TW201535919A - 充放電控制電路及電池裝置 - Google Patents

Abstract

提供不複雜化控制電路的控制，雙向導通型場 效電晶體的OFF時漏電流較低，可穩定動作的充放電控制電路及電池裝置。 設為具備控制雙向導通型場效電晶體的閘 極的開關電路、汲極連接於雙向導通型場效電晶體的汲極，閘極連接於雙向導通型場效電晶體的源極，源極及背閘極連接於開關電路的第一端子的第一電晶體、及汲極連接於雙向導通型場效電晶體的源極，閘極連接於雙向導通型場效電晶體的汲極，源極及背閘極連接於前述開關電路的第一端子的第二電晶體，且雙向導通型場效電晶體的背閘極連接於開關電路的第一端子。

Description

充放電控制電路及電池裝置

本發明係關於檢測二次電池的電壓及異常的充放電控制電路及電池裝置，尤其，關於可利用1個充放電控制MOSFET進行控制的充放電控制電路及電池裝置。

於圖3揭示具備先前之充放電控制電路的電池裝置的電路圖。具備先前之充放電控制電路的電池裝置，係於2次電池101的負極側，串聯連接可雙向通電遮斷的增強型N通道MOSFET306。於V+端子120及V-端子121，連接充電電路或負載，充放電電流係通過該端子，被供給或放出至2次電池101。控制電路102係檢測出2次電池101及增強型N通道MOSFET306的電壓，因應該值，控制開關301、304、305的ON、OFF。增強型N通道MOSFET306係在閘極端子的電位是正閾值電壓以上的話，汲極端子與源極端子間可雙方向通電，閘極端子的電位成為閾值電壓以下的話，汲極端子與源極端子間則 成為OFF狀態。

針對禁止充電狀態進行說明。將充電器連接於V+端子120、V-端子121之間的話，增強型N通道MOSFET306的汲極端子-源極端子間的電壓Vds會成為正值。控制電路102係檢測出Vds為正，使開關301成為ON，開關305、304成為OFF。藉此，增強型N通道MOSFET306的閘極端子成為相較於源極端子，高出2次電池101的電壓量的高電位，增強型N通道MOSFET306成為通電狀態。

2次電池101被充電，電池電壓到達設定上限值的話，控制電路102係使開關301成為OFF，開關305、304成為ON。於是，增強型N通道MOSFET306的閘極端子成為與源極端子相同電位，增強型N通道MOSFET306成為OFF狀態。結果，充電電流被遮斷，防止2次電池101過充電。又，此時，二極體302係成為逆偏壓，防止電流通過開關304及開關305流通。

遮斷充電電流時，因無內部電阻所致之電壓降低，故2次電池101的電壓會降低。藉由該電壓降低，防止再次開始充電，故成為禁止充電之後，2次電池某種程度進行放電，到電壓成為設定之值以下為止，保持禁止充電狀態為佳。於禁止充電狀態中，V+端子120、V-端子121之間連接負載時，Vds從正切換成負。控制電路102係以在Vds為負時放電，在正時遮斷充電電流之方式控制開關301、304、305即可。

在前述說明中，充電停止時使開關304、305都成為ON。但是，開關304為OFF，也同樣可停止充電。無關於開關304的ON、OFF，因開關305為ON，閘極端子成為與源極端子同電位，增強型N通道MOSFET306成為OFF狀態。又，因為藉由二極體302，也遮斷通過開關304、305流通的電流。

但是，以上所說明之充電時，及之後敘述之放電時，開關304、305都是OFF。因此，停止充電時，開關304、305都設為ON，如之後所說明般，停止放電時，開關304、305都設為ON的話，兩個開關經常同時ON或OFF。所以，不需要獨立控制開關304、305，可簡單構成控制電路的構造。

接著，針對禁止放電狀態進行說明。將負載連接於V+端子120、V-端子121之間的話，增強型N通道MOSFET306的汲極端子-源極端子間的電壓Vds會成為負值。控制電路102係檢測出Vds為負，使開關301成為ON，開關304、305成為OFF。藉此，增強型N通道MOSFET306的閘極端子成為相較於汲極端子，高出2次電池101的電壓量的高電位，增強型N通道MOSFET306成為通電狀態。

