JP3689798B2 - 電源監視ｉｃ及び電池パック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン電池等の放電電流を監視することにより電池を保護する電源監視ＩＣ（Integrated Circuit）及び電池パック（電源装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図を図４に示す。電池パックの（＋）端子５と（−）端子６の間に情報機器等の負荷９が接続される。負荷９は抵抗として表示されている。その抵抗値は例えば１Ω程度である。電池パックはリチウムイオン電池２より負荷９に放電電流Ｉａを送り込む。放電電流Ｉａが大きくなり過ぎると、リチウムイオン電池２は特性劣化等の問題が生じるため、電池パックは過電流防止用の電源監視ＩＣ５０を用いて過電流を防止している。
【０００３】
電池２の高電位側が（＋）端子５と電源監視ＩＣ５０の端子（Ｖｃｃ）に接続される。電池２の低電位側が（−）端子６に接続される。電池２と（−）端子６の間に電池２の低電位側から順にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）３、４が挿入される。ＭＯＳＦＥＴ３、４はオン、オフの動作を行う電界効果トランジスタ（スイッチング素子）である。ＭＯＳＦＥＴ３と４の接続中点は静電破壊防止用の保護抵抗Ｒ１を介して端子（ＭＯ）に接続される。ＭＯＳＦＥＴ３のゲートは端子（ＦＥ２）に接続される。
【０００４】
端子（ＦＥ１）は抵抗Ｒ３、Ｒ４を介してＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。抵抗Ｒ３とＲ４の接続中点がＮＰＮトランジスタ８のベースに接続される。トランジスタ８のエミッタはＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。トランジスタ８のコレクタはＭＯＳＦＥＴ４のゲート及び抵抗Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃに接続される。
【０００５】
電源監視ＩＣ５０において、端子（Ｖｃｃ）より電源監視ＩＣ５０に電源電圧Ｖｃｃが与えられる。端子（ＧＮＤ）は接地されてグランドレベルとなる。端子（ＭＯ）はヒステリシス特性を有する比較器１４の非反転入力端子（＋）及びトランジスタ１２のコレクタに接続される。比較器１４の反転入力端子（−）にはスレッショルド電圧（基準電圧）Ｖｓが入力される。比較器１４の出力は制御信号としてＦＥＴ制御回路１８及び制御電流源１０に送られる。ＦＥＴ制御回路１８の出力側は端子（ＦＥ２）に接続される。
【０００６】
制御電流源１０の出力側はトランジスタ１１のコレクタ及びベースに接続される。トランジスタ１１のエミッタは接地される。トランジスタ１１のベースはトランジスタ１２のベースと接続される。トランジスタ１２のエミッタは接地される。トランジスタ１１、１２によりカレントミラー回路が構成されている。尚、端子（ＦＥ１）はＭＯＳＦＥＴ４をオン、オフ制御することにより電池２の過充電保護を行うものでこれらに関しては後述する。
【０００７】
電源監視ＩＣ５０はＭＯＳＦＥＴ３、４をオン状態とすることにより電池２から負荷９に放電電流Ｉａを送り込む。ＭＯＳＦＥＴ３ではドレインとソース間に抵抗があるために放電電流Ｉａによって電圧降下が生じる。ＭＯＳＦＥＴ３と電池２の接続線上はグランドレベルとなっているので、この電圧降下を端子（ＭＯ）で検出する。
【０００８】
放電電流Ｉａが小さい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下は小さくなる。端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓより低ければ、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。このローレベルの制御信号によりＦＥＴ制御回路１８は端子（ＦＥ２）に接続されるＭＯＳＦＥＴ３をオンする。また、このローレベルの制御信号により制御電流源１０はオフ状態となる。
【０００９】
一方、放電電流Ｉａが大きい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下が大きくなり電圧Ｖｔが上昇する。電圧がＶｔが電圧Ｖｓよりも高くなれば、比較器１４よりハイレベルの制御信号が出力される。これにより、ＦＥＴ制御回路１８はＭＯＳＦＥＴ３をオフする。このように、放電電流Ｉａが過電流となって電池２に悪影響を及ぼす前に電源監視ＩＣ５０は強制的にＭＯＳＦＥＴ３をオフして電池２を保護する。
【００１０】
比較器１４からハイレベルの制御信号が出力されると、制御電流源１０がオンし、定電流Ｉｅが出力される。定電流Ｉｅはトランジスタ１１、１２から成るカレントミラー回路に送られる。これにより、負荷９の接続状態を検出するための電流Ｉｓが端子（ＭＯ）からトランジスタ１２を通過してグランドレベルに流れ込む。これにより、電流Ｉｓは電池２から負荷９と保護抵抗Ｒ１を通って端子（ＭＯ）に流入する。
【００１１】
電流Ｉｓと保護抵抗Ｒ１等により端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔはあるレベルに設定される。電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒ（ただし、Ｖｒ＜Ｖｓ）より高い場合には比較器１４はハイレベルの制御信号を出力して、過電流保護動作を継続する。このとき、負荷９を（＋）端子５又は（−）端子６からはずすと、検出電流Ｉｓにより電圧Ｖｔがグランドレベルに近づく。
【００１２】
そして、電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒより低くなれば、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。これにより、制御電流源１０がオフし、ＭＯＳＦＥＴ３がオンする。電池パックは電池２の過電流監視動作を再開し、放電を行うことができるようになる。
【００１３】
端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔの変化の一例を図５に示す。まず期間Ｎ１では、負荷９に放電電流Ｉａが流れ、電源監視ＩＣ５０では放電電流Ｉａが監視される。放電電流Ｉａが次第に大きくなると、端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔもそれに従って上昇する。
【００１４】
時間ｔ１のときに電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓを超えると、すぐに過電流保護動作が開始されるのではなく、電源監視ＩＣ５０に遅延時間Ｔｃを設けて期間Ｔｃの間に継続して電圧Ｖｔが電圧Ｖｓより高くなっていたか判断し、そのような場合に過電流保護動作が開始されるようになっている。これにより、ノイズ等により電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓを瞬間的に超えた場合に過電流保護動作に誤動作するのを防止している。
【００１５】
そのため、時間ｔ１から遅延時間Ｔｃ経過後の時間ｔ２になってから過電流保護動作が開始される。このとき、設定により電圧Ｖｔはスレッショルド電圧Ｖｓより高くなっている。そして、時間ｔ５で負荷９を（＋）端子５又は（−）端子６からはずすと、検出電流Ｉｓにより電圧Ｖｔが低下して、時間ｔ６で解除電圧Ｖｒに達する。その後、ＭＯＳＦＥＴ３がオン状態となり過電流保護動作が解除される。負荷９が電池パックに接続されていない状態では電圧Ｖｔはほぼグランドレベルとなる。
