KR101539237B1 - 배터리 로딩 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

Abstract

인덕터나 커패시터 등과 같은 검출용 회로 소자를 채용함이 없이 다양한 충전 모드들에서 배터리의 로딩 유무를 적절히 검출할 수 있는 배터리 로딩 검출장치 및 검출방법이 개시된다. 그러한 배터리 로딩 검출 장치는, 체킹 인에이블 신호에 응답하여 일정 타임구간 동안 제1 상태를 유지하는 체킹 펄스를 생성하는 배터리 체킹 펄스 제너레이터와; 부하로서 연결되는 배터리를 충전하며, 인가되는 배터리 체크 신호에 응답하여 배터리 상태신호를 생성하는 콘스탄트 전압 레귤레이터와; 미리 설정된 기준신호와 상기 배터리 상태신호를 비교한 결과신호와 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터의 상기 체킹 펄스를 조합하여 상기 배터리 체크 신호를 생성하며 그 생성된 배터리 체크 신호를 이용하여 상기 배터리가 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터에 연결되었는 지의 여부를 나타내는 배터리 검출 신호를 생성하는 배터리 검출 판정부를 구비한다. 본 발명의 실시예의 배터리 로딩 검출장치에 따르면, 검출을 위한 회로 소자의 채용 부담이 없어지고, 다양한 충전 모드들에 구애됨이 없이 배터리가 충전 회로에 전기적으로 연결되어 있는 지의 유무가 보다 정확히 검출된다.

배터리 충전기, 2차 전지, 충전 모드 변경, 배터리 로딩 검출, 체킹펄스

Description

배터리 로딩 검출장치 및 검출방법{Device for detecting battery load and detecting method therefore}

본 발명은 부하 충전 분야에 관한 것으로, 특히 리차지블 배터리의 탑재 유무를 검출하는 배터리 로딩 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.

이동통신 시스템의 주목할만한 발전에 따라, 전원을 공급하는데 필요한 리차지블 배터리 등과 같은 2차 전지를 충전하는 충전장치들도 다양하게 개발되어 왔다.

그러한 충전장치에 리튬 이온 등과 같은 리차지블 배터리가 전기적으로 연결되거나 분리되었을 경우에 이를 검출하여 나타내는 배터리 로딩 검출 기술이 필요하게 된다.

본 분야에서 배터리의 로딩 유무를 검출하는 다양한 방법들 중에서, 비교적 간단한 방법으로서는 서미스터(thermistor) 또는 빌트인(built-in) 저항단자를 2차 전지 또는 배터리 내에 설치하는 것이다. 상기 서미스터 또는 빌트인 저항단자를 통해 전류가 흐르도록 하고 이 때 나타나는 전압을 체크함에 의해 로딩 유무가 판별된다.

한편, 서미스터나 빌트인 저항단자가 설치되어 있지 않은 2차 전지나 배터리의 경우에는 다른 검출 방법을 이용하여야 한다. 그러한 다른 검출 방법의 경우에는 예를 들면 Raymond C. Yan에 의해 특허 허여된 제목 "Battery charger with battery detection circuit"의 미국특허번호 U.S.P NO. 5,422,560 이나, Ronald Hughes에 의해 특허 허여된 제목 "Battery detector"의 미국특허번호 U.S.P NO. 6,420,854에서 개시된 바와 같이, 인덕터(inductor)나 커패시터(capacitor) 등과 같은 검출용 소자들이 외부에 별도로 설치될 것이 요구되어진다.

또한, Wonwoo-Lee에 의해 미국에 출원되고, 제목 "Detecting a battery within a battery charger"으로서 공개된 미국공개번호 U.S.P Pub. NO. "2007/0182366"의 경우에는 외부 소자를 별도로 사용하지 않고 회로 내부에서 배터리의 유무를 탐지하는 방법이 개시되어 있지만, 여기서는 배터리를 언로딩(전기적 미연결) 또는 로딩(전기적 연결) 시에 규정된 전압 이상의 피킹(Peaking)이 생겨야만 로딩 유무의 검출 동작이 수행되는 제약이 있다.

바람직하기로, 외부 소자를 별도로 사용함이 없이, 2차 전지나 배터리가 충전기에 연결될 경우에 다양한 충전 모드에서도 구속되지 않고서 정확히 로딩 유무를 감지할 수 있는 기술이 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 배터리의 로딩 유무를 비교적 간단히 검출할 수 있는 배터리 로딩 검출장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 인덕터나 커패시터 등과 같은 검출용 회로소자들을 사용함이 없이도 배터리의 탑재 유무를 쉽게 검출할 수 있는 배터리 로딩 검출장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 검출을 위한 회로 소자들의 채용 부담이 없어지고, 다양한 충전 모드들에 구애됨이 없이 배터리가 충전 회로에 전기적으로 연결되어 있는 지의 유무가 보다 정확히 검출될 수 있는 배터리 로딩 검출장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 CCCM에서 CVCM으로 충전 방식이 변경되는 배터리 충전기에서 배터리 로딩을 검출하는 배터리 로딩 검출장치를 제공함에 있다.

