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JP2012060764A - 充放電制御回路及びバッテリ装置 - Google Patents

充放電制御回路及びバッテリ装置 Download PDF

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JP2012060764A JP2010201124A JP2010201124A JP2012060764A JP 2012060764 A JP2012060764 A JP 2012060764A JP 2010201124 A JP2010201124 A JP 2010201124A JP 2010201124 A JP2010201124 A JP 2010201124A JP 2012060764 A JP2012060764 A JP 2012060764A
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Abstract

【課題】1つの双方向導通型電界効果トランジスタで二次電池の充放電を制御する充放電保護回路において、双方向導通型電界効果トランジスタのリーク電流を低減し、安定して動作させる充放電制御回路を備えたバッテリ装置を提供すること。
【解決手段】二次電池の充放電を制御する制御回路の出力によって双方向導通型電界効果トランジスタのゲートを制御するスイッチ回路と、充電電流と放電電流の逆流を防止する2つのMOSトランジスタを備える。そして、1つめのMOSトランジスタのドレインとバックゲートを接続し、ソースを双方向導通型電界効果トランジスタのドレインに接続する。2つめのMOSトランジスタのドレインとバックゲートを接続し、ソースを双方向導通型電界効果トランジスタのソースに接続する構成とした。
【選択図】図1

Description

本発明は、二次電池の電圧や異常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、1つの充放電制御MOSFETで制御することのできる充放電制御回路及びバッテリ装置に関する。
図5に、従来の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図を示す。従来の充放電制御回路を備えたバッテリ装置は、2次電池101の負極側に、双方向に通電遮断可能なエンハンスメント型NチャネルMOSFET306を直列に接続される。端子120及び121には充電回路あるいは負荷が接続され、充放電電流はこの端子を通して2次電池101に供給あるいは放出される。制御回路102は2次電池101及びエンハンスメント型NチャネルMOSFET306の電圧を検出し、その値に応じてスイッチ301、304、305のオン、オフを制御する。エンハンスメント型NチャネルMOSFET306は、ゲート端子の電位が正のしきい値電圧以上ではドレイン端子とソース端子間は双方向に通電可能となり、ゲート端子の電位がしきい値電圧以下になるとドレイン端子とソース端子間はオフ状態となる。
充電禁止状態ついて説明する。充電器を端子120、121間に接続するとエンハンスメント型NチャネルMOSFET306のドレイン端子−ソース端子間の電圧Vdsは正の値となる。制御回路102はVdsが正であることを検出し、スイッチ301をオンし、スイッチ305、304をオフする。これによりエンハンスメント型NチャネルMOSFET306のゲート端子はソース端子より2次電池101の電圧分だけ高電位になり、エンハンスメント型NチャネルMOSFET306は通電状態となる。
2次電池101が充電され電池電圧が設定上限値に達すると制御回路102はスイッチ301をオフ、スイッチ305、304をオンする。するとエンハンスメント型NチャネルMOSFET306のゲート端子はソース端子と同電位となり、エンハンスメント型NチャネルMOSFET306はオフ状態となる。その結果充電電流は遮断され、2次電池101が過充電されるのを防止する。またこのときダイオード302は逆バイアスとなりスイッチ304及びスイッチ305を通って電流が流れるのを防止している。
充電電流を遮断すると、内部抵抗による電圧降下が無くなるため、2次電池101の電圧は低下する。この電圧低下により再度充電が開始されるのを防止するため、充電禁止となった後は、2次電池101がある程度放電されて電圧が設定した値以下になるまで充電禁止状態を保持すると良い。充電禁止状態において端子120、121間に負荷が接続されるとVdsは正から負に切り替わる。制御回路102はVdsが負の場合は放電し、正の場合には充電電流を遮断するようにスイッチ301、304、305を制御すればよい。
上記説明では充電停止時にはスイッチ304、305はともにオンとした。しかしスイッチ304はオフしても同様に充電停止可能である。スイッチ304のオン、オフに関わらず、スイッチ305がオンしているためゲート端子はソース端子と同電位となり、エンハンスメント型NチャネルMOSFET306はオフ状態となる。またダイオード302によりスイッチ304、305を通って流れる電流も遮断されるためである。
但し上で説明した充電時、及び後で述べる放電時にはスイッチ304、305はともにオフである。そのため充電停止時にスイッチ304、305はともにオンとし、後で説明するように放電停止時にもスイッチ304、305はともにオンとすれば、2つのスイッチは常に同時にオンあるいはオフとなる。したがって、スイッチ304、305を独立して制御する必要がなく、制御回路の構成を簡単に出来る。
次に放電禁止状態について説明する。負荷を端子120、121間に接続するとエンハンスメント型NチャネルMOSFET306のドレイン端子−ソース端子間の電圧Vdsは負の値となる。制御回路102はVdsが負であることを検出し、スイッチ301をオンし、スイッチ304、305をオフする。これによりエンハンスメント型NチャネルMOSFET306のゲート端子はドレイン端子より2次電池101の電圧分だけ高電位になりエンハンスメント型NチャネルMOSFET306は通電状態となる。
2次電池101の放電が進み電池電圧が設定下限値に達すると制御回路102はスイッチ301をオフ、スイッチ304、305をオンする。するとエンハンスメント型NチャネルMOSFET306のゲート端子はドレイン端子と同電位となりエンハンスメント型NチャネルMOSFET306はオフ状態となる。その結果放電電流は遮断され、2次電池101が過放電されるのを防止する。またこのときダイオード303は逆バイアスとなりスイッチ304及びスイッチ305を通って電流が流れるのを防止している。
