KR100389163B1 - Battery voltage detection circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 충전 배터리의 과충전을 방지하기 위하여 배터리의 양단 전압을 검출하는 전압검출회로의 전력소모를 줄이면서 전압을 검출할 수 있도록 한 배터리 전압 검출 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a battery voltage detection circuit capable of detecting a voltage while reducing the power consumption of the voltage detection circuit that detects the voltage across the battery to prevent overcharging of the rechargeable battery.
본 발명은 고용량 휴대용 배터리의 양단 전압을 검출하는 분압저항과; 상기 분압저항으로 검출되는 전압을 기준전압과 비교하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 신호에 의하여 임의로 설정된 소정의 시간동안 지연구동하는 지연회로와; 상기 지연회로에 의하여 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호회로로 구성되는 전압검출회로에 있어서, 상기 분압저항에 전압 검출 동작을 온/오프 스위칭 제어하는 스위칭 제어회로를 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.The present invention provides a voltage divider for detecting a voltage at both ends of a high capacity portable battery; A comparator for comparing the voltage detected by the voltage divider with a reference voltage; A delay circuit for delay driving for a predetermined time arbitrarily set by a signal output from the comparator; A voltage detection circuit comprising a protection circuit for performing a protection operation of a battery by the delay circuit, characterized in that a switching control circuit for on / off switching control of the voltage detection operation is configured on the voltage divider.
Description
본 발명은 배터리 전압 검출 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충전 배터리의 과충전을 방지하기 위하여 배터리의 양단 전압을 검출하는 전압검출회로의 전력소모를 줄이면서 전압을 검출할 수 있도록 한 배터리 전압 검출 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a battery voltage detection circuit, and more particularly to a battery voltage detection circuit that can detect the voltage while reducing the power consumption of the voltage detection circuit for detecting the voltage across the battery to prevent overcharging of the rechargeable battery It is about.
최근 들어 휴대폰, 노트북 등과 같은 휴대용 기기의 사용이 빈번해짐에 따라 리튬 이온(Li-ion)전지와 같은 고용량 휴대용 배터리의 수요가 급격히 증가되고 있는 실정이다.Recently, as the use of portable devices such as mobile phones and laptops becomes more frequent, the demand for high capacity portable batteries such as lithium ion (Li-ion) batteries is rapidly increasing.
그러나 상기 고용량 휴대용 배터리의 경우 충전기로 충전시 높은 포텐셜 에너지로 충전하기 때문에 과충전, 과전류에 의하여 전력낭비는 물론 단락전류에 의하여 폭발 가능성과 과방전시 수명이 급격히 단축되는 현상이 발생된다.However, in the case of the high-capacity portable battery, the battery is charged with high potential energy when being charged with a charger, and thus, a phenomenon in which explosive potential and short-circuit during short-circuit discharge occur due to short-circuit current as well as waste of power due to overcharge and overcurrent.
그러므로 상기 고용량 휴대용 배터리의 경우 별도의 보호회로를 취부하여 사용하게 되고, 통상적으로 집적회로(IC)를 사용하게 된다.Therefore, in the case of the high-capacity portable battery, a separate protection circuit is mounted and used, and an integrated circuit (IC) is usually used.
상기 보호회로인 집적회로(IC)는 배터리의 과충방전을 방지하기 위하여 사용되고, 상기 과충방전을 방지하기 위하여 도 1 에 도시한 바와 같이, 고용량 휴대용 배터리(BAT)의 양단(+)(-)에 접속한 후, 배터리(BAT)의 양단 전압을 분압저항(R1)(R2)을 통해서 분배되는 전압으로 검출하게 된다.The integrated circuit IC, which is the protection circuit, is used to prevent overcharging and discharging of a battery, and as illustrated in FIG. 1 to prevent overcharging and discharging of the battery, the integrated circuit IC is disposed at both ends of the high capacity portable battery BAT. After the connection, the voltage at both ends of the battery BAT is detected as the voltage distributed through the voltage dividing resistors R1 and R2.
