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JP6531945B2 - Overcurrent detection circuit - Google Patents

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JP6531945B2 JP2015170861A JP2015170861A JP6531945B2 JP 6531945 B2 JP6531945 B2 JP 6531945B2 JP 2015170861 A JP2015170861 A JP 2015170861A JP 2015170861 A JP2015170861 A JP 2015170861A JP 6531945 B2 JP6531945 B2 JP 6531945B2
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Description

本発明は、電池の充電時及び放電時における過電流状態を検出する過電流検出回路に関するものである。   The present invention relates to an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent condition during charging and discharging of a battery.

図5は、特許文献1に記載された従来技術の回路図である。
図5において、100は電池(二次電池)、200は過電流保護回路、301,302は電池100への接続端子である。
過電流保護回路200は、過電流検出回路210と、電圧監視部250と、充放電制御部260と、充放電制御スイッチ270とを備えている。また、過電流検出回路210は、分圧抵抗211と、ローパスフィルタからなる遅延回路212と、増幅率が1のバッファ213,214と、オペアンプ216を有する差動増幅回路215と、コンパレータ217と、基準電圧源218とによって構成されている。
FIG. 5 is a circuit diagram of the prior art described in Patent Document 1. As shown in FIG.
In FIG. 5, 100 is a battery (secondary battery), 200 is an overcurrent protection circuit, and 301 and 302 are connection terminals to the battery 100.
The overcurrent protection circuit 200 includes an overcurrent detection circuit 210, a voltage monitoring unit 250, a charge / discharge control unit 260, and a charge / discharge control switch 270. Further, the overcurrent detection circuit 210 includes a voltage dividing resistor 211, a delay circuit 212 including a low pass filter, buffers 213 and 214 with an amplification factor of 1, a differential amplifier circuit 215 having an operational amplifier 216, and a comparator 217. And a reference voltage source 218.

なお、Vは電池100の端子電圧、Iは電池100に流れる電流、Vは分圧抵抗211による電圧分圧値、Vはバッファ213の出力電圧、Vはバッファ214の出力電圧(電圧分圧値Vの遅延電圧)、Vは差動増幅回路215の出力電圧、Vは基準電圧源218により設定される基準電圧である。 V t is the terminal voltage of the battery 100, I c is the current flowing through the battery 100, V d is the voltage division value by the voltage dividing resistor 211, V 1 is the output voltage of the buffer 213, and V 2 is the output voltage of the buffer 214 (delay voltage of the voltage value of the partial pressure V d), V s is the reference voltage is the output voltage, V f of the differential amplifier circuit 215 is set by the reference voltage source 218.

一般に、電池に過電流が流れると電池の劣化が進む。このため、図5の過電流検出回路210では、単位時間当たりの電流Iの変化をバッファ213,214の出力電圧V,Vの差として検出し、この差電圧に比例した電圧Vを差動増幅器215が演算して後続のコンパレータ217が基準電圧Vと比較することにより、過電流の発生を検出している。そして、充放電制御部260が、充放電制御スイッチ270をオフさせることで過電流による電池100の劣化を防止している。
また、電圧監視部250は、内部のコンパレータを用いて電池100の端子電圧Vを所定の基準電圧と比較することにより、電池100の状態を監視している。
In general, when an overcurrent flows in a battery, the battery deteriorates. Therefore, the overcurrent detection circuit 210 of FIG. 5 detects a change in current I c per unit time as the difference between the output voltages V 1 and V 2 of the buffers 213 and 214, and a voltage V s proportional to the difference voltage. Is detected by the differential amplifier 215 and the subsequent comparator 217 is compared with the reference voltage V f to detect the occurrence of the overcurrent. Then, the charge / discharge control unit 260 turns off the charge / discharge control switch 270 to prevent the deterioration of the battery 100 due to the overcurrent.
The voltage monitoring unit 250, by comparing the terminal voltage V t of the battery 100 using an internal comparator with a predetermined reference voltage, monitors the status of the battery 100.

上述した過電流検出回路210によれば、電池100にシャント抵抗やFET等を直列に接続し、これらの抵抗値による電圧降下を利用して過電流を検出する方法に比べ、抵抗による電力損失が生じないという利点がある。   According to the above-described overcurrent detection circuit 210, the power loss due to resistance is greater than the method in which a shunt resistor, an FET or the like is connected in series to battery 100 and the overcurrent is detected using the voltage drop due to these resistance values. There is an advantage that it does not occur.

特許第4932975号公報(段落[0013]〜[0049]、図1等)Patent No. 4932975 (Paragraphs [0013] to [0049], FIG. 1, etc.)

ところで、図5の過電流検出回路210においては、充電時過電流(端子電圧Vの上昇)と放電時過電流(端子電圧Vの低下)との両方を検出するために、例えば、電圧監視部250を構成するにあたって前記基準電圧源218とは別の基準電圧源を設ける必要があり、これが部品点数やコストを増加させる原因となっていた。
以下、上記の課題について詳しく説明する。
Incidentally, the overcurrent detection circuit 210 in FIG. 5, in order to detect both during charging overcurrent and (increase in the terminal voltage V t) and the discharge overcurrent (decrease in the terminal voltage V t), for example, the voltage In forming the monitoring unit 250, it is necessary to provide a reference voltage source different from the reference voltage source 218, which causes an increase in the number of parts and the cost.
The above problems will be described in detail below.

