(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷がショートしたときに電池パックを保護する過電流保護回路において、
蓄電池パックのプラス極と負荷とが蓄電池パックの内部抵抗を介して接続されており、
ソースが蓄電池パックのマイナス極に接続され、ドレインが負荷に接続され、ゲートが第１の抵抗を介して蓄電池パックのプラス極に接続されたＦＥＴと、
前記抵抗に並列接続されたコンデンサと、
入力端子は第２の抵抗を介して前記ＦＥＴのドレインに接続され、出力トランジスタのエミッタは前記ＦＥＴのソースに接続され、出力トランジスタのコレクタは前記ＦＥＴのゲートに接続されているオープンコレクタ型の出力トランジスタを含んだ増幅用複合回路と、
を備え、
負荷がショートして電池パックの出力電圧が急激に低下したとき、
極めて短時間で、その出力電圧の変化を前記コンデンサを介して前記ＦＥＴのゲートに伝えて前記ＦＥＴによる電流制限を作動させ、
前記ＦＥＴによる電流制限によって前記増幅用複合回路の出力トランジスタをオン状態にし、
前記増幅用複合回路の出力トランジスタをオン状態にすることによって前記ＦＥＴをオフ状態にして、負荷に流れる電流を遮断するように構成したことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
電池パックと負荷との間に、請求項１に記載の過電流保護回路を２段に配置し、１段目の過電流保護回路のＦＥＴのソースと、２段目の過電流保護回路のＦＥＴのドレインとを接続したことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項３】
請求項２に記載の過電流保護回路に含まれるそれぞれの増幅用複合回路の出力トランジスタのエミッタを蓄電池パックの隣に接続される過電流保護回路のＦＥＴのソースに接続し、過電流保護回路に含まれるぞれぞれの増幅用複合回路の入力端子を第２の抵抗を介して負荷の隣に接続される過電流保護回路のＦＥＴのドレインに接続したことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項４】
前記増幅用複合回路を単体のトランジスタで構成したことを特徴とする請求項１乃至３に記載の過電流保護回路。
【請求項５】
前記ＦＥＴのゲートとソース間にツェナーダイオードをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線機等の電子機器に使用する過電流保護回路に関するものであって、特に、負荷が短絡（ショート）した場合における過電流を速やかに遮断して火花の発生を抑制するようにした保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、無線機等の電子機器に使用される電池としては、アルカリ乾電池等の１次電池だけでなく、充電可能なニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池パック等の２次電池パックが使用されることが多い。
これらの電池パックを装着して使用中の電子機器側において、電子機器側の負荷がショートした場合には、過大電流が流れて火花が発生したり、電池パックが損傷したりするという問題が発生する。
特に、当該電子機器の使用環境に引火性のガスが存在している場合には、発生した火花によって引火性のガスが爆発する危険性がある。そのような使用環境においては、過電流を制限することによって火花の発生を抑制することが望まれている。
そのため、特開平５−１７４８７４号公報（特許文献１）等において、種々の電池パックの保護装置・保護回路が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１７４８７４号公報
【０００４】
特許文献１に記載の保護装置は、負荷に印加する負荷電圧が所定値以下になるとき過負荷信号を発生する電圧検出手段と、前記過負荷信号を受けたとき前記負荷に流れる電流を制限する電流制御手段とを備えた蓄電池パックの保護装置であって、具体的には、図３に示されるように、電流制御手段としてのトランジスタ１４１と、トランジスタ１４２、ならびに、負荷電圧を分圧する抵抗１４３および１４４からなる電圧検出手段と、抵抗１４５および１４６とで保護装置１４０が構成されている。
