KR100285727B1 - 배터리 충전 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 충전시 항상 만충전할 수 있도록 2단계 충전을 수행한다. 이를 위한 본 건출원의 배터리의 충전회로는, 충전전원을 입력하는 제1단자와, 배터리와 접속되며 충전전류를 발생하는 제2단자와, 제1단자와 제2단자 사이에 접속되는 저항을 구비하여 충전용량이 O.1C 이하인 정상충전류로 변환하여 제2단자에 인가하는 정상충전부와, 제1단자와 제2단자 사이에 정상충전부와 병렬 연결되고 스위칭 소자를 구비하며, 제1충전 제어신호 발생시 스위칭소자가 온되어 충전전원의 전류를 제2단자에 급속충전전류로 인가하고, 만충전을 나타내는 충전제어신호 수신시 오프되어 상기 급속충전전류의 경로를 차단하는 급속충전부와, 배터리가 만충전전압에 90% 전후로 충전될 수 있도록 설정된 기준전압을 구비하며, 제2단자에 연결되어 상기 배터리의 충전전압을 기준전압과 비교하며, 충전전압이 상기 기준전압보다 낮을 시 상기 제1충전제어신호를 생성하고 충전전압이 기준전압보다 높을 제2충전제어신호를 생성하여 급속충전부의 스위칭 소자에 인가하는 제어신호발생부로 구성된다.

Description

배터리 충전 회로

제1도는 종래의 배터리 충전회로 구성도.

제2도는 종래의 충전 특성도.

제3도는 본 발명에 따른 배터리 충전회로의 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 충전 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

R1-R9 : 저항 Q1-Q3 : 트랜지스터

C1 : 캐패시터 CMP1 : 비교기

D1 : 다이오드

본 발명는 배터리의 충전 회로에 관한 것으로, 특히 배터리의 충전을 안전하게 만충전시킬 수 있는 회로에 관한 것이다.

일반적으로 충전 가능한 배터리를 충전하는 경우에는 충전용량을 전압으로 검출하므로 부족충전이 발생된다. 이는 충전 완료후 동일한 전압인 경우에도 충전된 용량이 다르게 된다. 제1도는 종래의 배터리 충전회로의 구성도로서, 정전압발생수단은 트랜지스터Q11-트랜지스터Q12, 저항R21-저항R25, ZD11, 캐패시터C11 및 다이오드D11로 구성되며, 수신되는 전압을 항상 일정한 레벨의 전압으로 변환 출력한다. 정전류발생수단은 저항R17-저항R18 및 트랜지스터Q13으로 구성되며, 상기 정전압발생수단의 출력을 수신하고 제어신호에 의해 충전경로가 형성되어 선택된 충전경로를 통해 배터리의 네가티브 단자 및 포지티브 단자로 항상 일정한 충전전류를 인가한다. 제어신호발생수단은 저항R11-저항R16, 비교기CMP11 및 트랜지스터Q14로 구성되며, 상기 배터리의 충전전압 상태를 감시하며 정격 충전 전압을 감지할 시 스위칭되어 상기 제어신호를 발생한다.

상술한 제1도의 구성을 참조하면, 최초 배터리를 상기 충전회로에 삽입하는 경우 비교기CMP11은 상기 배터리의 충전전압이 정격전압이하로 충전되어 있는 상태로 감지하게 되며, 이로인해 트랜지스터Q14를 오프시키게 된다. 그러면 트랜지스터Q11을 출력하는 정전압이 트랜지스터Q13을 통해 정전류로 출력하게 된다. 이때 상기 트랜지스터Q13을 통해 흐르는 전류의 통로는 급속충전경로가 되며, 저항R17을 통해 흐르는 전류의 통로는 세류충전경로가 된다.

따라서 상기 배터리가 삽입된 초기 상태에서는 상기 트랜지스터Q13을 통해 흐르는 급속충전전류가 상기 배터리의 충전전류로 인가되며, 이로인해 상기 배터리는 제2도의 (21)과 같이 급속충전 동작을 수행한다. 이때 급속충전 전류의 용량은 0.3C정도가 된다.

상기와 같이 급속충전이 수행되고 있는 상태에서 비교기CMP11은 상기 배터리의 충전전압을 감시하고 있다. 즉, 상기 비교기CMP11은 저항R11-저항R14에 의해 설정되는 기준전압과 배터리의 충전전압을 비교하여 충전전압이 정격충전전압 레벨인 기준전압을 초과할시 하이 논리 신호를 출력하게 된다. 그러면 상기 트랜지스터Q14가 턴온되므로 상기 정전압신호를 바이패스시킨다.