図5において、例えば負荷電流が一定である場合、遅延回路212における漏れ電流を考慮すると、電圧V,VはV>Vの状態で安定し、両電圧の差動出力電圧V=(V−V)は負となる(V<0)。なお、この時のVの値を、Vs0とする。 In FIG. 5, for example, when the load current is constant, considering the leakage current in delay circuit 212, voltages V 1 and V 2 are stabilized in the state of V 1 > V 2 and differential output voltage V s of both voltages is stabilized. = (V 2 -V 1) becomes negative (V s <0). Note that the value of V s at this time is V s0 .

放電時過電流によって電圧Vが急激に低下すると、V,Vの間には時間遅れがあるので、両者の大小関係はV>VからV<Vに変化する。その結果、V=(V−V)は正に反転するが、これは、放電時過電流によってVが大きくなる方向に変化することを示している。
図5の回路では、Vが基準電圧Vよりも大きくなったらコンパレータ217の出力が反転することにより、充放電制御部260は過電流の発生を検出している。従って、基準電圧Vは前記Vs0より大きい値に設定しなくてはならない(V>Vs0)。
When the voltage V d by overcurrent during discharging is rapidly reduced, since between V 1, V 2 there is a time delay, both the magnitude relation of changes to V 1 <V 2 from V 1> V 2. As a result, V s = (V 2 −V 1 ) reverses to positive, which indicates that V s changes in the direction of increasing V s due to over current during discharge.
In the circuit of FIG. 5, the charge / discharge control unit 260 detects the occurrence of an overcurrent by inverting the output of the comparator 217 when V s becomes larger than the reference voltage V f . Therefore, the reference voltage Vf must be set to a value larger than the Vs0 ( Vf > Vs0 ).

一方、V>Vs0に設定されている状態において、充電時過電流が発生すると、Vは増加するがV>Vの関係は変わらないので、Vは負方向に大きくなる。これは、充電時過電流によってVが小さくなる方向に変化することを示している。
しかし、V>Vs0の関係があり、Vがどれだけ増加しようともコンパレータ217の出力Vが反転することはないため、充放電制御部260は充電時過電流の発生を検出することができない。
On the other hand, in a state which is set to V f> V s0, an overcurrent is generated during charging, since V d is not changed in relation V 1> V 2 increases, V s is increased in the negative direction. This indicates that the charge overcurrent changes to decrease V s .
However, there is the relationship of V f> V s0, since the output V s of the comparator 217 also tends to increase V d how much will not be reversed, the charging and discharging control unit 260 to detect the occurrence of charge overcurrent I can not

そこで、この従来技術では、前述したごとく電圧監視部250にコンパレータを設け、基準電圧Vとは別の基準電圧を設定して充電時過電流を検出しているが、このことは、基準電圧源218以外に別の基準電圧源が必要になることを意味する。 Therefore, in the prior art, as described above, the voltage monitoring unit 250 is provided with a comparator, and a reference voltage different from the reference voltage V f is set to detect an over current during charging. In addition to the source 218, it means that another reference voltage source is needed.

また、特許文献1には、絶対値回路により差動増幅回路215の出力電圧Vの絶対値を検出して充電時過電流及び放電時過電流の両方を検出することも示唆されている。
絶対値回路を用いれば、基準電圧源が一つであっても充電時過電流及び放電時過電流を検出可能であるが、その場合には負電源生成回路が別途必要になり、やはり部品点数やコストが増加するという課題がある。
Further, Patent Document 1 also suggests that an absolute value circuit detects an absolute value of the output voltage V s of the differential amplifier circuit 215 to detect both the charging overcurrent and the discharging overcurrent.
If an absolute value circuit is used, even if there is only one reference voltage source, charging over current and discharging over current can be detected. In that case, a negative power supply generation circuit is additionally required, and the number of parts is still required. And the cost increases.

そこで、本発明の解決課題は、複数の基準電圧源や負電源生成回路等を用いることなく、少ない回路部品数のもとで充電時過電流状態及び放電時過電流状態の両方を検出可能とした過電流検出回路を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to detect both the charging overcurrent state and the discharging overcurrent state with a small number of circuit components without using a plurality of reference voltage sources, negative power supply generation circuits and the like. To provide an over-current detection circuit.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、充放電可能な電池に過電流が流れていることを検出する過電流検出回路において、
前記電池の正極電位に比例する第1の電位と、前記正極電位に比例する電位を電圧遅延部により時間的に遅延させた第2の電位と、を比較して第1の信号を出力する第1の電圧比較部と、
前記第1の電位と前記第2の電位との差を増幅する差動増幅部と、
前記差動増幅部の出力電圧と基準電圧とを比較して第2の信号を出力する第2の電圧比較部と、
前記第1の信号及び前記第2の信号の論理の組み合わせに基づき、前記電池に流れる電流の定常状態、前記電池の充電時過電流状態または放電時過電流状態を判別する制御部と、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is an overcurrent detection circuit for detecting that an overcurrent flows in a chargeable / dischargeable battery,
A first signal is output by comparing a first potential proportional to a positive electrode potential of the battery and a second potential obtained by temporally delaying the potential proportional to the positive electrode potential by a voltage delay unit. 1, the voltage comparison unit,
A differential amplification unit that amplifies a difference between the first potential and the second potential;
A second voltage comparison unit that compares the output voltage of the differential amplification unit with a reference voltage and outputs a second signal;
A control unit configured to determine a steady state of current flowing in the battery, an overcharge state during charging of the battery, or an overcurrent state during discharging based on a combination of logics of the first signal and the second signal; It is

