KR100844052B1

KR100844052B1 - 조정기 회로 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR100844052B1
Application number: KR1020020019889A
Authority: KR
Inventors: 다키모토규이치; 나가야요시히로; 마츠야마도시유키
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2008-07-07
Also published as: JP3968228B2; US6828764B2; TW583816B; US20030067283A1; KR20030029443A; JP2003116269A

Abstract

본 발명은 충전 전류에 따라 조정하여야 할 소정 전압의 설정을 보정함으로써, 전체 전류 영역에서 정밀하게 출력 전압을 조정, 유지할 수 있는 조정기 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

증폭기(112)의 출력 단자(V3)는 저항 소자(R3)를 통해 기준 전압 단자(V2)에 접속된다. 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않는 경우는, 검출 전압(V3)이 0 V가 되는 기준 전원(VREF)은 저항 소자(R1)와 저항 소자(R2, R3)의 병렬 저항에 의해 분압된다. 충전 전류 (ICHG)가 흘러 검출 전압(V3)이 출력될 경우에는, 이 검출 전압(V3)이 저항 소자(R3, R2)에 의해 분압되어 충전 전류(ICHG)에 따른 보정 전압을 생성한다. 충전 제어 장치 출력 단자(VO)와 배터리 단자(VBAT) 사이에서 전압 강하 ΔVLS가 생기는 경우에도, 출력 전압(VO)의 제어 전압을 적절히 조정하여 배터리 단자(VBAT)를 만충전 전압(VBAT0)으로 유지할 수 있다.

Description

조정기 회로 및 그 제어 방법{REGULATOR CIRCUIT AND CONTROL METHOD THEREOF}

도 1은 제1 실시예의 조정기 회로(충전 제어 장치)를 도시하는 회로 블록도.

도 2는 제1 실시예의 기준 전압 설정 회로를 도시하는 회로도.

도 3은 출력 전류 검출부에서의 충전 전류 검출 특성을 도시하는 특성도.

도 4는 제1 실시예의 기준 전압의 충전 전류 특성을 도시하는 특성도.

도 5는 제1 내지 제3 실시예의 배터리 충전 특성을 도시하는 특성도.

도 6은 제2 실시예의 조정기 회로(충전 제어 장치)를 도시하는 회로 블록도.

도 7은 제2 실시예의 증폭기를 도시하는 회로 블록도.

도 8은 제3 실시예의 조정기 회로(충전 제어 장치)를 도시하는 회로 블록도.

도 9는 제3 실시예의 기준 전압의 충전 전류 특성을 도시하는 특성도.

도 10은 제4 실시예의 조정기 회로(스위칭 조정기)를 도시하는 회로 블록도.

도 11은 제5 실시예의 조정기 회로(직렬 조정기)를 도시하는 회로 블록도.

도 12는 증폭기의 구체예를 도시하는 회로도.

도 13은 종래 기술의 조정기 회로(충전 제어 장치)를 도시하는 회로 블록도.

도 14는 종래 기술의 배터리 충전 특성을 도시하는 특성도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1, 2, 3, 100 : 충전 제어 장치

4 : 스위칭 조정기

5 : 직렬 조정기

21, 31, 111 : 충전 제어 회로

22, 112 : 증폭기

25, 62 : 전류 미러 회로

101 : 배터리

102 : AC 어댑터

116, 118 : 오차 증폭기

120 : 비교기

122 : 발진기(OSC)

124 : 반전 출력 버퍼

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R101, R102, R110, R120 : 저항 소자

RS1 : 충전 전류 검출 저항

RLS1 : 기생 저항

Tr1, Tr2 : PMOS 드라이버

IO : 검출 전류 단자

OUT : 반전 출력 버퍼의 출력 단자

RS-, RS+ : 출력 전류 검출 단자

V2 : 기준 전압 단자

V3 : 증폭기의 출력 단자

VBAT : 배터리 출력 단자

VFB : 오차 증폭기의 반전 입력 단자

VLD : 부하 단자

VO : 충전 제어 장치 출력 단자

ICHG, ICHGM : 충전 전류

VREF : 기준 전원

본 발명은 출력 단자를 소정의 직류 전압으로 조정, 유지하는 조정기 회로에 관한 것으로, 특히, 출력 단자에 접속되는 배터리의 충전용이나, 부하에의 소정 직류 전압 인가용의 조정기 회로에 관한 것이다.

각종 전자 기기에 탑재되어 있는 MPU, LSI, IC, 그 밖의 반도체 디바이스나, HDD, FDD 등의 구동 모터 등은 DC 5V, 3.3 V 등의 직류 전압을 전원으로 하여 동작하고 있다. 그 때문에 이들 전자 기기에는, AC 어댑터를 통해 AC 100 V 등으로부터 변환된 직류 전압을 원하는 직류 전압으로 변환하기 위한 DC/DC 컨버터가 필요하다. 또한, 시스템의 복잡화에 따라 여러 종류의 전원 계통이 필요한 경우도 있고, DC/DC 컨버터의 출력 전압을 별도의 DC/DC 컨버터에 의해 재변환하는 경우도 있다. 이들 DC/DC 컨버터는 변환 전압차, 필요한 전원 용량이나 정밀도 등을 고려하여 일 반적으로 스위칭 조정기 또는 직렬 조정기로 구성되어 있다.

또한, 최근 노트북이나 휴대 전화 등의 휴대 기기에 있어서는, 직류 전원으로서 AC 어댑터 대신에 재충전 가능한 배터리가 탑재되는 경우가 있다. 이들 시스템에 있어서, 재충전 동작은 AC 어댑터 등에 접속되어 행해지고, 배터리에의 충전 전류의 제어나 만충전시 배터리 전압의 제어 등을 행하기 위해 충전 제어 장치가 구비되어 있다.

도 13에, 종래 기술의 충전 제어 장치(100)를 도시한다. AC 어댑터(102)로부터 출력되는 직류 전압은 PMOS 드라이버(Tr1)를 스위칭 제어함으로써, 코일(L1) 및 컨덴서(C1)에 의해 평활화된 뒤에, 충전 전류 검출 저항(RS1)을 통해 배터리(101)에 충전된다. 다이오드(D1)는 충전 전류(ICHG)의 회생용 플라이백 다이오드이다.

PMOS 드라이버(Tr1)의 스위칭 제어는 충전 제어 회로(111)에 의해 행해진다. 충전 전류 검출 저항(RS1)의 단자간 전압은 증폭기(112)로 증폭되고, 오차 증폭기(116)는 참조 전압(V1)과의 전압차를 오차 증폭함으로써 정전류(定電流) 충전용 제어 전압을 출력한다. 또한, 충전 전류 검출 저항(RS1)의 배터리측 단자인 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)은 저항 소자(R110, R120)에 의해 분압되고, 오차 증폭기(118)가 기준 전압 단자(V2)에 있어서의 기준 전압(V2)과의 전위차를 오차 증폭함으로써 정전압 충전용 제어 전압을 출력한다. 양쪽 제어 전압은 비교기(120)에 입력되고, 발진기(OSC)(122)로부터의 발진 신호와의 비교를 행함으로써 스위칭 듀티가 결정된다. 오차 증폭기(116)에 의한 정전류 충전용 제어 전압에 의해 스위칭 듀티가 결정되는 경우에는 정전류 충전 제어가 수행되고, 배터리(101)에의 충전 전류(ICHG)는 소정의 충전 전류(ICHGM)가 된다. 오차 증폭기(118)에 의한 정전압 충전용 제어 전압에 의해 스위칭 듀티가 결정되는 경우에는 정전압 충전 제어가 수행되고, 출력 전압(VO)은 소정의 만충전 전압(VBAT0)으로 유지되어 충전이 행해진다.

도 13의 충전 제어 회로(111)의 충전 제어 방법에서는, 충전 개시부터 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)이 만충전 전압(VBAT0)에 달할 때까지는, 배터리(101)에의 충전 전류(ICHG)는 오차 증폭기(116)에 의해 제어되어 소정의 충전 전류(ICHGM)에서 급속한 충전이 행하여진다. 배터리(101)에의 충전이 진행하고, 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)이 만충전 전압(VBAT0)에 달하면, 오차 증폭기(116)가 출력하는 정전류 충전용 제어 전압과 오차 증폭기(118)가 출력하는 정전압 충전용 제어 전압이 역전하고, 충전 제어가 정전류 제어에서 정전압 제어로 전환한다. 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)을 만충전 전압(VBAT0)으로 유지한 상태로 충전 동작을 계속함으로써, 충전 전류(ICHG)가 소정의 충전 전류(ICHGM)에서부터 감소하면서 최종적으로 충전 전류(ICHG)가 없어진 시점에서 배터리(101)에의 충전을 완료한다.

충전 제어 장치(100)와 배터리(101)의 접속은 커넥터나 스위치 등을 통해 접속되기 때문에 커넥터 등의 접속 부분에 접촉 저항 등의 저항 성분이 존재한다. 이 접촉 저항 등에 접속 배선 자체의 배선 저항이 가해지고, 접속 경로에는 기생 저항(RLS1)이 삽입된다. 배터리(101)에의 충전 전류(ICHG)는 기생 저항(RLS1)을 통 해 배터리(101)에 유입되기 때문에 정전류 제어 상태의 충전 전류(ICHGM)에 대해서는 전압 강하(ΔVLS)가 생긴다. 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)에 비하여 배터리 단자 전압(VBAT)이 강하 전압(ΔVLS)에 해당하는 만큼 낮아진다. 충전 제어 장치(100)는 충전 제어 장치 출력 단자(V0)의 출력 전압(V0)에 관해서 정전압 제어하기 때문에 정전류 충전 제어가 진행하여 배터리 단자 전압(VBAT)이 상승함에 따라 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)도 상승하고, 충전 제어 장치 출력 단자(VO)가 만충전 전압(VBAT0)에 도달한 시점에서 충전 제어는 정전류 제어에서 정전압 제어로 전환되어 버린다.

그러나 이 시점에서는 배터리 단자 전압(VBAT)은 배터리(101)의 만충전 전압 (VBAT0)에는 도달해 있지 않고, 만충전 전압(VBAT0)에서부터 강하 전압(ΔVLS) 만큼 낮은 전압 레벨로 충전되어 있는 것에 그친다. 즉, 당연히 정충전 제어에 의해 고속 충전을 제어할 수 있는 경우, 기생 저항(RLS1)에 의한 전압 강하(ΔVLS)에 의해 정충전 제어 시간이 짧아져 버리고, 배터리(101)의 만충전까지의 충전 시간이 길어져 버리는 문제가 있다.

