JP4415131B2 - 電池保護装置及び電池保護回路 - Google Patents

Description

本発明は電池保護装置及び電池保護回路に係り、特に、負電圧端子の電圧が所定電圧より低下したことを検出する負電圧端子電圧検出回路と、電池の充放電状態の異常を検出する異常検出回路と、負電圧端子検出回路により負電圧端子の電圧が所定の電圧より低下したことを検出したとき及び異常検出回路により電池の充放電状態の異常を検出したときに電池と負電圧端子との接続を切断するスイッチとを有する電池保護装置及び電池保護回路に関する。

リチウムイオン電池などの二次電池は、過充電、過放電、過電流などの異常状態によって激しく劣化する。このため、通常、電池保護ＩＣにより過充電、過放電、過電流などから保護されている。このとき、過充電、過放電、過電流検出に対して遅延を行い、無用な異常検出が行なわれないようになっていた。

しかし、保護動作検査時には、この遅延時間によって検査時間が多くかかってしまう。そこで、電池保護ＩＣには、検査時に遅延を短縮する機能が付加されている。従来の電池保護ＩＣでは、専用のパッドを設け、検査時にパッドに指示を与えることによって遅延時間を短縮する機能を働かせて、検査時間の短縮を図っていた。しかしながら、専用パッドを設けるとチップ面積が大きくなり、コストがかさむ。

このため、負電圧端子の電位を通常動作時には発生しない負電位としたときに、遅延時間を短縮する機能を働かせるようにし、専用パッドを設けずに検査時間を短縮する電池保護ＩＣが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１２８５２号公報

しかるに、従来の電池保護ＩＣでは、検査時に負電圧端子の電位を通常動作時には発生しない負電位としたときに、遅延時間を短縮する機能を働かせるようにしていたため、負電圧端子の電位が負電位となったときに、異常を検出する、例えば、正電圧端子と負電圧端子との間に過大充電器が接続されたような異常を検出する機能を付加することはできなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、外部端子を増加させずに、機能を付加することができる電池保護回路を提供することを目的とする。

本発明は、負電圧端子（Ｔ５）の電圧が所定電圧より低下したことを検出する負電圧端子電圧検出回路（１１５）と、電池（１０１）の充放電状態の異常を検出する異常検出回路（１１１、１１２、１１３、１１４）とを有し、負電圧端子検出回路（１１５）により負電圧端子（Ｔ５）の電圧が所定の電圧より低下したことを検出したとき、及び、異常検出回路（１１１、１１２、１１３、１１４）により電池（１０１）の充放電状態の異常を検出したときに電池（１０１）と負電圧端子（Ｔ５）との間に接続されたスイッチ（Ｍ２）をオフさせる電池保護回路において、負電圧端子（Ｔ５）の電圧が所定電圧より低下したときに異常検出回路により電池の充放電状態の異常が検出されてからスイッチ（Ｍ２）をオフするまでの時間を短縮する遅延時間短縮回路（１２２）と、負電圧端子検出回路（１１５）の出力を無効にできるように構成された出力無効化回路（１２３）とを有することを特徴とする。

また、出力無効化回路（１２３）は、検査時に負電圧端子検出回路（１１５）の出力を無効にし、検査後負電圧端子検出回路（１１５）の出力を有効にすることを特徴とする。

さらに、出力無効化回路（１２３）は、負電圧端子検出回路（１１５）の出力と接地との間に接続され、溶断可能とされたヒューズを有し、ヒューズを溶断することにより負電圧端子検出回路（１１５）の出力を有効にすることを特徴とする。

負電圧端子電圧検出回路（１１５）及び異常検出回路（１１１、１１２、１１３、１１４）並びに出力無効化回路（１２３）は、１チップのＩＣ上に搭載されていることを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、負電圧端子の電圧が所定電圧より低下したことを検出する負電圧端子電圧検出回路と、電池の充放電状態の異常を検出する異常検出回路とを有し、負電圧端子検出回路により負電圧端子の電圧が所定の電圧より低下したことを検出したとき及び異常検出回路により電池の充放電状態の異常を検出したときに電池と負電圧端子との接続を切断するスイッチとを有する電池保護回路に、負電圧端子の電圧が所定電圧より低下したときに異常検出回路により電池の充放電状態の異常が検出されてからスイッチをオフするまでの時間を短縮する遅延時間短縮回路と、負電圧端子検出回路の出力を無効にできるように構成された出力無効化回路とを設けることにより、出力無効化回路によって負電圧端子検出回路の出力を無効化した状態で負電圧端子の電圧を所定電圧より低下させ、遅延時間短縮回路を動作させることができる。このため、異常検出回路により異常が検出されてからスイッチがオフされるまでの時間を短縮でき、よって、異常検出回路の検査時間を短縮できる。