본 발명의 실시예적 일 양상(an aspect)에 따른 배터리 로딩 검출장치는,

체킹 인에이블 신호에 응답하여 일정 타임구간 동안 제1 상태를 유지하는 체킹 펄스를 생성하는 배터리 체킹 펄스 제너레이터와; 부하로서 연결되는 배터리를 충전하며, 인가되는 배터리 체크 신호에 응답하여 배터리 상태신호를 생성하는 콘스탄트 전압 레귤레이터와; 미리 설정된 기준신호와 상기 배터리 상태신호를 비교 한 결과신호와 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터의 상기 체킹 펄스를 조합하여 상기 배터리 체크 신호를 생성하며 그 생성된 배터리 체크 신호를 이용하여 상기 배터리가 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터에 연결되었는 지의 여부를 나타내는 배터리 검출 신호를 생성하는 배터리 검출 판정부를 구비한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터는, 체킹 인에이블 신호와 피드백되는 반전 체킹 펄스를 수신하여 오아 응답을 생성하는 오아 게이팅부와; 상기 오아 응답을 일정 타임구간 동안 지연하고 반전하는 제1 지연부와; 상기 오아 응답과 상기 제1 지연부의 출력을 받아 낸드 응답을 생성하고 이를 상기 체킹 펄스로서 출력하는 낸드 게이팅부와; 상기 체킹 펄스를 지연하고 반전하여 상기 오아 게이팅부의 상기 반전 체킹 펄스로서 제공하는 제2 지연부를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터는, 상기 배터리를 충전하기 위해 레귤레이팅 전압에 응답하여 상기 배터리에 전류를 공급하며, 상기 배터리 체크 신호의 인가 시에 상기 배터리가 부하로서 연결되어 있는 지의 유무에 따라 서로 다른 전압 레벨들을 상기 배터리 상태신호로서 출력하는 전류 미러 부와; 상기 전류 미러 부와 연결되며 충전 모드에 따라 전류 및 전압 레귤레이팅을 수행하기 위해 상기 레귤레이팅 전압을 생성하는 충전 모드 제어부를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 충전 모드 제어부는, 상기 배터리의 충전 상태가 설정된 상태에 도달되는 경우에 정전류 충전 방식에서 정전압 충전 방식으로 변 경하기 위해, 상기 전류 미러 부의 전류 센싱 값 및 전압 센싱 값을 각각의 기준 값과 비교한 비교 결과 값들을, 서로 직렬로 연결된 모오스 트랜지스터들의 게이트에 인가하여 얻어지는 결과 전압을 상기 레귤레이팅 전압으로서 생성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 배터리 검출 판정부는, 상기 미리 설정된 기준신호와 상기 배터리 상태신호를 비교하여 결과신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기의 상기 결과신호와 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터의 상기 체킹 펄스를 낸드 게이팅하여 상기 배터리 체크 신호를 생성하는 낸드 게이트와; 상기 낸드 게이트로부터 출력된 상기 배터리 체크 신호를 반전하여 상기 배터리 검출 신호로서 출력하는 인버터를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 체킹 인에이블 신호를 생성하는 회로는 충전기의 파워 온이나 배터리의 제거 시에 상기 체킹 인에이블 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 또한 상기 체킹 인에이블 신호를 생성하는 회로는 충전기의 충전모드가 변화되거나 충전 종료 신호가 발생될 경우에 상기 체킹 인에이블 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 실시예적 다른 양상(another aspect)에 따른 배터리 로딩 검출방법은,

배터리 탑재 유무를 체크하기 위하여 일정 타임구간 동안에 제1 상태를 갖는 체킹 펄스를 생성하는 단계와; 상기 체킹 펄스가 상기 제1 상태를 유지하는 동안에 배터리의 핀 노드 전압을 설정된 체킹 전압으로 만드는 단계와; 상기 핀 노드 전압의 레벨 변화를 검출하여 충전기에 배터리가 로딩되었는 지의 유무를 가리키는 배 터리 검출 신호를 얻는 단계를 가진다.