進行2次電池101的放電，電池電壓到達設定下限值的話，控制電路102係使開關301成為OFF，開關304、305成為ON。於是，增強型N通道MOSFET306的閘極端子成為與汲極端子相同電位，增強型N通道 MOSFET306成為OFF狀態。結果，放電電流被遮斷，防止2次電池101過放電。又，此時，二極體303係成為逆偏壓，防止電流通過開關304及開關305流通。

遮斷放電電流時，因無內部電阻所致之電壓降低，故2次電池101的電壓會上升。藉由該電壓上升，防止再次開始放電，故成為禁止充電之後，2次電池某種程度進行充電，到電壓成為設定之值以上為止，保持禁止放電狀態為佳。於禁止放電狀態中，V+端子120、V-端子121之間連接充電電路時，Vds從負切換成正。控制電路102係以在Vds為正時充電，在負時遮斷放電電流之方式控制開關301、304、305即可。

在前述說明中，放電停止時使開關304、305都成為ON。但是，開關305為OFF，也同樣可停止放電。無關於開關305的ON、OFF，因開關304為ON，閘極端子成為與汲極端子同電位，增強型N通道MOSFET306成為OFF狀態。又，因為藉由二極體303，也遮斷通過開關305、304流通的電流。

但是，放電停止時，開關304、305都設為ON的話，如上所說明般，兩個開關經常同時ON或OFF。所以，不需要獨立控制開關304、305，可簡單構成控制電路102的構造。

於增強型N通道MOSFET306，形成內藏的二極體321、322。但是，該等係反方向串聯連接，並未導通，不會影響以上所說明之保護動作。

增強型N通道MOSFET306作為橫型構造或縱型夠造皆可。作為橫型構造的話，容易利用1個IC來構成增強型N通道MOSFET306與控制電路102。所以，因為可利用1個IC來構成先前是利用1個IC與兩個開關構成之過充電‧過放電保護電路，可謀求小型化、低成本化。另一方面，作為縱型構造的話，相較於橫型構造，可謀求低損失化。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2000-102182號公報(圖9)

然而，在先前技術中，需要控制開關304、305，故有控制電路102的控制會複雜化的課題。又，增強型N通道MOSFET306的閘極電壓僅會降至源極或汲極電壓+VF(約0.6V)為止，在增強型N通道MOSFET306為OFF時，有漏電流過大的課題。進而，有增強型N通道MOSFET306的背閘極成為浮動，具備充放電控制電路的電池裝置的動作變成不穩定的課題。

本發明係為了解決以上的課題所提案者，提供不使控制電路的控制複雜化，可減低充放電控制電路為OFF時的漏電流，可穩定動作的充放電控制電路及電池裝 置。

為了解決先前的課題，本發明之具備充放電控制電路的電池裝置如以下構成。

一種充放電控制電路，其特徵為具備：藉由控制電路的輸出，控制雙向導通型場效電晶體的閘極的開關電路、汲極連接於雙向導通型場效電晶體的汲極，閘極連接於雙向導通型場效電晶體的源極，源極及背閘極連接於開關電路的第一端子的第一電晶體、及汲極連接於雙向導通型場效電晶體的源極，閘極連接於雙向導通型場效電晶體的汲極，源極及背閘極連接於前述開關電路的第一端子的第二電晶體。

具備二次電池，與前述充放電控制電路的電池裝置。

依據本發明之具備充放電控制電路的電池裝置，藉由將雙向導通型場效電晶體的閘極，控制成源極或汲極電壓，可不使控制電路的控制複雜化，減低充放電控制電路為OFF時的漏電流。又，有利用控制雙向導通型場效電晶體的背閘極，可穩定動作的效果。

