KR101733740B1 - 배터리 보호 회로 - Google Patents

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Abstract

배터리 보호 회로는, 전압원; 상기 전압원에 일단이 연결된 제1 저항; 충전 제어 단자를 통해서 충전 제어 전류를 공급하는 충전 제어부; 게이트 단자와 일단 사이에 제2 저항이 연결된 제1 충전 트랜지스터; 및 상기 제1 저항의 타단과 연결되고, 상기 충전 제어 전류에 따라 상기 전압원을 상기 충전 트랜지스터의 게이트 단자와 도통시키는 전류 전압 변환부를 포함한다.

Description

배터리 보호 회로{BATTERY PROTECTION CIRCUIT}
본 발명은 배터리 보호 회로에 관한 것이다.
배터리 보호 회로는 배터리 셀의 충방전 시에 발생할 수 있는 단락, 단선, 과전류, 과전압 등의 문제로부터 배터리 셀을 보호하기 위한 회로이다.
배터리 보호 회로는 배터리 IC(Battery Inegrated Circuit) 등의 충방전 제어부를 포함하고, 충방전 제어부의 제어에 따라 배터리 보호 기능을 수행한다.
저비용의 배터리 보호 회로는 논-스마트 배터리 IC(Non-smart Battery IC)를 포함하는 것이 일반적이고, 이러한 배터리 IC는 MCU(Micro Controller Unit)를 내장하지 않고 기본적인 보호 기능만을 탑재하고 있다. 이러한 배터리 IC는 소비 전력을 최소화하기 위해서 충전 트랜지스터의 제어에 오픈-드레인 타입(Open-Drain type)의 커렌트 소스(Current Source) 방식을 채택하고 있는 것이 일반적이다.
도 1a 및 1b는 종래의 배터리 보호 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 배터리 보호 회로(510)는 배터리 셀(520) 및 충전기(530) 사이에 전기적으로 개재된다.
충전 제어부(519)는 충전 제어 전류(I500)를 충전 트랜지스터(511)의 게이트 단자에 공급한다. 충전 제어 전류(I500)가 온 레벨(ON level)일 경우, 저항(R501)을 통해 형성된 전압이 충전 트랜지스터(511)를 인에이블(enable)시키고, 충전기(530)로부터 배터리 셀(520)의 충전이 시작된다. 예를 들어, 충전 트랜지스터(511)가 인에이블되는 전압 레벨이 11V인 경우, 충전 제어 전류(I500)는 6uA이고, 저항(R501)은 2Mohm이고, 충전 트랜지스터(511)의 게이트 단자에는 12V가 인가되어, 충전 트랜지스터(511)가 인에이블될 수 있다.
충전 제어 전류(I500)가 오프 레벨(OFF level)일 경우, 저항(R501)은 충전 트랜지스터(511)의 게이트 단자의 전압을 접지 전압으로 고정시키는 역할을 한다. 따라서 충전 트랜지스터(511)는 디스에이블(disable)되고, 충전기(530)와 배터리 셀(520) 간의 전기적 연결이 끊어진다.
도 1b를 참조하면, 배터리 보호 회로(510)는 충전 트랜지스터(511)가 단락되어 제기능을 수행할 수 없는 경우(Fail)를 대비하여, 충전 트랜지스터(512)를 더 포함할 수 있다. 충전 트랜지스터(511, 512)는 충전 제어 전류(I500)의 레벨에 따라 동시에 인에이블 또는 디스에이블된다.
하지만, 도 1b의 경우, 충전 제어 전류(I500)가 절반으로 분할되어 충전 트랜지스터(511, 512) 각각에 공급되므로, 충전 트랜지스터(511, 512)의 게이트 단자에 충분한 전압이 인가되지 않아, 충전 트랜지스터(511, 512)가 인에이블될 수 없는 문제점이 있다. 예를 들어, 충전 트랜지스터(511, 512)가 인에이블되는 전압 레벨이 11V인 경우, 각각의 트랜지스터(511, 512)에 분할된 3uA의 전류가 공급되고, 게이트 단자에 6V의 전압이 인가됨으로써, 충전 트랜지스터(511, 512)는 디스에이블 상태일 수 있다.
