充放电控制电路以及电池装置制造方法
【专利摘要】本发明提供充放电控制电路以及电池装置，在双向导通型场效应晶体管截止时漏电流较低，能够稳定地进行工作，而不会使控制电路的控制复杂化。充放电控制电路具有：开关电路，其控制双向导通型场效应晶体管的栅极；第一晶体管，其漏极与双向导通型场效应晶体管的漏极连接，栅极与双向导通型场效应晶体管的源极连接，源极以及背栅与开关电路的第一端子连接；以及第二晶体管，其漏极与双向导通型场效应晶体管的源极连接，栅极与双向导通型场效应晶体管的漏极连接，源极以及背栅与开关电路的第一端子连接，双向导通型场效应晶体管的背栅与开关电路的第一端子连接。
【专利说明】充放电控制电路以及电池装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测二次电池的电压和异常的充放电控制电路以及电池装置，尤其涉及能够用一个充放电控制MOSFET进行控制的充放电控制电路以及电池装置。
【背景技术】
[0002]图3示出现有的具有充放电控制电路的电池装置的电路图。现有的具有充放电控制电路的电池装置在二次电池101的负极侧，串联连接可双向导通截止的增强型N沟道MOSFET 306。在V+端子120以及V-端子121上连接有充电电路或负载，充放电电流通过该端子被提供给二次电池101或从二次电池101放出。控制电路102对二次电池101和增强型N沟道MOSFET 306的电压进行检测，并根据该电压值控制开关301、304、305的接通、断开。增强型N沟道MOSFET 306可在栅极端子的电位为正的阈值电压以上时，使漏极端子和源极端子之间双向导通，在栅极端子的电位小于阈值电压时，使漏极端子和源极端子之间成为截止状态。
[0003]说明充电禁止状态。在V+端子120、V-端子121之间连接充电器时，增强型N沟道MOSFET 306的漏极端子-源极端子之间的电压Vds为正值。控制电路102检测Vds为正的情况，接通开关301，断开开关305、304。由此，增强型N沟道M0SFET306的栅极端子成为比源极端子高出二次电池101的电压量的电位，增强型N沟道MOSFET 306成为导通状态。
[0004]当二次电池101被充电从而电池电压达到设定上限值时，控制电路102断开开关301，接通开关305、304。于是，增强型N沟道MOSFET 306的栅极端子成为与源极端子相同的电位，增强型N沟道MOSFET 306成为截止状态。结果，充电电流被切断，防止二次电池101过充电。此外，此时，二极管302反向偏置，防止经由开关304和开关305流过电流。
[0005]切断充电电流后，内部电阻导致的电压降消失，因此二次电池101的电压降低。为了防止由于该电压降低而开始再次充电，在成为充电禁止状态后可以在二次电池101进行某种程度的放电而电压达到设定的值以下之前的期间内保持充电禁止状态。在充电禁止状态下、V+端子120和V-端子121间连接负载时，Vds从正切换为负。控制电路102以使得在Vds为负时放电、在Vds为正时切断充电电流的方式控制开关301、304、305即可。
[0006]在以上说明中，充电停止时开关304、305都导通。但是，即使开关304断开，也同样能停止充电。与开关304的导通、断开无关，由于开关305已导通，因此栅极端子与源极端子电位相同，增强型N沟道MOSFET 306为截止状态。另外，这是由于利用二极管302也切断了经由开关304、305流过的电流。
[0007]在前面说明的充电时和后述的放电时，开关304、305都断开。因此，如果充电停止时开关304、305都导通，并且如后所述在放电停止时开关304、305也都导通，则2个开关始终同时导通或断开。因此，不需要独立地控制开关304、305，从而能够简化控制电路的结构。
[0008]接着，说明放电禁止状态。将负载连接在V+端子120和V-端子121间时，增强型N沟道MOSFET 306的漏极端子-源极端子间的电压Vds为负值。控制电路102检测出Vds为负的情况，接通开关301，断开开关304、305。由此，增强型N沟道MOSFET 306的栅极端子的电位比漏极端子高出二次电池101的电压量，增强型N沟道MOSFET 306成为导通状态。
[0009]当进行二次电池101的放电从而电池电压达到设定下限值时，控制电路102断开开关301，接通开关304、305。于是，增强型N沟道MOSFET 306的栅极端子与漏极端子电位相同，增强型N沟道MOSFET 306成为截止状态。结果，放电电流被切断，防止二次电池101过放电。另外，此时二极管303反向偏置，防止经由开关304和开关305流过电流。