상기 분압저항(R1)(R2)을 통해서 검출된 전압은 비교기(COMP)를 통해서 반전단자의 기준전압과 비교하여 비교신호를 출력하게 되는바, 이때 검출된 전압이 기준전압 이하이면 계속해서 충전이 이루어지게 되고, 반면에 상기 검출된 전압이 기준전압 이상이면 지연회로(10)를 통해서 보호회로(11)를 구동하여 과충전 및 과방전으로부터 배터리의 보호하게 된다.The voltage detected through the voltage dividing resistors R1 and R2 is compared with the reference voltage of the inverting terminal through a comparator COMP so that a comparison signal is output. On the other hand, if the detected voltage is equal to or greater than the reference voltage, the protection circuit 11 is driven through the delay circuit 10 to protect the battery from overcharge and overdischarge.
이와 같이 대용량 휴대용 배터리(BAT)를 과충방전으로부터 보호하는 집적회로(IC)의 분압저항(R1)(R2)는 보호회로(11)의 동작에 관계없이 항상 폐회로를 구성하고 있기 때문에 수㏁ 의 아주 높은 저항을 사용하여야 하고, 고저항에 따른 전력소모가 많아지게 된다.As such, the voltage divider R1 and R2 of the integrated circuit IC protecting the large-capacity portable battery BAT from overcharging and discharging always constitute a closed circuit regardless of the operation of the protection circuit 11. High resistance should be used, and power consumption will increase due to high resistance.
뿐만 아니라 상기 집적회로(IC)의 경우 CMOS를 사용하게 되므로 정밀한 고저항을 만들기가 아주 어렵고, 설령 상기 고저항을 구현하다 하더라도 상당히 큰 면적을 가지는 저항으로 만들어야 하므로, 큰 면적의 고저항에 의하여 전체적인 집적회로(IC)가 커져야 하는 문제점을 가지게 되었다.In addition, since the integrated circuit (IC) uses CMOS, it is very difficult to make a precise high resistance, and even if the high resistance is implemented, a resistor having a fairly large area is required. An integrated circuit (IC) has a problem that must be large.
따라서 본 발명의 목적은 고용량 휴대용 배터리의 전압을 검출하고 보호하는 집적회로에 스위칭제어회로를 구성하여 상기 스위칭제어회로 동작시에만 상기 집적회로가 동작하도록 함으로써, 항시 배터리 전압을 검출하는데에 따른 불필요한 전력소모를 크게 줄일 수 있도록 하고자 하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to configure a switching control circuit in an integrated circuit that detects and protects a voltage of a high capacity portable battery so that the integrated circuit operates only during the operation of the switching control circuit. It is intended to greatly reduce consumption.
본 발명의 다른 목적은 집적회로가 동작할 때 스위칭제어회로가 동작하지 않도록 하여 배터리의 자연 방전를 크게 줄임으로써, 배터리의 수명 단축을 최소화하고자 하는데 있다.Another object of the present invention is to minimize the lifespan of a battery by greatly reducing the natural discharge of the battery by preventing the switching control circuit from operating when the integrated circuit operates.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 고용량 휴대용 배터리의 양단 전압을 검출하는 분압저항과; 상기 분압저항으로 검출되는 전압을 기준전압과 비교하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 신호에 의하여 임의로 설정된 소정의 시간동안 지연구동하는 지연회로와; 상기 지연회로에 의하여 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호회로로 구성되는 전압검출회로에 있어서, 상기 분압저항에 전압 검출 동작을 온/오프 스위칭 제어하는 스위칭 제어회로를 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage divider for detecting a voltage across the high capacity portable battery; A comparator for comparing the voltage detected by the voltage divider with a reference voltage; A delay circuit for delay driving for a predetermined time arbitrarily set by a signal output from the comparator; A voltage detection circuit comprising a protection circuit for performing a protection operation of a battery by the delay circuit, characterized in that a switching control circuit for on / off switching control of the voltage detection operation is configured on the voltage divider.