이를 해결하기 위해서, 충전 트랜지스터(511)는 도 1a의 저항(R501)보다 2배의 저항 값을 갖는 저항(R501')을 풀-다운 저항(pull-down resistor)으로서 포함할 수 있다. 충전 트랜지스터(512) 또한 도 1a의 저항(R501)보다 2배의 저항 값을 갖는 저항(R502)을 풀 다운 저항으로서 포함할 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어, 각각의 트랜지스터(511, 512)에 분할된 3uA의 전류가 공급되어도 저항(R501', R502)의 저항 값이 4Mohm이므로, 게이트 단자에 12V의 전압이 인가될 수 있고, 충전 트랜지스터(511, 512)는 인에이블될 수 있다.
여기서 새롭게 발생하는 문제는, 충전 트랜지스터(511, 512)의 인에이블 속도 및 디스에이블 속도에 있다. 충전 트랜지스터(511)의 인에이블 및 디스에이블 속도는 충전 트랜지스터(511)의 기생 커패시턴스 성분과 저항(R501')에 의한 시정수에 의존한다. 도 1a의 경우와 비교했을 때, 저항(R501')이 저항(R501) 보다 2배의 저항 값을 가지고, 충전 트랜지스터(512) 추가에 따라 기생 커패시턴스도 2배가 되므로, 충전 트랜지스터(511)의 인에이블 및 디스에이블 속도는 매우 저하된다.
예를 들어, 도 1a의 경우의 충전 트랜지스터(511)의 기생 커패시턴스 성분이 6.4nF인 경우, 저항(R501)의 저항 값이 2Mohm이므로, 6.4nF*2Mohm에 의해서 시정수가 대략 12.8ms이다. 하지만, 도 1b의 경우 충전 트랜지스터(511, 512)의 기생 커패시턴스의 병렬 합이 12.8nF가 되고, 저항(R501', R502) 각각의 저항값이 4Mohm이므로, 12.8nF*4Mohm로 계산하면, 시정수가 대략 51.2ms이다. 따라서 도 1b의 경우, 도 1a의 경우와 비교해서, 충전 트랜지스터(511, 512)의 시정수가 약 4배가까이 클 수 있다.
인에이블 및 디스에이블 속도가 저하되는 경우, 배터리 보호 회로(510)의 보호 동작의 적시성을 확보하지 못하여 결과적으로 배터리 보호 회로(510)가 그 보호 기능을 수행하지 못하는 경우가 생길 수 있다.
따라서, 충전 트랜지스터를 2개 이상 사용하면서도 충전 트랜지스터의 인에이블 및 디스에이블 속도를 확보할 수 있는 구조의 배터리 보호 회로가 필요하다.
해결하고자 하는 기술적 과제는 충전 트랜지스터를 2개 이상 사용하면서도 충전 트랜지스터의 인에이블 및 디스에이블 속도를 확보할 수 있는 배터리 보호 회로를 제공하는 데 있다.
한 실시 예에 따른 배터리 보호 회로는, 전압원; 상기 전압원에 일단이 연결된 제1 저항; 충전 제어 단자를 통해서 충전 제어 전류를 공급하는 충전 제어부; 게이트 단자와 일단 사이에 제2 저항이 연결된 제1 충전 트랜지스터; 및 상기 제1 저항의 타단과 연결되고, 상기 충전 제어 전류에 따라 상기 전압원을 상기 충전 트랜지스터의 게이트 단자와 도통시키는 전류 전압 변환부를 포함한다.
