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JP3270327B2 - 過充放電検出回路 - Google Patents

過充放電検出回路

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Publication number
JP3270327B2
JP3270327B2 JP13038396A JP13038396A JP3270327B2 JP 3270327 B2 JP3270327 B2 JP 3270327B2 JP 13038396 A JP13038396 A JP 13038396A JP 13038396 A JP13038396 A JP 13038396A JP 3270327 B2 JP3270327 B2 JP 3270327B2
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voltage
circuit
overcharge
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健 益子
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セイコーインスツルメンツ株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、二次電池の充放
電を制御することができる過充放電制御回路とその回路
を利用した充電式電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、過充放電検出回路は、図２の回路
ブロック図に示されるような回路が知られていた。即
ち、２本直列に接続された二次電池２０１と２０２にそ
れぞれ結合された、電池電圧を分圧する分圧回路として
分割抵抗２０３、２０４及び２０５、２０６と、一定電
圧を発生する基準電圧回路２０７及び２０８と、分圧回
路出力と基準電圧回路出力との大きさを比較して出力信
号を切り替える電圧比較回路２０９及び２１０から構成
され、各電圧比較回路出力信号は制御回路２１１によっ
て電池の過充電や過放電を制御する信号へ変えられる。
また各二次電池に対し過充放電検出回路の個数は限定さ
れるものではない。
【０００３】例えば過充電の検出では、各検出電圧を各
二次電池の過充電となる電圧になるよう分割抵抗２０
３、２０４及び２０５、２０６の比を調節することで設
定し、二次電池２０１が過充電の電圧以上となると電圧
比較回路２０９の出力がＬｏからＨｉになり、また二次
電池２０２が過充電の電圧以上となると電圧比較回路２
１０の出力がＬｏからＨｉとなる。この電圧比較回路２
０９、２１０の出力を制御回路２１１で論理を取り２本
の二次電池２０１と２０２を保護するための制御信号に
変えている。
【０００４】抵抗２１２、２１３、２１４は二次電池か
ら過充放電検出回路を保護する役割を果たしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の過充放
電検出回路では、二次電池２０１または２０２が検出電
圧となり、電圧比較回路２０９または２１０の出力信号
を切り替える瞬間に、制御回路２１１で使用している論
理回路のたとえばインバーター素子である直列接続され
たＰｃｈＭＯＳＦＥＴ ２２１または２２３とＮｃｈＭ
ＯＳＦＥＴ ２２２または２２４の双方が一瞬ＯＮ状態
となり、インバーター素子に貫通電流ｉｃが流れてしま
う。該貫通電流は、二次電池の変化速度が非常に遅いた
めインバーターのＰｃｈＭＯＳＦＥＴとＮｃｈＭＯＳＦ
ＥＴがＯＮとなる時間が長くなり、流れ易く、ＭＯＳＦ
ＥＴのドライバビリティーによっては、数ｍＡ程度の非
常に大きな電流となる場合もあり、この貫通電流が二次
電池２０１、２０２と過充放電検出回路の間に付加され
た数百Ωの保護抵抗２１２、２１４に流れることによっ
て発生する電圧により検出電圧が変わってしまったり、
過充放電検出回路の誤動作を引き起こしてしまうという
課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は過充放電検出回路の消費電流を増やさ
ず、コンパレータの構成を変えることで動作点を変えて
充分な利得を得ることにより、制御回路の貫通電流を抑
えるようにした。
【０００７】すなわち、本発明の過充放電検出回路を、
直列に接続された２個の二次電池にそれぞれに接続され
た、電池電圧を分圧する分圧回路と、一定電圧を発生す
る基準電圧回路と、分圧回路出力と基準電圧回路出力と
の大きさを比較して出力信号を切り替える電圧比較回路
と、電圧比較回路の出力を受け、二次電池の充電または
放電を制御するための信号を出力する制御回路とから構
成し、二次電池の正電圧側端子と、負電圧出力タイプの
基準電圧および電圧比較回路のいちばん高い電圧となる
端子をコモンとする場合は、電圧比較回路をＮチャンネ
ルＭＯＳ入力タイプの差動コンパレータとし、二次電池
の負電圧側端子と、正電圧出力タイプの基準電圧および
電圧比較回路のいちばん低い電圧となる端子をコモンと
する場合は、電圧比較回路をＰチャンネルＭＯＳ入力タ
イプの差動コンパレータとした。
【０００８】さらに、上記の分圧回路、基準電圧回路、
