半導体集積回路、保護回路及び電池パック
【課題】放電電流が大きい場合でも電池容量を効率よく使い切ることが可能な半導体集積回路、保護回路及び電池パックを提供することを目的としている。
【解決手段】二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、前記二次電池に接続される負荷及び／又は充電器の負極側に抵抗を介して接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部とを有する。
【解決手段】二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、前記二次電池に接続される負荷及び／又は充電器の負極側に抵抗を介して接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフを制御して二次電池の保護を行う半導体集積回路、保護回路及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、二次電池を用いた電池パックを用いて駆動する電子機器等が普及している。二次電池は、電池パックが充電器に装着されることによって充電される。また二次電池は、電池パックが電子機器に装着された状態で電子機器にＡＣアダプタ等を接続することにより充電されても良い。
【０００３】
二次電池の充放電の制御は、二次電池の過充電や過放電等から保護する機能や、電池残量の管理等を行う電池監視機能等を有する保護回路により行われる。
【０００４】
このような保護回路において、例えば過放電が検出された状態から通常状態への復帰（以下、過放電復帰）の方法として、充電器接続復帰と電圧復帰の２つが知られている。充電器接続復帰とは、電池パックに対する充電器の接続を検知して、過放電の状態から通常状態へ復帰させる方法である。電圧復帰とは、二次電池の電池電圧が過放電復帰電圧以上になるまで充電されたことを検出して、過放電の状態から通常状態へ復帰させる方法である。
【０００５】
図１は、充電器接続復帰を採用した従来の保護回路の例を示す図である。図１に示す保護回路１０は、充放電制御ＩＣ２０、スイッチトランジスタＭ１と、スイッチトランジスタＭ２と、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、Ｂ＋端子、Ｂ−端子、Ｐ＋端子、Ｐ−端子を有する。また充放電制御ＩＣ２０は、コンパレータ２１、基準電圧Ｖｒｅｆ、ロジック回路２２、スイッチＳＷ１、プルアップ抵抗Ｒ３を有する。
【０００６】
Ｂ＋端子とＢ−端子との間には二次電池Ｂ１が接続され、Ｐ＋端子とＰ−端子との間には充電器又は負荷が接続される。充放電制御ＩＣ２０は、二次電池Ｂ１の電池電圧から過充電を検出すると、ロジック回路２２は端子ＯＶからトランジスタＭ２をオフさせる制御信号を出力して充電を停止させる。
【０００７】
充放電制御ＩＣ２０は、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続されて二次電池Ｂ１の電池電圧が過放電検出電圧以下となったとき、二次電池Ｂ１の過放電を検出する。過放電を検出するとロジック回路２１は、端子ＤＣＨＧからトランジスタＭ１をオフさせる制御信号を出力して放電を停止させる。
【０００８】
以下に充放電制御ＩＣ２０における過放電復帰の動作を説明する。充放電制御ＩＣ２０において過放電が検出されると、ロジック回路２２によりスイッチＳＷ１がオンされ、Ｖ−端子の電位が負荷とプルアップ抵抗Ｒ３によりＶＤＤ電位にプルアップされる。Ｐ＋端子とＰ−端子との間に接続された負荷が開放されてＰ＋端子とＰ−端子との間に充電器が接続されると、Ｖ−端子の電位は基準電圧Ｖｒｅｆ以下のＶＳＳ電位となる。充放電制御ＩＣ２０では、Ｖ−端子の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下となったことを検出し、過放電状態から通常状態へ復帰する。
【０００９】
例えば特許文献１には、過放電状態からの復帰について記載されている。また特許文献２には、過電流状態からの復帰について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１２４６４０号公報
【特許文献２】特開２００２−０３４１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の保護回路１０において、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続された場合、保護回路１０に入力される電池電圧は、負荷によって流れる放電電流と二次電池Ｂ１のインピーダンスによる電圧降下分の電圧が実際よりも低く見積もられる。この状態で過放電検出を行うと、二次電池Ｂ１のインピーダンスによる電圧降下分の電池容量を使用しないまま過放電が検出され、保護回路１０に充電器が接続されるまでこの電池容量は使用できない。使用できない電池容量は、放電電流が大きくなるほど大きくなる。
【００１２】
また例えば従来の保護回路において過放電状態からの復帰の方法を電圧復帰とした場合、過放電検出電圧及び過放電復帰電圧のヒステリシスが小さいと、過放電検出と過放電復帰を繰り返す発振が起こる可能性がある。この発振は、放電電流が大きい場合に起こりやすい。またヒステリシスを大きくすると、充電器接続復帰と同様の問題が発生する。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、放電電流が大きい場合でも電池容量を効率よく使い切ることが可能な半導体集積回路、保護回路及び電池パックを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。
【００１５】
本発明は、放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）のオン／オフを制御して二次電池（Ｂ１０）の保護を行う半導体集積回路（１１０）であって、
前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部（１３０、１３１〜１３５）と、
前記二次電池（Ｂ１０）に接続される負荷及び／又は充電器の負極側に抵抗を介して接続される負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧に基づき、前記二次電池（Ｂ１０）に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部（１１３）と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部（１１２）と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部（１１２）へ出力する制御部（１１４）と、
を有する。
【００１６】
また本発明の半導体集積回路は、前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧を分圧する分圧電圧（１１１）を有し、
前記負荷開放検出部（１１３）は、
前記負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧と、前記分圧回路（１１１）により分圧された前記電池電圧とを比較するコンパレータ（１１３）である。
【００１７】
また本発明の半導体集積回路は、前記二次電池（Ｂ１０）の正極と接続される第一端子（ＶＤＤ）と、前記二次電池（Ｂ１０）の負極と接続される第二端子（ＶＳＳ）とを有し、
前記過放電復帰部（１１２）は、
前記負荷開放検出用端子（Ｖ−）と、前記第二端子（ＶＳＳ）との間に接続されている。
【００１８】
また本発明の半導体集積回路において、前記過放電復帰部（１１２）は、
スイッチ（ＳＷ１０）とプルダウン抵抗（Ｒ５０）とを有し、
前記スイッチ（ＳＷ１０）の一端が前記負荷開放検出用端子（Ｖ−）に接続され、他端が前記プルダウン抵抗（Ｒ５０）の一端に接続され、
前記プルダウン抵抗（Ｒ５０）の他端が前記第二端子（ＶＳＳ）に接続されている。
【００１９】
また本発明の半導体集積回路において、前記制御部（１１４）は、
前記過放電検出部（１１２）により過放電が検出されてから所定の遅延時間が経過し過放電状態となったとき、前記過放電復帰部（１１２）の前記スイッチ（ＳＷ１０）をオンさせ、
前記負荷開放検出部（１１３）により前記負荷の開放が検出されてから所定の時間が経過し過放電状態から復帰したとき前記スイッチ（ＳＷ１０）をオフさせる。
【００２０】
本発明は、二次電池（Ｂ１０）の保護を行う保護回路（１００）であって、
前記二次電池（Ｂ１０）と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子（Ｐ＋）及び負極側端子（Ｐ−）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）のオン／オフの制御を行う半導体集積回路（１１０）と、を有し、
前記半導体集積回路（１１０）は、