상기 배터리 보호 회로는, 게이트 단자와 일단 사이에 제3 저항이 연결된 제2 충전 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 제2 충전 트랜지스터의 타단은 상기 제1 충전 트랜지스터의 일단과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 충전 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제1 충전 트랜지스터의 게이트 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전류 전압 변환부는 일단이 상기 제1 저항의 타단과 전기적으로 연결된 제1 트랜지스터; 일단이 상기 제1 트랜지스터의 타단과 전기적으로 연결된 제2 트랜지스터; 및 일단이 상기 제2 트랜지스터의 타단에 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 트랜지스터의 게이트 단자, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 단자 및 상기 충전 제어 단자에 전기적으로 연결된 제4 저항을 포함할 수 있다.
상기 전압원은 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 배터리 셀의 양극과 전기적으로 연결되어 전압을 유지할 수 있다.
상기 충전 제어부는 전원 공급 단자를 더 포함하고, 상기 충전 제어부는 상기 전원 공급 단자를 통해서 상기 전압원으로부터 전원을 공급받아 상기 충전 제어 전류를 생성할 수 있다.
상기 전압원은 다이오드 및 제5 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 단자 및 상기 제1 저항의 일단은 상기 커패시터의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 충전 제어 전류가 온 레벨(ON level)일 때 상기 제1 트랜지스터가 인에이블(enable)되고, 상기 제1 및 제2 충전 트랜지스터가 인에이블될 수 있다.
상기 충전 제어 전류가 오프 레벨(OFF level)일 때 상기 제2 트랜지스터가 인에이블되고, 상기 제1 및 제2 충전 트랜지스터가 디스에이블될 수 있다.
상기 제2 저항은 상기 제4 저항보다 저항 값이 클 수 있다.
상기 제2 저항은 상기 제1 저항보다 저항 값이 클 수 있다.
실시 예들에 따른 배터리 보호 회로는 충전 트랜지스터를 2개 이상 사용하면서도 충전 트랜지스터의 인에이블 및 디스에이블 속도를 확보할 수 있다.
도 1a 및 1b는 종래의 배터리 보호 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 한 실시 예에 따른 배터리 보호 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 배터리 보호 회로의 구체적인 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
도 2a는 한 실시 예에 따른 배터리 보호 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 한 실시 예에 따른 배터리 보호 회로(10)는 전압원(100), 충전 제어부(200), 전류 전압 변환부(300), 제1 충전 트랜지스터(410), 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 포함한다. 배터리 보호 회로(10)는, 제1 충전 트랜지스터(410)의 동작 실패를 대비하여, 제2 충전 트랜지스터(420) 및 제3 저항(R3)을 더 포함할 수 있다.
배터리 보호 회로(10)는 배터리 셀(20)과 충전기(30) 사이에 전기적으로 개재되며, 배터리 셀의 충방전 시에 발생할 수 있는 단락, 단선, 과전류, 과전압 등의 문제로부터 배터리 셀(20)을 보호한다. 본 실시 예에서는, 배터리 보호 회로(10) 중 충전 제어에 관련된 부분만 도시되어 있으며, 배터리 보호 회로(10)는 다른 보호 기능을 수행하기 위해 추가 회로 구성을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배터리 보호 회로는 방전 트랜지스터, 퓨즈, 전류/전압 센싱부 등을 더 포함할 수 있다.
전압원(100)은 충전 제어부(200) 및 전류 전압 변환부(300)에 필요한 전압을 공급할 수 있다. 전압원(100)은 충전 제어부(200)의 전원 공급 단자(Vcc)로 전압을 공급하여, 충전 제어부(200)가 동작하도록 할 수 있다. 전압원(100)은 제1 저항(R1)을 통해서 전류 전압 변환부(300)에 전압을 공급하여, 전류 전압 변환부(300)가 제1 충전 트랜지스터(410) 및 제2 충전 트랜지스터(420)의 게이트 단자에 전압을 인가하도록 할 수 있다.