[0010]切断放电电流后，内部电阻导致的电压降消失，二次电池101的电压上升。为了防止由于该电压上升而开始再次放电，在成为放电禁止状态后可以在二次电池101进行某种程度的充电而电压达到设定的值以上之前的期间内保持放电禁止状态。在放电禁止状态下、V+端子120和V-端子121间连接充电电路时，Vds从负切换为正。控制电路102以使得在Vds为正时充电、在Vds为负时切断放电电流的方式控制开关301、304、305即可。
[0011]在以上说明中，放电停止时开关304、305都导通。但是，即使开关305断开也同样能停止放电。与开关305的导通、断开无关，由于开关304已接通，因此栅极端子与漏极端子电位相同，增强型N沟道MOSFET 306成为截止状态。另外，这是由于利用二极管303也切断了经由开关305、304流过的电流。
[0012]但是，如果放电停止时开关304、305都导通，则如前所述，2个开关始终同时导通或断开。因此，不需要独立地控制开关304、305，从而简化控制电路102的结构。
[0013]增强型N沟道MOSFET 306中形成有内置的二极管321、322。但是，它们被反向串联连接，不会导通，不会影响前面说明的保护动作。
[0014]增强型N沟道MOSFET 306可以是横型结构，也可以是纵型结构。如果是横型结构，则容易用I个IC来构成增强型N沟道MOSFET 306和控制电路102。从而能够用I个IC来构成以往用I个IC和2个开关构成的过充电/过放电保护电路，因此能够实现小型化、低成本化。另一方面，如果是纵型结构，则与横型结构相比能够实现低损耗。
[0015]【专利文献I】日本特开2000-102182号公报(图9)
[0016]然而，在现有技术中，需要控制开关304、305，因此，存在控制电路102的控制复杂化的问题。此外，还存在如下问题:增强型N沟道MOSFET 306的栅极电压仅下降到源极或漏极电压+VF (约0.6V)，增强型N沟道MOSFET 306截止时漏电流较大。还存在如下课题:增强型N沟道MOSFET 306的背栅浮置，具备充放电控制电路的电池装置的工作不稳定。
【发明内容】
[0017]本发明是为了解决以上的问题而完成的，其提供这样的充放电控制电路以及电池装置:能够在充放电控制电路断开时降低漏电流，能够稳定地进行工作，而不会使控制电路的控制复杂化。
[0018]为了解决现有的问题，本发明的具有充放电控制电路的电池装置采用如下结构。
[0019]充放电控制电路的特征在于具有:开关电路，其根据控制电路的输出来控制双向导通型场效应晶体管的栅极；第一晶体管，其漏极与双向导通型场效应晶体管的漏极连接，栅极与双向导通型场效应晶体管的源极连接，源极以及背栅与开关电路的第一端子连接；第二晶体管，其漏极与双向导通型场效应晶体管的源极连接，栅极与双向导通型场效应晶体管的漏极连接，源极以及背栅与开关电路的第一端子连接。
[0020]电池装置具有二次电池和上述充放电控制电路。
[0021]根据本发明的具有充放电控制电路的电池装置，通过将双向导通型场效应晶体管的栅极控制为源极或漏极电压，能够在充放电控制电路断开时降低漏电流，而不会使控制电路的控制复杂化。此外，具有这样的效果:通过控制双向导通型场效应晶体管的背栅，能够稳定地进行工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是第一实施方式的具有充放电控制电路的电池装置的电路图。
[0023]图2是第二实施方式的具有充放电控制电路的电池装置的电路图。
[0024]图3是现有的具有充放电控制电路的电池装置的电路图。
[0025]标号说明
[0026]101 二次电池；102控制电路；114N沟道双向导通型场效应晶体管；151、251充放电控制电路；131负载；132充电器；152开关电路；171、172、271、272寄生二极管；214P沟道双向导通型场效应晶体管。
【具体实施方式】
[0027]<第一实施方式>
[0028]图1是第一实施方式的具有充放电控制电路151的电池装置的电路图。
[0029]第一实施方式的电池装置具有:二次电池101 ;充放电控制电路151 ;以及V+端子120和V-端子121，它们与充电器132和负载131连接。充放电控制电路151具有:控制电路102、N沟道双向导通型场效应晶体管114、开关电路152和NMOS晶体管161、162。开关电路152具有PMOS晶体管110、NMOS晶体管111以及端子124、125、126、127。
[0030]二次电池101与正极电源端子122以及负极电源端子123连接。控制电路102的正极电源与正极电源端子122连接，负极电源与负极电源端子123连接，输出端子经由端子126与PMOS晶体管110的栅极以及NMOS晶体管111的栅极连接。PMOS晶体管110的源极以及背栅经由端子124与正极电源端子122以及V+端子120连接，漏极与NMOS晶体管111的漏极以及端子127连接。NMOS晶体管111的源极以及背栅与端子125连接。NMOS晶体管161的漏极与负极电源端子123连接，源极以及背栅与端子125连接，栅极与V-端子121连接。NMOS晶体管162的漏极与V-端子121连接，源极以及背栅与端子125连接，栅极与负极电源端子123连接。N沟道双向导通型场效应晶体管114的漏极与负极电源端子123连接，源极与V-端子121连接，栅极与端子127连接，背栅与端子125连接。