前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部（１３０、１３１〜１３５）と、
抵抗（Ｒ１０）を介して前記負極側端子（Ｐ−）に接続される負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧に基づき、前記二次電池（Ｂ１０）に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部（１１３）と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部（１１２）と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部（１１２）へ出力する制御部（１１４）と、
を有する。
【００２１】
本発明は、二次電池（Ｂ１０）と、
前記二次電池（Ｂ１０）と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子（Ｐ＋）及び負極側端子（Ｐ−）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）のオン／オフを制御して二次電池（Ｂ１０）の保護を行う半導体集積回路（１１０）と、を有する電池パック（２００）であって、
前記半導体集積回路（１１０）は、
前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部（１３０、１３１〜１３５）と、
抵抗（Ｒ１０）を介して前記負極側端子（Ｐ−）に接続される負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧に基づき、前記二次電池（Ｂ１０）に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部（１１３）と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部（１１２）と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部（１１２）へ出力する制御部（１１４）と、
を有する。
【００２２】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、放電電流が大きい場合でも電池容量を効率よく使い切ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】充電器接続復帰を採用した従来の保護回路の例を示す図である。
【図２】本実施形態の保護回路を説明する図である。
【図３】本実施形態の充放電制御ＩＣを接続する図である。
【図４】本実施形態の充放電制御ＩＣによる過放電検出及び過放電復帰の動作を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態の保護回路は、負荷が開放されたときに過放電状態から復帰する負荷開放復帰を採用したものである。
【００２６】
図２は、本実施形態の保護回路を説明する図である。
【００２７】
本実施形態の保護回路１００は、充放電制御ＩＣ１１０、スイッチトランジスタＭ１０、スイッチトランジスタＭ２０、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ２０、Ｂ＋端子、Ｂ−端子、Ｐ＋端子、Ｐ−端子を有する。
【００２８】
本実施形態の保護回路１００は、Ｂ＋端子とＢ−端子との間に二次電池Ｂ１０が接続されて電池パック２００を構成する。保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に充電器及び／又は負荷が接続される。
【００２９】
本実施形態の二次電池Ｂ１０は、Ｐ＋端子とＰ−端子とに充電器が接続されると充電され、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続されると放電される。
【００３０】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、分圧回路１１１、過放電復帰用回路１１２、負荷開放検出用コンパレータ１１３、ＶＤＤ端子、ＶＳＳ端子、ＣＳ端子、ＤＣＨＧ端子、ＯＶ端子、Ｖ−端子を有する。尚本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、上述する構成以外にも、二次電池Ｂ１０を保護するための各種回路を有する。充放電制御ＩＣ１１０の詳細は後述する。
【００３１】
ＶＤＤ端子は二次電池Ｂ１０の正極と接続され、ＶＳＳ端子は二次電池Ｂ１０の負極に接続される。ＣＳ端子は、抵抗Ｒ２０を介してＢ−端子と接続され、二次電池Ｂ１０からの放電電流を検出する。ＤＣＨＧ端子は、トランジスタＭ１０のゲートに接続されており、ＯＶ端子はトランジスタＭ２０のゲートに接続されている。Ｖ−端子は、Ｐ−端子と抵抗Ｒ１０を介して接続されている。
【００３２】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０において、分圧回路１１１は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ端子との間に直列に接続された抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ４０とにより構成されており、ＶＤＤ端子−ＶＳＳ端子間の電圧を分圧する。すなわち本実施形態の分圧回路１１１は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ端子との間に接続された二次電池Ｂ１０の電池電圧を分圧する。分圧回路１１１における抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ４０の接続点Ａの電圧は、負荷開放検出用コンパレータ１１３の反転入力端子に供給される。尚本実施形態では、接続点Ａの電圧は二次電池Ｂ１０の電池電圧の半分程度となるように抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ４０の値が設定されていても良い。
【００３３】
過放電復帰用回路１１２は、Ｖ−端子とＶＳＳ端子との間に直列に接続されたプルダウン抵抗Ｒ５０とスイッチＳＷ１０とにより構成される。スイッチＳＷ１０の一端とＶ−端子との接続点Ｂの電圧が負荷開放検出用コンパレータ１１３の非反転入力端子へ供給される。負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、後述する過放電遅延回路１６２へ供給される。
【００３４】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、トランジスタＭ１０、トランジスタＭ２０をオン／オフさせる信号を出力する。
【００３５】
以下に本実施形態の保護回路１００が過放電を検出した際の動作を説明する。
【００３６】
本実施形態の保護回路１００は、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続され、二次電池Ｂ１０の電池電圧が過放電検出電圧以下となったとき、二次電池Ｂ１０の過放電を検出する。過放電が検出されると、充放電制御ＩＣ１１０は、ＤＣＨＧ端子からトランジスタＭ１０をオフさせる制御信号を出力して放電を停止させる。またこのときスイッチＳＷ１０がオンされる。
【００３７】
過放電が検出されてスイッチＳＷ１０がオンされると、Ｖ−端子の電位は負荷とプルダウン抵抗Ｒ５０とにより分圧された電位となる。この電位は、Ｐ＋端子に負荷が接続されているため、接続点Ａの電位よりも高い電位となる。
【００３８】
ここで保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に接続された負荷が開放されると、Ｖ−端子の電位はプルダウン抵抗Ｒ５０によりＶＳＳ電位まで引き下げられ、過放電検出電圧である接続点Ａの電圧よりも低くなる。すると負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力が反転する。すなわち本実施形態のＶ−端子は、負荷開放検出用端子の機能を果たす。
【００３９】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力の反転により、負荷が開放されたことを検出し、ＤＣＨＧ端子からトランジスタＭ１０をオンさせる制御信号を出力する。これにより保護回路１００は、過放電状態から復帰する。またスイッチＳＷ１０は、過放電状態から復帰すると、オフされる。
【００４０】
このように本実施形態では、保護回路１００に負荷の接続により過放電が検出された場合に、負荷が開放されると保護回路１００及び充放電制御ＩＣ１１０を過放電状態から通常状態へ復帰させることができる。
【００４１】
尚本実施形態の過放電状態とは、二次電池Ｂ１０からの放電が停止している状態を示し、通常状態とは二次電池Ｂ１０の放電及び充電が可能な状態を示す。
【００４２】
