JP3597618B2 - Secondary battery protection circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池保護回路に関し、過充電と過放電の保護回路としてリチュウム(Li)イオン電池とともに電池パックに搭載されるものに利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯型の電子機器に用いられる二次電池としてLiイオン二次電池がある。このLiイオン二次電池は、過充電を行うと金属Liが析出して事故につながる。また、過放電を行うと繰り返し充放電使用回数が極端に悪くなる。このため、過充電や過放電を検出すると、電池と機器本体とを切り離すパワーMOSFET等からなる保護用のスイッチが設けられる。このようなLiイオン二次電池に関しては、日経マグロウヒル社、1995年11月20日付「日経エレクトロニクス」第100頁〜第117頁がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
Liイオン二次電池は、所定の電圧以下に放電させられると、繰り返し充放電回数が極端に悪くなってしまう。このような過放電の判定にあたっては、図2に示すように、電池電圧VCCが放電動作を停止させるべき終止電圧に近くなると、その電圧マージンが小さくなり、急激な負荷変動、言い換えるならば負荷に対する過電流が流れると、電池の持つ内部インピーダンスにより一時的に電池電圧VCCが終止電圧以下となり、放電電圧そのものが終止電圧以下になったと誤った判定されて実質的に放電能力が実力以下に低くされてしまう。
【0004】
この発明の目的は、実質的な放電能力を向上と安全性を図り、使い勝手を良くした二次電池保護回路を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、二次電池の保護回路において、電池電圧の過電圧又は過放電を電圧検出回路で検出し、かかる検出信号が過充電又は過放電状態のときに対応した一方のレベルにされている間に計数動作を行う分周カウンタを有するタイマー回路を設け、その計数出力が所定の時間設定に対応した計数値になると出力信号を形成し、かかる出力信号によりによりラッチ回路を一方のレベルに安定させ、上記電圧検出回路の検出信号が他方のレベルが出力されることにより上記ラッチ回路を他方のレベルに反転させ、上記ラッチ回路の一方のレベルでの安定状態における出力信号により過放電保護スイッチをオフ状態にし、上記他方のレベルでの安定状態における出力信号により過放電保護スイッチオン状態にさせる。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明に係る二次電池保護回路のうち、過放電保護用に向けられた一実施例の回路図が示されている。同図の各回路素子は、後述する他の保護回路とともに公知の半導体集積回路の製造技術により、1個の半導体基板上において形成される。特に制限されないが、保護すべき電池はLiイオン二次電池である。
【0007】
スイッチMOSFETQ1は、過放電を禁止するためのものである。このようなスイッチMOSFETQ1をオフ状態にして放電動作を停止させるか否かの過放電の判定にあたっては、前記の図2を用いて説明したように、電池電圧VCCが放電動作を停止させるべき終止電圧に近くなると、その電圧マージンが小さくなり、急激な負荷変動、言い換えるならば負荷に対する過電流が流れると、電池の持つ内部インピーダンスにより一時的に電池電圧VCCが終止電圧以下となり、誤って放電電圧そのものが終止電圧以下になったと判定されてしまう。
【0008】
このような誤動作を防止して、電池の有する終止電圧まで放電動作を継続できるようにするため、言い換えるならば、実質的な電池寿命を長くするために、次のようなタイマー回路が設けられる。電圧比較回路COMP4は、後述するような抵抗回路で形成された分圧電圧VCC/Nと、かかる分圧電圧との関係で上記終止電圧に対応させた基準電圧V4とを比較し、電池電圧VCCが終止電圧以下になったときに、ロウレベルの検出信号を形成する。この検出信号は、上記のような一時的な過電流にも応答して形成される。
【0009】
この検出信号により直ちに過放電保護のスイッチMOSFETQ1をオフ状態にさせるのではなく、タイマー回路により設定された一定期間継続して上記検出信号が形成されるか否かが判定される。タイマー回路は、内蔵の発振回路により形成された発振パルスを分周カウンタに供給することより時間信号を形成する。上記分周カウンタは、上記電圧比較回路の出力信号がリセット端子に供給されており、正常時には強制的にリセット状態にされている。
【0010】