그러면 상기 트랜지스터Q13을 통해 형성되었던 급속충전경로는 차단되고 저항R17에 의한 세류충전경로가 형성된다. 즉, 제2도의 T11 시점에서 충전경로가 전환되므로, 상기 배터리로 인가되던 충전전류의 크기도 제2도에 도시된 바와 변환된다. 이때 상기 세류충전시의 전류는 상기 저항R17에 의해 설정되며, 세류충전 전류의 용량은 약0.02C로 설정한다. 상기와 같은 세류충전시의 충전전류곡선은 제2도의 (22)와 같다.

그러나 상기와 같은 종래의 충전회로를 사용하는 경우, 배터리는 충전이 완료된 시점에서도 항상 부족 충전 상태가 된다. 이는 상기 배터리의 충전전압을 감시하는 비교기CMP11의 기준전압으로 설정되는 저항R11-저항R14의 저항 오차에 의해 충전전압 레벨이 잘못 감지되기 때문이다. 즉, 상기와 같은 저항 오차에 의해 배터리는 충전정격전압의 85%∼95%정도로 충전된다. 그러므로 충전완료전압이 동일하여도 충전전류의 용량이 다른 관계로 인하여 부족 충전이 발생된다.

따라서 본 발명의 목적은 배터리 충전시 항상 만 충전을 수행할 수 있는 충전회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배터리 충전시 제1경로를 통해 급속충전(0.2C)을 수행하고 제2경로를 통해 정상충전(0.08C)을 수행하며, 일정레벨이상 충전된 상태에서 제1경로를 차단하고 제2경로로만 충전동작을 수행하여 항상 배터리를 만 충전시킬 수 있는 회로를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 충전회로의 구성도로서, 제1단자 N1은 전원입력단자로서 충전전원을 수신한다. 제2단자 N2는 출력단자로서 배터리와 연결된다. 정상충전부는 저항R1을 구비하며, 상기 제1단자 N1과 제2단자 N2 사이에 접속되어 정상충전레벨인 제2충전전류를 발생하여 상기 제2단자 N2로 인가한다. 급속충전부는 저항R2, 저항R7, 트랜지스터Q1-트랜지스터Q3, 캐패시터C1으로 구성된다. 상기 급속충전부는 스위칭 소자를 구비하며, 상기 제1단자 N1과 제2단자 N2 사이에 연결되어 소정의 제어신호 수신시 스위칭되어 급속충전전류를 발생하여 상기 제2단자 N2로 인가한다. 제어신호발생부는 저항 R3-저항R9, 비교기CMP1 및 다이오드D1로 구성된다. 상기 제어신호발생부는 기준전압을 구비하며, 상기 제2단자 N2와 연결되어 상기 배터리의 충전전압을 상기 기준전압과 비교하며, 상기 충전전압이 기준전압보다 클 시 상기 제어신호를 발생하여 급속충전부로 인가한다.

제4도는 제3도와 같은 본 발명의 충전회로를 이용하여 충전동작을 수행할 시 충전전류의 특성 곡선을 도시하고 있다.

상술한 제3도의 구성에 의거 본 발명을 제4도의 특성곡선을 참조하여 상세히 설명한다.

면저 제3도와 같은 충전회로에 배터리를 삽입하면, 비교기CMP1의 비반전단자로는 상기 제2단자 N2로 발생되는 상기 배터리의 전압 레벨이 비교 신호로 인가된다. 그리고 상기 비교기CMP1의 기준전압은 저항R5, 다이오드D1에 의해 설정되며, 이 기준전압은 상기 배터리의 정격충전전압에 대하여 약 85%∼95% 정도가 되도록 설정한다. 따라서 상기 비교기CMP1은 상기 제1단자 N1로 발생되는 배터리의 충전전압과 상기와 같은 기준전압을 비교하여 상기 배터리의 충전 정도를 감시한다.

상기 배터리가 충전을 위하여 최초로 삽입된 상태에서는 상기 충전전압레벨이 기준전압보다 작은 레벨로 검출된다. 따라서 상기 비교기CMP1은 로우 논리 신호를 출력하게 되며, 이로인해 트랜지스터Q3이 턴오프 상태를 유지하게 되고, 트랜지스터Q1은 턴온 상태가 된다. 그러면 상기 제1단자 N1으로 인가되는 충전전원이 트랜지스터Q1-트랜지스터Q2 및 저항R2로 이루어지는 제1충전경로를 통해 제2단자 N2로 인가되고, 또한 저항R1을 통하는 제2충전경로를 통해 제2단자 N2로 인가된다. 따라서 상기 제2단자 N2에 접속되는 배터리는 상기와 같이 인가되는 충전전원에 의해 충전동작을 수행한다.

