JP6088289B2 - 充放電制御回路及びバッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、充電器の逆接続を検知する充放電制御回路及びバッテリ装置に関し、特に、充電器を逆に接続したとき充放電制御回路及びバッテリ装置が破壊される事を防止する充放電制御回路及びバッテリ装置に関する。

現在、様々な携帯型電子機器が、普及している。これらの携帯型電子機器は、通常、バッテリを搭載したバッテリ装置によって駆動されている。図４に、従来の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図を示す。従来の充放電制御回路及びバッテリ装置は、過充電検出回路４１１と、過放電検出回路４１２と、過電流検出回路４１３と、遅延回路４１５と、論理回路４１７と、充電器逆接続検出回路１０６と、ＶＤＤ端子１１１と、ＶＳＳ端子１１２と、ＤＯ端子１１３と、ＣＯ端子１１４と、ＶＭ端子１１５と、外部端子１２０、１２１と、二次電池１０１と、充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８と、放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７と、抵抗１０４を備えている。

充電器の正極端子が外部端子１２１に接続され、充電器の負極端子が外部端子１２０に接続された充電器逆接続状態になると、ＶＭ端子１１５及び外部端子１２１の電圧は、通常、接地電圧付近であるが、二次電池１０１の電圧である電源電圧付近になる。ＶＭ端子１１５の電圧が所定電圧になると、充電器逆接続検出回路１０６は充電器逆接続を検出して論理回路４１７に信号を出力し、論理回路４１７はＨｉｇｈ及びＬｏを充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８及び放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７のゲートにそれぞれ出力する。この時、充電器逆接続が検出されてからハイ信号及びロー信号が出力されるまでの間に遅延時間は存在しない。充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８がオンして電流を流し、放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７がオフして寄生ダイオードによる充電電流だけを流し、充電器逆接続検出回路１０６は二次電池１０１の放電を停止させる。
こうして、充電器逆接続状態になったとき二次電池１０１の放電を停止させる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２４７１００号公報

しかしながら従来の充放電制御回路及びバッテリ装置では、充電器の逆接続を検出し二次電池の放電を停止後、ＶＭ端子１１５から寄生ダイオードを介してＶＤＤ端子１１１に電流が流れるという課題があった。

充電器逆接続を検出して放電が停止すると、ＶＭ端子１１５の電圧は二次電池の電圧に充電器の電圧が加算された値となり、ＶＤＤ端子１１１の電圧よりもＶＭ端子１１５の電圧の方が高くなる。そして、ＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１へ接続されている寄生ダイオードにより、ＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１へ向かって電流が流れる。この電流は、ＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１、外部端子１２０へ流れる。この電流をＩｖｍとし、二次電池の電圧をＶｂａｔ、ＶＤＤ端子１１１から外部端子１２０間の抵抗値をＲ１、充放電制御回路のＶＤＤ端子１１１とＶＳＳ端子１１２の耐圧をＶｍａｘとすると、充放電制御回路のＶＤＤ端子１１１とＶＳＳ端子１１２間には、Ｖｂａｔ＋Ｉｖｍ×Ｒ１の電圧が掛かる。
この時に、（Ｖｂａｔ＋Ｉｖｍ×Ｒ１）＞Ｖｍａｘとなると、充放電制御回路に耐圧以上の電圧が掛かることになる。

本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、充電器逆接続時、ＶＭ端子から寄生ダイオードを介してＶＤＤ端子に電流が流れることを防止できるので、安全性の高い充放電制御回路及びバッテリ装置を実現するものである。

従来の課題を解決するために、本発明の充放電制御回路及びバッテリ装置は以下のような構成とした。
充電器逆接続検出回路からの充電器逆接続を検出した検出信号を受けてオンするスイッチ回路を備え、電源端子から接地端子に電流を流す消費電流増加回路を備えた充放電制御回路。また、その充放電制御回路を備えたバッテリ装置。

本発明の充放電制御回路及びバッテリ装置は、充電器逆接続を検出した後、ＶＤＤ端子から流れ出す電流を減少させることで、充放電制御回路のＶＤＤ端子とＶＳＳ端子間の電圧上昇を防ぐことができ、充放電制御回路に耐圧以上の電圧が掛かることを防止する事ができる。従って、バッテリ装置の安全性が向上させることができる。

第一の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図である。 第二の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図である。 第三の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図である。 従来の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図である。

以下、本実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置について、図面を参照して説明する。
＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図である。

第一の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置は、二次電池１０１と、抵抗１０２、１０４と、容量１０３と、放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７と、充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８と、充放電制御回路１００と、外部端子１２０、１２１で構成されている。充放電制御回路１００は、制御回路１０５と、充電器逆接続検出回路１０６と、消費電流増加回路１３０と、ＶＤＤ端子１１１と、ＶＳＳ端子１１２と、ＤＯ端子１１３と、ＣＯ端子１１４と、ＶＭ端子１１５で構成されている。消費電流増加回路１３０はスイッチ回路１３１で構成されている。