以下に図３を参照して本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０の詳細を説明する。図３は、本実施形態の充放電制御ＩＣを接続する図である。
【００４３】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、図２で説明した各回路に加え、ロジック回路１１４、過充電検出回路１２０、過放電検出回路１３０、ＯＲ回路１４０、１５０、セレクタ１６０、過放電遅延回路１６１、過放電遅延回路１６２、過電流保護回路１６３、短絡検出回路１６４、基準電圧生成回路１６５、過電流検出用コンパレータ１７１、過電流解除用コンパレータ１７２、短絡検出用コンパレータ１７３、過電流復帰用回路１７４、外部通信制御回路１８０を有する。
【００４４】
過充電検出回路１２０は、例えば二次電池Ｂ１０が保護回路１００に複数接続される場合を考慮して、過充電検出回路１２１〜１２５を有する。過充電検出回路１２１〜１２５では、各過充電検出回路に接続された二次電池の電圧が所定電圧以上となったことを検出して出力する。過充電検出回路１２１〜１２５は、それぞれが同様の構成を有するから、以下には一例として過充電検出回路１２１について説明し、過充電検出回路１２２〜１２５の説明は省略する。
【００４５】
過充電検出回路１２１は、Ｖ５端子、Ｖ４端子、電流源１２６、ダイオード１２７、コンパレータ１２８を有する構成とした。電流源１２６とダイオード１２７とは、Ｖ５端子とＶ４端子との間に接続されており、所定の電圧を生成する。コンパレータ１２８は、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧を分圧した電圧と、所定の電圧（過充電検出電圧）とを比較し、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の分圧が所定の電圧以上となったとき出力を反転させる。Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧は、Ｖ５端子−Ｖ４端子間に接続される二次電池の電池電圧である。
【００４６】
過充電検出回路１２１〜１２５の出力はＯＲ回路１４０へ供給され、ＯＲ回路１４０の出力は過充電遅延回路１６１へ供給される。過充電遅延回路１６１は、ＯＲ回路１４０の出力から過充電の検出を検知すると、所定の遅延時間が経過した後に過充電検出の信号をロジック回路１１４へ出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてトランジスタＭ２０をオフさせる信号をＯＶ端子から出力する。
【００４７】
過放電検出回路１３０も、過充電検出回路１２０と同様に、過放電検出用コンパレータ１３１〜１３５を有する。過放電検出用コンパレータ１３１〜１３５は、それぞれが同様の構成であるため、過放電検出用コンパレータ１３１について説明し、過放電検出用コンパレータ１３２〜１３５の説明は省略する。
【００４８】
過放電検出用コンパレータ１３１は、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧を分圧した電圧と所定の電圧（過放電検出電圧）とを比較し、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧を分圧が所定の電圧以下となったとき、出力を反転させる。
【００４９】
過放電検出コンパレータ１３１〜１３５の出力は、ＯＲ回路１５０へ供給される。ＯＲ回路１５０の出力は過放電遅延回路１６２へ供給される。過放電遅延回路１６２は、ＯＲ回路１５０の出力から過放電の検出を検知すると、所定の遅延時間が経過した後に過放電検出の信号をロジック回路１１４へ出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてトランジスタＭ１０をオフさせる信号をＤＣＨＧ端子から出力する。またロジック回路１１４は、この信号を受けて過放電復帰用回路１１２のスイッチＳＷ１０をオンさせる。
【００５０】
過電流検出コンパレータ１７１は、基準電圧生成回路１６５において生成される基準電圧とＣＳ端子の電圧とを比較し、過電流を検出する。過電流が検出されると、過電流検出用コンパレータ１７１の出力は反転し、過電流保護回路１６３はこの出力の反転により過電流を検出する。過電流保護回路１６３は、過電流を検出すると、所定の遅延時間の経過後に過電流検出をロジック回路１１４へ出力する。
【００５１】
ロジック回路１１４は、この信号を受けてトランジスタＭ１０をオフさせる信号をＤＣＨＧ端子から出力する。またロジック回路１１４は、この信号を受けて過電流復帰用回路１７４のスイッチＳＷ２０をオンさせる。
【００５２】
本実施形態の過電流復帰回路１７４は、負荷が開放されると過電流状態を解除して通常状態へ復帰させる回路である。過電流状態とは、放電電流が所定値以上であり放電が停止された状態である。過電流復帰回路１７４は、プルダウン抵抗Ｒ６０とスイッチＳＷ２０とがＶ−端子とＶＳＳ端子との間で直列に接続されている。尚スイッチＳＷ２０は、トランジスタにより構成されても良い。
【００５３】
過電流解除用コンパレータ１７２は、Ｖ−端子の電圧が非反転入力端子に供給され、基準電圧生成回路１６５で生成された基準電圧が反転入力端子に供給される。尚基準電圧生成回路１６５は、ＶＤＤ端子−ＶＳＳ端子間の電圧を抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４の何れかにより分圧して、複数の基準電圧を生成することができる。
【００５４】
以下に過電流が検出された場合と過電流から復帰する場合の動作を説明する。本実施形態において過電流が検出されると、ロジック回路１１４がスイッチＳＷ２０をオンとする。するとＶ−端子の電位は、は負荷とプルダウン抵抗Ｒ６０とにより分圧された電位となる。この電位は、過電流解除用コンパレータ１７２の反転入力端子に供給される基準電圧よりも高い電位である。
【００５５】
ここで負荷が開放されると、Ｖ−端子の電位はプルダウン抵抗Ｒ６０によりＶＳＳ電位まで引き下げられ、過電流解除用コンパレータ１７２に供給される基準電圧よりも低くなる。すると過電流解除用コンパレータ１７２の出力が反転する。過電流保護回路１６３は、過電流解除用コンパレータ１７２の出力の反転により、負荷が開放されたことを検出しロジック回路１１４を介してＤＣＨＧ端子からトランジスタＭ１０をオンさせる制御信号を出力する。これにより保護回路１００は、過電流状態から復帰し、通常状態へ戻る。
【００５６】
短絡検出用コンパレータ１７３は、ＣＳ端子の電圧に基づき、Ｐ＋端子−Ｐ−端子間に外部ショートが発生しているか否かを検出する。外部ショートが検出された場合、短絡検出用コンパレータ１７３の出力は反転する。短絡検出回路１６４は、この出力の反転により外部ショートを検出し、ロジック回路１１４にトランジスタＭ２０をオフさせる信号を出力させる。
【００５７】
セレクタ１６０は、過放電検出回路１３０において使用する過放電検出用コンパレータを選択する選択信号を出力する。図３の例では、セレクタ１６０からの選択信号は、過放電検出用コンパレータ１３３、１３４、１３５に供給されている。この場合ＶＳＳ端子−Ｖ１端子間、Ｖ１端子−Ｖ２端子間、Ｖ２端子−Ｖ３端子間に二次電池が接続され、過放電検出用コンパレータ１３３、１３４、１３５が動作するように選択信号が供給されていても良い。
【００５８】
図３の例以外にも、ＶＳＳ端子−Ｖ１端子間、Ｖ１端子−Ｖ２端子間、Ｖ２端子−Ｖ３端子間、Ｖ３端子−Ｖ４端子間、Ｖ４端子−Ｖ５端子間のそれぞれに二次電池が接続された場合、セレクタ１６０は過放電検出用コンパレータ１３３、１３４、１３５それぞれに選択信号を供給し、過放電検出用コンパレータ１３１〜１３５を動作させても良い。
【００５９】
外部通信制御回路１８０は、本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０と同様の充放電制御ＩＣが複数接続される場合に、他の充放電制御ＩＣと通信を行うためのＳＯＣ端子とＳＤＣ端子とを有する。
【００６０】
ここで、図３及び図４を参照して本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０による過放電検出及び過放電が状態から通常状態への復帰の動作について説明する。図４は、本実施形態の充放電制御ＩＣによる過放電検出及び過放電復帰の動作を説明するタイミングチャートである。
【００６１】
尚以下の説明では、Ｖ４端子−Ｖ５端子間に接続された二次電池について、過放電検出用コンパレータ１３１により過放電が検出された場合を説明する。
【００６２】
図４において、タイミングＴ１で保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に重負荷が接続され、Ｖ４端子−Ｖ５端子間に接続された二次電池の電池電圧ＶＣＥＬＬが過放電検出電圧ＶＣＥＬＬＳより低くなると、過放電検出用コンパレータ１３１の出力はハイレベル（以下、Ｈレベル）からローレベル（以下、Ｌレベル）に反転する。過放電検出用コンパレータ１３１の出力は、ＯＲ回路１５０を介して過放電遅延回路１６２へ供給される。過放電遅延回路１６２は、過放電検出用コンパレータ１３１の出力の反転を受けて、ＣＤＣ端子に接続されている図示しないコンデンサの放電を開始し、遅延時間ｔＤＶ１を生成する。尚遅延時間ｔＤＶ１は、ＣＤＣ端子の電圧が過放電遅延回路１６２内の図示しない基準電圧の１／２になるまでの時間であっても良い。