前記特許文献１に記載の保護装置において、負荷１２０が正常である場合には、Ａ点の負荷電圧は定格電圧の範囲内にある。この場合には、抵抗１４３および１４４より分圧されたＢ点の電圧は、トランジスタ１４２を導通させるに充分な電圧となっている。従って、Ｃ点の電位は低い値となり、トランジスタ１４１のエミッタ・ベース間、抵抗１４５、トランジスタ１４２および抵抗１４６を経由してベース電流が流れ、トランジスタ１４１が導通状態を保つ。
そして、例えば、負荷１２０がショートして過大な負荷電流が流れると、２次電池である電池パック１１０の特性により、その出力電圧すなわちＡ点の電圧が、負荷電流の大きさに応じて指数関数的に低下する。このＡ点の電圧が所定値以下になると、あらかじめ設定されている分圧抵抗１４３および１４４の抵抗比によって、Ｂ点の電圧がトランジスタ１４２を導通する最小電圧を下回ることになる。
従って、Ｃ点の電位が高くなりトランジスタ１４１がオフとなって、負荷電流が流れなくなる。すなわち、Ｃ点の電位を、過負荷状態を示す過負荷信号とみなすことができる。
このように、負荷１２０のショート状態を温度上昇により検出せず、電気的に検出するので、過大電流に対して瞬時に対応することができるのである。従って、特許文献１に記載の保護装置によれば、ショートによる火花の発生を防止できるとともに、電池パックの内部にスイッチを設けずとも、電池パックの保護が可能となるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年では、特許文献１等の出願当時には、無線機等には使用されていなかった容量・出力ともに大きな蓄電池（２次電池）、例えば、リチウムイオン（Li-ion）電池が開発されて実用化されて、無線機等にも使用されるようになってきた。
そのため、保護装置も高速且つ確実に動作し、より安全なものが要求されるようになってきた。
特に、リチウムイオン電池では、電流容量が大きいため、負荷がショートしてから極めて短時間のうちに電流が増加して大電流が流れ、火花が発生しやすくなっている。
そのため、負荷がショートしたことを速やかに検出して、電流が増加して火花が発生する前に、具体的には数百ナノ秒程度の極短時間のうちに負荷へ流れる電流を遮断する必要がある。
しかし、特許文献１に記載の保護装置ではそのような高速化に充分対応できないので、より高速動作が可能な保護装置が要求されるようになっている。
そこで、本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって、負荷が短絡（ショート）した場合の過電流を極めて短時間で制限することによって、火花の発生を防止するとともに、確実に電池パックを保護することのできる過電流保護回路を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる過電流保護回路の請求項１においては、
負荷がショートしたときに電池パックを保護する過電流保護回路において、
蓄電池パックのプラス極と負荷とが蓄電池パックの内部抵抗を介して接続されており、
ソースが蓄電池パックのマイナス極に接続され、ドレインが負荷に接続され、ゲートが第１の抵抗を介して蓄電池パックのプラス極に接続されたＦＥＴと、
前記抵抗に並列接続されたコンデンサと、
入力端子は第２の抵抗を介して前記ＦＥＴのドレインに接続され、出力トランジスタのエミッタは前記ＦＥＴのソースに接続され、出力トランジスタのコレクタは前記ＦＥＴのゲートに接続されているオープンコレクタ型の出力トランジスタを含んだ増幅用複合回路と、
を備え、
負荷がショートして電池パックの出力電圧が急激に低下したとき、
極めて短時間で、その出力電圧の変化を前記コンデンサを介して前記ＦＥＴのゲートに伝えて前記ＦＥＴによる電流制限を作動させ、
前記ＦＥＴによる電流制限によって前記増幅用複合回路の出力トランジスタをオン状態にし、
前記増幅用複合回路の出力トランジスタをオン状態にすることによって前記ＦＥＴをオフ状態にして、負荷に流れる電流を遮断するように構成した。
