KR100553525B1 - 배터리 보호회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 사용시 외부의 온도나 사용조건에 따라 배터리가 고온에 의해 폭발하거나, 배터리에 내장되는 부품이 열화되는 것을 방지하기 위한 보호회로에 관한 것이다.

본 발명의 보호회로는 보호IC의 차단신호 출력단에 서미스터와 저항을 연결하고, 온도 상승시 FET에 공급되는 전류가 감소하여 FET를 '오프'상태로 전환되게 하는 것을 특징으로 한다.

배터리, 보호회로, 정특성 서미스터(PTC), 부특성 서미스터(NTC), FET

Description

배터리 보호회로{Battery Protection Circuit}

도1은 종래 배터리에 사용되는 보호회로의 회로도이다.

도2는 PTC를 장착한 본 발명의 보호회로를 나타낸 회로도이다.

도3은 NTC를 장착한 본 발명의 보호회로를 나타낸 회로도이다.

본 발명은 배터리 보호회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대폰이나 비디오 카메라등 각종 전자제품에 사용되는 배터리에 적용되어 배터리를 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 수명을 연장시킬 수 있는 배터리 보호회로에 관한 것이다.

최근 휴대용 전자기기에 사용되는 배터리는 용량이 증대되는 반면에 소형화되고 있으나, 그 화학적 특성상 과방전시 배터리의 기능을 수행하지 못하게 되며, 과방전 또는 쇼트(Short)로 인한 과전류로 배터리의 팽창, 폭발 및 화재의 우려가 있어, 이러한 배터리를 사용한 모든 전자제품은 과충전, 과방전, 과전류에 의하여 발생하는 안전사고를 예방하기 위한 대책을 필요로 하고 있다.

또한, 리튬이온(Litium Ion) 배터리의 경우 충전중 배터리 전압이 상승하고, 과충전 상태로 되면 내부 용매의 분해 등이 발생하여 발화나 파열 등의 위험성이 있었다. 또한, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리나 니켈수소(Ni-H) 배터리에서는 메모리 효과가 있기 때문에 마지막까지 방전시킨 후에 충전을 함으로써 배터리 수명을 연장시켰으나, 상기 리튬이온 배터리는 메모리 효과가 없고, 마지막까지 방전시키면 배터리 내부의 구성물질이 변질되어 배터리 수명을 저하시킬 수 있는 문제점이 있었다. 또한, 배터리를 보관하거나 휴대할 때에 귀금속 등의 도전물에 의해 단자가 서로 접촉하거나 접속기기의 고장으로 쇼트가 발생할 경우에는 과전류가 흘러 배터리의 발화나 파열의 위험성이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 배터리는 과충전, 과방전, 과전류 등에 의해 발생하는 안전사고를 예방하기 위한 보호회로를 구비하게 되었다.

이러한 보호회로의 일 례는 도 1과 같이, 전원단(VDD), 접지단(VSS), 과방전 및 과전류 차단신호를 출력하기 위한 방전 차단신호 출력단(DO), 과충전 차단신호를 출력하기 위한 충전 차단신호 출력단(CO), 과전류 감지단(VM)을 구비하고, 휴대용 전자기기의 특성에 맞는 과전류 차단값이 설계시 설정되며, 상기 과전류 감지단(VM)을 통해 설정된 차단값 이상의 전류가 감지될 경우 배터리의 방전을 차단하기 위한 제어신호를 출력하는 보호 IC, 상기 보호 IC의 과방전 차단신호에 따라 동작하여 배터리의 방전을 차단하기 위한 제1 FET(Field Effect Transistor)(Q1), 보호 IC의 과충전 차단신호에 따라 동작하여 배터리의 충전을 차 단하기 위한 제2 FET(Q2), 외부 잡음 및 정전기를 방지하기 위한 제1 내지 제3 커패시터(C1)(C2)(C3), 보호회로에 역전원이 걸렸을 경우 보호 IC로의 역전류를 방지하기 위한 저항(R2)을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 종래기술의 과전류 차단동작을 설명하면 다음과 같다.

이동 통신 단말기 또는 배터리 팩을 취급하는 중, 충전기나 휴대기기의 단자에 쇼트 또는 과방전 요인이 발생하면 제1 및 제2 FET(Q1)(Q2)의 내부저항에 의해 흐르는 전류에 비례한 전압이 발생되고 이 전압이 보호 IC의 과전류 감지단(VM)을 통해 감지된다.

이어서 보호 IC는 해당 전압이 설정된 과전류 차단값 이상이면 방전 차단신호 출력단(DO)의 신호를 '로우'레벨로 강하시켜 제1 FET(Q1)를 '오프'시킴으로서 배터리의 과방전을 차단 한다.

또한 과충전시에는 충전 차단신호 출력단(CO)의 신호를 '로우'레벨로 강하시켜 제2 FET(Q2)를 '오프'시킴으로서 배터리의 과방전을 차단 한다.