また、負電圧端子の電圧を制御することによって異常検出回路により異常が検出されてからスイッチがオフされるまでの時間を短縮できるため、短縮を行なうための端子が不要となる。このため、ＩＣ化した場合にチップ面積を小さくできる。

さらに、異常検出回路の検出後、出力無効化回路によって負電圧端子検出回路の出力を有効にすることによって負電圧端子の電圧異常によりスイッチをオフする機能を付加することができる。

〔全体構成〕
図１は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。

本実施例の電池保護ＩＣ１００には、電池１０１及び負荷１０２の電圧、電流などを検出し、電池１０１と負荷１０２との間に接続されたトランジスタＭ１、Ｍ２をスイッチングすることにより電池１０１を過充電、過放電、過電流などから保護するＩＣである。

電池１０１はリチウムイオン電池などの二次電池であり、正電極が正電圧端子Ｔ+及び保護ＩＣ１００の端子Ｔ１に接続され、負電極がトランジスタＭ１、Ｍ２のドレイン−ソースを介して負電圧端子Ｔ-及び電池保護ＩＣ１００の端子Ｔ２に接続されている。電池１０１には、キャパシタＣ１が並列に接続されている。キャパシタＣ１は、電池１０１の電池電圧の変動を吸収する。

また、負荷１０２は、例えば、電池１０１に充電電圧を印加するためのＡＣアダプタであり、正電極が正電圧端子Ｔ+に接続され、負電極が負電圧端子Ｔ-に接続される。負荷１０２には、キャパシタＣ２が並列に接続されている。キャパシタＣ２は、負荷１０２に印加される電圧の変動を吸収する。

トランジスタＭ１、Ｍ２は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタから構成されており、ソース−ドレインが電池１０１の負電極と負電圧端子Ｔ-との間に直列されている。また、トランジスタＭ１のゲートは電池保護ＩＣ１００の端子Ｔ３に接続されている。トランジスタＭ２のゲートは電池保護ＩＣ１００の端子Ｔ４に接続されている。抵抗Ｒｓは、負電圧端子Ｔ-と電池保護ＩＣ１００の端子Ｔ５との間に接続されている。

〔電池保護ＩＣ１００〕
電池保護ＩＣ１００は、過充電検出回路１１１、過放電検出回路１１２、過電流検出回路１１３、短絡検出回路１１４、過大充電器検出回路１１５、発振回路１１６、論理回路１１７、１１８、遅延回路１１９、カウンタ１２０、レベルシフト回路１２１、遅延短縮起動回路１２２、出力無効化回路１２３から構成されている。

過充電検出回路１１１は、端子Ｔ１に接続されており、電池１０１の正電極の電圧を監視して、電池１０１の正電極の電圧が予め設定された過充電電圧レベルより大きくなると、電池１０１が過充電状態であると判断して、出力をハイレベルとする。過充電検出回路１１１の出力は、発振回路１１６及び論理回路１１７に供給される。

過放電検出回路１１２は、端子Ｔ１に接続されており、電池１０１の正電極の電圧を監視して、電池１０１の正電極の電圧が予め設定された過放電電圧レベルより小さくなると、電池１０１が過放電状態であると判断して、出力をハイレベルとする。過放電検出回路１１２の出力は、発振回路１１６及び論理回路１１８に供給される。

過電流検出回路１１３は、端子Ｔ５に接続され、端子Ｔ５の電圧を監視して、端子Ｔ５の電圧が予め設定された過電流電圧レベルより大きければ、電池１０１が過電流状態であると判断して、出力をハイレベルとする。過電流検出回路１１３の出力は、発振回路１１６及び論理回路１１８に供給される。

短絡検出回路１１４は、端子Ｔ５に接続され、端子Ｔ５の電圧を監視して、端子Ｔ５の電圧が予め設定された短絡電圧レベルより大きければ、端子Ｔ+と端子Ｔ-とが短絡状態であると判断して、出力をハイレベルとする。短絡検出回路１１４の出力は、遅延回路１１９を介して論理回路１１８に供給される。遅延回路１１９は、短絡検出回路１１４の出力を遅延して論理回路１１８に供給する。

