JP2008048478A - 充放電制御回路および充電式電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過電流検出状態において低消費電流であり、かつ自動復帰インピーダンスが計算しやすい、使い勝手の良い充放電保護回路を提供すること。
【解決手段】 過電流検出端子をＶＳＳ端子にプルダウンするプルダウン回路は過電流検出端子とスイッチ回路との間に直列に接続されるとともに、前記スイッチ回路は前記プルダウン回路とＶＳＳ端子との間に直列に接続されるように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池の充放電を制御する充放電制御回路と、充放電制御回路を内蔵する充電式電源装置に関するものである。

二次電池を用いた充電式電源装置は、二次電池を保護するために、二次電池の過充電や過放電および負荷に流れる過電流を検出して、二次電池の充放電を制御する充放電制御回路が用いられている。充放電制御回路は、二次電池を保護することと消費電流を削減するためにさまざまな工夫がなされており、特許文献１に示すような回路が提案されている。

従来の充電式電源装置を図７に示す。

従来の充電式電源装置は、外部端子１０５と１０６の間に接続された負荷１０３に、二次電池からスイッチ回路１０２を介して電流が流れるが、外部端子１０６に接続された過電流検出端子１１３が過電流検出電圧より高くなった場合、充放電制御回路２１０はスイッチ回路１０２がＯＦＦするように制御する。この状態を過電流検出状態と呼ぶ。

過電流検出状態では、プルダウン回路２１９のＮチャネルトランジスタ２５１とスイッチ回路２２０のＮチャネルトランジスタ２５２がＯＮして、過電流検出端子１１３は抵抗２５３を介してＶＳＳ端子１１２にプルダウンされる。過電流検出状態になった後、外部端子１０５と１０６から負荷１０３が外されると、過電流検出端子１１３の電圧はＶＳＳに近づいていき、過電流検出電圧を下回ったところで、充放電制御回路２１０は過電流検出状態を解除して、スイッチ回路１０２をＯＮする。

以上のような回路の動作を自動復帰動作と呼ぶ。また、自動復帰する時の外部端子１０５と１０６の間のインピーダンスを自動復帰インピーダンスと呼ぶ。

また、外部端子１０５と１０６の間に充電器１０４が接続され、二次電池１０１が所定の電圧値より高くなった過充電状態では、充放電制御回路２１０はスイッチ回路１０２がＯＦＦするように制御する。この状態を過充電検出状態と呼ぶ。

過充電検出状態では、充電器１０４によって過電流検出端子１１３の電圧がＶＳＳより低くなっているため、充放電制御回路２１０はスイッチ回路２２０のＮチャネルトランジスタ２５２をＯＦＦして、プルダウン回路２１９の抵抗２５３および寄生ダイオード２５４を通って充電電流が流れることを防止している。
特開２００２−２３８１７３

しかしながら、上述したような従来の充電式電源装置では、以下に説明するような現象で消費電流が増大してしまうという課題があった。

図８は、従来の充放電制御回路２１０におけるプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。過電流検出状態では、過電流検出端子１１３が外部端子１０６と負荷１０３と外部端子１０５を通してＶＤＤ端子１１１にプルアップされるため、過電流検出端子１１３からＮチャネルトランジスタ２５２のＰｗｅｌｌにベース電流が流れ込み、寄生バイポーラトランジスタ５０１がＯＮしてＶＤＤ端子１１１から抵抗２５３を通してＶＳＳ端子１１２に向かって電流が流れ、充放電制御回路の消費電流が増大してしまうという課題を有していた。

さらに、自動復帰させるためには寄生バイポーラトランジスタ５０１がＯＮしなくなるまで前記ベース電流を小さくする必要がある、すなわち自動復帰インピーダンスを大きくする必要がある。しかしながら、上述したようなスイッチ回路とプルダウン回路は、自動復帰インピーダンスが二次電池１０１の電圧によって非線形に変化するため、自動復帰インピーダンスの計算が複雑になる、という課題を有していた。