그러나 종래의 이러한 배터리 보호회로는 기기의 연속적인 사용에 따라 배터리에 내부 발열이 일어나 온도가 상승하거나, 외부온도가 지나치게 상승하면 배터리가 폭발하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로 배터리 보호회로에 서미스터를 장착하여 외부온도가 높아지거나 배터리 자체의 온도가 상승하더라도 배터리가 폭발하지 않도록 하기 위한 보호회로를 제공함에 그 목적이 있 다.

본 발명은 사용중 배터리의 온도가 상승하는 것을 방지하여 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 보호회로를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 배터리의 온도가 상승하는 것을 방지하여 배터리 내부에 내장되는 보호회로 및 단자의 열화를 방지할 수 있는 보호회로를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명은,
과충전 및 과방전을 감지하여 차단신호를 발생시키는 보호IC와, 상기 보호IC로부터의 차단신호에 따라 전류를 차단하는 FET와, 정특성 서미스터를 포함하여 이루어진 배터리 보호회로에 있어서,
상기 보호회로의 방전차단신호 출력단과 과충전 차단신호 출력단에 각각 정특성 서미스터와 저항의 일단을 병렬로 연결하고,
상기 정특성 서미스터의 또 다른 일단은 상기 FET의 게이트 단에 연결하며, 상기 저항의 일단은 FET의 소스 단에 연결하되,
상기 저항은 상온에서 정특성 서미스터의 저항보다 높은 저항값을 가져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "하이"레벨로 유지시키며,
온도상승시 상기 정특성 서미스터의 저항값이 상기 저항의 저항값보다 커져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "로우"레벨로 유지시키도록 한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 과충전 및 과방전을 감지하여 차단신호를 발생시키는 보호IC와, 상기 보호IC로부터의 차단신호에 따라 전류를 차단하는 FET와, 부특성 서미스터를 포함하여 이루어진 배터리 보호회로에 있어서,
상기 보호회로의 방전차단신호 출력단과 과충전 차단신호 출력단에 각각 부특성 서미스터와 저항의 일단을 병렬로 연결하고,
상기 부특성 서미스터의 또 다른 일단은 상기 FET의 소스 단에 연결하며, 상기 저항의 일단은 FET의 게이트 단에 연결하되,
상기 저항은 상온에서 부특성 서미스터의 저항보다 낮은 저항값을 가져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "하이"레벨로 유지시키며,
온도상승시 상기 부특성 서미스터의 저항값이 상기 저항의 저항값보다 작아져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "로우"레벨로 유지시키도록 한 것을 또 다른 특징으로 한다.

이를 보다 상세히 설명하자면, 보호IC의 차단신호 출력단에 서미스터와 저항이 연결되도록 구성된 보호회로에서, 저항이 증가하거나 감소하게 되면 전류는 저항이 낮은 쪽으로 흐르는 특성을 이용하여 FET에 공급되는 전압을 '로우'레벨로 감소시키게 되고, 따라서 FET가 '오프'상태로 되도록 하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 보호회로의 회로도이다. 본 발명은 일정온도 이상이 되면 저항값이 증가하여 전류의 흐름을 차단하는 정특성 서미스터(Positive Thermostatic Switch, 이하 PTC라 함.)와 일정한 저항값을 갖는 저 항(R3,R4)을 보호IC의 출력단에 연결하여 온도 상승시 보호회로의 전류가 제1FET(Q1)와 제2FET(Q2)로 흐르지 않도록 함으로써 배터리의 과충전 또는 과방전을 방지하는 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명은 보호IC의 방전 차단신호 출력단(DO)에 PTC와 일정 저항값을 가지는 저항 R4을 연결하고 PTC의 다른 단은 제1FET(Q1)으로, 저항 R4의 다른 단은 전지와 제1FET(Q1)사이에 접속된 것으로 구성된다.

통상의 사용시 정상적인 사용온도에서 방전 차단신호 출력단(DO)에서 출력되는 전류는 PTC보다 큰 저항 값을 가지는 저항R4로 흐르지 않고 PTC로 흐르게 되므로 제1FET(Q1)에 공급되는 전압은 "하이"레벨을 유지하며 제1FET(Q1)는 '온' 상태로 유지되지만, 온도가 상승하여 PTC의 저항이 과도하게 증가하게 되면 전류는 저항 R4로 흐르게 되고 따라서 PTC를 통하여 공급되는 전류가 감소하여 제1FET(Q1)에 공급되는 전압이 "로우"레벨로 변경되며, 제1FET(Q1)은 '오프'상태로 전환되어 방전이 차단되게 된다.

이에 따라 과방전이 방지되며 과방전에 의한 온도상승은 더 이상 일어나지 않게 되므로 배터리는 안전하게 보호된다. 배터리의 온도가 하강하여 안전하게 되면 PTC의 저항값은 감소하게 되며 방전차단신호 출력단(DO)로 부터 출력되는 전류가 PTC를 거쳐 다시 제1FET(Q1)으로 공급되므로 제1FET(Q1)는 '온'상태가 되며 휴대기기는 사용가능하게 된다.

