專(zhuān)利名稱(chēng)：充放電控制電路以及電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)二次電池的電壓及異常的充放電控制電路以及電池裝置，尤其涉及可利用1個(gè)充放電控制MOSFET進(jìn)行控制的充放電控制電路以及電池裝置。
背景技術(shù)：
圖3示出了現(xiàn)有的具備充放電控制電路的電池裝置的電路圖?，F(xiàn)有的具備充放電控制電路的電池裝置在2次電池101的負(fù)極側(cè)串聯(lián)連接可雙向通電/斷電的增強(qiáng)型N溝道 MOSFET 306。端子120以及121與充電電路或者負(fù)載連接，通過(guò)該端子向2次電池101供給或者放出充放電電流?？刂齐娐?02檢測(cè)2次電池101以及增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306的電壓，并根據(jù)其值來(lái)控制開(kāi)關(guān)301、304、305的接通、斷開(kāi)。關(guān)于增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306， 當(dāng)柵極端子的電位為正的閾值電壓以上時(shí)，在漏極端子與源極端子之間可雙向通電，當(dāng)柵極端子的電位小于閾值電壓時(shí)，漏極端子與源極端子之間為斷開(kāi)狀態(tài)。對(duì)充電禁止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)充電器連接于端子120、121之間時(shí)，增強(qiáng)型N溝道 MOSFET 306的漏極端子-源極端子間的電壓Vds為正值?？刂齐娐?02檢測(cè)到Vds為正的情況，接通開(kāi)關(guān)301，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)305、304。由此，增強(qiáng)型N溝道M0SFET306的柵極端子為比源極端子高出2次電池101的電壓量的電壓，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306成為通電狀態(tài)。當(dāng)對(duì)2次電池101充電到電池電壓到達(dá)設(shè)定上限值時(shí)，控制電路102斷開(kāi)開(kāi)關(guān) 301，接通開(kāi)關(guān)305、304。這樣，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306的柵極端子與源極端子成為同電位，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306成為斷開(kāi)狀態(tài)。其結(jié)果是，充電電流被截?cái)?，防?次電池 101過(guò)充電。另外此時(shí)，二極管302為反向偏置，防止了電流通過(guò)開(kāi)關(guān)304以及開(kāi)關(guān)305而流入。當(dāng)充電電流被截?cái)鄷r(shí)，不再存在因內(nèi)阻引起的電壓降，所以2次電池101的電壓降低。為了防止因該電壓降低而再次開(kāi)始充電，可在充電禁止之后保持充電禁止?fàn)顟B(tài)，直至2 次電池101進(jìn)行了一定程度的放電從而電壓成為設(shè)定值以下。當(dāng)在充電禁止?fàn)顟B(tài)下在端子 120、121之間連接負(fù)載時(shí)，Vds從正切換為負(fù)。在Vds為負(fù)的情況下，控制電路102放電，在為正的情況下，控制電路102可控制開(kāi)關(guān)301、304、305，以切斷充電電流。在上述說(shuō)明中，當(dāng)充電停止時(shí)開(kāi)關(guān)304、305都被接通。不過(guò)，即使開(kāi)關(guān)304被斷開(kāi)， 也同樣能夠停止充電。因?yàn)椴还荛_(kāi)關(guān)304被接通還是斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)305都被接通，所以柵極端子與源極端子成為同電位，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306成為斷開(kāi)狀態(tài)。另外，還利用二極管 302來(lái)截?cái)嗤ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)304、305流入的電流。而在上面說(shuō)明的充電時(shí)以及后面敘述的放電時(shí)，開(kāi)關(guān)304、305都斷開(kāi)。因此在充電停止時(shí)開(kāi)關(guān)304、305都接通，如后面所說(shuō)明的那樣，如果在放電停止時(shí)開(kāi)關(guān)304、305都接通，則2個(gè)開(kāi)關(guān)始終同時(shí)接通或者斷開(kāi)。因此，不需要獨(dú)立控制開(kāi)關(guān)304、305，可簡(jiǎn)單地構(gòu)成控制電路。接著對(duì)放電禁止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)負(fù)載連接于端子120、121之間時(shí)，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306的漏極端子-源極端子之間的電壓Vds為負(fù)值。控制電路102檢測(cè)到Vds為負(fù)的情況，接通開(kāi)關(guān)301，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)304、305。由此，增強(qiáng)型N溝道M0SFET306的柵極端子為比漏極端子高出2次電池101的電壓量的電壓，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306成為通電狀態(tài)。當(dāng)2次電池101的放電進(jìn)行到電池電壓到達(dá)設(shè)定下限值時(shí)，控制電路102斷開(kāi)開(kāi)關(guān)301，接通開(kāi)關(guān)304、305。這樣，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306的柵極端子與漏極端子成為同電位，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306成為斷開(kāi)狀態(tài)。其結(jié)果是，放電電流被截?cái)啵乐?次電池 101過(guò)放電。