101‧‧‧二次電池

102‧‧‧控制電路

110‧‧‧PMOS電晶體

111‧‧‧NMOS電晶體

114‧‧‧N通道雙向導通型場效電晶體

120‧‧‧V+端子

121‧‧‧V-端子

122‧‧‧正極電源端子

123‧‧‧負極電源端子

124‧‧‧端子

125‧‧‧端子

126‧‧‧端子

127‧‧‧端子

131‧‧‧負載

132‧‧‧充電器

151‧‧‧充放電控制電路

152‧‧‧開關電路

161‧‧‧NMOS電晶體

162‧‧‧NMOS電晶體

171‧‧‧寄生二極體

172‧‧‧寄生二極體

214‧‧‧P通道雙向導通型場效電晶體

251‧‧‧充放電控制電路

261‧‧‧PMOS電晶體

262‧‧‧PMOS電晶體

271‧‧‧寄生二極體

272‧‧‧寄生二極體

301‧‧‧開關

302‧‧‧二極體

303‧‧‧二極體

304‧‧‧開關

305‧‧‧開關

306‧‧‧增強型N通道MOSFET

321‧‧‧二極體

322‧‧‧二極體

[圖1]第一實施形態之具備充放電控制電路的電池裝置的電路圖。

[圖2]第二實施形態之具備充放電控制電路的電池裝置的電路圖。

[圖3]具備先前之充放電控制電路的電池裝置的區塊圖。

<第1實施形態>

圖1係第一實施形態之具備充放電控制電路151的電池裝置的電路圖。

第一實施形態的電池裝置，係具備二次電池101、充放電控制電路151、連接充電器132與負載131的V+端子120及V-端子121。充放電控制電路151係具備控制電路102、N通道雙向導通型場效電晶體114、開關電路152、NMOS電晶體161、162。開關電路152，係具備PMOS電晶體110與NMOS電晶體111與端子124、125、126、127。

二次電池101係連接於正極電源端子122與負極電源端子123。控制電路102係正極電源連接於正極電源端子122，負極電源連接於負極電源端子123，輸出端子透過端子126連接於PMOS電晶體110的閘極與 NMOS電晶體111的閘極。PMOS電晶體110係源極及背閘極透過端子124連接於正極電源端子122及V+端子120，汲極連接於NMOS電晶體111的汲極與端子127。NMOS電晶體111係源極及背閘極連接於端子125。NMOS電晶體161係汲極連接於負極電源端子123，源極及背閘極連接於端子125，閘極連接於V-端子121。NMOS電晶體162係汲極連接於V-端子121，源極及背閘極連接於端子125，閘極連接於負極電源端子123。N通道雙向導通型場效電晶體114係汲極連接於負極電源端子123，源極連接於V-端子121，閘極連接於端子127，背閘極連接於端子125。

針對第一實施形態的電池裝置的動作進行說明。

於V+端子120、V-端子121連接充電器132，控制電路102係檢測出二次電池101是可充電狀態的話，從輸出端子對端子126輸出Low。然後，使PMOS電晶體110成為ON，NMOS電晶體111成為OFF。N通道雙向導通型場效電晶體114係閘極連接於正極電源端子122，成為ON狀態。如此，充放電控制電路151係控制二次電池101的充放電。

藉由充電器132，二次電池101被充電時，控制電路102檢測出二次電池101的過充電狀態的話，控制電路102係從輸出端子對端子126輸出High。然後，使PMOS電晶體110成為OFF，NMOS電晶體111成為 ON。N通道雙向導通型場效電晶體114係閘極連接於端子125，成為OFF狀態。如此，充電電流被遮斷，防止二次電池101成為過充電。

在此，N通道雙向導通型場效電晶體114成為OFF狀態的話，V-端子121會成為比負極電源端子123還低的電壓，所以，NMOS電晶體161成為OFF，NMOS電晶體162成為ON。N通道雙向導通型場效電晶體114係閘極與背閘極連接於V-端子121，故可減低漏電流，且可穩定動作。又，OFF之NMOS電晶體161的寄生二極體171成為逆偏壓，所以，電流不會從負極電源端子123透過NMOS電晶體161、162流至V-端子121。