放電電流を遮断すると、内部抵抗による電圧降下が無くなるため、2次電池101の電圧は上昇する。この電圧上昇により再度放電が開始されるのを防止するため、放電禁止となった後は、2次電池101がある程度充電されて電圧が設定した値以上になるまで、放電禁止状態を保持すると良い。放電禁止状態において端子120、121間に充電回路が接続されるとVdsは負から正に切り替わる。制御回路102はVdsが正の場合は充電し、負の場合には放電電流を遮断するようにスイッチ301、304、305を制御すればよい。
上記説明では放電停止時にはスイッチ304、305はともにオンとした。しかしスイッチ305はオフしても同様に放電停止可能である。スイッチ305のオン、オフに関わらず、スイッチ304がオンしているためゲート端子はドレイン端子と同電位となり、エンハンスメント型NチャネルMOSFET306はオフ状態となる。またダイオード303によりスイッチ305、304を通って流れる電流も遮断されるためである。
但し放電停止時にスイッチ304、305はともにオンとすれば、前に説明したように2つのスイッチは常に同時にオンあるいはオフとなる。したがってスイッチ304、305を独立して制御する必要がなく、制御回路102の構成を簡単に出来る。
エンハンスメント型NチャネルMOSFET306には内蔵のダイオード321、322が形成される。しかしこれらは逆方向に直列接続されており導通することはなく、上で説明した保護動作に影響することはない。
エンハンスメント型NチャネルMOSFET306は横型構造でも縦型構造でもよい。横型構造とすればエンハンスメント型NチャネルMOSFET306と制御回路102を1個のICで構成することが容易である。従って従来IC1個とスイッチ2個で構成していた過充電・過放電保護回路をIC1個で構成できるため小型化,低コスト化を図ることが可能である。一方縦型構造とすれば横型構造に比較して低損失化を図ることが出来る。
特開2000−102182号公報(図9)
しかしながら従来の技術では、エンハンスメント型NチャネルMOSFET306のゲート電圧がソースまたはドレイン電圧+VF(約0.6V)までしか下がらず、エンハンスメント型NチャネルMOSFET306がオフのときリーク電流が大きいという課題があった。さらにエンハンスメント型NチャネルMOSFET306のバックゲートがフローティングとなり、充放電制御回路を備えたバッテリ装置の動作が不安定となるという課題があった。
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、充放電制御回路がオフの時リーク電流を低減することができ、安定して動作できる充放電制御回路路及びバッテリ装置を提供するものである。
従来の課題を解決するために、本発明の充放電制御回路を備えたバッテリ装置は以下のような構成とした。
一つの双方向導通型電界効果トランジスタによって、二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、前記二次電池の両端が接続され、前記二次電池の電圧を監視する制御回路と、第一の端子と第二の端子を有し、前記制御回路の出力により前記双方向導通型電界効果トランジスタのゲートを制御するスイッチ回路と、ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのドレインに接続され、ソースとバックゲートが前記スイッチ回路の第一の端子に接続された第一のトランジスタと、ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのソースに接続され、ソースとバックゲートが前記スイッチ回路の第一の端子に接続された第二のトランジスタと、を備えたことを特徴とする充放電制御回路。
本発明の充放電制御回路を備えたバッテリ装置によれば、双方向導通型電界効果トランジスタのゲートをソース電圧またはドレイン電圧に制御することによりリーク電流を低減することができる。また、双方向導通型電界効果トランジスタのバックゲートを制御することで安定して動作出来るという効果がある。
第一の実施形態の充放電制御回路を備えた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を備えた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を備えたバッテリ装置の回路図である。 第四の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。 従来の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。 第五の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。 第六の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。
本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図1は、第一の実施形態の充放電制御回路151を備えたバッテリ装置の回路図である。
本実施形態の充放電制御回路151を備えたバッテリ装置は、二次電池101と、制御回路102と、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114と、充電器132または負荷131が接続される外部端子120及び121と、PMOSトランジスタ110と、NMOSトランジスタ111、161、162とを備えている。PMOSトランジスタ110とNMOSトランジスタ111と端子124(第二の端子)と端子125(第一の端子)でスイッチ回路152を構成している。
二次電池101の両端は正極電源端子122と負極電源端子123に接続される。制御回路102は正極電源として正極電源端子122に接続され、負極電源として端子125に接続され、出力端子126がPMOSトランジスタ110のゲートとNMOSトランジスタ111のゲートに接続され、出力端子127がNMOSトランジスタ162のゲートに接続され、出力端子128がNMOSトランジスタ161のゲートに接続される。PMOSトランジスタ110は、ソースは端子124を介して正極電源端子122および外部端子120に接続され、ドレインはNMOSトランジスタ111のドレインに接続される。NMOSトランジスタ111は、ソースおよびバックゲートは端子125を介してNMOSトランジスタ161のソース及びバックゲートとNMOSトランジスタ162のソース及びバックゲートに接続され、ドレインはNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のゲートに接続される。NMOSトランジスタ161のドレインは負極電源端子123に接続され、NMOSトランジスタ162のドレインは外部端子121に接続される。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ドレインは負極電源端子123に接続され、ソースは外部端子121に接続され、バックゲートは端子125に接続される。
