷移率μNE、μND分別具有其值根據溫度變化的溫度依存性。△Vthne具有其值隨著溫度的上升而減少的負的溫度特性，△｜Vthnd｜具有其值隨著溫度的上升而增加的正的溫度特性。△√A‧｜Vthnd｜的曲率根據遷移率μNE、μND的溫度特性而產生。
如此，在式(5)的右邊中，第一項中的｜Vthnd｜具有正的溫度特性，第二項的臨限值電壓Vthne具有負的溫度特性(臨限值電壓Vthnd具有負的溫度特性)。因此，藉由將式(5)中的√A(更具體而言，尺寸比X)設計為最佳值，能夠將基準電壓VREF的溫度特性設定為溫度依存性小的狀態。
然而，在實際製造具備基準電壓源的半導體電路時，由於元件等的製造偏差而使電晶體的臨限值電壓有偏差，有可能每個半導體電路(產品)具有不同的尺寸比X的最佳的設計值。
例如，圖3係顯示出因空乏型的NMOS電晶體101的臨限值電壓Vthnd的偏差而產生的過充電檢測電壓的溫度特性的偏差的一個例子。圖3係顯示出保護二次電池的電池保護電路中的過充電檢測電壓的溫度特性資料。過充電檢測電壓係指二次電池的過充電的檢測所使用的臨限值。
在例如圖4所顯示出的電池保護電路10中，在與二次電池70分別連接的VDD端子與VSS端子之間的電源電壓Vd上升時，則藉由電阻21、22對電源電壓Vd進行分壓而得到的檢測電壓VIN+也上升。在檢測電壓VIN+超過藉由基準電壓電路24生成的基準電壓VREF時，則檢測電路20中的比較器23的輸出反相。將前述反相時的電源電壓Vd設為過充電檢測電壓。也就是說，過充電檢測電壓具有與基準電壓VREF成比例的特性，過充電檢測電壓的溫度特性具有與基準電壓VREF相同的溫度特性。
在圖3中，「Vth=Typ．」表示基準電壓源1000使用臨限值電壓Vthnd為代表值的電晶體101來生成基準電壓VREF時的資料。「Vth高」表示基準電壓源1000使用臨限值電壓Vthnd比代表值高的電晶體101來生成基準電壓VREF時的資料。「Vth低」表示基準電壓源1000使用臨限值電壓Vthnd比代表值低的電晶體101來生成基準電壓VREF時的資料。
根據圖3可知，由於空乏型的NMOS電晶體101的臨限值電壓Vthnd的製造偏差，基準電壓VREF的溫度特性產生個體差偏差，其結果，過充電檢測電壓的溫度特性產生個體差偏差。
本實施形態中的基準電壓電路具有能夠減少因製造偏差所引起的基準電壓VREF的溫度特性的個體差偏差的構成。接下來，對本實施形態的構成進行說明。
圖5係顯示本實施形態中的基準電壓電路的第一構成例的示意圖。基準電壓電路24A是能夠輸出恆定的基準電壓VREF的電路，且不依存於高 電源電位部VDD與低電源電位部GND之間的電源電壓的電壓值的變化。低電源電位部GND的電位比高電源電位部VDD低。
基準電壓電路24A使用空乏型的第一電晶體DN和與第一電晶體DN串聯連接的增強型的第二電晶體EN來生成恆定的基準電壓VREF。第一電晶體DN是空乏型的NMOS電晶體，第二電晶體EN是增強型的NMOS電晶體。第一電晶體DN和第二電晶體EN串聯連接在高電源電位部VDD與低電源電位部GND之間。第二電晶體EN包括串聯連接的複數個電晶體。圖5中雖例示出包括5個電晶體N1至N5的情形，但串聯連接的電晶體的數量並不局限於前述情形。
在圖5所示的實施形態中，第一電晶體DN的汲極與高電源電位部VDD連接，源極與第二電晶體EN連接，閘極與節點24a連接。第一電晶體DN的閘極、源極以及背閘係相互連接。
