KR100541125B1 - 전지의 충방전 회로 - Google Patents

전지의 충방전 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지의 충방전 회로에 관한 것으로서, 전지의 보호IC에 충전 기능을 추가함으로써, 충전기가 단순히 직류 공급원이 되도록 하여, 부하와 전지의 특성에 무관하게 동일한 충전 방식으로 충전할 수 있도록, 전지에 병렬로 연결되어 충전 과전압을 검출하는 충전 과전압 검출 회로와, 상기 전지에 병렬로 연결되어 충전 과전류를 검출하는 충전 과전류 검출 회로와, 상기 전지에 병렬로 연결되어 방전 과전압을 검출하는 방전 과전압 검출 회로와, 상기 전지에 병렬로 연결되어 방전 과전류를 검출하는 방전 과전류 검출 회로와, 상기 충전 과전압 검출 회로 및 충전 과전류 검출 회로의 출력단에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인은 전지 및 충전기에 각각 연결되어 충전 과전압 또는 과전류시에 오프되는 충전 스위치와, 상기 방전 과전압 검출 회로 및 방전 과전류 검출 회로의 출력단에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인은 전지 및 충전기 또는 부하의 그라운드에 연결되어 방전 과전압, 방전 과전류 또는 충전 역전류시에 오프되는 방전 스위치로 이루어진 것을 특징으로 함.
전지, 충방전, 충전 스위치, 방전 스위치, 충전기

Description

전지의 충방전 회로{Charge-discharge circuit of battery}
도 1은 본 발명에 따른 전지의 충방전 회로를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지의 충방전 회로에서 정상 충전 상태를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지의 충방전 회로에서 정상 방전 상태를 도시한 회로도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10; 충전 과전압 검출 회로 20; 충전 과전류 검출 회로
30; 방전 과전압 검출 회로 40; 방전 과전류 검출 회로
M1; 충전 스위치 M2; 방전 스위치
70; 전지 80; 충전기
90; 부하 91; 부하선
본 발명은 전지의 충방전 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 전지의 보호 IC에 충전 기능을 추가함으로써, 충전기가 단순히 직류 공급원이 되도록 하여, 부하와 전지의 특성에 무관하게 동일한 충전 방식으로 충전할 수 있도록 한 전지의 충방전 회로에 관한 것이다.
종래에는 전지에 관계없이(즉, 기종에 관계없이) 충전기를 표준화하더라도 전지의 종류에 따라 적절한 충전 전류의 차이가 있음으로서, 효율적인 충전이 불가능한 문제가 있다. 또한, 이를 극복하기 위해 전지의 종류에 대한 인식이 필요함으로써, 충전기의 기능이 복잡해질 뿐만 아니라, 전지의 표시기 또는 전지와 충전기 사이에 통신이 필요한 문제가 있다.
또한, 종래에는 전지내에 보호 IC와 충전 IC를 별도로 내장하는 경우, 충전 IC에는 충전기의 오동작에 대비하여 충전 과전압 보호 회로, 충전 과전류 보호 회로 등의 기능이 보호 IC에 포함되어 있음으로써, 기능 중복에 의한 전력 낭비가 높은 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지의 보호 IC에 충전 기능을 추가함으로써, 충전기가 단순히 직류 공급원이 되도록 하여, 부하와 전지의 특성에 무관하게 동일한 충전 방식으로 충전할 수 있도록 한 전지의 충방전 회로를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전지의 충방전 회로는 전지에 병렬로 연결되어 충전 과전압을 검출하는 충전 과전압 검출 회로와, 상기 전지에 병렬로 연결되어 충전 과전류를 검출하는 충전 과전류 검출 회로와, 상기 전지에 병렬로 연결되어 방전 과전압을 검출하는 방전 과전압 검출 회로와, 상기 전지에 병렬로 연결되어 방전 과전류를 검출하는 방전 과전류 검출 회로와, 상기 충전 과전압 검출 회로 및 충전 과전류 검출 회로의 출력단에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인은 전지 및 충전기에 각각 연결되어 충전 과전압 또는 과전류시에 오프되는 충전 스위치와, 상기 방전 과전압 검출 회로 및 방전 과전류 검출 회로의 출력단에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인은 전지 및 충전기 또는 부하의 그라운드에 연결되어 방전 과전압, 방전 과전류 또는 충전 역전류시에 오프되는 방전 스위치로 이루어져 있다.
여기서, 상기 충전 스위치는 기생 다이오드를 갖는 P채널형 전계효과트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 방전 스위치는 기생 다이오드를 갖는 N채널형 전계효과트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 충전 스위치와 충전기 사이에는 충전 전류의 반대 방향으로 흐르는 역전류를 방지하기 위해, 충전 전류에 순방향인 쇼트키 다이오드가 더 연결될 수 있다.