另外，在此時(shí)，二極管303為反向偏置，防止了電流通過(guò)開(kāi)關(guān)304以及開(kāi)關(guān)305 而流入。當(dāng)截?cái)喾烹婋娏鲿r(shí)，不再存在因內(nèi)阻引起的電壓降，所以2次電池101的電壓上升。為了防止因該電壓上升而再次開(kāi)始放電，可在放電禁止之后保持放電禁止?fàn)顟B(tài)，直至2 次電池101進(jìn)行了一定程度的充電而使電壓成為設(shè)定值以上。當(dāng)在放電禁止?fàn)顟B(tài)下充電電路被連接于端子120、121之間時(shí)，Vds從負(fù)切換為正。在Vds為正的情況下，控制電路102 充電，在為負(fù)的情況下，控制電路102可控制開(kāi)關(guān)301、304、305，以截?cái)喾烹婋娏?。在上述說(shuō)明中，當(dāng)放電停止時(shí)開(kāi)關(guān)304、305都接通。不過(guò)，即使開(kāi)關(guān)305斷開(kāi)，也同樣能夠停止放電。因?yàn)椴还荛_(kāi)關(guān)305接通還是斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)304都接通，所以柵極端子與漏極端子成為同電位，增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306成為斷開(kāi)狀態(tài)。另外還利用二極管303來(lái)截?cái)嗤ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)305、304流入的電流。在放電停止時(shí)，如果開(kāi)關(guān)304、305都接通，則如前面說(shuō)明的那樣，2個(gè)開(kāi)關(guān)始終同時(shí)接通或者斷開(kāi)。因此不需要獨(dú)立控制開(kāi)關(guān)304、305，可簡(jiǎn)單地構(gòu)成控制電路102。在增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306中形成有內(nèi)置的二極管321、322。但是，這些二極管是反向地串聯(lián)連接的，不會(huì)導(dǎo)通，對(duì)上面說(shuō)明的保護(hù)動(dòng)作沒(méi)有影響。增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306可以是橫型構(gòu)造也可以是縱型構(gòu)造。如果為橫型構(gòu)造， 則可利用1個(gè)IC容易地構(gòu)成增強(qiáng)型N溝道MOSFET 306和控制電路102。因此，能夠利用1 個(gè)IC來(lái)構(gòu)成以往由1個(gè)IC和2個(gè)開(kāi)關(guān)構(gòu)成的過(guò)充電/過(guò)放電保護(hù)電路，所以能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、低成本化。另一方面，如果為縱型構(gòu)造，則與橫型構(gòu)造相比，能夠?qū)崿F(xiàn)低損失化(例如， 參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2000-102182號(hào)公報(bào)(圖9)但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在元件數(shù)多、布局面積大的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決以上這樣的課題而作出的，提供能夠減小布局面積的充放電控制電路以及電池裝置。為了解決現(xiàn)有的課題，本發(fā)明的具備充放電控制電路的電池裝置為以下這樣的結(jié)構(gòu)。一種充放電控制電路，利用一個(gè)雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)控制二次電池的充放電，該充放電控制電路的特征在于，具備控制電路，其連接上述二次電池的兩端，監(jiān)視上述二次電池的電壓；開(kāi)關(guān)電路，其具有第一端子和第二端子，根據(jù)上述控制電路的輸出來(lái)控制雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，上述第一端子與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的背柵極連接。根據(jù)本發(fā)明的具備充放電控制電路的電池裝置，通過(guò)減少所使用的元件，能夠縮小布局面積。


圖1是第一實(shí)施方式的具備充放電控制電路的電池裝置的電路圖。圖2是第二實(shí)施方式的具備充放電控制電路的電池裝置的電路圖。圖3是現(xiàn)有的具備充放電控制電路的電池裝置的電路圖。符號(hào)說(shuō)明101 二次電池102控制電路151、251充放電控制電路152、252 開(kāi)關(guān)電路114、214雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管120、121 外部端子122正極電源端子123負(fù)極電源端子124、125 端子131 負(fù)載I32充電器161、162、261、262、321、322 寄生二極管302、303 二極管
具體實(shí)施例方式參照附圖來(lái)說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的方式。圖1是第一實(shí)施方式的具備充放電控制電路151的電池裝置的電路圖。本實(shí)施方式的具備充放電控制電路151的電池裝置具有二次電池101、控制電路 102、雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114、連接充電器132或負(fù)載131的外部端子120以及121、 PMOS晶體管110和匪OS晶體管111。由PMOS晶體管110、匪OS晶體管111、端子124(第二端子)和端子125(第一端子)構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路152。二次電池101的兩端與正極電源端子122和負(fù)極電源端子123連接?？刂齐娐?02 與正極電源端子122連接作為正極電源，且與端子125連接作為負(fù)極電源，控制電路102的輸出與PMOS晶體管110的柵極和NMOS晶體管111的柵極連接。PMOS晶體管110中，源極經(jīng)由端子1 與正極電源端子122以及外部端子120連接，漏極與NMOS晶體管111的漏極連接。