KR100715401B1

KR100715401B1 - 배터리 충전기 및 배터리 충전 방법

Info

Publication number: KR100715401B1
Application number: KR1020060009991A
Authority: KR
Inventors: 이원우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-05-07
Also published as: US20070182375A1

Abstract

정전류 모드에서 안정적인 충전 전류를 공급하는 배터리 충전기를 제공한다.

배터리 충전기는 배터리를 충전시키는 제1 전류를 공급하는 제1 전류원과, 상기 제1 전류원과 전류 미러를 구성하며, 피드백 부하에 제2 전류를 공급하는 제2 전류원과, 상기 제1 전류의 크기를 센싱하는 전류 센서와, 상기 전류 센서의 출력 신호를 이용하여 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기와, 상기 피드백 부하의 단자 전압과 상기 기준 전압에 기초하여, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 크기가 일정하도록 상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원이 제어하는 전류원 제어기를 포함한다.

배터리 충전, 충전 전류, 전류 센서, 충전 모드, 기준 전압 생성기

Description

배터리 충전기 및 배터리 충전 방법{Battery charger, and method for battery charging}

도 1은 종전의 정전류 충전 회로를 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전기를 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전기를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 충전기를 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서를 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 전압 생성기를 보여주는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 컨트롤러를 보여주는 도면이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기준 전압 생성기를 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전기의 동작을 보여주는 그래프이다.

본 발명은 배터리 충전 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전류 충전 모드에서 안정적인 충전 전류를 유지하는 배터리 충전 방법과 이를 위한 배터리 충전기에 관한 것이다.

노트북, 디지털 캠코더, 디지털 카메라, 휴대폰과 같은 모바일 장치의 사용이 증가하고 있다. 모바일 장치에 포함된 전원 시스템은 어댑터를 사용할 수 없는 장소에서도 시스템에 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 배터리를 사용한다. 모바일 장치의 전원 시스템을 위한 배터리 중에는 충전기를 통해 재충전이 가능한 것이 있다. 2차 전지로 불리기도 하는 재충전할 수 있는 배터리는 충전기를 통해 재충전될 수 있다.

정전류 모드로 배터리를 충전할 때, 설정된 크기의 정확한 충전 전류를 유지하는 것은 여러 가지 장점을 갖는다. 정확한 충전 전류를 유지함으로써 배터리 충전 시스템이 안정적으로 동작할 수 있다. 또한 정확한 충전 전류를 유지하는 배터리 충전기는 충전에 소요되는 시간을 높은 정확도로 예측하여 사용자에게 제공할 수 있다.

도 1은 종전의 정전류 충전 회로를 보여주는 도면이다.

정전류 충전 회로는 트랜지스터(11)와 저항(12)으로 구성된 정전류 회로(1)와, 저항(21)으로 구성된 전류 검출 회로(2), 및 아날로그 디지털 변환기들(31, 32)과 디지털 아날로그 변환기(33) 및 CPU(34)로 구성된 전류 제어 회로(3)를 포함한다.

도 1의 정전류 충전 회로는 정전류 충전 모드로 충전 전류를 제공할 수 있지 만, 배터리의 최대 충전 전압을 제한할 수 없다. 따라서 도 1의 정전류 충전 회로로는 배터리의 과충전을 방지할 수 없다.

도 1의 정전류 충전 회로는 BJT 트랜지스터의 베이스 전압을 조절함으로써 정전류를 생성한다. BJT 트랜지스터는 베이스 전압의 작은 변화에도 전류 값이 크게 변하며, 온도에 민감한 특성을 갖는다. 따라서 도 1과 같은 구조의 정전류 충전 회로는 정밀하게 설정된 충전 전류를 제공하거나 안정적인 충전 전류를 공급하기에 곤란할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 정전류 충전 모드에서 안정적인 충전 전류를 공급할 수 있는 배터리 충전 방법 및 이를 위한 배터리 충전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 정전류 충전 모드에서 공급되는 충전 전류의 크기를 손쉽게 설정할 수 있는 배터리 충전 방법 및 이를 위한 배터리 충전기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 정전류 충전 모드에서 안정적인 충전 전류를 제공하면서, 배터리의 과충전을 방지할 수 있는 배터리 충전 방법 및 이를 위한 배터리 충전기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

그렇지만 이상의 목적은 예시적인 것으로서 본 발명은 목적은 이에 한정되지는 않는다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전기는 배터리를 충전시키는 제1 전류를 공급하는 제1 전류원과, 상기 제1 전류원과 전류 미러를 구성하며, 피드백 부하에 제2 전류를 공급하는 제2 전류원과, 상기 제1 전류의 크기를 센싱하는 전류 센서와, 상기 전류 센서의 출력 신호를 이용하여 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기와, 상기 피드백 부하의 단자 전압과 상기 기준 전압에 기초하여, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 크기가 일정하도록 상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원이 제어하는 전류원 제어기를 포함한다.