次に本実施形態の充放電制御回路151を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充放電可能状態である事を検出すると、制御回路102の出力端子126がLow、出力端子127、128はHighを出力する。そしてPMOSトランジスタ110をオン、NMOSトランジスタ111をオフ、NMOSトランジスタ161をオン、NMOSトランジスタ162をオンさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲート電極が正極電源端子122に接続されオン状態となる。こうして充放電が行われる。ここで制御回路102の出力は、出力端子126、128がLow、出力端子127がHigh、または出力端子126、127がLow、出力端子128がHigh、または出力端子126、127、128がLowでもよい。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、負極電源端子123および外部端子121の低い方の電圧をLowとして出力することができる。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、127はHigh、出力端子128はLowを出力する。そして、PMOSトランジスタ110をオフ、NMOSトランジスタ111をオン、NMOSトランジスタ161をオフ、NMOSトランジスタ162をオンさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲートがNMOSトランジスタ162、端子125、NMOSトランジスタ111を介して外部端子121に接続されオフ状態となる。こうして、充電電流は遮断され二次電池101が過充電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード171は逆バイアスとなり負極電源端子123から外部端子121へ電流が流れる事を防止する。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のゲート電圧は外部端子121に接続され、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のソース電圧まで下がるため、リーク電流を低減させることができる。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲート端子は、端子125、NMOSトランジスタ162を介して外部端子121に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、外部端子121の電圧をLowとして出力することができる。
外部端子120、121に負荷131が接続され、制御回路102によって二次電池101が放電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、128はHigh、出力端子127はLowを出力する。そして、PMOSトランジスタ110をオフ、NMOSトランジスタ111をオン、NMOSトランジスタ161をオン、NMOSトランジスタ162をオフさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲートがNMOSトランジスタ161、端子125、NMOSトランジスタ111を介して負極電源端子123に接続されオフ状態となる。こうして、放電電流は遮断され二次電池101が過放電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード172は逆バイアスとなり外部端子121から負極電源端子123へ電流が流れる事を防止する。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のゲート電圧は、負極電源端子123に接続され、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のドレイン電圧まで下がるため、リーク電流を低減させることができる。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲート端子は、端子125、NMOSトランジスタ161を介して負極電源端子123に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、負極電源端子123の電圧をLowとして出力することができる。
なお、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は外付けで充放電制御回路151に接続しても良い。
以上に説明したように、本実施形態の充放電制御回路151を備えたバッテリ装置によれば、二次電池101が充電禁止状態になったときでも放電禁止状態になったときでも、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114に流れるリーク電流を低減させることができる。そして、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲートを外部端子121または負極電源端子123に接続することで、充放電制御回路151を安定して動作させることができる。
図2は、第二の実施形態の充放電制御回路251を備えた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251を備えたバッテリ装置は、二次電池101と、制御回路102と、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214と、充電器132または負荷131が接続される外部端子120及び121と、PMOSトランジスタ210、261、262と、NMOSトランジスタ211とを備えている。PMOSトランジスタ210とNMOSトランジスタ211と端子124(第二の端子)と端子125(第一の端子)でスイッチ回路252を構成している。
二次電池101の両端は正極電源端子122と負極電源端子123に接続される。制御回路102は正極電源として端子125に接続され、負極電源として負極電源端子123に接続され、出力端子126がPMOSトランジスタ210のゲートとNMOSトランジスタ211のゲートに接続され、出力端子127がPMOSトランジスタ262のゲートに接続され、出力端子128がPMOSトランジスタ261のゲートに接続される。PMOSトランジスタ210は、ソースおよびバックゲートは端子125を介してPMOSトランジスタ261のソース及びバックゲートとPMOSトランジスタ262のソース及びバックゲートに接続され、ドレインはNMOSトランジスタ211のドレインに接続される。NMOSトランジスタ211は、ソースは端子124を介して負極電源端子123および外部端子121に接続され、ドレインはPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のゲートに接続される。PMOSトランジスタ261のドレインは正極電源端子122に接続され、PMOSトランジスタ262のドレインは外部端子120に接続される。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ドレインは正極電源端子122に接続され、ソースは外部端子120に接続され、バックゲートは端子125に接続される。