上記電圧比較回路COMP4により、電池電圧VCCが終止電圧以下にされたと判定されたなら、その間検出信号がロウレベルにされて分周カウンタのリセットが解除されて、上記発振パルスの計数動作を行う。分周カウンタの計数出力は、デコーダを構成するゲート回路G3に供給され、ここで設定された時間に相当する計数動作の判定が行われる。上記計数値に達する前に上記電池電圧VCCがもとの状態に復帰すると、リセット信号が発生されて分周カウンタは計数途中でリセット状態にされる。したがって、上記デコーダでの計数設定を負荷変動を校了して比較的長い時間に設定すれば、かかる負荷変動に対応して電池電圧VCCが一時的に終止電圧以下にされても無視される。
【0011】
上記負荷変動は、かかる電池パックが使用される電子機器に搭載される各種電子回路に対応して種々である。例えば、モータドライバを搭載した電子機器では、そのモータの性能に対応してモータ起動時に要する時間が判っているので、かかる負荷が接続される電池パックに搭載されるタイマー回路においては、それよりも長い時間に設定される。このように負荷に応じて、電池電圧が一時的に低下する時間がさまざまであるので、上記デコーダを構成するゲート回路G3の入力と、分周カウンタの出力との間は、特に制限されないが、マスタースライス方式により負荷に合わせて、言い換えるならば、電池パックの用途に合わせてプログラマブルに設定可能にされる。
【0012】
上記のような時間設定の自由度をより高くするために、言い換えるならば、保護用のICを形成した後でも設定可能にするために、ポリシリコン層等からなるヒューズに電流を流して選択的に切断するような回路を搭載し、その選択的な切断により時間設定を行うようにしてもよい。あるいは、時間設定用の外部端子を設けておいて、かかる外部端子にハイレベル/ロウレベルを供給することにより時間設定を行うようにしてもよい。
【0013】
上記タイマー回路は、上記電圧比較回路COMP4の出力信号とその遅延信号とを論理回路に供給して、上記遅延時間内での出力信号を無効にする回路にすることも考えられる。しかしながら、このような回路においては、遅延信号を形成するために比較的大きな時定数回路を半導体集積回路に形成しなければならず、キャパシタ等の外付部品点数が増加してしまう等の問題がある。キャパシタを内蔵させると、設定時間が固定化されてしまい複数種類の保護用ICを用意しなければならなくなる。
【0014】
上記デコーダの出力信号は、特に制限されないが、ラッチ回路LT2のクロック端子CKに供給される。このラッチ回路LT2の入力には、定常的にハイレベルの電源電圧VCCが供給されており、上記クロックCKが入力された時点でセット状態にされる。このラッチ回路LT2の出力信号Qは、上記セット状態によりハイレベルに変化し、ドライバとしてのインバータ回路IV1と外部端子T3を介して過放電保護のスイッチMOSFETQ1のゲートをロウレベルにし、かかるスイッチMOSFETQ1をオフ状態にさせる。上記ラッチ回路LT2のリセット端子Rには、上記電圧比較回路COMP4の出力信号が供給され、充電動作によりVCCが終止電圧以上に回復すると、リセット状態にされる。上記ラッチ回路LT2がリセットされるまでの充電電流は、MOSFETQ1がオフ状態であるで、ドレインとソース間の寄生ダイオードD1を介して流れるようにされる。
【0015】
上記分周カウンタでの電流消費を低減させるために、分周カウンタのキャリー信号により入力部に設けられたゲート回路G2がゲートを閉じるよう制御される。これにより、発振パルスが分周カウンタに入力されることが停止させられる。つまり、電池電圧VCCが終止電圧以下になって分周カウンタが最大計数動作を行うと、それ以後の無駄な計数動作が停止させられるので、消費電流の削減を図ることができる。
【0016】
図3には、この発明に係る二次電池保護回路の他の部分の一実施例の回路図が示されている。Liイオン電池の両端の電圧は、保護回路を構成する半導体集積回路装置ICの端子T1とT2に供給され、動作電圧VCCとしても利用される。上記二次電池の正極側の電極は、そのまま正側の電池パック端子+に接続される。
【0017】
上記二次電池の負極側の電極と負側の電池パック端子−との間には、保護用のスイッチMOSFETQ1とQ2とが直列形態に接続される。スイッチMOSFETQ1は上記図1で説明した放電保護のスイッチであり、スイッチMOSFETQ2は充電保護用のスイッチである。かかるスイッチMOSFETQ1とQ2のソースは基板(チャンネル)に接続される。それ故、ドレインとチャンネル間のPN接合が寄生ダイオードD1とD2として、上記スイッチMOSFETQ1とQ2にそれぞれ並列形態に設けられる。
【0018】
