TWI821215B - 充放電控制裝置以及電池裝置 - Google Patents

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Abstract

充放電控制裝置及電池裝置包括放電過電流檢測電路，所述放電過電流檢測電路是藉由基於放電基準FET的電壓的放電過電流基準電壓及放電過電流檢測端子的電壓來監視放電過電流，所述放電基準FET將汲極及閘極與充電控制FET加以連接。

Description

充放電控制裝置以及電池裝置
本發明是有關於一種充放電控制裝置及電池裝置。
圖3中，表示先前的電池裝置的方塊圖。先前的電池裝置包括蓄電池1、過充電檢測電路31、過放電檢測電路32、充電控制電路33、放電控制電路34、基準電流電路37、比較器（comparator）38、充電場效電晶體（field effect transistor，FET）Q1、放電FET Q2、第一基準FET Q3、第二基準FET Q4、以及外部端子T1及外部端子T2。
基準電流電路37使基準電流流入至第一基準FET Q3及第二基準FET Q4，使第一基準FET Q3的源極產生過電流檢測電壓。比較器38對充電FET Q1及放電FET Q2中所產生的放電電流所形成的電壓與過電流檢測電壓進行比較，檢測電池裝置的放電過電流。
此處，第一基準FET Q3及第二基準FET Q4具有分別與充電FET Q1及放電FET Q2相同的溫度特性及源極與閘極電壓特性。如上所述而構成的電池裝置可確實地補償溫度變動或蓄電池1的電壓變動所造成的影響，從而高精度地檢測過電流（例如，參照專利文獻1）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-131020號公報
[發明所欲解決之課題]
在電池裝置中，有時採用溝槽（trench）結構的金屬氧化物半導體場效電晶體（metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET），以降低充電FET Q1及放電FET Q2的導通電阻。此時，第一基準FET Q3及第二基準FET Q4亦設為溝槽結構的MOSFET，當欲配置在同一晶片上時，由於汲極為共用的結構上的限制，故而存在難以使充電FET Q1及放電FET Q2的汲極與第一基準FET Q3及第二基準FET Q4的汲極分離，難以如圖3的電路而構成的課題。
本發明是為了解決如上所述的課題而完成的，提供一種充放電控制裝置及電池裝置，即使由溝槽結構等立式的MOSFET構成充電FET Q1及放電FET Q2，亦可確實地補償因溫度變動或蓄電池1的電壓變動所造成的影響，從而高精度地檢測過電流。 [解決課題之手段]
本發明的充放電控制裝置是監視蓄電池的電壓及電流而控制蓄電池的充放電的充放電控制裝置，其特徵在於包括： 充電控制FET及放電控制FET，設置在所述蓄電池與外部端子之間的電流路徑上，將彼此的汲極加以連接；放電基準FET，將汲極及閘極與所述充電控制FET連接；以及充放電控制電路，包括連接所述蓄電池的一端的第一電源端子，連接所述蓄電池的另一端及所述放電控制FET的源極的第二電源端子，連接所述充電控制FET的閘極的充電控制端子，連接所述放電控制FET的閘極的放電控制端子，連接所述放電基準FET的源極的放電過電流基準端子以及連接所述充電控制FET的源極的放電過電流檢測端子；且所述充放電控制電路包括：放電過電流檢測電路，藉由基於所述放電過電流基準端子的電壓的放電過電流基準電壓及所述放電過電流檢測端子的電壓而監視放電過電流；以及控制電路，藉由所述放電過電流檢測電路的訊號而輸出控制所述放電控制FET的訊號。 [發明的效果]
根據本發明的充放電控制裝置，即使在充放電控制FET中採用立式的MOSFET，亦可構成同樣的立式的MOSFET的放電基準FET，因此可確實地補償因溫度變動或蓄電池的電壓變動所造成的影響，從而高精度地檢測過電流。由此，能夠提供一種可高精度地檢測過電流的電池裝置。