【００６３】
過放電遅延回路１６２は、遅延時間ｔＤＶ１が経過したタイミングＴ２において、ロジック回路１１４へ過放電検出の信号を出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてＤＣＧＨ端子の出力をＨレベルからＬレベルとし、トランジスタＭ１０をオフさせて放電を停止させる。すると電池電圧ＶＣＥＬＬは、流れていた電流と二次電池１１０Ｂ１０のインピーダンスによる電圧降下分の電圧が上昇する。電池電圧ＶＣＥＬＬが過放電復帰電圧であるＶＣＥＬＬＤよりも高くなった場合、過放電検出用コンパレータ１３１の出力はＬレベルからＨレベルへ反転する。
【００６４】
またロジック回路１１４は、タイミングＴ２において過放電復帰用回路１１２のスイッチＳＷ１０をオンさせる。スイッチＳＷ１０がオンされると、Ｖ−端子の電位は負荷とプルダウン抵抗Ｒ５０とにより分圧された電位となる。この電位は、接続点Ａの電位ＶＶＭ２よりも高い電位となる。したがって負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、タイミングＴ２においてＬレベルからＨレベルに反転する。
【００６５】
次にタイミングＴ３で保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に接続された重負荷が開放されると、Ｖ−端子の電位は、過放電復帰用回路１１２のプルダウン抵抗Ｒ５０によりＶＳＳ電位まで引き下げられ、接続点Ａの電位ＶＶＭ２よりも低くなる。したがって負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、タイミングＴ３においてＨレベルからＬレベルに反転する。
【００６６】
負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、過放電遅延回路１６２に供給されている。過放電遅延回路１６２は、タイミングＴ３において過放電検出用コンパレータ１１３の出力が反転すると、遅延時間ｔＤＶ２を生成する。尚遅延時間ｔＤＶ２は、例えばＣＤＣ端子の電圧が、ＣＤＣ端子に接続されたコンデンサを充電し図示しない基準電圧の１／２になるまでの時間である。
【００６７】
タイミングＴ４において遅延時間ｔＤＶ２が経過すると、過放電遅延回路１６２はロジック回路１１４へ通常状態への復帰通知する信号を出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてＤＣＧＨ端子の出力をＬレベルからＨレベルとし、トランジスタＭ１０をオンさせて放電を再開させ、通常状態に復帰する。
【００６８】
このように本実施形態では、保護回路１００から負荷が開放されたとき、二次電池の電池電圧が電圧ＶＣＥＬＬＤ以上である場合に、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に充電器を接続しなくても、過放電状態から通常状態へ復帰する。
【００６９】
次に、保護回路１００から負荷が開放されたときに二次電池の電池電圧が電圧ＶＣＥＬＬＤ以下であった場合を説明する。
【００７０】
図４のタイミングＴ５では、保護回路１００から負荷が開放された場合でも、Ｖ４端子−Ｖ５端子間に接続された二次電池の電池電圧ＶＣＥＬＬが電圧ＶＣＥＬＬＤより低い。このため過放電検出用コンパレータ１３１の出力はＬレベルを維持している。
【００７１】
ここでタイミングＴ６において保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に充電器が接続され、タイミングＴ７で電池電圧ＶＣＥＬＬが電圧ＶＣＥＬＬＤを越えると、過放電検出用コンパレータ１３１の出力が反転し、過放電遅延回路１６２が過放電から復帰するための遅延時間ｔＤＶ２を生成する。
【００７２】
すなわち本実施形態の過放電遅延回路１６２は、負荷が開放されたとき、二次電池の電池電圧が過放電復帰電圧以上である場合には、負荷開放検出用コンパレータの出力の反転により遅延時間の生成を開始する。過放電遅延回路１６２は、二次電池の電池電圧が過放電復帰電圧より低い場合には、過放電検出用コンパレータの出力の反転により遅延時間の生成を開始する。
【００７３】
また本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０では、過放電復帰用回路１１２のプルダウン抵抗Ｒ５０の抵抗値は、過電流復帰用回路１７４のプルダウン抵抗Ｒ６０の抵抗値よりも大きいことが好ましい。
【００７４】
過放電復帰用回路１１２では、プルダウン抵抗Ｒ６０の抵抗値が大きいほど、スイッチＳＷ１０がオンであるときに充放電制御ＩＣ１１０内でＶ−端子−ＶＳＳ端子間を流れる電流を小さくすることができる。充放電制御ＩＣ１１０内に流れる電流を小さくすることができれば、過放電検出から過放電復帰するまでの間の電池電圧の消耗を低減することができる。よって本実施形態によれば、放電電流が大きい場合でも電池容量を効率よく使い切ることができる。
【００７５】
本実施形態では、例えばプルダウン抵抗Ｒ５０の抵抗値を５ＭΩとした場合、プルダウン抵抗Ｒ６０の抵抗値は数１０ＫΩ程度であっても良い。
【００７６】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１００ 保護回路
１１０ 充放電制御ＩＣ
１１１ 分圧回路
１１２ 過放電復帰用回路
１１３ 負荷開放検出用コンパレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフを制御して二次電池の保護を行う半導体集積回路、保護回路及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、二次電池を用いた電池パックを用いて駆動する電子機器等が普及している。二次電池は、電池パックが充電器に装着されることによって充電される。また二次電池は、電池パックが電子機器に装着された状態で電子機器にＡＣアダプタ等を接続することにより充電されても良い。
【０００３】
二次電池の充放電の制御は、二次電池の過充電や過放電等から保護する機能や、電池残量の管理等を行う電池監視機能等を有する保護回路により行われる。
【０００４】
このような保護回路において、例えば過放電が検出された状態から通常状態への復帰（以下、過放電復帰）の方法として、充電器接続復帰と電圧復帰の２つが知られている。充電器接続復帰とは、電池パックに対する充電器の接続を検知して、過放電の状態から通常状態へ復帰させる方法である。電圧復帰とは、二次電池の電池電圧が過放電復帰電圧以上になるまで充電されたことを検出して、過放電の状態から通常状態へ復帰させる方法である。
【０００５】
図１は、充電器接続復帰を採用した従来の保護回路の例を示す図である。図１に示す保護回路１０は、充放電制御ＩＣ２０、スイッチトランジスタＭ１と、スイッチトランジスタＭ２と、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、Ｂ＋端子、Ｂ−端子、Ｐ＋端子、Ｐ−端子を有する。また充放電制御ＩＣ２０は、コンパレータ２１、基準電圧Ｖｒｅｆ、ロジック回路２２、スイッチＳＷ１、プルアップ抵抗Ｒ３を有する。
【０００６】
Ｂ＋端子とＢ−端子との間には二次電池Ｂ１が接続され、Ｐ＋端子とＰ−端子との間には充電器又は負荷が接続される。充放電制御ＩＣ２０は、二次電池Ｂ１の電池電圧から過充電を検出すると、ロジック回路２２は端子ＯＶからトランジスタＭ２をオフさせる制御信号を出力して充電を停止させる。
【０００７】
充放電制御ＩＣ２０は、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続されて二次電池Ｂ１の電池電圧が過放電検出電圧以下となったとき、二次電池Ｂ１の過放電を検出する。過放電を検出するとロジック回路２１は、端子ＤＣＨＧからトランジスタＭ１をオフさせる制御信号を出力して放電を停止させる。
【０００８】
以下に充放電制御ＩＣ２０における過放電復帰の動作を説明する。充放電制御ＩＣ２０において過放電が検出されると、ロジック回路２２によりスイッチＳＷ１がオンされ、Ｖ−端子の電位が負荷とプルアップ抵抗Ｒ３によりＶＤＤ電位にプルアップされる。Ｐ＋端子とＰ−端子との間に接続された負荷が開放されてＰ＋端子とＰ−端子との間に充電器が接続されると、Ｖ−端子の電位は基準電圧Ｖｒｅｆ以下のＶＳＳ電位となる。充放電制御ＩＣ２０では、Ｖ−端子の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下となったことを検出し、過放電状態から通常状態へ復帰する。
【０００９】
例えば特許文献１には、過放電状態からの復帰について記載されている。また特許文献２には、過電流状態からの復帰について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１２４６４０号公報