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した過電流検出回路において、前記制御部は、前記第1の信号及び前記第2の信号の論理が、何れも同一の第1の論理(例えば「0」)である時に前記電池が充電時過電流状態であることを判別し、かつ、前記第1の信号及び前記第2の信号の論理が、何れも同一であって前記第1の論理とは逆の第2の論理(例えば「1」)である時に前記電池が放電時過電流状態であることを判別するものである。   According to a second aspect of the present invention, in the overcurrent detection circuit according to the first aspect, the control unit is configured such that the logic of the first signal and the logic of the second signal is the same as each other (for example, first logic When it is “0”, it is determined that the battery is in the over current state during charging, and the logic of the first signal and the logic of the second signal are the same, and the first logic Is a second logic opposite to (e.g., "1") to determine that the battery is in the over current state during discharge.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した過電流検出回路において、前記第1の電圧比較部は、ヒステリシスを有するコンパレータにより前記第1の電位と前記第2の電位とを比較するものである。   The invention according to claim 3 is the overcurrent detection circuit according to claim 1 or 2, wherein the first voltage comparison unit compares the first potential and the second potential by a comparator having hysteresis. It is

請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した過電流検出回路において、前記電池の端子電圧を分圧する分圧抵抗を備え、前記分圧抵抗による分圧点の電位を、前記第1の電位とすると共に前記電圧遅延部の入力端の電位としたものである。   The invention according to claim 4 is the overcurrent detection circuit according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a voltage dividing resistor for dividing a terminal voltage of the battery, wherein the voltage dividing point is divided by the voltage dividing resistor. The potential is the first potential and the potential of the input terminal of the voltage delay unit.

請求項5に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した過電流検出回路において、前記電池の端子電圧を分圧する分圧抵抗を備え、前記分圧抵抗の、前記電池の正極側に位置する一端の電位を前記第1の電位とし、前記分圧抵抗の他端の電位を前記電圧遅延部の入力端の電位としたものである。   The invention according to claim 5 is the overcurrent detection circuit according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a voltage dividing resistor that divides a terminal voltage of the battery, wherein the voltage dividing resistor The potential at one end located on the positive electrode side is the first potential, and the potential at the other end of the voltage dividing resistor is the potential at the input end of the voltage delaying portion.

本発明によれば、電池の現在の電位に相当する第1の電位と現在の電位を時間的に遅延させた第2の電位とを比較して得た信号と、第1,第2の電位の差に相当する電圧を基準電圧と比較して得た信号との論理の組み合わせに基づいて、電池を流れる電流の平常状態、充電時過電流状態または放電時過電流状態を判別することができる。特に本発明においては、複数の基準電圧源や負電源生成回路が不要であるため、回路構成の簡略化やコストの低減が可能である。   According to the present invention, the signal obtained by comparing the first potential corresponding to the current potential of the battery with the second potential obtained by temporally delaying the current potential, and the first and second potentials It is possible to determine the normal state of the current flowing through the battery, the charging overcurrent state, or the discharging overcurrent state based on a combination of logic with a signal obtained by comparing the voltage corresponding to the difference with the reference voltage. . In particular, in the present invention, since a plurality of reference voltage sources and negative power supply generation circuits are unnecessary, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.

本発明の第1実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態において充電時過電流が発生した場合の動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory view in the case where an overcurrent at the time of charge occurs in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態において放電時過電流が発生した場合の動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory view in the case where an overcurrent during discharge occurs in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a 2nd embodiment of the present invention. 特許文献1に記載された従来技術の回路図である。It is a circuit diagram of the prior art described in patent document 1. FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態を示す回路図である。図1において、充放電可能な電池(二次電池)1の正極と負極との間には、分圧用の抵抗2,3が直列に接続されている。また、電池1の正極は端子61に、電池1の負極は端子62にそれぞれ接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, resistors 2 and 3 for voltage division are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of a chargeable / dischargeable battery (secondary battery) 1. Further, the positive electrode of the battery 1 is connected to the terminal 61, and the negative electrode of the battery 1 is connected to the terminal 62.

抵抗2,3同士の接続点は、増幅率が1のバッファ5を介して第1の電圧比較部10のコンパレータ11の反転入力端子に接続されると共に、電圧遅延部4の抵抗4aを介して増幅率が1のバッファ6に接続されている。ここで、電圧遅延部4は、図5の遅延回路212と同様に抵抗4a及びコンデンサ4bからなるローパスフィルタである。   The connection point between the resistors 2 and 3 is connected to the inverting input terminal of the comparator 11 of the first voltage comparison unit 10 via the buffer 5 with an amplification factor of 1, and via the resistor 4 a of the voltage delay unit 4. The amplification factor is connected to the buffer 6 of one. Here, the voltage delay unit 4 is a low pass filter including a resistor 4 a and a capacitor 4 b as in the delay circuit 212 of FIG. 5.

