KR101149186B1

KR101149186B1 - 충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치

Info

Publication number: KR101149186B1
Application number: KR1020070005548A
Authority: KR
Inventors: 다카오 나카시모
Original assignee: 세이코 인스트루 가부시키가이샤
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2012-05-25
Also published as: CN101005210B; TWI403072B; JP4398432B2; JP2007195303A; US7589502B2; US20070188142A1; TW200740079A; KR20070076542A; CN101005210A

Abstract

과방전 검출 회로나 과충전 검출 회로 등에 지연 회로를 내장한 충방전 제어 회로에 있어서, 제어용의 단자를 추가하지 않고, 검출 회로의 지연 시간을 외부에서 변경할 수 있어, 검출 회로의 시험 시간을 단축하는 것이다.

충방전 제어 회로의 전원 단자와 전원 전압 검출 단자의 사이에 전압 검출 회로를 설치하고, 전압 검출 회로가 규정 이상의 전압을 검출함으로써, 내부 제어 회로의 지연 시간을 짧게 하는 구성으로 하였다.

Description

충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치{CHARGING AND DISCHARGING CONTROL CIRCUIT AND CHARGING TYPE POWER SUPPLY DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 충방전 제어 회로를 포함하는 충전식 전원 장치의 블록도,

도 2는 종래의 충전식 전원 장치의 블록도,

도 3은 종래의 충전식 전원 장치의 블록도,

도 4는 충방전 제어 회로의 동작을 도시하는 파형도,

도 5는 본 발명의 제1 실시예의 충방전 제어 회로의 동작을 도시하는 파형도,

도 6은 본 발명의 제2 실시예의 충방전 제어 회로를 포함하는 충전식 전원 장치의 블록도,

도 7은 본 발명의 제2 실시예의 충방전 제어 회로의 동작을 도시하는 파형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10…전원 단자 20…전원 검출 단자

30…스위치 제어 단자 101…2차 전지

102…스위치 회로 103…부하

104…충전기 110…충방전 제어 회로

111…전압 분압 회로 113…전압 검출 콤퍼레이터

116…기준 전압 120…내부 제어 회로

121…내부 지연 회로 130…전압 검출 회로

140…출력 래치 회로 200…저항

210…용량

본 발명은, 충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치의 시험 시간을 단축하는 기술에 관한 것이다.

종래의 2차 전지로 이루어지는 충전식 전원 장치로서는, 도 2에 회로 블록도를 도시하는 바와 같은 전원 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 즉 외부 단자 -V0 및 +V0에 스위치 회로(102)를 통해 2차 전지(101)가 접속되어 있다. 또한, 2차 전지(101)에 병렬로 충방전 제어 회로(110)가 접속되어 있다. 충방전 제어 회로(110)는, 2차 전지(101)의 전압을 검출하는 기능을 구비하고 있다. 2차 전지(101)가 과충전 상태(전지가 소정의 전압치보다 높은 상태. 이후, 이 상태를 과충전 보호 상태라고 부른다), 또는 과방전 상태(전지가 소정의 전압치보다 낮은 상태. 이후, 이 상태를 과방전 보호 상태라고 부른다) 중 어느 하나인 경우는, 스위치 회로(102)가 OFF하도록 충방전 제어 회로(110)에서 신호가 출력된다. 또, 외부 단자 +V0가 어느 전압에 도달했을 때에 스위치 회로(102)가 OFF하도록 하여, 부하에 과대한 전류가 흘렀을 때에 방전을 정지(과전류 제어)할 수 있다. 이후, 이 상태의 것을 과전류 보호 상태라고 부른다. 이러한 상태로부터 전지를 보호하는 것이 충방전 제어 회로의 역할이다.

