(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不感応時間設定コンデンサと、前記コンデンサの充電を行う電流源と、前記コンデンサの放電を行うトランジスタと、前記コンデンサの両端の電圧を所定の不感応時間設定電圧と比較する比較手段とを備えた電源監視ＩＣにおいて、
ダイオードの順方向電圧によってオフセットを前記不感応時間設定電圧に加えたことを特徴とする電源監視ＩＣ。
【請求項２】
前記トランジスタはダーリントン接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源監視ＩＣ。
【請求項３】
第１の電流源をスイッチング素子を介してダーリントン接続されたトランジスタのベースに接続し、前記トランジスタのコレクタ側に第２の電流源を接続し、前記トランジスタのコレクタ側と所定の定電圧の間にコンデンサを接続し、更に比較器を設け、前記比較器の一方の入力端子を前記トランジスタのコレクタ側に接続し、他方の入力端子に所定の不感応時間設定電圧を入力し、その不感応時間設定電圧に前記コンデンサの放電時における前記トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧と同じ電圧をダイオードの順方向電圧によって加えることを特徴とする電源監視ＩＣ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の電源監視ＩＣを用いて電池の監視を行い、その監視結果によって前記電池に直列となるように接続されたスイッチング素子をオン／オフ制御することを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【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電圧の監視を行う電源監視ＩＣ（Integrated Circuit）に関し、特にコンデンサを使用することにより不感応時間を設定して制御信号を出力する電源監視ＩＣに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電源監視ＩＣの不感応回路について説明する。電源監視ＩＣはリチウムイオン電池等の電池の電圧を監視し、電池が過充電状態や過放電状態とならないように制御する。電源監視ＩＣは電池の電圧を監視し、過充電電圧よりも高くなると制御信号を出力することにより、例えば電池に直列に接続したスイッチング素子をオフすることにより電池の使用を禁止する。リチウムイオン電池の場合、過充電電圧は例えば４．２Ｖである。
【０００３】
しかし、図４に示すように過充電電圧ＶＨ近くに充電された電池電圧（検出電圧）がノイズ等のために一時的に高くなって過充電電圧ＶＨを越えてしまう場合、すぐに反応して制御信号が出力されると誤検出となり、電池電圧をＶＨ近くまで充分に充電することができなくなり、電池の使用時間が短くなってしまう。そこで、従来では図３に示すような不感応時間設定回路を用いて、不感応時間を設定する。そして、検出電圧が過充電電圧より高い状態が不感応時間継続したときに制御信号を出力するようにする。これにより、誤検出を防止する。
【０００４】
図３において、定電流源１がスイッチング素子２を介してトランジスタ３ｃのベースに接続される。スイッチング素子２にはスイッチング用のトランジスタ等が使用される。トランジスタ３ｃのエミッタが接地される。トランジスタ３ｃのコレクタ側に定電流源４が接続される。
【０００５】
トランジスタ３ｃのコレクタ側とグランドの間に不感応時間設定コンデンサ５が接続される。また、コンデンサ５の電圧を検出するために比較器６の非反転入力端子（＋）がトランジスタ３ｃのコレクタ側に接続される。比較器６の反転入力端子（−）にはグランドレベルより不感応時間設定電圧Ｖｒｅｆだけ高い電圧が入力される。
【０００６】
上記構成により、電源監視ＩＣが検出した電池電圧が過充電電圧より高くなると、スイッチング素子２をオフしてトランジスタ３ｃをオフ状態とする。定電流源４からの電流Ｉ２がコンデンサ５に送られて充電を行う。これにより、コンデンサ５の電圧Ｖｃが図５に示すように直線的に増加する。比較器６は電圧Ｖｃと所定の不感応時間設定電圧Ｖｒｅｆを比較して電圧ＶｃがＶｒｅｆより高ければハイレベルの信号Ｓ２を出力する。一方、低ければローレベルを出力する。