바람직하기로, 상기 설정된 체킹 전압은 상기 배터리의 규정된 완전 충전전압의 레벨보다 높거나 낮은 전압일 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 검출을 위한 회로 소자들의 채용 부담이 없어지고, 다양한 충전 모드들에 구애됨이 없이 배터리가 충전 회로에 전기적으로 연결되어 있는 지의 유무가 보다 정확히 검출된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따라, 리차지블 배터리의 탑재 유무를 검출하는 배터리 로딩 검출장치 및 검출방법에 관한 실시예가 첨부된 도면들을 참조로 설명될 것이다.

이하의 실시예에서 많은 특정 상세들이 도면을 따라 예를 들어 설명되고 있지만, 이는 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 설명되었음을 주목(note)하여야 한다. 그렇지만, 본 발명이 이들 특정한 상세들 없이도 실시될 수 있을 것임은 본 분야의 숙련된 자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 공지의 배터리 충전기의 기본적 동작 이나 충전 방식 그리고 관련 회로들은 본 발명을 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 로딩 검출장치의 블록도이다. 본 발명은 배터리를 사용하는 어떠한 장치에서도 사용될 수 있지만 도 1의 실시예는 배터리 충전기에서 구현된 경우를 예로 든 것이다.

도 1에서 회로블록 101은 배터리 체킹 펄스 제너레이터(battery checking pulse generator)를, 회로블록 102는 콘스탄트 전압 레귤레이터(constant voltage regulator)를, 회로블록 103은 배터리 검출 판정부(battery detection decision unit)를 가리킨다.

상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)는, 회로블록 104로부터 인가되는 체킹 인에이블 신호에 응답하여 일정 타임구간 동안 제1 상태를 유지하는 체킹 펄스(OUT)를 생성한다.

상기 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)는, 부하로서 연결되는 배터리를 충전하며, 인가되는 배터리 체크 신호(BAT_CHK)에 응답하여 배터리 상태신호(VBAT)를 생성한다.

상기 배터리 검출 판정부(103)는, 미리 설정된 기준신호(VH)와 상기 배터리 상태신호(VBAT)를 비교한 결과신호와 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)의 상기 체킹 펄스(OUT)를 조합하여 상기 배터리 체크 신호(BAT_CHK)를 생성하며 그 생성된 배터리 체크 신호를 이용하여 상기 배터리가 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)에 연결되었는 지의 여부를 나타내는 배터리 검출 신호(BAT_DET)를 생성한다.

도 1에서 보여지는 바와 같이, 상기 배터리 검출 판정부(103)는, 상기 미리 설정된 기준신호(VH)와 상기 배터리 상태신호(VBAT)를 비교하여 결과신호를 출력하는 비교기(OP1)와, 상기 비교기(OP1)의 상기 결과신호와 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)의 상기 체킹 펄스(OUT)를 낸드 게이팅하여 상기 배터리 체크 신호(BAT_CHK)를 생성하는 낸드 게이트(NAN1)와, 상기 낸드 게이트(NAN1)로부터 출력된 상기 배터리 체크 신호(BAT_CHK)를 반전하여 상기 배터리 검출 신호(BAT_DET)로서 출력하는 인버터(INV1)를 포함한다.

상기 회로블록(104)은 충전기의 파워 온이나 배터리의 제거 시에 로우레벨에서 하이레벨로 천이되는 상기 체킹 인에이블 신호를 생성할 수 있다. 또한 사안이 다른 경우에, 상기 회로블록(104)는 충전기의 충전모드가 변화되거나 충전 종료 신호가 발생될 경우에도 상기 체킹 인에이블 신호를 생성할 수 있다.

도 2는 도 1중 배터리 체킹 펄스 제너레이터의 구현 예를 보인 상세 회로도이다.

도 2를 참조하면, 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)는, 체킹 인에이블 신호와 피드백되는 반전 체킹 펄스를 수신하여 오아 응답을 생성하는 오아 게이팅부(110)와, 상기 오아 응답을 일정 타임구간 동안 지연하고 반전하는 제1 지연부(112,114)와, 상기 오아 응답과 상기 제1 지연부(112,114)의 출력을 받아 낸드 응답을 생성하고 이를 상기 체킹 펄스로서 출력하는 낸드 게이팅부(116)와; 상기 체킹 펄스를 지연하고 반전하여 상기 오아 게이팅부의 상기 반전 체킹 펄스로서 제공하는 제2 지연부(118,119)를 포함하여 이루어진다. 이때, 오아 응답은, 오아 게이팅부(110)로 입력되는 체킹 인에이블 신호와 피드백되는 반전 체킹 펄스에 대하여 오아 연산한 결과를 나타낸다.