請求項２では、
電池パックと負荷との間に、請求項１に記載の過電流保護回路を２段に配置し、１段目の過電流保護回路のＦＥＴのソースと、２段目の過電流保護回路のＦＥＴのドレインとを接続した。
請求項３では、
請求項２に記載の過電流保護回路に含まれるそれぞれの増幅用複合回路の出力トランジスタのエミッタを蓄電池パックの隣に接続される過電流保護回路のＦＥＴのソースに接続し、過電流保護回路に含まれるぞれぞれの増幅用複合回路の入力端子を第２の抵抗を介して負荷の隣に接続される過電流保護回路のＦＥＴのドレインに接続した。
請求項４では、
請求項１乃至３の過電流保護回路の増幅用複合回路を単体のトランジスタで構成した。
請求項５では、
請求項１の過電流保護回路のＦＥＴのゲートとソース間にツェナーダイオードをさらに備えた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる過電流保護回路を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１において、
１は例えばリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池を用いた蓄電池パック（定格出力電圧＝７．２Ｖ）である。２は例えば無線機等の負荷である。
３は本発明にかかる過電流保護回路であり、以下のように回路構成されている。
Ｑ１は前記蓄電池パック１のマイナス極と負荷２のマイナス極との間に挿入されたＦＥＴである。５は前記ＦＥＴのゲートとソースとに並列接続されたツェナーダイオード（Ｖｚ＝５．６Ｖ）、Ｒ１は前記蓄電池パック１のプラス極と前記ＦＥＴのゲート間に挿入された第１の抵抗、Ｃは前記第１の抵抗Ｒ１に並列接続されたコンデンサである。前記第１の抵抗Ｒ１とコンデンサＣとの並列回路を介して、前記ＦＥＴのゲートは蓄電池パックのプラス極に接続されている。
なお、前記蓄電池パック１のプラス極は前記負荷２と接続されている。
【０００９】
Ｑ２はオープンコレクタ型の出力トランジスタを含んだ増幅用複合回路であり、入力端子は第２の抵抗Ｒ２を介して前記ＦＥＴのドレインに接続され、接地端子となる出力トランジスタのエミッタは前記ＦＥＴのソースに接続され、出力トランジスタのコレクタは前記ＦＥＴのゲートに接続されている。
なお、Ｒは前記蓄電池パック１の内部抵抗を表している。
【００１０】
前記第１の抵抗Ｒ１と前記コンデンサＣとの並列回路は、負荷電圧の変化を極めて短時間に前記ＦＥＴのゲートに伝えるように設定されている。例えば、第１の抵抗Ｒ１は４７０ＫΩ、コンデンサＣは０．１１μＦに設定されている。
なお、蓄電池パック１としては種々の２次電池を使用することができ、さらには、蓄電池パック１に代えて１次電池を使用した電池パックも使用できる。そして、電池単体で使用する場合も電池パックに含むものとする。
【００１１】
上記構成の過電流保護回路において、
定常状態においては、前記ＦＥＴのゲート電圧が５Ｖ以上となっているので、ＦＥＴはオン状態となり、負荷２には、蓄電池パック１の電圧が正常に印加される。
負荷がショートした場合には、負荷２へ例えば２０Ａ以上の過負荷電流が瞬間的に流れるので、蓄電池パック１の内部抵抗Ｒによる電圧降下のため、蓄電池パック１の出力電圧は３Ｖ程度急激に低下する。
蓄電池パック１の出力電圧の急激な変化は、コンデンサＣと第１の抵抗Ｒ１の並列回路によって極めて短時間に前記ＦＥＴのゲートに伝えられるので、前記ＦＥＴのゲート電圧は２Ｖ程度まで低下する。
【００１２】
前記ＦＥＴのゲートのゲート電圧が低下することによって前記ＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値が増加するので、負荷に流れる過負荷電流が制限される。
前記ＦＥＴのソース・ドレイン間の抵抗値が増加することによって、前記ＦＥＴの内部抵抗による電圧降下が増加して前記増幅用複合回路Ｑ２の入力端子の電圧が上昇する。
従って、増幅用複合回路Ｑ２の出力トランジスタがオン状態となり、前記ＦＥＴのゲート電圧はドレイン電圧と同じ０Ｖとなる。従って、前記ＦＥＴはオフ状態となり、負荷には電流が流れなくなる。