도 1 은 종래 배터리 전압 검출 회로도1 is a circuit diagram of a conventional battery voltage detection
도 2 는 본 발명 배터리 전압 검출 회로의 일실시예도Figure 2 is an embodiment of the battery voltage detection circuit of the present invention
도 3 은 도 2 의 스위치제어신호에 따른 전류 파형도FIG. 3 is a current waveform diagram illustrating a switch control signal of FIG. 2.
도 4 는 본 발명 배터리 전압 검출 회로의 다른 실시예도Figure 4 is another embodiment of the battery voltage detection circuit of the present invention
도 5 는 도 4 의 각부 파형도5 is a waveform diagram of each part of FIG. 4.
도 6 은 본 발명 배터리 전압 검출회로의 또 다른 실시예도Figure 6 is another embodiment of the battery voltage detection circuit of the present invention
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
BAT; 배터리 R1,R2; 분압저항BAT; Batteries R1 and R2; Voltage divider
COMP; 비교기 20; 지연 회로COMP; Comparator 20; Delay circuit
21; 보호 회로 22; 스위칭 제어부21; Protection circuit 22; Switching control
23, 41; 제어회로 40; 스위칭 소자23, 41; Control circuit 40; Switching element
42; 카운터 및 래치회로 43; 전력절약모드 회로42; Counter and latch circuit 43; Power saving mode circuit
411; 전류검출스위치 412; 클럭및 카운터411; Current detection switch 412; Clock and counter
413; 앤드게이트 OP; 연산증폭기413; And gate OP; Operational Amplifier
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention.
도 2 는 본 발명 배터리 전압 검출 회로의 일실예도 로서, 고용량 휴대용 배터리(BAT)의 양단 전압을 검출하는 분압저항(R1)(R2)과; 상기 분압저항(R1)(R2)으로 검출되는 전압을 기준전압과 비교하는 비교기(COMP)와; 상기 비교기(COMP)에서 출력되는 신호에 의하여 임의로 설정된 소정의 시간동안 지연구동하는 지연회로(20)와; 상기 지연회로(20)에 의하여 배터리의 보호 동작을 수행하는 보호회로(21)로 구성되는 전압검출회로에 있어서, 상기 분압저항(R1)(R2)에 전압 검출 동작을 온/오프 스위칭 제어하는 스위칭제어부(22)는 상기 스위치(SW)와 스위치(SW)의 동작을 제어하는 제어회로(23)를 구성하되, 상기 스위치(SW)는 상기 분압저항(R1)(R2)에 직렬로 접속한다.2 is an exemplary diagram of the battery voltage detection circuit of the present invention, which includes a voltage divider R1 and R2 for detecting a voltage across the high capacity portable battery BAT; A comparator (COMP) for comparing the voltage detected by the voltage divider (R1) (R2) with a reference voltage; A delay circuit 20 for delay driving for a predetermined time arbitrarily set by a signal output from the comparator COMP; In the voltage detection circuit comprising a protection circuit 21 for performing a protection operation of the battery by the delay circuit 20, switching for switching the voltage detection operation on / off switching to the voltage divider (R1) (R2) The control unit 22 constitutes a control circuit 23 for controlling the operation of the switch SW and the switch SW, and the switch SW is connected in series to the voltage divider R1 and R2.
상기 제어회로(23)는 상기 분압저항(R1)(R2)에 흐르는 전류의 평균값에 비례하여 스위치(SW)의 온/오프 시간을 제어하도록 구성한다.The control circuit 23 is configured to control the on / off time of the switch SW in proportion to the average value of the current flowing in the voltage dividing resistors R1 and R2.
