KR100679970B1 - 충방전제어용 반도체장치 - Google Patents

충방전제어용 반도체장치 Download PDF

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Abstract

이상충전전류를 검출한 뒤에도 여러 차례 사용 가능한 2차전지의 충방전제어용 반도체장치에서, 이상충전전류의 검출을 위한 전류퓨즈를 사용하지 않고, 스위칭소자의 온상태의 저항치를 이용해 이상충전전류를 검출한다.

Description

충방전제어용 반도체장치{CHARGE/DISCHARGE CONTROLLING SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은 본 발명의 보호IC와 보호장치의 회로도.
도 2는 종래의 보호IC와 보호장치의 회로도.
도 3은 본 발명의 과충전검출회로의 도식도.
도 4는 본 발명의 과방전검출회로의 도식도.
도 5는 본 발명의 과전류검출회로의 도식도.
도 6은 본 발명의 레벨변환회로의 도식도.
도 7은 본 발명의 이상충전전류 검출회로의 도식도.
도 8은 본 발명의 홀딩회로의 도식도.
도 9는 본 발명의 OR-NAND회로의 도식도.
<도면의 주요부분에 대한 도면의 설명>
1 : 보호IC 2 : 2차전지 정극 접속단자
3 : 2차전지 부극 접속단자
4 : 방전전류 제어 스위칭소자 접속단자
5 : 충전전류 제어 스위칭소자 접속단자
6 : 충전기 부극 접속단자 7 : 과충전검출회로
8 : 과방전검출회로 10 : 레벨변환회로
11 : 이상충전전류 검출회로 12, 13 : NAND회로
14 : NOR회로 15 : 2차전지
16 : 방전전류 제어 스위칭소자 17 : 충전전류 제어 스위칭소자
19 : 충전기 정극 접속단자 20 : 충전기 부극 접속단자
22 : 전류퓨즈 23 : 홀딩회로
24 : 과충전검출전압 조정용 분할저항
25 : 기준전압회로 26 : 비교기
27 : 과방전검출전압 조정용 분할저항
28 : 기준전압회로 29 : 비교기회로
30 : 기준전압회로 31 : 비교기회로
32, 33 : P 채널 트랜지스터 34, 35 : N 채널 트랜지스터
36 : 인버터회로 37 : 오프셋전압발생회로
38 : 비교기회로 39, 40 : 인버터회로
41 : OR-NAND회로 42, 43, 44 : P 채널 트랜지스터
45, 46, 47 : N 채널 트랜지스터
A : 과충전검출회로의 출력신호선 B : 과방전검출회로의 출력신호선
C : 과전류검출회로의 출력신호선 D : 레벨변환회로의 입력신호선
E : 충전기부극전위의 입력신호선 F : 레벨변환회로의 출력신호선
G : 이상충전전류 검출회로의 출력신호선
H : 홀딩회로의 입력신호선 I : 홀딩회로의 출력신호선
J, K : OR-NAND회로의 OR입력신호선
본 발명은 충전기로부터 2차전지에의 충전전류가 비정상적으로 큰 경우(이상충전전류의 경우)에 있어서의 2차전지의 보호에 관한 것이다.
도 2는 2차전지의 충전 및 방전에 대한 종래의 보호IC와 보호장치를 도시한 것이다. 종래의 보호장치는 종래의 IC(21)와 방전전류 제어 스위칭소자(16), 충전전류 제어 스위칭소자(17)와 전류퓨즈(22)로 이루어진다. 종래의 보호IC(21)는 과충전검출회로(7), 과방전검출회로(8), 과전류검출회로(9), 레벨변환회로(10), NOR회로로 이루어진다. 보호IC(21)는 방전전류 제어 스위칭소자(16)와 충전전류 제어 스위칭소자(17)의 온/오프 동작을 제어하여 2차전지(15)가 과대전압으로까지 충전되는 것을 방지하는 기능(과충전보호기능)과 2차전지(15)가 과소전압으로까지 방전되는 것을 방지하는 기능(과방전보호기능), 그리고 2차전지(15)가 과대전류를 방전시키는 것을 방지하는 기능(과전류보호기능)을 갖고 있다.
충전기로부터 2차전지(15)에 과대전류가 흐르는 것을 방지하는 기능(이상충전전류보호기능)을 실현하기 위해서, 종래의 보호장치는 2차전지 정극 접속단자(2)와 충전기 정극 접속단자(19)의 사이에 전류퓨즈(22)를 배치하여, 큰 충전전류(이상충전전류)가 흐르면 전류퓨즈(22)가 절단되도록 구성된다.
종래의 전류퓨즈(22)를 사용할 경우, 한번이라도 이상충전전류가 검출되면 보호장치를 포함한 2차전지를 다시 사용할 수 없게 된다는 문제가 생긴다. 또한, 전류퓨즈의 저항성분의 발열에 의해 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한 전류퓨즈를 추가하는 것에 따라 부품의 수가 늘어나 설치면적도 커져, 저비용화, 소형화와 경량화를 방해하는 문제가 생긴다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해서, 전류퓨즈를 사용하지 않고 스위칭소자의 온상태의 저항치를 사용해 이상충전전류를 검출하는 충방전제어용 반도체장치를 제공하도록 하였다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 충전기로부터 2차전지로 흐르는 충전전류와 2차전지에서 부하로 흐르는 방전전류를 제어하는 장치에 있어서, 스위칭소자의 온상태의 저항치를 사용해 이상충전전류를 검출한 뒤 충전기가 분리될 때까지 이상충전전류 검출상태가 홀딩된다.
