KR101771719B1 - 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과전류에 의해 2차 전지의 전압이 급격하게 저하된 것을 검출하여, 과전류에 의한 2차 전지의 전압의 급격한 저하로부터 배터리 장치를 보호할 수 있는 배터리 상태 감시 회로를 제공하는 것이다.
전압 비교 회로와, 전원 전압의 급격한 저하를 검출하는 전원 전압 검출 회로를 구비하여, 통상의 과전류는 전압 비교 회로로 검출하고, 부하 단락 등에 의한 전원 전압의 급격한 저하를 전원 전압 검출 회로로 검출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.

Description

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치{BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은, 2차 전지의 충방전을 제어하는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 관한 것이다.
배터리 상태 감시 회로는, 부하에 문제가 발생했을 때에 흐르는 이상(異常) 전류로부터 배터리 장치를 보호하기 위해서, 과전류 검출 회로를 구비하고 있다. 과전류 검출 회로는, 배터리 장치를 보호하기 위해서, 다양한 발명이 개시되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
도 3에, 종래의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치를 나타낸다. 종래의 배터리 장치(20)는, 2차 전지(1)와, 스위치 회로(3)와, 센스 저항(4)과, 배터리 상태 감시 회로(21)를 구비하고 있다. 배터리 상태 감시 회로(21)는, 제1 기준 전압 회로(5)와, 제2 기준 전압 회로(6)와, 제1 전압 비교 회로(7)와, 제2 전압 비교 회로(8)와, 제1 PMOS 트랜지스터(9)와, 제2 PMOS 트랜지스터(10)와, 제1 전류원(14)과, 제2 전류원(15)과, 콘덴서(13)와, 제어 회로(2)를 구비하고 있다.
제1 전압 비교 회로(7)는, 제1 기준 전압 회로(5)의 전압과 저항(4)의 전압을 비교하여 과전류를 검출한다. 제2 전압 비교 회로(8)는, 제2 기준 전압 회로(6)의 전압과 저항(4)의 전압을 비교하여 과전류를 검출한다. 여기서, 제1 기준 전압 회로(5)의 전압은, 제2 기준 전압 회로(6)의 전압보다 낮다. 제1 PMOS 트랜지스터(9)와, 제2 PMOS 트랜지스터(10)와, 제1 전류원(14)과, 제2 전류원(15)과, 콘덴서(13)는 지연 회로를 구성하고 있다. 제어 회로(2)는, 지연 회로로부터 검출 신호를 입력하여, 스위치 회로(3)를 제어한다.
상술한 바와 같은 배터리 상태 감시 회로(21)는, 이하와 같이 동작하여 과전류로부터 배터리 장치를 보호하는 기능을 갖는다.
배터리 장치(20)의 외부 단자 ＋VO, -VO의 사이에 접속된 부하에 문제가 발생하여, 이상 전류가 흐르면, 저항(4)의 양단의 전압이 높아진다. 그리고, 저항(4)의 전압이 제1 기준 전압 회로(5)의 전압을 초과하면, 제1 전압 비교 회로(7)는 과전류를 검출하여, L레벨의 신호를 출력한다. 제1 PMOS 트랜지스터(9)가 온하므로, 콘덴서(13)는 제1 전류원(14)의 전류에 의해 충전된다. 제어 회로(2)는, 소정의 지연 시간 후에, 지연 회로로부터 검출 신호를 입력한다. 그리고, 제어 회로(2)는 스위치 회로(3)를 오프하여, 전류 경로를 차단한다.
부하가 단락 상태가 되어, 전류가 더 많아지면, 2차 전지(1)의 전압이 급격하게 저하된다. 이 때, 저항(4)의 전압이 제2 기준 전압 회로(6)의 전압을 초과하면, 제2 전압 비교 회로(8)는 부하 단락 상태의 과전류를 검출하여, L레벨의 신호를 출력한다. 따라서, 콘덴서(13)는 제1 전류원(14)의 전류와 제2 전류원(15)의 전류에 의해 충전되게 된다. 즉, 지연 시간은 짧아져, 보다 빨리 제어 회로(2)는 스위치 회로(3)를 오프할 수 있다.
일본국 공개특허 평10－224997호 공보
그러나, 2차 전지(1)의 충전이 충분하지 않을 때나 수명에 의해 열화되어 왔을 때 등은, 부하가 단락 상태가 되지 않아도, 과전류에 의해 2차 전지(1)의 전압이 급격하게 저하된다. 이 때, 종래의 배터리 상태 감시 회로(21)에서는, 제2 전압 비교 회로(8)는 부하 단락 상태의 과전류를 검출하지 않기 때문에, 원하는 지연 시간을 얻을 수 없다는 결점이 있었다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 했다.