이를 도 14에 도시한다. 정전류 충전 제어시에 기생 저항(RLS1)에 충전 전류(ICHGM)가 흐름으로써, 배터리 단자 전압(VBAT)에 비하여 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)이 강하 전압(ΔVLS)에 해당하는 만큼 높은 전압이 된다. 이 때문에, 배터리 단자 전압(VBAT)이 만충전시의 소정 전압(VBAT0)에 이르기 전에, 충전 제어가 정전압 충전 제어로 전환되어 버리고, 정전류 충전 제어 시간이 본래 시간에 비하여 짧아져 버린다. 이후의 제어는 정전압 충전 제어에 의해 행해 지고, 배터리 단자 전압(VBAT)을 강하 전압(ΔVLS)에 해당하는 만큼 추가로 충전하지만, 정전압 충전 제어는 이미 만충전 전압(VBAT0)에 달한 충전 제어 장치 출력 단자(VO)를 전압(VBAT0)으로 유지함으로써 행해지기 때문에, 필연적으로 PMOS 드라이버(Tr1)의 스위칭 듀티는 저하하지 않을 수 없다. 따라서, 종래 기술에서의 충전 전류(ICHG)는 이상적인 충전 전류(ICHG_I)에 대하여 빠른 충전 시간으로 저하해 버리고, 그 결과, 배터리 전압(VBAT)은 이상적인 배터리 전압(VBAT_I)에 대하여 만충전 전압(VBAT0)까지의 충전 시간이 길어져 버린다. 본래의 정전류 충전 제어를 행한 경우의 만충전 시간(t0)에 비하여 긴 만충전 시간(tx)이 필요해 진다.

또한, 상기 설명한 기생 저항(RLS1)에 의한 전압 강하(ΔVLS)의 영향은 정전압 제어시의 만충전 전압을 배터리(101)의 사양에 적합한 만충전 전압(VBAT0)에 대하여 전압 강하(ΔVLS) 만큼의 전압을 가산하여 설정함으로써 피하는 것은 가능하다. 그러나, 이 경우에는, 만충전시의 배터리 단자 전압(VBAT)이 사양에 적합한 전압에 비하여 높아져 버리고, 배터리(101)에의 전압 스트레스가 많아져서, 배터리 성능에 악영향을 줄 우려가 있다고 하는 문제가 있다.

또한, 정전류 제어를 과부하시의 전류 제한 제어용으로서 사용해 주면, 상기충전 제어 회로(111)는 부하에 대하여 정전압을 공급하는 조정기 회로로서 사용할 수 있다. 이 경우에도, 출력 단자(VO)와 부하 사이에 기생 저항(RLS1)이 개재하게 되기 때문에, 과부하 상태에 이르는 큰 부하 전류 영역에서 부하에 인가되는 전압이 소정 전압에서부터 강하 전압(ΔVLS)에 해당하는 만큼 강하해 버리고, 모든 부하 전류 영역에서 부하에 대하여 정밀하게 소정 전압을 인가할 수 없게 될 우려가 있다고 하는 것이 문제이다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 충전 전류나 부하 전류에 따라 조정하여야 할 소정 전압의 설정을 보정함으로써, 모든 충전 전류나 부하 전류 영역에서 정밀하게 출력 전압을 조정, 유지할 수 있는 조정기 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 청구항 1에 따른 조정기 회로는 기준 전압에 기초하여 출력 전압을 제어하는 출력 전압 제어부와, 출력 전류 검출부와, 이 출력 전류 검출부에서 검출되는 출력 전류에 기초하여 기준 전압을 제어하는 기준 전압 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구항 1의 조정기 회로에서는 출력 전류 검출부에서 검출되는 출력 전류에 기초하여 기준 전압 보정부에 의해 제어된 기준 전압으로 출력 전압 제어부가 출력 전압을 제어한다.

이에 따라, 전류계 경로상에 존재하는 기생 부하 성분을 통하여 출력 전류가 흐름으로써, 원래 동일한 전위이어야 할 전류 경로상의 출력 전압에 전압값의 어긋남이 생기는 경우에도, 기준 전압 보정부가 출력 전류에 따라 기준 전압을 제어하기 때문에, 전류 경로상의 소정 위치에서의 출력 전압을 적절히 조정할 수 있다. 전류 경로상에서, 출력 전압 제어부에 의해 기준 전압에 따라 출력 전압이 제어되는 위치와, 제어된 출력 전압을 추출하고자 하는 위치가 이격되어 있는 경우에도, 원하는 출력 전압을 추출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조정기 회로에서는 출력 전류 검출부로부터의 검출 결과에 기초하여 출력 전류를 제어하는 출력 전류 제어부를 구비하고 있더라도 좋다. 그에 따라, 출력 전압을 출력 전류에 따라 제어하는 동시에, 출력 전류도 제어할 수 있다.

또한, 청구항 2에 따른 조정기 회로는 청구항 1에 기재된 조정기 회로에 있어서 출력 전류 검출부는 전류 전압 변환기를 구비하고, 출력 전류에 따른 검출 전압에 기초하여 기준 전압 보정부를 제어하는 것을 특징으로 한다. 또한, 이 검출 전압은 출력 전류에 대하여 소정의 비례 계수를 갖고서 출력되는 것이 바람직하다. 또한, 소정의 비례 계수는 외부 조정이 가능한 것이 바람직하다.

청구항 2의 조정기 회로에서는 출력 전류 검출부에 구비된 전류 전압 변환기에 의해 출력 전류에 따른 검출 결과를 검출 전압으로서 출력하고, 기준 전압 보정부를 제어한다. 또한, 출력 전류에 대한 검출 전압의 관계는 소정의 비례 계수로 유지되고, 외부로부터의 조정에 의해 적절하게 변경된다.

이에 따라, 출력 전류의 검출 결과를 검출 전압으로서 얻을 수 있기 때문에, 기준 전압 보정부로의 제어 신호가 전압 신호로 구성되어 있는 경우에 적합하다. 또한, 출력 전류에 대한 검출 전압의 비례 계수 관계를 외부에서 조정 가능하면, 다른 전류 경로 특성에 대하여도 출력 전류에 대한 검출 전압의 조정을 간단하고 쉽게 행할 수 있다.

또한, 청구항 3에 따른 조정기 회로는 청구항 1에 기재된 조정기 회로에 있어서 출력 전류 검출부는 전류 출력부를 구비하고, 출력 전류에 따른 검출 전류에 기초하여 기준 전압 보정부를 제어하는 것을 특징으로 한다. 또한, 이 검출 전류는 출력 전류에 대하여 소정의 비례 계수를 갖고서 출력되는 것이 바람직하다. 또한, 소정의 비례 계수는 외부 조정이 가능한 것이 바람직하다.

청구항 3의 조정기 회로에서는, 출력 전류 검출부에 구비된 전류 출력부에 의해 출력 전류에 따른 검출 결과를 검출 전류로서 출력하고, 기준 전압 보정부를 제어한다. 또한, 출력 전류에 대한 검출 전류의 관계는 소정의 비례 계수로 유지되고, 외부로부터의 조정에 의해 적절하게 변경된다.

이에 따라, 출력 전류의 검출 결과를 검출 전류로서 얻을 수 있기 때문에, 기준 전압 보정부로의 제어 신호가 전류 신호로 구성되어 있는 경우에 적합하다. 또한, 출력 전류에 대한 검출 전류의 비례 계수 관계를 외부에서 조정 가능하면, 다른 전류 경로 특성에 대해서도 출력 전류에 대한 검출 전류의 조정을 간단하고 쉽게 행할 수 있다.

또한, 청구항 4에 따른 조정기 회로는 청구항 1 내지 3의 적어도 어느 한 항에 기재된 조정기 회로에 있어서 기준 전압 보정부는 출력 전류의 증감에 대하여 기준 전압을 플러스 혹은 마이너스의 상관 관계를 갖고서 증감시키는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 출력 전류가 많은 경우에는 기준 전압을 높게 설정하고, 출력 전류가 적은 경우에는 기준 전압을 낮게 설정할 수 있거나, 또는 출력 전류가 많은 경우에는 기준 전압을 낮게 설정하고, 출력 전류가 적은 경우에는 기준 전압을 높게 설정할 수 있기 때문에, 전류계 경로상에 존재하는 접촉 저항이나 배선 저항 등 의 기생 저항 성분을 통하여 출력 전류가 흐름으로써, 원래 동일한 전위이어야 할 전류 경로상의 출력 전압에 전압 강하가 생기는 경우에도, 전류 경로상의 소정 위치에서의 출력 전압을 적절히 조정할 수 있다.

즉, 출력 전압 제어부에 의해 기준 전압에 따라 출력 전압이 제어되는 전류 경로상의 위치가 제어된 출력 전압을 추출하고자 하는 위치에 비하여 상류측에 있는 경우에는, 그 동안의 전압 강하에 해당하는 보정 전압을 가산하여 기준 전압을 높게 설정하기 때문에, 추출되는 출력 전압을 원하는 전압값으로 조정할 수 있다. 또한, 출력 전압 제어부에 의해 기준 전압에 따라 출력 전압이 제어되는 전류 경로상의 위치가, 제어된 출력 전압을 추출하고자 하는 위치에 비하여 하류측에 있는 경우에는, 그 동안의 전압 강하에 해당하는 만큼을 감산하여 기준 전압을 낮게 설정하기 때문에 추출되는 출력 전압을 원하는 전압값으로 조정할 수 있다. 출력 전압이 제어되는 위치와, 제어된 출력 전압을 추출하고자 하는 위치가 이격해 있는 경우에도, 원하는 출력 전압을 추출할 수 있다.

또한, 청구항 5에 따른 조정기 회로는 청구항 1 내지 4의 적어도 어느 한 항에 기재된 조정기 회로에서 기준 전압 보정부는 출력 전류가 흐르지 않는 경우에 기본 기준 전압을 출력하는 기본 기준 전압부와, 출력 전류에 따라 변화되는 보정 전압을 기본 기준 전압에 중첩하는 보정 전압부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 조정기 회로에서는, 기본 기준 전압부에 의해 출력 전류가 흐르지 않는 경우에 기본 기준 전압을 출력하고, 보정 전압부에 의해 출력 전류에 따른 보정 전압을 기본 기준 전압에 중첩하여 출력 전류에 따른 기준 전압을 생성한다.

이에 따라, 기본 기준 전압에 의해 출력 전류가 흐르지 않을 때의 출력 전압을 정밀하게 조정할 수 있는 동시에, 출력 전류가 흐르는 것에 의한 보정에 해당하는 만큼을 보정 전압으로서 가산할 수 있기 때문에, 출력 전류가 흐르지 않은 상태를 포함한 모든 출력 전류 영역의 출력 전류에 따라 기준 전압을 제어할 수 있다.

