(57)【要約】【課題】検出回路を設けなくてもスイッチの接点が張り付くことを防ぐことができる。【解決手段】電磁型スイッチ１には、少なくとも２つの駆動コイルＬ１およびＬ２が設けられている。駆動コイルＬ１はスイッチＳＷ１に流れる電流、例えば過電流によって、スイッチＳＷ１をオフさせる動作を行い、駆動コイルＬ２は駆動回路２によって励磁または消磁され、スイッチＳＷ１をオンまたはオフさせる動作を行う。この駆動回路２は、制御回路３から供給される制御信号に応じて駆動コイルＬ２を励磁または消磁させる。このように、駆動コイルＬ１に流れる電流によってスイッチＳＷ１をオフとすることができる。【選択図】    図１
2004201460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のコイルと、
上記第１のコイルと直列に接続されるスイッチと、
上記第２のコイルで上記スイッチのオン／オフを制御する制御手段とを有し、
上記第１のコイルに過電流が流れるときに、上記第１のコイルで上記スイッチをオフするようにしたことを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
上記第１のコイルに過電流が流れるときに、上記第１および第２のコイルで上記スイッチをオフするようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ回路。
【請求項３】
第１のコイルとスイッチとを直列に配置し、
第２のコイルで上記スイッチのオン／オフを制御し、
上記第１のコイルに過電流が流れるときに、上記第１のコイルで上記スイッチをオフするようにしたことを特徴とするスイッチ方法。
【請求項４】
上記第１のコイルに過電流が流れるときに、上記第１および第２のコイルで上記スイッチをオフするようにしたことを特徴とする請求項３に記載のスイッチ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、過電流から電気部品、例えばリチウムイオン二次電池を保護するスイッチ回路およびスイッチ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気回路の過電流を検出する場合、検出回路で電流を検出し、検出された電流が過電流であるか否かを判断するようにしている。例えば、図１９に示すように、検出回路１５１で電流が検出される。検出された電流は、制御回路１５２へ供給される。制御回路１５２では、供給された電流が過電流か否かが判断され、その判断結果が制御信号として駆動回路１５３へ供給される。
【０００３】
駆動回路１５３では、供給された制御信号に応じて電磁型スイッチ１５４が励磁または消磁される。一例として、励磁された電磁型スイッチ１５４はオフとなり、消磁された電磁型スイッチ１５４はオンとなる。
【０００４】
このように、電磁型スイッチを用いた電気回路では、１つの駆動コイルで制御する方式が採用されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０５−２９０７０７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような回路では、過電流によって検出回路および制御回路が破壊された場合、電磁型スイッチがオンのままとなる可能性が大きい。
【０００７】
これに対して、同様の動作を行う半導体スイッチを使用する場合がある。半導体スイッチは、過電流によって破壊されると金属化（溶着）になり導通状態となる。
【０００８】
従って、この発明の目的は、検出回路を設けなくてもスイッチの接点が張り付くことを防ぐことができる過電流保護装置および方法である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を達成するために請求項１の発明は、第１および第２のコイルと、第１のコイルと直列に接続されるスイッチと、第２のコイルでスイッチのオン／オフを制御する制御手段とを有し、第１のコイルに過電流が流れるときに、第１のコイルでスイッチをオフするようにしたことを特徴とするスイッチ回路である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、第１のコイルとスイッチとを直列に配置し、第２のコイルでスイッチのオン／オフを制御し、第１のコイルに過電流が流れるときに、第１のコイルでスイッチをオフするようにしたことを特徴とするスイッチ方法である。