【００１６】
時間ｔ１までの期間Ｎ１では過電流監視動作を行う。時間ｔ２からｔ６までの期間Ｎ２では過電流保護動作を行う。時間ｔ６以後の期間Ｎ３では再び過電流監視動作を行う。尚、図５で横軸の時間のスケールは説明のために適当に伸縮されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電源監視ＩＣ及び電池パックでは、過電流保護動作の開始時にＭＯＳＦＥＴ３をオフする時と同時に制御電流源１０をオンしていた。そのため、スレッショルド電圧Ｖｓと解除電圧Ｖｒの差Ｖｙが小さかった。例えば、スレッショルド電圧Ｖｓが１００ｍＶ、解除電圧Ｖｒが５０ｍＶであれば、その差Ｖｙは５０ｍＶである。
【００１８】
そのため、過電流保護動作時に保護抵抗Ｒ１の接続状況の変化等により電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回って過電流保護動作を解除することがある。そして、解除後に大きな放電電流Ｉａが流れれば、再び過電流保護動作を開始し、以後同様の動作を繰り返すようになる。これにより、放電制御用のＭＯＳＦＥＴ３が発振し発熱する。そのため、ＭＯＳＦＥＴ３や電池２が故障することもある。このように、上記従来の電池パック（図４）では信頼性が低かった。
【００１９】
また、保護抵抗Ｒ１の抵抗値は大きいほど静電破壊防止等の効果が高いが、その抵抗値が大きくなるほど過充電保護動作時に保護抵抗Ｒ１での電圧降下が大きくなり、電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回り易くなるという問題もあった。検出電流Ｉｓもある程度の大きさがなければ負荷を検出する役割を担うことができなくなるが、電流Ｉｓも大きくなるほど保護抵抗Ｒ１での電圧降下により電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回り易くなっていた。
【００２０】
本発明は上記課題を解決するもので、抵抗値の大きな保護抵抗Ｒ１に検出電流Ｉａを流してもＭＯＳＦＥＴ３の上記発振を防止することのできる電源監視ＩＣ及び電池パックを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の構成では、電池と抵抗素子の直列回路に負荷が接続される回路において前記電池の放電電流と負荷の有無を監視するために使用される電源監視ＩＣであって、該電源監視ＩＣは、前記抵抗素子の一端と、負荷接続用端子とに接続される検出端子と、前記検出端子から所定点への電流経路を形成する電流経路形成手段と、前記検出端子の電圧を第１の基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が第１の基準電圧を超えると前記直列回路の両端間に電流が流れないように直列回路を遮断する信号を出力する第１比較器と、前記検出端子の電圧を第２の基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が第２の基準電圧を超えると前記電流経路形成手段を動作させる第２比較器とを備えている。
【００２２】
このような構成によると、電源監視ＩＣは負荷への放電電流を第１の比較器で監視する。検出端子の電圧が第１の基準電圧を超えれば、第１比較器より出力される信号を例えば電池と直列となるように接続されたトランジスタに送ってこのトランジスタをオフする。それで、上記直列回路には電流が流れなくなる。その後、検出端子の電圧が電池の高電位側に推移し、第２の基準電圧を超えると、第２比較器により電流経路形成手段を動作させる。
【００２３】
電流経路形成手段は、例えば第２比較器からの信号により動作が制御される制御電流源とカレントミラー回路を組み合わせたものである。この制御電流源より定電流が流されると、カレントミラー回路の入力側トランジスタでこの定電流を受けて、出力側トランジスタにより負荷の有無を検出するための電流を検出端子からグランドレベル等に流し込む。
【００２４】
負荷が負荷接続用の端子等に接続されているときには、電流経路形成手段により検出端子の電圧はある値を維持する。負荷が接続されなくなると、検出端子の電圧は例えばグランドレベルに落ち込む。これにより、第１及び第２比較器より出力される信号が切り換わって負荷検出用の電流を停止し、上記トランジスタをオンする。これにより、再び負荷が接続されれば電池より電流を負荷に与えることができる。尚、上記トランジスタは上記抵抗素子にも兼用することができる。
【００２５】
また、本発明の第２の構成では、電池と抵抗素子の直列回路に負荷が接続される回路において前記電池の放電電流と負荷の有無を監視するために使用される電源監視ＩＣであって、該電源監視ＩＣは、前記抵抗素子の一端と、負荷接続用端子とに接続される検出端子と、前記検出端子から所定点への電流経路を形成する電流経路形成手段と、前記検出端子の電圧を基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が基準電圧を超えると前記直列回路の両端間に電流が流れないように直列回路を遮断する信号を出力する比較器と、前記比較器の信号を遅延して前記電流形成手段へ与え、その電流経路形成手段を動作させる遅延回路とを備えている。
【００２６】
このような構成によると、電源監視ＩＣは比較器で負荷への放電電流を監視する。検出端子の電圧が第１の基準電圧を超えれば、第１比較器より出力される信号によって直列回路を遮断する。電流経路形成手段には遅延時間経過後に信号が送られるので、電流経路形成手段は遅れて負荷の有無を検出するための電流を出力する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について図１及び図２を用いて説明する。図１は電源監視ＩＣ１を用いた電池パックの回路図である。尚、図１において図４と同一の部分については同一の符号を付してある。
【００２８】
リチウムイオン電池２の高電位側が（＋）端子５と電源監視ＩＣ５０の端子（Ｖｃｃ）に接続される。電池２の低電位側が（−）端子６に接続される。電池２と（−）端子６の間に電池２の低電位側から順にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３、４が挿入される。ＭＯＳＦＥＴ３、４はオン、オフの動作を行う電界効果トランジスタ（スイッチング素子）である。ＭＯＳＦＥＴ３と４の接続中点は静電破壊防止用の保護抵抗Ｒ１を介して検出端子（ＭＯ）に接続される。ＭＯＳＦＥＴ３のゲートは端子（ＦＥ２）に接続される。
【００２９】
端子（ＦＥ１）は抵抗Ｒ３、Ｒ４を介してＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。抵抗Ｒ３とＲ４の接続中点がＮＰＮトランジスタ８のベースに接続される。トランジスタ８のエミッタはＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。トランジスタ８のコレクタはＭＯＳＦＥＴ４のゲート及び抵抗Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃに接続される。
【００３０】
電源監視ＩＣ５０において、端子（Ｖｃｃ）より電源監視ＩＣ５０に電源電圧Ｖｃｃが与えられる。端子（ＧＮＤ）は接地されてグランドレベルとなる。端子（ＭＯ）はヒステリシス特性を有する比較器１４の非反転入力端子（＋）、比較器１３の非反転入力端子（＋）及びトランジスタ１２のコレクタに接続される。比較器１４の反転入力端子（−）にはスレッショルド電圧Ｖｓが入力される。比較器１４の出力は制御信号としてＦＥＴ制御回路１８に送られる。ＦＥＴ制御回路１８の出力側は端子（ＦＥ２）に接続される。