상기 전류 센서는 전류가 흐르는 저항, 및 상기 저항 양단의 전압차를 증폭하여 상기 출력 신호를 생성하는 증폭기로 구현될 수 있다. 상기 저항에 흐르는 전류는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합전류, 상기 제1 전류, 또는 상기 제2 전류일 수 있다.

상기 기준 전압 생성기는 상기 출력 신호를 설정된 목표 값과 비교하고, 상기 출력 신호와 상기 목표 값의 차이에 따라 상기 기준 전압을 조정하여 출력한다.

일 실시예에 있어서, 상기 기준 전압 생성기는 상기 출력 신호를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기와, 상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값과 비교하여 디지털 기준 전압을 생성하는 디지털 컨트롤러, 및 상기 디지털 기준 전압을 상기 기준 전압으로 변환하는 디지털 아날로그 변환기를 포함할 수 있다.

상기 디지털 컨트롤러는 상기 목표 값을 저장하는 제1 레지스터와, 상기 디지털 기준 전압을 저장하는 제2 레지스터와, 상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값을 비교하는 비교기, 및 상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값의 비교 결과에 따라 상기 디지털 기준 전압을 업데이트시키는 레지스터 업데이터를 포함할 수 있다. 상기 레지스터 업데이터는 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 큰 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 낮추고, 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 작은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 높이며, 상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값이 같은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 유지시킨다.

다른 실시예에 있어서, 상기 기준 전압 생성기는 상기 목표 값을 저장하는 제1 레지스터와, 상기 디지털 기준 전압을 저장하는 제2 레지스터와, 상기 목표 값을 아날로그화하는 제1 디지털 아날로그 변환기와, 상기 출력 신호와 상기 아날로그화된 목표 값을 비교하는 비교기와, 상기 비교 결과를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기와, 상기 디지털화된 비교 결과에 따라 상기 디지털 기준 전압을 업데이트시키는 레지스터 업데이터, 및 상기 디지털 기준 전압을 상기 기준 전압으로 변환하는 제2 디지털 아날로그 변환기를 포함한다. 상기 레지스터 업데이터는 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 큰 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 낮추고, 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 작은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 높이며, 상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값이 같은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 유지시킨다.

상기 배터리 충전기는 상기 배터리의 최대 충전 전압을 제한하는 충전 전압 제한부를 더 포함할 수 있다. 상기 충전 전압 제한부는 상기 배터리의 단자 전압을 검출하는 전압 레벨 검출부, 및 상기 배터리의 단자 전압에 대응되는 제3 전류 를 상기 피드백 부하에 제공하는 제3 전류원을 포함한다. 상기 전압 레벨 검출부가 검출한 상기 배터리 단자 전압이 제한 전압에 도달한 경우에 상기 기준 전압 생성기는 비활성화된다. 상기 전압 레벨 검출부가 검출한 상기 배터리 단자 전압이 제한 전압에 도달하면 상기 제3 전류원은 상기 제3 전류를 제공하며, 상기 제3 전류는 상기 배터리의 단자 전압에 비례하는 증가한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법은 배터리를 충전시키는 제1 전류, 및 상기 제1 전류와 미러링되며 피드백 부하로 흐르는 제2 전류를 공급하는 단계와, 상기 제1 전류의 크기를 센싱하는 단계와, 상기 센싱 결과를 이용하여 기준 전압을 생성하는 단계, 및 상기 피드백 부하의 단자 전압과 상기 기준 전압에 기초하여, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 크기가 일정하게 유지하는 단계를 포함한다.

상기 기준 전압을 생성하는 단계는 상기 센싱 결과와 설정된 목표 값을 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 상기 기준 전압을 조정하여 출력하는 단계를 포함한다.