第1の電圧比較部10において、コンパレータ11及び抵抗12,13は、いわゆるヒステリシス付きコンパレータを構成しており、コンパレータ11の非反転入力端子は、抵抗12を介してコンパレータ11の出力端子に接続され、かつ、抵抗13を介して前記バッファ6の出力側に接続されている。更に、コンパレータ11の出力は、制御部40に信号Dとして入力されている。
コンパレータ11のヒステリシス電圧は、出力電圧を抵抗12,13により分圧した値であり、コンパレータ11の両入力端子の電圧の差がヒステリシス電圧を超えたときにその出力が反転するものである。
In the first voltage comparison unit 10, the comparator 11 and the resistors 12 and 13 constitute a so-called comparator with hysteresis, and the non-inverted input terminal of the comparator 11 is connected to the output terminal of the comparator 11 via the resistor 12. And, it is connected to the output side of the buffer 6 through the resistor 13. Furthermore, the output of the comparator 11 is inputted to the control unit 40 as the signal D 1.
The hysteresis voltage of the comparator 11 is a value obtained by dividing the output voltage by the resistors 12 and 13. The output is inverted when the voltage difference between both input terminals of the comparator 11 exceeds the hysteresis voltage.

また、前記バッファ5,6の出力は、差動増幅部20において、それぞれ抵抗21,22を介してオペアンプ23の非反転入力端子、反転入力端子に入力されている。オペアンプ23の非反転入力端子は抵抗24を介して接地され、オペアンプ23の出力端子と反転入力端子との間には抵抗25が接続されている。このオペアンプ23は、バッファ5,6の出力電圧の差に比例した電圧を出力するものであり、ここでは、便宜的にオペアンプ23の増幅率を1とする。なお、この増幅率は1に限定されないのは言うまでもない。   The outputs of the buffers 5 and 6 are input to the non-inverted input terminal and the inverted input terminal of the operational amplifier 23 through the resistors 21 and 22 in the differential amplifier unit 20, respectively. The non-inverted input terminal of the operational amplifier 23 is grounded via the resistor 24, and the resistor 25 is connected between the output terminal of the operational amplifier 23 and the inverted input terminal. The operational amplifier 23 outputs a voltage proportional to the difference between the output voltages of the buffers 5 and 6. Here, the amplification factor of the operational amplifier 23 is set to 1 for convenience. Needless to say, the amplification factor is not limited to one.

オペアンプ23の出力は、第2の電圧比較部30のコンパレータ31の反転入力端子に加えられ、その非反転入力端子は基準電圧源32の正極に接続されている。このコンパレータ31の出力信号は、制御部40に信号Dとして入力されている。
制御部40は、入力される信号D,Dの論理の組み合わせに応じて、過電流が発生していない定常状態、充電時過電流状態または放電時過電流状態を判別し、後述の電路遮断部50に制御信号を出力するように動作する。
The output of the operational amplifier 23 is applied to the inverting input terminal of the comparator 31 of the second voltage comparing unit 30, and the non-inverting input terminal is connected to the positive terminal of the reference voltage source 32. The output signal of the comparator 31 is inputted to the control unit 40 as the signal D 2.
Control unit 40 determines a steady state in which an overcurrent is not generated, an overcurrent state during charging, or an overcurrent state during discharge according to a combination of logics of input signals D 1 and D 2 , as will be described later. It operates to output a control signal to the blocking unit 50.

電池1の負極と基準電圧源32の負極とは共に接地されていると共に、両者の接続点は電路遮断部50を介して端子62に接続されている。
電路遮断部50は、過電流発生時に、制御部40からの制御信号によって電池1の充電経路または放電経路を遮断する機能を有し、放電時の過電流を遮断するFET51と充電時の過電流を遮断するFET52とを、各々の寄生ダイオードが逆向きになるように直列接続して構成されている。この電路遮断部50の構成、機能は、実質的に図5の充放電制御スイッチ270と同一である。
The negative electrode of the battery 1 and the negative electrode of the reference voltage source 32 are both grounded, and the connection point between the two is connected to the terminal 62 through the electric path blocker 50.
The electric circuit interruption unit 50 has a function of interrupting the charge path or the discharge path of the battery 1 by the control signal from the control unit 40 when an overcurrent occurs, and the FET 51 which shuts off the overcurrent at the time of discharge Are connected in series so that each parasitic diode is in the opposite direction. The configuration and function of the circuit breaker 50 are substantially the same as the charge / discharge control switch 270 of FIG.

上記構成において、バッファ5,6、コンパレータ11,31、及びオペアンプ23は、通常、正電源端子及び負電源端子を備えており、正電源端子は図示されていないバッテリーの正極端子や他の正電圧源に接続されるが、負電源端子はグランドレベル、すなわち0[V]に接続されている。   In the above configuration, the buffers 5, 6, the comparators 11, 31, and the operational amplifier 23 usually have positive power supply terminals and negative power supply terminals, and the positive power supply terminals are the battery positive terminal and other positive voltages not shown. Although connected to the source, the negative power supply terminal is connected to the ground level, ie 0 [V].