そこで、本発明の目的は、このような課題を解決し、過電流検出状態において低消費電流であり、かつ自動復帰インピーダンスが計算しやすい、使い勝手の良い充放電保護回路を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、二次電池の電圧を監視して二次電池の過充電を検出する過充電検出回路と、二次電池と外部端子の接続を制御するスイッチ回路に流れる電流を過電流検出端子の電圧のよって監視し過電流を検出する過電流検出回路と、各検出回路の信号によってスイッチ回路の開閉を制御する充放電制御回路と、充放電制御回路によって制御され過電流検出状態のときに過電流検出端子をプルダウンするプルダウン回路とからなる充放電制御回路であって、プルダウン回路とＶＳＳ端子の間に充電器が接続されたときに充電器検出回路の信号によってプルダウン回路とＶＳＳ端子の接続を切り離すスイッチ回路を備えたことを特徴とする充放電制御回路を提供する。

本発明の充放電制御回路および充電式電源装置によれば、過電流検出状態において低消費電流であり、かつ自動復帰インピーダンスが計算しやすい、使い勝手の良い充電式電源装置および充放電保護回路を提供できる。

図１は、第１の実施例の充電式電源装置の回路ブロックである。

充電式電源装置１００は、充放電が可能な二次電池１０１と、充放電電流を調整できる電流調整手段としてのスイッチ回路１０２と、外部端子１０５および１０６と、スイッチ回路１０２を制御する充放電制御回路１１０とで構成されている。外部端子１０５および１０６の間には、例えば携帯電話などの負荷１０３や充電器１０４が接続される。

充放電制御回路１１０は、二次電池１０１と接続されるＶＤＤ端子１１１およびＶＳＳ端子１１２と、スイッチ回路１０２の制御端子である出力端子１１４と、過電流検出用の過電流検出端子１１３および過電流検出回路１１７と、過充電検出回路１１５と、各検出回路の信号によってスイッチ回路１０２を制御する内部制御回路１１６と、充電器検出回路１１８と、プルダウン回路１１９と、スイッチ回路１２０とで構成されている。過充電検出回路１１５は、コンパレータ１２１と基準電圧回路１２２と抵抗１２３および１２４とで構成されている。過電流検出回路１１７は、コンパレータ１３１と基準電圧回路１３２とで構成されている。充電器検出回路１１８は定電流回路１４１とＮチャネルトランジスタ１４２とで構成されている。プルダウン回路１１９はＮチャネルトランジスタ１５１と寄生ダイオード１５４と抵抗１５３とで構成されている。スイッチ回路１２０はＮチャネルトランジスタ１５２で構成されている。

このように構成された充電式電源装置は、外部端子１０５および１０６に負荷１０３が接続された場合には、スイッチ回路１０２に負荷に応じた電流が流れる。ここで、外部端子１０６に接続された過電流検出端子１１３が基準電圧回路１３２の電圧より高くなった過電流状態では、コンパレータ１３１から内部制御回路１１６に検出信号が出力される。内部制御回路１１６は、出力端子１１４を通してスイッチ回路１０２に放電を停止するように制御信号を出力する。この状態を過電流検出状態と呼ぶ。内部制御回路１１６は、制御信号に所定の遅延時間を設ける場合もある。

過電流検出状態では、プルダウン回路１１９のＮチャネルトランジスタ１５１とスイッチ回路１２０のＮチャネルトランジスタ１５２がＯＮして、過電流検出端子１１３は抵抗１５３を通してＶＳＳ端子１１２にプルダウンされている。このため、過電流検出状態になった後、外部端子１０５および１０６から負荷１０３が外された場合には、過電流検出端子１１３の電圧はＶＳＳ端子に近づいていき、基準電圧回路１３２の電圧を下回ったところで過電流検出状態が解除される。この動作を自動復帰動作、また自動復帰する時の外部端子１０５と１０６の間のインピーダンスを自動復帰インピーダンスと呼ぶ。