【特許文献２】特開２００２−０３４１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の保護回路１０において、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続された場合、保護回路１０に入力される電池電圧は、負荷によって流れる放電電流と二次電池Ｂ１のインピーダンスによる電圧降下分の電圧が実際よりも低く見積もられる。この状態で過放電検出を行うと、二次電池Ｂ１のインピーダンスによる電圧降下分の電池容量を使用しないまま過放電が検出され、保護回路１０に充電器が接続されるまでこの電池容量は使用できない。使用できない電池容量は、放電電流が大きくなるほど大きくなる。
【００１２】
また例えば従来の保護回路において過放電状態からの復帰の方法を電圧復帰とした場合、過放電検出電圧及び過放電復帰電圧のヒステリシスが小さいと、過放電検出と過放電復帰を繰り返す発振が起こる可能性がある。この発振は、放電電流が大きい場合に起こりやすい。またヒステリシスを大きくすると、充電器接続復帰と同様の問題が発生する。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、放電電流が大きい場合でも電池容量を効率よく使い切ることが可能な半導体集積回路、保護回路及び電池パックを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。
【００１５】
本発明は、放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）のオン／オフを制御して二次電池（Ｂ１０）の保護を行う半導体集積回路（１１０）であって、
前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部（１３０、１３１〜１３５）と、
前記二次電池（Ｂ１０）に接続される負荷及び／又は充電器の負極側に抵抗を介して接続される負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧に基づき、前記二次電池（Ｂ１０）に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部（１１３）と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部（１１２）と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部（１１２）へ出力する制御部（１１４）と、
を有する。
【００１６】
また本発明の半導体集積回路は、前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧を分圧する分圧電圧（１１１）を有し、
前記負荷開放検出部（１１３）は、
前記負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧と、前記分圧回路（１１１）により分圧された前記電池電圧とを比較するコンパレータ（１１３）である。
【００１７】
また本発明の半導体集積回路は、前記二次電池（Ｂ１０）の正極と接続される第一端子（ＶＤＤ）と、前記二次電池（Ｂ１０）の負極と接続される第二端子（ＶＳＳ）とを有し、
前記過放電復帰部（１１２）は、
前記負荷開放検出用端子（Ｖ−）と、前記第二端子（ＶＳＳ）との間に接続されている。
【００１８】
また本発明の半導体集積回路において、前記過放電復帰部（１１２）は、
スイッチ（ＳＷ１０）とプルダウン抵抗（Ｒ５０）とを有し、
前記スイッチ（ＳＷ１０）の一端が前記負荷開放検出用端子（Ｖ−）に接続され、他端が前記プルダウン抵抗（Ｒ５０）の一端に接続され、
前記プルダウン抵抗（Ｒ５０）の他端が前記第二端子（ＶＳＳ）に接続されている。
【００１９】
また本発明の半導体集積回路において、前記制御部（１１４）は、
前記過放電検出部（１１２）により過放電が検出されてから所定の遅延時間が経過し過放電状態となったとき、前記過放電復帰部（１１２）の前記スイッチ（ＳＷ１０）をオンさせ、
前記負荷開放検出部（１１３）により前記負荷の開放が検出されてから所定の時間が経過し過放電状態から復帰したとき前記スイッチ（ＳＷ１０）をオフさせる。
【００２０】
本発明は、二次電池（Ｂ１０）の保護を行う保護回路（１００）であって、
前記二次電池（Ｂ１０）と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子（Ｐ＋）及び負極側端子（Ｐ−）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）のオン／オフの制御を行う半導体集積回路（１１０）と、を有し、
前記半導体集積回路（１１０）は、
前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部（１３０、１３１〜１３５）と、
抵抗（Ｒ１０）を介して前記負極側端子（Ｐ−）に接続される負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧に基づき、前記二次電池（Ｂ１０）に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部（１１３）と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部（１１２）と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部（１１２）へ出力する制御部（１１４）と、
を有する。
【００２１】
本発明は、二次電池（Ｂ１０）と、
前記二次電池（Ｂ１０）と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子（Ｐ＋）及び負極側端子（Ｐ−）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）と、
放電制御用スイッチ（Ｍ１０）及び充電制御用スイッチ（Ｍ２０）のオン／オフを制御して二次電池（Ｂ１０）の保護を行う半導体集積回路（１１０）と、を有する電池パック（２００）であって、
前記半導体集積回路（１１０）は、
前記二次電池（Ｂ１０）の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部（１３０、１３１〜１３５）と、
抵抗（Ｒ１０）を介して前記負極側端子（Ｐ−）に接続される負荷開放検出用端子（Ｖ−）の電圧に基づき、前記二次電池（Ｂ１０）に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部（１１３）と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部（１１２）と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部（１１２）へ出力する制御部（１１４）と、
を有する。
【００２２】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、放電電流が大きい場合でも電池容量を効率よく使い切ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】充電器接続復帰を採用した従来の保護回路の例を示す図である。
【図２】本実施形態の保護回路を説明する図である。
【図３】本実施形態の充放電制御ＩＣを接続する図である。
【図４】本実施形態の充放電制御ＩＣによる過放電検出及び過放電復帰の動作を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態の保護回路は、負荷が開放されたときに過放電状態から復帰する負荷開放復帰を採用したものである。
【００２６】
図２は、本実施形態の保護回路を説明する図である。
【００２７】
本実施形態の保護回路１００は、充放電制御ＩＣ１１０、スイッチトランジスタＭ１０、スイッチトランジスタＭ２０、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ２０、Ｂ＋端子、Ｂ−端子、Ｐ＋端子、Ｐ−端子を有する。
【００２８】
本実施形態の保護回路１００は、Ｂ＋端子とＢ−端子との間に二次電池Ｂ１０が接続されて電池パック２００を構成する。保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に充電器及び／又は負荷が接続される。
【００２９】
本実施形態の二次電池Ｂ１０は、Ｐ＋端子とＰ−端子とに充電器が接続されると充電され、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続されると放電される。