次に、この実施形態の動作を説明する。
(1)定常状態の動作
まず、電池1に過電流が流れておらず、負荷電流の変動がほぼ一定である場合の動作を説明する。
バッファ5,6の入力側の電位をそれぞれVt1,Vt2とすると、コンデンサ4bの漏れ電流や抵抗4aによる電圧降下の影響により、Vt1,Vt2の大小関係は、従来技術と同様にVt1>Vt2となる。従って、バッファ5,6の出力側の電位をそれぞれVb1,Vb2とすると、Vb1>Vb2であり、この時のバッファ5,6の出力電圧を、それぞれVb10[V],Vb20[V]とする。
Next, the operation of this embodiment will be described.
(1) Operation in Steady State First, an operation in the case where the overcurrent does not flow in the battery 1 and the fluctuation of the load current is substantially constant will be described.
Assuming that the potentials on the input side of the buffers 5 and 6 are V t1 and V t2 respectively, the magnitude relationship between V t1 and V t2 is V as in the prior art due to the influence of the leakage current of the capacitor 4 b and the voltage drop by the resistor 4 a. t1 > Vt2 Therefore, assuming that the potentials on the output side of the buffers 5 and 6 are V b1 and V b2 respectively, V b1 > V b2 , and the output voltages of the buffers 5 and 6 at this time are V b10 [V] and V b20 , respectively. It is assumed that [V].

上記のVb1(Vb10)はコンパレータ11の反転入力端子に入力され、Vb2(Vb20)はコンパレータ11の非反転入力端子に入力されているので、コンパレータ11の出力の電位Vd1は、コンパレータ11の負電源端子の電位すなわちグランドレベルとなり、制御部40に入力される信号Dの論理は「0」となる。
また、Vb1,Vb2は差動増幅部20に入力され、オペアンプ23からは電圧V=(Vb10−Vb20)>0[V]が出力される。
Since V b1 (V b10 ) described above is input to the inverting input terminal of the comparator 11 and V b2 (V b20 ) is input to the non-inverting input terminal of the comparator 11, the potential V d1 of the output of the comparator 11 is It becomes potential ie ground level of the negative power supply terminal of the comparator 11, the logic of the signal D 1 input to the control unit 40 is "0".
Further, V b1 and V b2 are input to the differential amplification unit 20, and the operational amplifier 23 outputs a voltage V s = (V b10 -V b20 )> 0 [V].

ここで、基準電圧源32の電圧Vを(Vb10−Vb20)より大きい値に設定しておけば、コンパレータ31の出力の電位Vd2は、コンパレータ31の正電源端子の電位となり、制御部40に入力される信号Dの論理は「1」となる。
よって、制御部40は、D=「0」,D=「1」である状態を過電流が発生していない定常状態と判断し、電路遮断部50のFET51,52をオン(導通)状態で維持するような制御信号を出力する。
Here, if the voltage V f of the reference voltage source 32 is set to a value larger than (V b10 −V b20 ), the potential V d2 of the output of the comparator 31 becomes the potential of the positive power supply terminal of the comparator 31, logic signal D 2 that is inputted to the section 40 is "1".
Therefore, the control unit 40 determines that the state in which D 1 = “0” and D 2 = “1” is the steady state in which the overcurrent does not occur, and turns on the FETs 51 and 52 of the circuit breaker 50. It outputs a control signal that maintains the status.

(2)充電時過電流が発生した場合の動作
次いで、電池1への充電電流が過電流となった場合の動作を、図2を参照しつつ説明する。
図1の端子61,62間に充電定格以上の電圧が印加された場合等には、端子61と電池1の正極との間に電流制限用の抵抗が存在しないため、充電方向に流れる過電流によって電池1の正極側の電位Vが急激に上昇する。
このとき、バッファ5の入力側の電位Vt1は、Vの変化と同じタイミングで、抵抗2,3による分圧値として上昇していくが、バッファ6の入力側の電位Vt2は、電圧遅延部4による設定時間だけ遅れて上昇していく。
(2) Operation in the Case of Overcurrent at the Time of Charging Next, the operation in the case where the charging current to the battery 1 becomes an overcurrent will be described with reference to FIG.
When a voltage equal to or higher than the charge rating is applied between the terminals 61 and 62 in FIG. 1, etc., since there is no resistance for current limitation between the terminal 61 and the positive electrode of the battery 1, an overcurrent flowing in the charging direction As a result, the potential V t on the positive electrode side of the battery 1 rises sharply.
At this time, the potential V t1 on the input side of the buffer 5 rises as a voltage division value by the resistors 2 and 3 at the same timing as the change of V t , but the potential V t2 on the input side of the buffer 6 is a voltage It rises with a delay by the time set by the delay unit 4.

図2は、上記Vt1(Vb1),Vt2(Vb2)が変化する様子を概略的に示した波形図である。
図2において、充電時過電流発生後のVt2の傾きは電圧遅延部4による遅延時間に関係しており、抵抗4a及びコンデンサ4bによる時定数が小さいほど傾きは急俊になり、時定数が大きいほど傾きは緩やかになる。なお、Vb1,Vb2は、Vt1,Vt2とほぼ同様に変化する。
充電時過電流によりVが急激に変化しても、Vb1,Vb2の大小関係は変わらず、Vb1>Vb2の状態が維持される。従って、コンパレータ11の出力の電位Vd1はグランドレベルから変化せず、制御部40に入力される信号Dの論理は「0」である。
FIG. 2 is a waveform diagram schematically showing how V t1 (V b1 ) and V t2 (V b2 ) change.
2, the slope of V t2 when charging overcurrent after the occurrence is related to the delay time by the voltage delay unit 4, the slope more constant is small when the by resistor 4a and a capacitor 4b becomes steep, the time constant is The larger the value, the smaller the inclination. Note that V b1 and V b2 change substantially in the same manner as V t1 and V t2 .
Even V t changes rapidly by the charging overcurrent, the magnitude relation of V b1, V b2 is not changed, the state of V b1> V b2 is maintained. Therefore, the potential V d1 of the output of the comparator 11 does not change from the ground level, and the logic of the signal D 1 input to the control unit 40 is “0”.