【００３１】
比較器１３の反転入力端子（−）はダイオード１６のカソードに接続される。ダイオード１６のアノードはダイオード１５のカソードに接続され、ダイオード１５のアノードには電源電圧Ｖｃｃが与えられる。
【００３２】
尚、図示していないがダイオード１５、１６には微小な電流が流れており、比較器１３の反転入力端子（−）には基準電圧Ｖｏｎ＝Ｖｃｃ−２×ＶＦが入力される。ただし、ＶＦはダイオード１５、１６の各順方向電圧である。比較器１３の出力が制御信号として制御電流源１０に送られる。例えば、電源電圧Ｖｃｃは約３．５Ｖであり、ダイオード１５、１６での各順方向電圧の合計２×ＶＦは約１．０Ｖである。
【００３３】
制御電流源１０の出力側はトランジスタ１１のコレクタ及びベースに接続される。トランジスタ１１のエミッタは接地される。トランジスタ１１のベースはトランジスタ１２のベースと接続される。トランジスタ１２のエミッタは接地される。入力側トランジスタ１１と出力側トランジスタ１２によりカレントミラー回路が構成されている。尚、端子（ＦＥ１）はＭＯＳＦＥＴ４をオン、オフさせることにより電池２の過充電保護を行うものでこれらに関しては後述する。
【００３４】
このような回路構成となっている電池パックはＭＯＳＦＥＴ３、４をオン状態とすることにより電池２から情報機器等の負荷９に放電電流Ｉａを送り込む。ＭＯＳＦＥＴ３ではドレインとソース間に抵抗があるためにＭＯＳＦＥＴ３で電圧降下が生じる。この電圧降下を端子（ＭＯ）で検出する。
【００３５】
放電電流Ｉａが小さい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下は小さくなる。比較器１３、１４では比較器１４で比較されるスレッショルド電圧Ｖｓの方が低く、端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔが電圧Ｖｓより低ければ、比較器１３、１４よりともにローレベルの制御信号が出力される。比較器１３からのローレベルの制御信号により制御電流源１０はオフされる。また、比較器１４からのローレベルの制御信号によりＦＥＴ制御回路１８は端子（ＦＥ２）に接続されているＭＯＳＦＥＴ３をオンする。
【００３６】
一方、放電電流Ｉａが大きい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下が大きくなり端子（ＭＯ）の電圧が上昇する。端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓよりも高くなれば、比較器１４よりハイレベルの制御信号が出力される。これにより、ＦＥＴ制御回路１８はＭＯＳＦＥＴ３をオフする。
【００３７】
制御電流源１０はオフのままなので、端子（ＭＯ）の電圧が上昇する。電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｏｎより高くなった時に比較器１３よりハイレベルの制御信号が出力される。これにより、制御電流源１０がオンし、定電流Ｉｅが出力される。定電流Ｉｅはトランジスタ１１、１２から成るカレントミラー回路に送られる。これにより、検出電流Ｉｓが端子（ＭＯ）からトランジスタ１２を通過してグランドレベルに流れ込む。これにより、電池２から負荷９と保護抵抗Ｒ１を通って端子（ＭＯ）に電流Ｉｓが流れ込む。
【００３８】
電流Ｉｓ及び保護抵抗Ｒ１等により端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔが設定によりある電圧値を継続する。トランジスタ１２のコレクタとエミッタ間にその電圧が保持される。電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒ（ただし、Ｖｒ＜Ｖｓ）より高い場合には比較器１４はハイレベルの制御信号を出力して、過電流保護動作を継続する。このとき、負荷９を（＋）端子５、（−）端子６からはずすと、検出電流Ｉｓにより端子（ＭＯ）の電圧がグランドレベルに近づく。電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒより低くなれば、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。これにより、制御電流源１０がオフし、ＭＯＳＦＥＴ３がオンする。電源監視ＩＣ１は過電流監視動作を再開し、電池２の放電を行うことができるようになる。
【００３９】
次に、電圧Ｖｔの変化の一例を図２に示す。まず期間Ｋ１では監視ＩＣ１は電池２の放電電流Ｉａを監視する。放電電流Ｉａが次第に大きくなると、端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔもそれに従って上昇する。遅延回路等を用いて遅延時間Ｔｃの間、継続して電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓより高くなっていたか判断する。そして、遅延時間Ｔｃ経過後の時間ｔ２になってからＭＯＳＦＥＴ３がオフされる。これにより電圧Ｖｔは上昇する。
【００４０】
そして、時間ｔ３で電圧Ｖｏｎに到達すると、その後比較器１３よりハイレベルの制御信号が出力される。しばらくしてから時間ｔ４で検出電流Ｉｓが流れ始める。電圧Ｖｔは検出電流Ｉｓや保護抵抗Ｒ１等により設定された値となる。
【００４１】
その後、時間ｔ５で負荷９が（＋）端子５又は（−）端子からはずされると、電圧Ｖｔは低下していき、電圧Ｖｔが電圧Ｖｏｎより低くなったときに制御電流源１０はオフする。次に、電圧Ｖｔは時間ｔ６で解除電圧Ｖｒに達し、その後、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。これにより、電源監視ＩＣ１はＭＯＳＦＥＴ３をオンして過電流監視動作を再開する。
【００４２】
時間ｔ２までの期間Ｋ１では過電流監視動作を行う。時間ｔ２からｔ４までの期間Ｋ２では過電流保護動作を行っているが、検出電流Ｉｓは流れない。時間ｔ４からｔ６までの期間Ｋ３では過電流保護動作で検出電流Ｉｓが流れている。時間ｔ６以降の期間Ｋ４では過電流監視動作を行う。尚、図２で横軸の時間のスケールは説明のために適当に伸縮されている。
【００４３】
電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｒの差ＶｘはＶｃｃ−２×ＶＦ−Ｖｒとなる。例えば、電源電圧Ｖｃｃが３．５Ｖ、ダイオード１５、１６の各順方向電圧の和２×ＶＦが１．０Ｖ、そして解除電圧Ｖｒが５０ｍＶとすると、その差Ｖｘは約２．４５Ｖとなるので、上記従来の電池パック（図４）の場合の差Ｖｙ（約５０ｍＶ）よりも広がっている。従来では差Ｖｘが小さいために発振しやすいのであった。期間Ｋ２では電圧Ｖｔが上昇しているので、ＭＯＳＦＥＴ３をオフした直後に電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回ることがない。
【００４４】
これにより、ＭＯＳＦＥＴ３の発振動作が防止される。また、発振によるＭＯＳＦＥＴ３の発熱も防止される。そのため、保護抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくしても発振しにくくなる。そのため、抵抗値の大きな保護抵抗Ｒ１を用いて端子（ＭＯ）の静電破壊防止等の保護効果を強化することができる。保護抵抗Ｒ１は例えば１０ｋΩ以上の抵抗を用いてもよい。
【００４５】