【００３０】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、分圧回路１１１、過放電復帰用回路１１２、負荷開放検出用コンパレータ１１３、ＶＤＤ端子、ＶＳＳ端子、ＣＳ端子、ＤＣＨＧ端子、ＯＶ端子、Ｖ−端子を有する。尚本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、上述する構成以外にも、二次電池Ｂ１０を保護するための各種回路を有する。充放電制御ＩＣ１１０の詳細は後述する。
【００３１】
ＶＤＤ端子は二次電池Ｂ１０の正極と接続され、ＶＳＳ端子は二次電池Ｂ１０の負極に接続される。ＣＳ端子は、抵抗Ｒ２０を介してＢ−端子と接続され、二次電池Ｂ１０からの放電電流を検出する。ＤＣＨＧ端子は、トランジスタＭ１０のゲートに接続されており、ＯＶ端子はトランジスタＭ２０のゲートに接続されている。Ｖ−端子は、Ｐ−端子と抵抗Ｒ１０を介して接続されている。
【００３２】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０において、分圧回路１１１は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ端子との間に直列に接続された抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ４０とにより構成されており、ＶＤＤ端子−ＶＳＳ端子間の電圧を分圧する。すなわち本実施形態の分圧回路１１１は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ端子との間に接続された二次電池Ｂ１０の電池電圧を分圧する。分圧回路１１１における抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ４０の接続点Ａの電圧は、負荷開放検出用コンパレータ１１３の反転入力端子に供給される。尚本実施形態では、接続点Ａの電圧は二次電池Ｂ１０の電池電圧の半分程度となるように抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ４０の値が設定されていても良い。
【００３３】
過放電復帰用回路１１２は、Ｖ−端子とＶＳＳ端子との間に直列に接続されたプルダウン抵抗Ｒ５０とスイッチＳＷ１０とにより構成される。スイッチＳＷ１０の一端とＶ−端子との接続点Ｂの電圧が負荷開放検出用コンパレータ１１３の非反転入力端子へ供給される。負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、後述する過放電遅延回路１６２へ供給される。
【００３４】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、トランジスタＭ１０、トランジスタＭ２０をオン／オフさせる信号を出力する。
【００３５】
以下に本実施形態の保護回路１００が過放電を検出した際の動作を説明する。
【００３６】
本実施形態の保護回路１００は、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に負荷が接続され、二次電池Ｂ１０の電池電圧が過放電検出電圧以下となったとき、二次電池Ｂ１０の過放電を検出する。過放電が検出されると、充放電制御ＩＣ１１０は、ＤＣＨＧ端子からトランジスタＭ１０をオフさせる制御信号を出力して放電を停止させる。またこのときスイッチＳＷ１０がオンされる。
【００３７】
過放電が検出されてスイッチＳＷ１０がオンされると、Ｖ−端子の電位は負荷とプルダウン抵抗Ｒ５０とにより分圧された電位となる。この電位は、Ｐ＋端子に負荷が接続されているため、接続点Ａの電位よりも高い電位となる。
【００３８】
ここで保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に接続された負荷が開放されると、Ｖ−端子の電位はプルダウン抵抗Ｒ５０によりＶＳＳ電位まで引き下げられ、過放電検出電圧である接続点Ａの電圧よりも低くなる。すると負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力が反転する。すなわち本実施形態のＶ−端子は、負荷開放検出用端子の機能を果たす。
【００３９】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力の反転により、負荷が開放されたことを検出し、ＤＣＨＧ端子からトランジスタＭ１０をオンさせる制御信号を出力する。これにより保護回路１００は、過放電状態から復帰する。またスイッチＳＷ１０は、過放電状態から復帰すると、オフされる。
【００４０】
このように本実施形態では、保護回路１００に負荷の接続により過放電が検出された場合に、負荷が開放されると保護回路１００及び充放電制御ＩＣ１１０を過放電状態から通常状態へ復帰させることができる。
【００４１】
尚本実施形態の過放電状態とは、二次電池Ｂ１０からの放電が停止している状態を示し、通常状態とは二次電池Ｂ１０の放電及び充電が可能な状態を示す。
【００４２】
以下に図３を参照して本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０の詳細を説明する。図３は、本実施形態の充放電制御ＩＣを接続する図である。
【００４３】
本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０は、図２で説明した各回路に加え、ロジック回路１１４、過充電検出回路１２０、過放電検出回路１３０、ＯＲ回路１４０、１５０、セレクタ１６０、過放電遅延回路１６１、過放電遅延回路１６２、過電流保護回路１６３、短絡検出回路１６４、基準電圧生成回路１６５、過電流検出用コンパレータ１７１、過電流解除用コンパレータ１７２、短絡検出用コンパレータ１７３、過電流復帰用回路１７４、外部通信制御回路１８０を有する。
【００４４】
過充電検出回路１２０は、例えば二次電池Ｂ１０が保護回路１００に複数接続される場合を考慮して、過充電検出回路１２１〜１２５を有する。過充電検出回路１２１〜１２５では、各過充電検出回路に接続された二次電池の電圧が所定電圧以上となったことを検出して出力する。過充電検出回路１２１〜１２５は、それぞれが同様の構成を有するから、以下には一例として過充電検出回路１２１について説明し、過充電検出回路１２２〜１２５の説明は省略する。
【００４５】
過充電検出回路１２１は、Ｖ５端子、Ｖ４端子、電流源１２６、ダイオード１２７、コンパレータ１２８を有する構成とした。電流源１２６とダイオード１２７とは、Ｖ５端子とＶ４端子との間に接続されており、所定の電圧を生成する。コンパレータ１２８は、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧を分圧した電圧と、所定の電圧（過充電検出電圧）とを比較し、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の分圧が所定の電圧以上となったとき出力を反転させる。Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧は、Ｖ５端子−Ｖ４端子間に接続される二次電池の電池電圧である。
【００４６】
過充電検出回路１２１〜１２５の出力はＯＲ回路１４０へ供給され、ＯＲ回路１４０の出力は過充電遅延回路１６１へ供給される。過充電遅延回路１６１は、ＯＲ回路１４０の出力から過充電の検出を検知すると、所定の遅延時間が経過した後に過充電検出の信号をロジック回路１１４へ出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてトランジスタＭ２０をオフさせる信号をＯＶ端子から出力する。
【００４７】
過放電検出回路１３０も、過充電検出回路１２０と同様に、過放電検出用コンパレータ１３１〜１３５を有する。過放電検出用コンパレータ１３１〜１３５は、それぞれが同様の構成であるため、過放電検出用コンパレータ１３１について説明し、過放電検出用コンパレータ１３２〜１３５の説明は省略する。
【００４８】
過放電検出用コンパレータ１３１は、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧を分圧した電圧と所定の電圧（過放電検出電圧）とを比較し、Ｖ５端子−Ｖ４端子間の電圧を分圧が所定の電圧以下となったとき、出力を反転させる。
【００４９】
過放電検出コンパレータ１３１〜１３５の出力は、ＯＲ回路１５０へ供給される。ＯＲ回路１５０の出力は過放電遅延回路１６２へ供給される。過放電遅延回路１６２は、ＯＲ回路１５０の出力から過放電の検出を検知すると、所定の遅延時間が経過した後に過放電検出の信号をロジック回路１１４へ出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてトランジスタＭ１０をオフさせる信号をＤＣＨＧ端子から出力する。またロジック回路１１４は、この信号を受けて過放電復帰用回路１１２のスイッチＳＷ１０をオンさせる。
【００５０】
過電流検出コンパレータ１７１は、基準電圧生成回路１６５において生成される基準電圧とＣＳ端子の電圧とを比較し、過電流を検出する。過電流が検出されると、過電流検出用コンパレータ１７１の出力は反転し、過電流保護回路１６３はこの出力の反転により過電流を検出する。過電流保護回路１６３は、過電流を検出すると、所定の遅延時間の経過後に過電流検出をロジック回路１１４へ出力する。
