KR920005190B1 - Method and charging circuit of battery - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 충전회로도.1 is a conventional charging circuit diagram.
제2도는 본 발명에 따른 전지 충전회로의 블럭 구성도.2 is a block diagram of a battery charging circuit according to the present invention.
제3도는 제2도의 구체회로도.3 is a concrete circuit diagram of FIG.
제4도는 본 발명에 따른 전지의 충전 타이밍도.4 is a charging timing chart of a battery according to the present invention.
제5도는 본 발명에 따른 전지의 충전 흐름도.5 is a charging flowchart of a battery according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 어댑터 20 : 레귤레이터10: adapter 20: regulator
30 : 전지팩 40 : 충전선택부30: battery pack 40: charge selector
50 : 제어부 60 : 전류조절부50: control unit 60: current control unit
70 : 기준전압 발생부 80 : 과충전 검출부70: reference voltage generator 80: overcharge detector
본 발명은 재충전 전지의 충전회로 및 방법에 관한 것으로, 특히 필요에 따라 충전시간을 선택할 수 있는 동시에 과충전을 방지할 수 있는 회로 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a charging circuit and a method of a rechargeable battery, and more particularly, to a circuit and a method capable of selecting a charging time as necessary and at the same time to prevent overcharging.
제1도는 종래의 재충전 전지(rechargable battery)에 대한 충전회로도로서, 전지(3)와, AC전원을 DC전원으로 정류하는 어댑터(adaptor)(1)와, 상기 전지(3)에 일정한 전류를 충전시키기 위한 충전전류회로(2)와, 상기 어댑터(1)에 일정한 DC전압을 유지하기 위한 부하(4)로 구성된다.1 is a charging circuit diagram of a conventional rechargeable battery. The battery 3, an
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 전지 충전과정을 살펴보면, 어댑터(1)는 110V/220V의 AC전원을 일정 DC전원으로 정류시키며, 이 정류전압이 부하(4)에 걸려 A점에 나타난다. 이때 상기 전지(3)를 충전시키기 위해 접점(T1과 T4, T3과 T6)이 접속될때, 상기 A점의 전압이 충전전류회로(2)로 일정한 전류가 흘러 전지(3)에 충전된다. 이때 상기 충전전류는 노말충전(Normal Charge)이나, 급속충전(Quick Charge) 중 어느 한 상태의 충전으로 고정되어 충전된다.Looking at the conventional battery charging process having the configuration as described above, the
그러나 상기와 같은 종래의 충전방식은 노말충전이나 급속충전 중 어느 하나로 고정되어 있어 충전전류를 조정할 수 없었으므로 충전시간을 변화시킬 수 없었으며, 과충전에 대한 방지 대책이 없었으므로 과충전으로 인한 전지의 수명의 단축이 초래되었던 문제점 등이 있었다.However, the conventional charging method as described above is fixed to either normal charging or rapid charging, and thus the charging current cannot be adjusted, and thus the charging time cannot be changed, and there is no preventive measures against overcharging, and thus the battery life due to overcharging. There was a problem that caused the shortening of.
따라서 본 발명의 목적은 재충전이 가능한 전지를 충전할시 충전시간을 조절할 수 있는 회로 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a circuit and a method for controlling a charging time when charging a rechargeable battery.