および電圧比較回路を過充電検出用と過放電検出用との
２種類備えることにより、過充電及び過放電の検出を行
う過充放電検出回路を構成した。さらにまた、本発明の
充電式電源装置を、上記の構成の過充放電検出回路と、
二次電池と、充電器とから構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。図１は、本発明の過充放電検
出回路を用いた充電式電源装置のブロック図である。以
下に、本過充放電検出回路の構成を説明する。
【００１０】二次電池１０１と１０２が２本直列に接続
され、電池１０１のプラス側を保護抵抗１１２を介しＶ
DD 端子、電池１０１と１０２の接続点を保護抵抗１１３
を介しＶ C 端子、電池１０２のマイナス側を保護抵抗１
１４を介しＶ SS 端子に接続されている。Ｖ DD 端子とＶ SS
端子間にＶ DD 端子をコモンにして一定電圧を発生する基
準電圧１０７とＶ SS 端子をコモンにして一定電圧を発生
する基準電圧１０８が接続され、また電池電圧を分圧す
る分圧回路としてＶ DD 端子とＶ C 端子間にＶ DD 端子をコ
モンにした電圧分割抵抗１０３、１０４が接続され、Ｖ
C 端子とＶ SS 端子にＶ SS 端子をコモンにした電圧分割抵
抗１０５、１０６が接続されている。
【００１１】そしてＶ DD 端子電圧を基準にして分圧回路
の出力である抵抗１０３と１０４の接続部と、基準電圧
１０７の出力を入力し、比較し出力する電圧比較回路１
０９と、Ｖ SS 端子電圧を基準にして分圧回路の出力であ
る抵抗１０５と１０６の接続部と、基準電圧１０８の出
力を入力し、比較し出力する電圧比較回路１１０により
構成される。
【００１２】電圧比較回路１０９、１１０の出力信号は
制御回路１１１によって電池の充電や放電を制御する信
号へ変えられる。また各二次電池に対し過充放電検出回
路の個数は限定されるものではない。次に、本発明の過
充放電検出回路の動作を過充電の検出を例に説明する。
【００１３】２本のそれぞれの二次電池１０１と１０２
の検出電圧は、電池が過充電とならない最大の電圧にな
るよう分割抵抗２０３、２０４及び２０５、２０６の比
を調節することで設定してある。まず２本の二次電池１
０１と１０２の電池電圧が過充電電圧ではない時、二次
電池１０１側はＶ DD 端子をコモンにして電池の分圧電圧
である抵抗１０３と１０４の接続部の絶対値電圧が、基
準電圧１０７出力の絶対値電圧より小さいため、電圧比
較回路１０９の出力はＬｏであり、二次電池１０２側は
Ｖ SS 端子をコモンにして電池の分圧電圧である抵抗１０
５と１０６の接続部の絶対値電圧が、基準電圧１０８出
力の絶対値電圧より小さいため、電圧比較回路１１０の
出力もＬｏである。
【００１４】次に充電器を接続することにより、２本の
直列に接続された二次電池１０１と１０２の電圧がゆっ
くり上昇してゆき、どちらかの二次電池が過充電電圧に
達すると、どちらかの電池の分圧電圧の絶対値電圧（抵
抗１０３と１０４の接続部または抵抗１０５と１０６の
接続部）が、基準電圧（１０７または１０８）出力の絶
対値電圧より大きくなり、どちらかの電圧比較回路（１
０９または１１０）の出力がＬｏからＨｉに変わること
により、制御回路１１１によって電池の充電を制御する
信号へ変えられ、充電が制御される。
【００１５】次に、本過充放電検出回路により解決する
内容について説明する。電圧比較回路（１０９または１
１０）の出力がＬｏからＨｉに変わる時、必ず中間電位
を通過することにより制御回路１１１で使用しているＣ
ＭＯＳ論理素子に貫通電流が流れてしまう。この貫通電
流が保護抵抗１１２、１１４に流れることによって発生
するドロップ電圧（貫通電流×保護抵抗）により、実際
の二次電池１０１または１０２の電圧よりＶ DD 端子−Ｖ
C 端子間またはＶ C 端子−Ｖ SS 端子間の電圧が小さく な
ってしまい、検出電圧が上昇したり、発振するような過
充放電検出回路の誤動作を引き起こしてしまう。
【００１６】二次電池１０１と１０２の充電時は、上昇
電圧がゆっくりのため、電圧比較回路の出力が中間電位
となるための二次電池側の電圧帯が広いと、貫通電流が
流れる時間が長くなり過充放電検出回路の誤動作が起き
易くなる。電圧比較回路の出力が中間電位となる時の二
次電池側の電圧帯 △Ｖ in は、Ｖ DD 端子−Ｖ SS 端子間電
圧をＶ DD 、二次電池の検出電圧をＶ DET 、基準電圧出力
の絶対値電圧をＶ ref 、電圧比較回路の入出力電圧利得
をＧとすると、（１）式で現される。
【００１７】 △Ｖ in ＝（Ｖ DD ／Ｇ）×（Ｖ DET ／Ｖ ref ）・・・（ １） よって、二次電池側の電圧帯△Ｖ in を狭くするために
は、電圧比較回路の入出力電圧利得を大きくすることが
対応策となる。本発明の過充放電検出回路は、電圧比較
回路の素子面積や消費電流を大きくしないで、入出力電
圧利得を大きくするために、電圧比較回路を次のような
構成とした。
【００１８】まず、電池１０１側の電圧比較回路１０９
の構成をＮチャンネルＭＯＳ入力タイプの差動コンパレ
ータとし、図１のようにＰｃｈＭＯＳトランジスタ１２
１、１２２、１２６と、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ１２
３、１２４と、定電流源１２５、１２７とで構成した。
また、電池１０２側の電圧比較回路１１０の構成をＰチ
