KR100297608B1

KR100297608B1 - 충전제어장치, 이를 구비한 충방전장치 및 전자기기

Info

Publication number: KR100297608B1
Application number: KR1019990045820A
Authority: KR
Inventors: 구보다케시; 사에끼미투오; 오자와히데끼요
Original assignee: 아끼구사 나오유끼; 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-11-02
Also published as: GB9700865D0; GB2308026A; GB9517688D0; US5801514A; JP2003037946A; KR100303927B1; GB2308024A; JPH0879982A; GB9700864D0; JP3392371B2; GB2308024B; GB2308025A; GB2308025B; GB2308026B; JP3069498B2; JP2000032683A; GB9700863D0; KR100254478B1; US5808444A; JP3297022B2

Abstract

본 발명은 DC-IN입력으로부터 전지로의 역류방지용 다이오드를 필요치 않음으로써 전지로부터의 방전시의 다이오드에 의한 전력손실을 없도록 하기 위한 것으로, 본 발명에 의하면 복수의 충전가능한 전지를 충전하기 위한 충전회로를 갖는 충전기를 포함하는 전자기기의 충방전장치에 있어서, 상기 충전회로와 상기 전지 사이의 접속을 on/off하는 복수의 스위치회로와; 방전시에, 상기 충전기의 충전회로가 상기 전지중 어느 하나에만 접속되도록 소정의 시간간격으로 상기 복수의 스위치회로를 절환하는 절환제어수단을 가지며, 상기 스위치회로를 상기 복수의 전지가 시분할 다중으로 충전되도록 시분할로 절환하며, 상기 전지는 방전시에 전력소비회로에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 충방전장치와, 이를 이용한 전자기기를 제공한다.

Description

충전제어장치, 이를 구비한 충방전장치 및 전자기기{CHARGING CONTROL DEVICE, CHARGING-AND-DISCHARGING DEVICE AND ELECTRONIC EQUIPMENT INCLUDING THE SAME}

본 발명은 노트퍼스컴 등 휴대형 전자기기에 사용되는 충전기의 충전제어장치 및 정전압 정전류 제어회로에 관한 것이다.

노트퍼스컴 등의 휴대형 전자기기에 있어서는 장치용의 전원으로서 전지가 탑재되어 있으나 장치의 운용코스트나 순간적으로 방전가능한 전류용량 등의 관계로 Nicad 등의 2차전지가 탑재되어 있는 것이 일반적이다. 또 장치에 AC 어댑터 등을 접속함으로써 간단히 장치내의 2차전지를 충전할 수 있도록 충전회로도 내장하고 있는 예가 많다.

이와 같은 장치에 있어서 복수의 전지에 대한 병렬충전을 가능케 하고, 또 방전시의 전력손실을 될 수 있는 한 작게 하여 전지의 효율적 이용을 가능케 하는 기술이 요망되고 있다.

전자기기를 전지로 동작시키는 경우, 일반적으로 전지의 전압은 방전이 진행됨에 따라 저하되기 때문에 전자기기 내부에서 사용하는 전압을 일정하게 유지하기 위해 DC-DC콘버터에 의해 전지출력의 정전압화를 꾀하고 있다. DC-DC콘버터에 의해 전지출력의 안정화를 꾀하는 경우, 전자기기에 탑재하는 전지의 전압 및 AC어댑터 등 외부로부터 공급되는 전압과, 전자기기본체 내부에서 사용하는 전압의 관계에 대해서는 아래의 2가지 경우가 있다.

하나는 장치에서 사용하는 전압보다 높은 전압을 전지로 공급하여 DC-DC콘버터에 의해 전자기기 내부에서 사용하는 전압까지 전압을 내리는 방식이며, 이런 타입의 DC-DC 콘버터를 스텝다운형(降壓型)이라 한다.

다른 하나는 장치에서 사용하는 전압보다 낮은 전압을 전지로 공급하여 DC-DC콘버터에 의해 전자기기 내부에서 사용하는 전압까지 전압을 올리는 방식이며, 이런 타입의 DC-DC콘버터를 스텝업형(昇壓型)이라 한다.

전자기기에 있어서 강압형을 사용할 것인가 승압형을 사용할 것인가는 장치의 소비전력이나 2차전지로의 운영시간, 혹은 장치의 크기, 장치의 중량 등에 따라 다르다.

이하, DC-DC콘버터의 각 방식에 따라 종래의 기술을 설명한다.

장치에서 사용하는 전압보다 높은 전압을 2차전지로 공급하는 것 같은 타입에서의 내장 충전기의 구성에 대해 먼저 설명한다. 그 구성예를 도11에 보여준다.

도11에 있어서 500은 DC-DC콘버터, 501은 DC- DC제어부, 510은 충전을 제어하는 충전제어부, 520은 AC어댑터 등이 접속되는 DC코넥터, 530은 충전기를 구성하는 충전용 정전류회로, 531은 정전류 제어부, 540은 2차전지, Tr51,Tr52는 트랜지스터, D51-D55는 다이오드, F51, F52는 휴즈, L51,L52는 쵸크코일, C51,C52는 콘덴서, R51-R52는 저항을 표시한다.

DC코넥터(520)는 장치를 AC어댑터 등 외부전원에 의해 운전할 때, 혹은 장치내장의 2차전지(540)에 충전을 하기 위해 외부로부터 전원을 공급하기 위한 코넥터이다. DC-DC콘버터(500)는 DC코넥터(520)를 경유하여 공급되는 외부전원, 또는 내장 2차전지(540)로부터 전력을 공급받아 장치가 필요로 하는 전압을 생성하기 위한 장치용의 전원이다.

충전용 정전류회로(530)는 DC코넥터(520)를 경유하여 외부로부터 전력이 공급되어 있고, 또 충전제어부(510)에 의해 2차전지(540)로 충전이 지시되어 있을 때, 2차전지(540)를 충전하는 데 필요한 전력을 생성하기 위한 정전류전원이다.

충전제어부(510)는 2차전지(540)를 충전하기 위한 제어부이다. 충전용 정전류회로(530)에 대한 충전의 개시, 정지, 종료 등의 지시도 충전제어부(510)가 한다.

다이오드(D51)는 DC코넥터(520)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC어댑터에 AC전원이 공급되고 있지 않는 등의 이유에 의해 AC어댑터가 비동작상태에 있을 때 내장2차전지(540)로부터 전력이 외부로 유출하는 것을 방지하기 위한 역류방지용 보호다이오드이다.

다이오드(D52)는 외부로부터 전력이 공급되고 있지 않을 때 DC-DC콘버터(500)에 2차전지(540)로부터의 전력을 공급함과 동시에 DC코넥터(520)를 경유하여 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때, 그 전압이 2차전지(540)로 인가되는 것을 방지하기 위한 보호 다이오드이다.

다이오드(D55)는 2차전지(540)로부터 충전용 정전류회로(530)로의 역류를 방지하기 위한 다이오드이다.

DC-DC콘버터(500) 및 충전용 정전류회로(530)의 구성은 스위칭 방식의 레귤레이터 등 일반적인 것이기 때문에 여기서 상세한 설명은 생략한다. 또 정전류 제어부(531)에 이용될 수 있는 것으로 예를 들어 후지쓰(富士通)제 IC의 MB3759 등이 있다. 또 DC-DC제어부(501)에 이용되는 것으로서 예를 들면 후지쓰제 IC의 MB3776A 등이 있다.

DC코넥터(520)에 AC어댑터 등이 접속되어 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때, DC-DC콘버터(500)에는 다이오드(D51)를 통해 외부전력이 인가되어 DC-DC콘버터(500)는 필요로 하는 전압을 생성한다. 이때 외부전원으로부터 공급되는 전력은 다이오드(D52)로 저지되어 2차전지(540)에 인가되는 일은 없다.

외부로부터 전력이 공급되고 있을 때, 2차전지(540)에 대해 전력이 공급되어 충전이 되는 것은, 충전제어부(510)의 지시에 의해 충전용 정전류회로(530)가 작동하여 충전용의 전력을 생성하고 있을 때뿐이다. 충전용 정전류회로(530)가 정지하고 있을 때는 트랜지스터(Tr51)에 의해 회로가 차단되기 때문에 2차전지(540)로의 전력공급은 되지 않는다.

외부로부터의 전력공급이 도중에 끊어졌을 때, DC-DC콘버터(500)로의 전력공급은 2차전지(540)로부터 다이오드(D52)를 통해 공급된다. 한편, 다이오드(D51, D55)에 의해 2차전지(540)로부터 출력이 DC-DC콘버터(500) 이외의 전력유출을 방지한다.

2차전지(540)로의 충전을 할 때는 2차전지(540)를 충전하는 데 필요한 전압이 충전용 정전류회로(530)를 통해 전지의 정극측에 인가되지만 이 전압은 그대로 다이오드(D52)를 통해 DC-DC콘버터(500)에도 인가된다. Nicad 등의 일반적인 2차전지를 충전하는 데 필요한 전압의 최대치는 전지전압의 1.7배 정도가 되지만 DC-DC콘버터(500)는 강압형이기 때문에 이 전압은 문제가 되지 않는다.

이상과 같이 종래의 방식에 있어서는 2차전지(540)로의 충전용 경로와 2차전지(540)로부터의 방전용 경로를 분리하여 2차전지(540)로의 충전방지 보호를 위한 다이오드(D52)가 필요했다. 그러나 2차전지(540)로부터 DC-DC콘버터(500)로 전력을 공급하는 경우, 다이오드(D52)에 의한 전압의 강하가 있으며, 이는 전지사용 효율저하의 원인이 되었다.

다이오드(D52)에 의한 전압강하는 0.55V-0.7V에 달하고 예를 들어 Nicad전지 6개를 사용한 장치를 예로 들면 그 전력손실은 전지용량의 7.6%-10%에 달한다.

장치가 더욱 소형화되어 예를 들어 Nicad전지 2개로 운용하는 장치에 이르면 그 전력손실은 전지 용량의 23%-30%에 달한다.

다음에 장치에서 사용하는 전압보다도 낮은 전압을 2차전지로 공급하도록 된 타입의 내장충전기의 구성에 대해 설명한다. 그 구성예를 도12에 보여준다.

도12에 있어서 600은 DC-DC콘버터, 601은 DC- DC제어부, 610은 충전을 제어하는 충전제어부, 620은 AC어댑터 등이 접속되는 DC코넥터, 630은 충전기를 구성하는 충전용 정전류회로, 631은 정전류 제어부, 640은 2차전지, Tr61,Tr62는 트랜지스터, D61-D65는 다이오드, F61,F62는 휴즈, L61/L62는 트랜스, L63은 쵸크코일, C61,C62는 콘덴서, R61-R63은 저항을 나타낸다.

DC코넥터(620)는 장치를 AC어댑터 등의 외부전원에 의해 운전할 때 혹은 장치내장의 2차전지(640)에 충전을 위해 외부로부터 전원을 공급하기 위한 코넥터이다. DC-DC콘버터(600)는 DC코넥터(620)를 경유하여 공급되는 외부전원, 또는 내장 2차전지(640)로부터 전원을 공급받아 장치가 필요로 하는 전압을 생성하기 위한 장치용의 전원이다.

충전용 정전류회로(630)는 DC코넥터(620)를 경유하여 외부로부터 전력이 공급되고 있고, 또 충전제어부(610)에 의해 2차전지(640)로의 충전이 지시되고 있을 때 2차전지(640)를 충전하는 데 필요한 전력을 생성하기 위한 정전류전원이다.

충전제어부(610)는 2차전지(640)를 충전하기 위한 제어부이다. 충전용 정전류회로(630)에 대한 충전의 개시, 정지, 종료 등의 지시도 충전제어부(610)가 한다.

다이오드(D610)는 DC코넥터(620)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC어댑터에 AC전원이 공급되고 있지 않는 등의 이유에 의해 AC어댑터가 비동작상태에 있을 때 내장2차전지(640)로부터 전력이 외부로 유출하는 것을 방지하기 위한 역류저지용 보호 다이오드이다.

다이오드(D62)는 외부로부터 전력이 공급되고 있지 않을 때 DC-DC콘버터(600)에 2차전지(640)로부터의 전력을 공급함과 동시에 DC코넥터(620)를 경유하여 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 그 전압이 2차전지(640)에 인가되는 것을 방지하기 위한 보호 다이오드이다.

다이오드(D65)는 2차전지(640)로부터 충전용 정전류회로(630)로의 역류를 방지하기 위한 다이오드이다.

충전용 정전류회로(630)의 구성은 스위칭 방식의 레귤레이터 등 일반적인 것이기 때문에 여기서 상세한 설명은 생략한다. 또 충전용 정전류회로(630)의 구성은 도11에 도시한 회로(530)와 같은 방식이어도 좋다.

DC-DC콘버터(600)는 2차전지(640)의 전압을 장치가 필요로 하는 전압까지 승압하기 위한 승압형의 스위칭 방식의 레귤레이터이다.

DC코넥터(620)에 AC어댑터 등이 접속되어 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 DC-DC콘버터(600)에는 다이오드(D61)를 통해 외부전력이 인가되어 DC-DC콘버터(600)는 장치가 필요로 하는 전압을 생성한다. 이때 외부 전원으로부터 공급되는 전력은 다이오드(D62)에 의해 저지되어 2차전지(640)에 인가되는 일은 없다.