スレッショルド電圧Ｖｓにより動作が過電流監視動作から過電流保護動作に切り換わるときの放電電流Ｉａは数Ａ（アンペア）程度である。その電流値はＭＯＳＦＥＴ３での抵抗値やスレッショルド電圧Ｖｓによって変化する。また、検出電流Ｉｓは例えば２０μＡである。
【００４６】
電池２が直列に複数接続されていても電源監視ＩＣ１を電池数に合わせて変更を加えることにより過電流の監視を行うことができる。端子（Ｖｃｃ）や（ＧＮＤ）にも保護抵抗を挿入すると、静電破壊の防止や半田付けの不良等により端子（Ｖｃｃ）と（ＧＮＤ）が短絡するのを防止する効果がある。リチウムイオン電池２だけでなくその他の種類の電池でも電圧Ｖｃｃ、スレッショルド電圧Ｖｓ等を適当に設定することで本実施形態の電源監視ＩＣ１を活用することができる。トランジスタ３には、スイッチング動作と抵抗素子としての役割があり、抵抗素子を別の素子を利用して監視を行うように構成することもできる。
【００４７】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態の回路図を図３に示す。電源監視ＩＣ２０では、上記第１の実施形態の電源監視ＩＣ１（図１参照）で用いられていた比較器１３とダイオード１５、１６の代わりに遅延回路２２が設けられている点が異なるのみで、他の部分については同一である。図３において図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。尚、端子（ＦＥ１）等の過充電制御動作についても図３に回路例を示して説明する。
【００４８】
比較器１４より出力される制御信号はＦＥＴ制御回路１８と遅延回路２２に送られる。放電電流Ｉａが大きくなると、ある値で比較器１４より出力される制御信号がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、ＦＥＴ制御回路１８はＭＯＳＦＥＴ３をオフし、放電電流Ｉａを流れないようにする。
【００４９】
一方、制御電流源１０には遅延回路２２で遅延時間が経過した後にハイレベルの制御信号が送られる。遅延時間経過により電圧Ｖｔが上昇した時に検出電流Ｉｓが流されることになるので、遅延時間によりＭＯＳＦＥＴ３の発振を防止することができる。
【００５０】
電池パックの（＋）端子５と（−）端子６の間に負荷９の代わりに直流電源が接続されると、ＭＯＳＦＥＴ３、４をオンすることにより、充電電流が電池パックに流れ込みリチウムイオン電池２を充電する。電源監視ＩＣ２０では端子（Ｖｃｃ）と端子（ＧＮＤ）の間に抵抗Ｒ５とＲ６が直列となるように接続され、その接続中点が比較器１７の非反転入力端子（＋）に接続される。比較器１７の反転入力端子（−）には電圧Ｖｂが入力される。比較器１７の出力側が端子ＦＥ１に接続される。
【００５１】
電池２が過充電状態となると発煙等の危険が発生するため電池２の電圧Ｖｃｃを比較器１７で電圧Ｖｂで設定される過充電電圧と比較することにより監視を行う。過充電電圧は例えば４．３Ｖである。電圧Ｖｂを変更することにより過充電電圧を変更することができる。
【００５２】
電池２の電圧Ｖｃｃが過充電電圧より低い場合には、比較器１７よりローレベルの信号が出力される。これにより、端子（ＦＥ１）に接続されているトランジスタ８がオフされ、ＭＯＳＦＥＴ４のゲートにはハイレベルの信号が与えられる。ＭＯＳＦＥＴ４はオンするので、充電電流が電池２に流れ込むこととなる。
【００５３】
充電が進み、電圧Ｖｃｃが上記過充電電圧より高くなった場合、比較器１７の出力がハイレベルとなり、端子（ＦＥ１）よりハイレベルの信号が出力される。これにより、トランジスタ８がオンするので、ＭＯＳＦＥＴ４のゲートにはローレベルの信号が与えられる。ＭＯＳＦＥＴ４はオフするので、充電が停止する。
【００５４】
電池２は過放電の状態となっていても、特性劣化等の問題が生じる。そのため、前述のような過充電保護の場合と同様の手段を用いて、放電時に電池２が過放電電圧より低くなっていないかどうか監視し、電池２が過放電電圧より低くなっている場合にはＭＯＳＦＥＴ３、４のように電池２に直列に挿入されているスイッチング素子をオフすることにより、電池２を過放電から保護する。過放電電圧は例えば２．２Ｖである。
【００５５】
本実施形態の電源監視ＩＣ２０によれば、遅延回路２２を用いることによりＭＯＳＦＥＴ３の発振を防止することができる。しかし、電圧Ｖｔに基づいて直接制御を行っていないので、遅延時間の設定等の問題があることを考慮すると、電源監視ＩＣ２０よりも上記第１の実施形態の電源監視ＩＣ１（図１参照）の方が効果的であると考えられる。
【００５６】
【発明の効果】
＜請求項１の効果＞
上述のように本発明により、電流を回路を遮断するためのトランジスタ等の発振が防止される。トランジスタ等では発振による発熱が防止されるので、電源監視ＩＣの信頼性が向上する。そのため、検出端子に接続する保護抵抗を大きくすることができるので、端子の保護も強化される。
【００５７】
＜請求項２の効果＞
遅延回路を用いることによっても上記発振を防止する効果がある。
【００５８】
＜請求項３の効果＞
過電流保護動作において、端子の電圧が第２の基準電圧に到達してから制御電流源がオンし、カレントミラー回路により一定の電流が流されるようになる。
【００５９】
＜請求項４の効果＞
抵抗素子と、直列回路を遮断する素子とは別々であってもよいが、本請求項のようにスイッチング動作を行うトランジスタで兼用することもできる。
【００６０】
＜請求項５の効果＞
上記理由により、電池の放電電流を監視する電池パックでのトランジスタ等の発振が防止される。そのため、電池や電界効果トランジスタ等では発振による故障がなくなるので電池パックの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図。
【図２】 その端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔの時間経過の例を示す波形図。
【図３】 本発明の第２の実施形態の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図。
【図４】 従来の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図。
【図５】 その端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔの時間経過の例を示す波形図。
【符号の説明】
１ 電源監視ＩＣ
２ リチウムイオン電池
３、４ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
５ （＋）端子
６ （−）端子
９ 負荷
１０ 制御電流源
１１、１２ ＮＰＮトランジスタ
１３ 比較器
１４ 比較器
１５、１６ ダイオード
Ｒ１ 保護抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン電池等の放電電流を監視することにより電池を保護する電源監視ＩＣ（Integrated Circuit）及び電池パック（電源装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図を図４に示す。電池パックの（＋）端子５と（−）端子６の間に情報機器等の負荷９が接続される。負荷９は抵抗として表示されている。その抵抗値は例えば１Ω程度である。電池パックはリチウムイオン電池２より負荷９に放電電流Ｉａを送り込む。放電電流Ｉａが大きくなり過ぎると、リチウムイオン電池２は特性劣化等の問題が生じるため、電池パックは過電流防止用の電源監視ＩＣ５０を用いて過電流を防止している。
【０００３】
