KR100694049B1 - 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오동작을 방지하여 안정된 충전 동작을 실현하는 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전 회로에 관한 것이다. 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전회로는 충전전압 발생부, 감시부, 전류 리드부를 포함한다. 충전전압 발생부는 외부로부터 전압을 입력받아 배터리를 충전할 수 있는 전압을 발생하는 중에 외부로부터 전압을 입력받을 수 없는 이상 동작이 발생하면, 역류되는 배터리 전압을 차단하고, 입력되는 동작 중지 제어신호에 따라 내부 동작을 중지시킨다. 감시부는 충전전압 발생부로부터 검출된 전류를 감시하고, 이상 동작이 발생되었을 때 충전전압 발생부의 동작을 중지시키는 동작 중지 제어신호를 출력한다. 전류 리두부는 충전전압 발생부로부터 검출된 전류를 리드하여 그 결과를 CPU로 전송하여 CPU가 충전전압 발생부의 충전 동작을 제어하도록 한다. 본 발명에 따르면, 어떠한 경우의 이상 상태라 하더라도 충전 회로를 안정하게 동작시킬 수 있는 효과를 창출한다.

Description

이상 동작 방지 기능을 구비한 충전 회로{Charging circuit for prevention of abnormal operation}

도 1은 일반적인 충전 회로도이다.

도 2는 본 발명에 따른 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전 회로도이다.

본 발명은 전원회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오동작을 방지하여 안정된 충전 동작을 실현하는 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전 회로에 관한 것이다.

전자장치가 갈수록 첨단화, 휴대가능, 및 이용 가능하게 됨에 따라, 소비 시장은 제품 및 관련된 시스템으로부터 보다 많은 서비스를 요구하고 있다. 제품의 상호 연관성이 갈수록 커지고, 즉, 제품이 다른 장치에 접속되도록 설계되어 소정의 시스템에 보다 많은 기능을 제공하도록 설계되고 있다. 예를 들면, 휴대용 컴퓨터 및 퍼스널 디지털 지원장치(PDA)와 함께 사용하기 위한 무선 모뎀이 상업화되고 있다.

전형적인 데스크 톱 배터리 충전기는 배터리 콘택트와 상호 맞물리도록 한 개 또는 두 개의 배터리 수신 포켓과 충전기 콘택트를 제공한다. 상기 충전기는 충전기에 삽입된 충전 배터리와 결합하여 동작하는 전원, 조정기, 및 제어 회로를 구비한다. 일부의 경우, 특히 휴대용 컴퓨터의 경우, 충전기는 또한 제품을 위한 전원 공급장치로서의 역할을 한다. 이와 같은 많은 제품들은 외부의 전원 또는 충전기로부터 전력을 끌어들이고 내부적으로 장착된 배터리를 충전시키는 내부 충전 제어기를 구비한다..