스위치 회로(102)는, FET 등의 입력 신호에 의해 전류를 정지할 수 있는 소자로 구성 가능하다. 또, 이 때 도 3과 같이 충방전 제어 회로(110)에 전압을 공급하기 위한 전원 단자(10)와 2차 전지(101)의 전압을 검출하기 위한 전압 검출 단자(20)를 따로 설치하는 경우가 있다. 충방전 제어 회로(110)의 전원 단자에는, 일반적으로 2차 전지의 충방전에 의한 전원 변동이 충방전 제어 회로(110)의 오동작을 일으키지 않도록, 필터로서 저항(200)과 용량(210)을 접속하는 경우가 있다. 이러한 때에도, 전원 단자(10)를 따로 설치함으로써 충방전 제어 회로(110)의 소비 전류가 전압 검출 단자(20)를 흐르지 않도록 하여, 소비 전류와, 저항(200)에 의해 발생하는 전압 강하에 의해 충방전 제어 회로(110) 검출 전압에 오차가 발생하지 않도록 할 수 있다. 이렇게 구성하면 2차 전지(101)가 어떠한 상태인지를 검지하는 검출 정밀도를 올릴 수 있다.

또, 리튬 이온 전지의 충방전을 제어하는 경우, 리튬 이온 전지를 과충전으로부터 보호하기 위해, 단자 전압이 소정 레벨 이상으로 된 것이 검출된 경우 지연 회로에 의해 부여되는 소정의 지연 시간 후에 스위치 회로의 스위치 소자를 오프로 하여, 충전을 금지하는 구성이 일반적으로 채용되고 있다. 이 결과, 과도적인 전 지 전압의 변화에 응답하지 않고, 과충전 상태를 확실하게 검출하여 2차 전지가 과충전 상태가 되지 않도록 2차 전지로의 충전이 제어된다. 충방전 제어 회로에서는, 이 외에, 과방전을 검출하여 2차 전지에서 부하로의 전류 공급을 정지시키는 제어, 및 2차 전지에서 부하로의 과전류를 검출하여 2차 전지에서 부하로의 전류 공급을 정지시키는 제어도 동일하게 행해지지만, 이러한 제어에 있어서도 동일한 이유로 지연 회로가 각각 이용되고 있다. 예를 들면, 리튬 이온 전지의 충방전을 제어하기 위해서는, 수 mSec에서 수 Sec의 지연 시간이 필요하다.

(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 평 4-75430호

그러나, 지연 회로를 내장한 충방전 제어 회로의 경우, 회로의 단자수의 제한에 의해 지연 시간을 외부에서 변경할 수 있는 단자를 준비할 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는, 과충전 검출 전압이나 과방전 검출 전압의 시험을 행하면, 각각의 시험마다 지연 시간 이상의 시간을 기다리지 않으면 출력 신호가 출력되지 않는다. 출력 신호를 확인하기 위해서는 각각의 지연 시간 이상의 시간을 기다릴 필요가 있고, 충방전 제어 회로의 시험 시간을 연장시켜 회로 제조 비용 및 그 충방전 제어 회로를 이용한 충전식 전원 장치의 제조 비용을 올려 버린다.

그래서, 본 발명은 종래의 이러한 과제를 해결하기 위해, 충방전 제어 회로에 전원 단자와 전압 검출 단자의 사이에 전압 검출 회로를 설치하고, 전압 검출 회로가 평소에는 거의 같은 전압인 양 단자 사이에 일정 이상의 전압을 검출한 경 우에, 내부 제어 회로의 지연 시간을 짧게 하는 테스트 모드로 들어가도록 구성하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 충방전 제어 회로의 시험 시간을 단축하여 제조 비용을 내리는 것이 가능해진다.

(실시예 1)

본 발명의 제1 실시예를 도 1에 도시한다. 도 1은, 본 발명의 충방전 제어 회로를 포함하는 충전식 전원 장치의 블록도이다.

이하, 도 1에 의거하여 제1 실시예를 설명한다. 외부 전원 단자 +V0과 -V0의 사이에, 스위치 회로(102)를 통해 2차 전지(101)가 접속되어 있다. 충방전 제어 회로(110)는, 2차 전지(101)와 병렬로 접속되어 있다. 2차 전지(101)의 양극은, 충방전 제어 회로(110)의 전압 검출 단자(20)와, 저항(200)을 통해 전원 단자(10)에 접속되어 있다. 전원 단자(10)에는, 2차 전지(101)의 음극과의 사이에 용량(210)과 접속되어, 2차 전지(101)의 단시간의 전원 변동에 의해 충방전 제어 회로(110)가 오동작 등의 영향을 받지 않도록 구성되어 있다.

