JP2006246652A - 電池残量検出回路、電池ユニットおよび電源電圧監視回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 チップ面積を縮小でき、コストダウンを図ることができ、高精度で二次電池の残量を検出すること。
【解決手段】 二次電池（３００）の残量を検出する電池残量検出回路（１０Ａ）は、基準電圧（Ｖref）を分圧して第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の分圧基準電圧(Ｖ_１〜Ｖ_Ｎ)を出力する分圧回路（２０）と、１個のコンパレータ（３１）を含み、二次電池の電池電圧（Ｖcc）を入力電圧（Ｖ_ＩＮ）として受けて、コンパレータ（３１）で入力電圧（Ｖ_ＩＮ）を第１乃至第Ｎの分圧基準電圧(Ｖ_１〜Ｖ_Ｎ)と逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する逐次比較回路（３０Ａ）とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、リチウムイオン電池のような充電可能な電池（二次電池）を保護する電池保護回路を備えた電池ユニットに関し、特に、二次電池の残量を検出する電池残量検出回路をも備えた電池ユニットに関する。

充電可能な電池（二次電池）のうち、特にリチウムイオン電池は、過充電、過充電に弱いため、過放電状態、過充電状態を検出して、過放電状態及び過充電状態から二次電池を保護するための電池保護回路（電池保護ＩＣ）が不可欠である。すなわち、電池保護回路は、過放電検出回路と、過充電検出回路とを備えている（例えば、特許文献１参照）。尚、この電池保護回路には、二次電池の放電中における過電流状態を検出して、過電流状態から二次電池を保護しているものもある。この場合、電池保護回路は、過放電検出回路と、過充電検出回路と、過電流検出回路とを備えることになる（例えば、特許文献２参照）。更に、電池保護回路は、短絡検出回路をも備えているものもある（例えば、特許文献３参照）。

このような電池保護回路を備えた電池ユニットにおいて、二次電池の残量を検出する電池残量検出回路（残量検出ＩＣ）を備えたものが提案されている。

図１を参照して、従来の電池残量検出回路１０について説明する。図示の電池残量検出回路１０は、基準電圧Ｖrefが印加される基準端子１１と、二次電池(図示せず)からの電池電圧を入力電圧Ｖ_ＩＮとして入力する入力端子１２と、接地電位ＧＮＤの接地端子１３とを持つ。

電池残量検出回路１０は、基準電圧Ｖrefを分圧して第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎを出力する分圧回路２０と、第１乃至第Ｎの分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎと入力電圧Ｖ_ＩＮとを比較する比較回路３０とから構成されている。

分圧回路２０は、基準端子１１と接地端子１３との間に直列に接続された第１乃至第（Ｎ＋１）の抵抗器Ｒ_１〜Ｒ_Ｎ＋１から構成されている。第１乃至第Ｎの抵抗器Ｒ_１〜Ｒ_Ｎは同じ抵抗値を持っている。第１乃至第Ｎの分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎは、この順番に高い。すなわち、Ｖ_１＞Ｖ_２＞Ｖ_３＞…＞Ｖ_Ｎである。第１の分圧基準電圧Ｖ_１は、第１の抵抗器Ｒ１と第２の抵抗器Ｒ２との第１の接続点２０−１から出力される。第２の分圧基準電圧Ｖ_２は、第２の抵抗器Ｒ２と第３の抵抗器Ｒ３との第２の接続点２０−２から出力される。第３の分圧基準電圧Ｖ_３は、第３の抵抗器Ｒ３と第４の抵抗器Ｒ４との第３の接続点２０−３から出力される。第Ｎの分圧基準電圧Ｖ_Ｎは、第Ｎの抵抗器Ｒ_Ｎと第（Ｎ＋１）の抵抗器Ｒ_Ｎ＋１との第Ｎの接続点２０−Ｎから出力される。従って、一般に、第ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）の分圧基準電圧Ｖ_ｎは、第ｎの抵抗器Ｒ_ｎと第（ｎ＋１）の抵抗器Ｒ_ｎ＋１との第ｎの接続点２０−ｎから出力される。

比較回路３０は、第１乃至第Ｎのコンパレータ３０−１〜３０−Ｎから構成されている。第１乃至第Ｎのコンパレータ３０−１〜３０−Ｎは、それぞれ、入力電圧Ｖ_ＩＮと第１乃至第Ｎの分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎとを比較して、第１乃至第Ｎの比較結果信号を出力する。すなわち、第ｎのコンパレータ３０−ｎは、入力電圧Ｖ_ＩＮと第ｎの分圧基準電圧Ｖ_ｎとを比較して、第ｎの比較結果信号を出力する。第１乃至第Ｎの比較結果信号から二次電池の残量を検出することができる。