一方、差動増幅器23の出力の電位Vは、図2に示すごとく、時間の経過と共に大きくなる。この電位Vは、第2の電圧比較部30のコンパレータ31によって基準電圧Vと比較され、V<Vの時は制御部40に入力される信号Dの論理が「1」となり、V>Vの時は「0」となる。
制御部40は、D=「0」,D=「0」である状態、すなわち、Dの論理は定常状態と同じ「0」であっても、電位Vが基準電圧Vを上回るほどに大きくなってDの論理が「0」となった場合を充電時過電流状態と判断し、電路遮断部50のFET52に対して充電方向に流れる電流を遮断するように制御信号を出力する。
On the other hand, the potential V s of the output of the differential amplifier 23 increases with the passage of time as shown in FIG. The potential V s is compared with the reference voltage V f by the comparator 31 of the second voltage comparing section 30, and when V s <V f , the logic of the signal D 2 input to the control section 40 becomes “1”. It becomes "0" when V s > V f .
The control unit 40 sets the potential V s to the reference voltage V f even if D 1 = “0”, D 2 = “0”, ie, the logic of D 1 is “0” as in the steady state. a control signal so as to increase become by D 2 of the logic determines that the overcurrent state when charging the case of "0", to interrupt the current flowing in the charging direction to FET52 of the path cut-off portion 50 over Output.

以上の動作において、電圧遅延部4の時定数と基準電圧Vとは、検出するべき過電圧(言い換えれば充電時過電流)に応じて適宜、設定すれば良い。充電時過電流の検出感度を高くしたい場合には、電圧遅延部4の時定数を大きくしてVを小さくし、また、ノイズマージンを考慮して多少ルーズな動作にしたい場合には、電圧遅延部4の時定数を小さくしてVを大きくすれば良い。 In the above-described operation, the time constant of the voltage delay unit 4 and the reference voltage V f may be appropriately set in accordance with the overvoltage to be detected (in other words, the charging over current). When it is desired to increase the detection sensitivity of the overcurrent during charging, the time constant of the voltage delay unit 4 is increased to reduce V f, and when it is desired to perform a somewhat loose operation in consideration of the noise margin, the voltage The time constant of the delay unit 4 may be reduced to increase V f .

(3)放電時過電流が発生した場合の動作
次に、電池1からの放電電流が過電流となった場合の動作を、図3を参照しつつ説明する。
図1の端子61,62間が短絡した等の理由により放電方向に過電流が発生すると、電池1の正極側の電位Vが急激に低下する。
このとき、バッファ5の入力側の電位Vt1は、Vの変化と同じタイミングで、抵抗2,3による分圧値として低下していくが、バッファ6の入力側の電位Vt2は、電圧遅延部4による設定時間だけ遅れて低下していく。
(3) Operation in the Case of Overcurrent at the Time of Discharge Next, the operation in the case where the discharge current from the battery 1 becomes an overcurrent will be described with reference to FIG.
When the terminals 61 and 62 of Figure 1 is overcurrent in the discharge direction by the reasons such as the short circuit occurs, the positive electrode side potential V t of the battery 1 is rapidly lowered.
At this time, the potential V t1 on the input side of the buffer 5 decreases as the voltage division value by the resistors 2 and 3 at the same timing as the change of V t , but the potential V t2 on the input side of the buffer 6 is a voltage The delay time decreases with the delay time set by the delay unit 4.

図3は、上記V,Vt1(Vb1),Vt2(Vb2)が変化する様子を概略的に示した波形図である。
図3に示すように、放電時過電流発生後には、Vb1,Vb2の大小関係が、平常状態のVb1>Vb2からVb1<Vb2へと変化する。そして、絶対値|Vb1−Vb2|が電圧比較部10のコンパレータ11のヒステリシス電圧より大きくなると、コンパレータ11の出力の電位Vd1はグランドレベルから正電源端子の電位へと反転し、制御部40に入力される信号Dの論理は「1」となる。なお、その後は、Vb1,Vb2の大小関係がVb1>Vb2となって絶対値|Vb1−Vb2|が上記ヒステリシス電圧より大きい別のヒステリシス電圧を超えない限り、信号Dの論理が「1」から「0」に反転することはない。
FIG. 3 is a waveform diagram schematically showing how V t , V t1 (V b1 ) and V t2 (V b2 ) change.
As shown in FIG. 3, after the discharge overcurrent occurs, the magnitude relation of V b1, V b2 is changed from V b1> V b2 of normal state to V b1 <V b2. Then, when the absolute value | V b1 −V b2 | becomes larger than the hysteresis voltage of the comparator 11 of the voltage comparison unit 10, the potential V d1 of the output of the comparator 11 is inverted from the ground level to the potential of the positive power supply terminal. logic of the signal D 1 input to 40 becomes "1". Incidentally, thereafter, the absolute value magnitude of V b1, V b2 becomes the V b1> V b2 | V b1 -V b2 | is as long as it does not exceed a different hysteresis voltage is greater than the hysteresis voltage, the signal D 1 Logic does not invert from "1" to "0".

