(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電電圧を第１の基準電圧と比較して前記二次電池の過充電を検出するコンパレータと、前記コンパレータの出力により過充電検出時にオフする第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのオフによりオフする第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタと共にカレントミラー回路を構成し過充電検出信号を出力する第３のトランジスタとで構成される過充電検出手段と、
前記過充電検出手段の出力する過充電検出信号に基づいて過充電時にオフし、前記二次電池の充電を停止させる過充電防止用ＭＯＳトランジスタとを有する二次電池の保護回路において、
前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタで等価的に構成されるボディダイオードを通しての前記二次電池の放電を検出する放電検出手段と、
前記放電検出手段の出力により放電検出時にオンして前記第２のトランジスタをオンする第４のトランジスタで構成され、前記第４のトランジスタのオンにより前記第２及び第３のトランジスタをオンすることで前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタをオンして前記二次電池の放電を行わせる放電手段とを
有することを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項２】
請求項１記載の二次電池の保護回路において、
前記放電検出手段は、前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタによる降下電圧を第２の基準電圧と比較して前記二次電池の放電を検出する
ことを特徴とする二次電池の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池の保護回路に係り、特に、リチウム・イオン電池等の二次電池の過充電を検出したとき充電を停止して二次電池を保護する二次電池の保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム・イオン電池は、ニッカド電池やニッケル水素蓄電池と比較し、約３倍の作動電圧であり、重量エネルギー密度で約２倍のエネルギー密度を有し、体積エネルギー密度も大きい。従って、同一のエネルギーを有するその他の電池と比較して、小型でしかも軽い電池である。この軽いということから、ビデオカメラ、携帯電話、ＰＨＳ、ノート型パソコン等の携帯用電気機器に多く、使用されている。
【０００３】
リチウム・イオン電池には、安全性と電池の性能を十分に引き出すために、保護回路が使用されている。この保護回路は、充電時にリチウム・イオン電池の過充電を検出したとき充電を停止させる。
図２は、従来の二次電池の保護回路の一例の回路図を示す。同図中、プラスの電源端子１０とマイナスの電源端子１２との間にリチウム・イオン電池１４が接続される。この電源端子１０は、半導体集積回路（ＩＣ）１６内のコンパレータ１８の反転入力端子に接続されている。コンパレータ１８の非反転入力端子には定電圧源２０からリチウム・イオン電池の過充電検出用の基準電圧ＶＴＨ１が供給されている。コンパレータ１８は、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ１以下のときハイレベルで、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ１を超えるとローレベルの信号を出力する。
【０００４】
コンパレータ１８の出力信号はｎｐｎトランジスタＱ１のベースに供給される。トランジスタＱ１はエミッタを接地され、コレクタをｐｎｐトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ２はコレクタをベースと接続するダイオード接続されると共に、そのベースをｐｎｐトランジスタＱ３のベースと接続されてカレントミラー回路を構成しており、トランジスタＱ２，Ｑ３のエミッタは電源端子１０に接続され、トランジスタＱ３のコレクタは出力端子２２に接続されており、出力端子２２から過充電検出信号が出力される。また、トランジスタＱ３のコレクタは半導体集積回路１６の外部で抵抗Ｒ１の一端及び過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のゲートに接続され、抵抗Ｒ１の他端はマイナスの電源端子１２に接続されており、過充電検出信号は過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のゲートに供給される。
【０００５】
また、電源端子１０は、半導体集積回路（ＩＣ）１６内の過放電検出部２４に接続されている。過放電検出部２４は、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ２以上のときハイレベルで、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ２未満となるとローレベルの過放電検出信号を出力する。過放電検出信号は半導体集積回路１６の外部で過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４のゲートに供給される。
【０００６】