上記半導体集積回路装置ICにおいて、端子T1とT2の両端の電池電圧VCCは、直列抵抗R1〜R6により分圧され、特に制限されないが、抵抗R1とR2の接続点における分圧電圧は、電圧比較回路COMP1の一方の入力端子+に供給される。かかる電圧比較回路COMP1の他方の入力端子−には、図示しない基準電圧発生回路で形成された基準電圧V1が供給される。この電圧検出回路COMP1は、第1の電圧検出回路を構成する。かかる第1の電圧検出回路の検出信号は、ラッチ回路LT1のリセット端子Rに供給される。上記ラッチ回路LT1の出力信号Qは、セット状態のときにハイレベルにされ、リセット状態のときにロウレベルにされる。この出力信号Qは、端子T4介して上記充電保護のスイッチであるMOSFETQ2のゲートに供給される。
【0019】
特に制限されないが、抵抗R4とR5の接続点における分圧電圧は、電圧比較回路COMP2の一方の入力端子−に供給される。かかる電圧比較回路COMP2の他方の入力端子+には、図示しない基準電圧発生回路で形成された基準電圧V2が供給される。この電圧比較回路COMP2の出力信号は、オア(論理和)ゲート回路G1を通して上記ラッチ回路LT1のセット端子Sに供給される。上記基準電圧V2は、電池の充電動作を指示する規定の電圧に対応したものとされる。つまり、分圧電圧(電池電圧)が上記規定の基準電圧V2より低下すると、電圧比較回路COMP2の出力信号がハイレベルに変化し、上記ラッチ回路LT1をセットし、かかるラッチ回路LT1の出力信号Qにより上記過充電保護のスイッチMOSFETQ2をオン状態にさせる。
【0020】
この実施例では、誤って過電圧されたとき、上記電圧比較回路COMP1がこれを検出し、上記ラッチ回路LT1をリセットして上記過充電保護のスイッチMOSFETQ2をオフ状態にさせる。本願発明においては、上記スイッチMOSFETQ2は過充電によって、上記Liが析出されてしまうことによる発熱等により事故を防ぐためであり、それに負荷をつなげて放電させることには何ら問題ないし、むしろ放電させて正常状態に戻すことが望ましいことに着目し、次のような負荷接続を検出する機能が付加される。
【0021】
上記スイッチMOSFETQ2の出力側、言い換えるならば、電池パック端子−の電位がVMが端子T5を介して半導体集積回路ICの内部に取り込まれ、電圧比較回路COMP3の入力端子+に供給される。この電圧比較回路COMP3の他方の入力端子−には、基準電圧V3が供給される。この基準電圧V3は、上記寄生ダイオードD2の順方向電圧Vfを検出するための比較的低い電位にされる。上記電圧比較回路COMP3は、第2の電圧検出回路を構成する。
【0022】
上記過充電によりラッチ回路LT1がリセットされてしまい、その結果MOSFETQ2がオフ状態にされた状態で、電池パック端子+と−との間に負荷(電気機器)を接続させると、上記のような過電圧状態では上記MOSFETQ2と直列形態に接続された過放電保護用はスイッチMOSFETQ1がオン状態であるために、端子T2を基準にした回路の接地電位に対して寄生ダイオードD2を介して電池の負極側に電流が流れ込んで、上記電池パック端子−の電位が上記寄生ダイオードD2の順方向電圧Vfだけ浮き上がる。
【0023】
上記電圧比較回路COMP3は、上記のような放電経路が形成されたこと、言い換えるならば、電池パック端子+と−の間に負荷としての電子機器が接続されて、上記電池パック端子−の電位の浮き上がりを端子T5からの電圧VMにより検出し、その出力信号をロウレベルからハイレベルに変化させる。これにより、オアゲート回路G1を介して上記リセット状態のラッチ回路LT1がセット状態に反転させられるために、その出力信号Qがロウレベルからハイレベルに変化して上記MOSFETQ2が再びオン状態になり、上記負荷に対して電流供給を行うようにすることができる。このような負荷の接続による放電動作によって、自動的に過充電状態も開放されて電圧比較回路COMP1の出力もロウレベルに復帰する。上記抵抗R7は、端子T5での静電破壊防止等のために付加されているが、省略してもよい。
【0024】
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。すなわち、
(1) 二次電池の保護回路において、電池電圧の過電圧又は過放電を電圧検出回路で検出し、かかる検出信号が過充電又は過放電状態のときに対応した一方のレベルにされている間に計数動作を行う分周カウンタを有するタイマー回路を設け、その計数出力が所定の時間設定に対応した計数値になると出力信号を形成し、かかる出力信号によりによりラッチ回路を一方のレベルに安定させ、上記電圧検出回路の検出信号が他方のレベルが出力されることにより上記ラッチ回路を他方のレベルに反転させ、上記ラッチ回路の一方のレベルでの安定状態における出力信号により過放電保護スイッチをオフ状態にし、上記他方のレベルでの安定状態における出力信号により過放電保護スイッチオン状態にさせるとにより、過渡的な放電電圧の低下に応答せず実質的な放電能力を向上させることができるという効果が得られる。
【0025】