전압 비교 회로와, 전원 전압의 급격한 저하를 검출하는 전원 전압 검출 회로를 구비하여, 통상의 과전류는 전압 비교 회로로 검출하고, 부하 단락 등에 의한 전원 전압의 급격한 저하를 전원 전압 검출 회로로 검출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
그 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치.
본 발명의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 의하면, 2차 전지의 충전이 충분하지 않을 때나 수명에 의해 열화되어 왔을 때 등은, 부하가 단락 상태가 되지 않아도, 과전류에 의한 2차 전지의 전압의 급격한 저하로부터 배터리 장치를 보호할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 다른 예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 종래의 배터리 장치를 나타낸 회로도이다.
도 1은, 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도이다.
본 실시 형태의 배터리 장치(22)는, 2차 전지(1)와, 2차 전지(1)의 충방전을 제어하는 스위치 회로(3)와, 센스 저항(4)과, 배터리 상태 감시 회로(23)를 구비하고 있다. 배터리 상태 감시 회로(23)는, 제1 기준 전압 회로(5)와, 제1 전압 비교 회로(7)와, 전원 전압 검출 회로(30)와, 버퍼 회로(37)와, 제1 PMOS 트랜지스터(9)와, 제2 PMOS 트랜지스터(10)와, 제1 전류원(14)과, 제2 전류원(15)과, 콘덴서(13)로 구성된 과전류 검출 회로와, 제어 회로(2)를 구비하고 있다.
2차 전지(1)와 스위치 회로(3)와 센스 저항(4)은, 배터리 장치(22)의 외부 단자 ＋V0와 외부 단자 -VO의 사이에 직렬로 접속되어 있다. 배터리 상태 감시 회로(23)는, 전원 단자 VDD와 전원 단자 VSS에 2차 전지(1)의 양단을 접속하고, 과전류 검출 단자 VM에 저항(4)의 한쪽의 단자를 접속하며, 제어 단자 CNT에 스위치 회로(3)를 접속한다.
제1 전압 비교 회로(7)는, 반전 입력 단자에 과전류 검출 단자 VM을 접속하고, 비반전 입력 단자에 제1 기준 전압 회로(5)를 접속하며, 출력 단자에 제1 PMOS 트랜지스터(9)의 게이트 단자를 접속한다. 전원 전압 검출 회로(30)는, 전원 단자 VDD와 전원 단자 VSS의 사이에 접속되고, 출력 단자는 버퍼 회로(37)를 통하여 제2 PMOS 트랜지스터(10)의 게이트 단자에 접속된다. 제1 전류원(14)과 제2 전류원(15)은, 콘덴서(13)에 접속되어, 지연 회로를 구성한다. 지연 회로의 출력 단자는 제어 회로에 접속된다. 제1 PMOS 트랜지스터(9) 및 제2 PMOS 트랜지스터(10)는, 제1 전류원(14) 및 제2 전류원(15)과 전원 단자 VDD의 사이에 접속된다.
상술한 바와 같은 배터리 상태 감시 회로(23)는, 이하와 같이 동작하여 과전류로부터 배터리 장치(22)를 보호하는 기능을 갖는다.
배터리 장치(22)의 외부 단자 ＋VO, -VO의 사이에 접속된 부하에 문제가 발생하여 이상 전류가 흐르면, 저항(4)의 양단의 전압이 높아진다. 그리고, 저항(4)의 전압이 제1 기준 전압 회로(5)의 전압을 초과하면, 제1 전압 비교 회로(7)는 과전류를 검출하여, L레벨의 신호를 출력한다. 제1 PMOS 트랜지스터(9)가 온하므로, 콘덴서(13)는 제1 전류원(14)의 전류에 의해 충전된다. 제어 회로(2)는, 소정의 지연 시간 후에, 지연 회로로부터 검출 신호를 입력한다. 그리고, 제어 회로(2)는 스위치 회로(3)를 오프하여, 전류 경로를 차단한다.
부하가 단락 상태가 되어, 전류가 더 많아지면, 2차 전지(1)의 전압이 급격하게 저하된다. 이 때, 2차 전지(1)의 전압인 전원 전압이 전원 전압 검출 회로(30)의 검출 전압보다 낮아지면, 전원 전압이 전원 전압 검출 회로(30)는 부하 단락 상태를 검출하여, L레벨의 검출 신호를 출력한다. 제2 PMOS 트랜지스터(10)는, 버퍼 회로(37)를 통하여 L레벨의 검출 신호를 입력하면 온한다. 따라서, 콘덴서(13)는 제1 전류원(14)의 전류와 제2 전류원(15)의 전류에 의해 충전되게 된다. 즉, 지연 시간은 짧아져, 보다 빨리 제어 회로(2)는 스위치 회로(3)를 오프할 수 있다.