충방전 제어 회로(110)는, 과충전 검출 콤퍼레이터(113), 과충전 검출 콤퍼레이터(113)의 입력 단자에 소정의 기준 전압 Vr을 부여하기 위한 기준 전압 회로(116), 2차 전지(101)의 전압을 분압하는 전압 분할 회로(111), 내부 제어 회로(120), 내부 지연 회로(121)를 구비하고 있다. 스위치 회로(102)의 온 오프의 제어 단자는, 충방전 제어 회로(110)의 스위치 제어 단자(30)와 접속되고, 스위치 회로(102)의 온 오프는 충방전 제어 회로(110)의 검출 결과에 따라 제어된다.

외부 전원 단자 +V0과 -V0의 사이에, 2차 전지(101)로 충전을 행하기 위한 충전기(104) 또는 2차 전지(101)에 의해 구동되는 부하(103)가 접속된다.

과충전 검출 콤퍼레이터(113)는, 2차 전지(101)의 단자 전압을 전압 분할 회로(111)의 저항 R0과 저항 R1로 분압한 분압 출력을 기준 전압 회로(116)의 기준 전압 Vr과 비교하여 과충전 상태를 검출하는 기능을 구비하고 있다. 과충전 검출 콤퍼레이터(113)는 그 정상(正相) 입력 단자에 입력되어 있는 상기 분압 출력 전압의 레벨이 기준 전압 Vr보다 커졌을 때에 그 출력이 고 레벨이 된다. 전압 검출 회로(130)는, 전원 단자(10)와 전압 검출 단자(20)의 전압차를 감시하여, 전원 단자(10)와 전압 검출 단자(20)의 전위차가, 어느 전압 이상이 된 경우 검출 신호를 내부 지연 회로(121)에 출력한다. 내부 제어 회로(120)는 과충전 검출 콤퍼레이터(113)와 전압 검출 회로(130)의 출력을 입력 신호로 하여, 내부 지연 회로(121)에 신호를 출력한다. 내부 지연 회로(121)는 내부 제어 회로(120)의 출력을 입력 신호로 하여, 정해진 지연 시간의 후에 스위치 회로(102)를 제어하는 신호를 스위치 제어 단자(30)에 출력한다.

2차 전지(101)가 과충전 상태가 되면, 과충전 검출 콤퍼레이터(113)가 과충전 상태를 검출하고, 내부 제어 회로(120)는 내부 지연 회로(121)에 제어 신호를 출력한다. 이 때, 전원 단자(10)와 전압 검출 단자(20)의 전압이 거의 같으면, 내부 지연 회로(121)는 도 4와 같이 과충전 검출 콤퍼레이터(113)의 출력 전압을 입력 신호로 하여 사양 상 규정된 지연 시간 t1의 후에 스위치 회로(102)를 제어하는 신호를 스위치 제어 단자(30)에 출력한다.

또, 전압 검출 회로(130)는, 전원 단자(10)와 전원 검출 단자(20)의 전위차가 일정 전압 이상이 되면 내부 제어 회로(120)에 신호를 출력한다. 내부 제어 회로(120)는, 전압 검출 회로(130)의 신호를 입력하면, 내부 지연 회로(121)에 지연 시간이 짧아지는 제어 신호를 출력한다. 이 때 과충전 검출 콤퍼레이터(113)가 과충전 상태를 검출하면, 내부 지연 회로(121)는 과충전 검출 콤퍼레이터(113)의 출력 전압을 입력 신호로 하여, 사양 상 규정된 지연 시간 t1보다도 짧은 지연 시간 t2의 후에 스위치 회로(102)를 제어하는 신호를 스위치 제어 단자(30)에 출력한다. 도 5에, 전원 단자(10)와 전원 검출 단자(20)의 전위차가 일정 전압 이상일 때의 신호 파형을 나타낸다.

그 후에 전원 단자(10)와 전원 검출 단자(20)의 전위차가 규정 전압 이하로 내려가면, 전압 검출 회로(130)는 내부 제어 회로(120)에 내부 지연 회로(121)의 지연 시간을 규정의 길이로 되돌리는 제어 신호를 출력하고, 내부 지연 회로(121)는 지연 시간을 통상의 지연 시간 t1로 한다. 통상 사용시는, 전원 단자(10)와 전원 검출 단자(20)의 전압은 거의 같은 전위로 되어 있기 때문에, 통상시에 테스트 모드로 들어가는 일은 없다.