제1 저항(R1)은 전압원(100)에 그 일단이 연결된다. 제1 저항(R1)의 타단은 전류 전압 변환부(300)에 연결된다. 제1 저항(R1)의 저항 값에 따라 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)의 인에이블 및 디스에이블 속도가 결정될 수 있다. 이에 대해서는 도 2b를 참조하여 더 상세히 후술한다. 제1 저항(R1)의 저항 값은 제2 저항(R2) 또는 제3 저항(R3)의 저항 값보다 작을 수 있다.
충전 제어부(200)는 충전 제어 단자(CHG)를 통해서 전류 전압 변환부(300)에 충전 제어 전류(I200)를 공급한다. 충전 제어부(200)는 배터리 IC일 수 있고, 저비용을 위해서 MCU를 내장하지 않을 수 있다. 또한 충전 제어부(200)는 소모 전력을 최소화하기 위해서, 오픈-드레인 타입의 커렌트 소스 방식을 채택할 수 있다. 충전 제어 전류(I200)는 온 레벨 또는 오프 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 충전 제어 전류(I200)가 온 레벨일 경우 6uA의 전류 값을 가질 수 있다. 또한, 충전 제어부(200)가 충전 제어 단자(CHG)를 오픈한 경우, 충전 제어 전류(I200)는 하이 임피던스(High impedance)에 의해 오프 레벨일 수 있다. 충전 제어부(200)는 전원 공급 단자(Vcc)를 통해서 전압원(100)으로부터 전원을 공급받아 충전 제어 전류(I200)를 생성할 수 있다.
제1 충전 트랜지스터(410)는 게이트 단자와 일단 사이에 제2 저항(R2)이 연결된다. 제1 충전 트랜지스터(410)의 게이트 단자는 전류 전압 변환부(300)의 출력단에 연결된다. 제2 저항(R2)은, 제1 충전 트랜지스터(410)의 게이트 단자의 전압이 정의할 수 없는 상태에 빠지는 것을 방지하는 풀-다운 저항이다. 제1 충전 트랜지스터(410)는 그 일단과 타단이 배터리 셀(20)의 음극과 전기적으로 연결될 수 있다. 당업자는 제1 충전 트랜지스터(410)를 배터리 셀(20)의 양극 측에 배치할 수도 있다.
제2 충전 트랜지스터(420)는 게이트 단자와 일단 사이에 제3 저항(R3)이 연결된다. 제2 충전 트랜지스터(420)의 게이트 단자는 전류 전압 변환부(300)의 출력단에 연결된다. 제3 저항(R3)은, 제2 충전 트랜지스터(420)의 게이트 단자의 전압이 정의할 수 없는 상태에 빠지는 것을 방지하는 풀-다운 저항이다. 제2 충전 트랜지스터(420)는 그 일단과 타단이 배터리 셀(20)의 음극과 전기적으로 연결될 수 있다. 당업자는 제2 충전 트랜지스터(420)를 배터리 셀(20)의 양극 측에 배치할 수도 있다. 제2 충전 트랜지스터(420)의 타단은 제1 충전 트랜지스터(410)의 일단과 직렬로 연결될 수 있다.
전류 전압 변환부(300)는 제1 저항(R1)의 타단과 연결되고, 충전 제어 전류에 따라 전압원(100)을 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)의 게이트 단자와 도통시킨다. 예를 들어, 충전 제어 전류가 온 레벨인 경우, 전압원(100)의 전압을 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)의 게이트 단자에 인가하여 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)를 인에이블 시킨다. 또한 충전 제어 전류(I200)가 오프 레벨인 경우, 전압원(100)의 전압을 차단함으로써, 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)를 디스에이블시킨다.