외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 2차전지(640)에 대해 전력이 공급되어 충전이 되는 것은 충전제어부(610)의 지시에 의해 충전용 정전류회로(630)가 동작하고, 충전용의 전력을 생성하고 있을 때뿐이다. 충전용 정전류회로(630)가 정지하고 있을 때는 트랜지스터(Tr61)에 의해 회로가 차단되기 때문에 2차전지(640)로의 전력공급은 되지 않는다.

외부로부터의 전력공급이 도중에 끊어졌을 때 DC-DC콘버터(600)로의 전력공급은 2차전지(640)로부터 다이오드(D62)를 통해 공급된다. 한편 다이오드(D61)에 의해 2차전지(640)로부터의 출력이 DC-DC콘버터(600) 이외로의 전력 유출을 방지한다.

2차전지(640)를 충전할 때에는 2차전지(640)를 충전하는 데 필요한 전압이 충전용 정전류회로(630)를 통해 2차전지(640)의 정극측에 인가되지만, 이 전압은 그대로 다이오드(D62)를 통해 DC-DC콘버터(600)에도 인가된다. Nicad 등의 일반적인 2차전지(640)를 충전하는 데 필요한 전압은 2차전지(640)의 방전전압의 1.7배 정도이기 때문에 전지 개수 등의 장치구성에 따라서는 DC-DC콘버터(600)로의 인가전압이 DC-DC콘버터(600)의 출력전압을 넘는 조건이 발생하는 경우가 있게된다. 이와 같은 경우에는 도12에 도시한 바와 같은 쵸크코일 방식의 승압형의 DC-DC콘버터(600)에서는 입력전압이 DC-DC콘버터(600)의 쵸크코일(L63)과 정류다이오드(D64)를 통해 그대로 부하에 인가되기 때문에 충전기를 내장한 장치에서는 사용할 수가 없다.

이와 같은 경우에는 도13에 도시한 트랜스결합 방식의 승강압형의 DC-DC콘버터(700)를 사용하지 않으면 안된다.

도13에 있어서 700은 DC-DC콘버터, 701은 DC-DC제어부, 710은 충전을 제어하는 충전제어부, 720은 AC어댑터 등이 접속되는 DC코넥터, 730은 충전기를 구성하는 충전용 정전류회로, 731은 정전류 제어부, 740은 2차전지, Tr71,Tr72는 트랜지스터, D71-D75는 다이오드, F71,F72는 휴즈, L71/L72, L73/L74는 트랜스, C71,C72는 콘덴서, R71-R73은 저항을 표시한다.

이 도13에 도시한 방식은 도12의 것에 비해 DC-DC콘버터(700) 내부가 트랜스결합 방식의 승강압형으로 구성되는 것 외에는 구성, 동작이 동일한 것이므로 이에 대한 설명은 생략한다. 또 충전용 정전류회로(730)의 구성은 도11에 도시한 회로(530)와 같은 방식이어도 좋다.

도12에 도시와 같은 쵸크코일 방식의 승압형의 DC-DC콘버터(600)는 80%정도의 효율을 실현시키는 것이 가능하지만 도13에 도시한 바와 같은 트랜스결합 방식의 승강압형으로는 효율은 60%정도가 한계이다.

이상 설명한 바와 같이 장치에서 사용하는 전압보다 낮은 전압을 2차전지로 공급하는 것 같은 타입의 도12에 도시한 바와 같은 종래 방식에 의한 충전기의 구성 방식에는 다음의 두 가지 문제점이 있었다.

하나는 2차전지로의 충전용 경로와 2차전지로부터의 방전용 경로를 분리하여 2차전지로의 충전보호를 하기 위한 다이오드(D62)가 필요하다. 그러나 2차전지로부터 DC-DC콘버터(600)에 전력을 공급하는 경우, 다이오드(D62)에 의한 전압의 강하에 의해 전력손실이 있고 이는 전지사용 효율저하의 원인이 된다.

다이오드(D62)에 의한 전압강하는 0.55V-0.7V에 달하고 예를 들면 Nicad전지 2개로 운용하는 것 같은 장치에서는 그 전력손실은 전지용량의 23%-30%에까지 달한다.

또 하나의 문제점은 전지를 충전하는 데 필요한 전압이 충전회로를 통해 전지의 정극측에 인가되지만 이 전압이 그대로 다이오드(D62)를 통해 DC-DC콘버터(600)에도 인가되는 것이다.

Nicad 등의 일반적인 2차전지를 충전하는 데 필요한 전압은 전지의 방전전압의 1.7배 정도이기 때문에 전지 개수 등의 장치구성에 따라서는 DC-DC콘버터로의 인가전압이 DC-DC콘버터의 출력을 넘는 조건이 발생하는 경우가 있게 된다. 이와 같은 경우에는 DC-DC콘버터의 구성을 쵸크코일 방식의 승압형이 아니고 트랜스결합 방식의 승강압형으로 구성할 필요가 있고, 쵸크코일 방식의 승압형의 DC-DC콘버터(600)에서는 80%정도의 효율이었던 것이 트랜스결합 방식의 승압형 DC-DC콘버터(700)에서는 효율이 60%정도로 저하한다.

다음에 전지의 과방전을 방지하기 위한 종래의 방식에 대해 설명한다.

노트퍼스컴 등 휴대형 전자기기로 사용되는 전지중 Li+(리튬이온) 2차전지나, NiMH전지는 Nicad전지와는 달리 과방전에 약하고, 사용자가 잘못 방전시킨 경우에 회복불능의 손상을 받는다. 때문에 사용자의 오조작에 의한 전지기능의 열화(劣化)를 방지하기 위해 전지가 지정전압 이하로 된 것을 검출하여 출력을 차단하는 과방전 방지회로를 전지에 내장하도록 되어 있다

또 전지운용에서의 장치의 가동시간 등의 관계에서 복수개의 전지를 탑재가능토록 한 기기에 있어서는 전지의 방전 순서를 제어하기 위해 전지의 입력부에 방전금지/허가를 제어하기 위한 스위치회로를 설치하여 전지의 방전순서를 제어하고 있는 것이 일반적이다.

이와 같은 구성의 기기로 상기한 과방전 방지기능을 내장한 전지를 사용한 경우, 스위치회로가 이중으로 되기 때문에 스위치회로에 의한 전력손실이 큰 문제로 된다.

도14는 종래 방식에서의 전지 과방전방지 방식의 예를 도시한 것이다.

도14에 있어서, 800(800'도 동일함)은 전지팩, 810은 2차전지, 820은 전지팩(800)내의 과방전을 방지하는 제어부, 870은 전력을 소비하는 전자기기의 장치, 881은 장치내의 방전금지/허가의 제어부, R80-R89는 저항, FET81-FET85는 스위치회로를 구성하는 전계효과 트랜지스터, D81-D83은 다이오드를 표시한다.

도14에 도시하는 장치(870)는 두 개의 전지팩(800, 800')과 AC어댑터 등의 외부로부터의 급전(DC-IN)이 어떤 것인가에 의해 전력을 공급받아 동작한다. 여기서 전지팩(800)과 전지팩(800')은 동일 구조로 되어 있다.

다이오드(D81)는 장치(870)의 전력이 전지팩(800) 또는 전지팩(800')에 의해 공급될 때 전지로부터의 전력이 DC-IN측으로 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드이다. 다이오드(D82/D83)는 장치(870)의 전류가 DC-IN에서 공급되고 있을 때 DC-IN으로부터의 전력이 전지팩(800) 또는 전지팩(800')으로 역류함을 방지하기 위한 다이오드이다. 특히 트랜지스터(FET84/FET85)에는 소오스-드레인 사이에 기생(寄生)다이오드가 붙어있기 때문에 이들의 역류방지용 다이오드(D82/D83)가 필요하게 되어 있다.

트랜지스터(FET84)는 전지팩(800)으로부터의 전력공급의 금지/허가를 제어하기 위한 스위치회로이며, 제어부(881)로부터의 신호에 의해 on/off의 제어가 된다. 제어부(881)로부터의 신호에 의해 트랜지스터(FET84)가 on상태에 있을 때 전지팩(800)으로부터의 방전이 허가된다. 트랜지스터(FET85)는 전지팩(800')로부터의 전력공급의 금지허가를 제어하기 위한 스위치회로이며, 트랜지스터(FET84)와 똑같이 제어부(881)로부터의 신호에 의해 on/off의 제어가 된다. 제어부(881)로부터의 신호에 의해 트랜지스터(FET85)가 on상태일 때 전지팩(800')으로부터 방전이 허가된다.

저항(R84/R85)은 DC-IN으로부터 전력 공급이 있는가 없는가를 식별하기 위한 전압검출용의 저항이다. 저항(R86/R87)은 전지팩(800)으로부터 전력공급이 가능한가를 식별하기 위한 전압검출용 저항이다. 저항(R88/R89)은 전지팩(800')으로부터 전력공급이 가능한가를 식별하기 위한 전압검출용 저항이다.

이제 장치(870)로의 전력공급의 순서를 ①DC-IN, ②전지팩(800) ③전지팩(800')의 순으로 순서를 매기는 것으로 가정한다. 저항(R83/85)에 의해 DC-IN으로부터 전력공급이 있음을 검출한 경우, 제어부(881)는 전지팩(800) 및 전지팩(800')으로부터의 전력공급을 금지하기 위해 트랜지스터(FET84/FET85)를 off상태에 두고, 전지팩(800) 및 전지팩(800')의 소모를 회피하도록 동작한다.

다음에 저항(R84/R85)에 의해 DC-IN으로부터 전력공급이 도중에 단절되었음이 검출되면 제어부(881)는 트랜지스터(FET84)를 on으로 하여 전지팩(800)으로부터의 전력공급을 한다. 이때 전지팩(800')으로부터의 방전이 되지 않도록 트랜지스터(FET85)는 off상태로 둔다(이때 트랜지스터(FET85)가 on상태이면 전지팩(800)과 전지팩(800')의 양쪽으로부터 동시에 장치에 급전이 된다)

다음에 저항(R86/R87)에 의해 전지팩(800)의 방전이 종료되고 2차전지(810)가 비워진 것이 검출되면 제어부(881)는 트랜지스터(FET85)를 on하여 전지팩(800')으로부터 전력을 공급함과 동시에 트랜지스터(FET84)를 off로 하고 전지팩(800)의 과방전을 방지한다(또 전지팩(800')에 과방전방지회로가 들어가 있는 경우에는 본 동작은 의미가 없다).

도15는 도14에 도시한 전지팩(800)내의 과방전 방지회로의 상세도로 도15에 있어서의 R80/R81/R82/R83/FET81/FET82는 도14에 도시와 같은 기호를 부여한 것과 대응하고 IC81-IC84는 비교기, e81,s82는 기준전압을 표시한다.

트랜지스터(FET81)는 2차전지(810)가 과방전상태(전지전압이 규정치 이하일 때)나 부하단락에 의해 전지로부터 과대전류가 흐르는 경우에 회로를 차단하기 위한 스위치회로이며, 비교기(IC/81/IC82)에 의해 on/off된다. 트랜지스터(FET82)는 2차전지(810)로의 충전전압이 규정치 이상으로 된마이너스 단자측의를 보호하기 위해 회로를 차단하기 위한 스위치회로이며, 비교기(IC83)에 의해 on/off된다.

비교기(IC81)는 저항(R80/R81)에 의해 전지의 전압을 검출하여 기준전압(e82)과 비교하기 위한 비교기이며, 2차전지(810)의 방전에 의해 전지 전압이 기준전압(e82)보다 낮은 경우, Low레벨을 출력하여 비교기(IC84)를 경유하여 트랜지스터(FET81)를 off하기 위한 과방전 방지회로를 구성한다.

과방전 방지회로의 설명을 간략화하기 위해 IC81을 비교기로서 설명했으나 실제의 회로구성에 있어서는 전지의 내부저항(Ri)에 의한 전지전압의 변동에 의한 비교기(IC81)의 출력변동을 방지하기 위해 비교기(IC81)가 Low레벨을 출력한 것을 기억하기 위한 플립플롭(FF)회로나 충전 등에 의해 전지의 전압이 복구했을 때 플립플롭의 기억 내용을 리세트하기 위한 해제수단을 갖고 있음은 말할 필요도 없다.

비교기(IC82)는 부하 단락에 의해 전지로부터 과대전류가 흐른 경우에 회로를 차단하여 단락보호를 하는 과전류검출용의 비교회로이다. 스위치회로를 구성하는 트랜지스터(FET81/FET82)에 의한 전압 강하를 측정하여 과전류를 측정한다. 부하 단락에 의해 과대전류가 흐르면 트랜지스터(FET81/FET82)의 on저항에 의해 전지팩(800)의 마이너스 단자측의게 된다 비례하여 상승하여 e81의 전위도 상승하기 때문에 규정치 이상의 전류가 흐르면 e81과 e82의 전위를 비교하고 있는 비교기(IC82)가 Low 레벨을 출력하여 비교기(IC84)를 경유하여 트랜지스터(FET81)를 off한다.