또한, 청구항 6에 따른 조정기 회로는 청구항 5에 기재된 조정기 회로에서 기본 기준 전압부는 정전압원 혹은 정전압원 및 제1 분압부를 구비하고, 기본 기준 전압은 정전압원에서 출력되는 소정 전압, 혹은 제1 분압부에 의한 소정 전압의 분압 전압인 것을 특징으로 한다.

청구항 6의 조정기 회로에서는 기본 기준 전압부에 구비된 정전압원에 의해 출력되는 소정 전압, 또는 추가로 구비된 제1 분압부에 의해, 정전압원에서 출력되는 소정 전압을 분압하여 기본 기준 전압을 생성한다.

이에 따라, 기본 기준 전압을 정전압원이나 추가로 구비된 제1 분압부에서 분압함으로써, 간단하고 쉽게 또한 확실하게 설정할 수 있다.

또한, 청구항 7에 따른 조정기 회로는 청구항 6에 기재된 조정기 회로에서 보정 전압부는 제2 분압부를 구비하고 검출 전압을 분압하는 것을 특징으로 한다.

청구항 7의 조정기 회로에서는 보정 전압부에 구비된 제2 분압부에 의해 출력 전류 검출부로부터 출력되는 검출 전압을 분압하여 출력 전류에 따른 보정 전압을 생성한다.

이에 따라, 출력 전류 검출부로부터 출력되는 검출 전압을 분압함으로써 보정 전압을 얻을 수 있다. 검출 전압을 그대로 이용하여 보정 전압을 얻을 수 있어 적합하다.

또한, 청구항 8에 따른 조정기 회로는 청구항 6에 기재된 조정기 회로에서 보정 전압부는 제1 분압부를 포함하고, 제1 분압부에 대하여 검출 전류를 흘리는 것을 특징으로 한다.

청구항 8의 조정기 회로에서는 기본 기준 전압부에 구비된 제1 분압부에 출력 전류 검출부로부터 출력되는 검출 전류를 흘려서 출력 전류에 따른 보정 전압을 생성한다.

이에 따라, 기본 기준 전압부의 제1 분압부를 이용하여 출력 전류 검출부로부터 출력되는 검출 전류를 제1 분압부에 흘림으로써 보정 전압을 얻을 수 있다. 기본 기준 전압부 및 검출 전류를 그대로 이용하여 보정 전압을 얻을 수 있어 적합하다.

또한, 청구항 9에 따른 조정기 회로는 청구항 1 내지 4의 적어도 어느 한 항에 기재된 조정기 회로에서 출력 전류가 흐르지 않는 경우에 기본 기준 전압을 출력하는 기본 기준 전압부를 구비하고 있고, 출력 전압 제어부는 기본 기준 전압이 입력되는 제1 기준 전압 단자와, 출력 전류에 따라 변화되는 보정 기준 전압이 입력되는 제2 기준 전압 단자를 구비하고, 기본 기준 전압과 보정 기준 전압과의 대소 관계에 따라 선택되는 어느 한 쪽을 기준 전압으로서 출력 전압이 제어되는 것을 특징으로 한다. 또한, 청구항 10에 따른 조정기 회로는 청구항 9에 기재된 조정기 회로에서 보정 기준 전압은 검출 전압 혹은 검출 전류에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

청구항 9의 조정기 회로에서는 기본 기준 전압부에 의해 출력되는 출력 전류가 흐르지 않을 때의 기본 기준 전압과 출력 전류에 따라 변화되는 보정 기준 전압은 각각 출력 전압 제어부의 제1 및 제2 기준 전압 단자에 입력되고, 양쪽 기준 전압의 대소 관계에 따라 출력 전압이 제어된다.

이에 따라, 기본 기준 전압과 보정 기준 전압을 각각 독립적으로 설정할 수 있고, 양자의 조정을 간단하고 쉽게 또한 확실하게 행할 수 있다. 또한, 출력 전류 검출부로부터 출력되는 검출 전압 혹은 검출 전류를 그대로 이용하여 보정 기준 전압으로서 조정할 수도 있어 적합하다.

또한, 본 발명에 따른 조정기 회로에서는, 출력 전류 제어부에 의해 충전 초기에 정전류 충전 제어를 하는 동시에, 출력 전압 제어부에 의해 충전 후기에 정전압 충전 제어를 함으로써 배터리를 출력 전압으로 충전할 때, 정전류 충전 제어에 있어서의 충전 전류에 따라 정전압 충전 제어에 있어서의 기준 전압을 만충전시의 기준 전압에 비하여 높게 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 배터리에의 충전이 진행하고, 정전류 충전 제어에서 정전압 충전 제어로 전환될 때의 배터리의 출력 전압을 배터리의 출력 위치가 충전 전류 경로상에서 출력 전압 제어부에 의해 제어되는 위치로부터 이격되어 있더라도, 만충전시의 소정 전압에 보다 근접할 수 있다. 전체 충전 시간에서의 정전류 충전 기간이 길어짐으로써, 배터리에의 전체 충전 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조정기 회로에서는 출력 전류 제어부에 의해 과부하시의 전류 제한 제어를 하는 동시에, 출력 전압 제어부에 의해 출력 전압의 정전압 제어를 함으로써 부하에 대하여 소정 전압을 공급할 때, 정전압 제어에 있어서의 기준 전압을 부하 전류에 따라 무부하시의 기준 전압에 비해 높게 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 과부하 상태에 이르는 큰 부하 전류 영역에서 전류 경로상의 전압 강하가 커지는 경우에도, 부하에는 소정 전압을 인가할 수 있다. 모든 부하 전류 영역에서 부하에 대하여 정밀하게 소정 전압을 인가할 수 있다.

이하, 본 발명의 조정기 회로에 관해서 구체화한 제1 내지 제5 실시예를 도 1 내지 도 12에 기초하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 제1 실시예의 조정기 회로(충전 제어 장치)를 도시하는 회로 블록도이다. 도 2는 제1 실시예의 기준 전압 설정 회로를 도시하는 회로도이다. 도 3은 출력 전류 검출부에 있어서의 충전 전류 검출 특성을 도시하는 특성도이다. 도 4는 제1 실시예의 기준 전압의 충전 전류 특성을 도시하는 특성도이다. 도 5는 제1 내지 제3 실시예의 배터리 충전 특성을 도시하는 특성도이다. 도 6은 제2 실시예의 조정기 회로(충전 제어 장치)를 도시하는 회로 블록도이다. 도 7은 제2 실시예의 증폭기를 도시하는 회로 블록도이다. 도 8은 제3 실시예의 조정기 회로(충전 제어 장치)를 도시하는 회로 블록도이다. 도 9는 제3 실시예의 기준 전압의 충전 전류 특성을 도시하는 특성도이다. 도 10은 제4 실시예의 조정기 회로(스위칭 조정기)를 도시하는 회로 블록도이다. 도 11은 제5 실시예의 조정기 회로(직렬 조정기)를 도시하는 회로 블록도이다. 도 12는 증폭기의 구체예를 도시하는 회로도이다.

도 1에 도시하는 제1 실시예에서는 본 발명의 조정기 회로를 충전 제어 장치(1)로서 실시한 경우이다. 도 1은 휴대 기기 등의 전자 기기에서의 전원 부분 을 도시하고 있다. 전자 기기는 다이오드(D2)를 통해 AC 어댑터(102)로부터의 직류 전압을 공급받는 동시에, 다이오드(D3)를 통해 배터리(101)로부터도 직류 전압(VBAT)의 공급을 받는다. 통상, 이러한 시스템에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 AC 어댑터(102)의 출력 전압과 배터리(101)의 출력 전압(VBAT) 중, 고전압측이 공급되도록 설정되어 있다. AC 어댑터(102)가 접속되어 있는 경우에는, AC 어댑터(102)로부터 직류 전압이 공급되는데, AC 어댑터(102)가 분리된 경우에는, 배터리(101)로부터 직류 전압(VBAT)의 공급을 받는다. 이 때, 필요한 배터리(101)에의 충전을 제어하는 부분이, 도 1에 도시하는 충전 제어 장치(1)이다.

AC 어댑터(102)에서의 출력 단자는 PMOS 드라이버(Tr1)의 소스 단자에 접속되고, 그의 드레인 단자는 코일(L1)의 일단(一端)에 접속되어 있는 동시에, 다이오드(D1)의 캐소드 단자에 접속되어 있다. 다이오드(D1)의 애노드 단자는 접지 전위에 접속되고, 플라이백 다이오드로서 구성되어 있다. 코일(L1)의 타단(他端)은, 타단을 접지 전위에 접속한 컨덴서(C1)의 일단에 접속되어 있다. 또한, 코일(L1)의 타단은 충전 전류 검출 저항(RS1)을 통해 배터리(101)의 출력 단자(VBAT)에 접속되어 있다. 배터리(101)에의 접속에 있어서는, 커넥터나 스위치 등을 통하는 것이 일반적이고, 이들 접속에 의해 접촉 저항 등이 존재한다. 또한, 그 사이의 접속 배선에 의한 배선 저항도 존재한다. 이들 기생 저항 성분을 고려하여 도 1에는 기생 저항(RLS1)이 삽입된 구성으로 되어 있다.

PMOS 드라이버(Tr1)의 스위칭 제어는 충전 제어 회로(111)에 의해 행해진다. 충전 전류 검출 저항(RS1)의 양단은 충전 제어 회로(111)의 출력 전류 검출 단자(RS-, RS+)에 접속되어 증폭기(112)의 반전 입력 단자 및 비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 충전 전류 검출 저항(RS1)은 오차 증폭기(116)의 반전 입력 단자에 입력된다. 또한, 오차 증폭기(116)의 비반전 입력 단자에는 참조 전압(V1)이 입력되어 있다.

증폭기(112)의 출력 단자(V3)는 다시 저항 소자(R3)를 통해 기준 전압 단자(V2)에 접속되어 있다. 여기서, 기준 전압 단자(V2)는 기준 전원(VREF)을 저항 소자(R1, R2)로 분압한 단자이기도 하다. 그리고, 기준 전압 단자(V2)는 오차 증폭기(118)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 오차 증폭기(118)의 반전 입력 단자(VFB)에는 충전 전류 검출 저항(RS1)의 단자 중 배터리(101)에 가까운 측의 단자인 충전 제어 장치 출력 단자(VO)를 저항 소자(R110, R120)로 분압한 단자가 접속되어 있다. 충전 전류 검출 저항(RS1)에서 배터리(101)까지의 충전 경로는 각각의 시스템에 의해 다르고, 경로 상에 존재하는 커넥터 등의 접촉 저항이나 경로상의 배선 저항이 확정되지 않기 때문에 충전 제어 회로(111)는 충전 제어 장치 출력 단자(V0)의 출력 전압(V0)을 피드백하여 제어하도록 구성되어 있다.