第二電晶體EN包括與第一電晶體DN串聯連接的主電晶體和與前述主電晶體串聯連接的複數個子電晶體。基準電壓電路24A至少使用第一電晶體DN、和與第一電晶體DN串聯連接的主電晶體來生成從節點24a輸出的恆定的基準電壓VREF。
在本實施形態中，第二電晶體EN包括主電晶體N1和與主電晶體N1串聯連接的四個子電晶體N2至N5。主電晶體N1和子電晶體N2至N5的各個的閘極共同地連接於節點24a。主電晶體N1和子電晶體N2至N5的各個的背閘共同地連接於低電源電位部GND。第二電晶體EN所包含的複數個 電晶體中最高電位側的主電晶體N1的汲極與第一電晶體DN的源極連接。第二電晶體EN所包含的複數個電晶體中最低電位側的子電晶體N5的源極與低電源電位部GND連接。
基準電壓電路24A具有複數個開關電路A1至A4，前述複數個開關電路A1至A4係相對於複數個子電晶體N2至N5的各個而設置，且與對應的子電晶體串聯連接。複數個開關電路A1至A4分別具有開關元件和與開關元件串聯連接的熔絲(fuse)元件。例如，開關元件係藉由所供給的信號而導通或者斷開的MOS電晶體，熔絲元件係能夠藉由從半導體電路的外部照射的雷射而切斷的導體。
在圖5的情形下，具有串聯連接的開關元件S1和熔絲元件F1的開關電路A1並聯連接在子電晶體N2的汲極-源極之間。具有串聯連接的開關元件S2和熔絲元件F2的開關電路A2並聯連接在子電晶體N3的汲極-源極之間。具有串聯連接的開關元件S3和熔絲元件F3的開關電路A3並聯連接在子電晶體N4的汲極-源極之間。具有串聯連接的開關元件S4和熔絲元件F4的開關電路A4並聯連接在子電晶體N5的汲極-源極之間。
也就是說，基準電壓電路24A具備能夠藉由開關元件或者熔絲元件調整第二電晶體EN的通道長度L的調整電路27A。調整電路27A藉由利用開關元件或者熔絲元件阻斷與複數個子電晶體N2至N5的各個並聯連接的開關電路的任意一個，藉此變更第二電晶體EN的通道長度L。越增加開關電路A1至A4中阻斷的開關電路的數量，則調整電路27A越使第二電晶體EN的通道長度L增長。
此外，開關元件S1設置為能夠在與子電晶體N2並聯連接的熔絲元件F1的切斷前變更第二電晶體EN的通道長度L。但是，在熔絲元件F1的切斷後，第二電晶體EN的通道長度L不會因開關元件S1而有所變更。對於開關元件S2至S4也同樣。
調整電路27A藉由如此變更第二電晶體EN的通道長度L來調整第一電晶體DN的(W/L)與第二電晶體EN的(W/L)的尺寸比X(參照上述的式(3))。調整電路27A具有能夠調整尺寸比X的構成，所以能夠針對第一電晶體DN和第二電晶體EN的各個的臨限值電壓的製造偏差，選擇能夠減少基準電壓VREF的溫度特性的個體差偏差的最佳尺寸比X。
若決定所選擇的尺寸比X，則在產品出廠前對複數個熔絲元件F1至F4中的一個或者複數個熔絲元件進行雷射切斷以便成為該尺寸比X。藉此，在產品出廠後，基準電壓電路24A也能夠生成溫度特性的個體差偏差已被減少的基準電壓VREF。
圖6係顯示本實施形態中的基準電壓電路的第二構成例的示意圖。基準電壓電路24B是能夠輸出恆定的基準電壓VREF的電路，且不依存於高電源電位部VDD與低電源電位部GND之間的電源電壓的電壓值的變化。低電源電位部GND的電位比高電源電位部VDD低。