【００１１】
過電流が流れるた場合、スイッチと直列に配置されるコイルによって、当該スイッチをオフにすることによって、スイッチの溶着を防ぐことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の基本的構成について図１を参照して説明する。電磁型スイッチ１には、少なくとも２つの駆動コイルＬ１およびＬ２が設けられている。駆動コイルＬ１はスイッチＳＷ１に流れる電流が所定の電流値以上の電流（過電流）によって、スイッチＳＷ１をオフさせる動作を行い、駆動コイルＬ２は駆動回路２によって流れる電流の方向を切り替えて、スイッチＳＷ１をオンまたはオフさせる動作を行う。この駆動回路２は、制御回路３から供給される制御信号に応じて駆動コイルＬ２に流れる電流の方向を切り替える。このように、駆動コイルＬ１に流れる過電流によってスイッチＳＷ１をオフとすることができる。
【００１３】
図２を参照して、駆動コイルＬ２に流れる電流の方向を切り替える第１の実施形態を説明する。図２に示すように、直流電源Ｅと、直列に接続されたスイッチ１１および１２と、直列に接続されたスイッチ１３および１４とはそれぞれ並列に接続される。駆動コイルＬ２の一方の端子は、スイッチ１１および１２の接続点と接続され、その他方の端子は、スイッチ１３および１４の接続点と接続される。スイッチ１１および１４がオンとなるときは、スイッチ１２および１３がオフとされ、スイッチ１２および１３がオンとなるときは、スイッチ１１および１４がオフとされる。このようにスイッチを切り替えることによって、駆動コイルＬ２に流れる電流の方向を切り替えることができる。これらの制御は、制御回路２で行われる。
【００１４】
図３に電磁型スイッチ１の概略的構成を示す。駆動コイルＬ１およびＬ２は、鉄心２１および２２にそれぞれ設けられる。鉄心２１および２２の間を移動可能なように磁性体２３が設けられる。駆動コイルＬ２から端子２４および２５が導出される。この端子２４および２５を介して電流がされる。駆動コイルＬ１の一方から導出された端子２６は、磁性体２３と接触可能な位置に設けられる。また、スイッチＳＷ１の一方の端子として駆動コイルＬ１の他方から端子２８が導出される。スイッチＳＷ１の他方の端子２９と接続される端子２７は、磁性体２３と接触可能な位置に設けられる。
【００１５】
図４を参照して、電磁型スイッチ１に流れる電流の方向を切り替える他の例を説明する。制御回路２からスイッチ３１および３２を介して駆動コイルＬ２に電流を供給する。図４に示すようにスイッチ３１および３２を使用して、駆動コイルＬ２に流れる電流の方向を切り替える。例えば、スイッチ３１において、端子３１ａが選択され、スイッチ３２において、端子３２ｂが選択されると、図５に示すように電流が流れる。また、スイッチ３１において、端子３１ｂが選択され、スイッチ３２において、端子３２ａが選択されると、図６に示すように電流が流れる。
【００１６】
このように、流れる電流の方向を反転することによって、図７に示すように磁性体に磁石３６を使用しても、制御することができる。言い換えると、駆動コイルＬ２に供給する電流の方向を反転しないと、磁性体に磁石３６を使用した場合、電磁型スイッチ１を制御することができない。そのため、上述したようなスイッチを構成して駆動コイルＬ２に流れる電流の方向を切り替える。
【００１７】
図８を参照して、電磁型スイッチをオフにする一例を説明する。上述したように、駆動コイルＬ１に過電流が供給されると、スイッチＳＷ１がオフとなる。このとき、過電流が供給され、スイッチＳＷ１がオフとする時間は、図９に示すように時点４６までかかる。
【００１８】
