KR101259657B1

KR101259657B1 - 반도체 장치 및 충전식 전원 장치

Info

Publication number: KR101259657B1
Application number: KR1020070134975A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 고이케; 아츠시 사쿠라이; 가즈아키 사노
Original assignee: 세이코 인스트루 가부시키가이샤
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2013-04-30
Also published as: KR20080058268A; TW200840177A; JP2008160930A; US20080157719A1; TWI415362B; US8378635B2; CN101252284A; CN101252284B; JP4546445B2

Abstract

본 발명은 싸인파 충전기에 의해 배터리를 충전해도, 배터리의 과충전 상태를 정확하게 검출할 수 있는 반도체 장치 및 충전식 전원 장치에 관한 것이다.

싸인파 충전기의 충전 전압의 1／2 주기가 과방전 상태 해제의 지연 시간보다도 짧은 경우에, 과방전 상태에서 과방전 검출 전압을 초과하여 과충전 검출 전압 이상의 배터리의 전압이 검출된 경우, 지연 회로가 과방전 상태 해제의 지연 시간을 0초로 한다.

Description

반도체 장치 및 충전식 전원 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE AND RECHARGEABLE POWER SUPPLY UNIT}

본 발명은 싸인파 충전기로 충전되는 배터리를 제어하는 반도체 장치 및 싸인파 충전기로 충전되는 충전식 전원 장치에 관한 것이다.

최근, 휴대용 전자 기기가 보급되어 있다. 이 전자 기기는 배터리에 의해서 동작하고 있다. 배터리가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 사용자가 이동처에서 전자 기기를 사용할 수 없게 되거나, 불측의 사고가 발생하거나 하는 일이 있으므로, 배터리의 충방전은 감시되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

배터리가 충전되고 있는 경우, 배터리의 전압이 과충전 상태를 검출할 때의 과충전 검출 전압 이상이 되고, 과충전 상태를 확정하기 위해서 필요한 과충전 확정 시간이 경과하면, 배터리의 과충전 상태가 확정되고 충전이 금지된다.

배터리가 방전되고 있는 경우, 배터리의 전압이 과방전 상태를 검출할 때의 과방전 검출 전압 미만이 되고, 과방전 상태를 확정하기 위해서 필요한 과방전 확정 시간이 경과하면, 배터리의 과방전 상태가 확정되어 방전이 금지된다. 그 후, 충전식 전원 장치 내부의 일부의 회로의 동작이 정지하고, 충전식 전원 장치의 소 비 전력이 낮아진다. 이 상태를, 파워 다운 상태라고 한다. 이 파워 다운 상태로 이행하는지 여부를 감시하는 VM 단자가 충전식 전원 장치에 설치되어 있고, VM 단자의 전압이 파워 다운 전압 이상이 되면, 충전식 전원 장치는 파워 다운 상태로 이행하고, VM 단자의 전압이 파워 다운 전압 미만이 되면 충전식 전원 장치는 파워 다운 상태가 해제된다.

또한, 파워 다운 상태에서 배터리에 충전기가 접속되면, 파워 다운 상태가 해제되고 충전이 개시된다. 배터리의 전압이 과방전 검출 전압 이상이 되고, 과방전 상태의 해제를 확정하기 위해서 필요한 과방전 상태 해제의 지연 시간이 경과하면, 배터리의 통상 상태가 확정된다. 또한 충전이 진행되면, 배터리의 전압은 과충전 검출 전압 이상이 되고, 과충전 확정 시간이 경과하면 배터리의 과충전 상태가 확정된다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2001-178011호