基準電壓電路24B使用空乏型的第一電晶體DN和與第一電晶體DN串聯連接的增強型的第二電晶體EN來生成恆定的基準電壓VREF。第一 電晶體DN是空乏型的NMOS電晶體，第二電晶體EN是增強型的NMOS電晶體。第一電晶體DN和第二電晶體EN串聯連接在高電源電位部VDD與低電源電位部GND之間。第二電晶體EN包括並聯連接的複數個電晶體。圖6雖例示出包括五個電晶體N1至N5的情形，但並聯連接的電晶體的數量並不限於該情形。
在圖6所顯示的實施形態中，第一電晶體DN的汲極與高電源電位部VDD連接，源極與第二電晶體EN連接，閘極與節點24b連接。第一電晶體DN的閘極、源極以及背閘係相互連接。
第二電晶體EN包括與第一電晶體DN串聯連接的主電晶體和與前述主電晶體並聯連接的複數個子電晶體。基準電壓電路24B至少使用第一電晶體DN和與第一電晶體DN串聯連接的主電晶體來生成從節點24b輸出的恆定的基準電壓VREF。
在本實施形態中，第二電晶體EN包括主電晶體N1和與主電晶體N1並聯連接的四個子電晶體N2至N5。主電晶體N1和子電晶體N2至N5的各個的閘極共同與節點24b連接。主電晶體N1和子電晶體N2至N5的各個的背閘以及源極共通地與低電源電位部GND連接。主電晶體N1的汲極不經由開關電路與第一電晶體DN的源極連接。子電晶體N2至N5的各個的汲極經由分別對應的開關電路與第一電晶體DN的源極連接。
基準電壓電路24B具有複數個開關電路A1至A4，前述複數個開關電路A1至A4係相對於複數個子電晶體N2至N5的各個而設置，且與對應的 子電晶體串聯連接。複數個開關電路A1至A4分別具有開關元件和與開關元件串聯連接的熔絲元件。例如，開關元件係藉由所供給的信號而導通或者斷開的MOS電晶體，熔絲元件是能夠藉由從半導體電路的外部照射的雷射而切斷的導體。
在圖6的情形下，具有串聯連接的開關元件S1和熔絲元件F1的開關電路A1串聯連接在子電晶體N2的汲極與第一電晶體DN的源極之間。具有串聯連接的開關元件S2和熔絲元件F2的開關電路A2串聯連接在子電晶體N3的汲極與第一電晶體DN的源極之間。具有串聯連接的開關元件S3和熔絲元件F3的開關電路A3串聯連接在子電晶體N4的汲極與第一電晶體DN的源極之間。具有串聯連接的開關元件S4和熔絲元件F4的開關電路A4串聯連接在子電晶體N5的汲極與電晶體DN的源極之間。
也就是說，基準電壓電路24B具備能夠藉由開關元件或者熔絲元件調整第二電晶體EN的通道寬度W的調整電路27B。調整電路27B藉由利用開關元件或者熔絲元件阻斷與複數個子電晶體N2至N5的各個串聯連接的開關電路的任意一個，藉此變更第二電晶體EN的通道寬度W。越增加開關電路A1至A4中阻斷的開關電路的數量，則調整電路27B越使第二電晶體EN的通道寬度W縮短。
此外，開關元件S1設置為能夠在與子電晶體N2串聯連接的熔絲元件F1的切斷前變更第二電晶體EN的通道寬度W。但是，在熔絲元件F1的切斷後，第二電晶體EN的通道寬度W不會因開關元件S1而有所變更。對於開關元件S2至S4也同樣。
調整電路27B藉由如此變更第二電晶體EN的通道寬度W來調整第一電晶體DN的(W/L)與第二電晶體EN的(W/L)的尺寸比X(參照上述的式(3))。調整電路27B具有能夠調整尺寸比X的構成，所以能夠針對第一電晶體DN和第二電晶體EN的各個的臨限值電壓的製造偏差，選擇能夠減少基準電壓VREF的溫度特性的個體差偏差的最佳尺寸比X。
若決定所選擇的尺寸比X，則在產品出廠前對複數個熔絲元件F1至F4中的一個或者複數個熔絲元件進行雷射切斷以便成為該尺寸比X。藉此，在產品出廠後，基準電壓電路24B也能夠生成溫度特性的個體差偏差已被減少的基準電壓VREF。