【００５１】
ロジック回路１１４は、この信号を受けてトランジスタＭ１０をオフさせる信号をＤＣＨＧ端子から出力する。またロジック回路１１４は、この信号を受けて過電流復帰用回路１７４のスイッチＳＷ２０をオンさせる。
【００５２】
本実施形態の過電流復帰回路１７４は、負荷が開放されると過電流状態を解除して通常状態へ復帰させる回路である。過電流状態とは、放電電流が所定値以上であり放電が停止された状態である。過電流復帰回路１７４は、プルダウン抵抗Ｒ６０とスイッチＳＷ２０とがＶ−端子とＶＳＳ端子との間で直列に接続されている。尚スイッチＳＷ２０は、トランジスタにより構成されても良い。
【００５３】
過電流解除用コンパレータ１７２は、Ｖ−端子の電圧が非反転入力端子に供給され、基準電圧生成回路１６５で生成された基準電圧が反転入力端子に供給される。尚基準電圧生成回路１６５は、ＶＤＤ端子−ＶＳＳ端子間の電圧を抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４の何れかにより分圧して、複数の基準電圧を生成することができる。
【００５４】
以下に過電流が検出された場合と過電流から復帰する場合の動作を説明する。本実施形態において過電流が検出されると、ロジック回路１１４がスイッチＳＷ２０をオンとする。するとＶ−端子の電位は、は負荷とプルダウン抵抗Ｒ６０とにより分圧された電位となる。この電位は、過電流解除用コンパレータ１７２の反転入力端子に供給される基準電圧よりも高い電位である。
【００５５】
ここで負荷が開放されると、Ｖ−端子の電位はプルダウン抵抗Ｒ６０によりＶＳＳ電位まで引き下げられ、過電流解除用コンパレータ１７２に供給される基準電圧よりも低くなる。すると過電流解除用コンパレータ１７２の出力が反転する。過電流保護回路１６３は、過電流解除用コンパレータ１７２の出力の反転により、負荷が開放されたことを検出しロジック回路１１４を介してＤＣＨＧ端子からトランジスタＭ１０をオンさせる制御信号を出力する。これにより保護回路１００は、過電流状態から復帰し、通常状態へ戻る。
【００５６】
短絡検出用コンパレータ１７３は、ＣＳ端子の電圧に基づき、Ｐ＋端子−Ｐ−端子間に外部ショートが発生しているか否かを検出する。外部ショートが検出された場合、短絡検出用コンパレータ１７３の出力は反転する。短絡検出回路１６４は、この出力の反転により外部ショートを検出し、ロジック回路１１４にトランジスタＭ２０をオフさせる信号を出力させる。
【００５７】
セレクタ１６０は、過放電検出回路１３０において使用する過放電検出用コンパレータを選択する選択信号を出力する。図３の例では、セレクタ１６０からの選択信号は、過放電検出用コンパレータ１３３、１３４、１３５に供給されている。この場合ＶＳＳ端子−Ｖ１端子間、Ｖ１端子−Ｖ２端子間、Ｖ２端子−Ｖ３端子間に二次電池が接続され、過放電検出用コンパレータ１３３、１３４、１３５が動作するように選択信号が供給されていても良い。
【００５８】
図３の例以外にも、ＶＳＳ端子−Ｖ１端子間、Ｖ１端子−Ｖ２端子間、Ｖ２端子−Ｖ３端子間、Ｖ３端子−Ｖ４端子間、Ｖ４端子−Ｖ５端子間のそれぞれに二次電池が接続された場合、セレクタ１６０は過放電検出用コンパレータ１３３、１３４、１３５それぞれに選択信号を供給し、過放電検出用コンパレータ１３１〜１３５を動作させても良い。
【００５９】
外部通信制御回路１８０は、本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０と同様の充放電制御ＩＣが複数接続される場合に、他の充放電制御ＩＣと通信を行うためのＳＯＣ端子とＳＤＣ端子とを有する。
【００６０】
ここで、図３及び図４を参照して本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０による過放電検出及び過放電が状態から通常状態への復帰の動作について説明する。図４は、本実施形態の充放電制御ＩＣによる過放電検出及び過放電復帰の動作を説明するタイミングチャートである。
【００６１】
尚以下の説明では、Ｖ４端子−Ｖ５端子間に接続された二次電池について、過放電検出用コンパレータ１３１により過放電が検出された場合を説明する。
【００６２】
図４において、タイミングＴ１で保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に重負荷が接続され、Ｖ４端子−Ｖ５端子間に接続された二次電池の電池電圧ＶＣＥＬＬが過放電検出電圧ＶＣＥＬＬＳより低くなると、過放電検出用コンパレータ１３１の出力はハイレベル（以下、Ｈレベル）からローレベル（以下、Ｌレベル）に反転する。過放電検出用コンパレータ１３１の出力は、ＯＲ回路１５０を介して過放電遅延回路１６２へ供給される。過放電遅延回路１６２は、過放電検出用コンパレータ１３１の出力の反転を受けて、ＣＤＣ端子に接続されている図示しないコンデンサの放電を開始し、遅延時間ｔＤＶ１を生成する。尚遅延時間ｔＤＶ１は、ＣＤＣ端子の電圧が過放電遅延回路１６２内の図示しない基準電圧の１／２になるまでの時間であっても良い。
【００６３】
過放電遅延回路１６２は、遅延時間ｔＤＶ１が経過したタイミングＴ２において、ロジック回路１１４へ過放電検出の信号を出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてＤＣＧＨ端子の出力をＨレベルからＬレベルとし、トランジスタＭ１０をオフさせて放電を停止させる。すると電池電圧ＶＣＥＬＬは、流れていた電流と二次電池１１０Ｂ１０のインピーダンスによる電圧降下分の電圧が上昇する。電池電圧ＶＣＥＬＬが過放電復帰電圧であるＶＣＥＬＬＤよりも高くなった場合、過放電検出用コンパレータ１３１の出力はＬレベルからＨレベルへ反転する。
【００６４】
またロジック回路１１４は、タイミングＴ２において過放電復帰用回路１１２のスイッチＳＷ１０をオンさせる。スイッチＳＷ１０がオンされると、Ｖ−端子の電位は負荷とプルダウン抵抗Ｒ５０とにより分圧された電位となる。この電位は、接続点Ａの電位ＶＶＭ２よりも高い電位となる。したがって負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、タイミングＴ２においてＬレベルからＨレベルに反転する。
【００６５】
次にタイミングＴ３で保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に接続された重負荷が開放されると、Ｖ−端子の電位は、過放電復帰用回路１１２のプルダウン抵抗Ｒ５０によりＶＳＳ電位まで引き下げられ、接続点Ａの電位ＶＶＭ２よりも低くなる。したがって負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、タイミングＴ３においてＨレベルからＬレベルに反転する。
【００６６】
負荷開放検出用コンパレータ１１３の出力は、過放電遅延回路１６２に供給されている。過放電遅延回路１６２は、タイミングＴ３において過放電検出用コンパレータ１１３の出力が反転すると、遅延時間ｔＤＶ２を生成する。尚遅延時間ｔＤＶ２は、例えばＣＤＣ端子の電圧が、ＣＤＣ端子に接続されたコンデンサを充電し図示しない基準電圧の１／２になるまでの時間である。
【００６７】
タイミングＴ４において遅延時間ｔＤＶ２が経過すると、過放電遅延回路１６２はロジック回路１１４へ通常状態への復帰通知する信号を出力する。ロジック回路１１４は、この信号を受けてＤＣＧＨ端子の出力をＬレベルからＨレベルとし、トランジスタＭ１０をオンさせて放電を再開させ、通常状態に復帰する。
【００６８】
このように本実施形態では、保護回路１００から負荷が開放されたとき、二次電池の電池電圧が電圧ＶＣＥＬＬＤ以上である場合に、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に充電器を接続しなくても、過放電状態から通常状態へ復帰する。
【００６９】
次に、保護回路１００から負荷が開放されたときに二次電池の電池電圧が電圧ＶＣＥＬＬＤ以下であった場合を説明する。
【００７０】
図４のタイミングＴ５では、保護回路１００から負荷が開放された場合でも、Ｖ４端子−Ｖ５端子間に接続された二次電池の電池電圧ＶＣＥＬＬが電圧ＶＣＥＬＬＤより低い。このため過放電検出用コンパレータ１３１の出力はＬレベルを維持している。
【００７１】
ここでタイミングＴ６において保護回路１００のＰ＋端子とＰ−端子との間に充電器が接続され、タイミングＴ７で電池電圧ＶＣＥＬＬが電圧ＶＣＥＬＬＤを越えると、過放電検出用コンパレータ１３１の出力が反転し、過放電遅延回路１６２が過放電から復帰するための遅延時間ｔＤＶ２を生成する。
【００７２】
すなわち本実施形態の過放電遅延回路１６２は、負荷が開放されたとき、二次電池の電池電圧が過放電復帰電圧以上である場合には、負荷開放検出用コンパレータの出力の反転により遅延時間の生成を開始する。過放電遅延回路１６２は、二次電池の電池電圧が過放電復帰電圧より低い場合には、過放電検出用コンパレータの出力の反転により遅延時間の生成を開始する。