二次電池１０１は、正極は外部端子１２０と抵抗１０２に接続され、負極は容量１０３とＶＳＳ端子１１２と放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７のソース及びバックゲートに接続される。抵抗１０２のもう一方の端子は容量１０３のもう一方の端子とＶＤＤ端子１１１に接続される。放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７は、ゲートはＤＯ端子１１３に接続され、ドレインは充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８のドレインに接続される。充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８は、ゲートはＣＯ端子１１４に接続され、ソース及びバックゲートは外部端子１２１と抵抗１０４に接続される。抵抗１０４のもう一方の端子はＶＭ端子１１５に接続される。制御回路１０５は、第一の入力はＶＤＤ端子１１１に接続され、第二の入力はＶＳＳ端子１１２に接続され、第三の入力はＶＭ端子１１５に接続され、第四の入力は充電器逆接続検出回路１０６の第一の出力に接続され、第一の出力はＤＯ端子１１３に接続され、第二の出力はＣＯ端子１１４に接続される。スイッチ回路１３１は、一方の端子はＶＤＤ端子１１１に接続され、もう一方の端子はＶＳＳ端子１１２に接続される。充電器逆接続検出回路１０６は、入力はＶＭ端子１１５に接続され、第二の出力はスイッチ回路１３１に接続されオンオフを制御する。

第一の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子１２０に充電器の正極、外部端子１２１に充電器の負極が接続され二次電池１０１を充電し、二次電池１０１の電圧が高くなり所定電圧以上になると、制御回路１０５は過充電状態を検出しＣＯ端子１１４にＬｏの信号を出力する。そして、充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８をオフさせ二次電池１０１への充電を停止させる。

外部端子１２０と１２１間に負荷が接続され二次電池１０１の電圧が低くなり所定電圧以下になると、制御回路１０５は過放電状態を検出しＤＯ端子１１３にＬｏの信号を出力する。そして、放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７をオフさせ二次電池１０１からの放電を停止させる。

外部端子１２０と１２１間に異常な放電電流が流れると、ＶＭ端子１１５の電圧が上昇し制御回路１０５で放電過電流状態を検出する。そして、ＤＯ端子１１３にＬｏの信号を出力して放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７をオフさせ、二次電池１０１から異常な放電電流が流れる事を停止させる。

外部端子１２０と１２１間に異常な充電電流が流れると、ＶＭ端子１１５の電圧が下降し制御回路１０５で充電過電流状態を検出する。そして、ＣＯ端子１１４にＬｏの信号を出力して充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８をオフさせ、二次電池１０１から異常な充電電流が流れる事を停止させる。

外部端子１２０に充電器の負極、外部端子１２１に充電器の正極が接続され、即ち、充電器を逆に接続した充電器逆接続状態の場合、ＶＭ端子１１５及び外部端子１２１の電圧は、二次電池１０１の電圧である電源電圧付近になる。さらに、ＶＭ端子１１５の電圧が所定電圧になると、充電器逆接続検出回路１０６は充電器逆接続状態を検出して制御回路１０５に信号を出力し、制御回路１０５からＣＯ端子１１４にＨｉｇｈの信号をＤＯ端子１１３にＬｏの信号を出力させる。こうして、充電器逆接続状態の時充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０８をオンさせ充電電流だけ流し、放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ１０７をオフさせ寄生ダイオードにより充電電流だけを流し放電電流を止め二次電池１０１の放電を停止させる。

同時に、充電器逆接続検出回路１０６は充電器逆接続を検出して、消費電流増加回路１３０のスイッチ回路１３１をオンさせ、ＶＤＤ端子１１１からＶＳＳ端子１１２へ流れる消費電流を増加させる。ＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１には、ＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１を順方向にする寄生ダイオード１１０が存在する。充電器逆接続を検出して放電が停止すると、ＶＭ端子１１５の電圧は、二次電池１０１の電圧に充電器電圧が加算された値となり、ＶＤＤ端子１１１よりもＶＭ端子１１５の方が高くなる。よって、ＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１へ接続されている寄生ダイオード１１０を介し、ＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１へ電流が流れる。この電流をＩｖｍとするとＩｖｍはＶＭ端子１１５からＶＤＤ端子１１１、抵抗１０２、外部端子１２０へと向かって流れる。

消費電流増加回路１３０が動作し、ＶＤＤ端子１１１からＶＳＳ端子１１２へ流れる電流値をＩｄｓとする。そして、二次電池１０１の電圧をＶｂａｔ、抵抗１０２の抵抗値をＲ１、充放電制御回路１００のＶＤＤ端子１１１とＶＳＳ端子１１２間の耐圧をＶｍａｘとすると、充放電制御回路１００のＶＤＤ端子１１１とＶＳＳ端子１１２間には、Ｖｂａｔ＋（Ｉｖｍ−Ｉｄｓ）×Ｒ１の電圧が発生する。この時、｛Ｖｂａｔ＋（Ｉｖｍ−Ｉｄｓ）×Ｒ１｝＜Ｖｍａｘの関係を満たすように消費電流増加回路１３０の電流値Ｉｄｓを調節することで、充放電制御回路１００へ耐圧以上の電圧が掛かることを防ぐことができる。