過大充電器検出回路１１５は、端子Ｔ５の電圧を監視して、端子Ｔ５の電圧が予め設定されたか過大充電検出電圧レベルより小さくなると、端子Ｔ+と端子Ｔ-との間に負荷１０２として過大充電器が接続されたと判断して、出力をハイレベルとする。過大充電器検出回路１１５の出力は、論理回路１１７に供給される。

発振回路１１６は、過充電検出回路１１１、過充電検出回路１１２、過電流検出回路１１３の出力がハイレベルになるとパルスを出力する。このとき、発振回路１１６は、ＶＣＯなどから構成されており、遅延短縮起動回路１２２の出力がローレベルのときには予め設定された所定の周波数のパルスを発生し、遅延短縮起動回路１２２の出力がハイレベルになると発振周波数が高くなる。発振回路１１６で発生したパルスは、カウンタ１２０に供給される。

カウンタ１２０は、発振回路１１６から供給されたパルスをカウントし、カウント値が予め設定された所定のカウント値になると出力をハイレベルとする。カウンタ１１９の出力は、過充電検出回路１１１、過放電検出回路１１２、過電流検出回路１１３の出力を遅延した出力となる。このとき、遅延短縮起動回路１２２の出力がハイレベルのときには、発振回路１１６からカウンタ１２０に供給されるパルスの周波数は遅延短縮起動回路１２２の出力がローレベルのときの周波数より高くなるので遅延時間を短縮できる。カウンタ１２０の出力は、論理回路１１７、１１８に供給される。

論理回路１１７は過充電検出回路１１１の出力の出力がハイレベルとなり、かつ、カウンタ１２０の出力がハイレベルになったとき、又は、過大充電器検出回路１１５の出力がハイレベルとなると、出力をローレベルにする。論理回路１１７の出力は、レベルシフト回路１２１に供給される。レベルシフト回路１２１は、論理回路１１７の出力をレベルシフトして、トランジスタＭ11のゲート及び端子Ｔ４を介してトランジスタＭ２のゲートに供給する。

論理回路１１７の出力は、過充電検出時及び過大充電器検出時にローレベルとなる。論理回路１１７の出力がローレベルとなると、トランジスタＭ２、Ｍ11がオフされ、電池１０１を負荷１０２から切断して、電池１０１が保護される。

論理回路１１８は過放電検出回路１１２の出力又は過電流検出回路１１３の出力がハイレベルで、かつ、カウンタ１１４の出力がハイレベルのとき、又は、遅延回路１２１の出力がハイレベルのときに、出力をローレベルにする。論理回路１１８の出力は、トランジスタＭ12のゲート及び端子Ｔ３を介してトランジスタＭ１のゲートに供給される。

論理回路１１８の出力は、過放電検出時、過電流検出時及び短絡検出時にローレベルとなる。論理回路１１８の出力がローレベルとなることによりトランジスタＭ１、Ｍ12がオフされ、電池１０１を負荷１０２から切断して、電池１０１が保護される。

出力無効化回路１２３は、レーザトリミングなどによって容易に溶断可能な構造とされたヒューズから構成されており、過大充電器検出回路１１５の出力と論理回路１１７との接続点と接地電位との間に接続されており、非切断状態では過大充電器検出回路１１５の出力と論理回路１１７との接続点の電位を接地レベルに保持し、切断状態では過大充電器検出回路１１５の出力を論理回路１１７に供給する。

〔要部構成〕
図２は本発明の一実施例の要部の回路構成図を示す。

過大充電器検出回路１１５は、抵抗Ｒ21、Ｒ22及びコンパレータ１３１から構成されている。抵抗Ｒ21、Ｒ22は、定電圧Ｖccを分割して、過大充電器を検出するための基準電圧を生成する。抵抗Ｒ21、Ｒ22で生成された基準電圧は、コンパレータ１３１の非反転入力端子に供給される。コンパレータ１３１の反転入力端子は、端子Ｔ５に接続されている。