여기서, 배터리를 충전하는 충전기는 싸인파 충전기이며, 과방전 상태 해제의 지연 시간은 싸인파 충전기의 충전 전압의 1／2 주기보다도 길다고 한다. 이 때, 충전식 전원 장치가 파워 다운 상태로 이행하고 있어, 그 배터리를 싸인파 충전기가 충전한 경우, 배터리의 전압이 과방전 검출 전압을 초과해도, 초과하고 있는 시간이 과방전 상태 해제의 지연 시간보다도 짧기 때문에 과방전 상태 해제의 지연 시간이 반드시 경과하지 않게 된다. 따라서, 배터리의 과방전 상태가 해제되지 않게 되므로, 충전이 멈추지 않게 되어 있음에도 불구하고, 과충전 상태가 검출되지 않게 된다. 또한, 이 때, 도 4에 나타내는 바와 같이, 파워 다운 상태의 이행 및 해제가 반복되고 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어지고, 싸인파 충전기에 의해서 배터리를 충전해도 배터리의 과충전 상태를 정확하게 검출할 수 있는 충전식 전원 장치 및 반도체 장치를 제공한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 배터리의 과충전 상태를 검출하는 과충전 검출 회로와, 배터리의 과방전 상태를 검출하는 과방전 검출 회로와, 과충전 검출 회로 또는 상기 과방전 검출 회로의 검출 신호를 입력하여 지연 시간을 카운트하는 지연 회로를 구비한, 싸인파 충전기로 충전되는 배터리의 충방전을 제어하는 반도체 장치로서, 지연 회로는 싸인파 충전기의 충전 전압의 1／2 주기가 과방 전 상태 해제의 지연 시간보다도 짧은 경우에는, 과방전 상태 해제의 지연 시간을 0초로 하는 반도체 장치로 하였다.

또한 본 발명은, 싸인파 충전기 또는 부하가 접속되는 외부 단자와, 배터리와, 배터리의 과충전 상태를 검출하는 과충전 검출 회로와, 배터리의 과방전 상태를 검출하는 과방전 검출 회로와, 과충전 검출 회로 또는 과방전 검출 회로의 검출 신호를 입력하여 지연 시간을 카운트하는 지연 회로와, 배터리와 외부 단자의 사이에 설치된 충방전 제어 스위치 소자를 구비한 충전식 전원 장치로서, 지연 회로는 싸인파 충전기의 충전 전압의 1／2 주기가 과방전 상태 해제의 지연 시간보다도 짧은 경우에는, 과방전 상태 해제의 지연 시간을 0초로 하는 충전식 전원 장치로 하였다.

본 발명에서는 싸인파 충전기의 충전 전압의 1／2 주기가 과방전 상태 해제의 지연 시간보다도 짧은 경우에, 과방전 상태로 과방전 검출 전압을 초과하여 과충전 검출 전압 이상의 배터리의 전압이 검출된 경우, 지연 회로가 과방전 상태 해제의 지연 시간을 0초로 하므로, 과방전 상태의 해제가 순식간에 확정되고, 제2 스위칭 소자가 방전의 금지를 해제한다. 따라서, 싸인파 충전기에 의해서 배터리가 충전되거나 싸인파와 같은 노이즈가 충전 전압에 실리거나 해도, 배터리의 과방전 상태가 해제되므로 배터리가 과충전 상태가 되면 그 과충전 상태가 정확하게 검출된다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

우선, 충전식 전원 장치에 대해 설명한다. 도 1은, 충전식 전원 장치의 회로 블록도이다.

충전식 전원 장치는, EB(＋) 단자 및 EB(-) 단자를 구비하고 있다. 또한, 충전식 전원 장치는 배터리(1), 저항(2), FET(3A), FET(3B) 및 배터리 제어 회로(4)를 구비하고 있다.

리튬 이온 배터리 등의 배터리(1)는 EB(＋) 단자 및 EB(-) 단자에 접속된 싸인파 충전기(도시하지 않음)에 의해서 충전되거나 EB(＋) 단자 및 EB(-) 단자에 접속된 부하(도시하지 않음)를 구동하거나 한다. 배터리 제어 회로(4)는 VDD 단자 및 VSS 단자의 전압에 의거하여 기생 다이오드를 갖는 FET(3A) 및 기생 다이오드를 갖는 FET(3B)를 온 오프 제어하고 배터리(1)의 충전 및 방전을 제어한다. CO 단자에 접속된 FET(3A)는, 오프함으로써 충전 제한을 행하고, DO 단자에 접속된 FET(3B)는 오프함으로써 방전 제한을 행한다. 또한, 배터리 제어 회로(4)는 저항(2)에 발생한 전압을 VM 단자에 의해서 모니터하고, 그 전압에 의거하여 FET(3B)를 온 오프 제어하여 배터리(1)의 방전을 제어한다.