또한, 상기 충전 스위치는 충전기에 직렬 연결되고, 상기 전지의 +극은 부하선이 직접 연결될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 전지의 충방전 회로는 종래의 보호 IC에 충전 기능을 추가함으로써, 충전기가 단순한 직류 공급원으로 대치되어, 부하와 전지의 특성에 무관하게 동일한 충전 방식으로 충전할 수 있게 된다.
또한, 전지의 방전시에는 방전전류가 충전 스위치를 통과하지 않고 방전 스위치만을 통과함으로써, 저항 감소로 인해 전력 효율이 향상된다.
또한, 전지의 전압이 충전기의 전압보다 커서 역전류가 흐를 때 이를 쇼트키 다이오드(이것은 생략 가능함) 또는 방전 스위치가 이를 감지함으로써, 전지의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참보하면, 본 발명에 따른 전지의 충방전 회로가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 충방전 회로는 전지(70)의 충전 과전압을 검출하는 충전 과전압 검출 회로(10)와, 전지(70)의 충전 과전류를 검출하는 충전 과전류 검출 회로(20)와, 전지(70)의 방전 과전압을 검출하는 방전 과전압 검출 회로(30)와, 전지(70)의 방전 과전류를 검출하는 방전 과전류 검출 회로(40)와, 충전 과전압 또는 과전류시에 오프되는 충전 스위치 M1와, 방전 과전압, 방전 과전류 또는 충전중 역전류시에 오프되는 방전 스위치 M2로 이루어져 있다. 여기서, 상기 충전 과전압 검출 회로(10), 충전 과전류 검출 회로(20), 방전 과전압 검출 회로(30), 방전 과전류 검출 회로(40)는 하나의 집적회로(IC)(즉, 통합된 충전 IC와 보호 IC)로 구현될 수 있다. 물론, 충전 스위치 M1 및 방전 스위치 M2도 상기 집적회로 IC에 집적되거나 또는 외부에 낱개의 소자로 구현될 수 있다.
먼저 상기 충전 과전압 검출 회로(10)는 단자 VBAT를 통하여 전지(70)와 병렬로 연결되어 있으며, 이는 통상의 오피 앰프(OP AMP)일 수 있다. 또한, 상기 단자 VBAT에는 분압저항 R1,R2,R3가 직렬로 연결되어 있으며, 상기 충전 과전압 검출 회로(10)는 비반전 입력단자(+)가 분압저항 R1과 R2 사이에 연결되어 있다. 또한, 상기 충전 과전압 검출 회로(10)는 반전 입력단자(-)가 기준 전압원 Vref에 연결되어 있다. 더불어, 상기 저항 R3 및 기준 전압원 Vref는 단자 VSS에 연결되어 있다. 여기서, 상기 단자 VBAT는 전지(70)의 양극에 연결되고, 단자 VSS는 전지(70)의 음극에 연결되어 있다. 또한, 상기 충전 과전압 검출 회로(10)의 출력단은 단자 VG를 통하여 충전 스위치 M1의 게이트에 연결되어 있다. 따라서, 이러한 충전 과전압 검출 회로(10)는 충전중 분압 저항에 인가되는 전압을 기준 전압원 Vref와 비교하여 충전 과전압 여부를 검출하고, 충전 과전압시에는 출력단을 통하여 충전 스위치 M1의 게이트에 소정의 전기적 신호를 출력한다.
상기 충전 과전류 검출 회로(20)도 오피 앰프일 수 있으며, 반전 입력단자가 상기 단자 VSS에 연결되고, 비반전 입력 단자는 단자 GND를 통하여 접지되어 있다. 물론, 이러한 충전 과전류 검출 회로(20)도 출력단이 단자 VG를 통하여 충전 스위치 M1의 게이트에 연결되어 있다. 따라서, 이러한 충전 과전류 검출 회로(20)는 충전중 단자 VSS를 통한 전류와 접지 전류를 비교하여 충전 과전류 여부를 검출하고, 충전 과전류시에는 출력단을 통하여 충전 스위치 M1의 게이트에 소정의 전기적 신호를 출력하게 된다.
상기 방전 과전압 검출 회로(30)도 단자 VBAT를 통하여 전지(70)와 병렬로 연결되어 있으며, 이는 통상의 오피 앰프일 수 있다. 좀더 자세히 설명하면 상기 방전 과전압 검출 회로(30)의 비반전 입력단자(+)는 분압 저항 R2와 R3 사이에 연결되고, 반전 입력단자(-)는 기준 전압원 Vref에 연결되어 있다. 또한, 상기 방전 과전압 검출 회로(30)의 출력단은 단자 Dout을 통하여 방전 스위치 M2의 게이트에 연결되어 있다. 따라서, 이러한 방전 과전압 검출 회로(30)는 방전중 분압 저항에 인가되는 전압을 기준 전압원 Vref와 비교하여 방전 과전압 여부를 검출하고, 방전 과전압 검출시 소정의 출력 신호를 방전 스위치 M2의 게이트에 출력하게 된다.