次に第二の実施形態の充放電制御回路251を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充放電可能状態である事を検出すると、制御回路102の出力端子126はHigh、出力端子127、128はLowを出力する。そしてPMOSトランジスタ210をオフ、NMOSトランジスタ211をオン、PMOSトランジスタ261をオン、PMOSトランジスタ262をオンさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極が負極電源端子123に接続されオン状態となる。こうして充放電が行われる。ここで制御回路102の出力は、出力端子126、128がHigh、出力端子127がLow、または出力端子126、127がHigh、出力端子128がLow、または出力端子126、127、128がHighでもよい。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、正極電源端子122および外部端子120の高い方の電圧をHighとして出力することができる。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、127はLow、出力端子128はHighを出力する。そして、PMOSトランジスタ210をオン、NMOSトランジスタ211をオフ、PMOSトランジスタ261をオフ、PMOSトランジスタ262をオンさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極がPMOSトランジスタ262、端子125、PMOSトランジスタ210を介して外部端子120に接続されオフ状態となる。こうして、充電電流は遮断され二次電池101が過充電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード271は逆バイアスとなり外部端子120から正極電源端子122へ電流が流れる事を防止する。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のゲート電圧は、外部端子120に接続され、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のソース電圧まであがるため、リーク電流を低減させることができる。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲート端子は、端子125、PMOSトランジスタ262を介して外部端子120に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、外部端子120の電圧をHighとして出力することができる。
外部端子120、121に負荷131が接続され、制御回路102によって二次電池101が放電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、128はLow、出力端子127はHighを出力する。そして、PMOSトランジスタ210をオン、NMOSトランジスタ211をオフ、PMOSトランジスタ261をオン、PMOSトランジスタ262をオフさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極がPMOSトランジスタ261、端子125、PMOSトランジスタ210を介して正極電源端子122に接続されオフ状態となる。こうして、放電電流は遮断され二次電池101が過放電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード272は逆バイアスとなり正極電源端子122から外部端子120へ電流が流れる事を防止する。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のゲート電圧は、正極電源端子122に接続され、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のソース電圧まであがるため、リーク電流を低減させることができる。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲート端子は、端子125、PMOSトランジスタ261を介して正極電源端子122に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、正極電源端子122の電圧をHighとして出力することができる。
なお、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は外付けで充放電制御回路251に接続しても良い。
以上に説明したように、第二の実施形態の充放電制御回路251を備えたバッテリ装置によれば、二次電池101が充電禁止状態になったときでも放電禁止状態になったときでも、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214に流れるリーク電流を低減させることができる。そして、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲートを外部端子120または正極電源端子122に接続することで、充放電制御回路251を安定して動作させることができる。
図3は、第三の実施形態の充放電制御回路351を備えたバッテリ装置の回路図である。
図1との違いは端子125とNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲートの接続を除いた点である。