リチウム・イオン電池１４の負電極は過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４のソースに接続され、ＭＯＳトランジスタＱ４のドレインは過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のドレインに接続され、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のソースはマイナスの電源端子１２に接続されている。なお、リチウム・イオン電池１４の負電極の電位が接地電位とされている。また、ＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ５それぞれはゲートがサブストレートに接続されているため、ドレイン・ソース間には等価的にボディダイオードＤ４，Ｄ５が接続されている。
【０００７】
ここで、過放電検出信号は電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ２以上のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池１４が過放電状態でない限り過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４はオンしている。また、過充電検出信号は電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ１以下のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池１４が過充電状態とならない限り過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５はオンしている。
【０００８】
更に、電源端子１０，１２間に図示しない充電回路を接続してリチウム・イオン電池１４を充電しているときに、リチウム・イオン電池１４が過充電されるとコンパレータ１８の出力信号がローレベルとなり、トランジスタＱ１がオフする。このため、トランジスタＱ２，Ｑ３がオフし、出力端子２２からローレベルの過充電検出信号が出力される。これによって、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５がオフし、リチウム・イオン電池１４のそれ以上の充電が停止される。
なお、例えば特開平１１−１７８２０７号公報には、過放電検出後の過充電検出回路の無駄な電源の消費をなくす技術が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来回路では、リチウム・イオン電池１４が過充電され充電が停止された状態で、電源端子１０，１２間にビデオカメラ、携帯電話、ＰＨＳ、ノート型パソコン等の負荷が接続されると、この状態では過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４はオンしているため、また、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のボディダイオードＤ５がオンするために、リチウム・イオン電池１４からの電流がボディダイオードＤ５を通って上記負荷に流れる。
【００１０】
この場合、リチウム・イオン電池１４の放電電流が上記負荷に流れることは何ら問題ないのであるが、この放電電流が過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５ではなく、そのボディダイオードＤ５を流れるために、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５が発熱する。この発熱のため、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５が劣化するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、過充電時に負荷が接続されたときに過充電防止用ＭＯＳトランジスタのボディダイオードに電流が流れサブストレートが発熱して劣化することを防止する二次電池の保護回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、二次電池（１４）の充電電圧を第１の基準電圧と比較して前記二次電池の過充電を検出するコンパレータ（１８）と、前記コンパレータ（１８）の出力により過充電検出時にオフする第１のトランジスタ（Ｑ１）と、前記第１のトランジスタ（Ｑ１）のオフによりオフする第２のトランジスタ（Ｑ２）と、前記第２のトランジスタ（Ｑ２）と共にカレントミラー回路を構成し過充電検出信号を出力する第３のトランジスタ（Ｑ３）とで構成される過充電検出手段と、
前記過充電検出手段の出力する過充電信号に基づいて過充電時にオフし、前記二次電池（１４）の充電を停止させる過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）とを有する二次電池の保護回路において、
前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）で等価的に構成されるボディダイオード（Ｄ５）を通しての前記二次電池（１４）の放電を検出する放電検出手段（３０）と、
前記放電検出手段（３０）の出力により放電検出時にオンして前記第２のトランジスタ（Ｑ２）をオンする第４のトランジスタ（Ｑ１０）で構成され、前記第４のトランジスタ（Ｑ１０）のオンにより前記第２及び第３のトランジスタ（Ｑ２，Ｑ３）をオンすることで前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）をオンして前記二次電池（１４）の放電を行わせる放電手段とを有する。
【００１３】