詳述すると、第１乃至第Ｎのコンパレータ３０−１〜３０−Ｎの各々は、非反転入力端子＋と反転入力端子−とを持つ。第１乃至第Ｎのコンパレータ３０−１〜３０−Ｎの非反転入力端子＋には、入力端子１２から入力電圧Ｖ_ＩＮが供給される。第１乃至第Ｎのコンパレータ３０−１〜３０−Ｎの反転入力端子−には、それぞれ、分圧回路２０の第１乃至第Ｎの接続点２０−１〜２０−Ｎから第１乃至第Ｎの分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎが供給される。従って、一般に、第ｎのコンパレータ３０−ｎの非反転入力端子＋には入力電圧Ｖ_ＩＮが供給され、第ｎのコンパレータ３０−ｎの反転入力端子−には第ｎの分圧基準電圧Ｖ_ｎが供給される。入力電圧Ｖ_ＩＮが第ｎの分圧基準電圧Ｖｎより高いとき、第ｎのコンパレータ３０−ｎは、論理ハイレベルの第ｎの比較結果信号を出力する。一方、入力電圧Ｖ_ＩＮが第ｎの分圧基準電圧Ｖｎより低いとき、第ｎのコンパレータ３０−ｎは、論理ローレベルの第ｎの比較結果信号を出力する。

以下に具体例を挙げて説明する。入力電圧Ｖ_ＩＮが第２の分圧基準電圧Ｖ_２より低く、第３の分圧基準電圧Ｖ_３より高いとする。この場合には、第１及び第２のコンパレータ３０−１、３０−２は、論理ローレベルの第１及び第２の比較結果信号を出力し、第３乃至第Ｎのコンパレータ３０−３〜３０−Ｎは、論理ハイレベルの第３乃至第Ｎの比較結果信号を出力する。これら第１乃至第Ｎの比較結果信号に基いて、二次電池の残量（すなわち、入力電圧Ｖ_ＩＮ）が、第３の分圧基準電圧Ｖ_３と第２の分圧基準電圧Ｖ_２との間にあることを検出することができる。

特開２００１−１６９４７７号公報 特開２００２−２３３０６３号公報 特開２００２−２７２００１号公報

しかしながら、従来の電池残量検出回路１０は、コンパレータが電圧監視を行う数Ｎだけ必要なので、チップ面積が広くなってしまう。その結果、コストダウンを図ることが困難になる。また、第１乃至第Ｎのコンパレータ３０−１〜３０−Ｎの持つオフセット電圧が違うため、高精度で二次電池の残量を検出することが困難になる。

したがって、本発明の課題は、チップ面積を縮小しコストダウンを図ることができる電池残量検出回路を提供することにある。

本発明の他の課題は、高精度で二次電池の残量を検出することができる電池残量検出回路を提供することにある。

本発明によれば、電池（３００）の残量を検出する電池残量検出回路（１０Ａ）であって、基準電圧（Ｖref）を分圧して第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の分圧基準電圧(Ｖ_１〜Ｖ_Ｎ)を出力する分圧回路（２０）と、１個のコンパレータ（３１）を含み、前記電池の電池電圧（Ｖcc）を入力電圧（Ｖ_ＩＮ）として受けて、前記コンパレータで前記入力電圧を前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧と逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する逐次比較回路（３０Ａ）とを備えた電池残量検出回路が得られる。

上記電池残量検出回路において、前記逐次比較回路（３０Ａ）は、前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧の１つを選択して、選択した基準電圧（Ｖｓ）を前記コンパレータへ供給するスイッチ回路（４０）と、前記スイッチ回路を制御する制御回路（５０）とから構成されて良い。前記制御回路（５０）は、クロック信号をカウントして、０から（Ｎ−１）までのカウント値を順次出力するカウンタ（５１）を含んで良い。この場合、前記スイッチ回路（４０）は、前記カウント値に応答して前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧の１つを前記選択した基準電圧として選択する。前記制御回路（５０）は、前記クロック信号を発生するクロック発生器（５２）と、前記カウンタの前記カウント値が０〜（Ｎ−１）の間のみ有効で、前記カウンタの前記カウント値がＮになったときに無効のカウント許可信号を発生する許可信号発生器（５３）と、前記カウント許可信号が有効を示しているときのみ前記クロック発生器から発生された前記クロック信号を前記カウンタへ供給するゲート回路（５４）とを有するもので良い。前記スイッチ回路（４０）は、前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧をオン時にそれぞれ前記コンパレータへ伝達するための第１乃至第Ｎのスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ６）と、前記カウント値に応答して前記第１乃至前記第Ｎのスイッチを順次にオンする論理回路（４２）とから構成されて良い。この場合、前記論理回路は、前記カウント値が０乃至（Ｎ−１）のときに、それぞれ、前記第１乃至前記第Ｎのスイッチをオンするための第１乃至第Ｎのスイッチ・オン信号を出力する第１乃至第Ｎのゲート回路（Ｇ１〜Ｇ６）から構成されて良い。電池残量検出回路は、前記コンパレータ（３１）の出力が反転したときの前記カウンタの前記カウント値をラッチして、該ラッチした値を前記二次電池の残量を示すデジタル値として出力するラッチ回路（３２）を更に備えて良い。