(2) 上記分周カウンタを、電圧検出回路が他方のレベルによりリセット状態にし、その計数動作のオーバーフロー信号が計数パルスの入力部に設けられたゲートを閉じるように制御して計数動作を停止させることにより、分周カウンタでの無駄な電流消費を抑えることができるという効果が得られる。
【0026】
(3) 上記保護回路は、電池パックとしてリチュウムイオン電池と一体的に組み込まれることにより、実質的な放電能力を向上させせつつ、使い勝手を良くすることができるという効果が得られる。
【0027】
(4) 上記保護回路及びスイッチは過放電保護用のものであり、かかるスイッチには過充電保護用のスイッチを直列形態に接続し、かかる過充電保護用のスイッチを、それに対応した保護回路によりスイッチ制御させることにより、実質的な放電能力を向上と、安全性を確保しつつ、使い勝手を良くすることができるという効果が得られる。
【0028】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、スイッチ素子は、MOSFETの他にバイポーラ型トランジスタや他のスイッチ素子を用いるようにしてもよい。上記MOSFETの場合には、ドレインとソース間の寄生ダイオードを利用することができるが、このような寄生ダイオードが無いときには、それと同等な電流を流すようなダイオードを各スイッチに並列的に設けるようにすればよい。
【0029】
上記電圧検出回路は、前記のような電圧比較回路を用いるもの他、例えば寄生ダイオードD2の順方向電圧に対応した電池パックの負極端子−の浮き上がりを検出するものは、MOSFETのしきい値電圧を利用するものであってもよい。つまり、寄生ダイオードD2の順方向電圧より低いしきい値電圧を持つようにされたNチャンネル型MOSFETのゲートに上記端子5の電圧VM供給し、ソースに電池の負極電位に対応した回路の接地電位を供給し、かかるMOSFETのドレインからオン状態/オフ状態に対応したロウレベル/ハイレベルの検出信号を形成し、それをインバータ回路で反転させて上記セット信号に用いるようにしてもよい。
【0030】
電圧比較回路に供給される基準電圧は、共通化された1つの定電圧であってもよい。これを基準にして、電池電圧VCCを分圧抵抗回路により分圧し、その分圧比の設定により、上記過充電、ラッチ回路のセットをさせる規定電圧、放電動作を停止させる終止電圧のそれぞれに対応した分圧電圧を形成するようにすればよい。この発明は、過充電の保護を行う必要のある各種二次電池保護回路として広く利用することができる。
【0031】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、二次電池の保護回路において、電池電圧の過電圧又は過放電を電圧検出回路で検出し、かかる検出信号が過充電又は過放電状態のときに対応した一方のレベルにされている間に計数動作を行う分周カウンタを有するタイマー回路を設け、その計数出力が所定の時間設定に対応した計数値になると出力信号を形成し、かかる出力信号によりによりラッチ回路を一方のレベルに安定させ、上記電圧検出回路の検出信号が他方のレベルが出力されることにより上記ラッチ回路を他方のレベルに反転させ、上記ラッチ回路の一方のレベルでの安定状態における出力信号により過放電保護スイッチをオフ状態にし、上記他方のレベルでの安定状態における出力信号により過放電保護スイッチオン状態にさせるとにより、過渡的な放電電圧の低下に応答せず実質的な放電能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る二次電池保護回路のうち過放電保護用に向けられた一実施例を示す回路図である。
【図2】上記スイッチMOSFETQ1を制御する保護回路の動作を説明するための特性図である。
【図3】この発明に係る二次電池保護回路のうち過充電保護用に向けられた他の保護回路の一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
R1〜R7…抵抗、LT1,LT2…ラッチ回路、G1〜G3…論理ゲート回路、IV1…インバータ回路、COMP1〜CPMP4…電圧比較回路、Q1〜Q2…MOSFET、D1,D2…ダイオード。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary battery protection circuit, and more particularly to a technique effective for use as a protection circuit for overcharge and overdischarge in a battery mounted together with a lithium (Li) ion battery in a battery pack.
