KR100586392B1 - Apparatus for protecting over voltage - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과전압 방지 장치는, 전압 감지 오차가 심하여 감지를 못하거나 동작을 하지 않는 경우에, 과전압을 적절하게 차단할 수 있는 부가적인 스위치를 추가함으로써 과전압 차단 기능을 강화할 수 있는 과전압 방지 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The overvoltage protection device of the present invention provides an overvoltage protection device that can reinforce the overvoltage blocking function by adding an additional switch capable of appropriately blocking the overvoltage when the voltage detection error is not detected or does not operate due to a severe voltage detection error. Its purpose is to.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 충전 전압을 감지하고, 상기 충전 전압이 기준 전압보다 낮은지 높은지 여부에 따라 다른 논리 단계를 갖는 감지 신호를 생성하는 전압 감지부; 상기 충전 전압이 기준 전압보다 높은 경우에 상기 전압 감지부가 동작하지 않으면 활성화되는 배터리 오프 신호를 입력받고, 상기 배터리 오프 신호가 활성화 된 경우에 차단 신호를 생성하는 강제 차단 스위칭부; 상기 감지 신호 및 상기 차단 신호의 제어에 따라 다른 논리 단계를 갖는 스위치 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부; 및 상기 스위치 제어 신호에 따라 충전 전압을 도통시키거나 차단시키는 스위칭 동작을 수행하는 충전 전압 스위칭부를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage sensing unit for sensing a charging voltage and generating a sensing signal having a different logic step depending on whether the charging voltage is lower than or higher than a reference voltage; A forced cutoff switching unit configured to receive a battery off signal that is activated when the voltage sensing unit does not operate when the charging voltage is higher than a reference voltage, and generate a cutoff signal when the battery off signal is activated; A switch controller for generating a switch control signal having a different logic step according to the control of the detection signal and the blocking signal; And a charging voltage switching unit configured to perform a switching operation of conducting or blocking a charging voltage according to the switch control signal.

과전압 방지, 과전류 방지, 배터리, 단말기Overvoltage protection, overcurrent protection, battery, terminal

Description

과전압 방지 장치{APPARATUS FOR PROTECTING OVER VOLTAGE} Overvoltage Protection Device {APPARATUS FOR PROTECTING OVER VOLTAGE}             

도 1은 종래의 과전압 방지 회로를 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing a conventional overvoltage protection circuit,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 과전압 방지 장치를 나타낸 회로도.Figure 2 is a circuit diagram showing an overvoltage protection device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

210 : 전압 감지부 220 : 강제 차단 스위칭부210: voltage detection unit 220: forced cutoff switching unit

230 : 스위치 제어부 240 : 충전 전압 스위칭부230: switch control unit 240: charge voltage switching unit

본 발명은 과전압 방지 장치에 관한 것으로, 특히, 휴대용 단말기의 배터리로 사용되는 리튬 이온 전지의 액체 전해질의 폭발성으로 인한 사고를 방지하는 과전압 방지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an overvoltage protection device, and more particularly, to an overvoltage prevention device for preventing an accident due to explosiveness of a liquid electrolyte of a lithium ion battery used as a battery of a portable terminal.

휴대용 단말기의 배터리로 많이 사용되는 리튬 이온 전지는, 액체 전해질의 폭발성 때문에 배터리 팩 내에 보호 회로가 장착될 뿐만 아니라 단말기의 충전 회로에서도 OVP(Over Voltage Protection), OCP(Over Current Protection) 회로 등이 추가된다.Lithium-ion batteries, which are frequently used as batteries in portable terminals, are equipped with protection circuits in the battery pack due to the explosiveness of liquid electrolytes, and also include over voltage protection (OVP) and over current protection (OCP) circuits in the charging circuits of terminals. do.