また、本発明によれば、二次電池（３００）の過放電及び過充電を、放電制御スイッチ（ＦＥＴ１）及び充電制御スイッチ（ＦＥＴ２）をオン／オフ制御することによって保護する電池保護回路（２００）を備えた電池ユニット（１００）において、前記二次電池の残量を検出する電池残量検出回路（１０Ａ）を更に備え、前記電池残量検出回路は、基準電圧（Ｖref）を分圧して第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の分圧基準電圧を出力する分圧回路（２０）と、１個のコンパレータ（３１）を含み、前記二次電池の電池電圧（Ｖcc）を入力電圧（Ｖ_ＩＮ）として受けて、前記コンパレータで前記入力電圧を前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧と逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する逐次比較回路（３０Ａ）とから構成されている電池ユニットが得られる。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の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、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、基準電圧を分圧して第１乃至第Ｎの分圧基準電圧を出力する分圧回路と、１個のコンパレータを含み、電池の電池電圧を入力電圧として受けて、コンパレータで入力電圧を第１乃至第Ｎの分圧基準電圧と逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する逐次比較回路とを備えるので、１個のコンパレータを使用して電池の残量を精度良く検出することができる。コンパレータの個数を削減できるので、チップ面積を縮小化でき、小型化を実現できる。チップ面積を縮小できるので、コストダウンを図ることができる。コンパレータが１個だけで良いので、監視する電圧によりオフセット電圧が異なることはなくなり、高精度で電池の残量を検出することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る電池残量検出回路（残量検出ＩＣ）１０Ａを備えた電池ユニット１００について説明する。電池ユニット１００は電池パックとも呼ばれる。電池パック１００は、充電器又は負荷を接続するための一対の外部接続端子（パック出力端子）Ｂ＋、Ｂ−を持つ。一対の外部接続端子のうち、一方は正極端子Ｂ＋で、他方は負極端子Ｂ−である。

図示の電池ユニット１００は、少なくとも１個のリチウムイオン電池（単位電池）を含む二次電池３００を有する。二次電池３００はバッテリ電圧（電池電圧）Ｖccを発生している。この二次電池３００には電池保護回路（電池保護ＩＣ）２００が並列に接続されている。詳述すると、二次電池３００の陽極は、抵抗器Ｒ１を介して電池保護回路２００の電源端子ＶDDに接続され、二次電池３００の陰極は電池保護回路２００の接地端子ＶSSに直接接続されている。電源端子ＶDDと接地端子ＶSSとの間にはコンデンサＣ１が接続されている。正極端子Ｂ＋と負極端子Ｂ−との間にはコンデンサＣ２が接続されている。尚、二次電池３００の陽極は電池パック１００の正極端子Ｂ＋に接続され、二次電池３００の陰極は接地されると共に、後述する第１及び第２の電界効果トランジスタＦＥＴ１及びＦＥＴ２を介して電池パック１００の負極端子Ｂ−に接続されている。

電池保護回路２００は、前述したように、図示しない過放電検出回路、過充電検出回路、過電流検出回路、及び短絡検出回路を備えている。しかしながら、ここでは、電池保護回路２００の基本的な回路である、過放電検出回路と過充電検出回路とについてのみ説明する。

図２に加えて図３をも参照して、過放電検出回路には、過放電検出しきい値電圧Ｖth(od)が設定されている。すなわち、過放電検出回路は、二次電池３００の放電中に、バッテリ電圧Ｖccと過放電検出しきい値電圧Ｖth(od)とを比較し、バッテリ電圧Ｖccが過放電検出しきい値電圧Ｖth(od)よりも低くなると「過放電」と判定して、論理ローレベルの過放電検出信号を過放電検出出力端子（第１のゲート駆動端子）ＤＯから出力する。一方、二次電池３００の充電中に、バッテリ電圧Ｖccが、過放電検出しきい値電圧Ｖth(od)に過放電用ヒステリシス電圧Ｖhy(od)を加えて得られる過放電復帰電圧（Ｖth(od)＋Ｖhy(od)）よりも高くなると、過放電検出回路は論理ハイレベルの過放電保護解除信号を過放電検出出力端子ＤＯから出力する。