[0031]对第一实施方式的电池装置的工作进行说明。
[0032]当V+端子120、V_端子121与充电器132连接、控制电路102检测到二次电池101成为可充电状态时，从输出端子向端子126输出低电平。进而，使PMOS晶体管110导通，使NMOS晶体管111截止。N沟道双向导通型场效应晶体管114的栅极与正极电源端子122连接而成为导通状态。充放电控制电路151这样地对二次电池101的充放电进行控制。
[0033]在通过充电器132正在对二次电池101进行充电时，如果控制电路102检测出二次电池101的过充电状态，则控制电路102从输出端子向端子126输出高电平。进而，使PMOS晶体管110导通，使NMOS晶体管111截止。N沟道双向导通型场效应晶体管114的栅极与端子125连接，所以成为截止状态。这样，充电电流被切断，防止二次电池101过充电。
[0034]此处，在N沟道双向导通型场效应晶体管114成为截止状态时，V-端子121的电压低于负极电源端子123，因此，NMOS晶体管161截止，NMOS晶体管162导通。N沟道双向导通型场效应晶体管114的栅极以及背栅与V-端子121连接，因此，能够降低漏电流、且能够稳定地进行工作。此外，截止的NMOS晶体管161的寄生二极管171为反向偏置，因此，不从负极电源端子123经由NMOS晶体管161、162向V-端子121流过电流。
[0035]在通过二次电池101正在驱动负载131时，如果控制电路102检测出二次电池101的过放电状态，则控制电路102从输出端子向端子126输出高电平。进而，使PMOS晶体管110截止，使NMOS晶体管111导通。N沟道双向导通型场效应晶体管114的栅极与端子125连接，因而成为截止状态。这样，放电电流被切断，防止二次电池101过放电。
[0036]此处，在N沟道双向导通型场效应晶体管114成为截止状态时，负极电源端子123的电压低于V-端子121，因此，NMOS晶体管161导通，NMOS晶体管162截止。N沟道双向导通型场效应晶体管114的栅极以及背栅与负极电源端子123连接，因此，能够降低漏电流，且能够稳定地进行工作。此外，截止的NMOS晶体管162的寄生二极管172为反向偏置，因此，不从V-端子121经由NMOS晶体管162、161向负极电源端子123流过电流。
[0037]如上所述，根据本实施方式的具有充放电控制电路151的电池装置，能够减小流过N沟道双向导通型场效应晶体管114的漏电流，而不会使控制电路102的控制复杂化。而且，通过使N沟道双向导通型场效应晶体管114的背栅与V-端子121或负极电源端子123连接，能够使充放电控制电路151稳定地进行工作。
[0038]此外，在本实施方式的控制电路102中，使电源端子与正极电源端子122以及负极电源端子123连接，但是也可以还与端子125连接。在该情况下，构成为选择负极电源端子123和端子125中的较低电压作为负极电源，从输出端子输出低电平。如果采用这样的结构，则能够使开关电路152更加稳定地进行工作。
[0039]<第二实施方式>
[0040]图2是第二实施方式的具有充放电控制电路251的电池装置的电路图。
[0041]第二实施方式的电池装置具有:二次电池101 ;充放电控制电路251 ;以及V+端子120和V-端子121，它们与充电器132和负载131连接。充放电控制电路251具有控制电路102、P沟道双向导通型场效应晶体管214、开关电路152以及PMOS晶体管261、262。开关电路152具有PMOS晶体管110、NMOS晶体管111以及端子124、125、126、127。
[0042]二次电池101与正极电源端子122以及负极电源端子123连接。控制电路102的正极电源与正极电源端子122连接，负极电源与负极电源端子123连接，输出端子经由端子126与PMOS晶体管110的栅极以及NMOS晶体管111的栅极连接。PMOS晶体管110的源极以及背栅与端子124连接，漏极与NMOS晶体管111的漏极以及端子127连接。NMOS晶体管111的源极以及背栅经由端子125与负极电源端子123以及V-端子121连接。PMOS晶体管261的漏极与正极电源端子122连接，源极以及背栅与端子124连接，栅极与V+端子120连接。PMOS晶体管262的漏极与V+端子120连接，源极以及背栅与端子124连接，栅极与正极电源端子122连接。P沟道双向导通型场效应晶体管214的漏极与正极电源端子122连接，源极与V+端子120连接，栅极与端子127连接，背栅与端子124连接。