電池２の高電位側が（＋）端子５と電源監視ＩＣ５０の端子（Ｖｃｃ）に接続される。電池２の低電位側が（−）端子６に接続される。電池２と（−）端子６の間に電池２の低電位側から順にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）３、４が挿入される。ＭＯＳＦＥＴ３、４はオン、オフの動作を行う電界効果トランジスタ（スイッチング素子）である。ＭＯＳＦＥＴ３と４の接続中点は静電破壊防止用の保護抵抗Ｒ１を介して端子（ＭＯ）に接続される。ＭＯＳＦＥＴ３のゲートは端子（ＦＥ２）に接続される。
【０００４】
端子（ＦＥ１）は抵抗Ｒ３、Ｒ４を介してＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。抵抗Ｒ３とＲ４の接続中点がＮＰＮトランジスタ８のベースに接続される。トランジスタ８のエミッタはＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。トランジスタ８のコレクタはＭＯＳＦＥＴ４のゲート及び抵抗Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃに接続される。
【０００５】
電源監視ＩＣ５０において、端子（Ｖｃｃ）より電源監視ＩＣ５０に電源電圧Ｖｃｃが与えられる。端子（ＧＮＤ）は接地されてグランドレベルとなる。端子（ＭＯ）はヒステリシス特性を有する比較器１４の非反転入力端子（＋）及びトランジスタ１２のコレクタに接続される。比較器１４の反転入力端子（−）にはスレッショルド電圧（基準電圧）Ｖｓが入力される。比較器１４の出力は制御信号としてＦＥＴ制御回路１８及び制御電流源１０に送られる。ＦＥＴ制御回路１８の出力側は端子（ＦＥ２）に接続される。
【０００６】
制御電流源１０の出力側はトランジスタ１１のコレクタ及びベースに接続される。トランジスタ１１のエミッタは接地される。トランジスタ１１のベースはトランジスタ１２のベースと接続される。トランジスタ１２のエミッタは接地される。トランジスタ１１、１２によりカレントミラー回路が構成されている。尚、端子（ＦＥ１）はＭＯＳＦＥＴ４をオン、オフ制御することにより電池２の過充電保護を行うものでこれらに関しては後述する。
【０００７】
電源監視ＩＣ５０はＭＯＳＦＥＴ３、４をオン状態とすることにより電池２から負荷９に放電電流Ｉａを送り込む。ＭＯＳＦＥＴ３ではドレインとソース間に抵抗があるために放電電流Ｉａによって電圧降下が生じる。ＭＯＳＦＥＴ３と電池２の接続線上はグランドレベルとなっているので、この電圧降下を端子（ＭＯ）で検出する。
【０００８】
放電電流Ｉａが小さい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下は小さくなる。端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓより低ければ、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。このローレベルの制御信号によりＦＥＴ制御回路１８は端子（ＦＥ２）に接続されるＭＯＳＦＥＴ３をオンする。また、このローレベルの制御信号により制御電流源１０はオフ状態となる。
【０００９】
一方、放電電流Ｉａが大きい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下が大きくなり電圧Ｖｔが上昇する。電圧がＶｔが電圧Ｖｓよりも高くなれば、比較器１４よりハイレベルの制御信号が出力される。これにより、ＦＥＴ制御回路１８はＭＯＳＦＥＴ３をオフする。このように、放電電流Ｉａが過電流となって電池２に悪影響を及ぼす前に電源監視ＩＣ５０は強制的にＭＯＳＦＥＴ３をオフして電池２を保護する。
【００１０】
比較器１４からハイレベルの制御信号が出力されると、制御電流源１０がオンし、定電流Ｉｅが出力される。定電流Ｉｅはトランジスタ１１、１２から成るカレントミラー回路に送られる。これにより、負荷９の接続状態を検出するための電流Ｉｓが端子（ＭＯ）からトランジスタ１２を通過してグランドレベルに流れ込む。これにより、電流Ｉｓは電池２から負荷９と保護抵抗Ｒ１を通って端子（ＭＯ）に流入する。
【００１１】
電流Ｉｓと保護抵抗Ｒ１等により端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔはあるレベルに設定される。電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒ（ただし、Ｖｒ＜Ｖｓ）より高い場合には比較器１４はハイレベルの制御信号を出力して、過電流保護動作を継続する。このとき、負荷９を（＋）端子５又は（−）端子６からはずすと、検出電流Ｉｓにより電圧Ｖｔがグランドレベルに近づく。
【００１２】
そして、電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒより低くなれば、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。これにより、制御電流源１０がオフし、ＭＯＳＦＥＴ３がオンする。電池パックは電池２の過電流監視動作を再開し、放電を行うことができるようになる。
【００１３】
端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔの変化の一例を図５に示す。まず期間Ｎ１では、負荷９に放電電流Ｉａが流れ、電源監視ＩＣ５０では放電電流Ｉａが監視される。放電電流Ｉａが次第に大きくなると、端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔもそれに従って上昇する。
【００１４】
時間ｔ１のときに電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓを超えると、すぐに過電流保護動作が開始されるのではなく、電源監視ＩＣ５０に遅延時間Ｔｃを設けて期間Ｔｃの間に継続して電圧Ｖｔが電圧Ｖｓより高くなっていたか判断し、そのような場合に過電流保護動作が開始されるようになっている。これにより、ノイズ等により電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓを瞬間的に超えた場合に過電流保護動作に誤動作するのを防止している。
【００１５】
そのため、時間ｔ１から遅延時間Ｔｃ経過後の時間ｔ２になってから過電流保護動作が開始される。このとき、設定により電圧Ｖｔはスレッショルド電圧Ｖｓより高くなっている。そして、時間ｔ５で負荷９を（＋）端子５又は（−）端子６からはずすと、検出電流Ｉｓにより電圧Ｖｔが低下して、時間ｔ６で解除電圧Ｖｒに達する。その後、ＭＯＳＦＥＴ３がオン状態となり過電流保護動作が解除される。負荷９が電池パックに接続されていない状態では電圧Ｖｔはほぼグランドレベルとなる。
【００１６】
時間ｔ１までの期間Ｎ１では過電流監視動作を行う。時間ｔ２からｔ６までの期間Ｎ２では過電流保護動作を行う。時間ｔ６以後の期間Ｎ３では再び過電流監視動作を行う。尚、図５で横軸の時間のスケールは説明のために適当に伸縮されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電源監視ＩＣ及び電池パックでは、過電流保護動作の開始時にＭＯＳＦＥＴ３をオフする時と同時に制御電流源１０をオンしていた。そのため、スレッショルド電圧Ｖｓと解除電圧Ｖｒの差Ｖｙが小さかった。例えば、スレッショルド電圧Ｖｓが１００ｍＶ、解除電圧Ｖｒが５０ｍＶであれば、その差Ｖｙは５０ｍＶである。
【００１８】
