KR100562877B1 - 충방전 제어회로 및 충전형 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차 전지의 전압이 일정 설정전압에 도달한 때에 내부 제어회로 등이 동작하도록 충방전 제어회로를 구성함으로써, 충방전 제어회로의 전류소비를 감소시키고 이차전지를 사용하는 장치의 충전 동작시간을 연장하며 충방전 제어회로의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 충방전 제어회로 및 충전형 전원장치를 제공하고자 하는 것이다. 이를 위해, 본 발명의 충방전 제어회로는 일정 설정전압에 도달할 때에 전류제어 스위치회로를 온상태로 함으로써 내부 제어회로의 동작을 개시하도록 구성되어 있다.

Description

충방전 제어회로 및 충전형 전원장치 {CHARGING AND DISCHARGING CONTROL CIRCUIT AND CHARGING TYPE POWER SUPPLY DEVICE}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 충전형 전원장치의 회로 블록도,

도 2는 종래 충전형 전원장치의 블록도,

도 3은 종래 충전형 전원장치의 다른 예의 블록도,

도 4는 종래 충전형 전원장치의 회로 블록도,

도 5는 본 발명에 따른 충전형 전원장치의 다른 실시예에 따른 회로 블록도,

도 6은 본 발명에 따른 충방전 제어회로의 상태 변동을 나타낸 도면,

도 7은 종래 충전형 전원장치의 상태 변동을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 이차 전지 102 : 충방전 제어회로

103 : 스위치회로 106,107 : 신호선

108 : 충전기 109 : 부하

110 : 정전극 111 : 부전극

112,113,122,123 : FET 116 : 기준전압회로

117 : 과전류 검출 비교기 118 : 과방전 검출 비교기

119 : 과충전 검출 비교기 120,121 : 전압분할회로

124 : 내부 제어회로 126 : 전류제어 스위치

134 : 캐패시터 140 : 전류제어 스위치회로

본 발명은 스위치회로를 온/오프 함으로써 이차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어회로와, 충방전 제어회로를 내장한 이차 전지의 충전형 전원장치에 관한 것이다.

이차 전지를 구비하는 종래 충전형 전원장치로서는 도 2의 회로 블럭도에 나타낸 전원장치가 공지되어 있다. 그러한 구성은 예를 들면 일본국 미심사청구 특허출원 공개 평4-75430호(1992)의 "충전형 전원장치"에 개시되어 있다. 보다 상세하게는 이차 전지(101)는 스위치회로(103)를 통하여 외부단자(-V0 또는 +V0)에 접속되어 있다. 또, 충방전 제어회로(102)는 이차 전지(101)에 병렬로 접속되어 있다. 상기 충방전 제어회로(102)는 이차 전지(101)의 전압을 검출하는 기능을 가지고 있다. 이차 전지(101)가 과충전 상태(전지 전압이 소정값보다 큰 상태, 이하 과충전 보호상태라 한다) 또는 과방전 상태(전지 전압이 소정값보다 작은 상태, 이하 과방전 보호상태라 한다)에 있는 경우에는, 충방전 제어회로(102)로부터 신호가 출력되어 스위치회로(103)를 오프시킨다. 또한, 외부단자(+V0)가 일정 전압에 도달한 때에는 스위치회로(103)를 오프상태로 만들어 방전을 정지시킴으로써 스위치회로(103)를 통과하는 전류를 제한하는 것이 가능하다. 즉, 과도한 전류가 흐를 때에는 방전을 정지할 수 있다(과전류 제어). 이후, 이 상태를 과전류 보호상태라고 한다. 충방전 제어회로의 역할은 상기한 상태들에 대하여 전지를 보호하는 것이다.

또한, 이차 전지를 구비하는 종래 충전형 전원장치의 다른 예로서는 도 3의 회로 블럭도로 나타낸 전원장치도 공지되어 있다. 도 3에 도시한 회로는 스위치회로(103)가 이차 전지(101)의 부전극(111)과 직렬로 접속되어 있는 점에 있어서 도 2에 도시한 회로와 다르다. 이와 같이 스위치회로(103)는 양자의 경우에서 유사하게 기능할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 충방전 제어회로는 자체 전류 소비로 인하여 이차 전지를 사용하는 장치의 1회 충전당 동작시간을 단축해 버린다는 문제가 있다.