과전류 방지회로의 설명을 간략화하기 위해 IC82를 비교기로 하여 설명했으나 실제의 회로구성에 있어서는 트랜지스터(FET81)를 off시킴으로써 비교기(IC82)의 출력이 즉 High레벨로 복구함으로써 비교기(IC82)의 출력변동을 방지하기 위해 비교기(IC82)가 Low레벨을 출력한 것을 기억하기 위해 플립플롭(FF)회로나 단락상태가 해제되었을 때 플립플롭의 기억 내용을 리세트하기 위한 해제수단을 갖고 있음은 말할 것도 없다.

비교기(IC84)는 3입력의 비교기이며, 비교기(IC81/IC82)로부터의 입력 양쪽이 기준전압(e82)보다 높을 때 High레벨을 출력하여 트랜지스터(FET81)를 on한다. 따라서 이상 설명한 바와 같이 전지가 과방전상태 또는 단락에 의해 과전류가 흐르는 경우에는 비교기(IC81/IC82/IC84)에 의해 트랜지스터(FET81)가 off됨으로써 회로가 차단된다.

비교기(IC83)는 충전시에 전지에 정격이상의 전압이 인가되는 것을 방지하기 위한 과전압검출회로이며, 저항(R82/R83)에 의해 충전전압을 측정하여 기준전압(e81)과 비교한다. 비교의 결과 충전전압이 정격이상이면 비교기(IC83)는 Low레벨을 출력하여 트랜지스터(FET82)를 off시켜 충전하는 방향으로의 전류의 흐름을 차단한다.

충전전압이 정격이하인 때는 비교기(IC83)는 High레벨을 출력하여 트랜지스터(FET82)를 on시킨다.

2차전지(810)가 과방전상태에 있고, 트랜지스터(FET81)가 off상태에 있더라도 전지의 플러스단자에 충전전압이 인가되는 경우, 트랜지스터(FET81)는 기생다이오드에 의해 전류의 흐름을 저지하는 일이 없기 때문에 전지는 충전된다. 또 2차전지(810)의 충전에 의해 전지의 전압이 상승하면, 저항(R80/R81)에 의해 검출되는전위가 e82보다 크게되어 비교기(IC81)가 High레벨을 출력한다. 이때 트랜지스터(FET81/FET82)에 흐르는 전류의 방향은 방전시와는 역이며, e81의 전위가 e82의 전위를 상회하는 일 없이 비교기(IC82)도 High레벨을 출력한다. 그 결과 비교기(IC84)에 의해 트랜지스터(FET81)가 on으로된다.

이상이 종래의 전지팩내의 과방전 방지회로의 동작이다.

다음에 전지팩을 2개 탑재하고 있을 때의 종래의 충전방식의 예를 설명한다. 전지팩은 전지의 출력전압이나 전력의 관계로 복수개의 전지셀을 직렬로 접속하여 구성되나 직렬로 접속시키는 셀 수는 전지전압과 외부로부터 공급되는 전원전압과의 관계로 상한이 규정된다. 예를 들면, Nicad나 NiMH전지의 단위 셀당 전압은 1.2V이지만 충전시는 약1.7V이다. 일반적인 장치에서의 전원계의 내압은 16.0V임을 고려하면, Nicad나 NiMH전지에서는 9개의 직렬접속이 상한으로 된다. Li+(리치움.이온)전지의 경우 단위 셀당의 전압은 최대4.2V이며, 장치내압16.0V를 고려하면 3개의 직렬접속이 상한으로 된다.

또 전지의 단위 셀당의 용량은 전지의 사이즈에 따라 기본 용량으로 규정된다. 따라서 전지의 용량을 증가시키는 데는 복수의 전지셀을 직렬로 접속한 것을 병렬로 접속하는 이외는 방법이 없다.

여기서 2차전지를 충전하는 경우에 주의할 것은 각 전지에 흐르는 충전전류의 최대치를 제어하는 일이다. 전지에 따라 결정하는 규격 이상의 전류치로 충전하면 전지가 발열하여, 발열시의 보호회로 없이 충전을 한다는 것은 발화에 이르는 일이 있어 대단히 위험하다.

직렬접속의 2차전지로 충전을 하는 경우 충전전류치는 모든 셀에서 동일함으로 충전기측에서 정전류 제어를 함으로써 규격전류치 내에서의 충전을 할 수가 있다.

그러나 병렬 접속된 전지로 충전을 하면, 전지 사이의 임피던스나 전지 사이의 충전량의 차이에 의해 전지사이에서의 전류치가 달라진다. 극단의 예로는 병렬로 접속된 전지의 1개마다 충전 전류가 흘러 다른 전지에는 흐르지 않는 경우도 있게 된다구성으로 한 같은 상태가 발생하면, 1개의 전지의 충전전류치가 병렬 접속된 전지의 개수보다도 배로 되어 대단히 위험하다.

따라서 종래는 병렬로 접속된 2차전지에 대한 적절한 충전 방법이 없기 때문에 전지를 병렬로 접속하는 대신 복수의 전지팩으로 분할하고, 각각 독립된 전지팩구성으로 함으로써 개별로 충전하는 방법이 취해지고 있는 것이 일반적이다. 그 결과 복수의 전지팩을 탑재하는 구성으로 한것인가다.

도16은 전지팩을 2개 탑재하고 있을 때의 종래 방식의 예이다.

도16에 있어서 900은 충전기, 901은 DC코넥터, 902는 DC-DC콘버터, 910은 정전류 제어를 하는 제어부, 920은 충방전 제어부, 930, 940은 2차전지의 전지팩(이하 전지A, 전지B라 함), Tr91, FET91-FET94는 트랜지스터, D91-D95는 다이오드, F91,F92는 휴즈, L92는 쵸크코일, C91은 평활용 콘덴서, R90-R94는 저항을 의미한다.

DC코넥터(901)는 장치를 AC어댑터 등의 외부전원에 의해 운전할 때 혹은 장치내장의 2차전지에 충전을 하기 위해 외부로부터 전원을 공급하기 위한 코넥터이다. DC-DC콘버터(902)는 DC-DC코넥터(901)를 경유하여 공급되는 외부전원, 또는 내장 2차전지로부터의 전력의 공급을 받아 장치가 필요로 하는 전압을 생성하기 위한 장치용 전원이다.

충전기(900)는 DC코넥터(901)를 거처 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 2차전지를 충전하는 데 필요한 전력을 생성하기 위한 정전류전원이다.

다이오드(D91 및 D95)는 DC코넥터(901)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC어댑터에 AC전원이 공급되고 있지 않는 등의 이유에 의해 AC어댑터가 비동작 상태에 있을 때, 내장 2차전지로부터 전력이 외부로 흐르는 것을 방지하기 위한 역류방지용 보호다이오드이다.

다이오드(D92/D93)는 외부로부터 전력이 공급되고 있지 않을 때, DC-DC콘버터(902)에 2차전지로부터의 전원을 공급함과 동시에 DC코넥터(901)를 거쳐 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때, 그 전압이 2차전지에 인가되는 것을 방지하기 위한 보호 다이오드이다.

트랜지스터(FET93 및 FET94)는 DC코넥터(901)를 거쳐 AC어댑터 등으로부터 전력이 공급되지 않을 때 DC-DC콘버터(902)에 2차전지로부터 전력을 공급할 때 전지A로부터 공급할 것인가, 전지B로부터 공급할 것인가를 제어하기 위한 스위치회로이다. 전지A 및 전지B의 양쪽으로부터 항상 동시에 병렬로 방전하는 경우에는 트랜지스터(FET93 및 FET94)가 불필요하다.

트랜지스터(FET91 및 FET92)는 충전하는 전지를 선택하기 위한 스위치회로이며, 충전기(900)로부터 공급되는 충전전류를 전지A에 흘릴 것인가애노드에 흘릴 것인가를 제어한다.

충전기(900)는 충전용의 정전류회로이며, 메인 스위칭 트랜지스터(Tr91), 쵸크코일(L92), 프라이호일 다이오드(D94), 평활용 콘덴서(C91), 전류제어용의 센스저항(R90/R91/R92/R93/R94) 및 제어부(910)로 구성된다. 이 충전용 정전류회로의 구성은 스위칭 방식의 레귤레이터 등 일반적인 것이기 때문에 여기서 상세한 설명은 생략한다.

DC코넥터(901)에 AC어댑터 등이 접속되어 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 DC-DC콘버터(902)에는 다이오드(D91)를 통해 외부전력이 인가되어 DC-DC콘버터(902)는 장치가 필요로 하는 전압을 생성한다. 이때 외부 전원으로부터 공급되는 전력은 다이오드(D92/D93)에 저지되어 2차전지의 전지팩(930/940)에 인가되는 일은 없다.

외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 2차전지에 대해 전력이 공급되어 충전이 되는 것은, 충전이 지시되어 있고 충전용 정전류회로가 동작하여 충전용 전력을 생성하고 있을 때뿐이다. 충전용 정전류회로가 정지하고 있을 때는 트랜지스터(Tr91)에 의해 회로가 차단되기 때문에 전지로의 전력 공급은 이루어지지 않는다.

외부로부터의 전력 공급이 도중 끊어졌을 때 DC- DC콘버터(902)로의 전력 공급은 2차전지의 전지팩(930,940)으로부터 트랜지스터(FET93/FET94)와 다이오드(D92/D93)를 통해 공급된다. 트랜지스터(FET93)의 소오스전극은 다이오드(D92)의 애노드측에 접속되어 드레인전극은 전지A의 정극측에 접속되어 있다. 트랜지스터(FET93)의 게이트전극은 충방전 제어부(920)으로부터의 제어신호에 접속되어 있다. 똑 같이 트랜지스터(FET94)의 소오스전극은 다이오드(D93)의 애노드측에 접속되고, 드레인전극은 전지B의 정극측에 접속되어 있다. 트랜지스터(FET94)의 게이트전극은 충방전 제어부(920)로부터의 제어신호에 접속되어 있다.

트랜지스터(FET93)의 내부 기생다이오드는 드레인측으로부터 소오스측을 향해 순방향으로 되어 트랜지스터(FET93)는 전지A로부터의 전류의 흐름에 대해 스위치회로로서 동작하나 전지A에 흘러 들어오는 전류에 대해서는 항상 on상태이다. 전지A로의 역류를 방지하는 수단으로서 다이오드(D92)가 직렬로 접속되어 있다. 똑 같이 트랜지스터(FET94)의 내부 기생다이오드도 드레인측으로부터 소오스측을 향해 순방향으로 되어 트랜지스터(FET94)는 전지B로부터의 전류흐름에 대하여 스위치회로로서 동작하나 전지B에 흘러 들어오는 전류에 대해서는 항상 on상태이다. 여기서 전지B로의 역류를 방지하는 수단으로서 다이오드(D93)가 직렬로 접속되어 있다.

충방전 제어부(920)가 DC-IN으로부터 입력이 없어진 것을 검출하면, 전지로부터의 방전을 촉진하기 때문에 트랜지스터(FET93 또는 FET94)를 on으로 한다. 전지A로부터의 방전을 지시할 때 충방전 제어부(920)는 트랜지스터(FET93)의 게이트전극을 접지 전위로 함으로써 트랜지스터(FET93)를 on으로 한다. 전지B로부터의 방전을 지시할 때는 충방전 제어부(920)는 트랜지스터(FET94)의 게이트전극을 접지전위로 함으로써 트랜지스터(FET94)를 on으로 한다.

한편, 다이오드(D91 및 D95)에 의해 전지A, B로부터 출력이 DC-DC콘버터(902) 이외로 전력이 유출되는 것을 방지한다.

AC어댑터에 의해 외부전력이 공급되어 충전기(900)의 충전용 정전류회로가 동작하고 있을 때 충전기(900)로 생성된 전력은 스위치용 트랜지스터(FET91 또는 FET92)를 거쳐 전지A 또는 전지B를 충전한다. 전지A를 충전할 때는 트랜지스터(FET91)를 on으로 하여 전지A로의 전류 경로를 닫는다. 이때 트랜지스터(FET92)는 off상태이기 때문에 정전류회로로부터의 전류는 모두 전지A를 충전하는 데 사용된다.

전지B를 충전할 때는 트랜지스터(FET92)를 on으로 하여 전지B로의 전류 경로를 닫는다. 이때 트랜지스터(FET91)는 off상태이기 때문에 정전류회로로부터의 전류는 모두 전지B를 충전하는 데 사용된다.

도17에 도16에 표시한 제어부(910) 및 충방전 제어부(920)에 의한 제어 플로우차트를 나타낸다. 충전의 경우, 도17(A)에 도시와 같이 제어한다.

DC-IN에 외부로부터 전력이 공급된 것을 확인(S21)하면 이하의 처리를 한다. 먼저 충방전 제어부(920)는 트랜지스터(FET93,FET94)를 off로 한다(S22). 트랜지스터(FET91)를 on으로 하고, 트랜지스터(FET92)를 off로 한다(S23). 또 제어부(910)는 트랜지스터(Tr91)를 on으로 하여 전지A에 충전한다(S24). 스텝S25에 있어서 전지A가 풀이되어 충전이 종료되었음을 검출하게 되면, 스텝S26으로 나간다. 스텝26에서는 일단 트랜지스터(Tr91)를 off로 한다. 그 뒤 트랜지스터(FET91)를 off로, 트랜지스터(FET92)를 on으로 절환한다(S27). 그리고 트랜지스터(Tr91)를 on으로 하여 전지B에 충전한다(S28). 스텝29에 있어서 전지B가 풀이 되어 충전이 종료되었음을 검출하게 되면, 트랜지스터(Tr91)를 off한다(S30).