도 1은 종래의 과전압 방지 회로를 나타낸 블록도로서, 이러한 종래의 과전압 방지 회로는, 충전되는 전압을 감지하고, 충전 전압이 4.3V보다 낮으면 제1 논리 단계(Low)의 신호를 출력하고, 충전 전압이 4.3V보다 높으면 제2 논리 단계(High)의 신호를 출력하는 전압 감지부(110); 전압 감지부(110)로부터 제1 논리 단계(Low)의 신호를 입력받으면 제1 논리 단계(Low)의 스위치 제어 신호를 생성하고, 전압 감지부(110)로부터 제2 논리 단계(High)의 신호를 입력받으면 제2 논리 단계(High)의 스위치 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부(120); 및 제1 논리 단계(Low)인 스위치 제어 신호를 입력받으면 충전 전압을 도통시키고, 제2 논리 단계(High)인 스위치 제어 신호를 입력받으면 충전 전압을 차단하는 스위칭부(130)를 포함한다.1 is a block diagram illustrating a conventional overvoltage protection circuit. The conventional overvoltage protection circuit senses a voltage to be charged and outputs a signal of a first logic step Low when the charging voltage is lower than 4.3V. A voltage detector 110 outputting a signal of a second logic step High when the charging voltage is higher than 4.3V; When the signal of the first logic step Low is received from the voltage detector 110, the switch control signal of the first logic step Low is generated, and the signal of the second logic step High is received from the voltage detector 110. A switch control unit 120 for generating a switch control signal of a second logic step High when it is received; And a switching unit 130 that conducts the charging voltage when the switch control signal is input, which is the first logic level Low, and cuts off the charging voltage when the switch control signal is the second logic step High.

그러나, 상술한 종래의 과전압 방지 회로에 의하면, 전압 감지부(110)가 감지 오차가 심하여 감지를 못하거나 동작을 하지 않는 경우에는 충전 전압이 계속적으로 도통되므로, 리튬 이온 전지의 성능이나 용량에 영향을 끼칠 뿐 아니라 배터리의 폭발을 효과적으로 방지하기 어려운 문제점이 있다.However, according to the conventional overvoltage protection circuit described above, when the voltage detection unit 110 does not detect or operate due to a severe detection error, the charging voltage is continuously conducted, thereby affecting the performance or capacity of the lithium ion battery. In addition to this, there is a problem that is difficult to effectively prevent the explosion of the battery.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 전압 감지 오차가 심하여 감지를 못하거나 동작을 하지 않는 경우에, 과전압을 적절하게 차단할 수 있는 부가적인 스위치를 추가함으로써 과전압 차단 기능을 강화할 수 있는 과전압 방지 장 치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
The present invention devised to solve the above problems, when the voltage detection error is so severe that the detection or inoperation, overvoltage protection that can enhance the overvoltage blocking function by adding an additional switch that can properly block the overvoltage The purpose is to provide the device.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 과전압 방지 장치는, 충전 전압을 감지하고, 상기 충전 전압이 기준 전압보다 낮은지 높은지 여부에 따라 다른 논리 단계를 갖는 감지 신호를 생성하는 전압 감지부; 상기 충전 전압이 기준 전압보다 높은 경우에 상기 전압 감지부가 동작하지 않으면 활성화되는 배터리 오프 신호를 입력받고, 상기 배터리 오프 신호가 활성화 된 경우에 차단 신호를 생성하는 강제 차단 스위칭부; 상기 감지 신호 및 상기 차단 신호의 제어에 따라 다른 논리 단계를 갖는 스위치 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부; 및 상기 스위치 제어 신호에 따라 충전 전압을 도통시키거나 차단시키는 스위칭 동작을 수행하는 충전 전압 스위칭부를 포함한다.In order to achieve the above object, the overvoltage preventing device of the present invention includes: a voltage sensing unit for sensing a charging voltage and generating a sensing signal having a different logic step depending on whether the charging voltage is lower than or higher than a reference voltage; A forced cutoff switching unit configured to receive a battery off signal that is activated when the voltage sensing unit does not operate when the charging voltage is higher than a reference voltage, and generate a cutoff signal when the battery off signal is activated; A switch controller for generating a switch control signal having a different logic step according to the control of the detection signal and the blocking signal; And a charging voltage switching unit configured to perform a switching operation of conducting or blocking a charging voltage according to the switch control signal.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 과전압 방지 장치를 나타낸 회로도로서, 이러한 본 발명의 과전압 방지 장치는, 전압 감지부(210), 강제 차단 스위칭부(220), 스위치 제어부(230) 및 충전 전압 스위칭부(240)를 포함한다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an overvoltage preventing device according to an embodiment of the present invention. The overvoltage preventing device of the present invention includes a voltage sensing unit 210, a forced cutoff switching unit 220, a switch control unit 230, and a charging unit. The voltage switching unit 240 is included.