본 발명의 또 다른 목적은 재충전이 가능한 전지를 충전할시 과충전을 방지하여 전지수명을 연장할 수 있는 회로 및 방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a circuit and a method capable of prolonging battery life by preventing overcharge when charging a rechargeable battery.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
제2도는 본 발명의 구성 블럭도로서, AC전원을 부하에 따라 소정 레벨의 DC전원으로 정류하는 어댑터(10)와, 상기 어댑터(10)의 출력을 수신하며, 상기 수신되는 DC전원을 일정전압으로 변환 출력하는 레귤레이터(20)와, 재충전이 가능한 전지팩(battery pack)(30)과, 급속 또는 정상 충전에 따른 모드 선택신호를 발생하는 충전선택부(40)와, P4단자가 상기 전지팩(30)과 연결되고, P5단자가 상기 충전선택부(40)와 연결되며, 상기 P4단자로부터 상기 전지팩(30)의 접속신호 수신시 상기 P5단자로 수신되는 상기 모드 선택신호의 논리상태를 분석하여, 급속충전 모드일시 P2단자를 인에이블시키고 정상 충전모드일시 P1단자를 인에이블시키며, P3단자로 과충전신호 수신시 상기 P1단자 및 P2단자를 디스에이블시키는 마이컴(50)와, 급속충전수단 및 정상충전 수단을 구비하며, 상기 레귤레이터(20) 및 전지팩(30) 사이에 연결되고 상기 마이컴(50)의 출력을 제어신호로 수신하여, 상기 P2단자로 인에이블신호 발생시 상기 급속충전 수단을 스위칭시키고 상기 P1단자로 인에이블신호 발생시 상기 정상 충전수단을 스위칭시켜, 상기 전지팩(30)으로 지정된 모드에 대응하는 충전전류를 공급하는 전류조정부(60)와, 상기 레귤레이터(20)의 출력을 수신하며, 상기 수신전원을 분압하여 상기 전지팩(30)의 과충전 유무를 결정하기 위한 기준전압을 발생하는 기준전압 발생부(70)와, 상기 전지팩(30)의 충전상태를 상기 기준전압과 비교하여 과충전시 상기 마이컴(50)의 P9단자로 과충전 검출신호를 출력하는 과충전 검출부(80)로 구성된다.2 is a block diagram of the present invention, the
상기 제2도의 구성에서 상기 마이컴(50)은 본 발명에 따른 충전회로의 전반적인 동작을 제어하는 제어부의 기능을 수행한다. 또한 상기 정상 충전모드에서 P1단자를 인에이블 시키는 신호는 제1제어신호가 되며, 상기 급속 충전모드에서 P2단자를 인에이블 시키는 신호는 제2제어신호가 된다.In the configuration of FIG. 2, the
제3도는 상기 제2도의 구체적 일실시예도로서, 상기 레귤레이터(20)는 다이오드(D1), 캐패시터(C1-C3), 저항(R1), 제너다이오드(ZD1) 및 트랜지스터(Q1)로 구성되며, 전지팩(30)은 저항(R12,R13), 다이오드(D3), 트랜지스터(Q4) 및 배터리(BT)로 구성되고, 상기 충전선택부(40)로 스위치로 이루어지며, 상기 전류조절부(60)는 저항(R2-R6), 트랜지스터(Q2-Q3) 및 다이오드(D2)로 구성되고, 기준전압발생부(70)는 정전압원(71), 저항(R7-R8), 가변저항(VR1) 및 제너다이오드(ZD2)로 구성되며, 상기 과충전검출부(80)는 저항(R9-R12) 및 비교기(CMP)로 구성된다.3 is a diagram illustrating a specific embodiment of FIG. 2, wherein the
제4도는 온도 20℃에서 1.2V, 500mA일시 충전하는 전지의 충전상태를 도시한 파형도로서, (4A)는 급속충전시의 상기 배터리(BT)의 충전 파형도이고, (4B)는 정상 충전시 상기 배터리(BT)의 충전 파형도이다.4 is a waveform diagram showing a state of charge of a battery charged at 1.2 V and 500 mA at a temperature of 20 ° C., where 4A is a charging waveform diagram of the battery BT at the time of rapid charging, and 4B is a normal charging state. Is a charging waveform diagram of the battery BT.
제5도는 본 발명에 따른 상기 배터리(BT)의 충전 흐름도로서, 상기 전지팩의 접속유무를 검사하여 전지팩 접속시 충전시작을 인지하는 과정과, 상기 충전시작 인지시 충전선택 모드를 검사하는 과정과, 상기 모드검사 과정에서 급속충전 모드일시 상기 급속충전 수단을 인에이블시켜 상기 전지팩으로 급속충전 전류를 공급하는 과정과, 상기 모드검사 과정에서 정상 충전모드일시 상기 정상 충전수단을 인에이블시켜 상기 전지팩으로 정상 충전전류를 공급하는 과정과, 상기 충전과정에서 상기 전지팩의 과충전 검출신호 수신시 상기 충전 수단들을 디스에이블시켜 충전을 종료하는 과정으로 이루어진다.5 is a flow chart of the charging of the battery BT according to the present invention, a process of checking whether a battery pack is connected to recognize a start of charging when the battery pack is connected, and a process of checking a charging selection mode when the start of charging is recognized. And enabling the rapid charging means in the quick charge mode during the mode inspection process to supply the rapid charging current to the battery pack, and enabling the normal charging means in the normal charging mode during the mode inspection process. Supplying a normal charging current to the battery pack, and discharging the charging means when the overcharge detection signal of the battery pack is received in the charging process to terminate the charging.