同様に、過充電検出回路には、過充電検出しきい値電圧Ｖth(oc)が設定されている。すなわち、過充電検出回路は、二次電池３００の充電中に、バッテリ電圧Ｖccと過充電検出しきい値電圧Ｖth(oc)とを比較し、バッテリ電圧Ｖccが過充電検出しきい値電圧Ｖth(oc)よりも高くなると「過充電」と判定して、論理ローレベルの過充電検出信号を過充電検出出力端子（第２のゲート駆動端子）ＣＯから出力する。一方、二次電池３００の放電中に、バッテリ電圧Ｖccが、過充電検出しきい値電圧Ｖth(oc)から過充電用ヒステリシス電圧Ｖhy(oc)を引いて得られる過充電復帰電圧（Ｖth(oc)−Ｖhy(oc)）よりも低くなると、過充電検出回路は、論理ハイレベルの過充電保護解除信号を過充電検出出力端子ＣＯから出力する。

前述したように、二次電池３００の陰極（−極）と電池パック１００の負極端子Ｂ−との間には、第１及び第２の電界効果トランジスタＦＥＴ１及びＦＥＴ２が直列接続されている。第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１は放電制御ＦＥＴまたは放電制御スイッチと呼ばれ、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２は充電制御ＦＥＴまたは充電制御スイッチと呼ばれる。

第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲートに過放電検出出力端子ＤＯから論理ローレベルの過放電検出信号が供給されると、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１はオフする。一方、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲートに過放電検出出力端子ＤＯから論理ハイレベルの過放電保護解除信号が供給されると、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１はオンする。同様に、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートに過充電検出出力端子ＣＯから論理ローレベルの過充電検出信号が供給されると、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２はオフする。第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートに過充電検出出力端子ＣＯから論理ハイレベルの過充電保護解除信号が供給されると、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２はオンする。

尚、図示は省略するが、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１は第１の寄生ダイオードを持ち、その順方向が二次電池３００の充電方向になるように接続されている。また、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２は、第２の寄生ダイオードを持ち、その順方向が二次電池３００の放電方向になるように接続されている。尚、これら第１及び第２の寄生ダイオードはボディダイオードとも呼ばれる（例えば、特許第２８７２３６５号公報参照）。

次に、図２に加えて図３をも参照して、図２に示した電池ユニット（電池パック）１００の動作について説明する。最初に放電時の動作について説明し、後で充電時の動作について説明する。

二次電池３００の放電時には、正極端子Ｂ＋と負極端子Ｂ−との間に負荷（図示せず）が接続される。二次電池３００が放電していくと、図３の点線で示すように、そのバッテリ電圧Ｖccは徐々に低下していく。そして、バッテリ電圧Ｖccが過放電検出しきい値電圧Ｖth(od)よりも低くなると、過放電検出回路は論理ローレベルの過放電検出信号を過放電検出出力端子ＤＯから出力する。この過放電検出信号に応答して、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１はオフし、これにより二次電池３００の過放電が防止される。

過放電であることが何らかの報知手段によりユーザに知らされると、ユーザは外部接続端子Ｂ＋、Ｂ−間から負荷を取り外し、その代りに外部接続端子Ｂ＋、Ｂ−間に充電器（図示せず）を接続する。これにより、二次電池３００の充電が開始される。このとき、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１では、その第１の寄生ダイオードを介して充電電流が流れる。そして、二次電池３００のバッテリ電圧Ｖccが過放電復帰電圧（Ｖth(od)＋Ｖhy(od)）よりも高くなると、過放電検出回路は、論理ハイレベルの過放電保護解除信号を過放電検出出力端子ＤＯから出力する。この過放電保護解除信号に応答して、第１の電界トランジスタＦＥＴ１はオンする。

さて、このようして二次電池３００の充電が続けられると、そのバッテリ電圧Ｖccは、図３の実線で示すように、徐々に上昇する。そして、バッテリ電圧Ｖccが過充電検出しきい値電圧Ｖth(oc)よりも高くなると、過充電検出回路は論理ローレベルの過充電検出信号を過充電検出出力端子ＣＯから出力する。この過充電検出信号に応答して、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２はオフし、これにより過充電が防止される。

過充電であることが何らかの報知手段（図示せず）によりユーザに知らされると、ユーザは充電が完了したと判断する。そして、ユーザは、外部接続端子Ｂ＋、Ｂ−間から充電器を取り外し、その代りに外部接続端子Ｂ＋、Ｂ−間に負荷を接続する。これにより、二次電池３００から負荷への放電が開始される。このとき、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２では、第２の寄生ダイオードを介して放電電流が流れる。そして、二次電池３００のバッテリ電圧Ｖccが過充電復帰電圧（Ｖth(oc)−Ｖhy(oc)）よりも低くなると、過充電検出回路は論理ハイレベルの過充電保護解除信号を過充電検出出力端子ＣＯから出力する。この過充電保護解除信号に応答して、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２はオンする。