상기 기준 전압을 조정하여 출력하는 단계는 상기 센싱 결과가 상기 설정된 목표 값보다 큰 경우에 상기 기준 전압을 한 단계 낮추고, 상기 센싱 결과가 상기 설정된 목표 값보다 작은 경우에 상기 기준 전압을 한 단계 높이며, 상기 센싱 결과가 상기 설정된 목표 값과 같은 경우에 상기 기준 전압을 유지시킨다.

상기 배터리 충전 방법은 상기 배터리의 최대 충전 전압을 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리의 최대 충전 전압을 제한하는 단계는 상기 배터 리의 단자 전압을 검출하는 단계, 및 상기 배터리의 단자 전압에 대응되는 제3 전류를 상기 피드백 부하에 공급하는 단계를 포함한다.

상기 배터리 단자 전압이 제한 전압에 도달하면, 상기 피드백 부하에 상기 제3 전류의 공급이 시작되며, 상기 제3 전류는 상기 배터리의 단자 전압에 비례하는 증가한다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 동일한 참조부호를 동일한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

배터리 충전기는 전류 미러를 구성하는 제1 및 제2 전류원(210, 211)과, 전류 센서(230)와, 전류 센서(230)의 출력 신호(센싱 결과)를 이용하여 기준 전압(Vref)을 생성하는 기준 전압 생성기(240) 및 상기 제1 및 제2 전류원(210, 211)이 생성하는 전류(I1, I2)의 크기를 제어하는 전류원 제어기(220)를 포함한다. 또한 배터리 충전기는 배터리(260)의 최대 충전 전압을 제한하기 위한 충전 전압 제한부(250)를 더 포함할 수 있다.

제1 전류원(210)은 배터리(260)에 충전 전류(I1)를 공급한다. 제2 전류원(211)과 피드백 부하(R) 및 전류원 제어기(220)는 충전 전류(I1)를 일정하게 유지시킨다.

정전류 충전 모드에서 충전 전류(I1)를 일정하게 유지시키는 동작은 다음과 같다.

전류원 제어기(220)는 기준 전압(Vref)과 피드백 부하의 단자 전압인 부하 노드 전압(V2)을 비교한다. 제1 및 제2 전류원(210, 211)은 전압제어 전류원(Voltage Controlled Current Source)이며 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)에 따라 공급하는 전류(I1, I2)의 크기가 달라진다.

일 실시예에 있어서, 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 증가하면 제1 및 제2 전류원(210, 211)의 전류(I1, I2)는 감소한다. 예를 들어, 전류(I2)가 증가하면 부하 노드의 전압(V2)이 커지게 된다. 기준 전압(Vref)이 일정한 값을 갖는다고 했을 때, 부하 노드의 전압(V2)이 커지면 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 증가한다. 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 증가하면 전류(I2)는 감소한다. 마찬가지로 전류(I2)가 감소하면 부하 노드의 전압(V2)이 작아지게 된다. 기준 전압(Vref)이 일정한 값을 갖는다고 했을 때, 부하 노드의 전압(V2)이 작아지면 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 감소한다. 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 감소하면 전류(I2)는 증가한다. 결과적으로 전류(I2)의 크기는 일정한 값을 유지한다. 전류(I2)가 일정한 값을 유지하므로 충전 전류(I1)도 일정한 값을 유지한다.

다른 실시예에 있어서, 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 증가하면 제1 및 제2 전류원(210, 211)의 전류(I1, I2)는 증가한다. 이 경우에 전류원 제어기(220)의 + 입력 단자에는 기준 전압(Vref)을 입력하고 - 입력 단자에는 부하 노드의 전압(V2)을 입력한다. 예를 들어, 전류(I2)가 증가하면 부하 노드의 전압(V2)이 커지게 된다. 기준 전압(Vref)이 일정한 값을 갖는다고 했을 때, 부하 노드의 전압(V2)이 커지면 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 감소한다. 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 감소하면 전류(I2)는 감소한다. 마찬가지로 전류(I2)가 감소하면 부하 노드의 전압(V2)이 작아지게 된다. 기준 전압(Vref)이 일정한 값을 갖는다고 했을 때, 부하 노드의 전압(V2)이 작아지면 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 커진다. 전류원 제어기(220)의 출력 전압(V3)이 증가하면 전류(I2)는 증가한다. 결과적으로 전류(I2)의 크기는 일정한 값을 유지한다. 전류(I2)가 일정한 값을 유지하므로 충전 전류(I1)도 일정한 값을 유지한다.