충전기로 배터리를 충전시키는 중에 발생하는 이상상황 예를 들어, DC Jack이 빠져서 오픈 상태가 되면, 배터리의 전압이 충전기의 제어 회로로 역류되어 충전기의 제어 회로가 불안정 상태가 되며, 결과적으로 충전기가 오 동작하게 되는 경우가 발생된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 안정적으로 동작할 수 있는 범위를 만들어 회로가 불안정한 상태에서 정확하게 동작할 수 있도록 하고, 오동작이 발생하더라도 역류되는 배터리 전압을 차단하여 회로의 정밀도를 향상시키는 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전회로를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 이상 동작 방지 기능으르 구비한 충전 회로는 외부로부터 전압을 입력받아 배터리를 충전할 수 있는 전압을 발생하는 중에 외부로부터 전압을 입력받을 수 없는 이상 동작이 발생하면, 역류되는 상기 배터리 전압을 차단하고, 입력되는 동작 중지 제어신호에 따라 내부 동작을 중지시키는 충전전압 발생부; 상기 충전전압 발생부로부터 검출된 전류를 감시하고, 상기 이상 동작이 발생되었을 때 상기 충전전압 발생부의 동작을 중지시키는 동작 중지 제어신호를 출력하는 감시부; 및 상기 충전전압 발생부로부터 검출된 전류를 리드하여 그 결과를 CPU로 전송하여 상기 CPU가 상기 충전전압 발생부의 충전 동작을 제어하도록 하는 전류 리드부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 충전 전압 발생부는 상기 외부로부터 전압을 입력받는 제1단자, 정상 동작 시에는 상기 CPU로부터 동작 ON/OFF 신호를 입력받고 상기 이상 동작시 상기 감시부로부터 동작 중지 제어신호를 입력받는 제2단자, 피드백된 전압/전류 신호를 입력받는 제3단자, 상기 배터리 충전 전압을 출력하는 제4단자 및 접지인 제5단자로 구성된 레귤레이터(U1); 상기 제3 단자에 캐소드가 상기 제5단자에 애노드가 연결된 다이오드(D1); 상기 제4단자에 연결되어 소정의 전압을 유기하는 코일(L1); 상기 코일(L1)의 출력단자 및 상기 제5 단자에 연결되어 유기된 전압을 충/방전하는 콘덴서(C1); 상기 코일(L1)의 출력단자에 애노드가 연결되고 상기 배터리 전압의 역류를 차단하는 제2 다이오드(D2); 및 상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드 단자 및 상기 제5단자에 직렬로 연결되고 상기 출력 전압을 분압하여 상기 제3단자로 출력하는 분압저항(R1,R2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 감시부는 상기 제5단자 및 상기 분압저항(R2)에 연결된 상기 충전전압 발생부의 전류 감지 저항(Rs); 상기 전류 감지 저항(Rs) 및 기준 전압을 비교하는 비교기(IC1); 제어단자가 상기 기준전압과 연결되고 애노드 단자가 접지에 연결되며 상기 이상 동작이 발생되었을 때 동작 중지 제어신호가 캐소 드 단자를 통하여 상기 제2단자로 입력되는 제너 다이오드(IC3); 및 베이스가 상기 비교기(IC1)의 출력단자와 연결되고, 콜렉터가 상기 배터리 전압과 연결되어 에미터가 상기 제3단자와 연결되어 상기 배터리 전류를 스위칭 하는 트랜지스터(Q1)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전류 리드부는 제1 입력단자가 상기 전류 감지 저항(Rs)과 연결되고 제2 입력단자가 피드백된 비교 전류와 연결된어 상기 충전 전압 발생부의 전류를 비교하여 그 결과를 상기 CPU로 출력하는 비교기(IC2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 충전 회로도로서, Buck 레귤레이터(100), 과전류 보호부(110), 전류 리드부(120)를 포함한다.

레귤레이터(U1)는 외부(어댑터)로부터 전압(Vin)을 입력받는 입력단자, CPU로부터 동작 ON/OFF 신호를 입력받는 제어단자, 피드백된 전압/전류 신호를 입력받는 피드백(F/B)단자 배터리 충전 전압을 Vbtt를 출력하는 출력단자 및 접지단자로 구성되어 있다.

DC 전압 Vin이 레귤레이터(U1)로 입력되면, 스위칭 동작을 수행하여 배터리를 충전할 수 있는 출력전압 Vbatt를 발생하고 출력(Output) 단자를 통하여 출력한다.

레귤레이터(U1)의 출력단자 및 접지단자에 연결된 다이오드(D1), 레귤레이터(U1)의 출력단자에 연결된 코일(L1) 및 코일(L1)의 출력단자 및 레귤레 이터(U1)의 접지 단자에 연결된 콘덴서(C1)는 펄스 형태의 Vbatt를 직류 형태의 Vbatt로 변환시킨다. 그리고 분압저항(R1, R2)에 의해 분압된 전압은 레귤레이터(U1)의 F/B 단자로 입력된다.

레귤레이터(U1)는 피드백된 분압 전압 및 과전류 보호부(110)로부터 입력되는 전류로 출력전압 Vbatt의 듀티비를 가변시킨다.. 또한 레귤레이터(U1)는 CPU(미도시)로부터 제어단자를 통해 입력된 제어신호에 의해 ON/OFF 동작이 제어된다.

Buck 레귤레이터(100)에서 출력되는 전류는 전류 감지 저항(Rs)에 의해 검출되어 저항(R3)를 통하여 비교기(IC1)의 제1 입력단자로 입력된다. 또한 기준전압(V2)은 분압저항(R4, R5)에 의해 분압되어 비교기(IC1)의 제2 입력단자로 입력된다. 비교기(IC1)은 Buck 레귤레이터(100)의 검출 전류 및 기준 전압을 비교한다.

비교기(IC1)의 출력은 저항(R6)를 거처 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자로 입력되고, Buck 레귤레이터(100)의 출력전압 Vbatt이 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자로 입력되어 출력전압 Vbatt를 스위칭 하게 된다. 스위칭 결과로, 해당 전류가 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자를 통하여 레귤레이터(U1)의 F/B단자로 입력되고, 레귤레이터(U1)는 출력전압 Vbatt의 듀티비를 가변하여 출력함으로써 단락 또는 과부하에 대하여 회로를 보호하는 기능을 수행하게 된다.