一方、差動増幅部20においては、Vb1<Vb2の関係により、オペアンプ23の出力の電位Vは負電源端子の電位であるグランドレベル(0[V])に維持される。このため、コンパレータ31の出力の電位Vd2、すなわち制御部40に入力される信号Dの論理は「1」のままである。
従って、制御部40は、D=「1」,D=「1」である状態を放電時過電流状態と判断し、電路遮断部50のFET51に対して放電方向に流れる電流を遮断するように制御信号を出力する。
On the other hand, in the differential amplification unit 20, the potential V s of the output of the operational amplifier 23 is maintained at the ground level (0 [V]) which is the potential of the negative power supply terminal due to the relationship of V b1 <V b2 . Therefore, the potential V d2 of the output of the comparator 31, i.e. the logic signal D 2 that is inputted to the control unit 40 remains "1".
Therefore, the control unit 40 determines that the state of D 1 = “1” and D 2 = “1” is the over current state at the time of discharge, and cuts off the current flowing in the discharge direction to the FET 51 of the electric circuit block 50. Output the control signal.

以上のように、第1実施形態によれば、第1の電圧比較部10により電位Vb1とその遅延電位Vb2とを比較して得た信号Dと、電位Vb1,Vb2の差に相当するVを第2の電圧比較部30により基準電圧Vと比較して得た信号Dとの論理の組み合わせに基づいて、制御部40が平常状態、充電時過電流状態または放電時過電流状態を判別することが可能である。 As described above, according to the first embodiment, the difference between the potentials V b1 and V b2 and the signal D 1 obtained by comparing the potential V b1 and its delayed potential V b2 by the first voltage comparison unit 10 The control unit 40 is in the normal state, in the charge overcurrent state or in the discharge state, based on the combination of the logic with the signal D 2 obtained by comparing the V s corresponding to the reference voltage V f by the second voltage comparison unit 30. It is possible to determine the over-current state.

次に、本発明の第2実施形態を図4に基づいて説明する。この図4と第1実施形態に係る図1との相違点は、電圧遅延部4の入力側の回路構成と、電圧遅延部4への入力信号の接続位置である。
すなわち、図4において、抵抗3と電池1の負極との間には別の抵抗3aが接続されており、抵抗3,3a同士の接続点に抵抗4aの一端が接続されている。言い換えれば、抵抗2,3同士の接続点の電位が電位Vt1となり、抵抗3,3a同士の接続点の電位が電圧遅延部4の入力端の電位となっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. The difference between FIG. 4 and FIG. 1 according to the first embodiment is the circuit configuration on the input side of the voltage delay unit 4 and the connection position of the input signal to the voltage delay unit 4.
That is, in FIG. 4, another resistor 3a is connected between the resistor 3 and the negative electrode of the battery 1, and one end of the resistor 4a is connected to a connection point between the resistors 3 and 3a. In other words, the potential at the connection point between the resistors 2 and 3 is the potential V t1 , and the potential at the connection point between the resistors 3 and 3a is the potential at the input end of the voltage delay unit 4.

前述したように、第1実施形態により充電時過電流を検出するためには、電位Vが急激に上昇してV>Vの関係が速やかに成立することが条件になっている。従って、Vが、電圧遅延部4の遅延動作によって影響を受けない程度に緩やかに上昇する場合には、充電時過電流を検出できないおそれがある。
図4に示す第2実施形態は、上記の問題を解消するためのものである。
As described above, in order to detect the charge-time overcurrent according to the first embodiment, it is a condition that the potential V t rapidly rises and the relationship of V s > V f is quickly established. Therefore, V t is the case of gradually increasing a degree that is not affected by the delay operation of the voltage delay unit 4, it may not be possible to detect the charging overcurrent.
The second embodiment shown in FIG. 4 is for solving the above problem.

電圧遅延部4の入力側を図4のように構成した場合、過電流により電位Vが上昇する速さに関わらず、電位Vが大きくなるにつれて抵抗3に加わる電位差が大きくなる。よって、Vt1,Vt2間(Vb1,Vb2間)の電位差、つまり差動増幅部20の出力の電位Vも大きくなる。
このため、Vの上昇速度が緩慢であっても、VがVを超えるほどにVが高くなれば、制御部40に入力される信号D,Dの論理は何れも「0」となり、制御部40が充電時過電流を確実に検出することができる。
If you configure the input side of the voltage delay unit 4 as shown in FIG. 4, regardless of the rate at which the potential V t is increased by an overcurrent, a potential difference applied to the resistor 3 as potential V t is increased becomes larger. Therefore, the potential difference between V t1 and V t2 (V b1 and V b2 ), that is, the potential V s of the output of the differential amplification unit 20 also increases.
Therefore, even if the rising speed of V t is slow, if V t becomes so high that V s exceeds V f , the logic of the signals D 1 and D 2 input to the control unit 40 is “ The control unit 40 can reliably detect the over-current at the time of charge.

なお、本発明は、図1や図4に示した回路全体により、過電流検出回路を電池1と共に内蔵した二次電池パックを構成し、この二次電池パックをノートパソコンや携帯電話等の情報・通信端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の直流電源装置として利用することができる。また、図1や図4における電池1を除いた部分により、過電流検出回路を内蔵した充電装置を構成しても良い。   In the present invention, a secondary battery pack including the overcurrent detection circuit and the battery 1 is formed by the entire circuit shown in FIG. 1 and FIG. 4, and the secondary battery pack is used as information for notebook computers, mobile phones, etc. It can be used as a DC power supply device for communication terminals, digital cameras, video cameras and the like. Further, the charging device including the overcurrent detection circuit may be configured by the portion excluding the battery 1 in FIG. 1 and FIG. 4.