상기 방전 과전류 검출 회로(40)도 오피 앰프일 수 있으며, 반전 입력단자가 상기 단자 VSS에 연결되고, 비반전 입력 단자는 단자 GND에 연결되어 있다. 물론, 이러한 방전 과전류 검출 회로(40)도 출력단이 단자 Dout을 통하여 방전 스위치 M2의 게이트에 연결되어 있다. 따라서, 이러한 방전 과전류 검출 회로(40)는 방전중 단자 VSS를 통한 전류와 접지 전류를 비교하여 방전 과전류 여부를 검출하고, 방전 과전류시에는 출력단을 통하여 방전 스위치 M2의 게이트에 소정의 전기적 신호를 출력하게 된다. 더불어 상기 방전 과전류 검출 회로(40)는 충전중 역전류가 흐를 때에 단자 GND와 단자 VSS를 비교하여 이를 감지하고, 이러한 역전류 감지시에는 방전 스위치 M2의 게이트로 소정의 전기적 신호를 출력하게 된다. 물론, 이러한 역전류를 방지하기 위해서 상기 충전 스위치 M1과 충전 단자 CHARGE 사이에는 충전 전류에 대하여 순방향인 쇼트키 다이오드 D3가 연결될 수 있다.
상기 충전 스위치 M1은 상기 전지(70)와 충전 단자 CHARGE 사이에 소스 및 드레인이 연결되어 있으며, 기생 다이오드 D1를 갖는 P채널형 전계효과트랜지스터 이다. 물론, 상술한 바와 같이 게이트는 충전 과전압 검출 회로(10) 및 충전 과전류 검출 회로(20)의 출력단에 연결되어 있음으로써, 상기 충전 스위치 M1은 상기 회로(10,20)들의 출력 신호에 의해 온,오프가 결정된다. 여기서, 상기 충전 스위치 M1에는 부하선(91)이 연결되어 있지 않으며, 이러한 부하선(91)은 단자 VBAT에 결선되어 있다. 물론, 상기 부하선(91)의 타측은 단자 LOAD에 연결되어 있다. 따라서, 상기 전지(70)가 부하(미도시)에 연결되어 방전시에는 방전 전류가 상기 충전 스위치 M1을 통과하지 않게 된다.
마지막으로, 상기 방전 스위치 M2는 상기 전지(70)와 부하(미도시) 사이에 소스 및 드레인이 연결되어 있으며, 기생 다이오드 D2를 갖는 N채널형 전계효과트랜지스터이다. 물론, 상술한 바와 같이 게이트는 방전 과전압 검출 회로(30) 및 방전 과전류 검출 회로(40)에 연결되어 있음으로써, 상기 방전 스위치 M2는 상기 회로(30,40)들의 출력 신호에 의해 온,오프가 결정된다. 한편, 여기서 상기 집적회로 IC에는 단자 LED가 더 형성될 수 있으며, 이것에는 저항 R4 및 발광 다이오드 LED가 연결될 수 있다. 따라서, 충전중에는 상기 단자 LED를 통하여 상기 발광 다이오드 LED에 전류가 흐름으로써, 사용자가 충전 상태를 확인할 수 있게 된다.
상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 전지(70)의 충방전 회로는 다음과 같이 작동된다.
도 2에 도시된 바와 같이 단자 CHARGE와 단자 GND 사이에 충전기(80)가 연결되면 전지(70)에 충전이 시작된다. 여기서, 상기 충전기(80)는 단순히 직류 전원 만을 공급하는 기기이며, 종래와 같이 충전 IC가 채택된 충전기는 아니다.
충전 전류는 쇼트키 다이오드 D3, 충전 스위치 M1, 전지(70) 및 방전 스위치 M2를 경유하여 흐른다. 이때 충전 과전압 검출 회로(10)는 분압 저항을 이용하여 충전 전압을 검출하고, 단자 VSS로부터 얻어지는 전류를 이용하여 충전 전류를 감지한다. 이러한 전압 또는 전류가 기준치보다 높은 경우에는 출력단을 이용하여 충전 스위치 M1의 게이트에 소정의 전기적 신호를 출력한다.
즉, 충전중 과전압 또는 과전류 검출시에는 충전 스위치 M1의 게이트에 전기적 신호(예를 들면, 하이 신호)를 출력함으로써, 충전 스위치 M1이 오프되도록 하여 전지(70)를 보호하게 된다.