또 방전시의 제어는 도17(B)에 표시한 바와 같이 이루어진다.

스텝S41에 있어서, 먼저 트랜지스터(FET93)를 on으로 하고, 트랜지스터(FET94)를 off로 하여 전지A로부터 방전한다. 스텝S42에 의해 전지A의 전위가 내려가 전지A가 빈 것으로 검출하게 되면, 스텝S43에 있어서 트랜지스터(FET93)를 off로 하고 트랜지스터(FET94)를 on으로 하여 전지B로부터의 방전으로 옮긴다. 스텝S44에 의해 전지B도 비게된 것을 검출하게 되면, 스텝S45에 의한 장치의 로-밧데리처리를 기동한다.

종래 도16에 도시하는 바와 같은 복수의 전지팩을 탑재한 전자기기에 있어서는 스위치회로에 의해 충전대상의 전지팩을 선택하여 충전을 하고, 충전 대상 전지팩의 충전이 완료된 후에 다음 전지팩을 선택하여 충전하는 직렬 충전이 일반적이었다.

이와 같이 복수의 전지팩에 대해 1개의 충전회로로 순차 충전을 한 경우, 충전이 끝난 전지와 미충전 전지는 병렬로 접속이 되지 않기 때문에 각 전지로부터의 방전을 제어하기 위한 스위치용 트랜지스터(FET93/FET94)와 충전이 끝난 전지로부터 미충전 전지로의 전지 사이에서의 충방전을 방지하기 위한 역류방지용 다이오드(D92/D93)가 필요하다.

그 결과, 전지 방전시에 스위치용 트랜지스터(FET93/FET94)에 의한 저항손실과 역류방지 다이오드(D92/D93)에서의 전압강하에 의한 전력손실이 발생하여 전지의 효율적 운용이 되지 않는 문제가 있었다.

역류방지다이오드(D92/D93) 대신에 전계효과 트랜지스터(FET)를 사용함으로써 전력손실을 저감하는 방법도 있다. FET의 내부 기생다이오드들이 역 접속으로 되도록 스위치용 FET와 다이오드용 FET를 직렬로 접속하는 방법이지만 FET 2개분의 저항 손실이 발생한다.

코스트 면에서도 다이오드에 비해 FET의 코스트는 2배 이상 높아진다는 결점이 있다.

또 복수의 전지팩은 순차로 충전을 하기 위해 모든 전지의 충전이 완료한때 이외는 전지의 병렬방전이 되지 않기 때문에 전지가 복수개 존재하더라도 교호 방전이 되어 순간적으로 방전되는 전류치에 한계가 있었다.

도18에 상기 문제점 해결을 위해 전지의 수와 같은 충전기를 준비한 방식을 도시한다. 도18에 있어서 950(950'도 같음)은 충전기, 951은 DC코넥터, 952는 DC-DC콘버터, 960은 정전류 제어를 하는 제어부, 970, 980은 2차전지의 전지팩(이하 전지A, 전지B라 한다). Tr92는 트랜지스터, D90,D96-D99는 다이오드, F93,F94는 휴즈, L93은 쵸크코일, C92는 평활용 콘덴서, R95-R99는 저항을 의미한다.

충전기(950)는 전지A를 충전하기 위한 것이며, 충전기(950')는 전지B를 충전하기 위한 것이다. 이와 같이 충전기를 복수개 준비함으로써 충전시간의 단축을 꾀하는 것은 가능하다. 그러나 전지A로의 충전전류가 전지B측으로 새는 것을 방지하기 위해서는 역류저지용의 다이오드(D98)가 필요하다. 똑같이 전지B로의 충전전류가 전지A측으로 새는 것을 방지하기 위해서는 역류저지용의 다이오드(D97)가 필요하다.

그 결과 전지 방전시에 역류방지 다이오드(D97/D98)에 의한 전압강하가 발생하여 다이오드 강하에 의한 전력손실로 되어 전지의 효율적 운용이 될 수 없다. 또 충전기를 늘림으로써 물량의 증대라는 결점이 있다.

이상과 같은 종래의 충방전 제어장치에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

(1) 충전시의 전지로의 전류 흐름의 경로와 전지로부터의 방전시의 전류흐름의 경로를 분리하기 위한 다이오드 삽입에 의해 전력의 낭비(다이오드에 의한 전압 강하)가 발생한다.

예를 들면, Nicad전지 2개로 동작하는 것 같은 장치를 생각하는 경우 그 손실은 전지 전력의 20-25%정도에 달한다.

(2) 쵸크코일 방식의 승압형DC-DC콘버터를 채용한 장치에서는 종래 방식에서의 충전회로가 채용될 수 없기 때문에 DC-DC 콘버터의 구성을 도13에 도시하는 바와 같은 트랜스결합 방식의 승강압형DC-DC콘버터로 변경할 필요가 있다. 그러나 쵸크코일 방식의 승압형의 DC-DC콘버터에서는 80%정도의 효율을 실현시킬 수가 있으나 트랜스결합 방식의 승강압형 DC-DC콘버터에서는 그 효율은 60%정도가 한계이며 전지의 유효이용을 꾀할 수가 없다.

(3) 복수의 전지팩을 탑재하는 것 같은 전자기기에 있어서는 개개의 전지가 동시에 방전을 하지 않도록 제어하기 위해서는 개개의 전지로부터의 출력계통에 방전회로의 on/off제어를 하기 위해 스위치회로를 설치할 필요가 있다. 그러나 과방전에 의한 전지의 열화(劣化)방지를 목적으로 하여 과방전방지회로를 설치한 전지팩을 사용한 경우, 팩내에 있는 과방전 방지 스위치회로와 장치의 방전제어용 스위치가 직렬 접속으로 되기 때문에 스위치회로에 의한 전력손실이 배로 된다.

(4) 복수의 전지에 대해 충전을 하기 위해서는 충전시의 전지로의 전류의 흐름을 절환하는 스위치회로 및 역류방지용의 다이오드를 삽입함으로써 전지로부터의 방전시 이 스위치회로에서의 전압강하에 의한 전력의 낭비(스위치회로 및 다이오드에서의 전압 강하)가 발생한다.

예를 들면, Nicad전지 2개로 동작하도록 되는 장치를 생각하는 경우 그 손실은 전지 전력의 20-25%정도에 달한다.

역류방지 다이오드 대신에 FET를 사용함으로써 전력손실을 저감하는 방법도 있으나 스위치회로 FET와 다이오드용 FET를 직렬로 접속할 필요가 있고, FET 2개분의 로스가 발생한다. 또 다이오드에 비해 FET의 코스트는 2배정도 높아진다는 코스트면에서의 결점이 있다.

(5) 1개의 충전기로 복수의 전지를 순차 충전하기 위해서는 충전시간이 전지의 수만큼 증대한다.

(6) 충전시간을 축소하기 위하여 병렬충전 하기 위해서는 전지의 수만큼 충전기를 필요로 한다.

(7) 복수의 전지로부터의 방전은 순차방전으로 되기 위해 방전 가능한 최대전류치가 제한된다. 방전전류치를 증대시키는 데는 전지의 병렬방전이 필요하나 전지의 충전이 직렬로 되기 때문에 병렬방전이 되지 않는다.

본 발명은 상기 문제점의 해결을 꾀하고 DC-IN입력으로부터 전지로의 역류방지용 다이오드를 필요치 않음으로써 전지로부터의 방전시의 다이오드에 의한 전력손실을 없도록 하는 것을 목적으로 한다.

또 전지팩내부의 과방전 방지용 스위치를 외부로부터도 제어할 수 있도록 제어신호를 추가함으로써 공용화를 꾀하고 전자기기측의 방전금지/허가스위치의 삭감과 전력손실의 절감을 꾀하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 장치의 가동시간을 높이는 것을 목적으로 하여 복수개의 전지팩을 탑재가능한 장치에 있어서 1개의 정전류회로로 복수의 2차전지를 병렬 충전함으로써 정전류회로의 삭감과 충전시간의 단축을 꾀한 충전제어방식을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 복수의 2차전지를 병렬 충전함으로써 전지간의 전류경로를 제어하는 스위치회로가 필요치 않고 스위치회로를 불필요하게 함으로써 전지방전시의 스위치회로에 의한 손실을 개선한 충전제어방식을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도1은 본 발명의 원리 블럭도.

도2는 본 발명의 원리 블럭도.

도3은 본 발명의 일 실시예를 도시한 구성회로도.

도4는 본 발명의 일 실시예의 변형례를 도시한 구성회로도.

도5는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 구성회로도.

도6은 도5에 도시한 전지팩내의 과방전방지 제어회로의 상세도.

도7은 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 구성회로도.

도8은 도7에 도시한 제어회로의 상세도.

도9는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 구성회로도.

도10은 도9에 도시한 실시예의 제어 플로우챠트.

도11은 종래 방식(강압형)의 예를 보여주는 예시도.

도12는 종래 방식(쵸크코일 방식의 승압형)의 예시도.

도13은 종래 방식(트랜스결합식 승강압형)의 예시도.

도14는 과방전방지의 종래 방식의 예시도.

도15는 종래의 전지팩내의 과방전 방지회로의 예시도,

도16은 1개의 충전기로 2개의 전지에 충전하는 경우의 종래 방식의 예시도.

도17은 종래의 충방전의 제어 플로우챠트.

도18은 2개의 충전기로 2개의 전지에 충전하는 경우의 종래 방식의 예시도.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

100 : 전력소비장치 110 : 충전제어부

120 : 충전기 130 : 정전류 제어부

140 : 충전 가능한 2차전지 150 : 스위치회로

200 : 전지팩 210 : 충전 가능한 2차전지

220 : 제어부 230 : 과방전 방지용 스위치회로

240 : 전지팩의 플러스단자 250 : 전지팩의 마이너스단자

260 : 방전제어용 단자 270 : 장치(DC-DC콘버터)

280 : 방전금지/허가제어부 300 : 충전기(정전압 정전류회로)

310 : 충전 제어회로(정전압 정전류 제어회로)

320,330 : 전류측정용 오차증폭기

340 : 전압제어용 오차 증폭기 350 : 비교회로

360,370 : 2차전지 400 : 충전기

410,420 : 2차전지 430,440 : 스위치회로

450 : 충전제어부 460 : 절환제어수단

도1 및 도2는 본 발명의 원리를 나타내는 블럭도이다.

도1(A)는 본 발명의 일 실시예에 대응하는 충전제어장치를 도시한다. 도1(A)에 있어서 100은 DC-DC콘버터를 갖는 휴대형 전자기기 등의 전력소비장치, 110은 충전제어부, 120은 충전기, 130은 정전류 제어부, 140은 충전 가능한 2차전지, 150은 스위치회로를 표시한다.

도1(A)에 도시한 장치의 경우 장치의 접지측과 2차전지(140)의 부하측을 단절하기 위한 전기적 스위치회로(150)를 설치하고, 이 스위치회로(150)를 충전제어부(110)에 의해 절환함으로써 충전시에는 장치의 접지측과 2차전지(140)의 부하측을 떨어뜨려 충전기(120)와 2차전지(140)와의 폐루프를 구성하여 충전을 하도록 되어 있다.

이렇게 함으로써 DC-IN 입력으로부터 2차전지(140)로의 역류방지용의 다이오드가 불필요하고 2차전지(140)로부터의 방전시의 다이오드에 의한 전력 손실을 없애고 있다.

도1(B)는 본 발명의 다른 실시예에 대응하는 충방전 제어장치를 나타낸다. 도1(B)에 있어서 200은 전지팩, 210은 충전 가능한 2차전지, 220은 전지팩으로부터의 방전을 제어하는 제어부, 230은 과방전 방지용 스위치회로, 240은 전지팩의 플러스단자, 250은 전지팩의 마이너스단자, 260은 방전제어용 단자, 270은 DC-DC콘버터를 갖는 휴대형 전자기기 등의 장치, 280은 방전금지/허가제어부를 표시한다.

2차전지(210)의 과방전을 방지하기 위한 과방전 방지용 스위치회로(230)를 내장한 전지팩(200)에 있어서 과방전 방지용 스위치회로(230)의 on/off를 제어하기 위한 신호를 외부의 장치(270)로부터 입력 가능하게 되어 있다. 때문에 전지팩(200)에 플러스단자(240), 마이너스단자(250)의 다른 방전제어용 단자(260)를 설치하고 있다. 장치(270)의 방전금지/허가제어부(280)에 의해 방전제어용 단자(260)에 방전금지의 제어신호를 부가하면, 제어부(220)는 강제적으로 과방전 방지용 스위치회로(130)를 off시킨다. 이와 같이 과방전 방지용 스위치회로(230)를 장치(270)측으로부터 방전금지/허가제어에도 사용한다.

도2(A)는 본 발명의 또다른 실시예에 대응하는 충방전 제어장치 및 정전압정전류 제어회로를 나타낸다. 도2(A)에 있어서 300은 충전기(정전압 정전류회로), 310은 충전의 제어회로(정전압 정전류 제어회로), 320,330은 전류측정용 오차증폭기, 340은 전압제어용 오차증폭기, 350은 비교회로, 360,370은 2차전지를 표시한다.