【０００７】
図５に示すように不感応時間より短い時間で検出電圧が過充電電圧ＶＨより低くなると、リセット信号Ｓ１によりスイッチング素子２をオンして電流Ｉ１をトランジスタ３ｃに供給する。これにより、コレクタ電流β・Ｉ１（ただし、βはトランジスタ３ｃの電流増幅度）が流れ、コンデンサ５の放電が行われる。このように、ノイズ等のために一時的に検出電圧が過充電電圧より高くなっても、比較器６から信号Ｓ２が出力されなくなる。
【０００８】
一方、図６に示すように検出電圧が過充電電圧よりも高い状態を期間Ｔ１以上継続すると、電圧Ｖｃが高くなり電圧Ｖｒｅｆより高くなったところで信号Ｓ２が出力され、電源監視ＩＣより制御信号が出力される。この期間Ｔ１が不感応時間であり、次式で表される。
Ｔ１＝Ｃ・（Ｖｒｅｆ−Ｖｓａｔ）／Ｉ２
≒Ｃ・Ｖｒｅｆ／Ｉ２
（ただし、Ｃはコンデンサ５の静電容量である。Ｖｓａｔはコンデンサ５の放電時におけるトランジスタ３ｃのコレクタ−エミッタ間電圧であり、Ｖｓａｔ≒０である）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電源監視ＩＣ（図３参照）では図５の波形図を拡大した図７に示すように、コンデンサの放電には時間Ｔ２を要し、この期間Ｔ２を充電期間Ｔ１の数１００〜数１０００分の１の短時間にすることは難しかった。そのため、例えば携帯電話のように高周波クロックを内蔵しているような機器では、高周波の連続ノイズのために検出電圧が図８に示すような状態となる場合がある。このとき、充分に放電されないままコンデンサ５の充電が開始されるので徐々に電圧Ｖｃが高くなり、ついには時点ｔ１で電圧Ｖｒｅｆに到達する。これにより、比較器６（図３参照）からハイレベルの信号Ｓ２が出力される。このように、高周波ノイズは誤動作の原因となる。
【００１０】
このような誤検出を防止するため、図９に示すように放電能力を高めて期間Ｔ２（図７参照）を短くすることが必要であるが、上記従来の電源監視ＩＣでは、トランジスタ３ｃのコレクタ電流β・Ｉ１で放電を行っているため、放電能力を増大させようとすれば、電流Ｉ１を増やさなければならない。その場合には電源監視ＩＣの消費電流が増大するという問題があった。この電源監視ＩＣは電池からの電流によって監視を行うので、消費電流の増大は問題となる。
【００１１】
また、電圧Ｖｓａｔは温度に依存する性質があり、素子のばらつきや温度特性により不感応時間の設定が不正確となる問題もあった。
【００１２】
本発明は上記課題を解決し、回路の消費電流の増大及び不感応時間のばらつきを抑えながら、不感応時間設定コンデンサの放電を行う能力を増大させることにより高周波の連続ノイズによる誤動作を防止する電源監視ＩＣを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の構成では、不感応時間設定コンデンサと、前記コンデンサの充電を行う電流源と、前記コンデンサの放電を行うトランジスタと、前記コンデンサの両端の電圧を所定の不感応時間設定電圧と比較する比較手段とを備えた電源監視ＩＣにおいて、ダイオードの順方向電圧によってオフセットを前記不感応時間設定電圧に加えている。
【００１４】
このような構成によると、電源監視ＩＣは電池の監視を行い、例えば電池の電圧が所定の過充電電圧よりも高くなると、スイッチング素子等を用いて上記トランジスタをオフ状態とし、上記電流源を用いてコンデンサの充電を行う。これにより、コンデンサの電圧を徐々に高くして比較器等の比較手段で不感応設定時間電圧と比較する。不感応時間が経過するとコンデンサの電圧が不感応設定時間電圧よりも高くなり、比較手段より信号が出力される。この信号により電源監視ＩＣは例えば電池に直列に接続されたスイッチング素子をオフして電池の使用を禁止する。
【００１５】