Buck 레귤레이터(100)에서 출력되는 전류는 전류 감지 저항(Rs)에 의해 검출되어 비교기(IC2)의 제1 입력단자로 입력되고, 비교 결과가 저항(R7, R8)을 통하여 피드백된 비교 결과 신호가 비교기(IC2)의 제2 입력단자로 입력된다. 비교기(IC2) 는 이 신호들을 비교하여 전압 레벨로 변환시켜 CPU로 정보를 전달하고, CPU는 충전 회로의 동작 온/오프 여부를 결정하게 된다.

레귤레이터(U1)가 0∼0.8V 상태에서는 CPU가 제어 단자를 통하여 ON 신호를 입력하여 동작 상태 즉, 충전 상태가 된다. 그리고 레귤레이터(U1)가 2.4V∼3.3V 또는 5V 상태에서는 CPU가 제어 단자를 통하여 OFF 신호를 입력하여 동작하지 않는 상태 즉 충전완료 상태가 된다. 그러나, 만약에 레귤레이터(U1)의 제어단자가 ON과 OFF 중간 대역인 0,8V∼2.4V 구간이 발생한다면, 불안정안 발신 상태로 되어 내부 회로가 비정상적인 동작을 하게 된다.

이때 배터리(미도시)로부터 역전압이 유입되면, 레귤레이터(U1)는 손실이 급증하거나 최악의 경우 부품이 파손된다. 이러한 문제는 어댑터(미도시)로부터 전원(Vin)을 받아 충전회로를 동작시키고 있을 때 예기치 않게 AC 전원이 정전되거나, 어댑터의 DC Jack이 빠져서 제어 단자가 오픈 상태로 될 경우에 발생한다.

또한 비교기(IC1)의 기준 전압(V2)에 의해 과전류 동작점을 제어하기 때문에 이 전압의 정도가 낮으면 검출된 전류에 대하여 트랜지스터(Q1)를 제어하는 과전류 보호부(110)의 정밀도가 떨어지게 되는 문제점도 발생하게 된다.

따라서, 본원발명은 충전회로를 제어하는 신호의 레벨을 불안정한 상태에서 정확하게 동작할 수 있는 일정 범위로 만들어 레벨 불안정 시에 발생하는 오동작을 방지하고, 오동작이 발생하더라도 역류되는 배터리 전압을 차단하여 어떠한 이상상태라 하더라도 충전회로는 안정한 출력전압을 만들어 배터리에 공급할 수 있도록 하며, 과전류 보호부의 기준전압을 정확하게 안정화 시켜 동작의 정밀도를 높이기 위한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전 회로도로서, Buck 레귤레이터(200), 과전류 보호부(210), 전류 리드부(220)를 포함한다. 본원발명과 도 1의 차이점은, 우선 Buck 레귤레이터(200)에 역류되는 배터리 전압(Vbatt)을 차단하기 위한 다이오드(D2) 및 레귤레이터(U1)의 제어단자가 CPU 및 과전류 보호부(210)와 연결되어 있다는 것이다. 또한 과전류 보호부(210)에는 제너다이오드(IC3)가 더 구비되어 있어, 비정상적인 상태에서 레귤레이터(U1)의 제어 단자에 회로를 안정하게 OFF 시키는 OFF 전압을 출력키고, 비교기(IC1)에 안정된 기준전압(V2)를 공급한다.

청구범위에 충전 전압 발생부로 표기된 Buck 레귤레이터(200)는 어댑터로부터 전압을 받아 배터리를 충전할 수 있는 전압을 발생하는 중에 외부로부터 전압을 입력받을 수 없는 이상 동작이 발생하면, 역류되는 상기 배터리 전압을 차단하고, 입력되는 과전류 보호부(210)로부터의 동작 중지 제어신호에 따라 내부 동작을 중지시킨다.

청구범위에 감시부로 표기된 과전류 보호부(210)는 Buck 레귤레이터(200)로부터 검출된 전류를 감시하고, 이상 동작이 발생되었을 때 Buck 레귤레이터(200)의 동작을 중지시키는 동작 중지 제어신호를 출력한다.

전류 리드부(220)는 Buck 레귤레이터(200)로부터 검출된 전류를 리드하여 그 결과를 CPU로 전송하여 CPU가 Buck 레귤레이터(200) 충전 동작을 제어하도록 한다.

정상적인 상태에서, 본원발명(도 2)은 도 1과 동일하게 동작하므로 그 설명 을 생략하고, 이상 동작 발생 시에 이를 방지하는 본원발명의 동작을 설명한다.