圖7是例示藉由調整電路27A已減少基準電壓VREF的溫度特性的個體差偏差後的過充電檢測電壓的溫度特性的示意圖。根據圖6可知，與圖3相比較，過充電檢測電壓的溫度特性的個體差偏差減少。
接下來，對使用過充電檢測電壓來保護二次電池的二次電池保護電路的構成、以及具備該二次電池保護電路的電池組的構成進行說明。
圖4係顯示具備本實施形態中的二次電池保護電路的電池組的構成例的示意圖。圖4所顯示的電池組100內建具備二次電池70和電池保護裝置80。
二次電池70係能夠充放電的電池的一個例子。二次電池70將電力供 給到與正端子5(P+端子)和負端子6(P-端子)連接的負載90。二次電池70能夠藉由與正端子5和負端子6連接的充電器91來充電。作為二次電池70的具體例子可舉出鋰離子電池以及鋰聚合物電池等。電池組100既可以內建於負載90，也可以外部連接。
負載90是將電池組100的二次電池70作為電源的負載的一個例子。作為負載90的具體例子，舉出了電動工具等電動機械、能夠攜帶的移動終端裝置等電子設備。作為電子設備的具體例子，舉出了移動電話、智能手機、計算機、遊戲機、電視機、照相機等。負載90並不限於這些設備。
電池保護裝置80是將二次電池70作為電源而動作的二次電池保護裝置的一個例子，藉由控制二次電池70的充放電來保護二次電池70不會受到過充電或過放電等的影響。電池保護裝置80具備正端子5、負端子6、開關電路3以及電池保護電路10。
正端子5是能夠連接有負載90或者充電器91的電源端子的端子的一個例子。負端子6是能夠連接有負載90或者充電器91的接地的端子的一個例子。
二次電池70的正極和正端子5藉由正側電流路徑9a連接，二次電池70的負極和負端子6藉由負側電流路徑9b連接。正側電流路徑9a是二次電池70的正極與正端子5之間的充放電電流路徑的一個例子，負側電流路徑9b是二次電池70的負極與負端子6之間的充放電電流路徑的一個例子。
開關電路3被串聯插入二次電池70的負極與能夠與負載90或者充電器91的接地端連接的負端子6之間的電流路徑9b。
開關電路3例如具備充電控制電晶體1和放電控制電晶體2。充電控制電晶體1是阻斷二次電池70的充電路徑的充電路徑阻斷部的一個例子，放電控制電晶體2是阻斷二次電池70的放電路徑的放電路徑阻斷部的一個例子。在圖4的情形下，充電控制電晶體1阻斷二次電池70的充電電流流過的電流路徑9b，放電控制電晶體2阻斷二次電池70的放電電流流過的電流路徑9b。充電控制電晶體1、放電控制電晶體2是切換電流路徑9b的導通/阻斷的開關元件，被串聯地插入電流路徑9b。充電控制電晶體1、放電控制電晶體2例如是N通道型的MOS(Metal Oxide Semiconductor；金屬氧化物半導體)電晶體。
電池保護電路10是二次電池保護電路的一個例子。電池保護電路10藉由使開關電路3斷開來進行二次電池70的保護動作。電池保護電路10是藉由二次電池70的正極與負極之間的電池電壓(也稱為“電池(cell)電壓”)進行動作的積體電路(IC)。電池保護電路10例如具備充電控制端子11(COUT端子)、放電控制端子12(DOUT端子)、監視端子18(V-端子)、電源端子15(VDD端子)以及接地端子13(VSS端子)。
COUT端子與充電控制電晶體1的閘極連接，輸出使充電控制電晶體1導通或者斷開的信號。DOUT端子與放電控制電晶體2的閘極連接，輸出使放電控制電晶體2導通或者斷開的信號。