이와 같이 배터리 충전기는 정전류 충전 모드에서 전류 미러를 구성하는 제1 및 제2 전류원(210, 211)과, 기준 전압 생성기(240) 및 피드백 부하(R)에 의해 일정한 충전 전류를 공급할 수 있다. 미리 설정된 충전 전류(I1)의 크기가 어떤 원인에 의해 변동될 수도 있는데, 이와 같은 충전 전류(I1)의 변동은 기준 전압(Vref)을 제어함으로써 줄일 수 있다. 도 2의 전류 센서(230)는 제1 전류원(210)의 전류(I1)와 제2 전류원(211)의 전류(I2)의 합전류를 센싱한다. 전류원 노드의 전류는 배터리(260)에 공급되는 충전 전류인 제1 전류원(210)의 전류(I1)의 크기와 관계된다. 예를 들어, 제1 및 제2 전류원(210)의 전류비가 1:1이 되도록 전류 미러가 구현된 경우에 전류원 노드의 전류의 크기는 전류(I1)의 2배가 된다. 따라서 전류 센서(230)는 전류원 노드에 흐르는 전류들(I1, I2)의 합전류를 센싱함으로써 충전 전류(I1)를 직접 센싱한 것과 마찬가지로 배터리(260)에 공급되는 충전 전류(I1)의 크기를 센싱할 수 있다.

전류 센서(230)는 센싱 결과를 전압으로 출력한다. 전류 센서(230)의 출력 전압(출력 신호)은 기준 전압 생성기(240)에 제공된다. 전류 센서(230)에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.

기준 전압 생성기(240)는 전류 센서(230)의 출력 전압을 이용하여 기준 전압(Vref)을 생성한다. 기준 전압 생성기(240)에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.

배터리 충전기에서 전류 센서는 충전 전류의 크기 변동에 대한 정보를 얻는데 이용된다. 도 2의 배터리 충전기에서 전류 센서(230)는 배터리 충전 전압(VCHG)이 공급되는 전원 단자와 전류원 노드 사이에 위치하지만 그 위치는 바뀔 수 있다. 전류 센서의 위치가 바뀐 배터리 충전기에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.

정전압 충전 모드에서 충전 노드 전압(V1)을 일정하게 유지시키는 동작은 다음과 같다.

정전류 충전 모드에서 충전 전류(I1)가 배터리(260)에 공급되면 충전 노드 전압(V1)은 상승한다. 전압 레벨 검출기(253)는 배터리(260)의 단자 전압인 충전 노드 전압(V1)을 검출한다.

충전 노드 전압(V1)이 제한 전압에 도달하면, 전압 전류 변환기(252)는 충전 노드 전압(V1)을 전류로 변환하고, 제3 전류원(251)은 변환된 전류(I3)를 피드백 부하(R)에 제공한다. 전류(I3)는 충전 노드 전압(V1)이 제한 전압에 도달한 시점부터 피드백 부하(R)에 공급되며, 충전 노드 전압(V1)이 증가하면 전류(I3)의 크기도 증가한다.

기준 전압(Vref)이 일정한 값을 가질 때 부하 노드 전압(V2)도 일정한 값을 가지며, 부하 노드 전압(V2)은 수학식 1에 의해 결정된다.

[수학식 1]

부하 노드 전압(V2)이 일정한 값을 가지므로 전류(I2)와 전류(I3)의 합은 일정한 값을 갖는다.

따라서 정전압 충전 모드에서 충전 노드 전압(V1)이 증가할수록 전류(I3)는 증가하고, 전류(I2)는 감소한다. 전류(I2)가 감소하므로 충전 전류(I1)도 감소한다. 배터리(260)가 최대 충전 전압까지 충전되면 충전 전류(I1)는 0이 된다. 따라서 배터리(260)의 전압은 최대 충전 전압을 초과하지 않게 된다. 한편, 방전에 의해 배터리(260) 전압이 떨어지면 충전 노드 전압(V1)이 감소하고, 이에 따라 전류(I3)가 감소한다. 전류(I3)의 감소는 전류(I2) 및 충전 전류(I1)를 증가시킨다. 결과적으로 배터리(260)의 전압은 최대 충전 전압을 유지한다.

도 3 및 도 4는 각각 도 2의 배터리 충전기를 변형한 실시예를 보여준다.