이제, 첨부한 도면을 참고해 본 발명의 실시예를 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보호IC와 보호장치를 도시한 것이다. 본 발명의 보호장치는 보호IC(1), 방전전류 제어 스위칭소자(16)와 충전전류 제어 스위칭소자(17)로 이루어진다. 보호IC(1)는 과충전검출회로(7), 과방전검출회로(8), 과전류검출회로(9), 레벨변환회로(10), 이상충전전류 검출회로(11), NOR회로(14), NAND회로(12, 13), 홀딩회로(23) 등으로 이루어진다. 보호IC(1)는 방전전류 제어 스위칭소자(16)와 충전전류 제어 스위칭소자(17)의 온/오프 동작을 제어하여 2차전지(15)가 과대전압으로까지 충전되는 것을 방지하는 기능(과충전보호기능)과 2차전지(15)가 과소전압으로까지 방전되는 것을 방지하는 기능(과방전보호기능), 2차전지(15)가 과대전류를 방전시키는 것을 방지하는 기능(과전류보호기능), 그리고 충전기로부터 2차전지(15)로 과대한 충전전류가 흐르는 것을 방지하는 기능(이상충전전류보호기능)을 갖고 있다.
과충전검출회로(7)는 2차전지 정극 접속단자(2)와 2차전지 부극 접속단자(3) 사이의 전압이 원하는 전압(예를 들면, 4.2V) 이상이 되면 레벨변환회로(10)를 통해 충전전류 제어 스위칭소자(17)를 오프시키도록 설계된다.
레벨변환회로(10)는 충전전류 제어 스위칭소자 접속단자(5)의 저레벨을 충전기 부극 접속단자(20)의 전위로 변환하도록 설계된다.
과방전검출회로(8)는 2차전지 정극 접속단자(2)와 2차전지 부극 접속단자(3) 사이의 전압이 원하는 전압(예를 들면, 2.3V) 이하가 되면 방전전류 제어 스위칭소자(16)를 오프시키도록 설계된다.
과전류검출회로(9)는 충전기 부극 접속단자(20)의 전압이 2차전지 부극 접속단자(3)에 대해 원하는 전압(예를 들면, +0.2V) 이상이 되면 방전전류 제어 스위칭소자(16)를 오프시키도록 설계된다.
저항기(18)는 충전기의 정극과 부극이 반대로 접속되었을 때 흐르는 전류를 제한하도록 설계되며, 보통 1
Figure 112000007471777-pat00001
부터 1
Figure 112000007471777-pat00002
정도의 값을 갖는다.
이상충전전류 검출회로(11)는 충전기 부극 접속단자(20)의 전압이 2차전지 부극 접속단자(3)에 대해 원하는 전압치(예를 들면, -0.4V) 이하가 되면 충전전류 제어 스위칭소자(17)를 오프시키도록 설계된다.
이 예에서, 도 1의 방전전류 제어 스위칭소자(16)가 이상충전전류 검출회로(11)의 검출전압구간(도 1의 충전기 부극 접속단자(20)와 2차전지 부극 접속단자(3)의 사이) 내에 포함되는 경우, 원하는 충전전류(예를 들면, 2A 이상의 충전전류)로 이상충전전류를 검출하기 위해, 방전전류 제어 스위칭소자(16)가 온인지 오프인지에 따라 이상충전전류 검출전압을 변화시켜야 한다. 왜냐하면, 도 1과 같이 방전전류 제어 스위칭소자(16)가 이상충전전류 검출회로(11)의 검출전압구간(도 1의 충전기 부극 접속단자(20)와 2차전지 부극 접속단자(3)의 사이) 내에 포함되는 경우는, 같은 충전전류가 흐르더라도 방전전류 제어 스위칭소자(16)가 온인 경우와 오프인 경우에 스위칭소자의 저항치는 10자리 수 이상으로 다르기 때문에, 결과적으로 이상충전검출회로(11)의 검출전압구간에 발생하는 전압은 크게 다르기 때문이다.
그래서, 본 발명에서는 방전전류 제어 스위칭소자(16)가 온일 때만 이상충전전류를 검출하기 때문에, 이상충전전류 검출전압을 고정시킬 수 있다.
도 1의 실시예에서는, NAND회로(12)에 의해 방전전류 제어 스위칭소자(16)가 온이 되고 충전기 부극 접속단자(20)의 전압이 2차전지 부극 접속단자(3)의 전압에 대해 원하는 전압치(예를 들어, -0.4V) 이하가 될 때, 충전전류 제어 스위칭소자(17)가 오프된다.
또한, 도 1의 실시예에서는, 홀딩회로(23)에 의해 이상충전전류를 검출한 뒤 충전기가 분리될 때까지(이상충전전류가 해제될 때까지) 방전전류 제어 스위칭소자의 온/오프에 관계없이 이상충전전류 검출상태를 홀딩하여, 이상충전기가 접속되어 있는 동안에는 항상 이상충전전류 보호기능이 효과적이게 하였다.
이상충전전류 검출상태를 홀딩하는 회로(홀딩회로(23))가 없는 경우, 과방전검출전압 이하의 2차전지에 이상충전기가 접속되면, 아래의 (1)~(9)의 동작을 반복해 발진한다.