전압 감지부(210)는, 충전 전압을 감지하고, 상기 충전 전압이 기준 전압(예 를 들면, 4.3V)보다 낮은지 높은지 여부에 따라 다른 논리 단계를 갖는 감지 신호를 생성하며, 상기 감지 신호를 상기 스위치 제어부(230)로 출력하는 역할을 한다. 여기서, 상기 전압 감지부(210)에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The voltage sensing unit 210 senses a charging voltage, generates a sensing signal having a different logic level depending on whether the charging voltage is lower than or higher than a reference voltage (eg, 4.3 V), and generates the sensing signal. It serves to output to the switch control unit 230. Here, the voltage detection unit 210 will be described in detail as follows.

상기 전압 감지부(210) 내에 장착된 다이오드(D121)는, 양극이 접지되어 상기 충전 전압에 의한 전류의 역류를 방지하는 역할을 한다.The diode D121 mounted in the voltage sensing unit 210 serves to prevent a reverse flow of current due to the charging voltage because the anode is grounded.

또한, 상기 전압 감지부(210) 내에 장착된 감지회로(U151)는, 상기 충전 전압의 입력 핀(VIN)이 상기 다이오드(D121)의 음극에 연결되어, 상기 충전 전압이 기준 전압(예를 들면, 4.3V)보다 낮으면 제1 논리 단계(Low)의 신호를 출력핀(VOUT)을 통하여 출력하고, 충전 전압이 기준 전압(예를 들면, 4.3V)보다 높으면 제2 논리 단계(High)의 신호를 출력핀(VOUT)을 통하여 출력하는 역할을 한다.In addition, in the sensing circuit U151 mounted in the voltage sensing unit 210, the input pin VIN of the charging voltage is connected to the cathode of the diode D121, so that the charging voltage is a reference voltage (for example, If the voltage is lower than 4.3V, the signal of the first logic stage Low is output through the output pin VOUT. If the charging voltage is higher than the reference voltage (eg 4.3V), the signal of the second logic stage High is output. It outputs the signal through the output pin (VOUT).

또한, 강제 차단 스위칭부(220)는, 상기 충전 전압이 기준 전압(예를 들면, 4.3V)보다 높은 경우에 상기 전압 감지부(210)가 동작하지 않으면 활성화되는 배터리 오프 신호를 입력받고, 상기 배터리 오프 신호가 활성화 된 경우에 차단 신호를 생성하는 역할을 한다. 여기서, 상기 강제 차단 스위칭부(220)에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In addition, the forced cutoff switching unit 220 receives a battery off signal that is activated when the voltage detecting unit 210 does not operate when the charging voltage is higher than a reference voltage (for example, 4.3V), Generates a shutoff signal when the battery off signal is activated. Here, the forced cutoff switching unit 220 will be described in detail as follows.

상기 강제 차단 스위칭부(220) 내에 장착된 트랜지스터(Q1)는, 베이스 단자로 상기 배터리 오프 신호를 입력받고, 에미터 단자는 접지되며, 컬렉터 단자(C)로 차단 신호를 출력하는 역할을 한다.The transistor Q1 mounted in the forced cutoff switching unit 220 receives the battery off signal through a base terminal, the emitter terminal is grounded, and outputs a blocking signal to the collector terminal C.

한편, 스위치 제어부(230)는, 상기 전압 감지부(210)로부터 상기 감지 신호를 입력받고, 상기 강제 차단 스위칭부(220)로부터 상기 차단 신호를 입력받으며, 상기 감지 신호 및 상기 차단 신호의 제어에 따라 다른 논리 단계를 갖는 스위치 제어 신호를 생성하는 역할을 한다. 여기서, 상기 스위치 제어부(230)에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The switch controller 230 receives the detection signal from the voltage sensing unit 210, receives the blocking signal from the forced cutoff switching unit 220, and controls the detection signal and the blocking signal. Thus serves to generate switch control signals with different logic steps. Here, the switch control unit 230 will be described in detail as follows.