V-端子用於負端子6的電位的監視且與負端子6連接。V-端子例如用於控制電路32監視負載90或者充電器91的連接的有無，並在充電控制電晶體1、放電控制電晶體2與負端子6之間經由電阻14與負側電流路徑9b連接。
VDD端子是電池保護電路10的電源端子，與二次電池70的正極以及正側電流路徑9a連接。VSS端子是電池保護電路10的接地端子，與二次電池70的負極以及負側電流路徑9b連接。
電池保護電路10是監視二次電池70的狀態，並在檢測出二次電池70的過充電或過放電等異常狀態時保護二次電池70的積體電路。電池保護電路10藉由使充電控制電晶體1斷開來保護二次電池70不會受到過充電等充電異常的影響，藉由使放電控制電晶體2斷開來保護二次電池70不會受到過放電等放電異常、短路異常的影響。電池保護電路10例如具備控制電路32、輸出電路33、計時器31以及檢測電路20。
控制電路32例如在二次電池70的過充電或者充電過電流被持續檢測直至經過預定的延遲時間為止的情形下，經由輸出電路33從COUT端子輸出使充電控制電晶體1從導通成為斷開的信號(例如，低位準的閘極控制信號)。控制電路32藉由使充電控制電晶體1斷開來禁止對二次電池70進行充電的方向的電流流過電流路徑9b。藉此，二次電池70的充電停止，能夠保護二次電池70不會受到過充電或者充電過電流的影響。
控制電路32例如在二次電池70的過放電或者放電過電流被持續檢測 直至經過預定的延遲時間為止的情形下，經由輸出電路33從DOUT端子輸出使放電控制電晶體2從導通成為斷開的信號(例如，低位準的閘極控制信號)。控制電路32藉由使放電控制電晶體2斷開，來禁止使二次電池70放電的方向的電流流過電流路徑9b。藉此，二次電池70的放電停止，能夠保護二次電池70不會受到過放電或者放電過電流的影響。
控制電路32例如不使用CPU(Central Processing Unit；中央處理器)，而是使用複數個類比的邏輯電路來形成。
輸出電路33是驅動開關電路3的電路，更具體而言，輸出電路33具有驅動充電控制電晶體1的驅動電路部和驅動放電控制電晶體2的驅動電路部。
計時器31用於延遲時間的計測，例如，包括對所輸入的預定的脈波信號進行計數的計數電路。
檢測電路20監視VDD端子與VSS端子之間的電壓亦即電源電壓Vd。由於VDD端子與二次電池70的正極連接且VSS端子與二次電池70的負極連接，所以電源電壓Vd與二次電池70的電池電壓大致相等。因此，檢測電路20能夠藉由監視電源電壓Vd來檢測二次電池70的電池電壓。
檢測電路20也可以具有監視V-端子的電位並將其監視結果輸出到控制電路32的監視電路34。監視電路34例如是CMOS(Complementary MOS；互補MOS)反相器。監視電路34也可以是使用比較器監視V-端子 的電位的電路。檢測電路20監視將VSS端子作為基準電位的V-端子的電壓亦即對監視電壓V-進行監視。
檢測電路20基於基準電壓VREF和檢測電壓VIN+檢測二次電池70的過充電等異常狀態。
檢測電路20為了檢測二次電池70的過充電，例如具備分壓電路25、基準電壓電路24以及比較器23。分壓電路25包括串聯連接在VDD端子與VSS端子之間的電阻21和電阻22。基準電壓電路24是生成恆定的基準電壓VREF的電路。上述的基準電壓電路24A(圖5)或者基準電壓電路24B(圖6)是基準電壓電路24的一個例子。