충전 차단신호 출력단(C0)에 연결된 PTC와 일정 값의 저항 R3은 상기 방전 차단신호 출력단에 연결된 PTC와 일정 값의 저항 R4와 그 구성 및 작동관계가 동일 하다.

도 3는 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 보호회로의 회로도이다. 본 발명은 일정온도 이상이 되면 저항값이 감소하여 전류가 흐르게 되는 부특성 서미스터(Negative Thermostatic Switch, 이하 NTC라 함.)와 일정한 저항값을 갖는 저항 R4를 보호IC의 출력단에 연결하여 온도 상승시 보호회로의 전류가 제1FET(Q1)과 제2FET(Q2)로 흐르지 않도록 함으로써 배터리의 과충전 또는 과방전을 방지하는 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명은 보호IC의 방전 차단신호 출력단(DO)에 NTC와 일정값의 저항 R4를 연결하고 저항 R4의 다른 단은 제1FET(Q1)으로, NTC의 다른 단은 전지와 제1FET(Q1)사이에 접속된 것으로 구성된다.

통상의 사용시 정상적인 사용온도에서 방전 차단신호 출력단(DO)에서 출력되는 전류는 저항 R3를 통하여 제1FET(Q1)로 공급되며 제1FET(Q1)은 '온' 상태로 유지되지만, 온도가 상승하여 NTC의 저항이 감소하게 되면 전류는 NTC측으로 흐르게 되고 따라서 저항 R4를 통하여 전류가 공급되는 제1FET(Q1)의 전압이 '로우'레벨로 감소하며 제1FET(Q1)은 '오프'상태로 전환되어 방전이 차단되게 된다.

이에 따라 과방전이 방지되며 과방전에 의한 온도상승은 더 이상 일어나지 않게 되므로 배터리는 안전하게 보호된다. 배터리의 온도가 하강하여 안전하게 되면 NTC의 저항값은 다시 증가하게 되며 방전차단신호 출력단(DO)로 부터 출력되는 전류가 다시 저항 R4를 통해 제1FET(Q1)으로 공급되므로 제1FET(Q1)에 공급되는 전압은 '하이'레벨로 변경되어 제1FET(Q1)가 '온'상태가 되며 휴대기기는 사용가능하 게 된다.

충전 차단신호 출력단(C0)에 연결된 NTC와 일정 값의 저항 R3은 상기 방전 차단신호 출력단에 연결된 NTC와 일정 값의 저항 R4와 그 구성 및 작동관계가 동일하다.

본 발명의 보호회로를 사용하게 되면 배터리의 온도가 외부온도나 사용조건에 따라 상승하더라도 배터리가 폭발하지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 보호회로를 사용하게 되면 배터리의 온도가 상승하는 것을 방지하여 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명의 보호회로를 사용하게 되면 배터리의 온도가 상승하는 것을 방지하여 배터리 내부에 내장되는 보호회로 및 단자의 열화를 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 과충전 및 과방전을 감지하여 차단신호를 발생시키는 보호IC와, 상기 보호IC로부터의 차단신호에 따라 전류를 차단하는 FET와, 정특성 서미스터를 포함하여 이루어진 배터리 보호회로에 있어서,

   상기 보호회로의 방전차단신호 출력단과 과충전 차단신호 출력단에 각각 정특성 서미스터와 저항의 일단을 병렬로 연결하고,

   상기 정특성 서미스터의 또 다른 일단은 상기 FET의 게이트 단에 연결하며, 상기 저항의 일단은 FET의 소스 단에 연결하되,

   상기 저항은 상온에서 정특성 서미스터의 저항보다 높은 저항값을 가져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "하이"레벨로 유지시키며,

   온도상승시 상기 정특성 서미스터의 저항값이 상기 저항의 저항값보다 커져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "로우"레벨로 유지시키도록 한 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
3. 과충전 및 과방전을 감지하여 차단신호를 발생시키는 보호IC와, 상기 보호IC로부터의 차단신호에 따라 전류를 차단하는 FET와, 부특성 서미스터를 포함하여 이루어진 배터리 보호회로에 있어서,

   상기 보호회로의 방전차단신호 출력단과 과충전 차단신호 출력단에 각각 부특성 서미스터와 저항의 일단을 병렬로 연결하고,

   상기 부특성 서미스터의 또 다른 일단은 상기 FET의 소스 단에 연결하며, 상기 저항의 일단은 FET의 게이트 단에 연결하되,

   상기 저항은 상온에서 부특성 서미스터의 저항보다 낮은 저항값을 가져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "하이"레벨로 유지시키며,

   온도상승시 상기 부특성 서미스터의 저항값이 상기 저항의 저항값보다 작아져 FET의 게이트 단에 전달되는 신호를 "로우"레벨로 유지시키도록 한 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.

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