도 3은 도 1중 콘스탄트 전압 레귤레이터의 구현 예를 보인 상세 회로도이 다.

도 3을 참조하면, 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)는, 3개의 피형 모오스 트랜지스터들(MP1,MP2,MP3) 및 저항들(R1,R2,R3,Rref)으로 구성되고, 상기 배터리를 충전하기 위해 레귤레이팅 전압에 응답하여 상기 배터리에 전류를 공급하며, 상기 배터리 체크 신호의 인가 시에 상기 배터리가 부하로서 연결되어 있는 지의 유무에 따라 서로 다른 전압 레벨들을 상기 배터리 상태신호로서 출력하는 전류 미러 부(120)와,

상기 전류 미러 부(120)와 연결되며 충전 모드에 따라 전류 및 전압 레귤레이팅을 수행하기 위해 상기 레귤레이팅 전압을 생성하는 충전 모드 제어부(130)를 구비할 수 있다.

여기서, 상기 충전 모드 제어부(130)는, 제1,2 비교기들(OP1,OP2)을 구비함에 의해, 상기 배터리의 충전 상태가 설정된 상태에 도달되는 경우에 정전류 충전 방식에서 정전압 충전 방식으로 변경하기 위해, 상기 전류 미러 부의 전류 센싱 값 및 전압 센싱 값을 각각의 기준 값(Iref,Vref)과 비교한 비교 결과 값들을, 서로 직렬로 연결된 모오스 트랜지스터들의 게이트에 인가하여 얻어지는 결과 전압을 상기 레귤레이팅 전압으로서 생성할 수 있다.

도 4는 도 1과 같이 구현된 검출장치의 각종 모드별 시뮬레이션(simulation)을 통해 나타나는 신호 파형을 보인 그래프들이다. 결과들을 보여 준다.

디버스 충전 모드(diverse charging modes)에서, 도 4의 (a)에서는 노말 충전 조건(normal charging condition)의 경우, (b)에서는 CVCM 에서의 배터리 제 거(battery removal in CVCM)의 경우, 및 (c)에서는 FCCM에서의 배터리 제거(battery removal in FCCM)의 경우를 각기 나타내고 있다. 각 그래프들에서 가로축은 타임이고 세로축은 전압을 각기 가리킨다.

도 4의 (a)의 가장 상부에 보여지는 그래프에서는 배터리가 로딩되어 있는 경우에 하이레벨의 배터리 검출 신호(BAT_DET)가 나타나 있고, 그 하부의 그래프에서는 배터리 체크 신호(BAT_CHK)의 파형이 나타나 있다.

도 4의 (b) 및 (c)의 가장 상부에 보여지는 그래프들에서는 배터리가 로딩되어 있지 않은 경우에 로우레벨의 배터리 검출 신호(BAT_DET)가 나타나 있는 것이 보여진다.

이하에서는 도 1과 같이 구성된 배터리 로딩 검출장치에서의 배터리 로딩 검출동작의 예가 본 발명에 대한 이해를 보다 철저히 하기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 상세히 설명될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 로딩 검출은, 배터리 탑재 유무를 체크하기 위하여 일정 타임구간 동안에 제1 상태를 갖는 체킹 펄스를 생성하는 단계를 가진다. 그리고 상기 체킹 펄스가 상기 제1 상태를 유지하는 동안에 배터리의 핀(Pin) 노드 전압을 설정된 체킹 전압으로 만든다. 그런 다음에 상기 핀 노드 전압의 레벨 변화를 검출하여 충전기에 배터리가 로딩되었는 지의 유무를 가리키는 배터리 검출 신호를 얻는다.

여기서, 상기 설정된 체킹 전압은 상기 배터리의 규정된 완전 충전전압의 레벨보다 높거나 낮은 전압일 수 있다.

상기한 배터리 로딩 검출을 위해, 도 1과 같은 검출장치가 실시예로서 마련될 수 있다.

다시 도 1로 돌아가면, 배터리의 탑재 시 배터리의 충전단자와 전기적으로 접촉되어지는 충전 핀 단자의 전압을 짧은 시간 동안에 변화시키는 명령 즉 체킹 펄스(OUT)는 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)에서 생성된다.

부하로서 연결되는 배터리를 충전하는 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)는, 인가되는 배터리 체크 신호(BAT_CHK)에 응답하여 충전 핀 단자의 전압이 배터리의 규정된 완전 충전 전압보다 약간 높거나 낮은 전압이 되도록 한다. 배터리의 로딩 유무에 따라 배터리 상태신호(VBAT)는 미리 설정된 기준신호(VH)보다 높거나 낮게 된다.