以下，參照圖式，對本發明的實施形態進行說明。
圖1是表示本發明的實施形態的電池裝置100的方塊圖。電池裝置100包括蓄電池1及充放電控制裝置2。充放電控制裝置2包括充放電控制電路10、FET電路20、外部端子P+及外部端子P-。
蓄電池1將正極端子連接於外部端子P+。充放電控制電路10將第1電源端子Vdd連接於蓄電池1的正極端子，將第2電源端子Vss連接於蓄電池1的負極端子，將充電控制端子CO連接於FET電路20的端子CG，將放電控制端子DO連接於FET電路20的端子DG，將放電過電流檢測端子VM經由電阻19而連接於FET電路20的端子S2，將充電過電流基準端子VRC連接於FET電路20的端子S3，將放電過電流基準端子VRD連接於FET電路20的端子S4。FET電路20將端子S1連接於蓄電池1的負極端子，將端子S2連接於外部端子P-。
充放電控制電路10包括控制電路11、定電流電路12及定電流電路14，以及比較電路13及比較電路15。定電流電路12連接於第1電源端子Vdd與充電過電流基準端子VRC之間。定電流電路14連接於第1電源端子Vdd與放電過電流基準端子VRD之間。比較電路13將第一輸入端子連接於第2電源端子Vss，將第二輸入端子連接於充電過電流基準端子VRC，將輸出端子連接於控制電路11。比較電路15將第一輸入端子連接於放電過電流檢測端子VM，將第二輸入端子連接於放電過電流基準端子VRD，將輸出端子連接於控制電路11。
定電流電路12及比較電路13構成監視充電過電流的充電過電流檢測電路。定電流電路14及比較電路15構成監視放電過電流的放電過電流檢測電路。
FET電路20包括放電控制FET 21、充電控制FET 22、充電基準FET 23及放電基準FET 24。放電控制FET 21將源極連接於端子S1，將閘極連接於端子DG。充電控制FET 22將源極連接於端子S2，將閘極連接於端子CG。充電基準FET 23將源極連接於端子S3，將閘極連接於端子DG。放電基準FET 24將源極連接於端子S4，將閘極連接於端子CG。所有的FET將汲極連接成共用（稱為節點（node）D）。
此處，放電控制FET 21及充電控制FET 22由溝槽結構的MOSFET構成，以降低導通電阻。而且，充電基準FET 23及放電基準FET 24由溝槽結構的MOSFET構成，以使特性與放電控制FET 21及充電控制FET 22相配合。而且，例如，將充電基準FET 23與放電控制FET 21的通道寬度（channel width）的比設為1：1000000，定電流電路12的電流與充電過電流的比亦同樣地設定。關於放電過電流，亦同樣地設定。
其次，對如上所述而構成的電池裝置100的運行進行說明。
當蓄電池1的電壓高於過放電電壓且低於過充電電壓時，控制電路11自充電控制端子CO及放電控制端子DO輸出高位準的訊號。放電控制FET 21及充電控制FET 22經由端子DG及端子CG將高位準的訊號施加至閘極，故而導通。充電基準FET 23及放電基準FET 24的閘極與放電控制FET 21及充電控制FET 22為共用，故而同樣地導通。
充電過電流基準端子VRC的電壓成為基於以節點D為基準的充電基準FET 23的導通電阻及定電流電路12的電流而形成的充電過電流基準電壓。第2電源端子Vss的電壓成為基於以節點D為基準的放電控制FET 21的導通電阻及連接於第1外部端子P+及第2外部端子P-的未圖示的充電器的充電電流而形成的電壓。比較電路13藉由輸入至第一輸入端子的第2電源端子Vss的電壓及輸入至第二輸入端子的充電過電流基準端子VRC的電壓來監視充電過電流。即，當第2電源端子Vss的電壓超過充電過電流基準端子VRC的電壓時，比較電路13檢測充電過電流，並輸出充電過電流檢測訊號。