次に第三の実施形態の充放電制御回路351を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充放電可能状態である事を検出すると、制御回路102の出力端子126にLow、出力端子127、128はHighを出力する。そしてPMOSトランジスタ110をオン、NMOSトランジスタ111をオフ、NMOSトランジスタ161をオン、NMOSトランジスタ162をオンさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲート電極が正極電源端子122に接続されオン状態となる。こうして充放電が行われる。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、負極電源端子123および外部端子121の低い方の電圧をLowとして出力することができる。ここで制御回路102の出力は、出力端子126、128がLow、出力端子127がHigh、または出力端子126、127がLow、出力端子128がHighでもよい。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、127はHigh、出力端子128はLowを出力する。そして、PMOSトランジスタ110をオフ、NMOSトランジスタ111をオン、NMOSトランジスタ161をオフ、NMOSトランジスタ162をオンさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲート電極がNMOSトランジスタ162、端子125、NMOSトランジスタ111を介して外部端子121に接続されオフ状態となる。こうして、充電電流は遮断され二次電池101が過充電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード171は逆バイアスとなり負極電源端子123から外部端子121へ電流が流れる事を防止する。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のゲート電圧は外部端子121に接続され、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のソース電圧まで下がるため、リーク電流を低減させることができる。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、外部端子121の電圧をLowとして出力することができる。
外部端子120、121に負荷131が接続され、制御回路102によって二次電池101が放電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、128はHigh、出力端子127はLowを出力する。そして、PMOSトランジスタ110をオフ、NMOSトランジスタ111をオン、NMOSトランジスタ161をオン、NMOSトランジスタ162をオフさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲート電極がNMOSトランジスタ161、端子125、NMOSトランジスタ111を介して負極電源端子123に接続されオフ状態となる。こうして、放電電流は遮断され二次電池101が過放電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード172は逆バイアスとなり外部端子121から負極電源端子123へ電流が流れる事を防止する。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のゲート電圧は、負極電源端子123に接続され、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のドレイン電圧まで下がるため、リーク電流を低減させることができる。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、負極電源端子123の電圧をLowとして出力することができる。
なお、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は外付けで充放電制御回路151に接続しても良い。
以上に説明したように、第三の実施形態の充放電制御回路351を備えたバッテリ装置によれば、二次電池101が充電禁止状態になったときでも放電禁止状態になったときでも、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114に流れるリーク電流を低減させることができる。
図4は、第四の実施形態の充放電制御回路451を備えたバッテリ装置の回路図である。
図2との違いは端子125とPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲートの接続を除いた点である。
次に第四の実施形態の充放電制御回路451を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充放電可能状態である事を検出すると、制御回路102の出力端子126はHigh、出力端子127、128はLowを出力する。そしてPMOSトランジスタ210をオフ、NMOSトランジスタ211をオン、PMOSトランジスタ261をオン、PMOSトランジスタ262をオンさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極が負極電源端子123に接続されオン状態となる。こうして充放電が行われる。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、正極電源端子122および外部端子120の高い方の電圧をHighとして出力することができる。ここで制御回路102の出力は、出力端子126、128がHigh、出力端子127がLow、または出力端子126、127がHigh、出力端子128がLowでもよい。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、127はLow、出力端子128はHighを出力する。そして、PMOSトランジスタ210をオン、NMOSトランジスタ211をオフ、PMOSトランジスタ261をオフ、PMOSトランジスタ262をオンさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極がPMOSトランジスタ262、端子125、PMOSトランジスタ210を介して外部端子120に接続されオフ状態となる。こうして、充電電流は遮断され二次電池101が過充電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード271は逆バイアスとなり外部端子120から正極電源端子122へ電流が流れる事を防止する。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のゲート電圧は、外部端子120に接続され、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のソース電圧まであがるため、リーク電流を低減させることができる。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、外部端子120の電圧をHighとして出力することができる。