2차전지(360,370)의 충전을 목적으로 한 충전기(300)의 제어회로(310)는 전압제어용 오차증폭기(340)의 전압검출 입력에 대해 복수의 전압을 입력할 수 있도록 되어 있다. 또 전류측정용 오차증폭기(320,330)가 각기 2차전지(360,370)에 대응하여 설치된다.

충전기(300)로서 이와 같은 정전압 정전류회로를 사용함으로써 1개의 정전류회로로부터 복수의 2차전지(360/370)에 대해 동시에 병렬 충전하는 것을 가능케 하고 있다. 또 이 정전압 정전류회로를 사용하여 복수의 2차전지(360/370)의 병렬충전을 하므로 정전압 정전류회로와 복수의 2차전지(360/370)사이의 전류경로를 제어하기 위한 스위치회로가 불필요하게 되어 있다. 또 정전압 전류회로와 복수의 2차전지(360/370)사이의 전류경로를 제어하기 위한 스위치회로가 불필요하게 함으로써 전지로부터의 방전시의 스위치회로에 의한 전력손실이 없도록 하고 있다.

도2(B)는 본 발명의 또다른 실시예에 대응하는 충방전 제어장치를 나타낸다. 도2(B)에 있어서 400은 충전기, 410,420은 2차전지, 430,440은 충전을 절환하기 위한 스위치회로, 450은 충전제어부, 460은 절환제어수단을 표시한다.

충전가능한 복수의 2차전지(410,420)와 2차전지에 대해 충전을 하기 위한 충전기(400)를 내장한 전자기기에 있어서, 충전기(400)와 각 2차전지(410/420)와의사이를 on/off하기 위한 스위치회로(430/440)를 설치하고 있다. 충전제어부(450)는 이들 스위치회로(430/440)의 절환제어수단(460)이 있고, 절환제어수단(460)은 스위치회로(430/ 440)가 동시에 on이 되지 않도록 임의의 시간에 있어서 1개의 2차전지(410/420)만이 충전기(400)에 접속되도록 일정 시간으로 자동적으로 절환된다. 이와 같이 스위치회로(430/440)를 시간으로 나누어 절환함으로써 복수의 2차전지(410/420)를 시분할 다중으로 충전함과 동시에 복수의 전지에 대한 충전전류를 개개로 관리하여 복수의 2차전지(410/420)의 충전을 동시에 하도록 하고 있다.

상기한 본 발명은 다음과 같은 작용효과가 있다.

(1) 충전시에 2차전지(140)의 마이너스극과 장치의 접지를 전기적으로 차단한 충전기(120)와 2차전지(140)만이 폐회로를 구성하여 충전을 하기 때문에 충전시의 전지전위와 장치의 전위와는 독립으로 된다.

(2) 상기와 같은 방법으로 함으로써 2차전지(140)의 양극측의 방전전류 경로용 역류저지 다이오드가 불필요하게되고 방전시의 다이오드 강하에 의한 전력손실이 제로(0)가 되기 때문에 전지의 이용효율이 향상된다.

(3) 또 장치용 DC-DC콘버터의 입력전압(대 접지전압)은 2차전지(140)로의 충전중이라도 DC-IN전압과 동일하기 때문에 전류소비장치(100)의 DC-DC콘버터의 방식에 의존하지 않고 충전이 가능해진다.

상기한 본 발명은 아래와 같은 작용효과가 있다.

(1) 전지팩(200)내에 설치한 과방전 방지용 스위치회로(230)를 장치(270)측의 제어에 의한 전지팩 절환용 스위치회로와 겸용하는 것이 가능하기 때문에장치(270)내에 스위치회로가 불필요하게 된다.

(2) 장치(270)내의 스위치회로가 불필요하게 됨으로써 스위치저항에 의한 전력손실이 영이 되어 전지의 효율적 운용이 가능해진다. 즉 전지팩(200)내에서의 손실을 빼고 전자기기내부에서의 스위치회로에 의한 손실을 삭감할 수가 있다.

상기한 본 발명은 아래와 같은 작용효과가 있다.

(1) 1개의 충전기(300)로 복수의 2차전지(360,370)의 병렬충전이 가능해진다.

(2) 복수의 2차전지(360,370)를 병렬로 충전하기 때문에 충전시의 전지로의 전류의 흐름을 절환하는 스위치회로 및 역류방지용의 다이오드가 불필요해저 전지 이용효율의 향상을 꾀하는 것이 가능하다.

(3) 복수개의 2차전지(360,370)를 병렬로 충전하기 때문에 충전에 요하는 시간은 전지 1개의 경우와 변함이 없다.

(4) 복수의 2차전지(360,370)에 대한 병렬충전을 제어하는 제어회로(310)를 집적회로화 할 수 있으므로 장치의 소형화를 용이하게 실현할 수 있다.

상기한 본 발명은 아래와 같은 작용 효과가 있다.

(1) 1개의 충전기(400)로 복수의 2차전지(410,420)의 병렬충전이 가능하게 된다. 복수의 전지를 시분할 다중으로 교호로 절환하면서 충전하기 때문에 결과적으로 병렬로 충전하는 것이 되어 복수의 전지로부터의 병렬방전이 가능하다.

(2) 복수의 2차전지(410,420)를 병렬로 충전하기 때문에 전지의 병렬방전이 가능하여 방전 가능 전류치를 크게 할 수가 있다.

(3) 방전시의 전지절환용 스위치회로가 불필요하여 이 스위치회로에 의한 전력손실이 삭감된다.(단 DC-IN으로부터의 역류방지용의 스위치회로가 필요하기 때문에 종래 방식에 비하여 1/2의 전력손실로 된다.)

이하 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

도3은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

도3에 있어서 101은 DC-DC콘버터, 102는 DC코넥터. 103은 포토커플러, 110은 충전제어부, 120은 충전기(충전용 정전류회로), 130은 정전류 제어부, 140은 2차전지, 150은 스위치회로, 160은 DC코넥터의 접지측 접점회로, FET11-FET13은 트랜지스터, D11,D13은 다이오드, F11,F12는 휴즈, L11/L12는 트랜스, R11은 저항, C11은 콘덴서, IC11은 오차증폭기를 의미한다.

DC코넥터(102), DC-DC콘버터(101), 충전기(충전용 정전류회로)(120), 충전제어부(110), 다이오드(D11)는 각기 도12에 도시한 종래 방식에 있어서의 DC코넥터(620), DC-DC콘버터(600), 충전용 정전류회로(630), 충전제어부(610), 다이오드(D61) 등의 회로와 같은 동작을 하는 것이다.

DC코넥터(102)의 접지측 접점회로(160) 및 트랜지스터(FET12/FET13)는 장치의 접지측과 전지의 음극측의 접속분리를 위해 새로이 설치한 전기적인 스위치회로이다. DC코넥터(102)의 접지측 접점회로(160)는 DC코넥터(102)에 AC어댑터 등이 접속된 경우에 장치 접지와 전지의 음극측을 분리하기 위한 메카니컬 접점회로이다.

상기의 DC코넥터(102)의 접지측 접점회로(160)는 DC코넥터(102)에 아무것도 접속되지 않을 때는 이 메카니컬 접점이 접지측과 접속되어 장치의 접지와 전지의음극측을 접속하기 위해 사용된다.

트랜지스터(FET12/FET13)는 DC코넥터(102)의 전위를 검출함으로써 DC코넥터(102)를 경유하여 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때는 회로를 차단하고, 전력이 공급되지 않을 때 회로를 닫음으로써 장치 접지와 전지의 음극측을 on/off하는 스위치회로(150)를 구성한다. 스위치회로(150)는 DC코넥터(102)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC전원이 공급되어 있지 않는 등의 이유에 의해 AC어댑터가 비동작 상태에 있을 때 2차전지(140)의 음극측이 DC코넥터(102)의 접점을 통해 장치의 접지에 접속되지 않는 상태가 발생한 경우에 2차전지(140)의 음극측과 장치의 접지를 접속하기 위한 회로이다.

트랜지스터(FET11)는 충전용 정전류회로의 메인 스위치 트랜지스터이며, 트랜스(L11/L12)는 전압변환용의 트랜스이다. 다이오드(D13)는 정류용의 다이오드이며. C11은 평활용 콘덴서이다.

저항(R11)은 전지에 충전되는 전류치를 측정하기 위한 센스저항이며, IC11은 센스저항속을 흐르는 전류에 의한 전압강하를 측정하여 전류치를 정전류 제어부(130)에 피드백하기 위한 오차증폭기이다. 포토커플러(103)는 오차증폭기(IC11)의 정보를 정전류 제어부(130)에 전하기 위한 회로이다.

DC코넥터(102)에 AC어댑터 등이 접속되어 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 DC-DC콘버터(101)에는 다이오드(D11)를 통해 외부전력이 인가되어 DC-DC콘버터(101)는 장치가 필요로 하는 전압을 생성한다. 이때 외부전원으로부터 공급되는 전력은 2차전지(140)의 양극측에 인가되지만, 2차전지(140)의 음극측은DC코넥터(102)의 접지측 접점회로(160) 및 트랜지스터(FET12/FET13)에 의해 장치 접지(외부전원의 음극)와는 차단되어 있기 때문에 전력이 공급되는 일은 없다.

외부로부터 전력이 공급될 때 2차전지(140)에 대해 전력이 공급되어 충전이 되는 것은 충전제어부(110)의 지시에 의해 충전용 정전류회로가 충전용 전력을 생성하고 있을 때뿐이다. 충전용 정전류회로가 동작하고 있을 때 외부회로로부터 공급되는 전력은 메인 스위칭 트랜지스터(FET11)에 의해 교류신호로 변환되어 L11에 가해져 L12로 전해진다. L12에 전해진 전압은 정류다이오드(D13)에 의해 직류로 변환되어 2차전지(140)의 양극에 인가된다.

충전용 정전류회로의 전류는 다이오드(D13)를 통해 내장 2차전지(140)에 가해지지만 2차전지(140)의 음극측은 DC코넥터의 접지측 접점회로(160) 및 트랜지스터(FET12/FET13)에 의해 장치접지와 차단되어 있기 때문에 정전류회로로 생성되는 전력은 모두 내장 2차전지(140)에만 흐른다. 또 충전용 정전류회로의 양극측은 장치의 이용효율과는 접속되어 있으나 마이너스 전위측은 전지의 음극 이외에는 접속되어 있지 않으므로 장치의 플러스전위에 영향을 주는 일은 없다.

충전제어부(110)의 지시에 의해 충전용 정전류회로가 정지하고 있을 때는 트랜지스터(FET11)는 off상태로 유지되기 때문에 입력전력이 L12측에 전파되는 일은 없다. 또 다이오드(D13)는 2차전지(140)에 대해 역방향으로 접속되어 있기 때문에 2차전지(140)의 전류가 L12를 통해 방전되는 일은 없다.

DC코넥터(102)를 빼냄으로써 외부로부터의 전력공급이 끊어졌을 때 2차전지(140)의 양극은 직접 DC-DC콘버터(101)에 접속되어 있고 또 2차전지(140)의음극도 DC코넥터(102)의 접점을 통해 장치 접지에 접속되기 때문에 2차전지(140)의 전압이 그대로 DC-DC콘버터(101)에 전해진다. 한편, 다이오드(D11)에 의해 2차전지(140)로부터의 출력이 DC-DC콘버터(101) 이외로의 전력 유출을 방지한다.

또한 DC코넥터(102)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC어댑터에 AC전원이 공급되고 있지 않는 등의 이유에 의해 AC어댑터가 비동작 상태에 있을 때 2차전지(140)의 음극측이 DC코넥터(102)의 접점을 통해 직접 장치접지에 접속되지 않은 상태에 있어서는 트랜지스터(FET12/FET13)가 on상태에 있기 때문에 트랜지스터(FET12/FET13)를 통해 2차전지(140)의 음극측과 장치의 접지측이 접속된다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에서는 장치의 접지측과 전지의 음극측을 떼어놓기 위한 전기적인 스위치회로(150)를 설치하여 이 스위치회로(150)의 절환에 의해 충전기(120)와 2차전지(140)의 폐루프를 구성하여 충전을 하도록 함으로써 DC-IN입력으로부터 전지로의 충전방지용의 다이오드(도12에 도시한 다이오드(D62) 등)가 불필요하다. 이에 따라 이 다이오드로 전압강하에 의한 전력손실이 없고 전지이용효율은 장치 꾀하는 것이 가능케 됐다.

또한 승압형DC-DC콘버터를 채용한 회로에 있어서도 본 충전방식에서는 충전기와 전지의 폐루프를 구성함으로써 충전을 하기 때문에 DC-DC콘버터의 회로에는 DC-IN의 전압이상의 전압이 인가되는 일이 없으므로 쵸크코일 방식의 승압형DC-DC콘버터를 채용할 수 있으므로 DC-DC콘버터의 효율을 높일 수가 있다.

도4는 본 발명의 일 실시예의 변형례를 도시한 도면이다.

전술한 도3에 도시한 실시예에서는 장치의 접지측과 전지의 음극측을 분리하기 위한 전기적인 스위치회로로서 DC코넥터(102)의 메카니컬 접점을 이용한 경우에 대해 설명했으나, DC코넥터의 메카니컬 접점이 이용될 수 없는 경우는 도4에 도시하는 DC코넥터(105)의 회로에 도시한 바와 같이 단지 메카니컬 접점이 사용되지 않을 뿐이며, 트랜지스터(FET12/FET13)를 통해 전지의 음극과 장치접지의 접속을 분리시켜 줄 뿐이다.