ャンネルＭＯＳ入力タイプの差動コンパレータとし、図
１のようにＰｃｈＭＯＳトランジスタ１３１、１３２
と、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ１３３、１３４、１３６
と、定電流源１３５、１３７とで構成した。
【００１９】一般に差動コンパレータは、同相入力範囲
ぎりぎりでの動作では利得が取れなくなってしまうこと
は既知の事実である。ところで、二次電池１０１側は、
Ｖ DD 端子をコモンにしているため電圧比較回路の入力電
圧は高くなり、二次電池１０２側は、Ｖ SS 端子をコモン
にしているため電圧比較回路の入力電圧は低くなること
より、二次電池１０１側は、同相入力範囲を高くするの
に適していることで知られているＮチャンネルＭＯＳ入
力タイプの差動コンパレータを採用し、二次電池１０２
側は、同相入力範囲を低くするのに適していることで知
られているＰチャンネルＭＯＳ入力タイプの差動コンパ
レータを採用することにより、最適な利得を得るように
した。
【００２０】以上のように、本発明の過充放電検出回路
は、二次電池の正電圧側をコモンにした負電圧出力タイ
プの基準電圧を使用する場合は、電圧比較回路をＮチャ
ンネルＭＯＳ入力タイプの差動コンパレータとし、二次
電池の負電圧側をコモンにした正電圧出力タイプの基準
電圧を使用する場合は、電圧比較回路をＰチャンネルＭ
ＯＳ入力タイプの差動コンパレータとすることで、同相
入力範囲ぎりぎりでの動作を避け、最適な利得を得て、
制御回路１１１で使用しているＣＭＯＳ論理素子に流れ
る貫通電流を抑えることを実現するものである。
【００２１】なお、本発明の実施の形態では過充電の検
出の例を示したが、同様の考え方及び構成で過放電の検
出を行えることは言うまでもない。本発明は、上記の、
分圧回路、基準電圧回路、および電圧比較回路を過充電
検出用と過放電検出用との２種類備えることにより、過
充電及び過放電の検出を行う過充放電検出回路に適用で
きる。
【００２２】もちろん、本発明の過充放電検出回路と二
次電池及び充電器を用いて充電式電源装置を構成すれ
ば、誤動作のない信頼性のある電源装置を提供できる。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明した構成により、本発明の過
充放電検出回路は、電池と過充放電検出回路の間に保護
抵抗を挿入しても、副作用として過充放電検出電圧が変
わってしまったり、過充放電検出回路の誤動作などの現
象が現れることなく、結果として正確な過充放電検出が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の過充放電検出回路を用いた電源装置の
回路ブロック図である。
【図２】従来の過充放電検出回路を用いた電源装置の回
路ブロック図である。
【符号の説明】
１０１、１０２ 二次電池 １０３、１０４ 電圧分割抵抗 １０５、１０６ 電圧分割抵抗 １０７、１０８ 基準電圧 １０９、１１０ 電圧比較回路 １１１ 制御回路 １１２、１１３、１１４ 保護抵抗 １２１、１２２、１２６ Ｐｃｈ ＭＯＳ ＴＲＳ １２３、１２４ Ｎｃｈ ＭＯＳ ＴＲＳ １２５、１２７ 定電流源 １１２、１１３、１１４ 保護抵抗 １３１、１３２ Ｐｃｈ ＭＯＳ ＴＲＳ １３３、１３４、１３６ Ｎｃｈ ＭＯＳ ＴＲＳ １３５、１３７ 定電流源 ２０１、２０２ 二次電池 ２０３、２０４ 電圧分割抵抗 ２０５、２０６ 電圧分割抵抗 ２０７、２０８ 基準電圧 ２０９、２１０ 電圧比較回路 ２１１ 制御回路 ２１２、２１３、２１４ 保護抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 H02H 7/18 H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直列に接続された２個の二次電池にそれ
    ぞれに接続され、該二次電池の電池電圧を分圧する分圧
    回路と、一定電圧を発生する基準電圧回路と、前記分圧
    回路の出力と前記基準電圧回路の出力との大きさを比較
    して出力信号を切り替える電圧比較回路と、該電圧比較
    回路の出力を受け、前記二次電池の充電または放電を制
    御するための信号を出力する制御回路とから構成されて
    いる過充放電検出回路において、前記直列に接続された
    ２個の二次電池の正電圧側端子と、負電圧出力タイプの
    基準電圧および電圧比較回路のいちばん高い電圧となる
    端子をコモンとする場合は、前記電圧比較回路をＮチャ
    ンネルＭＯＳ入力タイプの差動コンパレータとし、前記
    直列に接続された２個の二次電池の負電圧側端子と、正
    電圧出力タイプの基準電圧および電圧比較回路のいちば
    ん低い電圧となる端子をコモンとする場合は、前記電圧
    比較回路をＰチャンネルＭＯＳ入力タイプの差動コンパ
    レータとすることを特徴とした過充放電検出回路。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の過充放電検出回路と、二
    次電池と、充電器とから構成される充電式電源装置。
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