そこで、この一例では、抵抗４１の両端から電流検出回路４２で電流を検出し、過電流が検出されたと判断したときに、制御回路４３で駆動コイルＬ２を制御して、スイッチＳＷ１をオフとなるようにする。このように、駆動コイルＬ１およびＬ２の両方を用いて、スイッチＳＷ１をオフとすることによって、スイッチＳＷ１をオフとする時間を図９に示す時点４７まで短縮することができる。
【００１９】
このとき、駆動コイルＬ１でスイッチＳＷ１をオフとする電流値を図１０中の４９で示す電流値より小さい４８で示す電流値を電流検出回路４２で検出するようにしても良い。このようにすることによって、さらに短い時間でスイッチＳＷ１をオフとすることができる。
【００２０】
この発明を二次電池の充電時および放電時に適用した第２の実施形態を、図１１を参照して説明する。まず、充電時の場合、スイッチ５３では端子５３ａが選択される。充電器（図示なし）から供給される電流は、ダイオード５２、駆動コイルＬ３、スイッチ５３を経由して二次電池ＢＴに導かれる。
【００２１】
次に、放電時の場合、スイッチ５３では端子５３ｂが選択される。二次電池ＢＴから供給される電流は、二次電池ＢＴの正側端子からスイッチ５３、駆動コイルＬ１、ダイオード５１を経由して出力される。このように、電流の方向に合わせてスイッチ５３を制御することによって、充電時および放電時の過電流から電子部品の保護にも使用することができる。
【００２２】
このとき、駆動コイルＬ１に流れる電流より駆動コイルＬ３に流れる電流が小さくなるように駆動コイルを選定する。
【００２３】
なお、ダイオード５１および５２の代わりに、スイッチング素子で切り替えるようにしても良いし、ダイオード５１および５２はなくても良い。
【００２４】
図１２を参照して、この第２の実施形態の他の例を説明する。まず、充電時の場合、スイッチ６１では端子６１ａが選択され、スイッチ６２では端子６２ａが選択され、スイッチ６３では端子６３ａが選択される。充電器（図示なし）から供給される電流は、スイッチ６２、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）６５、スイッチ６３、駆動コイルＬ３、スイッチ６１を経由して二次電池ＢＴに導かれる。
【００２５】
次に、充電時の場合、スイッチ６１では端子６１ｂが選択され、スイッチ６２では端子６２ｂが選択され、スイッチ６３では端子６３ｂが選択される。二次電池ＢＴから供給される電流は、二次電池ＢＴの正側端子からスイッチ６１、駆動コイルＬ１、スイッチ６３、ＦＥＴ６５、スイッチ６２を経由して出力される。
【００２６】
寄生ダイオードが設けられるＦＥＴ６５は、制御回路２によって制御される。また、制御回路２は、スイッチ６４のオンまたはオフを常に検出し、その検出結果に基づいてＦＥＴ６５および／または駆動コイルＬ２を制御する。この他の例では、充電時および放電時において、ＦＥＴ６５はオンとされる。充電および放電の何れか一方の動作のみを行うようにする場合、ＦＥＴ６５と逆方向のＦＥＴを直列に接続することで実現することができる。
【００２７】
また、図１３を参照して、駆動コイルＬ２で複数のスイッチＳＷ１１、１２、および１３のオンおよびオフを制御する第３の実施形態を説明する。このとき、スイッチＳＷ１１に過電流が供給されると、駆動コイルＬ１でスイッチＳＷ１１をオフとする。スイッチＳＷ１２に過電流が供給されると、駆動コイルＬ３でスイッチＳＷ１２をオフとする。スイッチＳＷ１３に過電流が供給されると、駆動コイルＬ４でスイッチＳＷ１３をオフとする。
【００２８】
この第３の実施形態を適用した一例を図１４に示す。この図１４は、４個の電池７１、７２、７３、および７４を２並列２直列に接続した一例である。端子７５および電池７３の間に、駆動コイルＬ１およびスイッチＳＷ１１が直列に設けられる。電池７１および７３の間に、駆動コイルＬ３およびスイッチＳＷ１２が直列に設けられる。電池７１および７３と電池７４との間に、駆動コイルＬ４およびスイッチＳＷ１３が直列に設けられる。スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、およびＳＷ１３は、駆動コイルＬ２によってそのオン／オフが制御される。このように複数の電池を並列且つ直列に接続した、例えば電池パックに適用することができる。
【００２９】