도 2의 배터리 충전기와 비교할 때 도 3의 배터리 충전기는 전류 센서(231)가 제1 전류원(210)과 충전 노드 사이에 위치한다. 이 경우에 전류 센서(231)는 직접적으로 충전 전류(I1)를 센싱하고, 센싱 결과를 기준 전압 생성기(240)에 제공한다. 전류 센서(231)를 제외한 도 3의 배터리 충전기의 나머지 구성 요소들 각각은 도 2의 배터리 충전기에서 전류 센서(230)를 제외한 동일한 참조번호를 갖는 각각의 구성 요소와 동일한 기능을 수행한다. 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.

도 2의 배터리 충전기와 비교할 때 도 4의 배터리 충전기는 전류 센서(232)가 제2 전류원(211)과 부하 노드 사이에 위치한다. 이 경우에 전류 센서(232)는 전류(I2)를 이용하여 간접적으로 충전 전류(I1)의 크기를 센싱하며, 센싱 결과를 기준 전압 생성기(240)에 제공한다. 전류 센서(232)를 제외한 도 3의 배터리 충전기의 나머지 구성 요소들 각각은 도 2의 배터리 충전기에서 전류 센서(230)를 제외한 동일한 참조번호를 갖는 각각의 구성 요소와 동일한 기능을 수행한다. 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.

도 5는 도 2의 전류 센서를 보여주는 도면이다.

전류 센서(230)는 증폭기(510)와 저항(520)으로 구성된다.

저항(520)은 전류들(I1, I2)의 합전류(Is)를 흘린다. 증폭기(510)는 합전류(Is)에 의해 발생된 저항(520)의 양단의 전압차를 증폭하고, 센싱 결과로서의 출력 전압(Vs)을 기준 전압 생성기(240)에 제공한다. 이러한 전류 센서(230)는 예시적인 것으로서, 증폭기(510) 대신트랜스컨덕터가 사용된 전류 센서도 생각할 수 있 다. 트랜스컨덕터는 합전류(Is)에 의해 발생된 저항(520)의 양단의 전압차를 전류로 변환하고, 센싱 결과로서의 출력 전류를 기준 전압 생성기(240)에 제공한다.

도 3의 전류 센서(231)와 도 4의 전류 센서(232)도 도 2의 전류 센서(230)와 동일한 구조를 갖는다. 다만 도 3의 전류 센서(231)에는 충전 전류(I1)가 흐르고, 도 4의 전류 센서(232)에는 전류(I2)가 흐른다.

기준 전압 생성기(240)는 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)를 입력받아 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기(610)와, 디지털화된 출력 신호(DVs)를 설정된 목표 값과 비교하여 디지털 기준 전압(DVref)을 생성하는 디지털 컨트롤러(620) 및 디지털 기준 전압(DVref)을 아날로그화하여 기준 전압(Vref)을 출력하는 디지털 아날로그 변환기(630)를 포함한다. 기준 전압(Vref)은 전류원 제어기(220)로 제공된다.

도 7을 참조하면, 디지털 컨트롤러(620)는 목표 전압(Dtarget)을 저장하는 목표 전압 레지스터(740)와, 디지털 기준 전압(DVref)을 저장하는 기준 전압 레지스터(730)와, 디지털화된 출력 신호(DVs)와 목표 전압(Dtarget)을 비교하는 비교기(710) 및 디지털화된 출력 신호(DVs)와 목표 전압(Dtarget)을 비교결과에 따라 디지털 기준 전압(DVref)을 업데이트시키는 레지스터 업데이터(720)를 포함한다.

목표 전압 레지스터(740)에는 원하는 디지털화된 출력 신호(DVs) 값에 해당하는 목표 전압(Dtarget)이 설정되며, 기준 전압 레지스터(730)에는 디지털 기준 전압(DVref)의 초기 값이 설정된다. 목표 전압(Dtarget)이 설정되면 디지털 기준 전압(DVref)이 자동적으로 초기 설정되도록 디지털 컨트롤러(620)를 구현할 수 있다. 또한 원하는 디지털 기준 전압(DVref)이 초기 설정되면 목표 전압(Dtarget)이 자동적으로 설정되도록 디지털 컨트롤러(620)를 구현할 수도 있다. 또한 원하는 목표 전압(Dtarget)의 설정과 원하는 초기 디지털 기준 전압(DVref)의 설정을 개별적으로 하도록 디지털 컨트롤러(620)를 구현할 수도 있다. 일단 설정된 목표 전압(Dtarget)은 재설정되기 전까지는 바뀌지 않고, 디지털 기준 전압(DVref)이 바뀐다.