[0002]
[Prior art]
As a secondary battery used for portable electronic devices, there is a Li-ion secondary battery. In this Li-ion secondary battery, when overcharged, metallic Li precipitates, leading to an accident. Further, when overdischarge is performed, the number of times of repeated charge / discharge use becomes extremely poor. For this reason, when overcharge or overdischarge is detected, a protection switch including a power MOSFET or the like for separating the battery from the device body is provided. Such a Li-ion secondary battery is described in Nikkei McGraw-Hill, “Nikkei Electronics,” November 20, 1995, pp. 100-117.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When the Li-ion secondary battery is discharged to a predetermined voltage or lower, the number of times of repeated charging and discharging becomes extremely poor. In determining such an overdischarge, as shown in FIG. 2, when the battery voltage VCC approaches the end voltage at which the discharging operation should be stopped, the voltage margin decreases, and a sudden load change, in other words, the load When an overcurrent flows, the internal voltage of the battery causes the battery voltage VCC to temporarily fall below the cut-off voltage, and it is erroneously determined that the discharge voltage itself has fallen below the cut-off voltage. Would.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a secondary battery protection circuit having improved usability and safety, and improved usability. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The outline of a representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, in the protection circuit of the secondary battery, overvoltage or overdischarge of the battery voltage is detected by the voltage detection circuit, and counting is performed while the detection signal is at one level corresponding to the overcharge or overdischarge state. A timer circuit having a frequency dividing counter for performing an operation is provided, and when the count output reaches a count value corresponding to a predetermined time setting, an output signal is formed, and the latch circuit is stabilized at one level by the output signal. When the other level of the detection signal of the voltage detection circuit is output, the latch circuit is inverted to the other level, and the overdischarge protection switch is turned off by the output signal in a stable state at one level of the latch circuit. The over-discharge protection switch is turned on by the output signal in the stable state at the other level.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the secondary battery protection circuit according to the present invention, which is directed to overdischarge protection. Each circuit element shown in FIG. 1 is formed on a single semiconductor substrate by a known semiconductor integrated circuit manufacturing technique together with another protection circuit described later. Although not particularly limited, a battery to be protected is a Li-ion secondary battery.
[0007]
The switch MOSFET Q1 is for inhibiting overdischarge. In determining such an overdischarge as to whether or not to stop the discharging operation by turning off the switch MOSFET Q1, as described with reference to FIG. 2 above, the battery voltage VCC is the final voltage at which the discharging operation should be stopped. , The voltage margin becomes smaller, and if the load fluctuates rapidly, in other words, if an overcurrent to the load flows, the battery voltage VCC temporarily drops below the cutoff voltage due to the internal impedance of the battery, and the discharge voltage itself becomes erroneously. Is determined to be equal to or lower than the end voltage.
[0008]
The following timer circuit is provided in order to prevent such a malfunction and continue the discharging operation up to the end voltage of the battery, in other words, to extend the battery life substantially. The voltage comparison circuit COMP4 compares a divided voltage VCC / N formed by a resistor circuit as described later with a reference voltage V4 corresponding to the end voltage in relation to the divided voltage, and a battery voltage VCC. Is lower than the end voltage, a low-level detection signal is formed. This detection signal is formed in response to the temporary overcurrent as described above.
[0009]
The detection signal is not used to immediately turn off the overdischarge protection switch MOSFET Q1, but it is determined whether or not the detection signal is continuously generated for a predetermined period set by the timer circuit. The timer circuit forms a time signal by supplying an oscillation pulse generated by a built-in oscillation circuit to a frequency division counter. The output signal of the voltage comparison circuit is supplied to a reset terminal of the frequency division counter, and is normally reset in a normal state.
[0010]
If it is determined by the voltage comparison circuit COMP4 that the battery voltage VCC has become equal to or lower than the end voltage, the detection signal is set to the low level during that time, the reset of the frequency division counter is released, and the counting operation of the oscillation pulse is performed. The count output of the frequency division counter is supplied to the gate circuit G3 constituting the decoder, and the counting operation corresponding to the set time is determined here. If the battery voltage VCC returns to the original state before the count value is reached, a reset signal is generated and the frequency division counter is reset during the counting. Therefore, if the count setting in the decoder is set to a relatively long time after completing the load fluctuation, even if the battery voltage VCC is temporarily reduced to the end voltage or less in response to the load fluctuation, it is ignored.