상술한 구성에 의거 본 발명은 제2,3,4,5도를 참조하여 설명한다.Based on the above configuration, the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 3, 4, and 5. FIG.
먼저 상기 전지팩(30)을 본 발명의 충전회로에 연결하면 T1단자와 T4단자, T2단자와 T5단자, T3단자와 T6단자들이 각각 접촉되며, 이로인해 상기 전지팩(30)의 트랜지스터(Q4)가 턴온되어 마이컴(50)의 P4단자로 "로우"신호를 인가한다. 따라서 마이컴(50)는 전지팩(30)이 충전기와 접촉됐음을 인지함으로 충전올림(충전ON)을 감지하게 된다. 이때 상기 마이컴(50)의 충전 올림을 감지하는 시간은 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 걸리는 고전압이 배터리(BT)의 전압레벨로 변환되는 지연시간과 단자의 기계적인 채터링(chattering) 시간을 감안하여 약 1초로 한다. 이때 상기 레귤레이터(20)는 어댑터(10)의 DC전원을 입력하여 일정 전압레벨로 레귤레이팅 하는데, 제너다이오드(ZD1 : 약 9.1V)에 의해 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단으로는 약 8.5V가 걸리도록 조정한다.First, when the
상기 P4단자를 통해 "로우"신호가 수신되어 상기 마이컴(50)에서 충전올림을 감지하면, 즉, 상기 전지팩(30)이 충전기에 올려졌음을 인지하면, 상기 마이컴(50)는 P5단자를 통해 충전선택부(40)의 스위치에 의해 선택되는 급속충전 또는 정상 충전모드 신호를 감지하여 충전종류를 판단한다. 이때 상기 충전선택부(40)의 스위치가 "온"되면 정상충전 모드가 세트된다고 가정하는 경우, 상기 마이컴(50)는 상기 P5단자로 "하이"신호가 수신되면 급속충전 모드의 선택으로 인지하고, 상기 P5단자가 "로우"상태이면 정상 충전 모드의 선택으로 인지한다.When the "low" signal is received through the P4 terminal to detect the charging increase in the
먼저 급속충전 모드시의 동작과정을 설명한다.First, the operation process in the fast charge mode will be described.
급속충전 모드시, 상기 마이컴(50)는 P5단자를 통해 "하이"신호를 수신하게 되며, 이 경우 상기 마이컴(50)는 P2단자를 통해 "하이"신호를 발생하고, P1단자를 통해 "로우"신호를 발생한다. 그러면 상기 전류조절부(60)의 트랜지스터(Q3)는 턴온되고, 트랜지스터(Q3)는 턴오프된다. 여기서 상기 저항(R2-R4)의 값을 R2>R3>R4로 설정하면, 저항(R4) 및 트랜지스터(Q3)의 구성은 급속충전 수단이 되며, 저항(R3) 및 트랜지스터(Q2)는 정상충전 수단이 되고, 저항(R2)는 트리클 충전수단이 된다. 따라서 상기 트랜지스터(Q3)가 턴온되면, 저항(R4) 및 트랜지스터(Q3)를 통해 급속충전 전류통로가 형성되어 큰 전류가 배터리(BT)로 인가된다. 여기서 급속충전은 0.3C의 전류가 배터리(BT)로 흐르게 되며, 정상충전은 0.1C의 전류가 배터리(BT)로 흐르게 된다. 이때 상기 "C"는 표준용량을 1시간동안 충전시키는데 필요한 전류를 말한다.In the quick charge mode, the
그러므로 급속 충전모드에서는 상기 트랜지스터(Q3)가 턴온되며, 이로 인해 저항(R3)을 통해 흐르는 급속충전 전류I3는 0.3C전류가 되며, 이러한 I3전류는 다이오드(D2) 및 단자 T1, T4를 통해 배터리(BT)로 급속 충전 동작을 수행하게 된다.Therefore, in the fast charging mode, the transistor Q3 is turned on, so that the fast charging current I3 flowing through the resistor R3 becomes 0.3C current, and this I3 current is discharged through the diode D2 and the terminals T1 and T4. The fast charging operation is performed at BT.