コンパレータ１３１は、端子Ｔ５の電圧が基準電圧より大きいときには出力をローレベルとし、正電圧端子Ｔ+と負電圧端子Ｔ-との間に負荷１０２として過大充電器が接続され、端子Ｔ５の電圧が基準電圧より小さくなると、出力をハイレベルとする。コンパレータ１３１の出力は、論理回路１１７に供給される。出力無効化回路１２３は過大充電器検出回路１１５の出力と論理回路１１７との接続点と接地との間に接続されており、
出力無効化回路１２３は、ヒューズから構成されており、レーザトリミングなどによって、容易に溶断可能な構造とされている。

遅延短縮起動回路１２２は、電流源１４１、１４２、ツェナーダイオードＤｚ、トランジスタＭ21からなる定電圧回路から構成され、定電圧Ｖccと端子Ｔ５との間に接続されている。遅延短縮起動回路１２２は端子Ｔ５の電位が低下して、定電圧Ｖccと端子Ｔ５との間の電位差が所定電圧より大きくなると、起動して、出力をハイレベルとする。遅延短縮起動回路１２２の出力は、発振回路１１６に供給される。

電池保護ＩＣ１００は、ウェハの状態で端子Ｔ１〜Ｔ５が検査装置に接続されて、回路の動作が検査される。

〔検査装置２００〕
図３は検査装置２００のブロック構成図を示す。

検査装置２００は、プローブ２１１、入出力装置２１２、処理装置２１３、記憶装置２１４、操作部２１５、表示部２１６などから構成されている。

プローブ２１１は電池保護ＩＣ１００の端子Ｔ１〜Ｔ５に接触する。プローブ２１１は、入出力装置２１２に接続されている。入出力装置２１２は、処理装置２１３からの制御信号に基づいてプローブ２１１に電圧を印加するとともに、プローブ２１１の電圧を検出する。処理装置２１３は、コンピュータシステムであり、記憶装置２１４に記憶されたプログラムに基づいて検査処理を実行する。処理装置２１３は、操作部２１５からの指示に基づいて入出力装置２１２を制御して、プローブ２１１から電池保護ＩＣ１００の端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５を所望の電位とし、端子Ｔ３、Ｔ４の電位を検出することによって、電池保護ＩＣ１００が正常に動作しているか否かを検査する。処理装置２１３での検査結果は、ウェハ上の電池保護ＩＣ１００を特定するためのＩＤとともに記憶装置２１４に記憶されるとともに、表示装置２１６に表示される。

〔検査動作〕
図４は検査動作の処理フローチャートを示す。

処理装置２１３は、ステップＳ１−１でプローブ２１１を下降させて、プローブ２１１を電池保護ＩＣ１００の端子Ｔ１〜Ｔ５に接触させる。

次に処理装置２１３は、ステップＳ１−２で端子Ｔ５の電位を負電位の所定レベルに低下させる。これによって遅延短縮起動回路１２２が起動して、発振回路１１６の発振パルスの周波数が高くなり、過充電検出、過放電検出、過電流検出の遅延時間が短縮される。なお、このとき、出力無効化回路１２３を構成するヒューズは接続された状態であるので、過大充電器検出回路１１５の出力はローレベルに固定されており、無効化されている。よって、端子Ｔ５の電位が負電位に低下していても、過大充電器検出回路１１５の出力によって端子Ｔ４がハイレベルとなることはない。

次に、処理装置２１３は、ステップＳ１−３で端子Ｔ１の電位を可変し、端子Ｔ３、Ｔ４の電位を測定する。処理装置２１３は、ステップＳ１−４で測定結果から電池保護ＩＣ１００が正常か否かを判定する。例えば、端子Ｔ１の電位を過充電電圧レベルより大きくしたときに端子Ｔ４の電位がハイレベルになり、かつ、端子Ｔ１の電位を過放電電圧レベルより小さくしたときに端子Ｔ３の電位がハイレベルになれば、電池保護ＩＣ１００は正常であると判断できる。

処理装置２１３は、ステップＳ１−４で正常動作であると判断した場合には、ステップＳ１−５で電池保護ＩＣ１００は正常であると判定して、ステップＳ１−７で記憶装置２１４に記憶するとともに、表示部２１６に判定結果を表示する。

また、処理装置２１３は、ステップＳ１−４で異常動作であると判断した場合には、ステップＳ１−６で電池保護ＩＣ１００は正常であると判定して、ステップＳ１−７で記憶装置２１４に記憶するとともに、表示部２１６に判定結果を表示する。