放電過電流基準端子VRD的電壓成為基於以節點D為基準的放電基準FET 24的導通電阻及定電流電路14的電流而形成的放電過電流基準電壓。放電過電流檢測端子VM的電壓成為基於流入至以節點D為基準的充電控制FET 22的導通電阻及連接於第1外部端子P+及第2外部端子P-的未圖示的負載的放電電流而形成的電壓。比較電路15藉由輸入至第一輸入端子的放電過電流檢測端子VM的電壓與輸入至第二輸入端子的放電過電流基準端子VRD的電壓來監視放電過電流。即，比較電路15在放電過電流檢測端子VM的電壓超過放電過電流基準端子VRD的電壓時，檢測出放電過電流，並輸出放電過電流檢測訊號。
此處，充電基準FET 23及放電基準FET 24與放電控制FET 21及充電控制FET 22同樣地由溝槽結構的MOSFET構成，故可確實地補償溫度變動或蓄電池的電壓變動所造成的影響，從而高精度地檢測過電流。
又，FET電路20亦可構成在不需要溝槽結構的與充放電控制電路10不同的半導體基板上。即，充放電控制裝置2包含搭載充放電控制電路10的半導體裝置及搭載FET電路20的半導體裝置。藉由如上所述而構成，可壓低充放電控制裝置2的製造成本。
圖2是表示本實施形態的電池裝置100的另一例的方塊圖。
充放電控制電路10在放電過電流檢測電路及充電過電流檢測電路中分別包括定電流電路12及定電流電路14。圖2所示的電池裝置100是在需要設為低消耗電流時有效的電路例。
圖2所示的充放電控制電路10包括對放電過電流檢測端子VM的電壓與第2電源端子Vss的電壓進行比較的比較電路16，連接於定電流電路12與充電過電流基準端子VRC之間的開關17，以及連接於定電流電路14與放電過電流基準端子VRD之間的開關18。
比較電路16在第1外部端子P+及第2外部端子P-上連接充電器，利用藉由充電電流流入，而使得放電過電流檢測端子VM的電壓低於電源端子Vss的電壓的現象，檢測出蓄電池1正在充電，從而對控制電路11輸出充電電流檢測訊號。控制電路11根據充電電流檢測訊號，對開關17及開關18輸出控制訊號。即，當充電電流流入時使開關17導通，使開關18斷開而檢測充電過電流，當充電電流未流入時使開關17斷開，使開關18導通而檢測放電過電流。因此，圖2所示的充放電控制電路10中，僅定電流電路12及定電流電路14中任一者的電流流動，故可減少消耗電流。
再者，在圖2中，開關17及開關18的位置並不限定於所述電路，亦可連接於定電流電路12及定電流電路14的電流路徑的任意處。又，亦可設為利用開關來切換共用的定電流電路，而流入至放電過電流檢測電路或充電過電流檢測電路。
以上，已說明本發明的實施形態，但本發明並不限定於所述實施形態，毋庸置言，在不脫離本發明的主旨的範圍內可進行各種變更。
例如，在所述實施形態中，已說明檢測放電過電流及充電過電流兩者的結構例，但亦可為僅檢測放電過電流，僅檢測充電過電流的結構。又，例如，在所述實施形態中，已說明使用N通道FET作為FET電路20的示例，但亦可使用利用P通道FET而使邏輯反轉的電路結構。
1‧‧‧蓄電池2‧‧‧充放電控制裝置10‧‧‧充放電控制電路11‧‧‧控制電路12、14‧‧‧定電流電路13、15、16‧‧‧比較電路17、18‧‧‧開關19‧‧‧電阻20‧‧‧FET電路21‧‧‧放電控制FET22‧‧‧充電控制FET23‧‧‧充電基準FET24‧‧‧放電基準FET31‧‧‧過充電檢測電路32‧‧‧過放電檢測電路33‧‧‧充電控制電路34‧‧‧放電控制電路37‧‧‧基準電流電路38‧‧‧比較器100‧‧‧電池裝置CG、DG、S1、S2、S3、S4‧‧‧端子CO‧‧‧充電控制端子DO‧‧‧放電控制端子P+‧‧‧第1外部端子P-‧‧‧第2外部端子Q1‧‧‧充電FETQ2‧‧‧放電FETQ3‧‧‧第一基準FETQ4‧‧‧第二基準FETT1、T2‧‧‧外部端子Vdd‧‧‧第1電源端子VM‧‧‧放電過電流檢測端子VRC‧‧‧充電過電流基準端子VRD‧‧‧放電過電流基準端子Vss‧‧‧第2電源端子
圖1是表示本發明的實施形態的電池裝置的方塊圖。 圖2是表示本實施形態的電池裝置的另一例的方塊圖。 圖3是表示先前的電池裝置的方塊圖。
1‧‧‧蓄電池