도 1에서와 같이, 배터리 검출 판정부(103)는, 상기 배터리 체크 신호(BAT_CHK)를 생성하며 그 생성된 배터리 체크 신호를 이용하여 상기 배터리가 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)에 연결되었는 지의 여부를 나타내는 배터리 검출 신호(BAT_DET)를 최종적으로 생성한다.

결국, 배터리의 로딩 유무를 검출하는 방법은, 배터리가 연결되어질 핀 단자의 전압을 배터리 완충 전압보다 약간 높거나 낮은 전압으로 수 내지 수십 마이크로 초의 짧은 구간동안에 유지하여 두고, 그 핀 단자의 전압을 체크하여 보는 것이다. 배터리가 핀 단자에 전기적으로 연결되어 배터리 로딩이 존재하면, 핀 단자의 전압은 배터리 체크 신호가 생성되기 이전에 유지되던 전압과 차이를 갖지 않을 것이기 때문에 전압 변화는 거의 없게 될 것이다. 반면에 배터리가 핀 단자에 전기적 으로 연결되지 않아 배터리 로딩이 없는 경우에는 감지될 만한 수준의 전압 변화가 있게 될 것이다. 그러한 전압의 변화를 검출함에 의해 배터리의 로딩 유무는 쉽게 판별될 수 있다.

배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)를 동작시키기 위한 체킹 인에이블 신호(enable signal)는 회로블록(104)이 담당한다. 상기 회로블록(104)는 로우(Low)레벨에서 하이(High)레벨로 천이하는 라이징 신호(rising signal)를 상기 체킹 인에이블 신호로서 생성하는 역할을 한다. 상기 체킹 인에이블 신호의 라이징 에지에 응답하여, 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)는 일정시간 구간 동안 로우(Low)레벨의 상태(제1 상태)를 유지하는 체킹 펄스(OUT)를 생성한다.

상기 체킹 펄스(OUT)의 로우 구간에서 배터리 체크 신호(BAT_CHK)는 하이레벨로서 생성되어 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)에 인가된다. 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)는 상기 배터리 체크 신호(BAT_CHK)에 응답하여 배터리 상태신호(VBAT)를 생성한다. 배터리가 도 3의 단자(VBAT)에 연결되어 있다면 배터리 상태신호(VBAT)의 레벨은 거의 변화가 없을 것이지만, 배터리가 연결되어 있지 않다면 배터리 상태신호(VBAT)의 레벨은 미리 정의된 전압 VREG(여기서는 완전 충전된 배터리 전압보다 약간 높게 설정한 경우임)로 나타날 것이다.

따라서, 상기 배터리 검출 판정부(103)의 비교기(OPA1)는, 미리 설정된 기준신호(VH)와 상기 배터리 상태신호(VBAT)를 비교한 결과신호를 로우 또는 하이레벨로 출력한다. 미리 정의된 기준신호의 전압레벨 VH(실시 예에서는 VBAT< VH <VREG)보다 상기 배터리 상태신호(VBAT)의 레벨이 높으면 결과신호는 로우레벨로서 출력 되고, VH 보다 상기 VBAT가 낮으면 결과신호는 하이레벨로서 출력된다. 낸드 게이트(NAN1)는 상기 체킹 펄스(OUT)와 상기 결과신호를 낸드 게이팅하여 상기 배터리 체크 신호(BAT_CHK)를 생성한다. 상기 생성된 배터리 체크 신호(BAT_CHK)는 상기 인버터(INV1)를 통해 반전되어 배터리 검출 신호(BAT_DET)로서 출력된다.

따라서, 본 실시예의 경우에 상기 배터리 검출 신호(BAT_DET)가 하이레벨이면 배터리의 로딩이 존재하는 것이고 로우레벨이면 배터리가 언로딩된 것을 가리킨다.

이하에서는 도면들을 참조하여 각 회로블록들의 세부가 설명될 것이다.

도 1의 체킹 인에이블 신호 생성부(104)은 충전기의 파워 온(Power-on)이나 배터리의 제거 시에, 또는 충전기의 충전모드가 변화되거나 충전 종료 신호가 발생될 경우에 상기 체킹 인에이블 신호를 생성할 수 있다.

충전기에서는 아래와 같이 세가지의 이벤트(event)가 대별될 수 있다.

첫째로, 어댑터(Adapter)나 USB 파워(power)가 충전기에 삽입되어서 충전기가 파워온(power-on)되었을 때 발생되는 이벤트이다. 즉, 상기 발생되는 인에이블 신호(enable signal)를 이용하여 상기 체킹 인에이블 신호를 생성하는 것이다.