図１５に駆動コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４を備えた電磁型スイッチの概略的構成を示す。駆動コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４は、鉄心８１および８２にそれぞれ設けられる。鉄心８１および８２の間を移動可能なようにに磁性体８３が設けられる。駆動コイルＬ２から端子８４および８５が導出される。この端子８４および８５を介して電流が供給される。
【００３０】
端子８６、８７、８８、８９、９０、および９１は、磁性体２３と接触可能な位置に設けられる。端子８６は端子９３と接続され、端子８７は駆動コイルＬ４の一方と接続される。端子８８は端子９５と接続され、端子８９は駆動コイルＬ３の一方と接続される。端子９０は端子９７と接続され、端子９１は駆動コイルＬ１の一方と接続される。端子９２は駆動コイルＬ４の他方と接続され、端子９４は駆動コイルＬ３の他方と接続され、端子９６は駆動コイルＬ１の他方と接続される。
【００３１】
この図１５に示す一例では、端子９６および９７がスイッチＳＷ１１の端子となり、端子９４および９５がスイッチＳＷ１２の端子となり、端子９２および９３がスイッチＳＷ１３の端子となる。
【００３２】
駆動コイルＬ１でスイッチＳＷ１１、１２、および１３をオフする電流値を、過電流によって加熱されてスイッチの接点が溶解（溶着）する電流値以下に設定する。
【００３３】
図１６を参照して、駆動回路２の一例を説明する。ＮＰＮ型のトランジスタ１０１、１０２、１０３、および１０４から差動増幅回路が構成される。駆動コイルＬ２の一方は、トランジスタ１０１のエミッタが接続され、その他方は、トランジスタ１０３のエミッタが接続される。
【００３４】
トランジスタ１０１のベースは、抵抗１０６を介してスイッチＳＷ２２の端子ＳＷ２２ａと接続される。トランジスタ１０２のベースは、抵抗１０８を介してスイッチＳＷ２２の端子ＳＷ２２ｂと接続される。トランジスタ１０３のベースは、抵抗１０５を介してスイッチＳＷ２２の端子ＳＷ２２ｂと接続される。トランジスタ１０４のベースは、抵抗１０７を介してスイッチＳＷ２２の端子ＳＷ２２ａと接続される。
【００３５】
トランジスタ１０１のコレクタおよびトランジスタ１０３のコレクタは、ＰＮＰ型のトランジスタ１１０のエミッタと接続される。トランジスタ１１０のコレクタは、抵抗１１１を介してスイッチＳＷ２２に接続される。トランジスタ１１１のベースは、信号回路１１２に接続される。直流電源Ｅの正側端子は、トランジスタ１０１のコレクタおよびトランジスタ１０３のコレクタと接続され、その負側端子は、トランジスタ１０２のエミッタおよびトランジスタ１０４のエミッタと接続される。
【００３６】
なお、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２は、図１６中点線で示すように連動するスイッチ回路である。
【００３７】
図１７のフローチャートを参照して、この図１６の駆動回路２の動作を説明する。ステップＳ１では、スイッチＳＷ２１がオフとなり、且つスイッチＳＷ２２が端子ＳＷ２２ａを選択していることが確認される。ステップＳ２では、スイッチＳＷ２１をオンとするための信号が信号回路１１２からトランジスタ１１０のベースへ供給される。ステップＳ３では、信号回路１１２からの信号に応じてスイッチＳＷ２１がΔＴ時間オンとされる。
【００３８】
ステップＳ４では、トランジスタ１１０がオンとなり、スイッチＳＷ２２において端子ＳＷ２２ａが選択されているので、トランジスタ１０１および１０４がオンとされる。ステップＳ５では、直流電源Ｅから出力される電流がトランジスタ１０１、駆動コイルＬ２、トランジスタ１０４を経由するので、スイッチＳＷ２１がオンとされる。
【００３９】
ステップＳ６では、スイッチＳＷ２１がオフからオンとなるので、スイッチＳＷ２２は連動して、選択される端子が端子ＳＷ２２ａから端子ＳＷ２２ｂへ切り替えられる。ステップＳ７では、スイッチＳＷ２１をオフとするための信号が信号回路１１２からトランジスタ１１０のベースへ供給される。ステップＳ８では、信号回路１１２からの信号に応じてスイッチＳＷ２１がΔＴ時間オンとされる。