여기서, 배터리(1)가 통상 상태가 되어 있을 때, FET(3A) 및 FET(3B)가 온하고, 충전 및 방전이 가능하게 되어 있다. 또한, 과충전 상태가 되어 있을 때, 배터리(1)의 전압은 과충전 상태를 검출할 때의 과충전 검출 전압 이상이며, FET(3A)가 오프하고 충전이 금지되어 있다. 또한, 과방전 상태가 되어 있을 때, 배터리(1)의 전압은 과방전 상태를 검출할 때의 과방전 검출 전압 미만이며, FET(3B)가 오프하고 방전이 금지되어 있다.

다음에, 충전식 전원 장치 내부의 배터리 제어 회로(4)에 대해 설명한다. 도 2는 배터리 제어 회로의 회로 블록도이다.

배터리 제어 회로(4)는 VDD 단자, VSS 단자(도시하지 않음), VM 단자, DO 단자 및 CO 단자를 구비하고 있다. 또한, 배터리 제어 회로(4)는 과충전 검출 회로(41), 풀업 회로(42), 과전류 검출 회로(43), 과방전 검출 회로(44), 지연 회로(45), 논리 회로(46), 파워 다운 회로(47) 및 부하 단락 검출 회로(48)를 구비하고 있다.

과충전 검출 회로(41)는 배터리(1)의 전압(VDD 단자의 전압)이 과충전 검출 전압 이상이 된 것을 검출하면, 그 후, 지연 회로(45)가 과충전 상태를 확정하기 위해서 필요한 과충전 확정 시간(예를 들어, 1초)이 경과했는지 여부를 카운트한다. 과충전 확정 시간이 경과하면, 즉, 배터리(1)의 전압이 과충전 검출 전압 이상이 되어 있는 시간이 지연 회로(45)에서 만들어지는 과충전 확정 시간보다도 길어지면, 배터리(1)의 과충전 상태가 확정되고, 논리 회로(46)가 CO 단자에 접속된 FET(3A)를 온 오프 제어한다. 이 때의 FET(3A)는 오프가 되고, 기생 다이오드를 통해 방전 전류를 흘리고 충전을 금지한다.

과방전 검출 회로(44)는 배터리(1)의 전압이 과방전 검출 전압 미만이 된 것을 검출하면, 그 후, 지연 회로(45)가 과방전 상태를 확정하기 위해서 필요한 과방전 확정 시간이 경과했는지 여부를 카운트한다. 과방전 확정 시간이 경과하면, 즉, 배터리(1)의 전압이 과방전 검출 전압 미만이 되어 있는 시간이 지연 회로(45) 에서 만들어지는 과방전 확정 시간보다도 길어지면, 배터리(1)의 과방전 상태가 확정되고, 논리 회로(46)가 DO 단자에 접속된 FET(3B)를 온 오프 제어한다. 이 때의 FET(3B)는 오프가 되고, 기생 다이오드를 통해 충전 전류를 흘리고 방전을 금지한다. 그 후, 충전식 전원 장치 내부의 일부의 회로의 동작이 정지되고, 충전식 전원 장치의 소비 전력이 낮아진다. 이 상태를, 파워 다운 상태라고 한다. 이 파워 다운 상태로 이행하는지 여부를 감시하는 VM 단자가 충전식 전원 장치에 설치되어 있어, 그 VM 단자가 풀업 회로(42)에 의해서 풀업되고, 파워 다운 회로(47)는 VM 단자의 전압이 충전식 전원 장치의 파워 다운 상태 시의 파워 다운 전압(예를 들어, 배터리(1)의 최대 전압보다도 1.0V 낮은 전압) 이상이 된 것을 검출하면, 충전식 전원 장치는 파워 다운 상태로 이행한다. 또한, 파워 다운 회로(47)는 VM 단자의 전압이 파워 다운 전압 미만이 된 것을 검출하면, 충전식 전원 장치는 파워 다운 상태가 해제된다.