[0011]
The above-described load fluctuations are various in accordance with various electronic circuits mounted on an electronic device using the battery pack. For example, in an electronic device equipped with a motor driver, the time required for starting the motor is known in accordance with the performance of the motor. Set for a long time. As described above, since the time during which the battery voltage temporarily drops varies depending on the load, there is no particular limitation between the input of the gate circuit G3 constituting the decoder and the output of the frequency dividing counter. It can be set programmably according to the load by the master slice method, in other words, according to the use of the battery pack.
[0012]
In order to increase the degree of freedom in time setting as described above, in other words, in order to enable setting even after forming a protection IC, a current is selectively passed through a fuse made of a polysilicon layer or the like. May be mounted, and the time may be set by selectively disconnecting the circuit. Alternatively, an external terminal for time setting may be provided, and the time may be set by supplying a high level / low level to the external terminal.
[0013]
The timer circuit may be a circuit that supplies the output signal of the voltage comparison circuit COMP4 and a delay signal thereof to a logic circuit and invalidates the output signal within the delay time. However, in such a circuit, a relatively large time constant circuit must be formed in the semiconductor integrated circuit in order to form a delay signal, and the number of external parts such as capacitors increases. is there. When a capacitor is built-in, the set time is fixed, and a plurality of types of protection ICs must be prepared.
[0014]
The output signal of the decoder is supplied to the clock terminal CK of the latch circuit LT2, although not particularly limited. A high-level power supply voltage VCC is constantly supplied to the input of the latch circuit LT2, and the latch circuit LT2 is set when the clock CK is input. The output signal Q of the latch circuit LT2 changes to high level according to the set state, the gate of the overdischarge protection switch MOSFET Q1 is set to low level via the inverter circuit IV1 as a driver and the external terminal T3, and the switch MOSFET Q1 is turned off. Let it be in a state. The output signal of the voltage comparison circuit COMP4 is supplied to the reset terminal R of the latch circuit LT2, and when the VCC recovers to the end voltage or more by the charging operation, the reset state is set. The charging current until the latch circuit LT2 is reset flows through the parasitic diode D1 between the drain and the source while the MOSFET Q1 is off.
[0015]
In order to reduce the current consumption of the frequency division counter, the gate signal G2 provided at the input unit is controlled by the carry signal of the frequency division counter to close the gate. Thus, the input of the oscillation pulse to the frequency division counter is stopped. That is, when the battery voltage VCC becomes equal to or lower than the end voltage and the frequency dividing counter performs the maximum counting operation, the unnecessary counting operation thereafter is stopped, so that the current consumption can be reduced.
[0016]
FIG. 3 is a circuit diagram of another embodiment of the secondary battery protection circuit according to the present invention. The voltage at both ends of the Li-ion battery is supplied to terminals T1 and T2 of the semiconductor integrated circuit device IC constituting the protection circuit, and is also used as the operating voltage VCC. The positive electrode of the secondary battery is directly connected to the positive battery pack terminal +.
[0017]
Between the negative electrode of the secondary battery and the negative battery pack terminal-, protection switch MOSFETs Q1 and Q2 are connected in series. The switch MOSFET Q1 is a switch for discharge protection described with reference to FIG. 1, and the switch MOSFET Q2 is a switch for charge protection. The sources of the switch MOSFETs Q1 and Q2 are connected to a substrate (channel). Therefore, the PN junction between the drain and the channel is provided as the parasitic diodes D1 and D2 in parallel with the switch MOSFETs Q1 and Q2, respectively.
[0018]
In the above-mentioned semiconductor integrated circuit device IC, the battery voltage VCC across the terminals T1 and T2 is divided by the series resistors R1 to R6 and is not particularly limited, but the divided voltage at the connection point between the resistors R1 and R2 is a voltage comparison. It is supplied to one input terminal + of the circuit COMP1. A reference voltage V1 formed by a reference voltage generation circuit (not shown) is supplied to the other input terminal-of the voltage comparison circuit COMP1. This voltage detection circuit COMP1 constitutes a first voltage detection circuit. The detection signal of the first voltage detection circuit is supplied to the reset terminal R of the latch circuit LT1. The output signal Q of the latch circuit LT1 is at a high level in the set state, and is at a low level in the reset state. This output signal Q is supplied to the gate of the MOSFET Q2, which is the charge protection switch, via the terminal T4.