따라서 배터리 충전기가 꺼진 상태에서 전원이 새롭게 공급될 경우에 충전 전류가 설정된 값에 도달할 때까지 디지털 기준 전압(DVref)을 바꾼다. 또한 정전류 충전 모드에서 배터리를 충전할 때 충전 전류의 변동이 생기면 디지털 기준 전압(DVref)이 바뀌어 충전 전류의 변동을 방지한다.

비교기(710)는 디지털화된 출력 신호(DVs)와 목표 전압(Dtarget) 중 어느 하나가 크다는 정보 또는 양자가 같다는 정보를 레지스터 업데이터(720)에 제공한다.

레지스터 업데이터(720)는 디지털화된 출력 신호(DVs)와 목표 전압(Dtarget) 중 디지털화된 출력 신호(DVs)가 큰 경우에 디지털 기준 전압(DVref)을 한 단계 낮춘다. 또한 레지스터 업데이터(720)는 디지털화된 출력 신호(DVs)와 목표 전압(Dtarget) 중 목표 전압이 큰 경우에 디지털 기준 전압(DVref)을 한 단계 높인다. 또한 레지스터 업데이터(720)는 디지털화된 출력 신호(DVs)와 목표 전압(Dtarget)이 동일한 경우에 디지털 기준 전압(DVref)을 유지시킨다. 디지털 기준 전압(DVref)은 디지털 아날로그 변환기(630)로 제공된다.

기준 전압 생성기(240)는 목표 충전 전류(D_I1)를 저장하는 전류 레지스터(850)와 디지털 기준 전압(DVref)을 저장하는 기준 전압 레지스터(840)와, 목표 충전 전류(D_I1)를 아날로그화하는 제1 디지털 아날로그 변환기(860)와, 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 제1 디지털 아날로그 변환기(860)의 출력 신호(Vtarget)를 비교하는 비교기(810)와, 비교 결과를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기(820)와, 디지털화된 비교 결과에 따라 디지털 기준 전압(DVref)을 업데이트시키는 레지스터 업데이터(830) 및 디지털 기준 전압(DVref)을 아날로그화하여 기준 전압(Vref)을 출력하는 제2 디지털 아날로그 변환기(870)를 포함한다.

전류 레지스터(850)에는 원하는 충전 전류 값에 해당하는 목표 충전 전류(D_I1)가 설정되며, 기준 전압 레지스터(740)에는 디지털 기준 전압(DVref)의 초기 값이 설정된다. 목표 충전 전류(D_I1)가 설정되면 디지털 기준 전압(DVref)이 자동적으로 초기 설정되도록 기준 전압 발생기(240)를 구현할 수 있다. 또한 원하는 디지털 기준 전압(DVref)이 초기 설정되면 목표 충전 전류(D_I1)가 자동적으로 설정되도록 기준 전압 발생기(240)를 구현할 수도 있다. 또한 원하는 목표 충전 전류(D_I1)의 설정과 원하는 초기 디지털 기준 전압(DVref)의 설정을 개별적으로 하도록 기준 전압 발생기(240)를 구현할 수도 있다. 일단 설정된 목표 충전 전류(D_I1)는 재설정되기 전까지는 바뀌지 않고, 디지털 기준 전압(DVref)이 바뀐다.

제1 디지털 아날로그 변환기(860)는 목표 충전 전류(D_I1)를 아날로그화한다. 제1 디지털 아날로그 변환기(860)는 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 충전 전류(I1)의 비율만큼 아날로그화된 목표 충전 전류를 증폭한다. 목표 충전 전류(D_I1)를 아날로그화한 결과로 제1 디지털 아날로그 변환기(860)는 목표 전압(Vtarget)을 출력한다.

도 8의 기준 전압 발생기(240)를 포함하는 배터리 충전기는 전류 레지스터(850)에 목표 충전 전류(D_I1)를 설정함으로써 원하는 크기의 충전 전류를 손쉽게 조정할 수 있다. 전류 레지스터(850)를 이용하는 도 8의 기준 전압 발생기(240)는 예시적인 것으로서, 전류 레지스터 대신에 도 7의 경우와 같이 목표 전압 레지스터를 이용하여 기준 전압 발생기를 구현할 수도 있다. 이 경우에 제1 디지털 아날로그 변환기(860)는 목표 전압을 아날로그화하고, 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 충전 전류(I1)의 비율만큼 아날로그화된 목표 전압을 증폭할 필요가 없다.