藉由二次電池101，驅動負載131時，控制電路102檢測出二次電池101的過放電狀態的話，控制電路102係從輸出端子對端子126輸出High。然後，使PMOS電晶體110成為OFF，NMOS電晶體111成為ON。N通道雙向導通型場效電晶體114係閘極連接於端子125，成為OFF狀態。如此，放電電流被遮斷，防止二次電池101成為過放電。

在此，N通道雙向導通型場效電晶體114成為OFF狀態的話，負極電源端子123會成為比V-端子121還低的電壓，所以，NMOS電晶體161成為ON，NMOS電晶體162成為OFF。N通道雙向導通型場效電晶體114係閘極與背閘極連接於負極電源端子123，故可減低漏電流，且可穩定動作。又，OFF之NMOS電晶體162 的寄生二極體172成為逆偏壓，所以，電流不會從V-端子121透過NMOS電晶體161、162流至負極電源端子123。

如以上說明般，依據本實施形態之具備充放電控制電路151的電池裝置，可不使控制電路102的控制複雜化，減低流至N通道雙向導通型場效電晶體114的漏電流。然後，利用將N通道雙向導通型場效電晶體114的背閘極，連接於V-端子121或負極電源端子123，可使充放電控制電路151穩定動作。

再者，本實施形態的控制電路102係將電源端子連接於正極電源端子122與負極電源端子123，但更進而與端子125連接亦可。此時，以作為負極電源，選擇負極電源端子123與端子125中較低電壓，從輸出端子輸出Low之方式構成。如此構成的話，開關電路152可更穩定動作。

<第2實施形態>

圖2係第二實施形態之具備充放電控制電路251的電池裝置的電路圖。

第二實施形態的電池裝置，係具備二次電池101、充放電控制電路251、連接充電器132與負載131的V+端子120及V-端子121。充放電控制電路251係具備控制電路102、P通道雙向導通型場效電晶體214、開關電路152、PMOS電晶體261、262。開關電路152，係具備 PMOS電晶體110與NMOS電晶體111與端子124、125、126、127。

二次電池101係連接於正極電源端子122與負極電源端子123。控制電路102係正極電源連接於正極電源端子122，負極電源連接於負極電源端子123，輸出端子透過端子126連接於PMOS電晶體110的閘極與NMOS電晶體111的閘極。PMOS電晶體110係源極及背閘極連接於端子124，汲極連接於NMOS電晶體111的汲極與端子127。NMOS電晶體111係源極及背閘極透過端子125連接於負極電源端子123及V-端子121。PMOS電晶體261係汲極連接於正極電源端子122，源極及背閘極連接於端子124，閘極連接於V+端子120。PMOS電晶體262係汲極連接於V+端子120，源極及背閘極連接於端子124，閘極連接於正極電源端子122。P通道雙向導通型場效電晶體214係汲極連接於正極電源端子122，源極連接於V+端子120，閘極連接於端子127，背閘極連接於端子124。

接著，針對第二實施形態的電池裝置的動作進行說明。

於V+端子120、V-端子121連接充電器132，控制電路102係檢測出二次電池101是可充電狀態的話，從輸出端子對端子126輸出High。然後，使PMOS電晶體110成為OFF，NMOS電晶體111成為ON。P通道雙向導通型場效電晶體214係閘極連接於負極電源端子123，成為 ON狀態。P通道雙向導通型場效電晶體214成為ON狀態的話，PMOS電晶體261、262係閘極、源極、汲極的電壓成為相同，所以OFF。如此，充放電控制電路251係控制二次電池101的充電。

藉由充電器132，二次電池101被充電時，控制電路102檢測出二次電池101的過充電狀態的話，控制電路102係從輸出端子對端子126輸出Low。然後，使PMOS電晶體110成為ON，NMOS電晶體111成為OFF。P通道雙向導通型場效電晶體214係閘極連接於端子124，成為OFF狀態。如此，充電電流被遮斷，防止二次電池101成為過充電。