그러므로 본 발명은 고용량 휴대용 배터리(BAT)의 양단전압을분압저항(R1)(R2)을 통해서 전압을 검출하게 되고, 이 검출된 전압은 비교기(COMP)를 통해서 기준전압과 비교하여 검출된 전압이 기준전압 이상이면 지연회로(20)가 임의로 설정된 소정시간(100msec - 200msec)동안 지연한 후 보호회로(21)에 구동신호를 출력하게 된다.Therefore, the present invention detects the voltage across the high-capacity portable battery BAT through the voltage divider R1 and R2, and the detected voltage is compared with the reference voltage through the comparator COMP. If the reference voltage or more, the delay circuit 20 delays for a predetermined time (100 msec-200 msec) arbitrarily set, and then outputs a driving signal to the protection circuit 21.
이때 분압저항(R1)(R2)에 직렬 접속된 스위치(SW)는 도 3 에 도시한 바와 같이, 제어회로(23)에 의한 스위치 동작신호가 온상태에서 오프 상태를 유지되어 상기 분압저항(R1)(R2)에 전류가 흐르지 않게 되므로 그 시간 만큼 전력소모를 줄일 수 있게 된다.At this time, as shown in FIG. 3, the switch SW connected in series to the divided resistors R1 and R2 is maintained in the off state when the switch operation signal by the control circuit 23 is on, and thus the divided resistor R1 is provided. Since no current flows in R2, power consumption can be reduced by that time.
여기서 상기 스위치(SW)의 온/오프 조절은 분압저항(R1)(R2)에 흐르는 전류의 평균값으로 조절하게 되고, 다시말하면 상기 전류의 평균값은 스위치(SW)의 온/오프 시간의 비례에 따라 조절할 수 있다.Here, the on / off control of the switch (SW) is adjusted to the average value of the current flowing in the voltage divider (R1) (R2), that is, the average value of the current in accordance with the proportion of the on / off time of the switch (SW) I can regulate it.
도 4 는 본 발명 배터리 전압 검출 회로의 다른 실시예도 로서, 도 5 는 도 4 의 각부 파형도 로서, 고용량 휴대용 배터리(BAT)의 양단 전압을 검출하는 분압저항(R1)(R2)에 전압 검출 동작을 스위칭하는 스위칭소자(40)와; 상기 스위칭소자(40)의 동작을 제어하는 제어회로(41)와; 상기 분압저항(R1)(R2)에서 검출된 전압을 기준전압과 비교하는 비교기(COMP)와; 상기 비교기(C0MP)로 부터 검출된 전압이 기준전압 이상이면 래치 동작을 하지 않고, 기준 전압 이하이면 동작하면서 보호회로(21)를 동작시키는 카운터 및 래치회로(42)와; 상기 비교기(C0MP)에서 검출된 전압이 기준전압 이하이면 카운터 및 래치회로(42)에 의하여 전력을 절약하는 모드를 수행하는 전력절약모드회로(43)로 구성하게 된다.FIG. 4 is another embodiment of the battery voltage detection circuit of the present invention, and FIG. 5 is a waveform diagram of each part of FIG. 4, and the voltage detection operation is performed on the voltage divider R1 and R2 for detecting the voltage at both ends of the high capacity portable battery BAT. Switching element 40 for switching the; A control circuit 41 for controlling the operation of the switching element 40; A comparator (COMP) for comparing the voltage detected by the voltage divider (R1) (R2) with a reference voltage; A counter and latch circuit (42) for operating the protection circuit (21) while operating if the voltage detected from the comparator (C0MP) is equal to or greater than the reference voltage, and operating if it is less than the reference voltage; When the voltage detected by the comparator C0MP is less than or equal to the reference voltage, the power saving mode circuit 43 performs a power saving mode by the counter and latch circuit 42.