또한, 과방전 검출 회로(44)는 과방전 상태의 배터리(1)에 충전기가 접속되어 충전이 개시된 경우, 배터리(1)의 전압이 과방전 검출 전압 이상이 된 것을 검출하면, 그 후, 지연 회로(45)가 과방전 상태의 해제를 확정하기 위해서 필요한 과방전 상태 해제의 지연 시간이 경과했는지 여부를 카운트한다. 과방전 상태 해제의 지연 시간이 경과하면, 즉, 배터리(1)의 전압이 과방전 검출 전압 이상이 되어 있는 시간이 지연 회로(45)에서 만들어지는 과방전 상태 해제의 지연 시간보다도 길어지면, 배터리(1)의 과방전 상태의 해제가 확정되고, 논리 회로(46)가 FET(3B)를 온 오프 제어한다. 이 때의 FET(3B)는 온이 되고 방전의 금지를 해제한다(방전 을 허가한다).

여기서, 싸인파 충전기의 충전 전압의 1／2 주기가 과방전 상태 해제의 지연 시간보다도 짧다고 한다. 이 때, 과충전 검출 회로(41) 및 과방전 검출 회로(44)는 과방전 상태의 배터리(1)에 충전기가 접속되어 충전이 개시된 경우, 배터리(1)의 전압이 과방전 검출 전압을 초과하여 과충전 검출 전압 이상이 된 것을 검출하면, 그 후, 지연 회로(45)는 과방전 상태 해제의 지연 시간이 경과했는지 여부를 카운트하지 않는다. 즉, 지연 회로(45)는 과방전 상태 해제의 지연 시간을 0초로 하고, 배터리(1)는 과방전 상태가 순식간에 해제된다. 그 후, 지연 회로(45)가 과충전 상태를 확정하기 위해서 필요한 과충전 확정 시간이 경과했는지 여부를 카운트한다. 과충전 확정 시간이 경과하면, 배터리(1)의 과충전 상태가 확정되고, 논리 회로(46)가 FET(3A)를 온 오프 제어한다. 이 때의 FET(3A)는 오프가 되고 충전을 금지한다.

또한, 배터리(1)의 전압이 과방전 검출 전압을 초과하여 과충전 검출 전압 이상이 된 경우, 배터리(1)는 과방전 상태가 순식간에 해제되고 있지만, 배터리(1)의 전압이 과방전 검출 전압과 과충전 검출 전압 사이의 소정 전압 이상이 된 경우에도 배터리는 과방전 상태가 순식간에 해제되어도 좋다. 이 때, 예를 들어, 과충전 검출 회로(41)는 통상 1개의 콤퍼레이터 회로를 구비하고 있고, 그 콤퍼레이터 회로가 1개 더 설치되고, 이러한 회로에 의해서 과충전 검출 회로(41)의 출력 신호에 대한 임계값이 조정된다.

과전류 검출 회로(43)는 비정상인 부하 전류가 흐르는 것 등에 의해서 배터 리(1)의 방전 전류가 과전류 상태를 검출할 때의 과전류 검출 전류 이상이 된 것을 검출하면, 그 후 지연 회로(45)가 과전류 상태를 확정하기 위해서 필요한 과전류 확정 시간이 경과했는지 여부를 카운트한다. 과전류 확정 시간이 경과하면, 배터리(1)의 과전류 상태가 확정되고 논리 회로(46)가 FET(3B)를 온 오프 제어한다. 이 때의 FET(3B)는 오프가 되고 방전을 금지한다.