[0019]
Although not particularly limited, the divided voltage at the connection point between the resistors R4 and R5 is supplied to one input terminal-of the voltage comparison circuit COMP2. The other input terminal + of the voltage comparison circuit COMP2 is supplied with a reference voltage V2 formed by a reference voltage generation circuit (not shown). The output signal of the voltage comparison circuit COMP2 is supplied to the set terminal S of the latch circuit LT1 through the OR (logical sum) gate circuit G1. The reference voltage V2 corresponds to a specified voltage that instructs a battery charging operation. That is, when the divided voltage (battery voltage) drops below the prescribed reference voltage V2, the output signal of the voltage comparison circuit COMP2 changes to a high level, sets the latch circuit LT1, and sets the output signal Q of the latch circuit LT1. As a result, the switch MOSFET Q2 for overcharge protection is turned on.
[0020]
In this embodiment, when an overvoltage is erroneously made, the voltage comparison circuit COMP1 detects this and resets the latch circuit LT1 to turn off the overcharge protection switch MOSFET Q2. In the present invention, the switch MOSFET Q2 is used to prevent accidents due to heat generation due to the deposition of Li due to overcharging. Focusing on the fact that it is desirable to return to a normal state, the following function of detecting a load connection is added.
[0021]
The potential of the output side of the switch MOSFET Q2, in other words, the potential of the battery pack terminal-is taken into the semiconductor integrated circuit IC through the terminal T5, and supplied to the input terminal + of the voltage comparison circuit COMP3. A reference voltage V3 is supplied to the other input terminal-of the voltage comparison circuit COMP3. The reference voltage V3 is set to a relatively low potential for detecting the forward voltage Vf of the parasitic diode D2. The voltage comparison circuit COMP3 constitutes a second voltage detection circuit.
[0022]
If a load (electric device) is connected between the battery pack terminals + and-in a state where the latch circuit LT1 is reset by the overcharge and the MOSFET Q2 is turned off as a result, the overvoltage as described above occurs. In this state, the over-discharge protection switch connected in series with the MOSFET Q2 is connected to the negative side of the battery via the parasitic diode D2 with respect to the ground potential of the circuit with respect to the terminal T2 because the switch MOSFET Q1 is in the ON state. The current flows, and the potential of the battery pack terminal-rises by the forward voltage Vf of the parasitic diode D2.
[0023]
In the voltage comparison circuit COMP3, when the above-described discharge path is formed, in other words, an electronic device as a load is connected between the battery pack terminals + and-, and the potential of the battery pack terminal- The rising is detected by the voltage VM from the terminal T5, and the output signal is changed from the low level to the high level. As a result, the latch circuit LT1 in the reset state is inverted to the set state via the OR gate circuit G1, so that the output signal Q changes from low level to high level, and the MOSFET Q2 is turned on again, and the load Can be supplied with current. By the discharging operation by the connection of the load, the overcharge state is automatically released, and the output of the voltage comparison circuit COMP1 returns to the low level. The resistor R7 is added for preventing electrostatic breakdown at the terminal T5, but may be omitted.
[0024]
The operational effects obtained from the above embodiment are as follows. That is,
(1) In the protection circuit of the secondary battery, overvoltage or overdischarge of the battery voltage is detected by the voltage detection circuit, and while the detection signal is at one level corresponding to the overcharge or overdischarge state, A timer circuit having a frequency division counter for performing a counting operation is provided, and when the count output reaches a count value corresponding to a predetermined time setting, an output signal is formed, and the latch circuit is stabilized at one level by the output signal. When the detection signal of the voltage detection circuit outputs the other level, the latch circuit is inverted to the other level, and the overdischarge protection switch is turned off by the output signal in a stable state at one level of the latch circuit. And the overdischarge protection switch is turned on by the output signal in the stable state at the other level, thereby preventing a transient drop in the discharge voltage. There is an effect that the discharge capacity can be substantially improved without responding.
[0025]
(2) The frequency division counter is reset by the voltage detection circuit based on the other level, and the counting operation is stopped by controlling the overflow signal of the counting operation to close the gate provided at the input portion of the counting pulse. As a result, an effect that unnecessary current consumption in the frequency division counter can be suppressed can be obtained.
[0026]
(3) Since the protection circuit is integrated with the lithium ion battery as a battery pack, it is possible to obtain an effect that the usability can be improved while the discharge performance is substantially improved.
[0027]
(4) The protection circuit and the switch are for over-discharge protection, and a switch for over-charge protection is connected to the switch in series, and the switch for over-charge protection is connected to a protection circuit corresponding thereto. By performing the switch control, it is possible to obtain an effect that the usability can be improved while the substantial discharge capacity is improved and safety is secured.