本発明の過電流検出回路は、上述した各種の電気・電子・通信機器のほか電気自動車・ハイブリッド自動車用の直流電源装置や充電装置として利用することができる。   The overcurrent detection circuit of the present invention can be used as a DC power supply device or a charging device for electric vehicles and hybrid vehicles in addition to the various electric / electronic / communication devices described above.

1:電池(二次電池)
2,3,3a,4a,12,13,21,22,24,25:抵抗
4:電圧遅延部
4b:コンデンサ
5,6:バッファ
10,30:電圧比較部
11,31:コンパレータ
20:差動増幅部
23:オペアンプ
32:直流電圧源
40:制御部
50:電路遮断部
51,52:FET
61,62:端子
1: Battery (secondary battery)
2, 3, 3a, 4a, 12, 13, 12, 22, 24, 25: Resistor 4: Voltage delay unit 4b: Capacitor 5, 6: Buffer 10, 30: Voltage comparison unit 11, 31: Comparator 20: Differential Amplification unit 23: Op-amp 32: DC voltage source 40: Control unit 50: Electric circuit interruption unit 51, 52: FET
61, 62: Terminal

Claims (5)

充放電可能な電池に過電流が流れていることを検出する過電流検出回路において、
前記電池の正極電位に比例する第1の電位と、前記正極電位に比例する電位を電圧遅延部により時間的に遅延させた第2の電位と、を比較して第1の信号を出力する第1の電圧比較部と、
前記第1の電位と前記第2の電位との差を増幅する差動増幅部と、
前記差動増幅部の出力電圧と基準電圧とを比較して第2の信号を出力する第2の電圧比較部と、
前記第1の信号及び前記第2の信号の論理の組み合わせに基づき、前記電池に流れる電流の定常状態、前記電池の充電時過電流状態または放電時過電流状態を判別する制御部と、
を備えたことを特徴とする過電流検出回路。
In an overcurrent detection circuit that detects that an overcurrent flows in a chargeable / dischargeable battery,
A first signal is output by comparing a first potential proportional to a positive electrode potential of the battery and a second potential obtained by temporally delaying the potential proportional to the positive electrode potential by a voltage delay unit. 1, the voltage comparison unit,
A differential amplification unit that amplifies a difference between the first potential and the second potential;
A second voltage comparison unit that compares the output voltage of the differential amplification unit with a reference voltage and outputs a second signal;
A control unit that determines a steady state of current flowing in the battery, an overcharge state during charging of the battery, or an overcurrent state during discharging based on a combination of logics of the first signal and the second signal;
An overcurrent detection circuit characterized by comprising:
請求項1に記載した過電流検出回路において、
前記制御部は、
前記第1の信号及び前記第2の信号の論理が、何れも同一の第1の論理である時に前記電池が充電時過電流状態であることを判別し、かつ、前記第1の信号及び前記第2の信号の論理が、何れも同一であって前記第1の論理とは逆の第2の論理である時に前記電池が放電時過電流状態であることを判別することを特徴とする過電流検出回路。
In the overcurrent detection circuit according to claim 1,
The control unit
When the logic of the first signal and the logic of the second signal are both the same first logic, it is determined that the battery is in the over current state during charging, and the first signal and the logic It is determined that the battery is in the over current state during discharge when the logics of the second signal are both the same and the second logic reverse to the first logic. Current detection circuit.
請求項1または2に記載した過電流検出回路において、
前記第1の電圧比較部は、
ヒステリシスを有するコンパレータにより前記第1の電位と前記第2の電位とを比較することを特徴とする過電流検出回路。
In the overcurrent detection circuit according to claim 1 or 2,
The first voltage comparison unit
An overcurrent detection circuit, wherein the first potential and the second potential are compared by a comparator having hysteresis.
請求項1〜3の何れか1項に記載した過電流検出回路において、
前記電池の端子電圧を分圧する分圧抵抗を備え、前記分圧抵抗による分圧点の電位を、前記第1の電位とすると共に前記電圧遅延部の入力端の電位としたことを特徴とする過電流検出回路。
In the overcurrent detection circuit according to any one of claims 1 to 3,
A voltage dividing resistor for dividing the terminal voltage of the battery is provided, and the potential at the voltage dividing point by the voltage dividing resistor is set to the first potential and the potential at the input end of the voltage delay unit. Overcurrent detection circuit.
請求項1〜3の何れか1項に記載した過電流検出回路において、
前記電池の端子電圧を分圧する分圧抵抗を備え、前記分圧抵抗の、前記電池の正極側に位置する一端の電位を前記第1の電位とし、前記分圧抵抗の他端の電位を前記電圧遅延部の入力端の電位としたことを特徴とする過電流検出回路。
In the overcurrent detection circuit according to any one of claims 1 to 3,
The voltage dividing resistor for dividing the terminal voltage of the battery is provided, and the potential of one end of the voltage dividing resistor positioned on the positive electrode side of the battery is the first potential, and the potential of the other end of the voltage dividing resistor is the An overcurrent detection circuit characterized in that the potential of the input terminal of the voltage delay unit is used.
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