(1) 이상충전기가 과방전검출전압 이하의 2차전지에 접속되면 과대한 충전전류가 흐른다.
(2) 이상충전전류와 2차전지의 내부 임피던스에 의해 2차전지의 전압은 과방전해제전압 이상으로 상승한다.
(3) 보호IC는 과방전을 해제하여 방전전류 제어 스위칭소자를 온시킨다.
(4) 방전전류 제어 스위칭소자가 온이 되었기 때문에 이상충전전류의 검출이 시작된다.
(5) 이상충전전류를 검출하여 방전전류 제어 스위칭소자를 오프시킨다.
(6) 충전전류 제어 스위칭소자가 오프이기 때문에 충전전류가 없어져, 2차전지의 전압이 과방전검출전압 이하로 내려간다.
(7) 보호IC는 과방전을 검출하여 방전전류 제어 스위칭소자를 오프시킨다.
(8) 방전전류 제어 스위칭소자가 오프되면 이상충전전류 검출이 무효하게 되어, 충전전류 제어 스위칭소자는 온이 된다.
(9) 충전전류 제어 스위칭소자가 온이면, 다시 이상충전기로부터의 충전이 시작되어 동작 (1)로 되돌아간다.
이상충전전류 검출상태를 홀딩하는 회로가 있으면, 동작 (8)에서 이상충전전류상태가 홀딩되기 때문에, 발진이 정지한다.
또한, 홀딩회로(23)를 사용하지 않더라도, 이상충전전류를 검출한 뒤 과방전검출기능이 정지하면(이상충전전류를 검출한 뒤 방전전류 제어 스위칭소자를 오프하지 않도록 하면), 이상충전기가 과방전검출전압 이하의 2차전지에 접속된 경우의 발진을 막는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예를 보여주는 도 1의 회로 블록(7~11, 23)의 특수예가 도 3 내지 9에 도시되어 있다. 도 3 내지 9에 도시된 어떠한 회로라도 본 발명이 의도하는 것을 실현한다면 본 발명에 적용될 수 있다. 본 발명은 청구항에 나타낸 개념에 따라 구성된 보호IC 및 보호장치에 관계하는 것이므로, 본 발명의 개념을 실현하는 수단에 의해 한정되지 않는다.
위에 설명한 것처럼, 본 발명에 따르면, 전류퓨즈를 사용하지 않고 스위칭소자의 온상태의 저항치를 사용해 이상충전전류를 검출함으로써, 몇 번이라도 이상충전전류를 검출하는 것이 가능해져, 이상충전전류 검출 후 보호장치를 다시 사용할 수 없게 되는 경우가 없어진다. 또한, 전류퓨즈와 같이 여분의 저항성분에 의한 발열이 없어져, 방전효율이 향상된다. 또한, 전류퓨즈가 불필요하기 때문에 부품 수가 감소하여, 설치면적도 작아져, 비용을 낮추고 크기와 무게를 감소시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시예의 상기 설명을 도면과 설명으로 나타내었다. 본 발명을 설명된 정확한 형태로 철저히 한정하지는 않고, 상기 설명에서 변형이 가능하며 또는 본 발명의 실시로부터 변형이 채용될 수 있다. 숙련된 기술자가 심사숙고하여 특별한 사용에 잘 맞도록 다양한 실시예와 변형으로 본 발명을 이용할 수 있도록 본 발명의 원리와 그 기술의 실제 적용을 설명하기 위해 상기 실시예가 선택되어 설명되었다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항과 등가물에서 정의된다.

Claims (4)

  1. 적어도 하나의 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 충전기로부터 2차전지로 흐르는 충전전류와 2차전지로부터 부하로 흐르는 방전전류를 제어하는 충방전제어용 반도체장치에 있어서,
    상기 스위칭소자에 접속되어 상기 스위칭소자의 온상태의 저항치를 사용하여 이상충전전류를 검출하는 이상충전전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전제어용 반도체장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이상충전전류 검출부는 방전전류 제어 스위칭소자가 온일 때에만 이상충전전류 검출을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 충방전제어용 반도체장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이상충전전류 검출부가 상기 이상충전전류를 검출한 후, 상기 충전기가 상기 2차전지로부터 분리될 때까지 이상충전전류 검출상태를 홀딩하는 홀딩회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전제어용 반도체장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이상충전전류 검출부가 상기 이상충전전류를 검출한 후, 상기 충전기가 상기 2차전지로부터 분리될 때까지 과방전검출기능이 정지하는 것을 특징으로 하는 충방전제어용 반도체장치.
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