[0028]
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention of the present application is not limited to the embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Nor. For example, a bipolar transistor or another switch element may be used as the switch element in addition to the MOSFET. In the case of the above-mentioned MOSFET, a parasitic diode between the drain and the source can be used. However, when there is no such a parasitic diode, a diode that allows a current equivalent to that to flow is provided in each switch in parallel. do it.
[0029]
In addition to the voltage detection circuit using the voltage comparison circuit as described above, the voltage detection circuit that detects the floating of the negative terminal-of the battery pack corresponding to the forward voltage of the parasitic diode D2 uses the threshold voltage of the MOSFET. It may be used. That is, the voltage VM of the terminal 5 is supplied to the gate of the N-channel MOSFET having a threshold voltage lower than the forward voltage of the parasitic diode D2, and the ground potential of the circuit corresponding to the negative electrode potential of the battery is supplied to the source. And a low-level / high-level detection signal corresponding to the on / off state may be formed from the drain of the MOSFET, and the detection signal may be inverted by an inverter circuit and used for the set signal.
[0030]
The reference voltage supplied to the voltage comparison circuit may be one common constant voltage. Based on this, the battery voltage VCC is divided by a voltage dividing resistor circuit, and the voltage dividing ratio is set to correspond to each of the specified voltage for setting the overcharge and latch circuits and the termination voltage for stopping the discharging operation. What is necessary is just to form a divided voltage. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used as various secondary battery protection circuits that need to perform overcharge protection.
[0031]
【The invention's effect】
The following is a brief description of an effect obtained by a representative one of the inventions disclosed in the present application. That is, in the protection circuit of the secondary battery, overvoltage or overdischarge of the battery voltage is detected by the voltage detection circuit, and counting is performed while the detection signal is at one level corresponding to the overcharge or overdischarge state. A timer circuit having a frequency dividing counter for performing an operation is provided, and when the count output reaches a count value corresponding to a predetermined time setting, an output signal is formed, and the latch circuit is stabilized at one level by the output signal. When the other level of the detection signal of the voltage detection circuit is output, the latch circuit is inverted to the other level, and the overdischarge protection switch is turned off by the output signal in a stable state at one level of the latch circuit. The over-discharge protection switch is turned on by the output signal in the stable state at the other level, so that the transient discharge voltage is reduced. It is possible to improve the substantial discharge capacity not respond to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a secondary battery protection circuit according to the present invention directed to overdischarge protection.
FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining an operation of a protection circuit that controls the switch MOSFET Q1.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of another protection circuit for overcharge protection in the secondary battery protection circuit according to the present invention.
[Explanation of symbols]
R1 to R7 resistors, LT1 and LT2 latch circuits, G1 to G3 logic gate circuits, IV1 inverter circuits, COMP1 to CPMP4 voltage comparison circuits, Q1 to Q2 MOSFETs, D1, D2 diodes.
Claims (4)
上記電池電圧の過電圧又は過放電を検出する電圧検出回路と、
かかる電圧検出回路から一方のレベルが出力されている間に計数動作を行うカウンタを含み、かかる分周カウンタの出力を受けて所定の時間設定に対応した計数値になると出力信号を形成するタイマー回路と、
上記タイマー回路の出力信号により一方のレベルに安定し、上記電圧検出回路から他方のレベルが出力されることにより他方のレベルに反転させられるラッチ回路と、
上記ラッチ回路の一方のレベルでの安定状態における出力信号によりオフ状態にされ、上記他方のレベルでの安定状態における出力信号によりオン状態にされ、かつ上記二次電池の電流経路に直列に挿入された過放電又は過充電保護スイッチとを含むことを特徴とする二次電池保護回路。A secondary battery protection circuit that receives a voltage between both ends of the secondary battery and is operated at the battery voltage,
A voltage detection circuit for detecting overvoltage or overdischarge of the battery voltage,
A timer circuit that includes a counter that performs a counting operation while one level is being output from the voltage detection circuit, and that generates an output signal when the output of the frequency division counter reaches a count value corresponding to a predetermined time setting. When,
A latch circuit that is stabilized at one level by an output signal of the timer circuit, and is inverted to the other level by outputting the other level from the voltage detection circuit;
The latch circuit is turned off by an output signal in a stable state at one level, is turned on by an output signal in a stable state at the other level, and is inserted in series into a current path of the secondary battery. And an overdischarge or overcharge protection switch.
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