外部端子120、121に負荷131が接続され、制御回路102によって二次電池101が放電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、128はLow、出力端子127はHighを出力する。そして、PMOSトランジスタ210をオン、NMOSトランジスタ211をオフ、PMOSトランジスタ261をオン、PMOSトランジスタ262をオフさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極がPMOSトランジスタ261、端子125、PMOSトランジスタ210を介して正極電源端子122に接続されオフ状態となる。こうして、放電電流は遮断され二次電池101が過放電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード272は逆バイアスとなり正極電源端子122から外部端子120へ電流が流れる事を防止する。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のゲート電圧は、正極電源端子122に接続され、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のソース電圧まであがるため、リーク電流を低減させることができる。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、正極電源端子122の電圧をHighとして出力することができる。
なお、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は外付けで充放電制御回路251に接続しても良い。
以上に説明したように、第四の実施形態の充放電制御回路451を備えたバッテリ装置によれば、二次電池101が充電禁止状態になったときでも放電禁止状態になったときでも、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214に流れるリーク電流を低減させることができる。
図6は、第五の実施形態の充放電制御回路651を備えたバッテリ装置の回路図である。
図1との違いはショットキーバリアダイオード601と602を追加した点である。ショットキーバリアダイオード601のアノードはNMOSトランジスタ161のソースに接続され、カソードはNMOSトランジスタ161のドレインに接続される。ショットキーバリアダイオード602のアノードはNMOSトランジスタ162のソースに接続され、カソードはNMOSトランジスタ162のドレインに接続される。
次に第五の実施形態の充放電制御回路651を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充放電可能状態である事を検出すると、制御回路102の出力端子126がLow、出力端子127、128はHighを出力する。そしてPMOSトランジスタ110をオン、NMOSトランジスタ111をオフ、NMOSトランジスタ161をオン、NMOSトランジスタ162をオンさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲート電極が正極電源端子122に接続されオン状態となる。こうして充放電が行われる。ここで制御回路102の出力は、出力端子126、128がLow、出力端子127がHigh、または出力端子126、127がLow、出力端子128がHigh、または出力端子126、127、128がLowでもよい。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、負極電源端子123および外部端子121の低い方の電圧をLowとして出力することができる。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、127はHigh、出力端子128はLowを出力する。そして、PMOSトランジスタ110をオフ、NMOSトランジスタ111をオン、NMOSトランジスタ161をオフ、NMOSトランジスタ162をオンさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲートがNMOSトランジスタ162、端子125、NMOSトランジスタ111を介して外部端子121に接続されオフ状態となる。こうして、充電電流は遮断され二次電池101が過充電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード171は逆バイアスとなり負極電源端子123から外部端子121へ電流が流れる事を防止する。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のゲート電圧は外部端子121に接続され、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のソース電圧まで下がるため、リーク電流を低減させることができる。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲート端子は、端子125、NMOSトランジスタ162を介して外部端子121に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、外部端子121の電圧をLowとして出力することができる。ショットキーバリアダイオード602は、NMOSトランジスタ162がオフからオンになるとき、瞬間的にNMOSトランジスタ161がオフ、NMOSトランジスタ162がオフとなったとしても端子125がフローティングになる事を防ぐことができる。
外部端子120、121に負荷131が接続され、制御回路102によって二次電池101が放電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、128はHigh、出力端子127はLowを出力する。そして、PMOSトランジスタ110をオフ、NMOSトランジスタ111をオン、NMOSトランジスタ161をオン、NMOSトランジスタ162をオフさせる。するとNチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は、ゲートがNMOSトランジスタ161、端子125、NMOSトランジスタ111を介して負極電源端子123に接続されオフ状態となる。こうして、放電電流は遮断され二次電池101が過放電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード172は逆バイアスとなり外部端子121から負極電源端子123へ電流が流れる事を防止する。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のゲート電圧は、負極電源端子123に接続され、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のドレイン電圧まで下がるため、リーク電流を低減させることができる。Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲート端子は、端子125、NMOSトランジスタ161を介して負極電源端子123に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の負極電源は端子125に接続されるため、負極電源端子123の電圧をLowとして出力することができる。ショットキーバリアダイオード601は、NMOSトランジスタ161がオフからオンになるとき、瞬間的にNMOSトランジスタ161がオフ、NMOSトランジスタ162がオフとなったとしても端子125がフローティングになる事を防ぐことができる。