상기 제어회로(41)는 고용량 휴대용 배터리(BAT)의 전류 검출로 부하 유무상태를 감지하면서 스위칭신호를 출력하는 전류 검출스위치(411)와; 임의의 소정 클럭펄스를 발생 및 발생된 펄스를 카운트하는 클럭 및 카운터(412)와; 상기 스위칭신호와 카운트 펄스와를 논리곱하여 스위칭 펄스신호를 출력하는 앤드게이트(413)로 구성된다.The control circuit 41 includes a current detection switch 411 for outputting a switching signal while detecting a load state by detecting current of a high capacity portable battery BAT; A clock and counter 412 for generating any predetermined clock pulse and counting the generated pulses; And an AND gate 413 for outputting a switching pulse signal by ANDing the switching signal and the count pulse.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 고용량 휴대용 배터리(BAT)에 부하(LOAD)를 접속한 상태에서, 제어회로(31)의 전류 검출 스위치(311)에서 부하의 유무를 감지하게 되고, 이때 부하 감지시 전류 검출 스위치(311)에서는 스위칭 펄스를 앤드게이트(313)의 일측단자에 출력하고, 앤드게이트(313)에서는 타측단자에 접속된 클럭 및 카운터(312)로 부터 출력되는 펄스를 논리곱하여 이 논리곱된 신호로 고용량 휴대용 배터리(BAT)의 양단 전압을 검출하는 분압저항(R1)(R2)에 직렬로 접속되는 스위칭소자(30)를 온/오프 스위칭 시키게 된다.The present invention configured as described above detects the presence or absence of a load in the current detection switch 311 of the control circuit 31 in a state in which the load LOAD is connected to the high capacity portable battery BAT. The current detection switch 311 outputs a switching pulse to one terminal of the AND gate 313, and the AND gate 313 performs an AND operation to multiply the pulse output from the clock and the counter 312 connected to the other terminal by AND. The switching device 30 switches on / off the switching element 30 connected in series to the voltage divider R1 and R2 for detecting the voltage across the high capacity portable battery BAT.
따라서 도 5(a)에 도시한 바와같이 스위칭소자(30)의 온 스위칭시 상기 분압저항(R1)(R2)에서는 배터리(BAT)의 전압을 검출하여 비교기(C0MP)에 입력하고, 상기 비교기(C0MP)에서는 기준전압과 비교하여 검출된 전압이 도 5(b)에 도시한 바와 같이 기준전압 이상이면 카운터 및 래치회로(32)에서는 동작을 하지 않게 된다. 그러나 상기 비교기(C0MP)에서는 기준전압과 비교하여 검출된 전압이 기준전압 이하이면 즉 기준전압 이하로 내려가는 시점에서 카운터 및 래치회로(32)에서는 도 5(c)에 도시한 바와 같이 제어회로(31)의 클럭 및 카운터(312)로 부터 펄스를 입력받아 카운트하게 된다.Therefore, as shown in FIG. 5A, when the switching element 30 is switched on, the voltage divider R1 and R2 detect the voltage of the battery BAT and input the voltage to the comparator C0MP. C0MP), if the detected voltage is higher than the reference voltage as shown in Fig. 5B, the counter and latch circuit 32 will not operate. However, in the comparator C0MP, when the detected voltage is lower than or equal to the reference voltage, that is, when the voltage is lowered or lower than the reference voltage, the counter and latch circuit 32 controls the control circuit 31 as shown in FIG. The pulse is received from the clock and the counter 312 of the) and counts.
이어서 카운터 및 래치회로(32)가 임의로 설정된 시간이 경과하면 도 5(d)에 도시한 바와 같이, 펄스를 출력하여 도 5(e)에 도시한 바와 같이 보호회로(21)를 동작시킴과 아울러 전력 절약 모드회로(33)를 구동시켜 전체 전압검출회로의 전력 소모를 최소화하게 되는 것이다.Subsequently, when a time set by the counter and latch circuit 32 is arbitrarily passed, as shown in FIG. 5 (d), a pulse is output to operate the protection circuit 21 as shown in FIG. 5 (e). By driving the power saving mode circuit 33, the power consumption of the entire voltage detection circuit is minimized.