이런 경우 메카니컬 접점의 접촉저항이 20mΩ전후인데 비해 FET스위치의 on저항은 50mΩ 정도이므로 전계효과 트랜지스터(FET)2개로 약 100mΩ가 되어 약간 효율이 저하하지만 다이오드에 의한 Vf 로스와 비교하면 수십배나 효율이 좋게 된다.

다음에 도5에 따라 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

본 실시예에서는 장치측의 방전금지/허가의 스위치회로에 의한 전력손실을 삭감하는 것을 목적으로 하여 전지의 과방전을 방지하기 위한 과방전 방지용 스위치회로를 내장한 충전 가능한 2차전지의 전지팩에 있어서, 과방전 방지용 스위치회로의 on/off를 제어하기 위한 신호를 외부로부터도 입력 가능케 하고, 이 단자로의 제어신호에 의해 강제적으로 과방전 방지용 스위치회로를 off시키는 기능을 설비함으로써 과방전 방지용 스위치회로를 밧데리로부터의 방전금지/허가제어에도 사용한다.

도5에 있어서 200(200'도 같음)은 전지팩, 210은 2차전지, 220은 전지팩(200)내의 과방전을 방지하는 제어부, 240은 전지팩의 플러스단자, 250은 전지팩의 마이너스단자, 260은 방전제어용 단자, 270은 전력을 소비하는 전자기기의 장치, 281은 장치어느 것전금지/허가의 제어부, R20-R29는 저항, FET21,FET22는 스위치회로를 구성하는 전계효과 트랜지스터, D21은 다이오드를 표시한다.

도5에 도시한 장치(270)는 두 개의 전지팩(200,200')과 AC어댑터 등 외부로부터 급전(DC-IN)의 어느 것인가에 의해 전력을 공급받아 동작한다. 여기에 전지팩(200)(이하, 전지A라 한다)과 전지팩(200')(이하, 전지B라 한다)과는 동일한 구조로 되어 있다.

다이오드(D21)는 장치(270)의 전력이 전지A 또는 전지B에 의해 공급될 때, 전지로부터의 전력이 DC-IN측으로 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드이다. 저항(R24/R25)은 DC-IN으로부터 전력공급의 유무를 식별하기 위한 전압검출용의 저항이다. 저항(R26/R27)은 전지A로부터 전력공급이 가능한가의 여부를 식별하기 위한 전압검출용의 저항이다. 저항(R28/R29)은 전지B로부터 전력공급이 가능한가의 여부를 식별하기 위한 전압검출용의 저항이다.

이제, 장치로의 전력공급의 순서를 ①DC-IN, ②전지A, ③전지B의 순으로 순서가 되어 있다고 가정한다. 저항(R24/R25)에 의해 DC-IN으로부터 전력공급이 있는가의 여부가 검출된 경우, DC-IN으로부터의 전력이 전지A 또는 전지B로 역류하는 것을 방지하기 위해, 및 전지A 및 전지B로부터의 전력공급에 의한 전지의 소모를 회피하기 위하여 제어부(281)는 전지A 및 전지B에 대한 제어신호의 C단자(방전제어용 단자(260,260'))에 off신호를 송출하여 전지팩내의 과방전 방지용의 트랜지스터(FET21/FET 22) 등을 off시킨다.

다음에 저항(R24/R25)에 의해 DC-IN으로부터 전력공급이 끊어졌다는 것이 검출되면, 제어부(281)는 전지A에 대해 방전을 개시하도록 전지A의 방전제어용 단자(C단자)(260)에 on신호를 송출시킴으로써 전지A의 트랜지스터(FET21/FET22)를 on으로 하여 전지A로부터 전력을 공급한다. 이때 전지B로부터의 방전이 되지 않도록 전지B에 대해서는 트랜지스터(FET21'/FET22')가 off상태로 유지하도록 방전제어용 단자(C단자)(260')에 off신호를 송출한다(이때 전지B에 대해서도 on신호를 송출하면 전지A와 전지B의 양쪽으로부터 동시에 장치에 급전된다).

다음에 저항(R26/R27)에 의해 전지A의 방전이 끝나고 2차전지(210)가 비워졌다는 것이 검출되면, 제어부(281)는 전지B에 대해 방전을 개시하도록 전지B의 C단자(방전제어용 단자(260'))에 on신호를 송출함으로써 전지B의 트랜지스터(FET21'/ FET22')를 on으로 하여 전지B로부터 전력공급을 한다. 이와 동시에 전지A의 C단자(방전제어용 단자(260))에는 off신호를 송출함으로써 전지A의 트랜지스터(FET21/ FET22)를 off상태로 하여 전지A의 과방전을 방지함과 동시에 전지B의 전류가 전지A로 역류하는 것도 방지한다.

도6은 도5에 도시한 전지팩내의 과방전방지 제어회로의 상세도이다.

도6에 있어서, 트랜지스터(FET21)는 전지가 과방전상태(전지전압이 규정치이하일 때)나 부하단락에 의해 전지로부터 과대전류가 흐른 경우 및 방전제어용 단자(C단자)(260)로부터의 신호에 의해 전지의 방전이 금지되고 있을 때 회로를 차단하기 위한 스위치회로이다. 비교기(오차증폭기)(IC21/IC22)에 의해 on/off된다. 트랜지스터(FET22)는 전지로의 충전전압이 규정치 이상으로 되었을 때 전지를 보호하기 위해 회로를 차단한다. 혹은 C단자로부터의 신호에 의해 전지로의 충전이 금지되고 있을 때 전지로의 충전을 차단하기 위한 스위치회로이며, 비교기(IC23/IC25)에 의해 on/off된다.

비교기(IC21)는 저항(R20/R21)에 의해 2차전지(210)의 전압을 검출하여 기준전압(e22)과 비교하기 위한 3입력비교기이며, 전지의 방전에 의해 전지전압이 기준전압(e22)보다 저하한 경우 또는 방전제어용 단자(260)보다 Low레벨이 입력되면 Low레벨을 출력하여 비교기(IC24)를 경유하여 트랜지스터(FET21)를 off하기 위한 과방전 방지용의 회로이다. 방전제어용 단자(260)로부터의 입력이 없는 경우에는 저항(R200)에 의해 비교기(IC21)의 플러스단자(240)는 High상태로 유지하기 위한 종래회로의 동작과 같다. 방전제어용 단자(260)로부터 Low레벨이 입력된 경우는 전지의 전압에 관계없이 비교기(IC21)는 Low레벨을 출력하여 트랜지스터(FET21)를 off한다.

과방전회로의 설명을 간략화하기 위해 IC21을 비교기로서 설명했으나 실제의 회로구성에 있어서는 전지의 내부저항(Ri)에 의한 전지전압의 변동에 의한 IC21의 출력의 변동을 방지하기 위해 IC21이 Low레벨을 출력한 것을 기억하기 위한 플립플롭(FF)회로나 충전 등에 의해 전지의 전압이 복구했을 때 FF의 기억내용을 리세트하기 위한 해제수단을 갖고 있음은 말할 나위도 없다.

다만 방전제어용 단자(260)로부터의 입력에 의해 제어되는 경우에는 Low레벨을 기억하기 위한 FF를 제어할 필요는 없다.

비교기(IC22)는 부하단락에 의해 전지로부터 과대전류가 흐른 경우에 회로를 차단하여 단락보호를 하는 과전류 검출용의 비교회로이다. 스위치회로를 구성하는트랜지스터(FET21/FET22)에 의한 전압강하를 측정하여 과전류를 측정한다. 부하단락에 의한 과대전류가 흐르면, 트랜지스터(FET21/FET22)의 on저항에 의해 전지팩(200)의 마이너스단자(250)측의 전위가 전류치에 비례하여 상승하고, e21의 전위도 상승하기 때문에 규정치이상의 전류가 흐르면 e21과 e22의 전위를 비교하는 비교기(IC22)가 Low레벨을 출력하여 비교기(IC24)를 경유하여 트랜지스터(FET21)를 off한다.

과전류 방지회로의 설명을 간략화하기 위해 비교기(IC22)를 비교기로서 설명했으나 실제의 회로구성에 있어서는 트랜지스터(FET21)를 off시킴으로써 비교기(IC22)의 출력이 즉 High레벨로 복귀함으로써 IC22의 출력의 변동을 방지하기 위해 비교기(IC22)가 Low레벨을 출력한 것을 기억하기 위한 플립플롭(FF)회로나 단락상태가 해제되었을 때 FF의 기억내용을 리세트하기 위한 해제수단을 갖고 있음은 물론이다.

비교기(IC24)는 3입력의 비교기이며, 비교기(IC21/IC22)로부터의 입력의 양쪽이 기준전압(e22)보다 높을 때 High레벨을 출력하여 트랜지스터(FET21)를 on으로한다. 따라서 이상 설명한 바와 같이 전지가 과방전상태 또는 단락에 의해 과전류가 흐르는 경우는 비교기(IC21/IC22/IC24)에 의해 트랜지스터(FET21)가 off됨으로써 회로가 차단된다.

비교기(IC23)에는 충전시에 전지에 정격이상의 전압이 인가되는 것을 방지하기 위한 과전압검출회로이며, 저항(R22/R23)에 의한 충전전압을 측정하여 기준전압(e21)과 비교한다. 비교의 결과 충전전압이 정격이상이면, Low레벨을 출력한다.

비교기(IC25)는 3입력의 비교기이며, 비교기(IC23) 및 방전제어용 단자(260)로부터의 입력의 양쪽이 기준전압(e21)보다 높을 때 High레벨을 출력하여 트랜지스터(FET22)를 on으로 하고 어느 것인가의 한쪽이 낮은 때에는 Low레벨을 출력하여 트랜지스터(FET22)를 off시켜 충전하는 방향으로 전류의 흐름을 차단한다.

따라서 방전제어용 단자(260)로부터 Low레벨이 입력되면 무조건으로 트랜지스터(FET22)는 off하고, 전지로의 충전이 금지된다. 방전제어용 단자(260)로부터의 입력이 없는 경우는 저항(R200)에 의해 비교기(IC25)의 플러스단자(240)는 High상태로 유지되기 때문에 종래와 같이 비교기(IC23)의 출력만으로 트랜지스터(FET22)의 on/off가 제어된다.

전지가 과방전상태에 있고 트랜지스터(FET21)가 off상태에 있더라도 전지의 플러스단자(240)에 충전전압이 인가된 경우, 트랜지스터(FET21)는 기생다이오드에 의해 전류의 흐름을 저지하는 일이 없기 때문에 전지는 충전된다. 또 전지의 충전에 의해 전지의 전위가 상승하면, 저항(R20/R21)에 의해 검출되는 전위가 e22보다 크게 되어 비교기(IC21)가 High레벨을 출력한다. 이때 트랜지스터(FET21/FET22)를 흐르는 전류의 방향은 방전시와는 역이며, e21의 전위가 e22의 전위를 상회하는 일 없이 비교기(IC22)도 High레벨을 출력한다. 그 결과 비교기(IC24)에 의해 트랜지스터(FET21)가 on으로 된다.

방전제어용 단자(260)에 의해 off가 지시되고 있는 경우에는 트랜지스터(FET21/FET22)의 양쪽이 off로 되기 때문에 충전과 방전의 양쪽이 금지된다. 방전제어용 단자(260)에 의해 on이 지시되거나 또는 방전제어용 단자(260)가 개방상태일 때는 방전제어용 단자(260)에 제어되지 않고 종래와 같이 과방전 방지회로로서 동작한다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면 전지팩내의 과방전 방지용 스위치회로를 장치가 공용할 수 있어 종래 장치에 내장되고 있던 방전순서 제어용의 트랜지스터(도14에 도시한 FET84/FET85) 및 전지로의 DC-IN입력의 역류방지용 다이오드(도14에 도시한 다이오드(D82/D83))를 삭제하는 것이 가능하기 때문에 이들 트랜지스터 및 다이오드에 의한 전력손실이 영이 되어 전지의 효율적인 운용이 가능해진다.

다음에 본 발명의 또다른 실시예를 설명한다.

여기서는 2차전지의 충전을 목적으로 한 정전류회로에 있어서, 정전류 제어회로의 전압제어용 오차증폭기의 전압검출입력에 대해 복수의 전압을 입력할 수 있도록 한 것 및 전류측정용 오차증폭기를 복수개 설치한 것을 특징으로 하는 정전압 정전류회로 방식을 제안하여 이 정전압 정전류회로를 사용함으로써 1개의 정전류회로로부터 복수의 2차전지를 동시에 병렬충전 가능케 하고 있다. 또 이 정전압 정전류회로를 사용하여 복수의 2차전지를 병렬충전 함으로써 정전류회로와 복수의 2차전지간의 전류경로를 제어하기 위한 스위치회로를 불필요케 한 것을 특징으로 하고 있다.

도7 및 도8은 본 발명의 또다른 실시예를 도시하는 도면으로 도면중 300은 충전기, 310은 DC코넥터, 302는 DC-DC콘버터, 310은 정전류 제어를 하는 제어회로,360,370은 2차전지의 전지팩(이하 전지A, 전지B라 한다), Tr31은 트랜지스터, D31-D34는 다이오드, F31, F32는 휴즈, L31/L32는 트랜스, C31은 콘덴서, R30-R300은 저항을 표시한다. 또 도8에 있어서 311은 삼각파 발진기, 320-340은 오차증폭기, 351은 PWM비교기, 352는 드라이브회로를 나타낸다.