또한, 도 4는 충방전 제어회로(102)의 내부 회로의 일예를 도시한 것이다. 이 회로에는 과충전 검출용 회로만이 도시되어 있다. 상기 충방전 제어회로(102)는 소정 기준전압(Vr)을 과충전 검출 비교기(119)의 입력단자에 인가하는 기준전압회로(116)와, 이차 전지(101)의 단자 전압을 분할하는 저항(R0,R1)을 포함하는 전압분할회로(120)와, 내부 제어회로(124)를 구비하고 있다. 실제로 스위치회로(103)는 과충전 보호상태 뿐만 아니라 과방전 보호상태 및 과전류 보호상태에서도 오프상태로 된다.

상기 내부 제어회로(124)는 예를 들면 검출회로로부터 인가되지 않은 신호, 즉 외부 잡음을 지연시키는 기능을 가진다. 이는 전지 전압이 순간적으로 변동하는 경우에 스위치회로(103)가 온/오프되지 않도록 한다. 상기 스위치회로 (103)의 순간적인 온/오프는 장치로의 전원공급을 정지시키기 때문에 문제로 된다.

상기 내부 제어회로(124)는 때때로 발진기로서의 기능을 가진다. 이는 회로 구조에 따라서 지연 회로(124)를 동작시키기 위하여 클럭이 필요하기 때문이다.

상기한 바와 같이, 내부 제어회로는 여러 구성요소들로 이루어지고, 정상적으로 동작하고 있으므로, 항상 전류가 소비되어야 한다.

상기한 내부 제어회로(124)는 전지 전압이 검출하고자 하는 전압으로 변화된 때에만 동작해야 한다. 그러나, 상기 내부 제어회로는 전지의 상태가 전혀 변동하지 않는 경우에도 동작하여 전류를 소비하기 때문에 이차 전지를 사용하는 장치의 1회의 충전당 동작시간이 단축된다는 결점이 있다. 이러한 관계가 도 7에 도시되어 있는 바, 도 7에서 수평축은 시간을 표시하고 수직 축은 충방전 제어회로의 전류 소비를 표시한다. 과충전 검출 비교기(119)의 출력상태와는 독립적으로 충방전 제어회로의 전류소비는 일정하다. 또한, 클럭이 필요한 회로에 있어서는 본질적으로 필요하지 않은 때에도 발진기가 동작한다. 이로 인하여 내부 제어회로의 제품 수명이 단축되고, 이는 충방전 제어회로의 장기적 신뢰성에 역효과를 가져온다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이차 전지의 전압이 일정 설정전압에 도달한 때에 내부 제어회로 등이 동작하도록 충방전 제어회로를 구성함으로써, 충방전 제어회로의 전류소비를 감소시키고 이차전지를 사용하는 장치의 1회의 충전당 동작시간을 연장하여, 충방전 제어회로의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 충방전 제어회로 및 충전형 전원장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 충방전 제어회로는 일정 설정전압에 도달한 경우에는 내부 제어회로가 동작을 개시하고, 그렇지 않은 경우에는 내부 제어회로가 전지로부터의 전류를 소비하지 않도록 구성된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 충방전 제어회로를 구비하는 충전형 전원장치의 블록도이다. 이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해서 설명한다.

이차 전지(101)의 정전극(110)은 스위치회로(103)를 통해서 외부 전원단자(+V0)에 접속되어 있다. 도 1에 도시한 실시예에 있어서, 스위치회로(103)는 충방전 제어를 위하여 이차 전지(101) 측에 설치되어 있다. 이차 전지(101)의 전압은 충방전 제어회로(102)에 의하여 검출된다. 그 검출결과에 따라서 스위치회로 (103)는 온/오프제어된다. 상기 충방전 제어회로(102)는 과충전 검출 비교기(119)의 입력단자에 소정 기준전압(Vr)을 인가하는 기준전압회로(116)와, 이차 전지(101)의 단자 전압을 분할하는 저항(R0,R1)을 포함하는 전압분할회로(120)와, 전류제어 스위치회로(140)와, 내부 제어회로(124)를 구비하고 있다.

상기 내부 제어회로(124)의 출력은 단자(125)에 접속되어 있다. 상기 스위치회로(103)는 상기 충방전 제어회로(102)의 출력에 의하여 제어된다. 상기 스위치회로(103)는 신호선(107)을 통하여 상기 단자(125)에 접속되어 있다.

온/오프제어신호는 내부 제어회로(124)로부터 상기 스위치회로(103)에 전달된다. 이차 전지(101)를 충전하기 위한 충전기(108) 및 이차 전지(101)가 전류를 공급하는 부하(109)는 외부 전원단자(+V0,-V0)사이에 접속되어 있다.