둘째로, 일반적인 충전기는 세가지 충전 모드(Pre-charge mode, Fast current charge mode(FCCM), and Constant voltage charge mode(CVCM))로 충전하는데 이 경우에 충전 모드변화(from FCCM to CVCM)를 감지해서 상기 체킹 인에이블 신호를 생성 할 수 있다. 만약 충전기로 충전 중에 배터리를 제거하면 CVCM으로 들어가게 된다(물론 충전기를 설계하는 방식에따라 달라질 수 있지만).

셋째로, 내부적인 End of charge(EOC)신호를 이용하는 이벤트가 있을 수 있다. 배터리의 충전을 끝내고 완충전이 되면 외부로 알리기 위해서 EOC 신호를 충전기가 발생시켜야 하는데 일반적으로 EOC의 검출은 배터리에 충전하는 전류가 어느 규정된 전류레벨 이하가 되면 EOC를 발생시키게 된다. 만약 배터리가 충전 중에 제거되면 충전전류가 감소되어서 내부 EOC회로에서는 유사하게 EOC 신호가 발생되게 된다. 그렇게 발생된 내부적인 EOC 신호를 이용해서 상기 체킹 인에이블 신호를 만들 수 있다.

위에서 설명된 3가지 이벤트에서 발생되는 신호들 모두는 디폴트 로우(default Low)에서 하이레벨로 변하기 때문에 별도의 다른 변환없이 버퍼(buffer)와 3입력 오아 게이트(3-input OR Gate)를 이용하면 상기 회로블록(104)은 구현 할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

도 2에서 보여지는 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)는 일정 시간 동안 로우 레벨을 유지하는 펄스를 생성하는 역할을 한다. 이를 위해 사용되는 제1 지연기(112)와 제2 지연기(118)는 일반적인 클럭과 플립플롭(Flip-Flop)회로를 이용해서 딜레이를 구현하는 회로이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2에서 오아 게이트(110)의 일측 입력단으로 인가되는 체킹 인에이블 신호(VEN)가 로우에서 하이레벨로 천이되면, NAND 게이트(116)의 일측 입력값은 하이레벨로 변하지만 타측 입력값은 제1 지연기(112)에 할당된 딜레이량(TDR1)만큼 이전의 값 즉 로우 레벨을 유지하고 있게 된다. 따라서, 낸드 게이트(116)의 출력(OUT)은 하이레벨에서 로우레벨로 변하고 로우 레벨은 상기 딜레이량(TDR1)에 대 응되는 시간만큼 유지된다. 상기 딜레이량(TDR1)이 경과한 후에 출력(OUT)은 다시 하이레벨로 되지만 그 출력의 라이징 신호(rising signal)에 응답하여 제2 지연기(118)의 출력이 미리 할당된 딜레이량(TDR2)만큼 예전 값을 유지하게 된다. 따라서, OR 게이트의 타측 입력 값은 하이레벨이 되고 이는 딜레이량(TDR2)만큼 유지되어, OR 게이트(110)입력 값이 그 시간 동안에 바뀌어도 상기 출력(OUT)에는 영향을 주지 못한다.

도 3에서는 콘스탄트 전압 레귤레이터(102)의 구성 예가 보여진다.

도면에서, 충전 모드 제어부(charger mode control block:130)의 세부적인 설명은 본 발명의 실시예와 관련이 적어 자세하게 설명되지 않는다.

도 3과 같이 구성된 간략히 설명하면, 먼저 피형 모오스 트랜지스터인 MP1과 MP2가 페어(Pair)로 구성되어 전류 미러(current mirror)회로를 형성한다. 여기서, MP2, Rref, OP1을 거치는 피드백 경로(feedback path)는 MP1을 통해서 배터리에 충전되는 전류를 제어한다. 가령 MP1이 MP2의 K배라고 하면 충전 전류 Ichg는 아래와 같다.

[식1]

여기서, Iref는 원하는 충전에 대한 기준 전압이다.

상기 MP2, Rref, OP1로 이루어지는 피드백 경로(path)는 급속 전류 충전 모드(fast current charge mode)나 프리 차아지 모드(pre-charge mode:일반적으로 배 터리 전압이 낮을 때 작은 전류로 배터리를 충전하는 방법)에서 동작된다.

한편, MP1과 R1,R2,R3와 OP1과 OP2로 이루어지는 피드백 경로는 constant voltage charge mode(CVCM)에서 동작된다. CVCM에서 VBAT 핀 노드(Pin node)전압은 아래와 같이 레귤레이션(regulation)된다.