상기와 같은 충전모드가 수행되면, 상기 배터리(BT)의 충전상태를 분석하여 과충전이 되고 있는가 검사할 수 있어야 한다. 이를 위하여 상기 배터리(BT)의 충전전압은 비교기(CMP)의 비교전압으로 인가되는데, 여기서 과충전 유무를 검출하기 위한 비교기(CMP)의 비교전압을 발생하는 저항(R9,R10)에서 저항(R9)의 저항값을 매우 크게 설정하여 미세한 전류가 흐르도록 조정한다. 이때 상기 배터리(BT)에 충전되는 전압은 시간이 경과함에 따라 점점 커지게 되며, 이로인해 비교기(CMP)의 비교전압으로 인가되는 저항(R9,R10)의 분압전압도 점점 커지게 된다. 상기 비교기(CMP)의 기준전압은 5V의 정전압원(71)과 제너다이오드(ZD2)를 통한 일정 DC전압을 저항(R8) 및 가변저항(VR1)을 통해 분압하여 비교기(CMP)의 비반전 단자로 인가한다. 이때 상기 기준전압은 배터리(BT)의 충전전압이 4.3V(1.43VX3) 이상으로 발생될 시 스위칭될 수 있도록 설정한다. 상기와 같이 급속 충전하는 중에 배터리(BT)의 충전전압이 (4A)의 S1시점에서와 같이 과충전되면, 4.3V의 전압이 발생된다. 이 경우 비교기(CMP)는 과충전 상태임을 나타내는 "로우"신호를 발생하여 마이컴(50)의 P3단자로 인가한다. 이때 상기 마이컴(50)는 P3단자로 수신되는 신호가 과전압 검출상태를 나타내는 "로우"신호를 발생하여 상기 전류조절부(60)의 트랜지스터(Q2,Q3)를 오프시킨다. 따라서 급속 충전류인 13전류의 통로는 차단되고 저항(R2)을 통한 트리클전류(tricle current) 통로만 형성되어 I1전류가 배터리(BT)로 공급된다. 상기 트리클 전류인 I1전류는 0.033C의 전류로서 배터리(BT)의 수명에 전혀 영향을 미치지 않게 된다.When the charging mode is performed as described above, it should be possible to test whether the battery BT is being overcharged by analyzing the state of charge of the battery BT. To this end, the charging voltage of the battery BT is applied as a comparison voltage of the comparator CMP, where the resistors R9 are formed at the resistors R9 and R10 that generate the comparison voltage of the comparator CMP for detecting the presence of overcharge. Set the resistance value of to very large and adjust so that a fine current flows. At this time, the voltage charged in the battery BT is gradually increased over time, and thus the divided voltages of the resistors R9 and R10 applied as the comparison voltages of the comparator CMP are also gradually increased. The reference voltage of the comparator CMP divides a constant DC voltage through the constant voltage source 71 and the zener diode ZD2 of 5V through the resistor R8 and the variable resistor VR1 to thereby divide the non-inverting terminal of the comparator CMP. Is applied. In this case, the reference voltage is set to be switched when the charging voltage of the battery BT is generated to be higher than 4.3V (1.43VX3). If the charging voltage of the battery BT is overcharged as at the point S1 of 4A during the rapid charging as described above, a voltage of 4.3 V is generated. In this case, the comparator CMP generates a "low" signal indicating an overcharge state and applies it to the P3 terminal of the
두번째로 정상충전인 경우를 살펴본다.Second, look at the case of normal charging.