【００７３】
また本実施形態の充放電制御ＩＣ１１０では、過放電復帰用回路１１２のプルダウン抵抗Ｒ５０の抵抗値は、過電流復帰用回路１７４のプルダウン抵抗Ｒ６０の抵抗値よりも大きいことが好ましい。
【００７４】
過放電復帰用回路１１２では、プルダウン抵抗Ｒ６０の抵抗値が大きいほど、スイッチＳＷ１０がオンであるときに充放電制御ＩＣ１１０内でＶ−端子−ＶＳＳ端子間を流れる電流を小さくすることができる。充放電制御ＩＣ１１０内に流れる電流を小さくすることができれば、過放電検出から過放電復帰するまでの間の電池電圧の消耗を低減することができる。よって本実施形態によれば、放電電流が大きい場合でも電池容量を効率よく使い切ることができる。
【００７５】
本実施形態では、例えばプルダウン抵抗Ｒ５０の抵抗値を５ＭΩとした場合、プルダウン抵抗Ｒ６０の抵抗値は数１０ＫΩ程度であっても良い。
【００７６】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１００ 保護回路
１１０ 充放電制御ＩＣ
１１１ 分圧回路
１１２ 過放電復帰用回路
１１３ 負荷開放検出用コンパレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフを制御して二次電池の保護を行う半導体集積回路であって、
前記二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、
前記二次電池に接続される負荷及び／又は充電器の負極側に抵抗を介して接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部と、
を有する半導体集積回路。
【請求項２】
前記二次電池の電池電圧を分圧する分圧電圧を有し、
前記負荷開放検出部は、
前記負荷開放検出用端子の電圧と、前記分圧回路により分圧された前記電池電圧とを比較するコンパレータである請求項１記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記二次電池の正極と接続される第一端子と、前記二次電池の負極と接続される第二端子とを有し、
前記過放電復帰部は、
前記負荷開放検出用端子と、前記第二端子との間に接続されている請求項２記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記過放電復帰部は、
スイッチとプルダウン抵抗とを有し、
前記スイッチの一端が前記負荷開放検出用端子に接続され、他端が前記プルダウン抵抗の一端に接続され、
前記プルダウン抵抗の他端が前記第二端子に接続された請求項３記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記制御部は、
前記過放電検出部により過放電が検出されてから所定の遅延時間が経過し過放電状態となったとき、前記過放電復帰部の前記スイッチをオンさせ、
前記負荷開放検出部により前記負荷の開放が検出されてから所定の時間が経過し過放電状態から復帰したとき前記スイッチをオフさせる請求項４記載の半導体集積回路。
【請求項６】
二次電池の保護を行う保護回路であって、
前記二次電池と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子及び負極側端子と、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチと、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフの制御を行う半導体集積回路と、を有し、
前記半導体集積回路は、
前記二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、
抵抗を介して前記負極側端子に接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部と、
を有する保護回路。
【請求項７】
二次電池と、
前記二次電池と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子及び負極側端子と、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチと、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフを制御して二次電池の保護を行う半導体集積回路と、を有する電池パックであって、
前記半導体集積回路は、
前記二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、
抵抗を介して前記負極側端子に接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部と、
を有する電池パック。
【請求項１】
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフを制御して二次電池の保護を行う半導体集積回路であって、
前記二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、
前記二次電池に接続される負荷及び／又は充電器の負極側に抵抗を介して接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部と、
を有する半導体集積回路。
【請求項２】
前記二次電池の電池電圧を分圧する分圧電圧を有し、
前記負荷開放検出部は、
前記負荷開放検出用端子の電圧と、前記分圧回路により分圧された前記電池電圧とを比較するコンパレータである請求項１記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記二次電池の正極と接続される第一端子と、前記二次電池の負極と接続される第二端子とを有し、
前記過放電復帰部は、
前記負荷開放検出用端子と、前記第二端子との間に接続されている請求項２記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記過放電復帰部は、
スイッチとプルダウン抵抗とを有し、
前記スイッチの一端が前記負荷開放検出用端子に接続され、他端が前記プルダウン抵抗の一端に接続され、
前記プルダウン抵抗の他端が前記第二端子に接続された請求項３記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記制御部は、
前記過放電検出部により過放電が検出されてから所定の遅延時間が経過し過放電状態となったとき、前記過放電復帰部の前記スイッチをオンさせ、
前記負荷開放検出部により前記負荷の開放が検出されてから所定の時間が経過し過放電状態から復帰したとき前記スイッチをオフさせる請求項４記載の半導体集積回路。
【請求項６】
二次電池の保護を行う保護回路であって、
前記二次電池と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子及び負極側端子と、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチと、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフの制御を行う半導体集積回路と、を有し、
前記半導体集積回路は、
前記二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、
抵抗を介して前記負極側端子に接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部と、
を有する保護回路。
【請求項７】
二次電池と、
前記二次電池と負荷及び／又は充電器とが接続される正極側端子及び負極側端子と、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチと、
放電制御用スイッチ及び充電制御用スイッチのオン／オフを制御して二次電池の保護を行う半導体集積回路と、を有する電池パックであって、
前記半導体集積回路は、
前記二次電池の電池電圧に基づき過放電を検出する過放電検出部と、
抵抗を介して前記負極側端子に接続される負荷開放検出用端子の電圧に基づき、前記二次電池に接続された前記負荷が開放されたか否かを検出する負荷開放検出部と、
前記過放電状態を通常状態へ復帰させる過放電復帰部と、
前記過放電状態において前記負荷の開放が検出されたとき、前記過放電状態を通常状態へ復帰させる制御信号を前記過放電復帰部へ出力する制御部と、
を有する電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５５７５９（Ｐ２０１３−５５７５９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１４４６（Ｐ２０１１−１９１４４６）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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