このようにして、過負荷電流を極めて短時間で制限するので、火花の発生を防止するとともに、確実に電池パックを保護できるのである。
【００１３】
以上のようにして、コンデンサＣを含んだ並列回路によって負荷電圧の変化を極めて短時間に前記ＦＥＴのゲートに伝えて、一旦前記ＦＥＴによる電流制限を作動させるのである。
そして、電流が制限されることによって、入力端子の電圧が上昇するので、増幅用複合回路Ｑ２の出力トランジスタがオン状態になる。
続いて、増幅用複合回路Ｑ２がオン状態となることによって前記ＦＥＴがオフ状態となって、電流を遮断するのである。
【００１４】
負荷のショートが解除されると、入力端子の電圧が０Ｖ近くまで低下するので、増幅用複合回路Ｑ２の出力トランジスタはオフ状態となり、前記ＦＥＴのゲート電圧が上昇し、前記ＦＥＴはオン状態となり、定常状態に復帰する。
【００１５】
このようにして、図１に示した過電流保護回路３によれば、負荷２がショートした場合には極短時間のうちに過負荷電流を遮断するので、電池パックを保護するとともに、火花の発生を防止することができる。従って、所定の防爆規格を満足する電子機器を構成することが容易となる。
【００１７】
なお、第１の抵抗Ｒ１とコンデンサＣとで構成された並列回路の定数は種々の定数を選定することができる。
そして、増幅用複合回路Ｑ２に代えて単体のトランジスタを使用して構成することもできる。この増幅用複合回路Ｑ２は、前記ＦＥＴにおける電圧降下が増加したときにオン状態となって、前記ＦＥＴをオフ状態に移行させる機能を備えた回路もしくは素子であればよい。
【００１８】
また、図２、３に示したように、
上記構成の過電流保護回路３、３を２段に配置し、１段目の過電流保護回路のＦＥＴのソースと、２段目の過電流保護回路のＦＥＴのドレインとを接続し、負荷の隣に接続される過電流保護回路のＦＥＴのドレインのみを負荷に接続し、蓄電池パックの隣に接続されるＦＥＴのソースのみを蓄電池パックのマイナス極に接続する構成とすることもできる（図２参照）。あるいは、上述のように２段配置された過電流保護回路に含まれるそれぞれの増幅用複合回路の出力トランジスタのエミッタを蓄電池パックの隣に接続される過電流保護回路のＦＥＴのソースに接続し、過電流保護回路に含まれるぞれぞれの増幅用複合回路の入力端子を第２の抵抗を介して負荷の隣に接続される過電流保護回路のＦＥＴのドレインに接続する構成とすることができる（図３参照）。これらの構成とすることによって、何れか一方の回路の故障による動作不良が発生しても確実に負荷電流を遮断することが可能となり、より高度な防爆規格を満足する電子機器を構成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の過電流保護回路によれば、負荷がショートしてから極めて短時間にＦＥＴによる電流制限を開始するので、極めて短時間で負荷に流れる電流を制限することができるので火花の発生を防止することができ、電流制限を開始したことによって増幅用複合回路の出力トランジスタをオン状態にし、それによって前記ＦＥＴをオフ状態にすることによって電流を遮断することができる。つまり、電池パックの過負荷電流を極めて短時間で制限することと、火花の発生を防止することが可能となり、少ない部品点数で高速動作する過電流保護回路を提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる過電流保護回路の実施の形態の回路構成図である。
【図２】別の実施形態の回路構成図である。
【図３】さらに別の実施形態の回路構成図である。
【図４】従来例の回路構成図である。
【符号の説明】
１  蓄電池パック、電池パック
２  無線機、負荷
３  過電流保護回路
Ｑ１  ＦＥＴ
５  ツェナーダイオード
Ｒ１  第１の抵抗
Ｃ  コンデンサ
Ｑ２  オープンコレクタ型の出力トランジスタを含んだ増幅用複合回路
【図１】
0004088558.tif 000002
【図２】
0004088558.tif 000003
【図３】
0004088558.tif 000004
【図４】
0004088558.tif 000005