NMOS晶體管111中，源極以及背柵極(back gate)經(jīng)由端子125與雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114的背柵極連接，漏極與雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114的柵極極連接。雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114中，漏極與負(fù)極電源端子123連接，源極與外部端子121連接。接著，說(shuō)明本實(shí)施方式的具備充放電控制電路151的電池裝置的動(dòng)作。當(dāng)充電器132與外部端子120、121連接、且控制電路102檢測(cè)到二次電池101為可充放電狀態(tài)時(shí)，控制電路102輸出低電平(Low)，使PMOS晶體管110接通、NMOS晶體管 111斷開(kāi)。這樣，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114的柵電極與正極電源端子122連接，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114成為接通狀態(tài)。這樣來(lái)進(jìn)行充放電。這里，因?yàn)榭刂齐娐?02的負(fù)極電源與端子125連接，所以可將負(fù)極電源端子123以及外部端子121中低電壓的一方的電壓作為低電平而輸出。當(dāng)充電器132與外部端子120、121連接、且控制電路102檢測(cè)到二次電池101為充電禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制電路102輸出高電平(High)，使PMOS晶體管110斷開(kāi)、NMOS晶體管 111接通。這樣，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114的柵極經(jīng)由寄生二極管162、端子125、NM0S 晶體管111被下拉到外部端子121，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114成為斷開(kāi)狀態(tài)。這樣，充電電流被截?cái)?，防止二次電?01過(guò)充電。當(dāng)負(fù)載131與外部端子120、121連接、且控制電路102檢測(cè)到二次電池101成為放電禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制電路102輸出高電平，使PMOS晶體管110斷開(kāi)、NMOS晶體管111接通。這樣，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114的柵極經(jīng)由寄生二極管161、端子125、NMOS晶體管111被下拉到負(fù)極電源端子123，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114成為斷開(kāi)狀態(tài)。這樣，放電電流被截?cái)?，防止二次電?01過(guò)放電。此外，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管114也可以是外置的部件，并與充放電控制電路 151連接。如以上所說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的具備充放電控制電路151的電池裝置， 能夠利用所使用的元件較少的結(jié)構(gòu)，在二次電池101為充電禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)截?cái)喑潆婋娏鳎诔蔀榉烹娊範(fàn)顟B(tài)時(shí)截?cái)喾烹婋娏?。?shí)施例2圖2是第二實(shí)施方式的具備充放電控制電路251的電池裝置的電路圖。第二實(shí)施方式的具備充放電控制電路251的電池裝置具有二次電池101、控制電路102、雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214、連接充電器132或負(fù)載131的外部端子120以及121、 PMOS晶體管210和匪OS晶體管211。由PMOS晶體管210、匪OS晶體管211、端子124(第二端子)和端子125(第一端子)構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路252。二次電池101的兩端與正極電源端子122和負(fù)極電源端子123連接?？刂齐娐?02 與端子125連接作為正極電源，且與負(fù)極電源端子123連接作為負(fù)極電源，控制電路102的輸出與PMOS晶體管210的柵極和NMOS晶體管211的柵極連接。PMOS晶體管210中，源極以及背柵經(jīng)由端子125與雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214的背柵連接，漏極與NMOS晶體管 211的漏極連接。NMOS晶體管211中，源極經(jīng)由端子124與負(fù)極電源端子123以及外部端子121連接，漏極與雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214的柵極連接。雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管 214中，漏極與正極電源端子122連接，源極與外部端子120連接。接著，說(shuō)明第二實(shí)施方式的具備充放電控制電路251的電池裝置的動(dòng)作。當(dāng)充電器132與外部端子120、121連接、且控制電路102檢測(cè)到二次電池101為可充放電狀態(tài)時(shí)，控制電路102輸出高電平，使PMOS晶體管210斷開(kāi)、NMOS晶體管211接通。這樣，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214的柵電極與負(fù)極電源端子123連接，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214成為接通狀態(tài)。這樣來(lái)進(jìn)行充放電。這里，因?yàn)榭刂齐娐?02的正極電源與端子125連接，所以可將正極電源端子122以及外部端子120中高電壓一方的電壓作為高電平而輸出。當(dāng)充電器132與外部端子120、121連接、且控制電路102檢測(cè)到二次電池101為充電禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制電路102輸出低電平，使PMOS晶體管210接通、NMOS晶體管211斷開(kāi)。