비교기(810)는 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 목표 전압(Vtarget)을 비교하고, 비교 결과인 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 목표 전압(Vtarget)의 차이는 아날로그 디지털 변환기(820)에 의해 디지털화된다.

레지스터 업데이터(830)는 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 목표 전압(Vtarget) 중 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)가 큰 경우에 디지털 기준 전압 (DVref)을 한 단계 낮춘다. 또한 레지스터 업데이터(830)는 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 목표 전압(Vtarget) 중 목표 전압(Vtarget)이 큰 경우에 디지털 기준 전압(DVref)을 한 단계 높인다. 또한 레지스터 업데이터(830)는 전류 센서(230)의 출력 신호(Vs)와 목표 전압(Vtarget)이 동일한 경우에 디지털 기준 전압(DVref)을 유지시킨다. 디지털 기준 전압(DVref)은 제2 디지털 아날로그 변환기(870)에서 기준 전압(Vref)으로 변환된다. 기준 전압(Vref)은 전류원 제어기(220)로 제공된다.

도 9는 도 2의 배터리 충전기의 동작을 보여주는 그래프이다.

정전류 충전 모드에서 배터리 충전기의 충전 전류(I1)는 상수 값을 갖는다. 충전 전류(I1)에 의해 배터리가 충전되면 충전 노드 전압(V1)이 상승한다.

충전 노드 전압(V1)이 제한 전압(Vreg1)에 도달하면, 정전압 충전 모드가 시작된다. 이 때 전압 레벨 검출기(253)는 충전 노드 전압(V1)이 제한 전압(Vreg1)에 도달했음을 기준 전압 발생기(240)에 알려준다. 이 때 기준 전압 발생기(240)는 비활성화된다. 기준 전압 발생기(240)가 비활성화되면 기준 전압(Vref)은 충전 전류(I1)의 크기에 상관없이 일정한 값을 유지한다.

정전압 충전 모드에서 충전 노드 전압(V1)이 증가하면 전류(I3)가 증가하고, 전류(I2)는 감소한다. 따라서 충전 전류(I1)는 충전 노드 전압(V1)이 증가함에 따라 점차적으로 감소한다. 충전 노드 전압(V1)이 최대 충전 전압(Vreg2)에 도달하면 충전 전류(I1)는 0이 되며, 그 결과 배터리(260)가 최대 충전 전압을 초과하지 않게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 방법 및 배터리 충전기는 배터리에 안정적인 충전 전류를 공급할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 방법 및 배터리 충전기는 충전 전류의 크기를 손쉽게 설정할 수 있는 장점을 갖는다. 더불어 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 방법 및 배터리 충전기는 안정적인 충전 전류를 제공하면서도 배터리의 과충전을 방지할 수 있다.

이와 같이 안정적인 충전 전류를 제공하는 배터리 충전 방법 및 배터리 충전기는 배터리 충전에 필요한 시간을 높은 정확도로 제공할 수 있다.

그러므로 이상 실시예들은 예시적인 것으로서, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

배터리를 충전시키는 제1 전류를 공급하는 제1 전류원;

상기 제1 전류원과 전류 미러를 구성하며, 피드백 부하에 제2 전류를 공급하는 제2 전류원;

상기 제1 전류의 크기를 센싱하는 전류 센서;

상기 전류 센서의 출력 신호를 이용하여 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기;

상기 피드백 부하의 단자 전압과 상기 기준 전압에 기초하여, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 크기가 일정하도록 상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원이 제어하는 전류원 제어기를 포함하는 배터리 충전기.
제1항에 있어서, 상기 전류 센서는

전류가 흐르는 저항; 및

상기 저항 양단의 전압차를 증폭하여 상기 출력 신호를 생성하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제2항에 있어서, 상기 저항에 흐르는 전류는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합전류인 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제2항에 있어서, 상기 저항에 흐르는 전류는 상기 제1 전류인 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제2항에 있어서, 상기 저항에 흐르는 전류는 상기 제2 전류인 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제1항에 있어서, 상기 기준 전압 생성기는

상기 출력 신호를 설정된 목표 값과 비교하고, 상기 출력 신호와 상기 목표 값의 차이에 따라 상기 기준 전압을 조정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제6항에 있어서, 상기 기준 전압 생성기는