이때 상기 제1충전경로는 급속충전경로가 되며, 상기와 같은 제1충전경로상의 저항R2에 흐르는 전류는 트랜지스터Q1-트랜지스터Q2에 의해 충전전류의 용량이 0.2C인 충전전류를 발생하도록 설정한다. 또한 상기 제2충전경로는 정상충전경로가 되며, 상기 제2충전경로 상의 저항R1에 흐르는 전류의 용량이 0.08C인 충전전류를 발생하도록 설정한다. 이때 상기 정상충전 동작 수행시 충전전류의 용량이 0.08C인 충전전류를 공급하는 이유는 상기 배터리가 부족충전된 상태에서 만충전을 할 수 있도록하기 위함이다. 즉, 충전시 배터리의 사양을 살펴보면, 일반적으로 충전전류의 용량이 0.1C이하인 경우에는 별도의 제어(control)를 할 필요가 없다. 이는 상기 충전전류의 용량이 0.1C인 전류가 상기 배터리로 공급되는 경우에는 상기 배터리의 충전 상태에 관계없이 배터리에 무리를 주지 않게됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 정상충전시의 충전전류의 용량을 약 0.08C로 설정한다.

따라서 상기 배터리가 충전동작을 수행하는 경우, 정격전압으로 충전이 되지 않은 상태에서는 상기 제1충전경로를 통해 인가되는 충전용량이 0.2C인 급속충전전류와 제2충전경로를 통해 인가되는 충전용량이 0.08C인 정상충전 전류에 의해 충전 동작을 수행하게 된다. 이 경우 상기 제2단자 N2로 인가되는 충전전류의 용량은 0.28C가 되며, 충전전류의 특성은 제4도의 (41)과 같다.

상기와 같이 충전동작이 수행되면, 비교기CMP1은 상기한 바와 같이 상기 제2단자 N2로 나타나는 배터리의 충전전압의 크기와 설정된 기준전압을 비교하여 상기 배터리의 충전되는 상태를 지속적으로 감시한다. 이때 상기 배터리의 충전전압 크기가 상기 기준전압보다 커지는 시점에서 상기 비교기CMP1은 상기 배터리의 충전을 종료시키기 위하여 하이 논리 신호를 출력한다. 그러면 상기 트랜지스터Q3이 턴온되며, 이로인해 상기 트랜지스터Q1이 턴오프된다. 따라서 상기 저항R2를 통해 상기 제2단자 N2로 인가되는 충전 용량이 0.2C인 급속 충전전류의 공급이 중단된다.

그러나 이 경우 상기 기준전압은 상기 배터리의 충전정격전압의 약85%에서 95% 사이로 설정된 상태이므로, 상기 배터리의 충전은 부족 충전되어 있는 상태가 된다. 따라서 상기와 같은 부족충전 상태의 배터리로 충전전류를 공급하여 만충전을 시켜야한다.

본 발명에서는 이를 위하여 배터리를 충전하는 경우, 먼저 1단계에서 85% 내지 95% 정도의 충전은 급속 충전시키고, 이후 2단계에서는 나머지 부족 충전을 정상충전을 수행하여 만 충전시킨다. 따라서 상기 비교기CMP1에 의해 제1충전경로가 차단되어 급속충전이 중단되는 경우, 상기 배터리의 부족 충전은 저항R1을 통해 인가되는 충전전류의 용량이 0.08C인 정상충전전류에 의해 수행되어 만충전된다. 이때 상기 제2충전경로를 통해 상기 배터리로 인가되는 정상충전전류는 제4도의 (42)와 같이 충전전류의 용량은 0.1C 이하이므로, 상기 배터리에 무리를 주지않음을 알수 있다.

상술한 바와 배터리 충전시 부족충전되는 충전을 보상하여 항상 만충전시킬 수 있으며, 충전회로의 크기를 축소하여 원가절감 및 소형화를 이룰 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 배터리의 충전회로에 있어서, 충전전원을 입력하는 제1단자와, 배터리와 접속되며, 충전전류를 발생하는 제2단자와, 상기 제1단자와 제2단자 사이에 접속되는 저항을 구비하여 상기 충전용량이 0.1C 이하인 정상충전류로 변환하여 상기 제2단자에 인가하는 정상충전부와, 상기 제1단자와 제2단자 사이에 상기 정상충전부와 병렬 연결되고, 스위칭 소자를 구비하며, 제1충전 제어신호 발생시 스위칭소자가 온되어 상기 충전전원의 전류를 상기 제2단자에 급속충전전류로 인가하고, 만충전을 나타내는 충전제어신호 수신시 오프되어 상기 급속충전전류의 경로를 차단하는 급속충전부와, 상기 베터리가 만충전전압에 90% 전후로 충전될 수 있도록 설정된 기준전압을 구비하며, 상기 제2단자에 연결되어 상기 배터리의 충전전압을 상기 기준전압과 비교하며, 상기 충전전압이 상기 기준전압보다 낮을 시 상기 제1충전제어신호를 생성하고 상기 충전전압이 상기 기준전압보다 높을 상기 제2충전제어신호를 생성하여 상기 급속충전부의 스위칭 소자에 인가하는 제어신호발생부로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리의 충전회로.