도 1b에서 충전 제어 전류(I500)를 직접 충전 트랜지스터(511, 512)에 인가하는 것과 달리, 도 2a의 본 실시 예에서는 충전 제어 전류(I200)를 전류 전압 변환부(300)를 통해서 전압 신호로 변환하고, 이러한 전압 신호를 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)의 게이트 단자에 인가한다. 따라서, 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)의 시정수를 구하는데 있어서, 제2 및 제3 저항(R2, R3)이 고려되지 않고 제1 저항(R1)만이 고려된다. 따라서 제1 저항(R1)의 저항 값을 적절히 조절함으로써 제1 충전 트랜지스터(410)의 인에이블 및 디스에이블 속도를 확보할 수 있다. 구체적인 예는 도 2b를 참조하여 상세히 후술한다.
도 2b는 도 2a의 배터리 보호 회로의 구체적인 예를 도시한 도면이다.
도 2b를 참조하면 전압원(100) 및 전류 전압 변환부(300)의 예시적인 회로가 구체적으로 도시되어 있다.
전류 전압 변환부(300)는 제1 트랜지스터(TR301), 제2 트랜지스터(TR302) 및 제4 저항(R4)을 포함한다. 제1 트랜지스터(TR301)는 NPN 트랜지스터일 수 있고, 일단이 제1 저항(R1)의 타단과 연결되고, 타단이 제2 트랜지스터(TR302)의 일단과 연결될 수 있다. 제2 트랜지스터(TR302)는 PNP 트랜지스터일 수 있고, 일단이 제1 트랜지스터(TR301)와 연결되고, 타단이 제4 저항(R4)의 일단 및 배터리 셀(20)의 음극측에 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 저항(R4)의 타단, 제1 트랜지스터(TR301)의 게이트 단자 및 제2 트랜지스터(TR302)의 게이트 단자는 충전 제어 단자(CHG)에 연결된다. 트랜지스터의 적절한 동작을 위해서, 제4 저항(R4)은 제2 저항(R2)보다 저항 값이 작을 수 있다.
전압원(100)은 배터리 셀(20)의 양극으로부터 직렬로 순차적으로 연결되는 다이오드(D100), 제5 저항(R5) 및 커패시터(C100)를 포함한다. 커패시터(C100)는 배터리 셀(20)의 양극과 전기적으로 연결되어 전압을 유지한다. 전원 공급 단자(Vcc) 및 제1 저항(R1)의 일단은 커패시터(C100)의 일단과 전기적으로 연결된다.
도 2b의 배터리 보호 회로(10)의 동작은 다음과 같다.
배터리 셀(20)에 충전이 필요한 경우, 충전 제어부(200)가 충전 제어 단자(CHG)를 통해서 온 레벨의 충전 제어 전류(I200)를 출력한다. 이에 따라, 제1 트랜지스터(TR301)가 인에이블되고, 제2 트랜지스터(TR302)가 디스에이블된다. 커패시터(C100)에 유지되던 전압은 제1 저항(R1) 및 제1 트랜지스터(TR301)를 통해서 제1 및 제2 충전 트래지스터(410, 420)의 게이트 단자에 인가되고, 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)가 인에이블된다.
배터리 셀(20)을 충전기(30)와 분리시켜야 하는 경우, 충전 제어부(200)가 충전 제어 단자(CHG)를 오픈시켜, 충전 제어 전류(I200)는 오프 레벨이 된다. 이에 따라, 제2 트랜지스터(TR302)가 인에이블되고, 제1 트랜지스터(TR301)가 디스에이블된다. 제2 트랜지스터(TR302)를 통해서, 상대적으로 저전압이 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)의 게이트 단자에 인가된다. 따라서 제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)가 디스에이블된다.
제1 및 제2 충전 트랜지스터(410, 420)가 인에이블되는 시정수는 다음과 같이 구할 수 있다. 예를 들어, 제1 저항(R1)의 저항 값이 10Kohm이고, 제1 및 제2 충전 트랜지스터의 기생 커패시턴스의 병렬 합이 12.8nF인 경우, 시정수는 12.8nF*10Kohm에 따라 대략 128us이다. 여기서 제1 트랜지스터(TR301)의 기생 커패시턴스 성분과 기생 저항 성분을 더 반영하면, 더 큰 시정수를 가질 수 있으나, 도 1b의 51.2ms에 비교하더라도 월등히 작은 수치이다.