図２に加えて図４をも参照して、本発明の一実施の形態に係る電池残量検出回路（残量検出ＩＣ）１０Ａは、二次電池３００に並列に接続されている。詳述すると、電池残量検出回路１０Ａは、二次電池３００の電池電圧Ｖccを入力電圧Ｖ_ＩＮとして入力するための入力端子１２を持つ。また、電池残量検出回路１０Ａは、図示しない基準電圧発生回路から発生された基準電圧Ｖrefが印加される基準端子１１と、接地電位の接地端子１３とを持つ。

図４に示されるように、図示の電池残量検出回路１０Ａは、比較回路３０の代わりに逐次比較回路３０Ａを備えている点を除いて、図１に示された電池残量検出回路１０と同様の構成を有する。従って、図１に示されたものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、説明の簡略化のためにそれらの説明は省略する。

逐次比較回路３０Ａは１個のコンパレータ３１を含む。逐次比較回路３０Ａは、二次電池３００の電池電圧Ｖccを入力電圧Ｖ_ＩＮとして受けて、コンパレータ３１で入力電圧Ｖ_ＩＮを第１乃至第Ｎの分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎと逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する。

逐次比較回路３０Ａは、後述するように第１乃至第Ｎの分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎの１つを選択して、選択した基準電圧Ｖｓをコンパレータ３１へ供給するスイッチ回路４０と、後述するようにスイッチ回路４０を制御する制御回路５０とを更に有する。

コンパレータ３１の非反転入力端子＋には入力端子１２から入力電圧Ｖ_ＩＮが入力される。コンパレータ３１の反転入力端子−には、スイッチ回路４０から選択した基準電圧Ｖｓが入力される。尚、コンパレータ３１の反転入力端子−に入力電圧Ｖ_ＩＮが入力され、非反転入力端子＋に選択した基準電圧Ｖｓが入力されても良い。

制御回路５０は、クロック信号をカウントして、０から（Ｎ−１）までのカウント値を順次出力するカウンタ５１を含む。制御回路５０は、クロック信号を発生するクロック発生器５２と、カウンタ５１のカウント値が０〜（Ｎ−１）の間のみ有効で、カウンタ５１のカウント値がＮになったときに無効のカウント許可信号を発生する許可信号発生器５３と、カウント許可信号が有効を示しているときのみクロック発生器５２から発生されたクロック信号をカウンタ５１へ供給するゲート回路５４とを有する。

図示の例では、許可信号発生器５３は、有効のカウント許可信号として論理ハイレベルの信号を出力し、無効のカウント許可信号として論理ローレベルと信号を出力する。したがって、ゲート回路５４は、クロック発生器５２から発生されたクロック信号とカウント許可信号との論理積をとり、論理積した信号をカウンタ５１へ供給するアンドゲートで構成されている。

尚、逐次比較回路３０Ａは、後述するようなラッチ回路を含んでも良い。この場合には、このラッチ回路から二次電池３００の残量を示すデジタル値が出力される。そして、このデジタル値は、電池パック１００の残量検出出力端子１０１から電池残量表示部４００へ送出される。

電池残量表示部４００は、表示モジュール４１０と、ＬＥＤなどの表示器４２０とから構成されている。表示モジュール４１０は、受けたデジタル値に基いて、表示器４２０に、その色を変えて二次電池３００の残量を表示させる。

このように本実施の形態では、逐次比較回路３０Ａは、１つのコンパレータ３１のみ含むので、従来の比較回路３０に比較してコンパレータの個数を削減することができる。その結果、電池残量検出回路１０Ａの占めるチップ面積を縮小でき、電池残量検出回路１０Ａの小型化が可能となる。また、電池残量検出回路１０Ａのチップ面積を縮小できるので、電池残量検出回路１０Ａのコストダウンを図ることができる。更に、電池残量検出回路１０Ａは１個のコンパレータ３１のみ含むので、監視する電圧によりオフセット電圧が異なることはなくなり、その結果、高精度で二次電池３００の残量を検出することができる。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係る電池残量検出回路１０Ａの構成について更に詳細に説明する。図示の電池残量検出回路１０Ａは、Ｎが６の場合の例を示している。

従って、分圧回路２０は、基準端子１１と接地端子１３との間に直列に接続された第１乃至第７の抵抗器Ｒ１〜Ｒ７から構成される。分圧回路２０は、第１乃至第６の接続点２０−１〜２０−６からそれぞれ第１乃至第６の分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_６を出力する。

スイッチ回路４０は、第１乃至第６の分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_６をオン時にそれぞれコンパレータ３１へ伝達するための第１乃至第６のスイッチＳＷ１〜ＳＷ６と、カウント値に応答して第１乃至第６のスイッチＳＷ１〜ＳＷ６を順次にオンする論理回路４２と有する。すなわち、第１乃至第６のスイッチＳＷ１〜ＳＷ６は、それぞれ、分圧回路２０の第１乃至第６の接続点２０−１〜２０−６とコンパレータ３１の反転入力端子−との間に接続されている。