在此，P通道雙向導通型場效電晶體214成為OFF狀態的話，V+端子120會成為比正極電源端子122還高的電壓，所以，PMOS電晶體261成為OFF，PMOS電晶體262成為ON。P通道雙向導通型場效電晶體214係閘極與背閘極連接於V+端子120，故可減低漏電流，且可穩定動作。又，OFF之PMOS電晶體261的寄生二極體271成為逆偏壓，所以，電流不會從V+端子120透過PMOS電晶體262、261流至正極電源端子122。

藉由二次電池101，驅動負載131時，控制電路102檢測出二次電池101的過放電狀態的話，控制電路102係從輸出端子對端子126輸出Low。然後，使PMOS電晶體110成為ON，NMOS電晶體111成為OFF。P通道雙向導通型場效電晶體214係閘極連接於端子124，成 為OFF狀態。如此，放電電流被遮斷，防止二次電池101成為過放電。

在此，P通道雙向導通型場效電晶體214成為OFF狀態的話，V+端子120會成為比正極電源端子122還低的電壓，所以，PMOS電晶體261成為ON，PMOS電晶體262成為OFF。P通道雙向導通型場效電晶體214的閘極與背閘極連接於正極電源端子122，故可減低漏電流，且可穩定動作。又，OFF之PMOS電晶體262的寄生二極體272成為逆偏壓，所以，電流不會從正極電源端子122透過PMOS電晶體261、262流至V+端子120。

如以上說明般，依據第二實施形態之具備充放電控制電路251的電池裝置，可不使控制電路102的控制複雜化，減低流至P通道雙向導通型場效電晶體214的漏電流。然後，利用將P通道雙向導通型場效電晶體214的背閘極，連接於V+端子120或正極電源端子122，可使充放電控制電路251穩定動作。

再者，本實施形態的控制電路102係將電源端子連接於正極電源端子122與負極電源端子123，但更進而與端子124連接亦可。此時，以作為正極電源，選擇正極電源端子122與端子124中較高電壓，從輸出端子輸出High之方式構成。如此構成的話，開關電路152可更穩定動作。

101‧‧‧二次電池

102‧‧‧控制電路

110‧‧‧PMOS電晶體

111‧‧‧NMOS電晶體

114‧‧‧N通道雙向導通型場效電晶體

120‧‧‧V+端子

121‧‧‧V-端子

122‧‧‧正極電源端子

123‧‧‧負極電源端子

124‧‧‧端子

125‧‧‧端子

126‧‧‧端子

127‧‧‧端子

131‧‧‧負載

132‧‧‧充電器

151‧‧‧充放電控制電路

152‧‧‧開關電路

161‧‧‧NMOS電晶體

162‧‧‧NMOS電晶體

171‧‧‧寄生二極體

172‧‧‧寄生二極體

Claims (4)

1. 一種充放電控制電路，係具有藉由1個雙向導通型場效電晶體，控制二次電池的充放電之控制電路的充放電控制電路，其特徵為具備：開關電路，係藉由前述控制電路的輸出，控制前述雙向導通型場效電晶體的閘極；第一電晶體，係汲極連接於前述雙向導通型場效電晶體的汲極，閘極連接於前述雙向導通型場效電晶體的源極，源極及背閘極連接於前述開關電路的第一端子；及第二電晶體，係汲極連接於前述雙向導通型場效電晶體的源極，閘極連接於前述雙向導通型場效電晶體的汲極，源極及背閘極連接於前述開關電路的第一端子。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之充放電控制電路，其中，前述第一端子，係連接於前述雙向導通型場效電晶體的背閘極。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之充放電控制電路，其中，前述開關電路係具備：第三MOS電晶體，係閘極連接於前述控制電路的輸出端子，汲極連接於前述雙向導通型場效電晶體的閘極；及第四MOS電晶體，係閘極連接於前述控制電路的前述輸出端子，汲極連接於前述雙向導通型場效電晶體的閘 極，源極連接於前述第一端子。
4. 一種電池裝置，其特徵為具備：二次電池，係可進行充放電；及充放電控制電路，係監視前述二次電池的電壓，控制前述二次電池的充放電之申請專利範圍第1項至第3項所記載之充放電控制電路。