このように、過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）で等価的に構成されるボディダイオード（Ｄ５）を通しての二次電池（１４）の放電を検出し、放電検出時に過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）をオンして二次電池の放電を行わせるため、過充電時に負荷が接続されたときに過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）のボディダイオード（Ｄ５）に電流が流れてサブストレートが発熱することがなく、サブストレートの発熱による過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）の劣化を防止することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の二次電池の保護回路において、
前記放電検出手段（３０）は、前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）による降下電圧を第２の基準電圧と比較して前記二次電池（１４）の放電を検出する。
このように、過充電防止用ＭＯＳトランジスタ（Ｑ５）による降下電圧を第２の基準電圧と比較することにより、二次電池（１４）の放電を精度良く検出することができる。
【００１５】
なお、上記括弧内の符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の二次電池の保護回路の一実施例の回路図を示す。同図中、図２と同一部分には同一符号を付す。図１において、プラスの電源端子１０とマイナスの電源端子１２との間にリチウム・イオン電池１４が接続される。この電源端子１０は、半導体集積回路（ＩＣ）１６内のコンパレータ１８の反転入力端子に接続されている。コンパレータ１８の非反転入力端子には定電圧源２０からリチウム・イオン電池の過充電検出用の基準電圧ＶＴＨ１が供給されている。コンパレータ１８は、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ１以下のときハイレベルで、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ１を超えると、ローレベルの信号を出力する。
【００１７】
コンパレータ１８の出力信号はｎｐｎトランジスタＱ１のベースに供給される。トランジスタＱ１はエミッタを接地され、コレクタをｐｎｐトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ２はコレクタをベースと接続するダイオード接続されると共に、そのベースをｐｎｐトランジスタＱ３のベースと接続されてカレントミラー回路を構成しており、トランジスタＱ２，Ｑ３のエミッタは電源端子１０に接続され、トランジスタＱ３のコレクタは出力端子２２に接続されており、出力端子２２から過充電検出信号が出力される。また、トランジスタＱ３のコレクタは半導体集積回路１６の外部で抵抗Ｒ１の一端及び過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のゲートに接続され、抵抗Ｒ１の他端はマイナスの電源端子１２に接続されており、過充電検出信号は過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のゲートに供給される。
【００１８】
また、電源端子１０は、半導体集積回路（ＩＣ）１６内の過放電検出部２４に接続されている。過放電検出部２４は、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ２以上のときハイレベルで、電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ２未満となるとローレベルの過放電検出信号を出力する。過放電検出信号は半導体集積回路１６の外部で過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４のゲートに供給される。
【００１９】
更に、マイナスの電源端子１２は半導体集積回路１６内のコンパレータ３０の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ３０の反転入力端子には定電圧源３２から放電検出用の基準電圧ＶＴＨ３が供給されている。コンパレータ３０は、電源端子１２とリチウム・イオン電池１４の負電極との間の電圧が基準電圧ＶＴＨ３を超えたときハイレベルで、基準電圧ＶＴＨ３以下のときローレベルの信号を出力する。
【００２０】
この基準電圧ＶＴＨ３は、ＭＯＳトランジスタＱ４及びＱ５のオン時のＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ５による電圧降下より大きく、かつ、ＭＯＳトランジスタＱ５のボディダイオードＤ５がオンしたときのボディダイオードＤ５による電圧降下より小さく設定されている。このため、コンパレータ３０は、ボディダイオードＤ５がオンして放電電流を流している状態を検出してハイレベルの放電検出信号を出力する。
【００２１】
上記放電検出信号はｎｐｎトランジスタＱ１０のベースに供給される。トランジスタＱ１０はコレクタをトランジスタＱ１のコレクタと共通接続され、エミッタを接地されている。従って、ボディダイオードＤ５がオンして放電電流を流している状態を検出してハイレベルの放電検出信号が出力されると、たとえトランジスタＱ１がオフしていても、トランジスタＱ１０がオンすることによりトランジスタＱ２，Ｑ３がオンして過放電検出信号は強制的にハイレベルとされる。
【００２２】
リチウム・イオン電池１４の負電極は過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４のソースに接続され、ＭＯＳトランジスタＱ４のドレインは過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のドレインに接続され、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のソースはマイナスの電源端子１２に接続されている。なお、リチウム・イオン電池１４の負電極の電位が接地電位とされている。また、ＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ５それぞれはゲートがサブストレートに接続されているため、ドレイン・ソース間には等価的にボディダイオードＤ４，Ｄ５が接続されている。