DC코넥터(301)는 장치를 AC어댑터 등의 외부전원에 의해 운전할 때 혹은 장치내장의 2차전지를 충전하기 위해 외부로부터 전원을 공급하기 위한 코넥터이다. DC-DC콘버터(302)는 DC코넥터(301)를 경유하여 공급되는 외부전원, 또는 내장 2차전지로부터 전력을 공급받아 장치가 필요로 하는 전압을 생성하기 위한 장치용의 전원이다.

DC코넥터(301)는 접지측에 플러스 전위측 접점을 갖고 있으며, AC어댑터가 비접속상태에 있을 때는 이 메카니컬 접점에 의해 전지의 음극측과 장치의 접지가 접속된다.

AC어댑터가 접속상태에 있을 때는 이 메카니컬 접점에 의해 전지의 음극측과 장치의 접지가 분리되어 전지로의 충전을 방지한다.

다이오드(D31)는 DC코넥터(301)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC어댑터에 AC전원이 공급되지 않는 등의 이유로 AC어댑터가 비동작 상태에 있을 때 내장 2차전지로부터 전력이 외부로 유출하는 것을 방지하기 위한 역류저지용 보호 다이오드이다.

다이오드(D32)는 DC코넥터(301)에 AC어댑터가 접속되어 있으나 AC입력이 공급되지 않은 상태가 발생했을 때, DC-DC콘버터(302)로의 전력 공급이 차단되는 것을 방지하기 위한 순간대책용 다이오드이다.

충전기(300)는 PWM제어 방식으로 동작하는 충전용의 정전류회로이다. 트랜지스터(Tr31)는 스위칭용 메인 트랜지스터이며, 제어회로(310)에 의해 on/off의 제어가 된다. 트랜스(L31/L32)는 전압변환용의 트랜스이며, 다이오드(D33)는 정류용의 다이오드이다. 저항(R33/R34)은 전지A로의 충전전압을 검출하기 위한 저항이며, 저항(R39/R300)은 전지B로의 충전전압을 검출하기 위한 저항이며, 저항(R33/R34)과 저항(R39/R300)에 의해 검출한 전압이 제어회로(310)에 가해진다. 다이오드(D34)는 제너(Zener)다이오드이며, 저항(R35)과 함께 기준전압을 생성한다.

저항(R30)은 전지A에 충전되는 전류치를 측정하기 위한 센스저항이며, 센스저항에 흐르는 전류에 의한 전압강하를 저항(R31/R32 및 R33/R34)에 의해 분압하여 제어회로(310)의 오차증폭기에 입력한다. 저항(R36)은 전지B에 충전되는 전류치를 측정하기 위한 센스저항이며, 센스저항에 흐르는 전류에 의한 전압강하를 저항(R37/R38) 및 저항(R39/R300)에 의해 분압하여 제어회로(310)의 오차증폭기에 입력한다.

도8은 도7의 PWM제어 방식의 정전류충전기의 제어회로(310)의 상세를 보여주는 것이다.

삼각파 발진기(311)와 복수의 전류측정용 오차증폭기(320,330)와 복수의 전압입력이 가능한 1개의 전압측정용 오차증폭기(340)와 PWM비교기(351)와 드라이브회로(352)로 구성된다.

오차증폭기(320 및 330)는 정전류회로의 출력전류를 검출하여 PWM제어신호를 출력하는 앰프이다. 오차증폭기(340)는 복수의 전압입력과 기준전압(e31)을 비교하여 증폭하기 위한 증폭기이며, 입력전압의 최대치와 기준전압과의 차를 증폭한다.

PWM비교기(351)는 복수의 반전입력과 하나의 비반전입력을 갖는 전압비교기로 입력전압에 따라 출력펄스폭의 on시간을 제어하는 전압펄스폭 변환기이다. 삼각파 발진기(311)로부터의 삼각파가 오차증폭기 출력전압과 DT단자로 규정되는 전압의 어느 것보다 높은 기간에 드라이브회로(35)를 on시킴으로써 도7에 도시하는 출력트랜지스터(Tr31)를 on시킨다.

드라이브회로(352)는 메인 트랜지스터(Tr31)를 구동하기 위한 드라이버이며, PWM비교기(351)의 출력이 on인 기간, 트랜지스터(Tr31)를 드라이브하여 on시킨다.

삼각파 발진기(311)는 전압을 펄스폭으로 변환하기 위한 변환용 삼각파를 일정의 주파수로 발진시키기 위한 발진기이다.

이 정전류회로는 PWM 방식으로 동작하는 정전압 정전류 제어회로이며, 통상의 PWM 방식의 정전류회로와 동작은 같다. 다른 것은 전류제어용의 오차증폭기가 복수개 있는 것과 전압제어용의 오차증폭기의 전압입력이 복수개 있는 것이다.

도8에 있어서 PWM비교기(351)는 오차증폭기(320-340)의 출력과 DT단자 입력전압을 삼각파 발진기(311)의 출력과 비교하여 그 어느 것어느 것삼각파 발진기(311)의 전압 쪽이 높을 때만 드라이브회로(352)를 on시킴으로써 출력 트랜지스터(Tr31)를 on시킨다.

따라서 전류측정용 오차증폭기(320)와 오차증폭기(330)로부터의 입력에 대해 전류의 큰 쪽의 오차증폭기에 의해 제한되는 전류치로 동작한다. 똑 같이 전압측정용의 오차증폭기(340)는 가장 전압이 높은 입력에 의해 제어되기 때문에 복수의 입력중 최대의 전압의 것으로 제어된다.

그 결과 전류측정용 오차증폭기를 복수개 설치하여 전압제어용 오차증폭기의 전압 검출입력에 대해 복수의 전압을 입력할 수 있도록 한 도8에 도시한 바와 같은 정전압 정전류 제어회로에서는 복수의 입력에 대해 최초에 제한치에 달한 오차증폭기에 의해 제한되는 전류치 및 전압치로 동작하는 정전압 정전류회로가 구성되는 것이 된다.

이 정전압 정전류회로를 사용하여 복수의 2차전지에 병렬충전을 하면, 병렬로 접속되는 전지의 어느 것이나 제한전류 이내에서 충전이 된다.

또한 병렬로 접속된 전지의 어느 것도 제한 전압내에서 충전을 할 수 있다.

도7에 있어서의 병렬충전에 대해 다시 설명한다.

DC코넥터(301)에 AC어댑터 등이 접속되어 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때, DC-DC콘버터(302)에는 다이오드(D31)를 통해 외부전력이 인가되어 DC-DC콘버터(302)는 장치가 필요로 하는 전압을 생성한다. 이때 외부 전원으로부터 공급되는 전력은 2차전지의 양극측에 인가되지만 2차전지의 음극측에는 DC코넥터(301)의 접점회로에 의해 장치접지(외부전원의 음극)와는 차단되어 있기 때문에 전력이 공급되지 않게 된다.

외부로부터 전력이 공급되고 있을 때 2차전지에 대해 전력이 공급되어 충전이 되는 것은 충전제어부의 지시에 의해 충전용 정전류회로가 충전용 전력을 생성하고 있을 때뿐이다. 충전용 정전류회로가 동작하고 있을 때 외부회로로부터 공급되는 전력은 메인 스위칭 트랜지스터(Tr31)에 의해 교류신호로 변환되어 L31에 가해져서 L32에 전해진다. L32에 전해진 전압은 정류다이오드(D33)에 의해 직류로 변환되어 전지A 및 전지B의 양극에 인가된다. 전지A에 흐르는 전류치는 전류센스저항(R30)에 의해 측정되어 센스저항(R30)의 양단의 전압을 저항(R31/R31 및 저항R33/R34)에 의해 분압된 후, 정전류회로의 제어회로(310)의 오차증폭기(320)에 가해져서 지정되는 전류의 최대치를 넘지 않게 제어된다. 이와 같이 전지B에 흐르는 전류치는 전류센스저항(R36)에 의해 측정되어 센스저항(R36)의 양단 전압을 저항(R37/R38 및 R39/R300)에 의해 분압한 뒤, 정전류회로의 제어회로(310)의 오차증폭기(330)에 가해저서 지정되는 전류의 최대치를 넘지 않도록 제어된다.

전지A에 인가되는 전압은 전압센스저항(R33/R34)으로 측정되어 정전류회로의 제어회로(310)의 오차증폭기(340)에 가해 지정되는 전압의 최대치를 넘지 않게 제어된다. 이와 같이 전지B에 인가되는 전압은 전압센스저항(R39/R300)으로 측정되어 정전류회로의 제어회로(310)의 오차 증폭기(340)에 가해져서 지정되는 전압의 최대치를 넘지 않도록 제어된다.

충전용 정전류회로로부터의 전류는 다이오드(D33)를 통해 전지A 및 전지B에 가해지지만, 전지A 및 전지B의 음극측은 DC코넥터(301)의 접점회로에 의해 장치접지와 차단되어 있기 때문에 정전류회로로 생성되는 전력은 모두 전지A 및 전지B에만 흐른다. 또 충전용 정전류회로의 양극측은 장치의 플러스 전위측플러스 전위측 있으나 음전위측은 전극의 음극 이외에는 접속되어 있지 않기 때문에 장치의 플러스전위에 영향을 주지 않는다.

충전제어부의 지시에 의해 충전용 정전류회로가 정지하고 있을 때는 트랜지스터(Tr31)는 off상태로 유지하기 때문에 입력전력이 L32측에 전파되는 일은 없다. 또 다이오드(D33)는 전지에 대해 역방향으로 접속되어 있기 때문에 전지의 전류가 L32를 통해 방전되는 일은 없다.

DC코넥터(301)의 삽발(揷拔)에 의해 외부로부터의 전력공급이 끊어졌을 때, 2차전지의 양극은 직접DC-DC콘버터(302)에 접속되어 있고 또 2차전지의 음극도 DC코넥터(301)의 접점을 통해 장치접지에 접속되기 때문에 2차전지의 전압이 그대로 DC-DC콘버터(302)에 전해진다. 한편 다이오드(D31)에 의해 전지로부터의 출력이 DC- DC콘버터(302) 이외로의 전력유출을 방지한다.

또 DC코넥터(301)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC어댑터에 AC전원이 공급되지 않는 등의 이유에 의해 AC어댑터가 비동작 상태에 있을 때, 2차전지의 음극측이 DC코넥터(301)의 접점을 통해 직접 장치 접지에 접속되지 않은 상태에는 다이오드(D32)를 거쳐서 2차전지의 음극측과 장치의 접지측이 접속되어 있다. 이상 설명한 바와 같이 본 실시예에서는 1개의 정전류회로로부터 복수의 2차전지 사이의 전류경로를 제어하기 위한 스위치회로가 필요치 않으므로 전지로부터의 방전시의 스위치회로에서의 전압강하에 의한 전력손실이 없이 전지이용효율의 향상을 꾀하는 것이 가능케 됐다.

다음에 본 발명의 또다른 실시예를 설명한다.

본 실시예에서는 1개의 충전회로와 복수의 2차전지 사이를 스위치회로에 의해 시분할(時分割)로 절환함으로써 복수의 전지에 대해 동시에 충전하도록 했다. 또 1개의 정전류회로로 복수의 2차전지를 병렬 충전함으로써 복수의 2차전지의 병렬방전을 가능케 했다. 1개의 정전류회로로 복수의 전지에 대한 충전전류를 개개로 관리하도록 복수의 2차전지에 대해 시분할 다중에 의해 충전을 함으로써 매크로한 시간단위로 복수의 2차전지에 대한 병렬충전을 가능케 하고 있다.

도9는 본 발명의 또다른 실시예를 도시하는 도면이다. 도9에 있어서, 400은 충전기, 401은 DC코넥터, 402는 DC-DC콘버터, 403은 정전류 제어를 하는 제어부, 410, 420은 2차전지의 전지팩(이하 전지A, 전지B라 한다), 450은 충전제어부, 460은 절환제어수단, Tr41,FET41-FET44는 트랜지스터, D41,D44,D45는 다이오드, F41, F42는 휴즈, L42는 쵸크코일, C41은 평활용 콘덴서, R40-R45는 저항을 나타낸다.

DC코넥터(401)는 장치를 AC어댑터 등의 외부전원에 의해 운전할 때 혹은 장치내장의 2차전지에 충전을 하기 위해 외부로부터 전원을 공급하기 위한 코넥터이다. DC-DC콘버터(402)는 DC코넥터(401)를 경유하여 공급되는 외부 전원 또는 내장 2차전지로부터 전력을 공급받아 장치가 필요로 하는 전압을 생성하기 위한 장치용의 전원이다.

충전기(400)는 DC코넥터(401)를 경유하여 외부로부터 전력이 공급될 때 2차전지를 충전하는 데 필요한 전력을 생성하기 위한 정전류전원이다.

다이오드(D41 및 D45)는 DC코넥터(401)에 AC어댑터 등이 접속되어 있으나 AC어댑터에 AC전원이 공급되지 않은 등의 이유에 의해 AC어댑터가 비동작 상태에 있을 때 내장 2차전지로부터 전력이 외부로 유출하는 것을 방지하기 위한 역류저지용 보호다이오드이다.