【００４０】
ステップＳ９では、トランジスタ１１０がオンとなり、スイッチＳＷ２２において端子ＳＷ２２ｂが選択されているので、トランジスタ１０２および１０３がオンとされる。ステップＳ１０では、直流電源Ｅから出力される電流がトランジスタ１０３、駆動コイルＬ２、トランジスタ１０２を経由するので、スイッチＳＷ２１がオフとされる。ステップＳ１１では、スイッチＳＷ２１がオンからオフとなるので、スイッチＳＷ２２は連動して、選択される端子が端子ＳＷ２２ｂから端子ＳＷ２２ａへ切り替えられる。そして、ステップＳ２へ制御が移る。
【００４１】
図１８を参照して、電磁型スイッチ１のオン／オフの状態を検出する検出回路を説明する。トランジスタ１２１、１２２、１２３、および１２４から差動増幅回路が構成される。駆動コイルＬ２の一方は、トランジスタ１０１のエミッタが接続され、その他方は、トランジスタ１０３のエミッタが接続される。
【００４２】
トランジスタ１２１のコレクタおよびトランジスタ１２３のコレクタは、直流電源Ｅの正側端子と接続される。トランジスタ１２１のベースおよびトランジスタ１２４のベースは、ダイオード１２５のカソードと接続される。
【００４３】
トランジスタ１２２のコレクタは、トランジスタ１２１のエミッタと接続される。トランジスタ１２２のエミッタおよびトランジスタ１２４のエミッタは、直流電源Ｅの負側端子と接続される。トランジスタ１２２のベースおよびトランジスタ１２３のベースは、ダイオード１２６のカソードと接続される。
【００４４】
トランジスタ１２４のコレクタは、トランジスタ１２３のエミッタと接続される。ダイオード１２５のアノードは、抵抗１２７を介してスイッチ制御回路１２９と接続される。ダイオード１２６のアノードは、抵抗１２８を介してスイッチ制御回路１２９と接続される。
【００４５】
直流電源Ｅの正側端子は、抵抗１３１を介してトランジスタ１３７のコレクタ、抵抗１３２を介してトランジスタ１３７のベース、抵抗１３３を介してトランジスタ１３６のコレクタと接続される。直流電源Ｅの負側端子は、トランジスタ１３６のエミッタ、トランジスタ１３７のエミッタ、トランジスタ１３８のエミッタ、トランジスタ１３９のエミッタと接続される。
【００４６】
トランジスタ１３７のコレクタは、抵抗１３４を介してトランジスタ１３６のベース、抵抗１３５を介してトランジスタ１３８のベースと接続される。トランジスタ１３８のコレクタは、トランジスタ１２１のベースおよびトランジスタ１２４のベースと接続される。トランジスタ１３９のベースは、抵抗１４０を介してトランジスタ１３６のコレクタと接続され、そのコレクタは、トランジスタ１２２のベースおよびトランジスタ１２３のベースと接続される。
【００４７】
スイッチＳＷ３２の一方の端子は、直流電源Ｅの負側端子と接続され、他方の端子は、トランジスタ１３７のベースと接続される。このスイッチＳＷ３２は、スイッチＳＷ３１と連動して動作する。従って、スイッチＳＷ３１がオンのとき、スイッチＳＷ３２もオンになり、スイッチＳＷ３１がオフのとき、スイッチＳＷ３２もオフとなる。
【００４８】
ここで、検出動作の一例を説明する。スイッチＳＷ３２がオフの場合、トランジスタ１３７がオンとなるので、トランジスタ１３８はオフとなる。このとき、トランジスタ１３６がオフとなるので、トランジスタ１３９がオンとなる。この結果、リレー動作信号で応答するのはトランジスタ１２１および１２４がオンとなる。
【００４９】
スイッチＳＷ３２がオンの場合、トランジスタ１３７がオフとなるので、トランジスタ１３８がオンとなる。このとき、トランジスタ１３６がオンとなるので、トランジスタ１３９がオフとなる。この結果、リレー動作信号で応答するのはトランジスタ１２２および１２３がオンとなる。
【００５０】
連動するスイッチＳＷ２１およびＳＷ２２と、連動するスイッチＳＷ３１およびＳＷ３２とは、全く同じように構成することができる。これは切り替えるスイッチか、オン／オフを行うスイッチかの違いだけであり、全く同じように構成することができる。従って、スイッチＳＷ２２の代わりにスイッチＳＷ３２を使用するようにしても良いし、スイッチＳＷ３２の代わりにスイッチＳＷ２２を使用するようにしても良い。