[0043]接下来，对第二实施方式的电池装置的工作进行说明。
[0044]当V+端子120、V_端子121与充电器132连接、控制电路102检测出二次电池101为可充电状态时，从输出端子向端子126输出高电平。进而，使PMOS晶体管110截止，使NMOS晶体管111导通。P沟道双向导通型场效应晶体管214的栅极与负极电源端子123连接而成为导通状态。在P沟道双向导通型场效应晶体管214成为导通状态时，PMOS晶体管261、262的栅极、源极、漏极的电压变得相同，因而截止。充放电控制电路251这样地对二次电池101的充电进行控制。
[0045]在通过充电器132正在对二次电池101进行充电时，如果控制电路102检测出二次电池101的过充电状态，则控制电路102从输出端子向端子126输出低电平。进而，使PMOS晶体管110导通，使NMOS晶体管111截止。P沟道双向导通型场效应晶体管214的栅极与端子124连接，因而成为截止状态。这样，充电电流被切断，防止二次电池101过充电。
[0046]此处，在P沟道双向导通型场效应晶体管214成为截止状态时，V+端子120的电压高于正极电源端子122，因此，PMOS晶体管261截止，PMOS晶体管262导通。P沟道双向导通型场效应晶体管214的栅极以及背栅与V+端子120连接，因此，能够降低漏电流，且能够稳定地进行工作。此外，截止的PMOS晶体管261的寄生二极管271为反向偏置，因此，不从V+端子120经由PMOS晶体管262、261向正极电源端子122流过电流。
[0047]在通过二次电池101正在驱动负载131时，如果控制电路102检测出二次电池101的过放电状态，则控制电路102从输出端子向端子126输出低电平。进而，使PMOS晶体管110导通，使NMOS晶体管111截止。P沟道双向导通型场效应晶体管214的栅极与端子124连接，因而成为截止状态。这样，放电电流被切断，防止二次电池101过放电。
[0048]此处，在P沟道双向导通型场效应晶体管214成为截止状态时，V+端子120的电压低于正极电源端子122，因此，PMOS晶体管261导通，PMOS晶体管262截止。P沟道双向导通型场效应晶体管214的栅极以及背栅与正极电源端子122连接，因此，能够降低漏电流，且能够稳定地进行工作。此外，截止的PMOS晶体管262的寄生二极管272为反向偏置，因此，不从正极电源端子122经由PMOS晶体管261、PMOS晶体管262向V+端子120流过电流。
[0049]如上所述，根据第二实施方式的具有充放电控制电路251的电池装置，能够减小流过P沟道双向导通型场效应晶体管214的漏电流，而不会使控制电路102的控制复杂化。进而，通过使P沟道双向导通型场效应晶体管214的背栅与V+端子120或正极电源端子122连接，能够使充放电控制电路251稳定地进行工作。
[0050]此外，在本实施方式的控制电路102中，使电源端子与正极电源端子122以及负极电源端子123连接，但是也可以还与端子124连接。在该情况下，构成为选择正极电源端子122和端子124中的较高电压作为正极电源，从输出端子输出高电平。如果采用这样的结构，则能够使开关电路152更稳定地进行工作。
【权利要求】
1.一种充放电控制电路，其具有利用一个双向导通型场效应晶体管来控制二次电池的充放电的控制电路，其特征在于，该充放电控制电路具有: 开关电路，其根据所述控制电路的输出来控制所述双向导通型场效应晶体管的栅极；第一晶体管，其漏极与所述双向导通型场效应晶体管的漏极连接，栅极与所述双向导通型场效应晶体管的源极连接，源极以及背栅与所述开关电路的第一端子连接；以及 第二晶体管，其漏极与所述双向导通型场效应晶体管的源极连接，栅极与所述双向导通型场效应晶体管的漏极连接，源极以及背栅与所述开关电路的所述第一端子连接。
2.根据权利要求1所述的充放电控制电路，其特征在于， 所述第一端子与所述双向导通型场效应晶体管的背栅连接。
3.根据权利要求1或2所述的充放电控制电路，其特征在于， 所述开关电路具有: 第三MOS晶体管，其栅极与所述控制电路的输出端子连接，漏极与所述双向导通型场效应晶体管的栅极连接； 第四MOS晶体管，其栅极与所述控制电路的所述输出端子连接，漏极与所述双向导通型场效应晶体管的栅极连接，源极与所述第一端子连接。
4.一种电池装置，其特征在于，该电池装置具有: 可进行充放电的二次电池；以及 权利要求1?3中的任意一项所述的充放电控制电路，其监视所述二次电池的电压，控制所述二次电池的充放电。
【文档编号】H02J7/00GK104467067SQ201410461180
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】阿部谕, 樱井敦司 申请人:精工电子有限公司