制御回路５０のカウンタ５１は、０から５までのカウント値を３ビット並列に順次出力する。換言すれば、カウンタ５１は、１０進数の０から５までのカウント値を、それぞれ、２進数で“０００”、“００１”、“０１０”、“０１１”、“１００”、“１０１”として出力する。

論理回路４２は、カウント値が１０進数で０乃至５のときに、それぞれ、第１乃至第６のスイッチＳＷ１〜ＳＷ６をオンするための第１乃至第６のスイッチ・オン信号を出力する第１乃至第６のゲート回路Ｇ１〜Ｇ６から構成されている。

コンパレータ３１の出力端子に接続されたラッチ回路３２は、コンパレータ３１の出力が反転したときのカウンタ５１のカウント値をラッチして、そのラッチした値を二次電池３００の残量を示すデジタル値として出力する。

図６を参照して、図５に示した電池残量検出回路１０Ａを備えた、図２の電池パック（電池ユニット）１００の動作について説明する。図６は二次電池３００の放電特性を示す図で、縦軸は二次電池３００の電池電圧Ｖcc(入力電圧Ｖ_ＩＮ)[Ｖ]を示し、横軸は放電時間［ｔ］を示している。

二次電池３００が満充電の状態から、電池パック１００の正極端子Ｂ＋と負極端子Ｂ−との間に負荷を接続することにより、二次電池３００が徐々に放電をしてく。尚、二次電池３００の満充電時の電池電圧Ｖcc(入力電圧Ｖ_ＩＮ)は、基準電圧Ｖrefに等しいとする。

二次電池３００の放電初期の段階では、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮは、基準電圧Ｖrefにほぼ等しいので、第１の分圧基準電圧Ｖ_１より高い。従って、逐次比較回路３０Ａのコンパレータ３１は、常に論理ハイレベルの比較結果信号を出力し続けている。その結果、ラッチ回路３２はラッチ動作を行わない。ラッチ回路３２は、二次電池３００の満充電を示す、２進数で“０００”のデジタル値を出力する。このデジタル値に応答して、表示モジュール４１０は、表示器４２０に、二次電池３００の残量として「満充電」を示す色を表示させる。

二次電池３００が放電していき、放電時間が時刻ｔ_１で、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第１の分圧基準電圧Ｖ_１より低くなったとする。この場合、スイッチ回路４０が選択した基準電圧Ｖｓとして第１の分圧基準電圧Ｖ_１を選択して出力するときにのみ、コンパレータ３１は論理ローレベルの比較結果信号を出力する。スイッチ回路４０が第２乃至第６の分圧基準電圧Ｖ_２〜Ｖ_６を選択した基準電圧Ｖｓとして選択して出力するときには、コンパレータ３１は論理ハイレベルの比較結果信号を出力する。ラッチ回路３２は、比較結果信号が論理ローレベルから論理ハイレベルに反転したときのカウンタ５１のカウント値“００１”をラッチする。従って、ラッチ回路３２は、二次電池３００の残量として、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第１の分圧基準電圧Ｖ_１より低くなったことを示す第１の残量検出ＶＤＥＴ１を表すデジタル値“００１”を出力する。このデジタル値に応答して、表示モジュール４１０は、表示器４２０に、二次電池３００の残量として第１の残量検出ＶＤＥＴ１を示す色を表示させる。

二次電池３００が更に放電していき、放電時間が時刻ｔ_２で、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第２の分圧基準電圧Ｖ_２より低くなったとする。この場合、スイッチ回路４０が選択した基準電圧Ｖｓとして第１および第２の分圧基準電圧Ｖ_１、Ｖ_２を選択して出力するときにのみ、コンパレータ３１は論理ローレベルの比較結果信号を出力する。スイッチ回路４０が第３乃至第６の分圧基準電圧Ｖ_３〜Ｖ_６を選択した基準電圧Ｖｓとして選択して出力するときには、コンパレータ３１は論理ハイレベルの比較結果信号を出力する。ラッチ回路３２は、比較結果信号が論理ローレベルから論理ハイレベルに反転したときのカウンタ５１のカウント値“０１０”をラッチする。従って、ラッチ回路３２は、二次電池３００の残量として、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第２の分圧基準電圧Ｖ_２より低くなったことを示す第２の残量検出ＶＤＥＴ２を表すデジタル値“０１０”を出力する。このデジタル値に応答して、表示モジュール４１０は、表示器４２０に、二次電池３００の残量として第２の残量検出ＶＤＥＴ２を示す色を表示させる。