そのため、過電流保護動作時に保護抵抗Ｒ１の接続状況の変化等により電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回って過電流保護動作を解除することがある。そして、解除後に大きな放電電流Ｉａが流れれば、再び過電流保護動作を開始し、以後同様の動作を繰り返すようになる。これにより、放電制御用のＭＯＳＦＥＴ３が発振し発熱する。そのため、ＭＯＳＦＥＴ３や電池２が故障することもある。このように、上記従来の電池パック（図４）では信頼性が低かった。
【００１９】
また、保護抵抗Ｒ１の抵抗値は大きいほど静電破壊防止等の効果が高いが、その抵抗値が大きくなるほど過充電保護動作時に保護抵抗Ｒ１での電圧降下が大きくなり、電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回り易くなるという問題もあった。検出電流Ｉｓもある程度の大きさがなければ負荷を検出する役割を担うことができなくなるが、電流Ｉｓも大きくなるほど保護抵抗Ｒ１での電圧降下により電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回り易くなっていた。
【００２０】
本発明は上記課題を解決するもので、抵抗値の大きな保護抵抗Ｒ１に検出電流Ｉａを流してもＭＯＳＦＥＴ３の上記発振を防止することのできる電源監視ＩＣ及び電池パックを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の構成では、電池と抵抗素子の直列回路に負荷が接続される回路において前記電池の放電電流と負荷の有無を監視するために使用される電源監視ＩＣであって、該電源監視ＩＣは、前記抵抗素子の一端と、負荷接続用端子とに接続される検出端子と、前記検出端子から所定点への電流経路を形成する電流経路形成手段と、前記検出端子の電圧を第１の基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が第１の基準電圧を超えると前記直列回路の両端間に電流が流れないように直列回路を遮断する信号を出力する第１比較器と、前記検出端子の電圧を第２の基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が第２の基準電圧を超えると前記電流経路形成手段を動作させる第２比較器とを備えている。
【００２２】
このような構成によると、電源監視ＩＣは負荷への放電電流を第１の比較器で監視する。検出端子の電圧が第１の基準電圧を超えれば、第１比較器より出力される信号を例えば電池と直列となるように接続されたトランジスタに送ってこのトランジスタをオフする。それで、上記直列回路には電流が流れなくなる。その後、検出端子の電圧が電池の高電位側に推移し、第２の基準電圧を超えると、第２比較器により電流経路形成手段を動作させる。
【００２３】
電流経路形成手段は、例えば第２比較器からの信号により動作が制御される制御電流源とカレントミラー回路を組み合わせたものである。この制御電流源より定電流が流されると、カレントミラー回路の入力側トランジスタでこの定電流を受けて、出力側トランジスタにより負荷の有無を検出するための電流を検出端子からグランドレベル等に流し込む。
【００２４】
負荷が負荷接続用の端子等に接続されているときには、電流経路形成手段により検出端子の電圧はある値を維持する。負荷が接続されなくなると、検出端子の電圧は例えばグランドレベルに落ち込む。これにより、第１及び第２比較器より出力される信号が切り換わって負荷検出用の電流を停止し、上記トランジスタをオンする。これにより、再び負荷が接続されれば電池より電流を負荷に与えることができる。尚、上記トランジスタは上記抵抗素子にも兼用することができる。
【００２５】
また、本発明の第２の構成では、電池と抵抗素子の直列回路に負荷が接続される回路において前記電池の放電電流と負荷の有無を監視するために使用される電源監視ＩＣであって、該電源監視ＩＣは、前記抵抗素子の一端と、負荷接続用端子とに接続される検出端子と、前記検出端子から所定点への電流経路を形成する電流経路形成手段と、前記検出端子の電圧を基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が基準電圧を超えると前記直列回路の両端間に電流が流れないように直列回路を遮断する信号を出力する比較器と、前記比較器の信号を遅延して前記電流形成手段へ与え、その電流経路形成手段を動作させる遅延回路とを備えている。
【００２６】
このような構成によると、電源監視ＩＣは比較器で負荷への放電電流を監視する。検出端子の電圧が第１の基準電圧を超えれば、第１比較器より出力される信号によって直列回路を遮断する。電流経路形成手段には遅延時間経過後に信号が送られるので、電流経路形成手段は遅れて負荷の有無を検出するための電流を出力する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について図１及び図２を用いて説明する。図１は電源監視ＩＣ１を用いた電池パックの回路図である。尚、図１において図４と同一の部分については同一の符号を付してある。
【００２８】
リチウムイオン電池２の高電位側が（＋）端子５と電源監視ＩＣ５０の端子（Ｖｃｃ）に接続される。電池２の低電位側が（−）端子６に接続される。電池２と（−）端子６の間に電池２の低電位側から順にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３、４が挿入される。ＭＯＳＦＥＴ３、４はオン、オフの動作を行う電界効果トランジスタ（スイッチング素子）である。ＭＯＳＦＥＴ３と４の接続中点は静電破壊防止用の保護抵抗Ｒ１を介して検出端子（ＭＯ）に接続される。ＭＯＳＦＥＴ３のゲートは端子（ＦＥ２）に接続される。
【００２９】
端子（ＦＥ１）は抵抗Ｒ３、Ｒ４を介してＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。抵抗Ｒ３とＲ４の接続中点がＮＰＮトランジスタ８のベースに接続される。トランジスタ８のエミッタはＭＯＳＦＥＴ４と（−）端子６の間に接続される。トランジスタ８のコレクタはＭＯＳＦＥＴ４のゲート及び抵抗Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃに接続される。
【００３０】
電源監視ＩＣ５０において、端子（Ｖｃｃ）より電源監視ＩＣ５０に電源電圧Ｖｃｃが与えられる。端子（ＧＮＤ）は接地されてグランドレベルとなる。端子（ＭＯ）はヒステリシス特性を有する比較器１４の非反転入力端子（＋）、比較器１３の非反転入力端子（＋）及びトランジスタ１２のコレクタに接続される。比較器１４の反転入力端子（−）にはスレッショルド電圧Ｖｓが入力される。比較器１４の出力は制御信号としてＦＥＴ制御回路１８に送られる。ＦＥＴ制御回路１８の出力側は端子（ＦＥ２）に接続される。
【００３１】
比較器１３の反転入力端子（−）はダイオード１６のカソードに接続される。ダイオード１６のアノードはダイオード１５のカソードに接続され、ダイオード１５のアノードには電源電圧Ｖｃｃが与えられる。
【００３２】
尚、図示していないがダイオード１５、１６には微小な電流が流れており、比較器１３の反転入力端子（−）には基準電圧Ｖｏｎ＝Ｖｃｃ−２×ＶＦが入力される。ただし、ＶＦはダイオード１５、１６の各順方向電圧である。比較器１３の出力が制御信号として制御電流源１０に送られる。例えば、電源電圧Ｖｃｃは約３．５Ｖであり、ダイオード１５、１６での各順方向電圧の合計２×ＶＦは約１．０Ｖである。
【００３３】
制御電流源１０の出力側はトランジスタ１１のコレクタ及びベースに接続される。トランジスタ１１のエミッタは接地される。トランジスタ１１のベースはトランジスタ１２のベースと接続される。トランジスタ１２のエミッタは接地される。入力側トランジスタ１１と出力側トランジスタ１２によりカレントミラー回路が構成されている。尚、端子（ＦＥ１）はＭＯＳＦＥＴ４をオン、オフさせることにより電池２の過充電保護を行うものでこれらに関しては後述する。