상기 스위치 제어부(230) 내에 장착된 더블 트랜지스터(U152)는, 제1 베이스 단자(1B) 및 제2 컬렉터 단자(2C)가 상기 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)에 연결된 동시에 상기 충전 전압의 소스에 연결되고, 제1 에미터 단자(1E) 및 제2 에미터 단자(2E)는 접지되며, 제2 베이스 단자(2B)는 상기 감지 신호를 입력받고, 제1 컬렉터 단자(1C)는 상기 스위치 제어 신호를 출력하는 역할을 한다. 여기서, 상기 더블 트랜지스터(U152)는, 상기 전압 감지부(210)로부터 제1 논리 단계(Low)의 신호를 입력받으면 제1 논리 단계(Low)의 스위치 제어 신호를 생성하고, 상기 전압 감지부(210)로부터 제2 논리 단계(High)의 신호를 입력받으면 제2 논리 단계(High)의 스위치 제어 신호를 생성하게 된다.The double transistor U152 mounted in the switch control unit 230 has a first base terminal 1B and a second collector terminal 2C connected to the collector terminal C of the transistor Q1, A first emitter terminal 1E and a second emitter terminal 2E are grounded, a second base terminal 2B receives the sensing signal, and a first collector terminal 1C is connected to the source. It outputs a switch control signal. Here, when the double transistor U152 receives the signal of the first logic step Low from the voltage detector 210, the double transistor U152 generates a switch control signal of the first logic step Low, and the voltage detector When the signal of the second logic step High is received from 210, the switch control signal of the second logic step High is generated.

또한, 충전 전압 스위칭부(240)는, 상기 스위치 제어부(230)에서 출력된 상기 스위치 제어 신호에 따라 충전 전압을 도통시키거나 차단시키는 스위칭 동작을 수행하는 역할을 한다. 여기서, 상기 충전 전압 스위칭부(240)에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In addition, the charging voltage switching unit 240 serves to perform a switching operation to turn on or off the charging voltage according to the switch control signal output from the switch control unit 230. Here, the charging voltage switching unit 240 will be described in detail as follows.

상기 충전 전압 스위칭부(240) 내에 장착된 MOS 트랜지스터(U152)는, 소스 단자로 상기 충전 전압을 인가받고, 게이트 단자로 상기 스위치 제어 신호를 입력받으며, 드레인 단자로 충전 전압을 인가하는 역할을 한다. 즉, 상기 MOS 트랜지스터(U152)는, 제1 논리 단계(Low)인 상기 스위치 제어 신호를 입력받으면 충전 전압 을 도통시키고, 제2 논리 단계(High)인 상기 스위치 제어 신호를 입력받으면 충전 전압을 차단하는 역할을 한다.The MOS transistor U152 mounted in the charging voltage switching unit 240 receives the charging voltage through a source terminal, receives the switch control signal through a gate terminal, and applies a charging voltage to a drain terminal. . That is, the MOS transistor U152 conducts a charging voltage when the switch control signal, which is the first logic stage Low, is turned on, and blocks the charging voltage when the switch control signal, which is the second logic stage High is input. It plays a role.

상술한 본 발명의 과전압 방지 장치의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the overvoltage protection device of the present invention described above is as follows.

휴대용 단말기의 리튬 이온 배터리가 충전을 시작하면, 배터리 전압은 서서히 증가하게 되는데, 이 때, 충전되는 충전 전압을 감지회로(U151)의 입력 핀(VIN)이 감지한다.When the lithium ion battery of the portable terminal starts charging, the battery voltage gradually increases. At this time, the input pin VIN of the sensing circuit U151 senses the charging voltage being charged.

이 때, 상기 충전 전압이 기준 전압(예를 들면, 4.3V)보다 낮으면 제1 논리 단계(Low)인 감지 신호를 출력핀(VOUT)을 통하여 출력한다.At this time, when the charging voltage is lower than the reference voltage (for example, 4.3V), the sensing signal, which is the first logic step Low, is output through the output pin VOUT.

그 후, 감지 신호가 제1 논리 단계(Low)이므로, 더블 트랜지스터(U152) 내 제2 트랜지스터(TR2)는 턴오프되고, 이에 따라 제1 베이스 단자(1B)는 제2 논리 단계(High)인 상태가 되어 제1 트랜지스터(TR1)는 턴온된다.Thereafter, since the sensing signal is the first logic step Low, the second transistor TR2 in the double transistor U152 is turned off, so that the first base terminal 1B is the second logic step High. In this state, the first transistor TR1 is turned on.

그 후, MOS 트랜지스터(U152)의 게이트 단자가 제1 논리 단계(Low)의 상태로 되므로, 충전 전류를 계속 도통시키게 된다.After that, the gate terminal of the MOS transistor U152 is brought into the state of the first logic step Low, so that the charging current continues to be conducted.