分壓電路25藉由電阻21、22對VDD端子與VSS端子之間的電壓進行分壓亦即對電源電壓Vd進行分壓，並輸出藉由對電源電壓Vd進行分壓而得到的檢測電壓VIN+。比較器23對藉由分壓電路25生成的檢測電壓VIN+和藉由基準電壓電路24生成的基準電壓VREF進行比較，並將其比較結果輸出至控制電路32。
若檢測電壓VIN+超過基準電壓VREF，則比較器23的輸出信號的位準從無效位準(例如，低位準)反相為有效位準(例如，高位準)。將該反相時的電源電壓Vd作為過充電檢測電壓Vdet1。另一方面，在比較器23設置有遲滯(hysteresis)。該情形下，若檢測電壓VIN+下降的比基準電壓VREF低時，則比較器23的輸出信號的位準從有效位準(例如，高位準)反相為無效位準(例如，低位準)。將該反相時的電源電壓Vd作為過充電恢復 電壓Vrel1。過充電恢復電壓Vrel1比過充電檢測電壓Vdet1低。
檢測電路20在藉由比較器23檢測到比過充電檢測電壓Vdet1高的電源電壓Vd的情形下，將表示檢測到二次電池70的過充電的狀態的有效位準的信號輸出到控制電路32。另一方面，檢測電路20在藉由比較器23檢測到比過充電恢復電壓Vrel1低的電源電壓Vd的情形下，輸出表示未檢測到二次電池70的過充電的狀態的無效位準的信號。
圖8是例示減少由於基準電壓VREF的偏差所引起的過充電檢測電壓Vdet1的偏差的構成的示意圖。基準電壓VREF的溫度特性主要根據第一電晶體DN的臨限值電壓Vthnd、第二電晶體EN的臨限值電壓Vthne以及第一電晶體DN的(W/L)與第二電晶體EN的(W/L)的尺寸比X而變化。
因此，使用設置於兩電晶體的附近的仿真(dummy)元件，監視臨限值電壓Vthnd與臨限值電壓Vthne的各自的偏差，根據其監視結果調整尺寸比X，藉此能夠調整基準電壓VREF的溫度特性。
具體而言，電池保護電路10具備配置於基準電壓電路24的附近的監視電路26。監視電路26具有配置於第一電晶體DN的附近的第一仿真元件DNx和配置於第二電晶體EN內的主電晶體N1的附近的第二仿真元件Nx。
第一仿真元件DNx是由與第一電晶體DN相同的形狀(例如，相同的(W/L))形成的空乏型的NMOS電晶體，以監視第一電晶體DN的臨限值 電壓Vthnd的製造偏差。第二仿真元件Nx是由與主電晶體N1相同的形狀(例如，相同的(W/L))形成的增強型的NMOS電晶體，以監視第二電晶體EN內的主電晶體N1的臨限值電壓Vthne的製造偏差。
並且，電池保護電路10具備第一調整電路27和第二調整電路28。
第一調整電路27基於第一電晶體DN的臨限值電壓Vthnd和第二電晶體EN的臨限值電壓Vthne，調整第一電晶體DN與第二電晶體EN的尺寸比X。上述的調整電路27A(圖5)或者調整電路27B是第一調整電路27的一個例子。
第一調整電路27藉由阻斷與複數個子電晶體N2至N5的各個連接的開關電路的任意一個來調整尺寸比X。開關電路分別具有設置為能夠在第二調整電路28調整檢測電壓VIN+後切斷的熔絲元件、和設置為能夠在該熔絲元件的切斷前變更尺寸比X的開關元件。
第一調整電路27除了上述的開關電路(圖5的情形下，開關電路A1至A4)以外，還具備使前述開關電路內的各開關元件(圖5的情形下，開關元件S1至S4)導通斷開的開關元件控制電路。開關控制電路例如具有計數電路、資料保持電路等。