오차 증폭기(116, 118)의 출력 단자는 각각 비교기(120)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있고, 반전 입력 단자에는 발진기(OSC)(122)로부터의 발진 신호가 입력되고 있다. 비교기(120)의 출력 단자는 반전 출력 버퍼(124)에 접속되고 반전 출력 버퍼(124)의 출력 단자(OUT)가 PMOS 드라이버(Tr1)의 게이트 단자에 접속되어 있다.

배터리(101)에의 충전시, 충전 제어 회로(111)는 충전 전류(ICHG), 기준 전 압(V2) 각각에 대하여 제어를 한다. 충전 전류(ICHG)는 충전 경로상의 충전 전류 검출 저항(RS1)에 의해 전압으로 변환되어 출력 전류 검출 단자(RS-, RS+)에 입력되고, 증폭기(112)에 의해 소정 이득배(×N)로 증폭되어 출력 단자(V3)로부터 검출 전압(V3)을 얻는다. 검출 전압(V3)은 오차 증폭기(116)의 반전 입력 단자에 입력되고, 비반전 입력 단자에 입력되고 있는 참조 전압(V1)과의 사이에서 오차 증폭된다. 또한, 충전 제어 장치 출력 단자(V0)에서 검출되는 출력 전압(V0)은 피드백되고, 저항 소자(R110, R120)로 적절히 분압한 뒤에, 오차 증폭기(118)의 반전 입력 단자(VFB)에 입력된다. 그리고, 비반전 입력 단자(V2)에 입력되고 있는 기준 전원(VREF)을 저항 소자(R1, R2)로 적절히 분압한 기준 전압(V2) 사이에서 오차 증폭된다.

오차 증폭기(116, 118)의 출력 신호는 비교기(120)의 비반전 입력 단자에 입력되고, 반전 입력 단자에 입력되고 있는 발진기(OSC)(122)로부터의 발진 신호 사이에서 비교되어, PMOS 드라이버(Tr1)의 스위칭 듀티가 결정된다. 여기서, 발진 신호는 삼각파나 톱니파 등의 일정 주기로 반복되는 신호이며, 오차 증폭의 결과 얻어지는 오차 증폭기(116, 118)로부터의 출력 신호와의 전압 레벨의 비교가 행하여진다. 이때, 비교기(120)의 비반전 입력 단자는 2개 존재하며, 각각의 단자에 입력되고 있는 오차 증폭 결과의 신호와, 반전 입력 단자에 입력되는 발진 신호가 비교된다. 그리고, 비교기(120)에서 미리 정해져 있는 내부 구성(도시 생략)에 의해 어느 한 쪽의 비교 결과 신호가 출력된다. 도 1에서는 양쪽 비교 결과 신호가 모두 온 상태인 경우에 스위칭 신호가 출력된다. 바꿔 말하면, 2개의 비반전 입력 단자 에 입력되고 있는 신호 중 전압 레벨이 낮은 신호에 대하여 비교 출력을 얻을 수 있다. 즉, 전압 레벨이 낮은 신호에 의해 스위칭 듀티가 결정된다. 여기서, 구동하여야 할 드라이버가 PMOS 트랜지스터(Tr1)이며, 게이트 단자로는 로우 레벨이 인가되었을 때에 구동하기 때문에 출력 버퍼는 반전 출력 버퍼(124)가 구비되어 있다.

도 2에 도시하는 기준 전압 보정부는 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않고, 기생 저항 (RLS1)에 전압 강하(ΔVLS)가 생기지 않는 경우에는, 검출 전압(V3)이 0 V가 되기 때문에 기준 전원(VREF)은 저항 소자(Rl)와 저항 소자(R2, R3)의 병렬 저항에 의해 분압된다. 이 병렬 접속된 저항 소자(R2, R3)가 종래 기술에서의 저항 소자(R102)를 대신하는 저항 소자이다. 이 때의 저항 소자(R1∼R3)가 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)을 만충전 전압(VBAT0)으로 제어하는 제1 분압부(도 2 중, (I))가 된다. 충전 전류(ICHG)가 흘러 검출 전압(V3)이 출력되게 되면, 검출 전압(V3)이 저항 소자(R3, R2)에 의해 분압되어 충전 전류(ICHG)에 따른 보정 전압을 생성한다. 이것이 제2 분압부[도 2 중, (II)]이다.

도 2의 구성에 있어서 기본 전압(V2)을 보정하는 경우, 기준 전원(VREF)에 접속되어 있는 저항 소자(R1)와, 검출 전압(V3)에 접속되어 있는 저항 소자(R3)가 기준 전압 단자(V2)에 공통으로 접속되어 저항 소자(R2)를 통해 접지 전위에 접속되어 있다. 따라서, 이 회로망을 키르히호프의 법칙 등에 의해 풀면, 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않는 경우의 기준 전압(V2)을 저항 소자(R110, R120)에 의한 만충전 전압(VBAT0)의 분압 전압에 합치시키면서 검출 전압(V3)에 대한 기준 전압(V2)을 적절한 보정 전압으로 하도록 저항 소자(R1∼R3) 혹은 증폭기(112)의 소정 이득(×N)을 조정할 수 있다. 또한, 검출 전압(V3)(충전 전류 ICHG)에 대한 기준 전압(V2)의 의존성에 대해서는 도 4에서 후술한다.

도 3은 충전 전류 검출 저항(RS1)과 증폭기(112)에 의해 검출되는 충전 전류(ICHG)의 검출 특성이다. 배터리(101)에의 충전 전류(ICHG)는, 충전 전류 검출 저항(RS1)을 흘림으로써 전압값(VRS1 = RS1×ICHG)으로 변환되어 증폭기(112)의 출력 전류 검출 단자(RS-, RS+)로 입력된다. 증폭기(112)는 소정 이득(×N)을 갖고 있기 때문에 입력된 전압값(VRS1)을 N 배함으로써 검출 전압(V3)을 얻을 수 있다. 충전 전류(ICHG)에 대한 검출 전압(V3)의 관계는,

V3 = N ×RS1 ×ICHG ······················ (1)

이 되고, 도 3에 도시한 바와 같이 충전 전류(ICHG)에 대하여 일정한 기울기(N×RS1)를 갖는 특성이 된다.

도 4에 도시하는 기준 전압(V2)의 충전 전류(ICHG) 특성은 도 2에 도시하는 기준 전압 보정부가 출력하는 기준 전압(V2)을 나타내고 있다. 도 2에서의 검출 전압(V3)은 도 3의 충전 전류 검출 특성에 의해 충전 전류(ICHG)를 전압으로 변환하여 얻어진다. 도 2의 회로망에 키르히호프의 법칙을 적용하여 풀면,

V2 = R2 ×(VREF ×R3 + V3 ×Rl)/{(R3 + R2) ×(R1 + R2) - R2²} ····· (2)

를 얻을 수 있다.

충전 전류(ICHG)가 흐르지 않는 경우에는 검출 전압(V3)은 도 3에서 0 V이기 때문에, 도 2의 기준 전압 보정부는 저항 소자(R1)와, 저항 소자(R2, R3)의 병렬 저항에 의해 기준 전원(VREF)이 분압되어 출력된다. 이것은 식(2)로부터도 유도되 고, 식(2)에서 V3 = 0를 대입하면,

V2 = R2 ×(VREF ×R3)/{(R3 + R2) ×(R1 + R2) - R2²}

= VREF ×(R2 ×R3)/(R3 ×R1 + R3 ×R2 + R2 ×Rl)

= VREF ×{(R2 ×R3)/(R2 + R3)}/{R1 + (R3 ×R2)/(R2 + R3)}

= VREF ×(R2//R3)/{R1 + (R2//R3)}

= VFBO ·························· (3)

이 된다. 여기서, R2//R3는 저항 소자(R2, R3)가 병렬 접속되어 있는 경우의 합성 저항을 나타내고 있다.

이 기준 전압 V2의 전압값(VFB0)에 의해, 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)이 만충전 전압(VBAT0)이 되도록 제어된다. 따라서, 이 때의 오차 증폭기(118)의 반전 입력 단자(VFB)에는 저항 소자(R110, R120)에 의해 만충전 전압(VBAT0)을 분압한 전압이 인가되고, 이 전압이 기준 전압[V2(=VFB0)]과 같아지도록 제어되기 때문에,

VFB0 = {R120/(R110 + R120)} ×VBAT0 ············· (4)

여기서, 식(3), (4)에 구체적인 수치예를 적용시킨다. VREF = 5V, V2 = 4.2V라고 하면, 식(3)으로부터 R1 = 10 kΩ, R2 = 210 kΩ, R3 = 70 kΩ을 얻을 수 있다. 여기서, 기준 전압[V2(=VFB0)]은, 예컨대, 배터리(101) 내의 1 셀당의 만충전 전압으로서 설정할 수 있고, V2 = 4.2 V로서는 리튬 이온 전지 등을 생각할 수 있다. 배터리(101)가 직렬 3 셀 구조인 경우를 예로 들면, 식(4)로부터 저항 소자(R110, R120)와의 저항비는 R110/R120 = 2가 구해진다.

충전 전류(ICHG)가 흐르고 있는 경우는, 검출 전압(V3)은 식(1)이 된다. 이하의 설명에서는, 충전 전류로서 정전류 충전시의 충전 전류(ICHGM)가 흐르는 경우에 대해서 검토한다. 식(1)에 의해 이 때의 검출 전압(V3)은,

V3 = N ×RS1 ×ICHGM ···················· (5)

이 된다. 이를 식(2)에 대입하면,

V2 = R2×(VREF ×R3+N ×RS1 ×ICHGM ×Rl)/{(R3 + R2) ×(R1 + R2) - R2²}··

····························· (6)

을 얻을 수 있다. 따라서, 보정 전압(ΔV2)은 식(6)에서 식(3)을 감함으로써 구해지고,

ΔV2 = R2 ×(N ×RS1 ×ICHGM ×Rl)/{(R3 + R2) ×(Rl + R2) - R2²} ··· (7)

이 된다. 이 보정 전압(ΔV2)은 충전 전류(ICHGM)가 흐를 때의 기생 저항(RLS1)의 전압 강하(ΔVLSM)를 저항 소자(R110, R120)로 분압한 전압이 된다. 따라서,

ΔV2 = {R120/(R110 + R120)} ×ΔVLSM

= {R120/(R110 + R120)} ×RLS1 ×ICHGM··········· (8)

로 하여 구해진다. 식(7), (8)로부터 충전 전류(ICHGM)에 비례한 보정 전압(ΔV2)이 기준 전압(V2)에 가산되고, 기생 저항(RLS1)의 전압 강하(ΔVLSM)와 동등한 보정 전압이 출력 전압(V0)에 가산되는 것을 알 수 있다.