이 때, 충전 전압 스위칭부(240) 내에 장착된 MOS 트랜지스터(U152)는, 계속 턴오프 상태로 있으면서 동작하지 않게 된다.At this time, the MOS transistor U152 mounted in the charging voltage switching unit 240 is not operated while being kept in a turn-off state.

한편, 감지회로(U151)는, 충전 전압이 기준 전압(예를 들면, 4.3V)보다 높으면 제2 논리 단계(High)의 신호를 출력핀(VOUT)을 통하여 출력한다.Meanwhile, the sensing circuit U151 outputs the signal of the second logic step High through the output pin VOUT when the charging voltage is higher than the reference voltage (for example, 4.3V).

그 후, 감지 신호가 제2 논리 단계(High)이므로, 더블 트랜지스터(U152) 내 제2 트랜지스터(TR2)는 턴온되고, 이에 따라 제1 베이스 단자(1B)는 제1 논리 단계(Low)인 상태가 되어 제1 트랜지스터(TR1)는 턴오프된다.Thereafter, since the sensing signal is the second logic step High, the second transistor TR2 in the double transistor U152 is turned on, so that the first base terminal 1B is in the first logic step Low. The first transistor TR1 is turned off.

그 후, MOS 트랜지스터(U152)의 게이트 단자가 제2 논리 단계(High)의 상태로 되므로, 충전 전류를 차단시키게 된다.Thereafter, the gate terminal of the MOS transistor U152 is in the state of the second logic step High, thereby blocking the charging current.

만약, 충전 전압이 기준 전압(예를 들면, 4.3V)보다 높음에도 불구하고, 감지회로(U151)가 동작하지 않으면, 제2 논리 단계(High)인 스위치 제어 신호를 입력받아 턴온되고, 이에 따라 MOS 트랜지스터(U152)의 게이트 단자가 제2 논리 단계(High)의 상태로 되므로, 충전 전류를 차단시키게 된다.If the sensing voltage U151 does not operate even though the charging voltage is higher than the reference voltage (for example, 4.3 V), the switch control signal, which is the second logic stage High, is input and turned on. Since the gate terminal of the MOS transistor U152 is in the state of the second logic step High, the charging current is interrupted.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to the drawings shown.

본 발명은 전압 감지 오차가 심하여 감지를 못하거나 동작을 하지 않는 경우에, 과전압을 적절하게 차단할 수 있는 부가적인 스위치를 추가함으로써 과전압 차단 기능을 강화할 수 있는 장점이 있다.The present invention has the advantage that the overvoltage blocking function can be enhanced by adding an additional switch capable of appropriately blocking the overvoltage when the voltage sensing error is not detected and does not operate due to a severe voltage sensing error.

Claims (4)

충전 전압을 감지하고, 상기 충전 전압이 기준 전압보다 낮은지 높은지 여부에 따라 다른 논리 단계를 갖는 감지 신호를 생성하는 전압 감지부;A voltage sensing unit sensing a charging voltage and generating a sensing signal having a different logic step depending on whether the charging voltage is lower than or higher than a reference voltage; 상기 충전 전압이 기준 전압보다 높은 경우에 상기 전압 감지부가 동작하지 않으면 활성화되는 배터리 오프 신호를 입력받고, 상기 배터리 오프 신호가 활성화 된 경우에 차단 신호를 생성하는 강제 차단 스위칭부;A forced cutoff switching unit configured to receive a battery off signal that is activated when the voltage sensing unit does not operate when the charging voltage is higher than a reference voltage, and generate a cutoff signal when the battery off signal is activated; 상기 감지 신호 및 상기 차단 신호의 제어에 따라 다른 논리 단계를 갖는 스위치 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부; 및A switch controller for generating a switch control signal having a different logic step according to the control of the detection signal and the blocking signal; And 상기 스위치 제어 신호에 따라 충전 전압을 도통시키거나 차단시키는 스위칭 동작을 수행하는 충전 전압 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.And a charging voltage switching unit configured to perform a switching operation to turn on or off the charging voltage according to the switch control signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 강제 차단 스위칭부는,The forced cutoff switching unit, 베이스 단자로 상기 배터리 오프 신호를 입력받고, 에미터 단자는 접지되며, 컬렉터 단자로 차단 신호를 출력하는 트랜지스터A transistor for receiving the battery off signal to a base terminal, an emitter terminal to ground, and outputting a cutoff signal to a collector terminal 를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 방지 장치.Overvoltage prevention device comprising a. 삭제delete 삭제delete
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