한편, 충전중 충전기(80)의 전압이 전지(70)의 전압보다 낮아서 역전류가 흐르는 경우가 있다. 이때에는 먼저 쇼트키 다이오드 D3에 의해 역전류가 충전기(80)쪽으로 흐르는 것이 방지된다. 그러나, 상기 쇼트키 다이오드 D3가 없어도 방전 스위치 M2가 오프되어 역전류가 방지된다. 즉, 역전류가 흐를 때 방전 과전류 검출 회로(40)에는 비반전 단자와 연결된 단자 VSS의 전압보다 반전 단자와 연결된 단자 GND의 전압이 커지게 되는데 이러한 현상에 의해 방전 과전류 검출 회로(40)는 출력단을 통해 소정의 전기적 신호를 방전 스위치 M2의 게이트에 인가하게 되고, 이에 따라 상기 방전 스위치 M2는 오프됨으로써, 역전류의 흐름을 차단한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 단자 LOAD와 단자 GND 사이에 부하(90)가 연결되면 전지(70)의 방전이 시작된다.
방전 전류는 전지(70), 부하선(91), 부하(90) 및 방전 스위치 M2를 경유하여 흐른다. 이때 방전 과전압 검출 회로(30)는 분압 저항을 이용하여 방전 전압을 검출하고, 또한 단자 VSS부터 얻어지는 전류를 이용하여 방전 전류를 감지한다. 이러한 전압 또는 전류가 기준치보다 높은 경우에는 출력단을 이용하여 방전 스위치 M2의 게이트에 소정의 전기적 신호를 출력한다.
즉, 방전중 과전압 또는 과전류 검출시에는 방전 스위치 M2의 게이트에 전기적 신호(예를 들면 로우 신호)를 출력함으로써, 방전 스위치 M2가 오프되도록 하여 전지(70)를 보호하게 된다.
한편, 충전중 충전 전류는 단자 LED를 통하여 저항 R3 및 발광 다이오드 LED를 통해 흐름으로써, 상기 발광 다이오드 LED가 충전 중임을 표시할 수 있다. 즉, 충전기(80)에는 충전 IC뿐만 아니라, 충전 표시등도 없어질 수 있고 상술한 바와 같이 단순 직류 전원공급원으로만 기능하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지의 충방전 회로는 종래의 보호 IC에 충전 기능을 추가함으로써, 충전기가 단순한 직류 공급원으로 대치되어, 부하와 전지의 특성에 무관하게 동일한 충전 방식으로 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전지의 방전시에는 방전전류가 충전 스위치를 통과하지 않고 방전 스위치만을 통과함으로써, 저항 감소로 인해 전력 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 전지의 전압이 충전기의 전압보다 커서 역전류가 흐를 때 이를 쇼트키 다이오드(이것은 생략 가능함) 또는 방전 스위치가 이를 감지함으로써, 전지의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전지의 충방전 회로를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 전지에 병렬로 연결되어 충전 과전압을 검출하는 충전 과전압 검출 회로와,
    상기 전지에 병렬로 연결되어 충전 과전류를 검출하는 충전 과전류 검출 회로와,
    상기 전지에 병렬로 연결되어 방전 과전압을 검출하는 방전 과전압 검출 회로와,
    상기 전지에 병렬로 연결되어 방전 과전류를 검출하는 방전 과전류 검출 회로와,
    상기 충전 과전압 검출 회로 및 충전 과전류 검출 회로의 출력단에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인은 전지 및 충전기에 각각 연결되어 충전 과전압 또는 과전류시에 오프되는 충전 스위치와,
    상기 방전 과전압 검출 회로 및 방전 과전류 검출 회로의 출력단에 게이트가 연결되고, 소스 및 드레인은 전지와 충전기 또는 전지와 부하의 그라운드에 연결되어 방전 과전압, 방전 과전류 또는 충전 역전류시에 오프되는 방전 스위치를 포함하고,
    상기 충전 스위치는 충전기에 직렬 연결되고, 상기 전지의 +극은 상기 충전 스위치를 통하지 않고 부하선을 통하여 부하에 직접 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 전지의 충방전 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 방전 스위치는 기생 다이오드를 갖는 N채널형 전계효과트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전지의 충방전 회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 충전 스위치와 충전기 사이에는 충전 전류의 반대 방향으로 흐르는 역전류를 방지하기 위해, 충전 전류에 순방향인 쇼트키 다이오드가 더 연결된 것을 특징으로 하는 전지의 충방전 회로.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 충전 스위치는 기생 다이오드를 갖는 P채널형 전계효과트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전지의 충방전 회로.
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