여기서, 식(3)에서 구해진 VREF = 5 V, V2 = 4.2 V, R1 = 10 kΩ, R2 = 210 kΩ, R3 = 70 kΩ과, 식(4)에서 구한 R110/R120 = 2에 기초하여, 식(7), (8)로부터 구체적인 수치예를 구한다. ICHGM = 3A에 대하여, 충전 전류 검출 저항(RS1)과 증폭기(112)의 소정 이득(×N)과의 적절한 선택에 의해, V3 = 2 V를 얻을 수 있게 한다(V3 = N ×RSl ×ICHGM = 2). 이들 수치예를 식(7)에 대입하면,

ΔV2 = 210 k ×(2 ×10 k) / {(70 k + 210 k) ×(10 k + 210 k) - 210 k²}

= 0.24 V

를 얻을 수 있다. 이것을 식(8)에 대입하면,

ΔV2 = (1/3) ×RLS1 ×3 = 0.24이므로, RLS1 = 240 mΩ을 얻을 수 있다. 즉, 충전 전류(3A)시 240 mΩ의 기생 저항을 보정하게 된다.

도 5는 배터리(101)에의 충전 특성을 나타내고 있다. 배터리(101)에의 충전 초기에는 배터리(101)는 충분히 충전되어 있지 않기 때문에 배터리 출력 단자(VBAT)의 단자 전압(VBAT)은 만충전 전압(VBAT0)에 비하여 충분히 낮은 전압으로 되어 있다. 따라서, 단자 전압(VBAT)에 기생 저항(RLS1)에 충전 전류(ICHG)가 흐르는 것에 의한 강하 전압(ΔVLS)을 가산하더라도, 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO)도 만충전 전압(VBAT0)에 비하여 충분히 낮은 전압이 된다.

따라서, 오차 증폭기(118)의 반전 입력 단자(VFB)에 입력되는 전압은 비반전 입력 단자(V2)에 설정되어 있는 기준 전압(V2)에 비하여 충분히 작은 전압이 되고, 오차 증폭기(118)로부터 출력되는 출력 신호는 최대값을 나타내게 된다. 또한, 충전 개시에 있어서는 충전 전류(ICHG)가 0 A에서부터 상승해 가기 때문에, 과도 상태에서는 참조 전압(V1)에 비하여 증폭기(112)의 출력 단자(V3)로부터 출력되는 전 압은 낮아져 있고, 오차 증폭기(116)로부터 출력되는 출력 신호는 최대값을 나타내게 된다. 따라서, 오차 증폭기(116, 118)의 출력 신호에 대한 스위칭 듀티는 모두 최대 듀티로 설정되어 있게 된다.

오차 증폭기(116)의 출력으로 제어된 최대 듀티에 의해 충전 전류(ICHG)는 증가해 가고, 동시에 검출 전압(V3)도 증대해 간다. 검출 전압(V3)이 참조 전압(V1)을 상회(上回)한 시점에서 오차 증폭기(116)에의 입력 신호가 역전하기 때문에, 오차 증폭기(116)의 출력 신호가 저전압측으로 시프트한다. 여기서, 오차 증폭기(116, 118)의 출력 신호가 비반전 입력 단자에 입력되어 있는 비교기(120)에서는 이들 신호 중 전압 레벨이 낮은 신호에 대하여 비교 출력을 얻을 수 있기 때문에, 오차 증폭기(116)의 출력 신호가 오차 증폭기(118)의 출력 신호를 하회(下回)함으로써 듀티 제어는 오차 증폭기(116)의 출력 신호에 따르게 된다. 따라서, 충전 전류 검출 저항(RS1), 증폭기(112)의 소정 이득(×N), 참조 전압(V1)의 적절한 설정에 의해 소정의 충전 전류(ICHGM)로 정전류 충전 제어가 행하여진다[도 5 중, (CC)영역].

이 때의 기준 전압(V2)은 검출 전압(V3)에서 저항 소자(R3)를 통해 보정 전압이 가산된 전압으로 되어 있다. 도 5에서는 이것을 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 제어 전압(VRF)으로서 표현하고 있다. 기생 저항(RLS1)에 충전 전류(ICHGM)가 흐르는 것에 의한 전압 강하(ΔVLSM)가 보정 전압이 되어 참조 전압(VRF)이 설정되고 있다. 또한, 도 5에서는 배터리 전압(VBAT_I)과 함께, 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 출력 전압(VO_I)을 도시하고 있다. 충전 전류(ICHGM)로 충전이 행하여지고 있기 때문에, 배터리 전압(VBAT_I)에 비하여 출력 전압(VO_I)은 기생 저항(RLS1)에서의 강하 전압(ΔVLSM) 만큼 높은 전압으로 되어 있다.

배터리(101)에의 충전이 진행하고, 배터리 전압(VBAT_I)이 상승해 가면, 기생 저항(RLS1)에서의 강하 전압(ΔVLSM)을 가산한 전압으로서 출력 전압(VO_I)도 상승해 간다. 충전 제어 회로(111)는 충전 제어 장치 출력 단자(V0)를 피드백하여 제어하고 있기 때문에, 출력 전압(VO_I)이 제어 전압(VRF)을 상회하는 시점에서 오차 증폭기(118)는 입력 단자의 전압이 반전하여 출력 전압이 저하한다. 이 전압 저하가 오차 증폭기(116)의 출력 전압을 하회하면, 비교기(120)는 오차 증폭기(118)로부터의 출력 신호 사이에서 비교 결과를 출력한다. 즉, 듀티 제어는 오차 증폭기(118)의 출력 신호에 따라 만충전시의 전압(VBAT0)으로 정전압 충전 제어가 행하여진다[도 5 중, (CV)영역]. 이 기간에는 배터리 전압(VBAT)도 만충전 전압(VBAT0)에 근접해 있고, 충전 전류(ICHG)는 정전류 충전시의 충전 전류(ICHGM)에 비하여 감소하면서 충전 동작이 계속되고, 충전 전류(ICHG)가 없어진 시점(도 5 중, 시각 t0)에서 배터리(101)로의 충전이 완료된다.

제1 실시예의 충전 제어 장치(1)는 청구항 1, 2, 4 내지 7, 10에 대한 구체적 구성예이다. 충전 제어 장치(1)의 오차 증폭기(118), 비교기(120), 반전 출력 버퍼(124)로, 청구항 1에서의 출력 전압 제어부의 구체예로서 구성되어 있다. 또한, 충전 전류 검출 저항(RS1) 및 증폭기(112)는 청구항 1에서의 출력 전류 검출부의 구체적 구성예인 동시에, 청구항 2에 있어서의 전류 전압 변환기의 구체적인 구성예이다. 또한, 저항 소자(R1∼R3)는 청구항 1에 있어서의 기준 전압 보정부의 구 체적인 구성예인 동시에, 청구항 5에 있어서의 기본 기준 전압부, 청구항 6에 있어서의 제1 분압부의 구체적인 구성예이다. 또한, 저항 소자(R3, R2)는 청구항 5에서의 보정 전압부의 구체적인 구성예인 동시에, 청구항 7에서의 제2 분압부의 구체적인 구성예이다. 이 경우, 기준 전원(VREF)이 청구항 6에서의 정전압원의 구체적인 구성예이다. 또한, 증폭기(112), 오차 증폭기(116), 비교기(120), 반전 출력 버퍼(124)로 출력 전류 제어부로서 구성되어 있다.

제1 실시예의 충전 제어 장치(1)에 따르면, 충전 전류(ICHG)의 전류계 경로 상에 존재하는 기생 부하 성분인 기생 저항(RLS1)을 통하여 충전 전류(ICHG)가 흐름으로써 원래 동일 전위이어야 하는 충전 제어 장치 출력 단자(V0)의 출력 전압(V0)과 배터리 단자 전압(VBAT)의 전압값의 어긋남이 생기는 경우에도, 저항 소자(R1∼R3)가 충전 전류(ICHG)에 따라 기준 전압(V2)을 제어하기 때문에 출력 전압(V0)의 제어 전압을 적절히 조정할 수 있다. 충전 전류 경로상 오차 증폭기(118) 내지 반전 출력 버퍼(124)에 의해 기준 전압(V2)에 따라 전압 제어되는 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 위치와 배터리 출력 단자(VBAT)의 위치가 이격되어 있는 경우에도, 배터리 단자 전압(VBAT)을 원하는 출력 전압(VBAT0)으로 충전할 수 있다.

구체적으로는, 충전 제어 장치 출력 단자(VO)의 위치가 배터리 출력 단자(VBAT)의 위치에 대하여 상류측에 있기 때문에 그 동안의 전압 강하(ΔVLS)에 따른 보정 전압을 가산하여 기준 전압(V2)을 높게 설정한다. 이에 따라, 배터리 출력 단자(VBAT)를 원하는 출력 전압(VBAT0)으로 충전할 수 있다. 충전 전류(ICHG)가 많은 경우에는 기준 전압(V2)을 높게 설정하고, 충전 전류(ICHG)가 적은 경우에는 기준 전압(V2)을 낮게 설정하기 때문에, 충전 전류(ICHG)가 흐름으로써 충전 제어 장치 출력 단자(VO)와 배터리 출력 단자(VBAT) 사이에서 전압 강하(ΔVLS)가 생기는 경우에도, 배터리 출력 단자(VBAT)에서의 제어 전압을 만충전 전압(VBAT0)으로 유지하면서, 출력 전압(VO)의 제어 전압을 적절히 조정할 수 있다.

또한, 충전 전류(ICHG)의 검출 결과를 검출 전압(V3)으로서 얻을 수 있기 때문에, 저항 소자(R3)에 접속하여 기준 전압(V2)을 보정할 수 있어 적합하다.

또한, 저항 소자(R1)와 저항 소자(R2, R3)의 병렬 저항에 의한 기준 전원(VREF)의 분압 전압을 기본 기준 전압으로 하면, 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않을 때의 만충전 전압(VBAT0)을 정밀하게 조정할 수 있는 동시에, 충전 전류(ICHG)가 흐르는 것에 의한 보정에 해당하는 만큼을, 검출 전압(V3)을 저항 소자(R3, R2)에 의해 분압하여 가산할 수 있기 때문에 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않는 상태를 포함한 전체 충전 전류(ICHG)의 영역에서 충전 전류 (ICHG)에 따라 기준 전압(V2)을 제어할 수 있다.