次に、外部端子１０５および１０６に充電器１０４が接続された場合には、二次電池１０１が抵抗１２３と抵抗１２４とで分圧された電圧が基準電圧回路１２２の電圧より高くなった過充電状態では、コンパレータ１２１から内部制御回路１１６に検出信号が出力される。内部制御回路１１６は、出力端子１１４を通してスイッチ回路１０２に充電を停止するように制御信号を出力する。この状態を過充電検出状態と呼ぶ。内部制御回路１１６は、制御信号に所定の遅延時間を設ける場合もある。

過充電検出状態では、充電器１０４によって過電流検出端子１１３の電圧がＶＳＳ端子１１２の電圧より低くなっているため、Ｎチャネルトランジスタ１４２がＯＮして定電流回路１４１でプルアップされているＮチャネルトランジスタ１４２のドレインを過電流検出端子１１３の電圧にプルダウンする。これにより、スイッチ回路１２０のＮチャネルトランジスタ１５２をＯＦＦにして、プルダウン回路１１９の抵抗１５３および寄生ダイオード１５４を通って流れる充電電流を防止している。また、出力端子１１４とスイッチ回路１０２は、それぞれ充電用と放電用とを個別に設ける場合もある。

図２は、第１の実施例のプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。

過電流検出状態では、過電流検出端子１１３が負荷１０３でＶＤＤ端子１１１にプルアップされる。ここで、Ｎチャネルトランジスタ１５１はＯＮしているので、抵抗１５３からＮチャネルトランジスタ１５２に電流が流れ込む。しかし、Ｎチャネルトランジスタ１５２もＯＮしているので、Ｐｗｅｌｌの電圧はＶＳＳ端子１１２の電圧となり、寄生バイポーラはＯＮせず、充放電制御回路の消費電流は増大しない。

さらに寄生バイポーラがＯＮしないので、自動復帰インピーダンスは次式で簡単に表される。

ＲＺ＝（ＶＤＤ／ＶＲＥＦ−１）×ＲＰＤ （式１）
但し、ＲＺは自動復帰インピーダンス、ＶＤＤは二次電池１０１の電圧、ＶＲＥＦは基準電圧回路１３２の電圧、ＲＰＤはプルダウン回路１１９の抵抗値である。

従って、上述した様に第１の実施例の充電式電源装置によれば、過電流検出状態において低消費電流であり、かつ自動復帰インピーダンスが計算しやすい、使い勝手の良い充電式電源装置および充放電保護回路を提供することができる。

図３は、第２の実施例の充電式電源装置の回路ブロックである。

第１の実施例の充電式電源装置との違いは、プルダウン回路３１９の接続関係にある。すなわち、過電流検出端子１１３に抵抗３５３が接続され、抵抗３５３にＮチャネルトランジスタ３５１と寄生ダイオード３５４とが接続されている。他の構成および検出動作は、第１の実施例の充電式電源装置と同様である。

図４は、第２の実施例のプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。

過電流検出状態では、過電流検出端子１１３が負荷１０３でＶＤＤ端子１１１にプルアップされる。ここで、Ｎチャネルトランジスタ３５１はＯＮしているので、抵抗３５３からＮチャネルトランジスタ１５２に電流が流れ込む。しかし、Ｎチャネルトランジスタ１５２もＯＮしているので、Ｐｗｅｌｌの電圧はＶＳＳ端子１１２の電圧となり、寄生バイポーラはＯＮせず、充放電制御回路の消費電流は増大しない。

従って、第１の実施例と同様の効果を得ることが出来る。さらに、図４のプルダウン回路とスイッチ回路では、Ｐｗｅｌｌを共通にできるため、回路面積を縮小することが可能である。

図５は、第３の実施例の充電式電源装置の回路ブロックである。

第１の実施例の充電式電源装置との違いは、プルダウン回路４１９の構成にある。すなわち、プルダウン回路４１９がＮチャネルトランジスタ４５１と寄生ダイオード４５４のみで構成されており、抵抗１５３のかわりにＮチャネルトランジスタ４５１のサイズを調整して所定の抵抗値を得ている。他の構成および検出動作は、第１の実施例の充電式電源装置と同様である。