以上により電池保護ＩＣ１００の動作を検査できる。このとき、過充電、過放電、過電流検出時の遅延時間が短縮されているので、高速に検査を行なえる。

なお、検査後、出力無効化回路１２３を構成するヒューズは、レーザトリミング時に溶断される。レーザトリミングによって出力無効化回路１２３を構成するヒューズが溶断されることにより過大充電器検出回路１１５の出力は接地から切断されるので、過大充電器が検出された場合には、過大充電器検出回路１１５の出力として論理回路１１７にハイレベルの出力が供給される。よって、過大充電器検出回路１１５の出力が有効となる。これによって、過大充電器検出機能が有効となる。

なお、通常動作時には、過大充電器検出時以外、端子Ｔ５が負電位となることはなく、よって、遅延短縮起動回路１２２の出力はローレベルに維持され、過充電、過放電、過電流検出を遅延して、ヒステリシス特性を持たせた状態で検出することができる。

また、このとき、遅延短縮起動回路１２２は、過大充電器検出時には働くことになるが、論理回路１１７は過大充電器検出時にはカウンタ１２０の出力によらずに端子Ｔ４のハイレベルにするので、機能的に何ら影響はない。

〔効果〕
本実施例によれば、出力無効化回路１２３によって過大充電器検出回路１１５の出力を無効化した状態で遅延短縮起動回路１２２を動作させることができる。このため、遅延時間を短縮した状態で過充電、過放電、過電流の検査を行なうことができる。よって、検査時間を短縮できる。

また、負電圧端子の電圧を制御することによって異常検出回路により異常が検出されてからスイッチがオフされるまでの時間を短縮できるため、短縮を行なうための端子が不要となる。このため、ＩＣ化した場合にチップ面積を小さくできる。

さらに、異常検出回路の検出後、出力無効化回路によって負電圧端子検出回路の出力を有効にすることによって負電圧端子の電圧異常によりスイッチをオフする機能を付加することができる。

本発明の一実施例のブロック構成図である。 本発明の一実施例の要部の回路構成図である。 検査装置２００のブロック構成図である。 検査動作の処理フローチャートである。

符号の説明

１００ 電池保護ＩＣ、１０１ 電池、１０２ 負荷
Ｍ１、Ｍ２ トランジスタ、Ｒｓ 抵抗、Ｃ１、Ｃ２ キャパシタ
１１１ 過充電検出回路、１１２ 過放電検出回路、１１３ 過電流検出回路
１１４ 短絡検出回路、１１５ 過大充電器検出回路、１１６ 発振回路
１１７、１１８ 論理回路、１１９ 遅延回路、１２０ カウンタ
１２１ レベルシフト回路、１２２ 遅延短縮起動回路、１２３ 出力無効化回路
１３１ コンパレータ
１４１、１４２ 電流源
２００ 検査装置
２１１ プローブ、２１２ 入出力装置、２１３ 処理装置、２１４ 記憶装置
２１５ 操作部、２１６ 表示部

Claims (4)

1. 負電圧端子の電圧が所定電圧より低下したことを検出する負電圧端子電圧検出回路と、電池の充放電状態の異常を検出する異常検出回路とを有し、前記負電圧端子検出回路により前記負電圧端子の電圧が所定の電圧より低下したことを検出したとき、及び、前記異常検出回路により前記電池の充放電状態の異常を検出したときに前記電池と前記負電圧端子との間に接続されたスイッチをオフさせる電池保護回路において、
   前記負電圧端子の電圧が所定電圧より低下したときに、前記異常検出回路により前記電池の充放電状態の異常が検出されてから前記スイッチをオフさせるまでの時間を短縮する遅延時間短縮回路と、
   前記負電圧端子検出回路の出力を無効にできるように構成された出力無効化回路とを有することを特徴とする電池保護回路。
2. 前記出力無効化回路は、検査時に前記負電圧端子検出回路の出力を無効にし、検査後前記負電圧端子検出回路の出力を有効にすることを特徴とする請求項１記載の電池保護回路。
3. 前記出力無効化回路は、前記負電圧端子検出回路の出力と接地との間に接続され、溶断可能とされたヒューズを有し、
   前記ヒューズを溶断することにより前記負電圧端子検出回路の出力を有効にすることを特徴とする請求項１記載の電池保護回路。
4. 前記負電圧端子電圧検出回路及び前記異常検出回路並びに前記出力無効化回路は、１チップのＩＣ上に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の電池保護回路。

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