以上に説明したように、第五の実施形態の充放電制御回路651を備えたバッテリ装置によれば、二次電池101が充電禁止状態になったときでも放電禁止状態になったときでも、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114に流れるリーク電流を低減させることができる。そして、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲートを外部端子121または負極電源端子123に接続することで、充放電制御回路651を安定して動作させることができる。
なお、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114は外付けで充放電制御回路651に接続しても良い。また、Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ114のバックゲートを端子125に接続しなくてもリーク電流を低減させることができる。
図7は、第六の実施形態の充放電制御回路751を備えたバッテリ装置の回路図である。
図2との違いはショットキーバリアダイオード701と702を追加した点である。ショットキーバリアダイオード701のアノードはPMOSトランジスタ261のソースに接続され、カソードはPMOSトランジスタ261のドレインに接続される。ショットキーバリアダイオード702のアノードはPMOSトランジスタ262のソースに接続され、カソードはPMOSトランジスタ262のドレインに接続される。
次に第六の実施形態の充放電制御回路751を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充放電可能状態である事を検出すると、制御回路102の出力端子126はHigh、出力端子127、128はLowを出力する。そしてPMOSトランジスタ210をオフ、NMOSトランジスタ211をオン、PMOSトランジスタ261をオン、PMOSトランジスタ262をオンさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極が負極電源端子123に接続されオン状態となる。こうして充放電が行われる。ここで制御回路102の出力は、出力端子126、128がHigh、出力端子127がLow、または出力端子126、127がHigh、出力端子128がLow、または出力端子126、127、128がHighでもよい。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、正極電源端子122および外部端子120の高い方の電圧をHighとして出力することができる。
外部端子120、121に充電器132が接続され、制御回路102によって二次電池101が充電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、127はLow、出力端子128はHighを出力する。そして、PMOSトランジスタ210をオン、NMOSトランジスタ211をオフ、PMOSトランジスタ261をオフ、PMOSトランジスタ262をオンさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極がPMOSトランジスタ262、端子125、PMOSトランジスタ210を介して外部端子120に接続されオフ状態となる。こうして、充電電流は遮断され二次電池101が過充電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード271は逆バイアスとなり外部端子120から正極電源端子122へ電流が流れる事を防止する。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のゲート電圧は、外部端子120に接続され、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のソース電圧まであがるため、リーク電流を低減させることができる。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲート端子は、端子125、PMOSトランジスタ262を介して外部端子120に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、外部端子120の電圧をHighとして出力することができる。ショットキーバリアダイオード702は、PMOSトランジスタ262がオフからオンになるとき、瞬間的にPMOSトランジスタ261がオフ、PMOSトランジスタ262がオフとなったとしても端子125がフローティングになる事を防ぐことができる。
外部端子120、121に負荷131が接続され、制御回路102によって二次電池101が放電禁止状態になった事を検出すると、制御回路102の出力端子126、128はLow、出力端子127はHighを出力する。そして、PMOSトランジスタ210をオン、NMOSトランジスタ211をオフ、PMOSトランジスタ261をオン、PMOSトランジスタ262をオフさせる。するとPチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は、ゲート電極がPMOSトランジスタ261、端子125、PMOSトランジスタ210を介して正極電源端子122に接続されオフ状態となる。こうして、放電電流は遮断され二次電池101が過放電となるのを防止する。ここで、寄生ダイオード272は逆バイアスとなり正極電源端子122から外部端子120へ電流が流れる事を防止する。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のゲート電圧は、正極電源端子122に接続され、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のソース電圧まであがるため、リーク電流を低減させることができる。Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲート端子は、端子125、PMOSトランジスタ261を介して正極電源端子122に接続するため、フローティングになることがなくなり安定して動作させることができる。制御回路102の正極電源は端子125に接続されるため、正極電源端子122の電圧をHighとして出力することができる。ショットキーバリアダイオード701は、PMOSトランジスタ261がオフからオンになるとき、瞬間的にPMOSトランジスタ261がオフ、PMOSトランジスタ262がオフとなったとしても端子125がフローティングになる事を防ぐことができる。