また、ノイズ等のために検出した電圧が一時的に過充電電圧よりも高くなった場合には、上記トランジスタによりコンデンサの放電を行う。これにより、不感応時間よりも短い期間、過充電電圧よりも高くなっても比較手段から信号が出力されない。更に、不感応設定時間電圧にダイオードによってオフセットを加えることにより、トランジスタの温度特性をキャンセルすることができるので不感応時間のばらつきを抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の構成では、上記第１の構成において、前記トランジスタがダーリントン接続されている。
【００１７】
このような構成によると、トランジスタがダーリントン接続されていることにより、コンデンサの放電を行う能力が高くなっている。また、トランジスタのベース電流を小さくしても放電の能力が高いので、電源監視ＩＣの消費電流を小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明の第３の構成では、第１の電流源をスイッチング素子を介してダーリントン接続されたトランジスタのベースに接続し、前記トランジスタのコレクタ側に第２の電流源を接続し、前記トランジスタのコレクタ側と所定の定電圧の間にコンデンサを接続し、更に比較器を設け、前記比較器の一方の入力端子を前記トランジスタのコレクタ側に接続し、他方の入力端子に所定の不感応時間設定電圧を入力し、その不感応時間設定電圧に前記コンデンサの放電時における前記トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧と同じ電圧をダイオードの順方向電圧によって加えている。
【００１９】
このような構成によると、電源監視ＩＣは監視している電池の電圧を監視し、例えば過充電電圧より高ければトランジスタ等のスイッチング素子をオフしてコンデンサの充電を行い、一方、低くなればスイッチング素子をオンしてコンデンサの放電を行う。これにより、上記構成と同様に不感応時間が設定される。尚、コンデンサに接続する前記所定の定電圧は例えばグランドレベルである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１に示す。図１は本実施形態の電源監視ＩＣの不感応時間設定回路の回路図である。尚、図１において図３と同一の部分については同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【００２１】
定電流源１がスイッチング素子２を介してダーリントン接続されたトランジスタ３のベースに接続される。スイッチング素子２には例えばスイッチング用のトランジスタが使用される。トランジスタ３のエミッタが接地される。トランジスタ３のコレクタ側に定電流源４が接続される。トランジスタ３のコレクタ側とグランドの間に不感応時間設定コンデンサ５が接続される。
【００２２】
また、コンデンサ５の電圧を検出するために比較器６の非反転入力端子（＋）がトランジスタ３のコレクタ側に接続される。比較器６の反転入力端子（−）には定電流源８からの電流Ｉ３によって抵抗Ｒ１での電圧降下で与えられる不感応時間設定電圧Ｖｒｅｆが入力される。また、抵抗Ｒ１に直列にダイオード化したトランジスタ７を順方向に挿入する。トランジスタ７のエミッタが接地され、ベース及びコレクタが抵抗Ｒ１に接続される。
【００２３】
次に電源監視ＩＣの動作を説明する。定電流源１より電流Ｉ１が出力される。スイッチング素子２はリセット信号Ｓ１によりオン／オフ制御される。スイッチング素子２がオンのときダーリントン接続されたトランジスタ３により、トランジスタ３のコレクタ電流がβ2・Ｉ１となる。
【００２４】
上記従来の回路（図３）ではトランジスタ３ｃのコレクタ電流はβ・Ｉ１であったが、本実施形態ではβ2・Ｉ１となるので放電能力が増大している。そのため、図９に示すように高周波の連続ノイズによってもコンデンサ５に電荷が蓄積されなくるので誤検出による誤動作が防止される。また、放電能力が増大しているため、電流Ｉ１を小さくすることができる。これにより、電源監視ＩＣの消費電流を小さくすることができる。
【００２５】