상기 과충전 검출 비교기(119)는 상기 기준전압회로(116)의 기준전압(Vr)과, 상기 전압분할회로(120)의 저항(R0,R1)의 합성저항에 걸쳐서 이차 전지(101)의 단자 전압을 나타내는 분할 전압출력을 비교해서 과충전 상태를 검출하는 기능을 가지고 있다.

상기 과충전 검출 비교기(119)의 출력은 과충전 검출 비교기(119)의 (+)입력단자에 입력된 상기 분할 출력전압의 레벨이 상기 기준전압(Vr)보다 더 크게 된 때에 고레벨로 된다. 상기 내부 제어회로(124)는 상기 과충전 검출 비교기(119)의 출력에 접속되어 있다. 상기 내부 제어회로(124)는 상기 과충전 검출 비교기(119)의 출력이 저레벨에서 고레벨로 변동할 때에 그 출력이 소정 시간 지연하여 저레벨에서 고레벨로 변동하게 하는 기능을 가진다. 이는 과충전 검출 비교기(119)의 출력에 지연회로를 설치한 것과 등가이며, 이에 따라 순간적인 고전압이 인가될 때마다 충전동작이 정지하지 않게 된다. 전지 전압이 소정시간 또는 그 이상동안 높은 레벨로 유지되고 있는 경우에만 상기 스위치회로(103)가 오프상태로 되어 이차 전지(101)의 충전을 정지시킨다. 도 1에 도시한 바와 같이, 캐패시터(134)는 지연시간을 연장하기 위하여 접속되어 있어도 된다. 또한, 상기 내부 제어회로(124)는 지연기능과 더불어 발진기와 같은 각종 기능을 구비하고 있어도 된다.

전류제어 스위치회로(140)는 과충전 검출 비교기(119)의 출력이 고레벨로 된 때, 즉 이차 전지의 과충전 상태가 검출된 때에 온상태로 되어, 내부 제어회로(124)에 전력을 공급한다. 즉, 내부 제어회로(124)의 온/오프는 과충전 검출 비교기(119)의 출력에 응답하여 제어되고, 오프 기간동안에는 내부 제어회로(124)에 의해서는 전류가 전혀 소비되지 않는다. 이와 같이, 과충전 검출 비교기(119)는 이차 전지(101)의 단자 전압이 정상적으로 과충전 검출레벨보다 작을 때에만 동작하기 때문에, 그 소비 전류는 더 작아지게 된다. 이러한 관계가 도 6에 도시되어 있는 바, 도 6에서 수평축은 시간을 표시하고 수직축은 충방전 제어회로의 전류소비를 표시한다. 충방전 제어회로의 전류 소비는 과충전 검출 비교기(119)의 출력이 변동한 때 전후에서 변동한다.

도 5에는 전지의 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하는 기능을 가진 충방전 제어회로를 구비한 충전형 전원장치의 실시예가 도시되어 있다. 스위치회로(103)로서는 2개의 전계효과 트랜지스터(이하, FET라 한다)가 사용된다. 과방전 및 과전류를 제어하기 위한 FET(112)는 이차 전지(101)측에 설치되어 있고, 과충전을 제어하기 위한 FET(113)는 외부 전원단자(-V0)측에 설치되어 있다. 이와 같이, 두 개의 FET가 스위치회로(103)을 구성하여도 된다. 상기 이차 전지(101)의 전압은 충방전 제어회로(102)에 의해 검출되고, 그 검출결과에 따라 FET(112,113)는 온/오프 제어된다. 상기 충방전 제어회로(102)는, 과충전 검출 비교기(119)와 과방전 검출 비교기(118) 및 과전류 검출 비교기(117)의 (-)입력단자에 각각 소정 기준전압(Vr)을 인가하는 기준전압회로(116)와, 이차 전지(101)의 단자 전압을 분할하는 저항(R1∼R3)을 포함하는 전압분할회로(120)와, 이차 전지(101)의 단자전압을 분할하는 저항(R4∼R6)을 포함하는 다른 전압분할회로 (121)와, 전류제어 스위치(126)를 구비하고 있다.

도 5에 도시한 실시예에서는 전류제어 스위치(126)는 과충전 검출 비교기(119)와 과방전 검출 비교기(118) 및 과전류 검출 비교기(117)중 어느 하나에서 고레벨의 신호가 출력될 때, 즉 이차 전지의 과충전, 과방전 및 과전류가 검출될 때에 온상태로 된다. 이에 따라 상기 비교기들이 동작하지 않으면 전류 소비가 작아지는 효과를 가져온다. 즉, 다수 종류의 검출이 요구되더라도 전류 소비를 낮추는 것이 가능하게 된다.