[식2]

그리고 회로블록(101)이 동작되면 BAT_CHK 신호는 로우에서 하이로 변하고 일정 시간동안 하이레벨을 유지한다. 이에 따라, 도 3의 피형 모오스 트랜지스터 MP3가 OFF가 되고 VBAT 노드의 전압은 VREG 전압으로 되고, 아래와 같은 레귤레이션 전압이 얻어진다.

[식3]

따라서, 배터리가 로딩되어 있으면 VBAT전압은 거의 변하지 않지만 배터리가 제거되면 VBAT전압은 저항과 Vref에 의해 미리 정의된 전압 VREG로 올라간다.

일반적으로 리튬 이온 전지에서는 배터리 전압이 예를 들어 4.2V에 도달하면 정전류 충전 방식(CCCM)에서 정전압 충전 방식(CVCM)으로 충전 모드가 변환되도록 한다. 하지만 갑작스러운 큰 충전 전류의 변화는 배터리에 좋지 않은 영향을 주기 때문에 일정한 충전 전류를 유지하면서 자연스럽게 배터리의 전압을 4.2V 전압으로 레귤레이션(regulation)하는 것이 바람직하다. 상기 충전 모드 제어부(charger mode control block:130)는 충전 모드의 변환을 제어하는 기능을 수행한다.

도 1의 회로블록(103)에서 비교기(OPA1)의 디폴트(default)출력은 하이레벨이다. 만약 배터리 체킹 펄스 제너레이터(101)가 동작되어서 일정 시간동안 로우를 유지하는 펄스가 만들어지면 상기 신호(BAT_CHK)는 일정 시간동안 하이레벨로 된다. 따라서, VBAT전압을 VREG 전압으로 레귤레이션 시킨다. 만약 VBAT이 VH보다 크다면 OPA1의 출력이 로우(Low)가 되고 2-입력 낸드 게이트(NAN1)의 출력인 BAT_CHK은 계속 하이레벨을 유지하게 되고 BAT_DET은 로우레벨을 유지하게 된다. 충전기의 외부 핀 출력 신호인 BAT_DET가 로우라는 것은 배터리가 없다는 것을 외부에 알려 주는 신호이다. 만약 하이레벨로서 상기 BAT_DET가 출력되었다면 배터리가 충전기에 삽입되어 있다는 것을 외부에 알려 준다. 사용자의 식별 용이를 위해 상기 신호들은 발광다이오드의 발광 색상을 변화시키도록 작용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 배터리 로딩 검출을 위한 회로블록들이 배터리 충전기와 일체로 되는 경우에 한하여 본 발명의 실시예가 설명되었다. 본 발명에서 강구된 검출 방법을 통상의 충전기에 적용할 경우에 충전기의 다양한 모드들(Pre-charge mode, FCCM, and CVCM)에 상관없이 배터리의 삽입 또는 제거를 쉽게 판별할 수 있다.

가령 파워 온시에는 인이에블 신호를 이용해서 배터리의 로딩 유무를 판단하고, 프리 차아지 모드(Pre-charge mode)와 FCCM에서 배터리 제거시에는 FCCM에서 CVCM으로 변하는 이벤트를 이용하여 배터리의 로딩 유무를 판단할 수 있다. 또한, CVCM에서 배터리 제거시 충전전류의 감소로 인한 내부의 EOC 신호를 이용해서 배터리 유무를 판별 할 수 있다.

상술한 바와 같은 배터리 로딩 검출장치에서는, 검출을 위한 회로 소자의 채용 부담이 없어지고, 다양한 충전 모드들에 구애됨이 없이 배터리가 충전 회로에 전기적으로 연결되어 있는 지의 유무가 보다 정확히 검출된다.

본 발명의 실시예들에서는 배터리 체킹 펄스 제너레이터와 배터리 검출 판정부의 세부적 구성이 설명되었으나, 사안이 다른 경우에 타의 회로 소자나 다른 연결구성을 이용할 수 있음은 물론이다.

상기한 설명에서는 본 발명의 실시예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 회로 내부의 구성이나 소자들의 연결 구성을 다르게 할 수 있을 것이다.