這樣，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214的柵極經(jīng)由寄生二極管沈2、端子125、PMOS晶體管210被上拉到外部端子120，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214成為斷開(kāi)狀態(tài)。這樣，充電電流被截?cái)?，防止二次電?01過(guò)充電。當(dāng)負(fù)載131與外部端子120、121連接、且控制電路102檢測(cè)到二次電池101為放電禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制電路102輸出低電平，使PMOS晶體管210接通、NMOS晶體管211斷開(kāi)。 這樣，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214的柵極經(jīng)由寄生二極管、端子125、PM0S晶體管210 被上拉到正極電源端子122，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214成為斷開(kāi)狀態(tài)。這樣，放電電流被截?cái)?，防止二次電?01過(guò)放電。此外，雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管214也可以是外置的部件，且與充放電控制電路 251連接。如以上所說(shuō)明的那樣，根據(jù)第二實(shí)施方式的具備充放電控制電路251的電池裝置，能夠利用所使用的元件較少的結(jié)構(gòu)，在二次電池101為充電禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)截?cái)喑潆婋娏鳎?在成為放電禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)截?cái)喾烹婋娏鳌?br> 權(quán)利要求
1.一種充放電控制電路，其利用一個(gè)雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)控制二次電池的充放電，該充放電控制電路的特征在于，具備控制電路，其與上述二次電池的兩端連接，監(jiān)視上述二次電池的電壓； 開(kāi)關(guān)電路，其具有第一端子和第二端子，根據(jù)上述控制電路的輸出來(lái)控制雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，上述第一端子與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的背柵極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電控制電路，其特征在于，上述開(kāi)關(guān)電路由P溝道MOS晶體管和N溝道MOS晶體管構(gòu)成，該P(yáng)溝道MOS晶體管的柵極與上述控制電路的輸出端連接、漏極與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接、源極與上述第二端子連接，該N溝道MOS晶體管的柵極與上述控制電路的輸出端連接、漏極與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接、源極與上述第一端子連接， 上述第一端子與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的背柵極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充放電控制電路，其特征在于， 關(guān)于上述控制電路，負(fù)極電源端子與上述第一端子連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電控制電路，其特征在于，上述開(kāi)關(guān)電路由P溝道MOS晶體管和N溝道MOS晶體管構(gòu)成，該P(yáng)溝道MOS晶體管的柵極與上述控制電路的輸出端連接、漏極與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接、源極與上述第一端子連接，該N溝道MOS晶體管的柵極與上述控制電路的輸出端連接、漏極與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接、源極與上述第二端子連接， 上述第一端子與上述雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的背柵極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充放電控制電路，其特征在于， 關(guān)于上述控制電路，正極電源端子與上述第一端子連接。
6.一種電池裝置，其具備 能夠充放電的二次電池；一個(gè)雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管，其是設(shè)置在上述二次電池的充放電路徑上的充放電控制開(kāi)關(guān)；權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的充放電控制電路，其監(jiān)視上述二次電池的電壓，對(duì)上述充放電控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)閉，由此控制上述二次電池的充放電。
全文摘要
本發(fā)明提供充放電控制電路以及電池裝置，在利用1個(gè)雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管控制二次電池的充放電的充放電保護(hù)電路中，該電池裝置具備減少所使用的元件并縮小布局面積的充放電控制電路。構(gòu)成為具備開(kāi)關(guān)電路，該開(kāi)關(guān)電路根據(jù)控制二次電池充放電的控制電路的輸出來(lái)控制雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，將第一端子與雙向?qū)ㄐ蛨?chǎng)效應(yīng)晶體管的背柵極連接。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102403758SQ20111026380
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者佐野和亮, 前谷文彥, 小池智幸, 櫻井敦司 申請(qǐng)人:精工電子有限公司