2‧‧‧充放電控制裝置
10‧‧‧充放電控制電路
11‧‧‧控制電路
12、14‧‧‧定電流電路
13、15‧‧‧比較電路
19‧‧‧電阻
20‧‧‧FET電路
21‧‧‧放電控制FET
22‧‧‧充電控制FET
23‧‧‧充電基準FET
24‧‧‧放電基準FET
100‧‧‧電池裝置
CG、DG、S1、S2、S3、S4‧‧‧端子
CO‧‧‧充電控制端子
DO‧‧‧放電控制端子
P+‧‧‧第1外部端子
P-‧‧‧第2外部端子
Vdd‧‧‧第1電源端子
VM‧‧‧放電過電流檢測端子
VRC‧‧‧充電過電流基準端子
VRD‧‧‧放電過電流基準端子
Vss‧‧‧第2電源端子

Claims (6)

  1. 一種充放電控制裝置，對蓄電池的電壓及電流進行監視而控制蓄電池的充放電，所述充放電控制裝置的特徵在於包括： 第一外部端子，與所述蓄電池的一端連接； 第二外部端子； 充電控制場效電晶體及放電控制場效電晶體，設置在所述蓄電池的另一端與所述第二外部端子之間，彼此的汲極連接著； 放電基準場效電晶體，將汲極與所述充電控制場效電晶體的汲極連接，將閘極與所述充電控制場效電晶體的閘極連接；以及 充放電控制電路，包括連接所述蓄電池的一端的第一電源端子，連接所述蓄電池的另一端及所述放電控制場效電晶體的源極的第二電源端子，連接所述充電控制場效電晶體的閘極的充電控制端子，連接所述放電控制場效電晶體的閘極的放電控制端子，連接所述放電基準場效電晶體的源極的放電過電流基準端子及連接所述充電控制場效電晶體的源極的放電過電流檢測端子；且 所述充放電控制電路包括：放電過電流檢測電路，藉由基於所述放電過電流基準端子的電壓的放電過電流基準電壓及所述放電過電流檢測端子的電壓來監視放電過電流；以及控制電路，藉由所述放電過電流檢測電路的訊號而輸出控制所述放電控制場效電晶體的訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的充放電控制裝置，其中 所述充放電控制裝置包括將汲極與所述放電控制場效電晶體的汲極連接，將閘極與所述放電控制場效電晶體的閘極連接的充電基準場效電晶體， 所述充放電控制電路包括連接所述充電基準場效電晶體的源極的充電過電流基準端子，以及藉由基於所述充電過電流基準端子的電壓的充電過電流基準電壓及所述第二電源端子的電壓來監視充電過電流的充電過電流檢測電路， 所述控制電路藉由所述充電過電流檢測電路的訊號而輸出控制所述充電控制場效電晶體的訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的充放電控制裝置，其中 所述充電控制場效電晶體及所述放電控制場效電晶體與所述放電基準場效電晶體及所述充電基準場效電晶體是立式的金屬氧化物半導體場效電晶體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的充放電控制裝置，其中 所述充電控制場效電晶體及所述放電控制場效電晶體與所述放電基準場效電晶體及所述充電基準場效電晶體形成在與所述充放電控制電路不同的半導體基板上。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的充放電控制裝置，其中 所述充放電控制電路包括比較電路，所述比較電路是對所述放電過電流檢測端子的電壓與所述第二電源端子的電壓進行比較，當檢測出充電電流流入至所述第一外部端子與所述第二外部端子之間時，對所述控制電路輸出充電電流檢測訊號， 所述控制電路根據所述充電電流檢測訊號，對所述放電過電流檢測電路的電流路徑及所述充電過電流檢測電路的電流路徑進行切換。
  6. 一種電池裝置，其特徵在於包括： 所述蓄電池；以及 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的充放電控制裝置。
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