更に、不感応時間設定電圧Ｖｒｅｆにトランジスタ７によってオフセットΔＶｆ２が加えられている。ただし、ΔＶｆ２≒ΔＶｆ１＋Ｖｓａｔである。ΔＶｆ１はコンデンサ５の放電時におけるトランジスタ３ａのベース−エミッタ間電圧である。Ｖｓａｔはコンデンサ５の放電時におけるトランジスタ３ｂのコレクタ−エミッタ間電圧である。これにより、コンデンサ５で設定される不感応時間Ｔ１は次式で表される。
0003753492.tif 000002
（ただし、Ｃはコンデンサ５の静電容量である）
【００２６】
ΔＶｆ２≒ΔＶｆ１＋Ｖｓａｔでオフセットがキャンセルされるので、上記従来の電源監視ＩＣ（図３）と同じ不感応時間Ｔ１≒Ｃ・Ｖｒｅｆ／Ｉ２が設定される。また、トランジスタ７とトランジスタ３は素子のばらつきを互いにキャンセルし、温度特性もキャンセルする効果があるので、不感応時間のばらつきが抑制される。尚、不感応時間は数十ミリ秒〜数秒程度で自由に設定できる。
【００２７】
次に図２を用いて上記不感応時間設定回路（図１参照）を電源監視ＩＣ１０に組み込んだリチウムイオン電源装置（以下「電池パック」という）１１について説明する。図２は電池パック１１の回路図である。リチウムイオン電池１５は過充電状態となると発煙等の危険があるため、電源監視ＩＣ１０で電池１５の電圧を監視して過充電状態とならないようにしている。
【００２８】
電池１５の高電位側が端子Ｔ１及びＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）１２のソースに接続される。そして、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレインが（＋）端子１３に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１２のゲートは電源監視ＩＣ１０の端子Ｔ３に接続され、電源監視ＩＣ１０によりオン／オフ制御される。ＭＯＳＦＥＴ１２はスイッチング素子である。電池１５の低電位側が端子Ｔ２及び（−）端子１４に接続される。
【００２９】
電源監視ＩＣ１０の内部において、端子Ｔ１、Ｔ２に抵抗Ｒ２とＲ３を直列に接続した回路が接続される。抵抗Ｒ２とＲ３の接続中点が比較器１９の非反転入力端子（＋）に接続される。比較器１９の反転入力端子（−）にはグランドレベルよりも電圧Ｖａだけ高い電圧が入力される。比較器１９の出力側がトランジスタ２０のベースに接続される。トランジスタ２０のエミッタは接地され、コレクタは定電流源１に接続される。トランジスタ２０のコレクタ側がダーリントン接続されたトランジスタ３のベースに接続される。
【００３０】
トランジスタ３のエミッタが接地される。トランジスタ３のコレクタが定電流源４に接続される。トランジスタ３のコレクタ側とグランドの間に不感応時間設定コンデンサ５が接続される。また、比較器６の非反転入力端子（＋）がトランジスタ３のコレクタ側に接続される。比較器６の反転入力端子（−）には定電流源８からの電流Ｉ３によって抵抗Ｒ１での電圧降下で与えられる不感応時間設定電圧Ｖｒｅｆが入力される。また、抵抗Ｒ１に直列となるように、ダイオード化したトランジスタ７を挿入する。
【００３１】
比較器６の出力側がバッファ回路２１に接続される。バッファ回路２１は比較器６よりハイレベルの信号を入力すると端子Ｔ３に接続されたＭＯＳＦＥＴ１２をオフするように制御信号を出力する。尚、図２において図１と同一の部分について同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【００３２】
このような構成により、電池１５の放電時には電池パック１１は（＋）端子１３及び（−）端子１４に接続された携帯電話やパーソナルコンピュータ等の機器に電力を供給する。また、充電時には電池パック１１は（＋）端子１３及び（−）端子１４に接続された直流電源から電流を電池１５に送る。
【００３３】
比較器１９で電池１５の電圧が過充電電圧より高いかどうか判断する。過充電電圧は前述のように例えば４．２Ｖである。電池１５の電圧が過充電電圧より高くなると比較器１９の出力はハイレベルとなり、トランジスタ２０をオンする。これにより定電流源１からの電流Ｉ１はトランジスタ２０側に流れ、ダーリントン接続されたトランジスタ３に流れなくなる。そのため、定電流源４からの電流Ｉ２がコンデンサ５に流れ込み、コンデンサ５の充電を行う。