【００２３】
ここで、過放電検出信号は電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ２以上のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池１４が過放電状態でない限り過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４はオンしている。また、過充電検出信号は電源端子１０の電圧が基準電圧ＶＴＨ１以下のときハイレベルであり、リチウム・イオン電池１４が過充電状態とならない限り過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５はオンしている。
【００２４】
更に、電源端子１０，１２間に図示しない充電回路を接続してリチウム・イオン電池１４を充電しているときに、リチウム・イオン電池１４が過充電されるとコンパレータ１８の出力信号がローレベルとなり、トランジスタＱ１がオフする。このため、トランジスタＱ２，Ｑ３がオフし、出力端子２２は外付けの抵抗Ｒ１によりローレベルとなる。これによって、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５がオフし、リチウム・イオン電池１４のそれ以上の充電が停止される。
【００２５】
ところで、リチウム・イオン電池１４が過充電され充電が停止された状態で、電源端子１０，１２間にビデオカメラ、携帯電話、ＰＨＳ、ノート型パソコン等の負荷が接続されると、この状態では過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４はオンしているため、また、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のボディダイオードＤ５がオンするために、リチウム・イオン電池１４からの電流がボディダイオードＤ５を通って上記負荷に流れる。
【００２６】
しかし、リチウム・イオン電池１４からの放電電流がボディダイオードＤ５を流れるために、コンパレータ３０はハイレベルの放電検出信号を出力し、これによって、トランジスタＱ１０がオンすることによりトランジスタＱ２，Ｑ３がオンして過放電検出信号は強制的にハイレベルとされる。従って、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５がオンし、リチウム・イオン電池１４からの放電電流は過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５を通して負荷に流れるので、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５のサブストレートが発熱することはなく、過充電防止用ＭＯＳトランジスタＱ５の劣化を防止することができる。
【００２７】
なお、実施例における、過放電検出部２４及び過放電防止用ＭＯＳトランジスタＱ４は、必ずしも設ける必要はなく、上記実施例に限定されない。
なお、コンパレータ１８が請求項記載の過充電検出手段に対応し、コンパレータ３０が放電検出手段に対応し、トランジスタＱ１０が放電手段に対応する。
【００２８】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明は、過充電防止用ＭＯＳトランジスタで等価的に構成されるボディダイオードを通しての前記二次電池の放電を検出する放電検出手段と、
前記放電検出手段の出力により放電検出時にオンして第２のトランジスタをオンする第４のトランジスタで構成され、第４のトランジスタのオンにより第２及び第３のトランジスタをオンすることで前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタをオンして前記二次電池の放電を行わせる放電手段とを有する。
【００２９】
このように、過充電防止用ＭＯＳトランジスタで等価的に構成されるボディダイオードを通しての二次電池の放電を検出し、放電検出時に過充電防止用ＭＯＳトランジスタをオンして二次電池の放電を行わせるため、過充電時に負荷が接続されたときに過充電防止用ＭＯＳトランジスタのボディダイオードに電流が流れてサブストレートが発熱することがなく、サブストレートの発熱による過充電防止用ＭＯＳトランジスタの劣化を防止することができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明では、放電検出手段は、前記過充電防止用ＭＯＳトランジスタによる降下電圧を第２の基準電圧と比較して前記二次電池の放電を検出する。
このように、過充電防止用ＭＯＳトランジスタによる降下電圧を第２の基準電圧と比較することにより、二次電池の放電を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池の保護回路の一実施例の回路図である。
【図２】従来の二次電池の保護回路の一例の回路図である。
【符号の説明】
１０  プラスの電源端子
１２  マイナスの電源端子
１４  リチウム・イオン電池
１６  半導体集積回路
１８，３０  コンパレータ
２０，３２  定電圧源
２２  出力端子
２４  過放電検出部
Ｑ１，Ｑ１０  ｎｐｎトランジスタ
Ｑ２，Ｑ３  ｐｎｐトランジスタ
Ｑ４  過放電防止用ＭＯＳトランジスタ
Ｑ５  過充電防止用ＭＯＳトランジスタ
Ｄ４，Ｄ５  ボディダイオード
【図１】
0003965834.tif 000002
【図２】
0003965834.tif 000003