도 1의 블록도는, 과충전 검출 회로 및 주변 회로만을 기록하고 있지만, 과방전 검출 회로나 과전류 검출 회로도 동일하게 구성하여 제어하는 것이 가능하다.

또, 도 5는 전원 단자(10)의 전압이 전원 검출 단자(20)의 전압보다 규정 전압 이상 커지도록 기술하고 있지만, 전원 검출 단자(20)의 전압이 전원 단자(10)의 전압보다 규정 전압 이상 커지면 지연 시간을 단축하도록 회로 구성하는 것도 가능 하다.

(실시예 2)

도 6에, 본 발명의 제2 실시예의 충방전 제어 회로를 포함하는 충전식 전원 장치의 블록도를 도시한다.

제1 실시예의 충방전 제어 회로에, 전압 검출 회로(130)와 내부 제어 회로(120)의 사이에 래치 회로(140)를 설치한 구성이다. 이렇게 구성함으로써, 전원 단자(10)와 전원 검출 단자(20)의 전위차를 펄스 형상으로 일단 규정의 전압 이상으로 하는 것만으로, 내부 지연 회로(121)의 지연 시간을 t1에서 t2로 변경하는 것이 가능해진다.

내부 지연 회로(121)의 지연 시간을 t2에서 t1로 복귀시키기 위해서는, 래치 회로(140)를 리셋할 필요가 있다. 래치 회로(140)의 리셋은 예를 들면, 전원 전압을 내리는, 전원 단자(10)와 전원 검출 단자(20)의 전위차를 검출시킬 때와 역부호로 하거나, 또는 전류 스위치 회로(102)의 제어 신호가 반전된 것을 이용하여 래치 회로(140)를 복귀시키는 신호를 발생시키는 등의 방법을 취함으로써 가능하다.

또, 도 7은 전원 단자(10)의 전압이 전원 검출 단자(20)의 전압보다 규정 전압 이상 커지도록 기술하고 있지만, 전원 검출 단자(20)의 전압이 전원 단자(10)의 전압보다 규정 전압 이상 커지면, 지연 시간을 단축하도록 회로 구성하는 것도 동일하게 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명의 충방전 제어 회로는, 제어 단자를 추가하지 않 고, 내부 제어 회로의 지연 시간을 짧게 하는 테스트 모드로 들어감으로써, 시험 시간을 단축하여 제조 비용을 내리는 효과가 있다.

Claims

2차 전지의 전압을 전원으로 하여 입력하는 전원 단자와,

상기 2차 전지의 전압을 검출하기 위해 입력하는 전압 검출 단자와,

상기 전압 검출 단자의 전압을 분압하는 분압 회로와,

기준 전압 회로와,

상기 분압 회로의 출력과 기준 전압 회로의 출력을 입력하여 비교하는 전압 비교 회로와,

상기 전압 검출 단자의 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,

상기 전압 비교 회로의 출력 신호와 상기 전압 검출 회로의 출력 신호를 입력하여 검출 신호를 출력하는 내부 제어 회로와,

상기 검출 신호를 지연하여 스위치 제어 신호를 출력하는 지연 회로로 이루어지는 충방전 검출 회로로서, 상기 전압 검출 회로가 상기 전압 검출 단자의 전압이 규정 전압 이상이 된 것을 검출하면, 상기 지연 회로의 지연 시간을 짧게 하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 전압 비교 회로는 2차 전지의 과방전을 검출하는 회로인, 충방전 제어 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 전압 비교 회로는 2차 전지의 과충전을 검출하는 회로인, 충방전 제어 회로.
충전기 또는 부하를 접속하는 외부 단자와,

상기 외부 단자에 스위치 회로를 통해 접속한 2차 전지와,

청구항 1에 기재된 충방전 제어 회로로 이루어지며,

상기 전원 단자 및 상기 전압 검출 단자에 상기 2차 전지를 접속하고, 상기 스위치 제어 신호가 입력되는 스위치 제어 신호 출력 단자에 상기 스위치 회로를 접속한, 충전식 전원 장치.