【００５１】
この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００５２】
【発明の効果】
この発明に依れば、スイッチに流れる電流によって、当該スイッチをオフとすることができる。
【００５３】
この発明に依れば、検出回路と併用することによって、スイッチをオフとする時間を短縮することができる。
【００５４】
この発明に依れば、スイッチ回路をラッチ型にすることによって、消費電力を少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の全体的な構成について説明するためのブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の制御について説明するためのブロック図である。
【図３】この発明に適用される電磁型スイッチの概略的な構成について説明するための略線図である。
【図４】この発明の第１の実施形態の制御について説明するためのブロック図である。
【図５】この発明の第１の実施形態の制御について説明するためのブロック図である。
【図６】この発明の第１の実施形態の制御について説明するためのブロック図である。
【図７】この発明に適用される電磁型スイッチの概略的な構成について説明するための略線図である。
【図８】この発明の第１の実施形態の制御について説明するためのブロック図である。
【図９】この発明の第１の実施形態の制御について説明するための特性図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態の制御について説明するための特性図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態について説明するためのブロック図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態について説明するためのブロック図である。
【図１３】この発明の第３の実施形態の電磁型スイッチについて説明するためのブロック図である。
【図１４】この発明の第３の実施形態について説明するためのブロック図である。
【図１５】この発明の第３の実施形態に適用される電磁型スイッチの概略的な構成について説明するための略線図である。
【図１６】この発明の制御について説明するためのブロック図である。
【図１７】この発明の制御について説明するためのフローチャートである。
【図１８】この発明の制御について説明するためのブロック図である。
【図１９】従来の電磁型スイッチを用いた構成について説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１・・・電磁型スイッチ、２・・・駆動回路、３・・・制御回路、Ｌ１・・・駆動コイル、Ｌ２・・・駆動コイル、ＳＷ１・・・スイッチ
【図１】
2004201460.tif 000003
【図２】
2004201460.tif 000004
【図３】
2004201460.tif 000005
【図４】
2004201460.tif 000006
【図５】
2004201460.tif 000007
【図６】
2004201460.tif 000008
【図７】
2004201460.tif 000009
【図８】
2004201460.tif 000010
【図９】
2004201460.tif 000011
【図１０】
2004201460.tif 000012
【図１１】
2004201460.tif 000013
【図１２】
2004201460.tif 000014
【図１３】
2004201460.tif 000015
【図１４】
2004201460.tif 000016
【図１５】
2004201460.tif 000017
【図１６】
2004201460.tif 000018
【図１７】
2004201460.tif 000019
【図１８】
2004201460.tif 000020
【図１９】
2004201460.tif 000021