부하 단락 검출 회로(48)는 부하가 단락되는 것 등에 의해서 배터리(1)의 방전 전류가 부하 단락 상태를 검출할 때의 부하 단락 검출 전류 이상이 된 것을 검출하면, 그 후, 지연 회로(45)가 부하 단락 상태를 확정하기 위해서 필요한 부하 단락 확정 시간이 경과했는지 여부를 카운트한다. 부하 단락 확정 시간이 경과하면, 배터리(1)의 부하 단락 상태가 확정되고, 논리 회로(46)가 FET(3B)를 온 오프 제어한다. 이 때의 FET(3B)는 오프가 되고 방전을 금지한다. 또한, 이 부하 단락 검출 전류의 값은 과전류 검출 전류의 값보다도 커지고 있다.

또한, FET(3A) 및 FET(3B)는 FET이지만, 다른 스위칭 소자라도 좋고, 트랜지스터라도 좋다.

또한, 과충전 확정 시간이 길어지면, 노이즈에 의한 잘못된 과충전 상태의 검출이 적어지지만, 배터리(1)를 과충전하는 폐해가 커진다. 또한, 과충전 확정 시간이 짧아지면, 배터리(1)를 과충전하는 폐해가 작아지지만, 노이즈에 의한 잘못된 과충전 상태의 검출이 많아진다. 따라서, 노이즈에 의한 잘못된 과충전 상태의 검출이 적어지도록, 또한, 배터리(1)를 과충전하는 폐해도 작아지도록 과충전 확정 시간이 설정될 필요가 있다. 과방전 상태 해제의 지연 시간, 과방전 확정 시간, 과전류 확정 시간 및 부하 단락 확정 시간도 동일하다.

또한, 배터리 제어 회로(4)는 1개의 반도체 장치로서 설치되어 있다.

도 1은 충전식 전원 장치의 회로 블록도이다.

도 2는 배터리 제어 회로의 회로 블록도이다.

도 3은 종래의 파워 다운 상태의 이행 및 해제를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

41 : 과충전 검출 회로

42 : 풀업 회로

43 : 과전류 검출 회로

44 : 과방전 검출 회로

45 : 지연 회로

46 : 논리 회로

47 : 파워 다운 회로

48 : 부하 단락 검출 회로

Claims

배터리의 과충전 상태를 검출하는 과충전 검출 회로와,

상기 배터리의 과방전 상태를 검출하는 과방전 검출 회로와,

상기 과충전 검출 회로 또는 상기 과방전 검출 회로의 검출 신호를 입력하여 지연 시간을 카운트하는 지연 회로와,

상기 과방전 상태일 때에 파워 다운 상태를 검출하고, 상기 파워 다운 상태를 검출하면 적어도 상기 지연 회로의 기능을 정지하는 파워 다운 회로를 구비한, 배터리의 충방전을 제어하는 반도체 장치로서,

상기 지연 회로는, 상기 과방전 상태일 때에 상기 과충전 상태의 검출 신호를 입력하면, 상기 과방전 상태 해제의 지연 시간을 0초로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
부하 또는 충전기가 접속되는 외부 단자와,

배터리와,

상기 배터리의 과충전 상태를 검출하는 과충전 검출 회로와,

상기 배터리의 과방전 상태를 검출하는 과방전 검출 회로와,

상기 과충전 검출 회로 또는 상기 과방전 검출 회로의 검출 신호를 입력하여 지연 시간을 카운트하는 지연 회로와,

상기 과방전 상태일 때에 파워 다운 상태를 검출하고, 상기 파워 다운 상태를 검출하면 적어도 상기 지연 회로의 기능을 정지하는 파워 다운 회로와,

상기 배터리와 상기 외부 단자 사이에 설치된 충방전 제어 스위치 소자를 구비한 충전식 전원 장치로서,

상기 지연 회로는, 상기 과방전 상태일 때에 상기 과충전 상태의 검출 신호를 입력하면, 상기 과방전 상태 해제의 지연 시간을 0초로 하는 것을 특징으로 하는 충전식 전원 장치.