【００３４】
そして、前述したように電池１５の電圧が過充電電圧より高い状態を不感応時間継続していれば、比較器６の出力がハイレベルとなる。そして、この比較器６からの信号によりバッファ回路２１が制御信号を出力してＭＯＳＦＥＴ１２をオフし、電池１５の使用を禁止する。
【００３５】
また、電源監視ＩＣ１０には電池１５の過充電電圧の検出だけでなく、過放電電圧や過電流を検出するようにしてもよい。リチウムイオン電池の場合、過放電電圧は例えば２．２Ｖである。そして、電池１５の電圧を検出し、過放電電圧より低くなったときに電池１５と直列となるように挿入されたＭＯＳＦＥＴをオフして電池１５の使用を禁止する。
【００３６】
過電流を検出するには例えばＭＯＳＦＥＴ１２を使用してＭＯＳＦＥＴ１２の電圧降下から電流を検出し、所定の電流値より大きくなれば、電池１５と直列となるように挿入されたＭＯＳＦＥＴをオフして過電流を防止する。尚、コンデンサ５は電源監視ＩＣ１０に内蔵又は外付けのいずれでもよい。また、ＭＯＳＦＥＴ１２はＮチャネルＭＯＳＦＥＴを（−）端子側（Ａで示す位置）に設けるようにしてもよい。更に、電池パック１１は複数のリチウムイオン電池の電圧をそれぞれ監視して制御するものでも、同様な構成を複数並列に設けることによって対応できる。
【００３７】
【発明の効果】
＜請求項１の効果＞
上述のように、本発明によれば、不感応時間設定電圧にコンデンサの放電を行うときのトランジスタの電圧と同電圧のオフセットを例えばダイオード化したトランジスタで加えることにより、トランジスタの素子のばらつきを互いにキャンセルする。また、温度特性をキャンセルするので、設定した不感応時間のばらつきが小さくなる。
【００３８】
＜請求項２の効果＞
ダーリントン接続されたトランジスタでコンデンサの放電を行うことにより、放電能力が増大する。これにより、高周波の連続ノイズによる誤動作が防止される。また、電源監視ＩＣの消費電流を小さくすることもできる。
【００３９】
＜請求項３の効果＞
上記効果と同じく、不感応時間のばらつきが抑制され、消費電流も小さくすることができる。また、放電能力の増大により、高周波の連続ノイズによる誤動作が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の不感応時間設定回路の回路図。
【図２】  その不感応時間設定回路を組み込んだ電池パックの回路図。
【図３】  従来の電源監視ＩＣにおける不感応時間設定回路の回路図。
【図４】  不感応時間を設定しないときの検出電圧と制御信号の関係を示す波形図。
【図５】  不感応時間を設定したときのノイズによる検出電圧と電圧Ｖｃの関係を示す波形図。
【図６】  その不感応時間経過後に制御信号を出力する例を示す波形図。
【図７】  図５を拡大した波形図。
【図８】  高周波の連続ノイズによる誤検出の例を示す波形図。
【図９】  放電能力が高いときに誤検出が防止されることを示す波形図。
【符号の説明】
１、４、８    定電流源
２    スイッチング素子
３    ダーリントン接続されたトランジスタ
５    不感応時間設定コンデンサ
６    比較器
７    ダイオード化したトランジスタ
１０    電源監視ＩＣ
１１    電池パック
１２    ＭＯＳＦＥＴ
１３    （＋）端子
１４    （−）端子
１５    リチウムイオン電池
１９    比較器
２０    トランジスタ
２１    バッファ回路
Ｒ１〜Ｒ３    抵抗
Ｔ１〜Ｔ３    端子
【図１】
0003753492.tif 000003
【図２】
0003753492.tif 000004
【図３】
0003753492.tif 000005
【図４】
0003753492.tif 000006
【図５】
0003753492.tif 000007
【図６】
0003753492.tif 000008
【図７】
0003753492.tif 000009
【図８】
0003753492.tif 000010
【図９】
0003753492.tif 000011