트랜지스터(FET43 및 FET44)는 DC-DC콘버터(402)에 2차전지로부터의 전력을 공급함과 동시에 DC코넥터(401)를 경유하여 외부에서 전력이 공급되고 있을 때 그 전압이 2차전지에 인가되는 것을 방지하기 위한 보호다이오드 대신 동작을 하는 스위치회로이며, P형의 DMOS- FET이다.

저항(R45)은 DC코넥터(401)를 경유하여 외부로부터 동력이 공급되는 것을 검출하여 트랜지스터(FET43 및 FET44)의 on/off를 제어하기 위한 전압검출용 저항이다.

트랜지스터(FET41 및 FET42)는 충전하는 전지를 선택하기 위한 스위치회로이며, 충전기(400)로부터 공급되는 충전전류를 전지A로 흐르는가 전지B로 흐르는가를 제어한다. 이 스위치회로는 정전류회로가 동작하고 있을 때 충전제어부(450)의 절환제어수단(460)에 의해 시분할 다중으로 on/off가 되풀이된다.

충전기(400)는 충전용의 정전류회로이며, 메인 스위칭 트랜지스터(Tr41), 쵸크코일(L42), 프라이호일 다이오드(D44), 평활용 콘덴서(C41), 전류제어용의 센스저항(R40-R45) 및 제어부(403)로 구성된다. 충전용 정전류회로의 구성은 스위칭 방식의 레귤레이터 등 일반적인 것이기 때문에 여기서는 상세한 설명은 생략한다.

DC코넥터(401)에 AC어댑터 등이 접속되어 외부로부터 전력이 공급되고 있을 때, DC-DC콘버터(402)에는 다이오드(D41)를 통해 외부전력이 인가되어 DC-DC콘버터(402)는 장치가 필요로 하는 전압을 생성한다. 트랜지스터(FET43/FET44)의 소오스전극은 다이오드(D41)의 캐소드측에 접속되고 드레인전극은 전지A 또는 전지B의 양극에 접속되어 있다. 트랜지스터(FET43/FET44)의 게이트전극은 다이오드(D41)의 애노드팩속됨과 동시에 저항(R43)을 통해 접지에 접지되어 있다.

DC-IN에 전압이 인가되면, 트랜지스터(FET43/FET44)의 게이트에 DC-IN의 전압이 인가되기 때문에 트랜지스터(FET43/FET44)는 off상태가 된다. 트랜지스터(FET43/FET44)의 내부 기생다이오드는 드레인측으로부터 소오스측을 향해 순방향으로 되기 때문에 DC-IN입력에 의해 역 바이어스상태로 되어 DC-IN입력은 트랜지스터(FET43/FET44)에 저지되어 2차전지에 인가되는 일은 없다.

DC-IN이 off상태로 되어 외부로부터의 전력이 끊어지면 트랜지스터(FET43/FET44)의 내부 기생다이오드에 의해 전지A 및 전지B의 전력이 DC-DC콘버터(402)에 공급된다. 동시에 트랜지스터(FET43/FET44)의 게이트전극은 저항(R45)에 의해 접지되어 있기 때문에 소오스전위에 대하여 부(負)의 전압을 주는 것이 되어 on상태로 된다. 트랜지스터(FET43/FET44)가 on으로 됨으로써 전지A 및 전지B의 양쪽으로부터 방전이 개시된다.

트랜지스터(FET43/FET44)가 on이 됨으로써 전지A 및 전지B의 양극끼리 접속되어 전지A와 전지B는 병렬접속상태가 되지만 전지A와 전지B가 똑같이 충전되어 있다면 전지A와 전지B의 사이에 충방전이 되는 일은 없다.

다이오드의 순방향 전압강하는 0.3V-0.55V이지만 트랜지스터(FET43/FET44)의 on저항은 100mΩ이하로 할 수 있으므로 다이오드를 삽입한 경우에 비해 스위치부에서의 전력 손실은 수분의 1로 절감된다.

또 다이오드(D41 및 D45)에 의해 전지로부터 출력이 DC-DC콘버터(402) 이외로의 전력유출을 방지한다.

외부로부터 전력이 공급되고 있을 때, 2차전지에 대해 전력이 공급되어 충전이 되는 것은 충전이 지시되어 있고 충전용 정전류회로가 동작하여 충전용 전력을 생성하고 있을 때뿐이다. 충전용 정전류회로가 정지하고 있을 때에는 트랜지스터(Tr41)에 의해 회로가 차단되기 때문에 전지로의 전력공급은 하지 않는다.

AC어댑터로부터 외부전력이 공급되어 충전용 정전류회로가 동작하고 있을 때, 충전기(400)에서 생성된 전력은 스위치용 트랜지스터(FET41 또는 FET42)를 거처 전지A 또는 전지B를 충전한다. 전지A를 충전할 때는 트랜지스터(FET41)를 on하여 전지A로의 전류 경로를 닫는다. 이때 트랜지스터(FET42)는 off상태이기 때문에 정전류회로로부터의 전류는 모두 전지A를 충전하는 데 사용된다.

트랜지스터(FET43/FET44)는 DC-IN으로부터의 전압에 의해 off상태에 있고 또 트랜지스터(FET43/FET44)의 내부 기생다이오드는 DC-IN에 대해 역바이어스상태에 있기 때문에 전지A의 충전 전류가 DC-DC콘버터(402)측으로 누설되는 일은 없다. 똑같이 전지A의 충전전류가 전지B측으로 누설되는 일은 없다.

종래 방식과 본 방식 사이에 회로구성상의 방전용의 스위치회로가 불필요해진 것 이외에도 충방전의 제어방식에 다른 점이 있다.

종래는 충전개시에서 종료까지 충전기가 충전대상 전지에 고정적으로 접속된 그대로의 상태이며, 전지로의 충전전류는 연속해서 흐르고 있었다. 이에 대해 본 방식은 충전개시부터 종료까지의 사이에 충전기(400)가 복수의 전지와의 사이에 시분할 다중으로 접속되는 점이 다르고 전지로의 충전전류는 불연속으로 되고, 펄스상으로 충전된다.

전지를 충전하는 방법으로 전지에 연속하여 전류를 흘리는 연속충전의 방법과 펄스상으로 전류를 흘리는 불연속 충전의 방법이 있다. 펄스충전(불연속충전)에서는 전지에 일정기간 전류를 흘린후 휴지사이클을 설치하여 이 충전 사이클과 휴지사이클을 교호로 되풀이하면서 충전해 간다.

본 방식에서는 펄스충전 방식에 의해 전지에 일정기간 전류를 흘린후 휴지사이클을 설치하지만 이 휴지사이클 사이에 다른 전지에 충전전류를 흘림으로써 복수개의 전지를 동시에 충전하려는 것이다.

이와 같이 본 방식에 의하면, 장치의 가동시간 및 순간적으로 방전 가능한 전류치를 높이는 것을 목적으로 하여 복수개의 전지를 병렬 접속한 장치에 있어서 1개의 정전류회로로 복수개의 2차전지를 병렬 충전하는 충전제어 방식을 실현할 수가 있다.

때문에 1개의 정전류회로로 복수개의 전지에 대한 충전전류를 개개마다 관리할 수 있도록 충전용 정전류회로와 2차전지와의 사이를 on/off하기 위한 스위치회로(트랜지스터(FET41/FET42))와 이 스위치회로가 동시에 on이 되지 않게 임의의 시간에 있어 1개의 전지에만 접속되도록 일정시간에 자동으로 절환하기 위한 절환제어수단(460)을 설치한 것 및 스위치회로를 시분할로 절환함으로써 복수의 2차전지를 시분할다중으로 충전함과 동시에 복수의 전지에 대한 충전전류를 개개마다 관리할 수 있도록 함으로써 복수의 2차전지의 병렬충전을 할 수 있도록 한 것에 특징이 있다.

도10은 도9에 도시한 제어부(403) 및 충전제어부(450)에 의한 제어 플로우차트를 도시한다. 충전의 경우 제10(A)도에 나타낸 바와 같이 제어한다.

DC-IN에 외부로부터 전력이 공급되면 도9에 도시하는 트랜지스터(FET43/ FET44)는 저항(R45)에 의해 off상태가 된다(S1). DC-IN에 외부로부터 전력이 공급된 것을 확인하게 되면 아래와 같은 처리를 한다. 먼저 트랜지스터(FET41)를 on으로 하여 트랜지스터(FET42)를 off한다(S2). 다음 스텝S3에 의해 트랜지스터(Tr41)를 on으로 한다.

그 뒤 트랜지스터(FET41)를 on으로 하여 트랜지스터(FET42)를 off로 하여 전지A에 충전한다(S4). 스텝S5에 의해 t초간 경과한 것을 검출하면서 다음에 트랜지스터(FET41)를 off, 트랜지스터(FET42)를 on하여 전지B로의 충전을 한다(S6). 이에 대해서도 스텝S7에 의해 t초간의 경과를 기다려 스텝S8의 판정에 의해 충전종료를 검출하기까지 스텝S4-S7을 되풀이한다. 충전이 종료되면 트랜지스터(Tr41)를 off하여 충전제어를 종료한다.

또 방전시의 제어는 도10(B)에 도시한 바와 같이 한다.

스텝S11에 있어서 DC-IN으로 외부로부터 전력공급이 단절되면 트랜지스터(FET43/FET44)는 저항(R45)에 의해 자동적으로 on이 된다. 전지A, 전지B는 동시에 방전상태로 된다. 따라서 스텝S12에 있어서 로우 밧데리(Low Batt)를 검출하면 전지는 양쪽이 함께 사용한 결과의 상태로 되어 있다. 이 경우에는 스텝S13에 의해 장치의 로우 밧데리처리를 기동한다.

충전중의 모든 시점에서 충전을 중지하더라도 양 전지A, B의 충전 레벨은 같으므로 양전지를 동시에 방전시켜도 역류되지는 않는다. 이 회로방식에서는 충전/방전이 함께 양 전지의 레벨이 같도록 하는 것이 특징이다.

상기 제어플로우에 있어서 절환시간의 간격t는 초단위 정도의 짧은 간격이 적당하다. 절환시간의 간격을 길게 하면, 충전레벨의 다름이 나오기 때문에 바람직하지 않다. 상기 충전제어부(450)에 있어서의 절환수단(460)은 예를 들어 마이크로컴퓨터를 이용한 소프트웨어제어에 의해 실현 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 복수의 전지에 대한 병렬충전이 가능하고 또 다이오드나 스위치회로에 의한 방전시의 전력손실을 될 수 있는 한 작게 하여 전지의 효율적 이용을 가능케 하는 효과가 있다.

Claims

충전가능한 복수의 2차 전지와, 2차 전지에 대하여 충전을 행하기 위한 충전기를 내장한 전자기기의 충전제어장치에 있어서,

충전시에, 상기 충전기의 충전회로에 전기적으로 접속되는 2차 전지를 소정의 시간경과마다 변경하는 절환제어수단을 가지며,

상기 충전회로에 접속된 2차전지를 시분할로 절환함으로써, 복수의 2차 전지에 대하여 시분할 다중으로 충전을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 충전제어장치.
복수의 충전 가능한 전지를 충전하기 위한 충전회로를 갖는 충전기를 포함하는 전자기기의 충방전장치에 있어서,

상기 충전회로와 상기 전지 사이의 접속을 온/오프하는 복수의 스위치회로와;

충전시에, 상기 충전기의 충전회로가 상기 전지중 어느 하나에만 접속되도록 소정의 시간간격으로 상기 복수의 스위치회로를 절환하는 절환제어수단을 가지며,

상기 스위치회로를 상기 복수의 전지가 시분할 다중으로 충전되도록 시분할로 절환하며, 상기 전지는 방전시에 전력소비회로에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 충방전장치.
제2항에 있어서,

상기 복수의 전지는 외부전력이 전력소비회로에 공급될 경우에 오프로 되며, 외부전력이 전력소비회로에 공급되지 않을 경우에 온으로 되는 트랜지스터에 의해 전력소비회로에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 충방전장치.
제3항에 있어서,

상기 트랜지스터는 내부에 보호 다이오드의 기능을 갖는 P형 DMOS-FET로 되며,

상기 보호 다이오드의 기능에 의해 상기 전지로부터 전력소비회로에 전류가 흐르고, 전력소비회로에 공급되는 외부전력이 전지의 사이를 역방향으로 흐르는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 충방전장치.
전지에 의해 동작하는 전자기기에 있어서,

복수의 충전 가능한 전지를 충전하고, 전자기기에 전지의 전력을 공급하는 충방전장치와;

상기 충방전장치로부터 전지의 전력이 공급되고, 전지의 방전시에 그들 전지가 병렬로 접속되는 전력소비회로를 가지며,

상기 충방전장치는

상기 전지를 충전하기 위한 충전회로를 갖는 충전기와;

상기 충전회로와 상기 전지 사이의 접속을 온/오프하는 복수의 스위치회로와;

충전시에, 상기 충전기의 충전회로가 상기 전지중 어느 하나에만 접속되도록 소정의 시간간격으로 상기 복수의 스위치회로를 절환하는 절환제어수단을 가지며,

상기 스위치회로를 상기 복수의 전지가 시분할 다중으로 충전되도록 시분할로 절환하는 것을 특징으로 하는 전자기기.