【００３４】
このような回路構成となっている電池パックはＭＯＳＦＥＴ３、４をオン状態とすることにより電池２から情報機器等の負荷９に放電電流Ｉａを送り込む。ＭＯＳＦＥＴ３ではドレインとソース間に抵抗があるためにＭＯＳＦＥＴ３で電圧降下が生じる。この電圧降下を端子（ＭＯ）で検出する。
【００３５】
放電電流Ｉａが小さい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下は小さくなる。比較器１３、１４では比較器１４で比較されるスレッショルド電圧Ｖｓの方が低く、端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔが電圧Ｖｓより低ければ、比較器１３、１４よりともにローレベルの制御信号が出力される。比較器１３からのローレベルの制御信号により制御電流源１０はオフされる。また、比較器１４からのローレベルの制御信号によりＦＥＴ制御回路１８は端子（ＦＥ２）に接続されているＭＯＳＦＥＴ３をオンする。
【００３６】
一方、放電電流Ｉａが大きい場合、ＭＯＳＦＥＴ３での電圧降下が大きくなり端子（ＭＯ）の電圧が上昇する。端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓよりも高くなれば、比較器１４よりハイレベルの制御信号が出力される。これにより、ＦＥＴ制御回路１８はＭＯＳＦＥＴ３をオフする。
【００３７】
制御電流源１０はオフのままなので、端子（ＭＯ）の電圧が上昇する。電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｏｎより高くなった時に比較器１３よりハイレベルの制御信号が出力される。これにより、制御電流源１０がオンし、定電流Ｉｅが出力される。定電流Ｉｅはトランジスタ１１、１２から成るカレントミラー回路に送られる。これにより、検出電流Ｉｓが端子（ＭＯ）からトランジスタ１２を通過してグランドレベルに流れ込む。これにより、電池２から負荷９と保護抵抗Ｒ１を通って端子（ＭＯ）に電流Ｉｓが流れ込む。
【００３８】
電流Ｉｓ及び保護抵抗Ｒ１等により端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔが設定によりある電圧値を継続する。トランジスタ１２のコレクタとエミッタ間にその電圧が保持される。電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒ（ただし、Ｖｒ＜Ｖｓ）より高い場合には比較器１４はハイレベルの制御信号を出力して、過電流保護動作を継続する。このとき、負荷９を（＋）端子５、（−）端子６からはずすと、検出電流Ｉｓにより端子（ＭＯ）の電圧がグランドレベルに近づく。電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒより低くなれば、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。これにより、制御電流源１０がオフし、ＭＯＳＦＥＴ３がオンする。電源監視ＩＣ１は過電流監視動作を再開し、電池２の放電を行うことができるようになる。
【００３９】
次に、電圧Ｖｔの変化の一例を図２に示す。まず期間Ｋ１では監視ＩＣ１は電池２の放電電流Ｉａを監視する。放電電流Ｉａが次第に大きくなると、端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔもそれに従って上昇する。遅延回路等を用いて遅延時間Ｔｃの間、継続して電圧Ｖｔがスレッショルド電圧Ｖｓより高くなっていたか判断する。そして、遅延時間Ｔｃ経過後の時間ｔ２になってからＭＯＳＦＥＴ３がオフされる。これにより電圧Ｖｔは上昇する。
【００４０】
そして、時間ｔ３で電圧Ｖｏｎに到達すると、その後比較器１３よりハイレベルの制御信号が出力される。しばらくしてから時間ｔ４で検出電流Ｉｓが流れ始める。電圧Ｖｔは検出電流Ｉｓや保護抵抗Ｒ１等により設定された値となる。
【００４１】
その後、時間ｔ５で負荷９が（＋）端子５又は（−）端子からはずされると、電圧Ｖｔは低下していき、電圧Ｖｔが電圧Ｖｏｎより低くなったときに制御電流源１０はオフする。次に、電圧Ｖｔは時間ｔ６で解除電圧Ｖｒに達し、その後、比較器１４よりローレベルの制御信号が出力される。これにより、電源監視ＩＣ１はＭＯＳＦＥＴ３をオンして過電流監視動作を再開する。
【００４２】
時間ｔ２までの期間Ｋ１では過電流監視動作を行う。時間ｔ２からｔ４までの期間Ｋ２では過電流保護動作を行っているが、検出電流Ｉｓは流れない。時間ｔ４からｔ６までの期間Ｋ３では過電流保護動作で検出電流Ｉｓが流れている。時間ｔ６以降の期間Ｋ４では過電流監視動作を行う。尚、図２で横軸の時間のスケールは説明のために適当に伸縮されている。
【００４３】
電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｒの差ＶｘはＶｃｃ−２×ＶＦ−Ｖｒとなる。例えば、電源電圧Ｖｃｃが３．５Ｖ、ダイオード１５、１６の各順方向電圧の和２×ＶＦが１．０Ｖ、そして解除電圧Ｖｒが５０ｍＶとすると、その差Ｖｘは約２．４５Ｖとなるので、上記従来の電池パック（図４）の場合の差Ｖｙ（約５０ｍＶ）よりも広がっている。従来では差Ｖｘが小さいために発振しやすいのであった。期間Ｋ２では電圧Ｖｔが上昇しているので、ＭＯＳＦＥＴ３をオフした直後に電圧Ｖｔが解除電圧Ｖｒを下回ることがない。
【００４４】
これにより、ＭＯＳＦＥＴ３の発振動作が防止される。また、発振によるＭＯＳＦＥＴ３の発熱も防止される。そのため、保護抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくしても発振しにくくなる。そのため、抵抗値の大きな保護抵抗Ｒ１を用いて端子（ＭＯ）の静電破壊防止等の保護効果を強化することができる。保護抵抗Ｒ１は例えば１０ｋΩ以上の抵抗を用いてもよい。
【００４５】
スレッショルド電圧Ｖｓにより動作が過電流監視動作から過電流保護動作に切り換わるときの放電電流Ｉａは数Ａ（アンペア）程度である。その電流値はＭＯＳＦＥＴ３での抵抗値やスレッショルド電圧Ｖｓによって変化する。また、検出電流Ｉｓは例えば２０μＡである。
【００４６】
電池２が直列に複数接続されていても電源監視ＩＣ１を電池数に合わせて変更を加えることにより過電流の監視を行うことができる。端子（Ｖｃｃ）や（ＧＮＤ）にも保護抵抗を挿入すると、静電破壊の防止や半田付けの不良等により端子（Ｖｃｃ）と（ＧＮＤ）が短絡するのを防止する効果がある。リチウムイオン電池２だけでなくその他の種類の電池でも電圧Ｖｃｃ、スレッショルド電圧Ｖｓ等を適当に設定することで本実施形態の電源監視ＩＣ１を活用することができる。トランジスタ３には、スイッチング動作と抵抗素子としての役割があり、抵抗素子を別の素子を利用して監視を行うように構成することもできる。
【００４７】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態の回路図を図３に示す。電源監視ＩＣ２０では、上記第１の実施形態の電源監視ＩＣ１（図１参照）で用いられていた比較器１３とダイオード１５、１６の代わりに遅延回路２２が設けられている点が異なるのみで、他の部分については同一である。図３において図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。尚、端子（ＦＥ１）等の過充電制御動作についても図３に回路例を示して説明する。