以下同様にして、二次電池３００の放電時間がそれぞれ時刻ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５で、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第３乃至第５の分圧基準電圧Ｖ_３〜Ｖ_５より低くなると、ラッチ回路３２は、二次電池３００の残量として、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮがそれぞれ第３乃至第５の分圧基準電圧Ｖ_３〜Ｖ_５より低くなったことを示す第３乃至第５の残量検出ＶＤＥＴ３〜ＶＤＥＴ５を表すデジタル値“０１１”〜“１０１”を出力する。このデジタル値に応答して、表示モジュール４１０は、表示器４２０に、二次電池３００の残量として第３乃至第５の残量検出ＶＤＥＴ３〜ＶＤＥＴ５を示す色を表示させる。

二次電池３００の放電時間が時刻ｔ_６で、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第６の分圧基準電圧Ｖ_６より低くなったとする。この場合、スイッチ回路４０が選択した基準電圧Ｖｓとして第１乃至第６の分圧基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_６のいずれを選択して出力しても、コンパレータ３１は論理ローレベルの比較結果信号を出力し続ける。そして、スイッチ回路４０が選択した基準電圧Ｖｓとしていずれも選択しない場合、すなわち、カウンタ５１のカウント値が１０進数で６となった時に、コンパレータ３１は論理ハイレベルの比較結果信号を出力する。ラッチ回路３２は、比較結果信号が論理ローレベルから論理ハイレベルに反転したときのカウンタ５１のカウント値“１１０”をラッチする。従って、ラッチ回路３２は、二次電池３００の残量として、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第６の分圧基準電圧Ｖ_６より低くなったことを示す第６の残量検出ＶＤＥＴ６を表すデジタル値“１１０”を出力する。このデジタル値に応答して、表示モジュール４１０は、表示器４２０に、二次電池３００の残量として第６の残量検出ＶＤＥＴ６を示す色を表示させる。

尚、図５に示す実施の形態では、電池残量検出回路から出力される二次電池３００の残量を表す信号として、ラッチ回路３２から出力されるデジタル値を用いているが、図４に示されるように、コンパレータ３１の出力をそのまま二次電池３００の残量を表す信号として使用しても良い。

この場合には、表示モジュール４１０は、コンパレータ３１の出力パターンから、二次電池３００の残量を判断する。具体的に述べると、コンパレータ３１の出力パターンの論理ローレベルの期間から、表示モジュール４１０は二次電池３００の残量を判断することができる。上述したように、二次電池３００が満充電の状態のときには、コンパレータ３１は論理ハイレベルの信号を出力し続けるので、論理ローレベルの期間はない。従って、表示モジュール４１０は二次電池３００が満充電の状態であると判断できる。そして、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが低くなるにつれて、コンパレータ３１から出力される論理ローレベルの期間が長くなる。最終的に、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第６の分圧基準電圧Ｖ_６より低くなると、コンパレータ３１は出力パターンとして論理ローレベルの信号を出力し続ける。その結果、表示モジュール４１０は、二次電池３００の入力電圧Ｖ_ＩＮが第６の分圧基準電圧Ｖ_６より低くなったと判断することができる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上記実施の形態において説明した電池残量検出回路は、二次電池の残量を検出しているが、電池の残量を検出することもできるのは勿論である。また、本発明は、電池の残量ばかりでなく、例えばＣＰＵ等の電源電圧を監視する回路にも適用できるのは勿論である。

従来の電池残量検出回路の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る電池残量検出回路を含む電池パックを電池残量表示部と共に示すブロック図である。 図２に示した電池パックの動作を説明するための図である。 図２に示した電池残量検出回路の構成を示すブロック図である。 図４に示した電池残量検出回路の具体的な構成例を示すブロック図である。 図５に示した電池残量検出回路の動作を説明するための特性図である。

符号の説明

１０Ａ 電池残量検出回路（残量検出ＩＣ）
２０ 分圧回路
３０Ａ 逐次比較回路
３１ コンパレータ
３２ ラッチ回路
４０ スイッチ回路
４２ 論理回路
５０ 制御回路
５１ カウンタ
５２ クロック発生器
５３ 許可信号発生器
５４ アンドゲート
１００ 電池パック（電池ユニット）
１０１ 残量検出出力端子
３００ 二次電池
４００ 電池残量表示部
４１０ 表示モジュール
４２０ 表示器
ＳＷ１〜ＳＷ６ スイッチ
Ｇ１〜Ｇ６ ゲート回路

Claims (15)