따라서 본 실시 예에 따르면, 배터리 보호 회로(10)는 충전 트랜지스터(410, 420)를 2개 이상 사용하면서도 충전 트랜지스터(410, 420)의 인에이블 및 디스에이블 속도를 확보할 수 있다.
지금까지 충전 제어에 대해서 충전 트랜지스터의 인에이블 및 디스에이블 속도를 효과적으로 상승시키는 방법을 설명하였으나, 방전 제어 시 방전 트랜지스터의 인에이블 및 디스에이블 속도를 상승시키기 위해서 동일한 원리가 적용될 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 배터리 보호 회로
20: 배터리 셀
30: 충전기
100: 전압원
200: 충전 제어부
300: 전류 전압 변환부
410: 제1 충전 트랜지스터
420: 제2 충전 트랜지스터
R1: 제1 저항
R2: 제2 저항
R3: 제3 저항

Claims (11)

  1. 전압원;
    상기 전압원에 일단이 연결된 제1 저항;
    충전 제어 단자를 통해서 충전 제어 전류를 공급하는 충전 제어부;
    게이트 단자와 일단 사이에 제2 저항이 연결된 제1 충전 트랜지스터; 및
    상기 제1 저항의 타단과 연결되고, 상기 충전 제어 전류에 따라 상기 전압원을 상기 충전 트랜지스터의 게이트 단자와 도통시키는 전류 전압 변환부를 포함하며,
    상기 전류 전압 변환부는, 상기 충전 제어 전류의 전류 레벨에 따라서 상기 제1 충전 트랜지스터의 상기 게이트 단자에 인가되는 전압 신호의 전압 레벨을 변경하여 상기 제1 충전 트랜지스터를 인에이블 또는 디스에이블시키는 배터리 보호 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    게이트 단자와 일단 사이에 제3 저항이 연결된 제2 충전 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 제2 충전 트랜지스터의 타단은 상기 제1 충전 트랜지스터의 일단과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 충전 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제1 충전 트랜지스터의 게이트 단자와 전기적으로 연결된,
    배터리 보호 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전류 전압 변환부는
    일단이 상기 제1 저항의 타단과 전기적으로 연결된 제1 트랜지스터;
    일단이 상기 제1 트랜지스터의 타단과 전기적으로 연결된 제2 트랜지스터; 및
    일단이 상기 제2 트랜지스터의 타단에 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 트랜지스터의 게이트 단자, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 단자 및 상기 충전 제어 단자에 전기적으로 연결된 제4 저항을 포함하는,
    배터리 보호 회로.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전압원은 커패시터를 포함하고,
    상기 커패시터는 배터리 셀의 양극과 전기적으로 연결되어 전압을 유지하는,
    배터리 보호 회로.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는 전원 공급 단자를 더 포함하고,
    상기 충전 제어부는 상기 전원 공급 단자를 통해서 상기 전압원으로부터 전원을 공급받아 상기 충전 제어 전류를 생성하는,
    배터리 보호 회로.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전압원은 다이오드 및 제5 저항을 더 포함하는,
    배터리 보호 회로.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 전원 공급 단자 및 상기 제1 저항의 일단은 상기 커패시터의 일단과 전기적으로 연결된,
    배터리 보호 회로.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 충전 제어 전류가 온 레벨(ON level)일 때 상기 제1 트랜지스터가 인에이블(enable)되고,
    상기 제1 및 제2 충전 트랜지스터가 인에이블되는,
    배터리 보호 회로.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 충전 제어 전류가 오프 레벨(OFF level)일 때 상기 제2 트랜지스터가 인에이블되고,
    상기 제1 및 제2 충전 트랜지스터가 디스에이블되는,
    배터리 보호 회로.