以上に説明したように、第二の実施形態の充放電制御回路251を備えたバッテリ装置によれば、二次電池101が充電禁止状態になったときでも放電禁止状態になったときでも、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214に流れるリーク電流を低減させることができる。そして、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲートを外部端子120または正極電源端子122に接続することで、充放電制御回路251を安定して動作させることができる。
なお、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214は外付けで充放電制御回路251に接続しても良い。また、Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ214のバックゲートを端子125に接続しなくてもリーク電流を低減させることができる。
101 二次電池
102 制御回路
151、251 充放電制御回路
152、252 スイッチ回路
114 Nチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ
214 Pチャネル双方向導通型電界効果トランジスタ
120、121 外部端子
122 正極電源端子
123 負極電源端子
124、125 端子
126、127、128 制御回路出力端子
131 負荷
132 充電器
171、172、271、272 寄生ダイオード
302、303 ダイオード
601、602、701、702 ショットキーバリアダイオード

Claims (10)

  1. 一つの双方向導通型電界効果トランジスタによって、二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、
    前記二次電池の両端が接続され、前記二次電池の電圧を監視する制御回路と、
    第一の端子と第二の端子を有し、前記制御回路の出力により前記双方向導通型電界効果トランジスタのゲートを制御するスイッチ回路と、
    ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのドレインに接続され、ソースとバックゲートが前記スイッチ回路の第一の端子に接続された第一のトランジスタと、
    ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのソースに接続され、ソースとバックゲートが前記スイッチ回路の第一の端子に接続された第二のトランジスタと、
    を備えたことを特徴とする充放電制御回路。
  2. 前記双方向導通型電界効果トランジスタのバックゲートは、前記スイッチ回路の第一の端子に接続されたことを特徴とする請求項1に記載の充放電制御回路。
  3. 前記第一のトランジスタのドレインソース間に第一のPN接合素子が接続され、
    前記第二のトランジスタのドレインソース間に第二のPN接合素子が接続された、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の充放電制御回路。
  4. 前記スイッチ回路は、
    ゲートが前記制御回路の第一の出力端子に接続され、ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第二の端子に接続されたPチャネルMOSトランジスタと、
    ゲートが前記制御回路の第一の出力端子に接続され、ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記第一の端子に接続されたNチャネルMOSトランジスタで構成された、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の充放電制御回路。
  5. 前記第一のトランジスタは、ゲートが前記制御回路の第二の出力端子と接続されたNチャネルMOSトランジスタで、
    前記第二のトランジスタは、ゲートが前記制御回路の第三の出力端子と接続されたNチャネルMOSトランジスタで、構成されることを特徴とする請求項4に記載の充放電制御回路。
  6. 前記制御回路は、
    負極電源端子が前記スイッチ回路の第一の端子に接続されたことを特徴とする請求項4または5に記載の充放電制御回路。
  7. 前記スイッチ回路は、
    ゲートが前記制御回路の第一の出力端子に接続され、ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記スイッチ回路の第一の端子に接続されたPチャネルMOSトランジスタと、
    ゲートが前記制御回路の前記第一の出力端子に接続され、ドレインが前記双方向導通型電界効果トランジスタのゲートに接続され、ソースが前記スイッチ回路の第二の端子に接続されたNチャネルMOSトランジスタで構成された、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の充放電制御回路。
  8. 前記第一のトランジスタは、ゲートが前記制御回路の第二の出力端子と接続されたPチャネルMOSトランジスタで、
    前記第二のトランジスタは、ゲートが前記制御回路の第三の出力端子と接続されたPチャネルMOSトランジスタで、構成されることを特徴とする請求項7に記載の充放電制御回路。
  9. 前記制御回路は、
    正極電源端子が前記スイッチ回路の第一の端子に接続されたことを特徴とする請求項7または8に記載の充放電制御回路。
  10. 充放電が可能な二次電池と、
    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である、一つの双方向導通型電界効果トランジスタと、
    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から9のいずれかに記載の充放電制御回路と、
    を備えたバッテリ装置。
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