상기 출력 신호를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기;

상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값과 비교하여 디지털 기준 전압을 생성하는 디지털 컨트롤러; 및

상기 디지털 기준 전압을 상기 기준 전압으로 변환하는 디지털 아날로그 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제7항에 있어서, 상기 디지털 컨트롤러는

상기 목표 값을 저장하는 제1 레지스터;

상기 디지털 기준 전압을 저장하는 제2 레지스터;

상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값을 비교하는 비교기; 및

상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값의 비교 결과에 따라 상기 디지털 기준 전압을 업데이트시키는 레지스터 업데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제8항에 있어서, 상기 레지스터 업데이터는 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 큰 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 낮추고, 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 작은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 높이며, 상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값이 같은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 유지시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제6항에 있어서, 상기 기준 전압 생성기는

상기 목표 값을 저장하는 제1 레지스터;

상기 디지털 기준 전압을 저장하는 제2 레지스터;

상기 목표 값을 아날로그화하는 제1 디지털 아날로그 변환기;

상기 출력 신호와 상기 아날로그화된 목표 값을 비교하는 비교기;

상기 비교 결과를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기;

상기 디지털화된 비교 결과에 따라 상기 디지털 기준 전압을 업데이트시키는 레지스터 업데이터; 및

상기 디지털 기준 전압을 상기 기준 전압으로 변환하는 제2 디지털 아날로그 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제10항에 있어서, 상기 레지스터 업데이터는 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 큰 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 낮추고, 상기 디지털화된 출력 신호가 상기 목표 값보다 작은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 한 단계 높이며, 상기 디지털화된 출력 신호와 상기 목표 값이 같은 경우에 상기 디지털 기준 전압을 유지시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제1항에 있어서, 상기 배터리의 최대 충전 전압을 제한하는 충전 전압 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 배터리 충전기.
제12항에 있어서, 상기 충전 전압 제한부는

상기 배터리의 단자 전압을 검출하는 전압 레벨 검출부; 및

상기 배터리의 단자 전압에 대응되는 제3 전류를 상기 피드백 부하에 제공하는 제3 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
제13항에 있어서,

상기 전압 레벨 검출부가 검출한 상기 배터리 단자 전압이 제한 전압에 도달한 경우에 상기 기준 전압 생성기는 비활성화되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 기.
제14항에 있어서,

상기 전압 레벨 검출부가 검출한 상기 배터리 단자 전압이 제한 전압에 도달하면 상기 제3 전류원은 상기 제3 전류를 제공하며, 상기 제3 전류는 상기 배터리의 단자 전압에 비례하는 증가하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
배터리를 충전시키는 제1 전류, 및 상기 제1 전류와 미러링되며 피드백 부하로 흐르는 제2 전류를 공급하는 단계;

상기 제1 전류의 크기를 센싱하는 단계;

상기 센싱 결과를 이용하여 기준 전압을 생성하는 단계; 및

상기 피드백 부하의 단자 전압과 상기 기준 전압에 기초하여, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 크기가 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법.
제16항에 있어서, 상기 기준 전압을 생성하는 단계는

상기 센싱 결과와 설정된 목표 값을 비교하는 단계; 및

상기 비교 결과에 따라 상기 기준 전압을 조정하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
제17항에 있어서, 상기 기준 전압을 조정하여 출력하는 단계는 상기 센싱 결 과가 상기 설정된 목표 값보다 큰 경우에 상기 기준 전압을 한 단계 낮추고, 상기 센싱 결과가 상기 설정된 목표 값보다 작은 경우에 상기 기준 전압을 한 단계 높이며, 상기 센싱 결과가 상기 설정된 목표 값과 같은 경우에 상기 기준 전압을 유지시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
제16항에 있어서, 상기 배터리의 최대 충전 전압을 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
제19항에 있어서, 상기 배터리의 최대 충전 전압을 제한하는 단계는

상기 배터리의 단자 전압을 검출하는 단계; 및

상기 배터리의 단자 전압에 대응되는 제3 전류를 상기 피드백 부하에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
제20항에 있어서,

상기 배터리 단자 전압이 제한 전압에 도달하면, 상기 피드백 부하에 상기 제3 전류의 공급이 시작되며, 상기 제3 전류는 상기 배터리의 단자 전압에 비례하는 증가하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.