도 5에 도시한 실시예에서는 전압분할회로(120,121) 및 FET(122,123)의 합성회로를 사용함으로써 과충전 검출 비교기(119)와 과방전 검출 비교기(118) 및 과전류 검출 비교기(117)의 동작이 이력현상(hysteresis)를 갖도록 적합하게 변경된다. 그러나, 이것은 단지 예일 뿐이고 본 발명의 구성을 제한하려고 의도된 것은 아니다. 상기한 이력현상 동작은 물론 어떤 다른 공지된 회로구성에 의하여 실시되어도 되는 것이다. 도 1 및 도 5에 도시한 실시예에서는 단지 하나의 이차 전지(101)만을 충방전하도록 제어하는 구성예가 개시되어 있지만, 본 발명은 단지 하나의 이차 전지(101)만을 충방전하도록 제어하는 경우에 한정되는 것이 아니라, 복수의 직렬 또는 병렬 접속된 이차전지를 충방전 하도록 제어하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있는 것이다.

본 발명의 실시예들에서는 충방전회로가 C-MOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)회로로 구성되어 있지만, 바이폴라 트랜지스터와 같은 다른 소자를 사용하여도 용이하게 실시할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 간단한 회로를 부가하여 이차 전지의 전압이 일정 설정전압에 도달하지 않은 때에 전류소비를 감소시킬 수 있다. 이차 전지의 전류소비가 억제되므로, 전체 장치의 수명이 연장되고 충방전 제어회로의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 과충전 전압을 검출하는 수단, 과방전 전압을 검출하는 수단 및 과전류 전압을 검출하는 수단 중 어느 하나의 수단과; 상기 과충전 전압 검출수단, 상기 과방전 전압 검출수단 및 상기 과전류 전압 검출수단 중 어느 하나의 수단으로부터 신호를 입력받아 처리해서 충방전 제어용 신호를 출력하는 내부 제어회로와; 상기 내부 제어회로에 전류를 공급하는 전류제어 스위치회로를 구비하여 구성되고,

   상기 내부 제어회로는, 충방전 제어회로의 전류 소비를 감소시키기 위하여, 상기 과충전 전압 검출수단, 상기 과방전 전압 검출수단 및 상기 과전류 전압 검출수단 중 어느 하나의 수단에 응답하여, 상기 전류 제어 스위치회로를 온/오프상태로 함으로써 선택적으로 동작되는 것을 특징으로 하는 충방전 제어회로.
2. 스위치회로를 통해서 외부 전원단자에 접속된 이차 전지와, 상기 스위치회로를 제어하기 위한 충방전 제어회로를 구비하여 구성되고,

   상기 충방전 제어회로는 과충전 전압을 검출하는 수단, 과방전 전압을 검출하는 수단 및 과전류 전압을 검출하는 수단 중 어느 하나의 수단과, 내부 제어회로와, 전류제어 스위치회로를 포함하여 구성되며,

   상기 내부 제어회로는, 상기 충방전 제어회로의 전류 소비를 감소시키기 위하여, 상기 과충전 전압 검출수단, 상기 과방전 전압 검출수단 및 상기 과전류 전압 검출수단 중 어느 하나의 수단에 응답하여, 상기 전류제어 스위치회로를 온/오프상태로 함으로써 선택적으로 동작되는 것을 특징으로 하는 충전형 전원장치.
3. 직렬로 접속된 복수의 저항으로 이루어지고, 2차 전지의 전압을 분압하는 전압 분할회로와,

   상기 전압 분할회로에 의해 분압된 상기 2차 전지의 전압과, 기준 전압을 비교하여, 상기 2차 전지의 과충전을 검출하는 과충전 검출 비교기와,

   상기 2차 전지에 접속되어, 상기 과충전 검출 비교기로부터의 과충전 신호를 입력하여, 상기 과충전 검출 비교기로부터의 상기 과충전 신호를 시간 지연하고, 상기 2차 전지에 충전하기 위한 충전기를 접속하는 배선에 설치된 제1 스위치회로를 상기 지연된 상기 과충전 신호에 따라 오프하는 내부 제어회로와,

   상기 내부 제어회로와 상기 2차 전지의 사이의 배선에 설치되어, 상기 과충전 검출 비교기로부터의 상기 과충전 신호에 따라 오프되는 제2 스위치회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충방전 제어회로.

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