충전 제어 장치(1)에서는 충전 초기에서 정전류 충전 제어를 하는 동시에, 충전 후기에서 정전압 충전 제어를 함으로써 배터리(101)를 만충전 전압(VBAT0)으로 충전할 때, 정전류 충전 제어에서의 충전 전류(ICHGM)에 따라 정전압 충전 제어에서의 기준 전압(V2)을 만충전시의 기준 전압(VFB0)에 비하여 높게 설정할 수 있다. 이에 따라, 배터리(101)에의 충전이 진행하고, 정전류 충전 제어로부터 정전압 충전 제어로 전환될 때의 배터리(101)의 출력 전압(VBAT)을 만충전시의 소정 전압(VBAT0)에 보다 근접할 수 있고, 전체 충전 기간에서의 정전류 충전 기간을 길 게 할 수 있고, 배터리(101)에의 전체 충전 시간을 단축할 수 있다.

다음에, 도 6에 의해 제2 실시예의 충전 제어 장치(2)를 도시한다. 충전 제어 장치(2)에서는 제1 실시예의 충전 제어 장치(1)에서의 충전 제어 회로(111)의 증폭기(112) 대신에 충전 제어 회로(21)에서 출력 단자로서 검출 전류 단자(IO)를 새롭게 구비하는 구성의 증폭기(22)를 구비하고 있다. 또한, 증폭기(112)로부터 출력되는 검출 전압(V3)을 저항 소자(R3)를 통해 기준 전압 단자(V2)에 접속하는 구성 대신에, 검출 전류 단자(IO)를 직접 기준 전압 단자(V2)에 접속하여 구성되어 있다. 또한, 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않는 경우의 기준 전압(V2(=VFB0)을 생성하는 저항 분압은 기준 전원(VREF)을 분압하는 R101 및 R102으로 구성할 수 있고, 종래 기술에서의 저항과 같은 분압 저항으로 할 수 있다. ·

증폭기(22)는 도 7에 도시한 바와 같이 증폭기(112)의 출력 단자(V3)와 접지 전위 사이에 전압 전류 변환용 저항 소자(R4)를 구비하고, 변환된 전류를 전류 미러 회로(25)에 의해 되돌려서 검출 전류 단자(IO)로부터 검출 전류(IO)의 출력을 얻고 있다.

검출 전압(V3)을 저항 소자(R4)의 양단에 인가하여 검출 전류(IO)를 얻는 구성이기 때문에 얻어지는 검출 전류(IO)는 검출 전압(V3) 사이에서 비례 관계를 갖고 있다. 비례 계수는 저항 소자(R4)의 저항값(R4)이다. 따라서, 검출 전류(IO)는 전류 미러 회로(25)에서의 전류비를 1 대 1로 하면 식(1)에서

IO = V3/R4 = N ×RS1 ×ICHG/R4 · · · · · · · · · · (9)

가 된다.

이 검출 전류(IO)가, 기준 전압 단자(V2)에 입력되어 저항 소자(R102)에 흐름으로써 기준 전압(V2)의 보정이 이루어진다. 이 때의 기준 전압(V2)의 충전 전류(ICHG) 특성은 도 4에 도시하는 제1 실시예의 특성과 마찬가지 특성을 보인다. 키르히호프의 법칙을 적용하여 제1 실시예의 경우와 같이 풀면,

V2 = R102 ×(IO ×R101 + VREF)/(R101 + R102) ··········· (10)

을 얻을 수 있다. 식(10)에 식(9)을 대입하면,

V2 = R102 ×{(N ×RS1 ×ICHG/R4) ×R101 + VREF}/(R101 + R102) ··· (11)

이 되고, 충전 전류(ICHG)에 비례한 기준 전압(V2)을 얻을 수 있다.

충전 전류(ICHG)가 흐르지 않는 경우, 검출 전류(IO)는 0 A인 것보다,

V2 = R102 ×VREF/(R101 + R102) ················· (l2)

이 되고, 기준 전압(V2)은 기준 전원(VREF)을 저항 소자(R101, R102)로 분압한 전압이 된다. 이 관계는, 종래 기술에서의 관계식과 마찬가지이다.

충전 전류(ICHGM)가 흐르고 있는 경우에는, 식(10)에서 식(12)을 감함으로써,

ΔV2 = R102 ×(IO ×R101)/(R101 + R102) ············· (13)

이 된다.

여기서, 제1 실시예의 충전 제어 장치(1)의 경우와 마찬가지인 수치예에 기초하여, 검출 전류(IO)를 산출한다. ΔV2 = 0.24 V, R101 = R1 = 10 kΩ, R102 = R2//R3 = 210 k//70 k= 52.5 kΩ에서,

IO = ΔV2 ×(R101 + R102)/(R101 ×R102)

= 0.24 ×(10 ㏀ + 52.5 ㏀)/(10 ㏀ ×52.5 ㏀)

= 28.6 μA가 된다.

제2 실시예의 충전 제어 장치(2)는 청구항 1, 3 내지 6, 8, 10에 관한 구체적인 구성예이다. 충전 제어 장치(2)에서 충전 제어 장치(1, 100)의 구성 요소와 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있다. 충전 전류 검출 저항(RS1) 및 증폭기(22)는 청구항 1에서의 출력 전류 검출부의 구체적인 구성예이다. 또한, 증폭기(22)에 의해 청구항 3에서의 전류 출력부를 구비한 출력 전류 검출부의 구체적인 구성예를 나타내고 있다. 또한, 저항 소자(R101, R102)는 청구항 1에서의 기준 전압 보정부의 구체적인 구성예인 동시에, 청구한 5에서의 기본 기준 전압부, 청구항 6에서의 제1 분압부의 구체적인 구성예이다. 또한, 저항 소자(R102)는 증폭기(22)의 검출 전류 단자(IO)로부터의 검출 전류(IO)가 흐르는 것에 의해, 청구항 5에서의 보정 전압부의 구체적인 구성예로 되어 있다. 또한, 출력 전류 제어부는 증폭기(22), 오차 증폭기(116), 비교기(120), 반전 출력 버퍼(124)로 구성되어 있다.

제2 실시예의 충전 제어 장치(2)에 따르면, 충전 전류(ICHG)의 검출 결과를 검출 전류(IO)로서 얻을 수 있기 때문에 기준 전원(VREF)을 분압하는 저항 소자(R101, R102) 중 R102에 검출 전류(IO)를 흘림으로써 기준 전압(V2)을 보정할 수 있다. 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않을 때의 기준 전압(VFB0)을 생성하는 분압 저항 소자(R101, R102) 이외에 기준 전압(V2)의 보정용으로서 새로운 저항 소자 등의 구성 요소를 부가할 필요가 없어 적합하다.

또한, 그 밖의 효과에 대해서는 충전 제어 장치(1)와 마찬가지이다. 즉, 충전 전류(ICHG)가 많은 경우에는 기준 전압(V2)을 높게 설정하고, 충전 전류(ICHG)가 적은 경우에는 기준 전압(V2)을 낮게 설정하여 충전 전류(ICHG)가 흐르는 것에 의해 충전 제어 장치 출력 단자(VO)와 배터리 출력 단자(VBAT) 사이에서 전압 강하(ΔVLS)가 생기는 경우에도, 배터리 출력 단자(VBAT)에서의 제어 전압을 만충전 전압(VBAT0)으로 유지하면서, 출력 전압(VO)의 제어 전압을 적절히 조정할 수 있다. 따라서, 충전 제어 장치(2)를 배터리(101)의 충전용으로서 사용할 때, 배터리(101)에의 충전이 진행하고, 정전류 충전 제어로부터 정전압 충전 제어로 전환될 때의 배터리(101) 출력 전압(VBAT)을 만충전시의 소정 전압(VBAT0)에 보다 근접할 수 있고, 전체 충전 기간에서의 정전류 충전 기간이 길어 져서 배터리(101)에의 전체 충전 시간을 단축할 수 있다.

다음에, 도 8에 의해 제3 실시예의 충전 제어 장치(3)를 도시한다. 충전 제어 장치(3)에서는, 충전 제어 장치(1)에서의 충전 제어 회로(111)의 증폭기(112) 출력 단자(V3)를 저항 소자(R3)를 통해 기준 전압 단자(V2)에 접속하는 구성 대신에, 충전 제어 회로(31)에서 충전 제어 장치 출력 단자(VO)를 분압하여 입력되는 반전 입력 단자(VFB)와 증폭기(112)의 출력 단자(V3) 및 기준 전압 단자(V2)를 각각 접속하는 2개의 비반전 입력 단자를 갖는 다입력의 오차 증폭기(32)를 구비하고 있다.

오차 증폭기(32)의 상세한 회로 구성은 도시 생략한다. 출력 전압(VO)을 분압한 전압(VFB)에 따라 전압(VFB)과 검출 전압(V3), 혹은 전압(VFB)과 기준 전압(V2)의 어느 한 쪽에 대하여 오차 증폭 동작을 행하고, 출력 전압(VO)을 2개의 비반전 입력 단자로 설정되어 있는 전압(검출 전압(V3), 혹은 기준 전압(V2))에 따른 전압으로 제어하는 오차 증폭기이다.

도 9에, 그 모습을 도시한다. 도 9의 제어에서는 2개의 비반전 입력 단자에 설정되어 있는 전압 중 높은 전압으로 제어되는 것을 나타내고 있다. 기준 전압 단자(V2)에는 기준 전원(VREF)을 저항 소자(R101, R102)로 분압한 고정 전압(VFB0)이 입력되어 있다. 한편, 증폭기(112)의 출력 단자(V3)에는 검출 전압(V3)이 입력되어 있다. 검출 전압(V3)은 식(1)에 도시한 바와 같이, 충전 전류(ICHG)에 비례한 전압이며, 충전 전류 검출 저항(RS1)이나 증폭기(112)의 소정 이득(×N)에 의해 적절한 기울기를 갖는 특성이 된다. 따라서, 충전 전류(ICHG)의 증가와 함께 검출 전압(V3)은 증가하고, 소정 충전 전류(ICHG1)로 기준 전압 (VFB0)을 상회하게 된다. 배터리(101)에의 정전류 충전 제어시의 충전 전류(ICHGM)에서의 기준 전압(V2)의 보정 전압이 ΔV2가 되도록 조정된 검출 전압(V3)과 조합함으로써 도 9에서의 특성 (A)를 갖는 오차 증폭기(32)의 참조 전압 특성을 얻을 수 있다. 이에 따라, 정전류 충전 제어시에는 만충전시의 출력 전압(VO)의 기준 전압(V2(=VFB0))에 ΔV2의 보정 전압을 가산하여 충전 전류 경로상의 기생 저항(RLS1)에 의한 전압 강하(ΔVLSM)의 영향을 배제할 수 있는 동시에, 정전압 충전 제어시에 충전 전류(ICHGM)로부터의 충전 전류(ICHG)의 저하에 따라 기준 전압(V2)을 강하시키고 충전 전류(ICHG1) 이하의 영역에서는 만충전시의 기준 전압(VFB0)으로 설정할 수 있다.