第二調整電路28基於藉由第一調整電路27調整了尺寸比X後的基準電壓VREF，將檢測電壓VIN+調整為所希望的電壓(例如，過充電檢測電壓Vdet1)。第二調整電路28藉由變更電源電壓Vd的分壓比來調整檢測電 壓VIN+。第二調整電路28例如藉由使電阻21的電阻值變化來變更電源電壓Vd的分壓比。
在此，於第一電晶體DN的臨限值電壓Vthnd和第二電晶體EN的臨限值電壓Vthne的至少一方變化時，則基準電壓VREF的溫度特性變化。另外，於第一電晶體DN的(W/L)與第二電晶體EN的(W/L)的尺寸比X變化時，則基準電壓VREF的溫度特性變化。
因此，預先導出臨限值電壓Vthnd、臨限值電壓Vthne、以及針對各個臨限值電壓Vthnd和Vthne減少基準電壓VREF的溫度特性的最佳尺寸比X(也可以是通道長度L或者通道寬度W)的三者的對應關係。然後，將規定了該對應關係的表格資料預先存儲到存儲器。尺寸比X的調整前的臨限值電壓Vthnd能夠視為藉由監視電路26所測量出的第一仿真元件DNx的臨限值電壓。尺寸比X的調整前的臨限值電壓Vthne能夠視為藉由監視電路26測量出的第二仿真元件Nx的臨限值電壓。
接下來，對進行減少基準電壓VREF的溫度特性和減少過充電檢測電壓Vdet1的偏差的動作進行說明。
首先，監視電路26基於來自二次電池保護電路10的外部的控制信號，分別測量尺寸比X的調整前的臨限值電壓Vthnd、Vthne。第一調整電路27基於藉由監視電路26所測量出的臨限值電壓Vthnd、Vthne和上述的表格資料，使開關元件S1至S4中的任意一個斷開，藉此將通道長度L或者通道寬度W調整為最佳值。藉此，尺寸比X被調整為用於減少基準電 壓VREF的溫度特性的最佳值。
接下來，第二調整電路28在保持了將尺寸比X調整為最佳值時的開關元件S1至S4各自的導通狀態或者斷開狀態的狀態下，調整電阻21的電阻值以使檢測電壓VIN+與所希望的電壓(例如，過充電檢測電壓Vdet1)一致。
而且，對熔絲元件F1至F4的任意一個進行雷射切斷以便成為與將尺寸比X調整為最佳值時的開關元件S1至S4各自的斷開狀態相同的狀態。同樣地，藉由熔絲元件等的雷射切斷固定檢測電壓VIN+與所希望的電壓(例如，過充電檢測電壓Vdet1)一致時的電阻21的電阻值。
藉此，能夠進行基準電壓VREF的溫度特性的減少和過充電檢測電壓Vdet1的偏差的減少。
以上，藉由實施形態對二次電池保護電路進行了說明，但本發明並不限於上述實施形態。能夠在本發明的範圍內進行與其他的實施形態的一部分或者全部的組合、置換等各種變形以及改進。
例如，在上述的實施形態中，將第二調整電路28調整的對像作為過充電檢測電壓Vdet1，但也可以是將第二調整電路28調整的對像作為過放電檢測電壓Vdet2。檢測電路20例如具備與圖4相同的電路構成(分壓電路以及比較器)，以檢測二次電池70的過放電。若藉由分割電路對電源電壓Vd進行分壓而得到的檢測電壓VIN-比基準電壓VREF降低，則該比較器 的輸出信號的位準從無效位準(例如，低位準)反相為有效位準(例如，高位準)。將前述反相時的電源電壓Vd作為過放電檢測電壓Vdet2。檢測電路20在藉由比較器檢測到比過放電檢測電壓Vdet2低的電源電壓Vd的情形下，將表示檢測到二次電池70的過放電的狀態的有效位準的信號輸出到控制電路32。
另外，主電晶體N1並不限於藉由一個電晶體構成的形態，也可以是由複數個電晶體構成的形態。
另外，例如，充電控制電晶體1和放電控制電晶體2的配置位置也可以相對於圖示的位置相互置換。