図６は、第３の実施例のプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。

過電流検出状態では、過電流検出端子１１３が負荷１０３でＶＤＤ端子１１１にプルアップされる。ここで、Ｎチャネルトランジスタ４５１はＯＮしているので、Ｎチャネルトランジスタ１５２に電流が流れ込む。しかし、Ｎチャネルトランジスタ１５２もＯＮしているのでＰｗｅｌｌの電圧はＶＳＳ端子１１２の電圧となり、寄生バイポーラはＯＮせず、充放電制御回路の消費電流はが増大しない。

従って、第１の実施例と同様の効果を得ることが出来る。さらに、図６のプルダウン回路とスイッチ回路では、Ｐｗｅｌｌを共通にできるため、回路面積を縮小することが可能である。

第１の実施例の充電式電源装置を示す回路ブロックである。 第１の実施例の充放電制御回路のプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。 第２の実施例の充電式電源装置を示す回路ブロックである。 第２の実施例の充放電制御回路のプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。 第３の実施例の充電式電源装置を示す回路ブロックである。 第３の実施例の充放電制御回路のプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。 従来の充電式電源装置の回路ブロックである。 従来の充放電制御回路のプルダウン回路とスイッチ回路の断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００・・・充電式電源装置
１０１・・・二次電池
１０２・・・スイッチ回路
１０３・・・負荷
１０４・・・充電器
１１０、２１０、３１０、４１０・・・充放電制御回路
１１５・・・過充電検出回路
１１６・・・内部制御回路
１１７・・・過電流検出回路
１１８・・・充電器検出回路
１１９、２１９、３１９、４１９・・・プルダウン回路
１２０、２２０・・・スイッチ回路
１２１、１３１・・・コンパレータ
１２２、１３２・・・基準電圧
１４１・・・定電流回路
１５４、２５４、３５４、４５４・・・寄生ダイオード
５０１・・・寄生バイポーラトランジスタ

Claims (5)

1. 二次電池の電圧または電流を監視し、外部端子と二次電池の接続を制御する充放電制御回路であって、
   過電流検出端子の電圧を監視して過電流状態を検出する過電流検出手段と、
   前記過電流検出手段の出力を受けて、前記外部端子と前記二次電池の接続を制御する制御手段と、
   前記過電流検出端子に接続され、前記過電流状態において前記過電流検出端子を所定の抵抗値でＶＳＳ端子と接続するプルダウン手段と、
   前記過電流検出端子に接続され、前記外部端子に充電器が接続されたことを検出する充電器接続検出手段と、
   前記プルダウン手段と前記ＶＳＳ端子との間に接続され、前記充電器接続検出手段の出力によって制御されるスイッチ手段とで構成した充放電制御回路。
2. 前記プルダウン手段は、
   前記過電流検出端子とドレインを接続し、前記制御手段とゲートを接続したＮチャネルトランジスタと、
   前記Ｎチャネルトランジスタのソースと接続した抵抗とで構成される請求項１記載の充放電制御回路。
3. 前記プルダウン手段は、
   前記過電流検出端子と接続した抵抗と、
   前記抵抗とドレインを接続し、前記制御手段とゲートを接続したＮチャネルトランジスタとで構成され、
   前記Ｎチャネルトランジスタと前記スイッチ手段を構成する第２のＮチャネルトランジスタのソースおよび基板が同一電圧である請求項１記載の充放電制御回路。
4. 前記プルダウン手段は、
   前記過電流検出端子とドレインを接続し、前記制御手段とゲートを接続したＮチャネルトランジスタとで構成され、
   前記Ｎチャネルトランジスタと前記スイッチ手段を構成する第２のＮチャネルトランジスタのソースおよび基板が同一電圧である請求項１記載の充放電制御回路。
5. 負荷または充電器を接続する外部端子と、
   前記外部端子に接続された充放電が可能な二次電池と、
   前記外部端子と前記二次電池との間に接続された充放電制御スイッチと、
   前記二次電池の電圧または電流を監視して前記充放電制御スイッチを制御する請求項１から４のいずれかに記載の充放電制御回路とからなる充電式電源装置。

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