정상충전 모드의 경우 마이컴(50)는 P5단자로 "로우"신호를 수신하게 되며, 이로인해 정상 충전모드의 수행을 위해 "하이"신호를 출력하고 P2단자로 "로우"신호를 발생한다. 따라서 정상충전 전류의 통로가 형성되어 0.1C의 정상 충전전류 I2가 배터리(BT)로 인가되며, 이로인해 상기 배터리(BT)는 정상충전 동작을 수행한다.In the normal charging mode, the
이때 상기 마이컴(50)는 비교기(CMP)의 출력을 검사하여 비교기(CMP)가 "하이"신호를 출력할시에는 과충전 상태가 아닌 것으로 간주하여 계속하여 정상충전 전류통로를 형성하도록 제어하고, (4B)의 S2시점과 같이 비교기(CMP)의 출력이 "로우"신호로 변화하면 P3단자를 통해 이를 인지한후, 과충전상태로 간주하여 P1,P2단자로 "로우"신호를 출력한다. 따라서 I2의 통로가 차단되므로 트리클 충전을 수행하는 I2의 통로가 차단되므로 트리클 충전을 수행하는 I1의 통로가 유지되어 배터리(BT)로 인가된다.At this time, the
상기와 같이 급속충전, 정상충전 및 트리클 충전을 수행하기 위한 I3,I2,I1 전류를 발생하기 위하여서는 저항값을 R2>R3>R4로 설정하는데, 저항값을 구해보면, 하기 <1>,<2>,<3>식과 같다.In order to generate I3, I2, and I1 currents for performing rapid charging, normal charging, and trickle charging as described above, the resistance value is set to R2> R3> R4. When the resistance value is obtained, the following <1>, < 2>, <3> is the same as the formula.
제5도는 충전시 마이컴(50)에서 제어하는 흐름도로서, 먼저, 상기 마이컴(50)는 P4단자를 통해 상기 전지팩(30)이 본 발명의 충전회로 위에 올려지는가 검사하는데, 상기 전지팩(30)이 접촉되면 상기 P4단자로 "로우"신호가 수신된다. 그러므로 상기 마이컴(50)는 상기 P4단자로 "로우"신호가 수신되면, (A)단계에서 배터리(BT)를 충전시키기 위해 상기 배터리(BT)를 충전회로에 연결하는 충전 올림신호로 인지하며, (B)단계에서 P5단자를 통해 충전 선택부(40)의 스위치의 상태를 분석하여 충전을 한다. 즉, 상기 P5단자의 논리상태는 충전선택부(40)의 스위치에 의해 결정되는데, 급속 충전모드일 경우에는 "하이"신호가 수신되고, 정상 충전모드일시에는 "로우"신호가 수신된다.5 is a flowchart of controlling the
이때 상기 P5단자로 "하이"신호를 수신하면, 상기 마이컴(50)는 (B)단계에서 급속 충전모드로 간주하고 P1단자로 "로우"신호를, P2단자로 "하이"신호를 발생한다. 그러면 트랜지스터(Q3)가 턴온되어 급속 충전 수단인 저항(R4) 및 트랜지스터(Q3)를 통해 급속충전 전류I3의 통로가 형성하여 배터리(BT)로 충전전류I3가 인가된다. 따라서 상기 (C)단계에서 배터리(BT)는 급속 충전기능을 수행하며, 마이컴(50)는 (D)단계에서 P3단자 상태를 검사하여 과충전 유무를 검사한다. 이때 비교기(CMP)가 P3단자로 "하이"신호를 출력할 시에는 계속하여 I3의 통로를 형성하여 배터리(BT)를 급속충전시키지만, 비교기(CMP)에서 "로우"신호를 출력할시에는 (E)단계로 진행하여 P1단자로 "로우"신호를 출력하여 트리클 충전전류인 I1통로만 형성하도록 제어한다.At this time, when the "high" signal is received at the P5 terminal, the
또한 상기 (B)단계에서 정상충전 모드로 판단되는 경우, 상기 마이컴(50)는 (F)단계에서 P1단자로 "하이"신호를 출력하고 P2단자로 "로우"신호를 출력하여 정상충전 전류인 I2의 통로를 형성하여 배터리(BT)로 공급하도록 제어한다. 이후 역시 (G)단계에서 P3단자를 통해 비교기(CMP)의 출력 상태를 분석하여 과충전 검출시에는 (H)단계에서 P1 및 P2단자로 "로우"신호를 출력하여 트리클 충전전류인 I1전류의 통로만을 형성시킨다.In addition, when it is determined in the normal charging mode in the step (B), the
상술한 바와 같이 재충전 전지를 충전할 시 급속충전 또는 정상충전 할 수 있도록 충전 종류를 선택할 수 있어 충전시간을 조정할 수 있으며, 과충전 방지 회로를 부가함으로서 전지의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.As described above, when charging the rechargeable battery, the charging time can be adjusted so that the charging type can be selected so as to rapidly or normally charge the rechargeable battery, and the life of the battery can be extended by adding an overcharge preventing circuit.
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