또한, 배터리 충전기에 적용되는 경우를 예로 들었으나, 기타 다른 부하 검출회로에서도 본 발명의 기술적 사상이 확장적으로 적용 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 로딩 검출장치의 블록도

도 2는 도 1중 배터리 체킹 펄스 제너레이터의 구현 예를 보인 상세 회로도

도 3은 도 1중 콘스탄트 전압 레귤레이터의 구현 예를 보인 상세 회로도

도 4는 도 1과 같이 구현된 검출장치의 각종 모드별 시뮬레이션을 통해 나타나는 신호 파형을 보인 그래프들

Claims (10)

1. 체킹 인에이블 신호에 응답하여 일정 타임구간 동안 제1 상태를 유지하는 체킹 펄스를 생성하는 배터리 체킹 펄스 제너레이터와;

   부하로서 연결되는 배터리를 충전하며, 인가되는 배터리 체크 신호에 응답하여 배터리 상태신호를 생성하는 콘스탄트 전압 레귤레이터와;

   미리 설정된 기준신호와 상기 배터리 상태신호를 비교한 결과신호와 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터의 상기 체킹 펄스를 조합하여 상기 배터리 체크 신호를 생성하며 그 생성된 배터리 체크 신호를 이용하여 상기 배터리가 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터에 연결되었는 지의 여부를 나타내는 배터리 검출 신호를 생성하는 배터리 검출 판정부를 구비하며,

   상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터는,

   상기 체킹 인에이블 신호와 피드백되는 반전 체킹 펄스를 수신하여 오아 응답을 생성하는 오아 게이팅부와;

   상기 오아 응답을 일정 타임구간 동안 지연하고 반전하는 제1 지연부와;

   상기 오아 응답과 상기 제1 지연부의 출력을 받아 낸드 응답을 생성하고 이를 상기 체킹 펄스로서 출력하는 낸드 게이팅부와;

   상기 체킹 펄스를 지연하고 반전하여 상기 오아 게이팅부의 상기 반전 체킹 펄스로서 제공하는 제2 지연부를 구비함을 특징으로 하는 배터리 로딩 검출장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 콘스탄트 전압 레귤레이터는,

   상기 배터리를 충전하기 위해 레귤레이팅 전압에 응답하여 상기 배터리에 전류를 공급하며, 상기 배터리 체크 신호의 인가 시에 상기 배터리가 부하로서 연결되어 있는 지의 유무에 따라 서로 다른 전압 레벨들을 상기 배터리 상태신호로서 출력하는 전류 미러 부와;

   상기 전류 미러 부와 연결되며 충전 모드에 따라 전류 및 전압 레귤레이팅을 수행하기 위해 상기 레귤레이팅 전압을 생성하는 충전 모드 제어부를 구비함을 특징으로 하는 배터리 로딩 검출장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 충전 모드 제어부는,

   상기 배터리의 충전 상태가 설정된 상태에 도달되는 경우에 정전류 충전 방식에서 정전압 충전 방식으로 변경하기 위해, 상기 전류 미러 부의 전류 센싱 값 및 전압 센싱 값을 각각의 기준 값과 비교한 비교 결과 값들을, 서로 직렬로 연결된 모오스 트랜지스터들의 게이트에 인가하여 얻어지는 결과 전압을 상기 레귤레이팅 전압으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 로딩 검출장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 배터리 검출 판정부는,

   상기 미리 설정된 기준신호와 상기 배터리 상태신호를 비교하여 결과신호를 출력하는 비교기와;

   상기 비교기의 상기 결과신호와 상기 배터리 체킹 펄스 제너레이터의 상기 체킹 펄스를 낸드 게이팅하여 상기 배터리 체크 신호를 생성하는 낸드 게이트와;

   상기 낸드 게이트로부터 출력된 상기 배터리 체크 신호를 반전하여 상기 배터리 검출 신호로서 출력하는 인버터를 구비함을 특징으로 하는 배터리 로딩 검출장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 체킹 인에이블 신호를 생성하는 회로는 충전기의 파워 온이나 배터리의 제거 시에 상기 체킹 인에이블 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 로딩 검출장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 체킹 인에이블 신호를 생성하는 회로는 충전기의 충전모드가 변화되거나 충전 종료 신호가 발생될 경우에 상기 체킹 인에이블 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 로딩 검출장치.
8. 배터리 탑재 유무를 체크하기 위하여 일정 타임구간 동안에 제1 상태를 갖는 체킹 펄스를 생성하는 단계와;

   상기 체킹 펄스가 상기 제1 상태를 유지하는 동안에 배터리의 핀 노드 전압을 설정된 체킹 전압으로 만드는 단계와;

   상기 핀 노드 전압의 레벨 변화를 검출하여 충전기에 배터리가 로딩되었는 지의 유무를 가리키는 배터리 검출 신호를 얻는 단계를 가지며,

   상기 설정된 체킹 전압은 상기 배터리의 규정된 완전 충전전압의 레벨보다 높거나 낮은 전압임을 특징으로 하는 배터리 로딩 검출방법.
9. 삭제
10. 삭제

Images