제3 실시예의 충전 제어 장치(3)는 청구항 1, 2, 4 내지 7, 9, 10에 대한 구 체적인 구성예이다. 충전 제어 장치(3)에 있어서, 충전 제어 장치(1, 2, 100)의 구성 요소와 같은 구성 요소에 대해서는 같은 부호를 사용하고 있다. 충전 제어 장치(3)의 오차 증폭기(32), 비교기(120), 반전 출력 버퍼(124)로, 청구항 1에서의 출력 전압 제어부의 구체예로서 구성되어 있다. 또한, 오차 증폭기(32)는 청구항 9에서의 출력 전압 제어부의 구체적인 구성예이다. 여기서, 저항 소자(R101, R102)는 청구항 9에서의 기본 기준 전압부의 구체적인 구성예이다.

제3 실시예의 충전 제어 장치(3)에 따르면, 충전 전류(ICHG)가 흐르지 않은 경우의 기준 전압(VFB0)과, 흐르고 있는 경우에 보정된 기준 전압을 각각 독립적으로 설정할 수 있고, 양자의 조정을 간단하고 쉽게 또한 확실하게 행할 수 있다. 이때, 보정된 기준 전압으로서 증폭기(112)로부터 출력되는 검출 전압(V3)을 그대로 이용할 수 있어 적합하다.

또한, 그 밖의 효과에 대해서는 충전 제어 장치(1, 2)와 마찬가지이다. 즉, 충전 전류(ICHG)가 많은 경우에는 기준 전압(V3)을 높게 설정하고, 충전 전류(ICHG)가 적은 경우에는 기준 전압(V3)을 낮게 설정하여 충전 전류(ICHG)가 흐르는 것에 의해 충전 제어 장치 출력 단자(VO)와 배터리 출력 단자(VBAT) 사이에서 전압 강하(ΔVLS)가 생기는 경우에도, 배터리 출력 단자(VBAT)에서의 제어 전압을 만충전 전압(VBAT0)으로 유지하면서, 출력 전압(VO)의 제어 전압을 적절히 조정할 수 있다. 따라서, 충전 제어 장치(3)를 배터리(101) 충전용으로서 사용할 때, 배터리(101)에의 충전이 진행하고, 정전류 충전 제어로부터 정전압 충전 제어로 전환될 때의 배터리(101)의 출력 전압(VBAT)을 만충전시의 소정 전압(VBATO)에 보다 근접할 수 있고, 전체 충전 기간에서의 정전류 충전 기간이 길어져서 배터리(101)에의 전체 충전 시간을 단축할 수 있다.

도 10에 도시하는 제4 실시예에서는 본 발명의 조정기 회로를 스위칭 조정기(4)로서 실시한 경우를 나타내고 있다. 제1 내지 제3 실시예의 충전 제어 장치(1 내지 3)에 있어서의 배터리(101) 대신에 부하(41)를 접속하고 있다. 증폭기(112 혹은 22), 오차 증폭기(116), 비교기(120), 반전 출력 버퍼(124)로 구성되는 출력 전류 제어부가 과부하시의 부하 전류 제한의 제어에 사용되는 것 외에는, 기본적으로 제1 내지 제3 실시예와 같은 기능, 작용을 보이고 있다. 또한, 도 10의 (1) 내지 (3)은 각각 제1 내지 제3 실시예의 구성을 나타내고 있다. 회로 구성으로서 제1 내지 제3 실시예의 어떠한 구성도 적용할 수 있다.

도 11에 도시하는 제5 실시예에서는 본 발명의 조정기 회로를 직렬 조정기(5)로서 실시한 경우를 나타내고 있다. 제1 내지 제3 실시예의 충전 제어 장치(1 내지 3)에서의 배터리(101) 대신에 부하(41)를 접속하고 있다. 부하(41)에의 전원 공급은 PMOS 드라이버(Tr2)를 선형 제어함으로써 행해진다. 전류 검출 저항(RS1), 기생 저항(RLS1) 및 저항 소자 (R110, R120)는 제1 내지 제4 실시예에서의 경우와 마찬가지이다. 제5 실시예의 직렬 조정기(5)에서는 오차 증폭기(118)의 출력 전압에 의해 PMOS 드라이버(Tr2)의 게이트 전압이 제어된다. 또한, 오차 증폭기(32, 118)의 반전/비반전 입력 단자에의 입력 신호는 제1 내지 제4 실시예의 경우에 대하여 반대로 되어 있다. 또한, 증폭기(112)는 부하 전류에 따른 기준 전압(V2)의 보정용으로서 기능하고 있다. 도 11의 (1) 내지 (3)은 각각 제1 내지 제3 실시예의 구성을 나타내고 있다. 회로 구성으로서 제1 내지 제3 실시예의 어떠한 구성도 적용할 수 있다. .

스위칭 조정기(4), 직렬 조정기(5)에서는 오차 증폭기(32 혹은 118) 등에 의해 출력 전압(VO)의 정전압 제어를 함으로써 부하(41)의 부하 단자(VLD)의 부하 단자 전압(VLD)에 소정 전압을 공급할 때, 정전압 제어에서의 기준 전압을 부하 전류(ILD)에 따라 무부하시의 기준 전압에 비하여 높게 설정할 수 있다. 이에 따라, 과부하 상태에 이르는 큰 부하 전류 영역에서 전류 경로상의 전압 강하(ΔVLS)가 커지는 경우에도, 부하(41)에는 소정 전압을 인가할 수 있다. 모든 부하 전류 영역에서 부하(41)에 대하여 정밀하게 소정 전압을 인가할 수 있다.

여기서, 충전 전류(ICHG) 혹은 부하 전류(ILD)에 대한 검출 전압(V3) 혹은 검출 전류(I0)의 비례 계수를 외부에서 조정 가능하면, 충전 제어 회로(1∼3), 스위칭 조정기(4), 직렬 조정기(5)에서의 구체적인 구성마다 커넥터 등에 의한 접촉 저항이나 배선에 의한 배선 저항이 다른 전류 경로 특성에 대하여도 충전 전류(ICHG) 혹은 부하 전류(ILD)에 대한 검출 전압(V3) 혹은 검출 전류(IO)의 조정을 간단하고 쉽게 행할 수 있다.

도 12에 제1 및 제3 실시예에 사용되는 증폭기(112)의 구체예를 도시한다. 출력 전류 검출 단자(RS-, RS+)에는 각각 저항 소자(R6, R5)가 접속되어 있고, 저항 소자(R6, R5)는 각각 증폭기(61)의 반전/비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 증폭기(61)의 출력 단자는 콜렉터 단자가 증폭기(61)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있는 트랜지스터(Q1) 및 콜렉터 단자가 전류 미러 회로(62)에 접속되어 있는 트랜 지스터(Q2) 각각의 베이스 단자에 공통으로 접속되어 있다. 여기서, 트랜지스터(Q1, Q2)의 이미터 단자는 접지 전위에 접속되어 있다. 전류 미러 회로(62)의 미러 전류 출력 단자는 접지 전위 사이에 접속된 저항 소자(R7)에 접속되어 있고, 전압 변환 단자(V4)를 구성하고 있다. 전압 변환 단자(V4)는 증폭기(63) 및 저항 소자(R8, R9)로 구성되어 있는 비반전 증폭 회로에 접속되어 있고, 그 출력 단자가 출력 단자(V3)이다.

증폭기(61)는 연산 증폭기의 동작 특성인 이매지너리 쇼트(imaginary short) 특성에 의해 반전 입력 단자에의 입력 전압과 비반전 입력 단자에의 입력 전압이 대략 같아지도록 제어된다. 따라서, 증폭기(61)로부터의 출력 전류에 의해 바이어스되는 트랜지스터(Q1)에 의해 출력 전류 검출 단자(RS+)로부터 저항 소자(R5)를 통해 전류(I1)가 흐른다. 이 때 저항 소자(R5)에서의 전압 강하가 충전 전류(ICHG)에 의한 충전 전류 검출 저항(RS1)에서의 전압 강하(ΔVLS)와 대략 동등한 전압 강하가 되도록 제어된다. 증폭기(61)의 출력 전류는 동시에 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자에도 입력되기 때문에 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전류도 전류(I1)와 대략 같은 전류가 된다. 지금, 전류 미러 회로(62)의 미러 전류비를 1 대 1로 가정하면 미러된 전류도 전류(I1)와 대략 같아진다. 이 전류(I1)가 저항 소자(R7)를 통해 흐름으로써 전압(V4)을 얻는다. 전압(V4)을 비반전 증폭 회로에서 적절히 증폭함으로써 원하는 소정 이득(×N)을 갖는 검출 전압(V3)을 얻을 수 있다.

이들 동작을 계산식으로 표현하면 이하와 같이 된다.

I1 = ΔVLS/R5

V4 = R7 ×I1 　

　 = R7 ×ΔVLS/R5

V3 = {(R8 + R9)/R9} ×V4

= {(R8 + R9)/R9} ×R7 ×ΔVLS/R5 · · · · · · · · · (14)

따라서, 저항 소자(R7) 혹은 저항 소자(R8, R9) 중 적어도 어느 하나의 저항값을 변경, 조정함으로써 증폭기(112)의 소정 이득(×N)은 조정 가능하다.

또한, 제2 실시예에 사용되는 증폭기(22)에 대해서는 도 7에 도시한 바와 같이 저항 소자(R4)의 저항값을 변경, 조정함으로써 증폭기(22)의 소정 이득(×N)은 조정 가능하다. 또한, 증폭기(22)에 대해서는 도 7에 도시하는 구성 대신에 도 12의 구성을 구비하고 전류 미러 회로(62)로부터의 출력을 검출 전류(IO)로 하는 구성도 가능하다.

또한, 본 발명의 조정기 회로는 상기 제1 내지 제5 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 각종 개량, 변형이 가능한 것은 물론이다.

예컨대, 본 실시예에서는 배터리 출력 단자(VBAT) 혹은 부하 단자(VLD)에 비하여 충전 제어 장치 출력 단자(VO)가 충전 전류(ICHG) 혹은 부하 전류(ILD)가 흐르는 전류 경로에서 상류측에 위치하는 경우를 예로 들어 설명을 했는데, 본 발명의 조정기 회로는 이것에 한정되는 것이 아니라, 충전 제어 장치 출력 단자(VO)가 전류 경로상의 하류측에 위치하고 있는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우에는, 출력 전압(VO)의 제어 전압을 배터리 출력 단자(VBAT) 혹은 부하 단자(VLD)에서의 제어 전압에 대하여 기생 저항(RLS1)에서의 강하 전압(ΔVLS)에 해당하는 만큼 감산하면 된다.