こうして、充電器逆接続状態で寄生ダイオード１１０を介して流れる電流の一部をＶＳＳ端子１１２へ流すことにより、充放電制御回路１００に耐圧以上の電圧が掛かることを防止できる。

以上により、第一の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置は、充電器逆接続を検出した後、寄生ダイオードを介してＶＤＤ端子から流れ出す電流を減少させ、充放電制御回路に耐圧以上の電圧が掛かることを防止する事ができる。従って、バッテリ装置の安全性を向上させることができる。

＜第二の実施形態＞
図２は、第二の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図である。
第一の実施形態との違いはスイッチ回路１３１とＶＤＤ端子１１１間にインピーダンス素子である抵抗２０１を挿入した点である。他は第一の実施形態と同様である。

第二の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の動作について説明する。
過充電状態、過放電状態、過電流状態、充電器逆接続検出回路１０６の動作は第一の実施例と同様である。充電器逆接続状態になり充電器逆接続検出回路１０６がスイッチ回路１３１をオンさせると消費電流増加回路１３０が動作し、ＶＤＤ端子１１１からＶＳＳ端子１１２へ電流値Ｉｄｓが流れる。この電流Ｉｄｓを抵抗２０１の抵抗値を調節することで充放電制御回路１００へ耐圧以上の電圧が掛かることを防ぐことができる。

こうして、充電器逆接続状態で寄生ダイオード１１０を介して流れる電流の一部をＶＳＳ端子１１２へ流すことにより、充放電制御回路１００に耐圧以上の電圧が掛かることを防止できる。

以上により第二の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置は、充電器逆接続を検出した後、寄生ダイオードを介してＶＤＤ端子から流れ出す電流を減少させ、充放電制御回路に耐圧以上の電圧が掛かることを防止する事ができる。従って、バッテリ装置の安全性を向上させることができる。

＜第三の実施形態＞
図３は、第三の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の回路図である。
第二の実施形態との違いは抵抗２０１を定電流回路３０１に変更した点である。他は第二の実施形態と同様である。

第三の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置の動作について説明する。
過充電状態、過放電状態、過電流状態、充電器逆接続検出回路１０６の動作は第二の実施例と同様である。充電器逆接続状態になり充電器逆接続検出回路１０６がスイッチ回路１３１をオンさせると消費電流増加回路１３０が動作し、ＶＤＤ端子１１１からＶＳＳ端子１１２へ電流値Ｉｄｓが流れる。この電流Ｉｄｓを定電流回路３０１で調節することで充放電制御回路１００へ耐圧以上の電圧が掛かることを防ぐことができる。

こうして、充電器逆接続状態で寄生ダイオード１１０を介して流れる電流の一部をＶＳＳ端子１１２へ流すことにより、充放電制御回路１００に耐圧以上の電圧が掛かることを防止できる。

以上により第三の実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置は、充電器逆接続を検出した後、寄生ダイオードを介してＶＤＤ端子から流れ出す電流を減少させ、充放電制御回路に耐圧以上の電圧が掛かることを防止する事ができる。従って、バッテリ装置の安全性を向上させることができる。

１００ 充放電制御回路
１０１ 二次電池
１０５ 制御回路
１０６ 充電器逆接続検出回路
１０７ 放電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ
１０８ 充電制御用ＮｃｈＦＥＴトランジスタ
１１０ 寄生ダイオード
１１１ ＶＤＤ端子
１１２ ＶＳＳ端子
１１３ ＤＯ端子
１１４ ＣＯ端子
１１５ ＶＭ端子
１２０、１２１ 外部端子
１３０ 消費電流増加回路
１３１ スイッチ回路
２０１ 抵抗
３０１ 定電流回路
４１１ 過充電検出回路
４１２ 過放電検出回路
４１３ 過電流検出回路
４１５ 遅延回路
４１７ 論理回路

Claims (4)

1. 二次電池の正極、及び充電器の一方の端子が接続される第一の外部端子に接続される第一の電源端子と、
   前記二次電池の負極に接続される第二の電源端子と、
   前記充電器の他方の端子が接続される第二の外部端子に接続される外部電圧入力端子と、
   前記第一及び第二の外部端子に前記充電器が逆に接続されたことを検出し、検出信号を出力する充電器逆接続検出回路と、
   前記検出信号が出力されているとき、前記外部電圧入力端子から寄生ダイオードを介して前記第一の電源端子に流れる電流の一部を前記第二の電源端子へ流す消費電流増加回路とを備えることを特徴とする充放電制御回路。
2. 前記消費電流増加回路は、前記第一の電源端子と前記第二の電源端子との間に接続されたスイッチ回路を備え、前記スイッチ回路は、前記検出信号が出力されているときにオンすることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
3. 前記消費電流増加回路は、前記スイッチ回路と直列に接続されたインピーダンス素子をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の充放電制御回路。
4. 二次電池と、
   前記二次電池の充放電経路に設けられた充放電制御スイッチと、
   前記二次電池の電圧を監視し、前記充放電制御スイッチを開閉することによって前記二次電池の充放電を制御する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の充放電制御回路とを備えることを特徴とするバッテリ装置。

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