另外，並不限於充電控制電晶體1以及放電控制電晶體2插入負側電流路徑9b的形態，充電控制電晶體1以及放電控制電晶體2也可以插入正側電流路徑9a。
20:檢測電路
21:電阻
23:比較器
24:基準電壓電路
25:分壓電路
26:監視電路
27:第一調整電路
28:第二調整電路
DN:第一電晶體
DNx:第一仿真元件
EN:第二電晶體
GND:低電源電位部
Nx:第二仿真元件
VDD:高電源電位部
VIN+:檢測電壓
VREF:基準電壓

Claims (11)

  1. 一種二次電池保護電路，係監視二次電池的狀態，並在檢測出異常狀態時保護前述二次電池，且具備：基準電壓電路，係使用空乏型的第一電晶體和與前述第一電晶體串聯連接的增強型的第二電晶體來生成基準電壓；分壓電路，係輸出對前述二次電池的電源電壓進行分壓而得到的檢測電壓；檢測電路，係基於前述基準電壓和前述檢測電壓來檢測前述異常狀態；第一調整電路，係基於前述第一電晶體的臨限值電壓和前述第二電晶體的臨限值電壓來調整前述第一電晶體與前述第二電晶體的尺寸比；以及第二調整電路，係基於藉由前述第一調整電路已調整前述尺寸比後的前述基準電壓，將前述檢測電壓調整為所希望的電壓。
  2. 如請求項1所記載之二次電池保護電路，其中前述第一調整電路藉由變更前述第二電晶體的通道長度來調整前述尺寸比。
  3. 如請求項2所記載之二次電池保護電路，其中前述第二電晶體包括主電晶體和與前述主電晶體串聯連接的複數個子電晶體；前述第一調整電路藉由阻斷與前述複數個子電晶體的每一個並聯連接的開關電路的任意一個，來變更前述通道長度。
  4. 如請求項3所記載之二次電池保護電路，其中前述開關電路具有：熔絲元件，係被設置為能夠在前述第二調整電路調整了前述檢測電壓之後切斷；以及開關元件，係被設置為能夠在前述熔絲元件的切斷之前變更前述通道長度。
  5. 如請求項1所記載之二次電池保護電路，其中前述第一調整電路藉由變更前述第二電晶體的通道寬度來調整前述尺寸比。
  6. 如請求項5所記載之二次電池保護電路，其中前述第二電晶體包括主電晶體和與前述主電晶體並聯連接的複數個子電晶體；前述第一調整電路藉由阻斷與前述複數個子電晶體的每一個串聯連接的開關電路的任意一個來變更前述通道寬度。
  7. 如請求項6所記載之二次電池保護電路，其中前述開關電路具有：熔絲元件，係被設置為能夠在前述第二調整電路調整了前述檢測電壓之後切斷；以及開關元件，係被設置為能夠在前述熔絲元件的切斷之前變更前述通道寬度。
  8. 如請求項1所記載之二次電池保護電路，其中前述第二電晶體包括主電晶體和與前述主電晶體連接的複數個子電晶體；前述第一調整電路藉由阻斷與前述複數個子電晶體的每一個連接的開關電路的任意一個來調整前述尺寸比。
  9. 如請求項8所記載之二次電池保護電路，其中前述開關電路具有：熔絲元件，係被設置為能夠在前述第二調整電路調整了前述檢測電壓之後切斷；以及開關元件，係被設置為能夠在前述熔絲元件的切斷之前變更前述尺寸比。
  10. 如請求項1至9中任一項所記載之二次電池保護電路，其中前述第二調整電路藉由變更前述電源電壓的分壓比來調整前述檢測電壓。
  11. 如請求項1至9中任一項所記載之二次電池保護電路，其中前述所希望的電壓係前述二次電池的過充電檢測電壓或者過放電 檢測電壓。
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