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 저항은 상기 제4 저항보다 저항 값이 큰,
    배터리 보호 회로.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 저항은 상기 제1 저항보다 저항 값이 큰,
    배터리 보호 회로.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022154438A1 (ko) * 2021-01-12 2022-07-21 주식회사 엘지에너지솔루션 릴레이 구동회로 및 이를 포함하는 배터리 시스템

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI612750B (zh) * 2017-03-22 2018-01-21 華碩電腦股份有限公司 電子裝置及其充電方法
JP7042601B2 (ja) * 2017-12-06 2022-03-28 エイブリック株式会社 バッテリ保護ic及びバッテリマネジメントシステム
JP7039124B2 (ja) * 2017-12-06 2022-03-22 エイブリック株式会社 充放電制御装置、及びバッテリ装置
CN109435765A (zh) * 2019-01-23 2019-03-08 常州江苏大学工程技术研究院 电池包无触点控制系统及工作方法
US11245272B2 (en) * 2020-05-28 2022-02-08 Fuyuan Electronic Co., Ltd Output protector for charger

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005130664A (ja) * 2003-10-27 2005-05-19 Sony Corp 電池パック
JP2012065447A (ja) 2010-09-16 2012-03-29 Ricoh Co Ltd 電圧切り替え回路、該電圧切り替え回路を備える充放電保護回路、該充放電保護回路を組み込んだバッテリーパック、および該バッテリーパックを用いた電子機器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3439029B2 (ja) * 1996-02-29 2003-08-25 三洋電機株式会社 電池装置
JP3326324B2 (ja) * 1996-03-28 2002-09-24 三洋電機株式会社 二次電池の保護回路
JP3747647B2 (ja) * 1998-09-09 2006-02-22 ミツミ電機株式会社 二次電池保護回路
JP4150297B2 (ja) 2003-06-30 2008-09-17 ソニー株式会社 電界効果トランジスタのドライブ回路
US7456614B2 (en) 2003-10-27 2008-11-25 Sony Corporation Battery pack
ATE400979T1 (de) 2004-03-31 2008-07-15 Widex As Komponent für hörhilfe und hörhilfe
JP4135676B2 (ja) 2004-04-28 2008-08-20 ミツミ電機株式会社 電池保護装置、及び、それを用いた電池保護システム、並びに、電池保護方法
KR100684794B1 (ko) 2005-08-11 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 플라즈마 표시 장치 및 게이트 구동 장치
JP5377049B2 (ja) 2009-04-16 2013-12-25 矢崎総業株式会社 昇圧装置
CN102055211B (zh) 2009-11-10 2015-04-15 上海空间电源研究所 串联型顺序开关充电分流控制调节电路
CN102709977A (zh) 2012-06-01 2012-10-03 常州鹰飞电子科技有限公司 带交流检测控制单元的太阳能发电系统控制器
JP5791007B2 (ja) 2012-08-07 2015-10-07 ▲華▼▲為▼▲終▼端有限公司 電力供給の装置および方法ならびにユーザ装置
US9787106B2 (en) 2012-09-18 2017-10-10 Google Technology Holdings LLC Method and apparatus for improving cycle life capacity of a battery pack

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005130664A (ja) * 2003-10-27 2005-05-19 Sony Corp 電池パック
JP2012065447A (ja) 2010-09-16 2012-03-29 Ricoh Co Ltd 電圧切り替え回路、該電圧切り替え回路を備える充放電保護回路、該充放電保護回路を組み込んだバッテリーパック、および該バッテリーパックを用いた電子機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022154438A1 (ko) * 2021-01-12 2022-07-21 주식회사 엘지에너지솔루션 릴레이 구동회로 및 이를 포함하는 배터리 시스템

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