【００４８】
比較器１４より出力される制御信号はＦＥＴ制御回路１８と遅延回路２２に送られる。放電電流Ｉａが大きくなると、ある値で比較器１４より出力される制御信号がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、ＦＥＴ制御回路１８はＭＯＳＦＥＴ３をオフし、放電電流Ｉａを流れないようにする。
【００４９】
一方、制御電流源１０には遅延回路２２で遅延時間が経過した後にハイレベルの制御信号が送られる。遅延時間経過により電圧Ｖｔが上昇した時に検出電流Ｉｓが流されることになるので、遅延時間によりＭＯＳＦＥＴ３の発振を防止することができる。
【００５０】
電池パックの（＋）端子５と（−）端子６の間に負荷９の代わりに直流電源が接続されると、ＭＯＳＦＥＴ３、４をオンすることにより、充電電流が電池パックに流れ込みリチウムイオン電池２を充電する。電源監視ＩＣ２０では端子（Ｖｃｃ）と端子（ＧＮＤ）の間に抵抗Ｒ５とＲ６が直列となるように接続され、その接続中点が比較器１７の非反転入力端子（＋）に接続される。比較器１７の反転入力端子（−）には電圧Ｖｂが入力される。比較器１７の出力側が端子ＦＥ１に接続される。
【００５１】
電池２が過充電状態となると発煙等の危険が発生するため電池２の電圧Ｖｃｃを比較器１７で電圧Ｖｂで設定される過充電電圧と比較することにより監視を行う。過充電電圧は例えば４．３Ｖである。電圧Ｖｂを変更することにより過充電電圧を変更することができる。
【００５２】
電池２の電圧Ｖｃｃが過充電電圧より低い場合には、比較器１７よりローレベルの信号が出力される。これにより、端子（ＦＥ１）に接続されているトランジスタ８がオフされ、ＭＯＳＦＥＴ４のゲートにはハイレベルの信号が与えられる。ＭＯＳＦＥＴ４はオンするので、充電電流が電池２に流れ込むこととなる。
【００５３】
充電が進み、電圧Ｖｃｃが上記過充電電圧より高くなった場合、比較器１７の出力がハイレベルとなり、端子（ＦＥ１）よりハイレベルの信号が出力される。これにより、トランジスタ８がオンするので、ＭＯＳＦＥＴ４のゲートにはローレベルの信号が与えられる。ＭＯＳＦＥＴ４はオフするので、充電が停止する。
【００５４】
電池２は過放電の状態となっていても、特性劣化等の問題が生じる。そのため、前述のような過充電保護の場合と同様の手段を用いて、放電時に電池２が過放電電圧より低くなっていないかどうか監視し、電池２が過放電電圧より低くなっている場合にはＭＯＳＦＥＴ３、４のように電池２に直列に挿入されているスイッチング素子をオフすることにより、電池２を過放電から保護する。過放電電圧は例えば２．２Ｖである。
【００５５】
本実施形態の電源監視ＩＣ２０によれば、遅延回路２２を用いることによりＭＯＳＦＥＴ３の発振を防止することができる。しかし、電圧Ｖｔに基づいて直接制御を行っていないので、遅延時間の設定等の問題があることを考慮すると、電源監視ＩＣ２０よりも上記第１の実施形態の電源監視ＩＣ１（図１参照）の方が効果的であると考えられる。
【００５６】
【発明の効果】
＜請求項１の効果＞
上述のように本発明により、電流を回路を遮断するためのトランジスタ等の発振が防止される。トランジスタ等では発振による発熱が防止されるので、電源監視ＩＣの信頼性が向上する。そのため、検出端子に接続する保護抵抗を大きくすることができるので、端子の保護も強化される。
【００５７】
＜請求項２の効果＞
遅延回路を用いることによっても上記発振を防止する効果がある。
【００５８】
＜請求項３の効果＞
過電流保護動作において、端子の電圧が第２の基準電圧に到達してから制御電流源がオンし、カレントミラー回路により一定の電流が流されるようになる。
【００５９】
＜請求項４の効果＞
抵抗素子と、直列回路を遮断する素子とは別々であってもよいが、本請求項のようにスイッチング動作を行うトランジスタで兼用することもできる。
【００６０】
＜請求項５の効果＞
上記理由により、電池の放電電流を監視する電池パックでのトランジスタ等の発振が防止される。そのため、電池や電界効果トランジスタ等では発振による故障がなくなるので電池パックの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図。
【図２】 その端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔの時間経過の例を示す波形図。
【図３】 本発明の第２の実施形態の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図。
【図４】 従来の電源監視ＩＣ及び電池パックの回路図。
【図５】 その端子（ＭＯ）の電圧Ｖｔの時間経過の例を示す波形図。
【符号の説明】
１ 電源監視ＩＣ
２ リチウムイオン電池
３、４ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
５ （＋）端子
６ （−）端子
９ 負荷
１０ 制御電流源
１１、１２ ＮＰＮトランジスタ
１３ 比較器
１４ 比較器
１５、１６ ダイオード
Ｒ１ 保護抵抗
Claims (5)
- 電池と抵抗素子の直列回路に負荷が接続される回路において前記電池の放電電流と負荷の有無を監視するために使用される電源監視ＩＣであって、該電源監視ＩＣは、
前記抵抗素子の一端と、負荷接続用端子とに接続される検出端子と、
前記検出端子から所定点への電流経路を形成する電流経路形成手段と、
前記検出端子の電圧を第１の基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が第１の基準電圧を超えると前記直列回路の両端間に電流が流れないように直列回路を遮断する信号を出力する第１比較器と、
前記検出端子の電圧を第２の基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が第２の基準電圧を超えると前記電流経路形成手段を動作させる第２比較器と、
を備えていることを特徴とする。 - 電池と抵抗素子の直列回路に負荷が接続される回路において前記電池の放電電流と負荷の有無を監視するために使用される電源監視ＩＣであって、該電源監視ＩＣは、
前記抵抗素子の一端と、負荷接続用端子とに接続される検出端子と、
前記検出端子から所定点への電流経路を形成する電流経路形成手段と、
前記検出端子の電圧を基準電圧と比較し、その検出端子の電圧が基準電圧を超えると前記直列回路の両端間に電流が流れないように直列回路を遮断する信号を出力する比較器と、
前記比較器の信号を遅延して前記電流形成手段へ与え、その電流経路形成手段を動作させる遅延回路と、
を備えていることを特徴とする。 - 前記電流経路形成手段は、制御電流源と、前記制御電流源より出力される電流を入力するカレントミラー回路から成り、前記カレントミラー回路の出力側トランジスタのコレクタを前記検出端子に接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源監視ＩＣ。
- 前記抵抗素子はトランジスタであって、前記第１比較器より出力される信号によりスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電源監視ＩＣ。
- 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電源監視ＩＣを有することを特徴とする電池パック。
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-
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