1. 電池の残量を検出する電池残量検出回路であって、
   基準電圧を分圧して第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の分圧基準電圧を出力する分圧回路と、
   １個のコンパレータを含み、前記電池の電池電圧を入力電圧として受けて、前記コンパレータで前記入力電圧を前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧と逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する逐次比較回路と
   を備えた電池残量検出回路。
2. 前記逐次比較回路は、
   前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧の１つを選択して、選択した基準電圧を前記コンパレータへ供給するスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路を制御する制御回路と
   を有する請求項１に記載の電池残量検出回路。
3. 前記制御回路は、クロック信号をカウントして、０から（Ｎ−１）までのカウント値を順次出力するカウンタを含み、
   前記スイッチ回路は、前記カウント値に応答して前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧の１つを前記選択した基準電圧として選択する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電池残量検出回路。
4. 前記制御回路は、前記クロック信号を発生するクロック発生器と、前記カウンタの前記カウント値が０〜（Ｎ−１）の間のみ有効で、前記カウンタの前記カウント値がＮになったときに無効のカウント許可信号を発生する許可信号発生器と、前記カウント許可信号が有効を示しているときのみ前記クロック発生器から発生された前記クロック信号を前記カウンタへ供給するゲート回路とを有する、請求項３に記載の電池残量検出回路。
5. 前記スイッチ回路は、前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧をオン時にそれぞれ前記コンパレータへ伝達するための第１乃至第Ｎのスイッチと、前記カウント値に応答して前記第１乃至前記第Ｎのスイッチを順次にオンする論理回路と有する、請求項３に記載の電池残量検出回路。
6. 前記論理回路は、前記カウント値が０乃至（Ｎ−１）のときに、それぞれ、前記第１乃至前記第Ｎのスイッチをオンするための第１乃至第Ｎのスイッチ・オン信号を出力する第１乃至第Ｎのゲート回路から構成されている、請求項５に記載の電池残量検出回路。
7. 前記コンパレータの出力が反転したときの前記カウンタの前記カウント値をラッチして、該ラッチした値を前記二次電池の残量を示すデジタル値として出力するラッチ回路を更に有する、請求項３に記載の電池残量検出回路。
8. 二次電池の過放電及び過充電を、放電制御スイッチ及び充電制御スイッチをオン／オフ制御することによって保護する電池保護回路を備えた電池ユニットにおいて、前記二次電池の残量を検出する電池残量検出回路を更に備え、前記電池残量検出回路は、
   基準電圧を分圧して第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の分圧基準電圧を出力する分圧回路と、
   １個のコンパレータを含み、前記二次電池の電池電圧を入力電圧として受けて、前記コンパレータで前記入力電圧を前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧と逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する逐次比較回路と
   から構成されている電池ユニット。
9. 電源電圧を監視する電源電圧監視回路であって、
   基準電圧を分圧して第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の分圧基準電圧を出力する分圧回路と、
   １個のコンパレータを含み、前記電源電圧を入力電圧として受けて、前記コンパレータで前記入力電圧を前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧と逐次的に比較して、比較結果信号を順次出力する逐次比較回路と
   を備えた電源電圧監視回路。
10. 前記逐次比較回路は、
    前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧の１つを選択して、選択した基準電圧を前記コンパレータへ供給するスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路を制御する制御回路と
    を有する請求項９に記載の電源電圧監視回路。
11. 前記制御回路は、クロック信号をカウントして、０から（Ｎ−１）までのカウント値を順次出力するカウンタを含み、
    前記スイッチ回路は、前記カウント値に応答して前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧の１つを前記選択した基準電圧として選択する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電源電圧監視回路。
12. 前記制御回路は、前記クロック信号を発生するクロック発生器と、前記カウンタの前記カウント値が０〜（Ｎ−１）の間のみ有効で、前記カウンタの前記カウント値がＮになったときに無効のカウント許可信号を発生する許可信号発生器と、前記カウント許可信号が有効を示しているときのみ前記クロック発生器から発生された前記クロック信号を前記カウンタへ供給するゲート回路とを有する、請求項１１に記載の電源電圧監視回路。
13. 前記スイッチ回路は、前記第１乃至前記第Ｎの分圧基準電圧をオン時にそれぞれ前記コンパレータへ伝達するための第１乃至第Ｎのスイッチと、前記カウント値に応答して前記第１乃至前記第Ｎのスイッチを順次にオンする論理回路と有する、請求項１１に記載の電源電圧監視回路。
14. 前記論理回路は、前記カウント値が０乃至（Ｎ−１）のときに、それぞれ、前記第１乃至前記第Ｎのスイッチをオンするための第１乃至第Ｎのスイッチ・オン信号を出力する第１乃至第Ｎのゲート回路から構成されている、請求項１３に記載の電源電圧監視回路。
15. 前記コンパレータの出力が反転したときの前記カウンタの前記カウント値をラッチして、該ラッチした値を前記二次電池の残量を示すデジタル値として出力するラッチ回路を更に有する、請求項１１に記載の電源電圧監視回路。
    

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