도 6 은 본 발명 배터리 전압 검출회로의 제어회로에 또 다른 실시예도 로서, 도 3 의 분압저항(R1)(R2)과 제어회로(23)간에 모스에프이티(MOSFET)와; 상기 모스에프이트(MOSFET)의 소오스단자와 드레인단자간에 전압을 일정하게 유지시키는 정전압회로(60)를 구성한 것으로, 상기 정전압회로(60)는 비반전단자가 상기 분압저항(R1)(R2)에 접속되고, 반전단자는 저항(R1)(R2)을 통해서 기준전압(ref)과 접속되는 연산증폭기(OP)로 구성하게 된다.Fig. 6 is a further embodiment of the control circuit of the battery voltage detection circuit of the present invention, comprising: a MOSFET between the divided resistors R1 and R2 and the control circuit 23 of Fig. 3; The constant voltage circuit 60 maintains a constant voltage between the source terminal and the drain terminal of the MOSFET. The constant voltage circuit 60 has a non-inverting terminal connected to the voltage divider R1 and R2. The inverting terminal is connected to the operational amplifier OP connected to the reference voltage ref through the resistors R1 and R2.
따라서 정전압회로(60)의 연산증폭기(OP)는 그 특성상 상기 모스에프이티(MOSFET)의 드레인단자와 연산증폭기(OP)의 반전단자의 전위가 동일하게 유지되도록 피드백이 형성된다.Therefore, the feedback of the operational amplifier OP of the constant voltage circuit 60 is formed such that the potential of the drain terminal of the MOSFET and the inverting terminal of the operational amplifier OP are kept the same.
그러므로 상기 모스에프이티(MOSFET)의 드레인단자와 소오스단자간에 전압은 정전압회로(60)의 기준전압(ref)을 가변함으로써 스위칭제어가 이루어지게 된다.Therefore, the switching control is performed by varying the reference voltage ref of the constant voltage circuit 60 between the drain terminal and the source terminal of the MOSFET.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 고용량 휴대용 배터리의 전압을 검출하고 보호하는 집적회로에 스위칭제어회로를 구성하여 상기 집적회로가 동작하는 동안에만 스위칭제어회로가 동작하도록 함으로써, 배터리의 자연 방전를 크게 줄일 수 있어, 배터리의 수명 단축을 최소화할 수 있고, 아울러 항시 배터리 전압을 검출하는데에 따른 불필요한 전력소모를 크게 줄일 수 있는 효과를 제공하게 된다.As described above, the present invention configures a switching control circuit in an integrated circuit that detects and protects a voltage of a high capacity portable battery so that the switching control circuit operates only while the integrated circuit is operating, thereby greatly reducing the natural discharge of the battery. Therefore, it is possible to minimize the shortening of the life of the battery, and also to provide an effect of greatly reducing the unnecessary power consumption due to the detection of the battery voltage at all times.
또한 본 발명은 배터리 전압을 검출하는 분배저항을 집적회로 공정에서 쉽게 구현할 수 있는 정밀한 저저항을 사용하여 집적회로의 면적을 감소시키게 되므로 상기 배터리 전압을 검출하기 위하여 정밀한 고저항을 만들어야 하는데 따른 어려움 및 상기 고저항 면적을 크게 하여야 하는데 따른 전체적인 집적회로의 면적 증가로 인한 원가 상승 및 고저항에 의한 전력소모를 해소할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.In addition, the present invention reduces the area of the integrated circuit by using a precise low resistance that can be easily implemented in the integrated circuit process of the distribution resistor for detecting the battery voltage, and thus the difficulty of making a precise high resistance to detect the battery voltage. In order to increase the area of the high resistance, it is possible to provide an effect of eliminating the cost increase due to the increase of the area of the overall integrated circuit and power consumption due to the high resistance.
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