또한, 제3 실시예에서는 기준 전압(V2)을 고정 전압(VFB0)과 소정의 기울기를 갖는 검출 전압(V3)으로 구성하는 경우를 예시했는데, 본 발명의 조정기 회로에서는 이것에 한정되는 것이 아니며, 기준 전압(V2)은 이들 직선에 가하여, 혹은 이들 직선 대신에 2 이상의 다른 기울기 특성을 갖는 직선으로 구성할 수도 있다.

또한, 증폭기(112)에서의 소정 이득(×N)의 조정은 도 12에 예시한 회로 구성으로 한정되는 것이 아니라, 차동 증폭 회로, 비반전 증폭 회로 등 각종 증폭 회로에 의해, 혹은 이들 회로를 적절하게 조합하는 것에 의해 구성할 수 있다.

(부기 1)

기준 전압에 기초하여 출력 전압을 제어하는 출력 전압 제어부와,

출력 전류 검출부와,

상기 출력 전류 검출부에서 검출되는 출력 전류에 기초하여 상기 기준 전압을 제어하는 기준 전압 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.

(부기 2)

상기 출력 전류 검출부로부터의 검출 결과에 기초하여 상기 출력 전류를 제어하는 출력 전류 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 1에 기재의 조정기 회로.

(부기 3)

상기 출력 전류 검출부는 전류 전압 변환기를 구비하고,

상기 출력 전류에 따른 검출 전압에 기초하여 상기 기준 전압 보정부를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 1 또는 2에 기재의 조정기 회로.

(부기 4)

상기 검출 전압은 상기 출력 전류에 대하여 소정의 비례 계수를 갖고 출력되는 것을 특징으로 하는 상기 부기 3에 기재의 조정기 회로.

(부기 5)

상기 출력 전류 검출부는 전류 출력부를 구비하고,

상기 출력 전류에 따른 검출 전류에 기초하여 상기 기준 전압 보정부를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 1 또는 2에 기재의 조정기 회로.

(부기 6)

상기 검출 전류는 상기 출력 전류에 대하여 소정의 비례 계수를 구비하여 출력되는 것을 특징으로 하는 상기 부기 5에 기재의 조정기 회로.

(부기 7)

상기 비례 계수는 외부 조정 가능한 것을 특징으로 하는 부기 4 또는 6에 기재의 조정기 회로.

(부기 8)

상기 기준 전압 보정부는 상기 출력 전류의 증감에 대하여 상기 기준 전압을 플러스 또는 마이너스의 상관을 갖고 증감시키는 것을 특징으로 하는 상기 부기 1 내지 7의 적어도 어느 한 항에 기재의 조정기 회로.

(부기 9)

상기 기준 전압 보정부는,

상기 출력 전류가 흐르지 않는 경우에 기본 기준 전압을 출력하는 기본 기준 전압부와,

상기 출력 전류에 따라 변화되는 보정 전압을 상기 기본 기준 전압에 중첩하는 보정 전압부를 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 1 내지 8의 적어도 어느 한 항에 기재의 조정기 회로.

(부기 10)

상기 기본 기준 전압부는 정전압원 혹은 정전압원 및 제1 분압부를 구비하고,

상기 기본 기준 전압은 상기 정전압원에서 출력되는 소정 전압 혹은 상기 제1 분압부에 의한 해당 소정 전압의 분압 전압인 것을 특징으로 하는 상기 부기 9에 기재의 조정기 회로.

(부기 11)

상기 보정 전압부는 제2 분압부를 구비하고 상기 검출 전압을 분압하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 10에 기재의 조정기 회로.

(부기 12)

상기 보정 전압부는 상기 제1 분압부를 포함하고, 해당 제1 분압부에 대하여 상기 검출 전류를 흘리는 것을 특징으로 하는 상기 부기 10에 기재의 조정기 회로.

(부기 13)

상기 출력 전류가 흐르지 않는 경우에 기본 기준 전압을 출력하는 기본 기준 전압부를 구비하고,

상기 출력 전압 제어부는,

상기 기본 기준 전압이 입력되는 제1 기준 전압 단자와,

상기 출력 전류에 따라 변화되는 보정 기준 전압이 입력되는 제2 기준 전압 단자를 구비하고,

상기 기본 기준 전압과 상기 보정 기준 전압의 대소 관계에 따라 선택되는 어느 한 쪽을 상기 기준 전압으로서 출력 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 상기 부기 1 내지 8의 적어도 어느 한 항에 기재의 조정기 회로.

(부기 14)

상기 보정 기준 전압은 상기 검출 전압 혹은 상기 검출 전류에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 상기 부기 13에 기재의 조정기 회로.

(부기 15)

상기 출력 전류 제어부에 의해 충전 초기에 정전류 충전 제어를 하는 동시에, 상기 출력 전압 제어부에 의해 충전 후기에 정전압 충전 제어를 함으로써 배터리를 상기 출력 전압으로 충전할 때, 상기 정전류 충전 제어에서의 충전 전류에 따라 상기 정전압 충전 제어에서의 상기 기준 전압을 만충전시의 상기 기준 전압에 비하여 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 2 내지 14의 적어도 어느 한 항에 기재의 조정기 회로.

(부기 16)

상기 출력 전류 제어부에 의해 과부하시의 전류 제한 제어를 하는 동시에, 상기 출력 전압 제어부에 의해 상기 출력 전압의 정전압 제어를 함으로써 부하에 대하여 소정 전압을 공급할 때 상기 정전압 제어에서의 상기 기준 전압을 부하전류에 따라 무부하시의 상기 기준 전압에 비하여 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 2 내지 14의 적어도 어느 한 항에 기재의 조정기 회로.

(부기 17)

출력 전류에 따라 출력 전압을 소정 전압으로 조정, 유지하기 위한 기준 전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 조정기 회로의 제어 방법.

(부기 18)

상기 출력 전류의 증감에 대하여 상기 기준 전압을 플러스 또는 마이너스의 상관 관계를 갖고 증감시키는 것을 특징으로 하는 상기 부기 17에 기재의 조정기 회로의 제어 방법.

(부기 19)

충전 초기에 정전류 충전을 행하는 동시에, 충전 후기에 상기 소정 전압에서의 정전압 충전을 행하는 것에 의해 배터리에의 충전 동작을 행할 때, 상기 정전류 충전 상태의 충전 전류에 따라 상기 기준 전압을 만충전시의 상기 기준 전압에 비하여 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 17 또는 18에 기재의 조정기 회로의 제어 방법.

(부기 20)

부하에 대하여 상기 소정 전압을 공급할 때, 부하 전류에 따라 상기 기준 전압을 무부하시의 상기 기준 전압에 비하여 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 부기 17 또는 18에 기재의 조정기 회로의 제어 방법.

본 발명에 따르면 충전 전류나 부하 전류에 따라 조정하여야 할 소정 전압의 설정을 보정함으로써 모든 충전 전류나 부하 전류 영역에서 정밀하게 출력 전압을 조정, 유지할 수 있는 조정기 회로를 제공하는 것이 가능해진다.

Claims

기본 기준 전압을 설정하는 기본 기준 전압부와,

출력 전류의 증대에 따라서 상승하는 보정 기준 전압을 출력하는 출력 전류 검출부와,

출력 전압에 따른 전압이 입력되는 반전 입력 단자, 상기 기본 기준 전압이 입력되는 제1 비반전 압력 단자, 및 상기 보정 기준 전압이 입력되는 제2 비반전 입력 단자를 가지며, 상기 출력 전압에 따른 전압과, 상기 기본 기준 전압 및 상기 보정 기준 전압 중 높은 전압과의 오차 전압을 증폭하는 오차 증폭기

를 구비하는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
제1항에 있어서, 상기 출력 전류 검출부는, 상기 출력 전류에 따른 상기 보정 기준 전압을 출력하는 전류 전압 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기본 기준 전압부는, 정전압원을 구비하고,

상기 기본 기준 전압은, 상기 정전압원에서 출력되는 소정 전압에 기초한 전압인 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
출력 전압에 따른 전압과 기준 전압과의 비교에 기초하여, 트랜지스터의 스위칭 듀티를 결정함으로써 상기 출력 전압을 제어하는 출력 전압 제어부와,

상기 출력 전압을 받아 충전이 행해지는 배터리로의 충전 경로에 설치된 저항 소자에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와,

상기 출력 전류에 기초하여, 상기 기준 전압을 제어하는 기준 전압 보정부

를 구비하고,

상기 기준 전압 보정부는, 상기 출력 전류의 증감에 대하여 상기 기준 전압을, 플러스 또는 마이너스의 상관 관계를 갖고서 증감시키는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
제4항에 있어서, 상기 기준 전압 보정부는,

상기 출력 전류가 흐르지 않는 경우에 기본 기준 전압을 출력하는 기본 기준 전압부와,

상기 출력 전류에 따라 변화되는 보정 전압을 상기 기본 기준 전압에 중첩하는 보정 전압부

를 구비하는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
제5항에 있어서, 상기 기본 기준 전압부는, 정전압원을 구비하고,

상기 기본 기준 전압은, 상기 정전압원에서 출력되는 소정 전압에 기초한 전압인 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
제6항에 있어서, 상기 기본 기준 전압부는, 상기 정전압원에서 출력되는 소정 전압을 분압하는 제1 분압부를 구비하고,

상기 보정 전압부는, 상기 출력 전류에 따른 검출 전류를 출력하는 전류 출력부를 구비하며 상기 제1 분압부에 대하여 상기 검출 전류를 흘리는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
제5항에 있어서, 상기 보정 전압부는,

상기 출력 전류에 따른 검출 전압을 출력하는 전류 전압 변환기와,

상기 검출 전압을 분압하여 상기 보정 전압을 출력하는 제2 분압부

를 구비하는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
제4항에 있어서,

상기 출력 전류가 흐르지 않는 경우에 기본 기준 전압을 출력하는 기본 기준

전압부

를 구비하고 있으며,

상기 출력 전압 제어부는,

상기 기본 기준 전압이 입력되는 제1 기준 전압 단자와,

상기 출력 전류에 따라 변화되는 보정 기준 전압이 입력되는 제2 기준 전압 단자를 구비하고,

상기 기본 기준 전압과 상기 보정 기준 전압과의 대소 관계에 따라 선택되는 어느 한쪽을 상기 기준 전압으로 하여, 출력 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 조정기 회로.
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