본원발명에서 이상동작 즉 비정상적인 상태는 어댑터로부터 전원(Vin)을 받아 충전회로를 동작시키고 있을 때 예기치 않게 AC 전원이 정전되거나, 어댑터의 DC Jack이 빠져서 제어 단자가 오픈 상태가 된다.

비정상적인 상태에서 레귤레이터(U1)의 ON/OFF 제어 단자는 CPU로부터 정확하게 High 또는 Low 레벨을 받을 수 없게 된다. 이런 경우라 하더라도 과전류 보호부(210)의 제너 다이오드(IC3)에 의해 제공되는 정확한 기준전압이 저항(R5,R6)에 분압되어 레귤레이터(U1)가 확실하게 OFF 상태를 유지할 수 있도록 하는 전압(2.4V∼3.3V 또는 5V )으로 만들어 이상 동작을 하지 못하게 한다.

비정상적인 상태에서 레귤레이터(U1)가 발진하여 오동작을 할지라도, 코일(L1)의 출력 단자 및 배터리 전압 단자 사이에 다이오드(D2)가 연결되어 있어, 역류되는 배터리 전압(Vbatt)를 차단할 수 있게 된다.

또한 안정된 기준전압(V2)를 과전류 검출부(210)의 비교기(IC1)에 공급하기 때문에 회로의 과전류 동작 정밀도를 높일 수 있게 되어 보다 안정된 충전 회로 구성이 가능하게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위 에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 어떠한 경우의 이상 상태라 하더라도 충전 회로를 안정하게 동작시킬 수 있는 효과를 창출한다.

Claims (4)

1. 외부로부터 전압을 입력받아 배터리를 충전할 수 있는 전압을 발생하는 중에 외부로부터 전압을 입력받을 수 없는 이상 동작이 발생하면, 역류되는 상기 배터리 전압을 차단하고, 입력되는 동작 중지 제어신호에 따라 내부 동작을 중지시키는 충전전압 발생부;

   상기 충전전압 발생부로부터 검출된 전류를 감시하고, 상기 이상 동작이 발생되었을 때 상기 충전전압 발생부의 동작을 중지시키는 동작 중지 제어신호를 출력하는 감시부; 및

   상기 전압 발생부로부터 검출된 전류를 리드하여 그 결과를 CPU로 전송하여 상기 CPU가 상기 충전전압 발생부의 충전 동작을 제어하도록 하는 전류 리드부를 포함하고,

   상기 충전전압 발생부는,

   상기 외부로부터 전압을 입력받는 제1단자, 정상 동작 시에는 상기 CPU로부터 동작 ON/OFF 신호를 입력받고 상기 이상 동작시 상기 감시부로부터 동작 중지 제어신호를 입력받는 제2단자, 피드백된 전압/전류 신호를 입력받는 제3단자, 상기 배터리 충전 전압을 출력하는 제4단자 및 접지인 제5단자로 구성된 레귤레이터(U1);

   상기 제3 단자에 캐소드가 상기 제5단자에 애노드가 연결된 다이오드(D1);

   상기 제4단자에 연결되어 소정의 전압을 유기하는 코일(L1);

   상기 코일(L1)의 출력단자 및 상기 제5 단자에 연결되어 유기된 전압을 충/방전하는 콘덴서(C1);

   상기 코일(L1)의 출력단자에 애노드가 연결되고 상기 배터리 전압의 역류를 차단하는 제2 다이오드(D2); 및

   상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드 단자 및 상기 제5단자에 직렬로 연결되고 상기 출력 전압을 분압하여 상기 제3단자로 출력하는 분압저항(R1,R2)을 포함하고,

   상기 감시부는,

   상기 제5단자 및 상기 분압저항(R2)에 연결된 상기 충전전압 발생부의 전류 감지 저항(Rs);

   상기 전류 감지 저항(Rs) 및 기준 전압을 비교하는 비교기(IC1);

   제어단자가 상기 기준전압과 연결되고 애노드 단자가 접지에 연결되며 상기 이상 동작이 발생되었을 때 동작 중지 제어신호가 캐소드 단자를 통하여 상기 제2단자로 입력되는 제너 다이오드(IC3); 및

   베이스가 상기 비교기(IC1)의 출력단자와 연결되고, 콜렉터가 상기 배터리 전압과 연결되어 에미터가 상기 제3단자와 연결되어 상기 배터리 전류를 스위칭하는 트랜지스터(Q1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전회로.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 전류 리드부는

   제1 입력단자가 상기 전류 감지 저항(Rs)과 연결되고 제2 입력단자가 피드백된 비교 전류와 연결된어 상기 충전 전압 발생부의 전류를 비교하여 그 결과를 상기 CPU로 출력하는 비교기(IC2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상 동작 방지 기능을 구비한 충전회로.

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