또한, 다음과 같은 상태일 때에도 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로(23)는 과전류로부터 배터리 장치(22)를 보호한다. 예를 들면, 2차 전지(1)의 충전이 충분하지 않을 때나 수명에 의해 열화되어 왔을 때 등은, 부하가 단락 상태가 되지 않아도, 과전류에 의해 2차 전지(1)의 전압이 급격하게 저하된다. 저항(4)의 양단의 전압이 부하 단락 상태일 때만큼 높아지지 않았음에도 불구하고, 2차 전지(1)의 전압이 급격하게 저하된다. 이러한 전원 전압의 저하는, 종래의 배터리 상태 감시 회로(21)의 제2 전압 비교 회로(8)는 검출할 수 없지만, 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로(23)의 전원 전압 검출 회로(30)는 검출할 수 있다.
이하에, 전원 전압 검출 회로(30)의 구체적인 회로의 일례를 나타내고, 동작을 설명한다. 전원 전압 검출 회로(30)는, 전원 단자 VDD에 접속된 커런트 미러 회로를 구성하는 PMOS 트랜지스터(31 및 32)와, 전원 단자 VSS에 접속된 전류원인 NMOS 트랜지스터(33 및 34)와, PMOS 트랜지스터(31 및 32)와 전원 단자 VSS의 사이에 접속된 콘덴서(35)를 구비하고 있다.
NMOS 트랜지스터(33 및 34)는, 단자(36)로부터 게이트 단자에 바이어스 전압이 공급되어, 일정한 전류를 흐르게 한다. 이 일정한 전류는, 커런트 미러 회로를 구성하는 PMOS 트랜지스터(31 및 32)에도 흐른다. 여기서, PMOS 트랜지스터(32)에 흐르는 전류는, NMOS 트랜지스터(34)에 흐르는 전류보다도 크게 설정되어 있다. 따라서, 전원 단자 VDD의 전압이 통상 상태에 있을 때에는, 각 트랜지스터는 소정의 전류를 흐르게 하고, 전원 전압 검출 회로(30)는 비검출 신호인 H레벨의 신호를 출력한다. 이 때, 콘덴서(35)는, 전원 단자 VDD의 전압으로부터 PMOS 트랜지스터(31 및 32)의 임계치 전압 Vtp를 뺀 값으로 충전되어 있다.
전원 단자 VDD의 전압이 급격하게 저하되면, PMOS 트랜지스터(31 및 32)의 소스의 전압이 급격하게 저하되어, 콘덴서(35)의 전압, 즉 게이트의 전압보다 저하된다. PMOS 트랜지스터(31 및 32)는, 소스의 전압이 게이트의 전압보다 낮아지므로 오프한다. 이 때, NMOS 트랜지스터(34)는 소정의 전류를 흐르게 하도록 제어되어 있으므로, 전원 전압 검출 회로(30)는 검출 신호인 L레벨의 신호를 출력한다.
도 2는, 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 다른 예를 나타낸 회로도이다.
도 2의 배터리 상태 감시 회로(23)는, 스위치 회로(40)를 구비하고 있다. 스위치 회로(40)는, 전원 단자 VDD와 전원 전압 검출 회로(30)의 출력 단자의 사이에 접속되며, 제1 전압 비교 회로(7)의 출력 신호로 제어된다.
제1 전압 비교 회로(7)가 과전류를 검출하고 있지 않을 때, 스위치 회로(40)는 전원 전압 검출 회로(30)의 출력 단자를 전원 단자 VDD에 접속한다. 제1 전압 비교 회로(7)가 과전류를 검출했을 때에, 스위치 회로(40)는 오프한다. 따라서, 전원 전압 검출 회로(30)의 출력은, 제1 전압 비교 회로(7)가 과전류를 검출했을 때에만 유효하게 되므로, 전원 전압 검출 회로(30)는 과전류 시의 전원 전압 저하를 검출하는 회로로서 동작한다.
또한, 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로는, 지연 회로를 제1 전류원(14)과 제2 전류원(15)과 콘덴서(13)로 구성했지만, 각각 상이한 지연 시간을 갖는 2개의 지연 회로로 해도 된다.
본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로는, 과전류 검출을 제1 전압 비교 회로(7)가 행하고, 부하 단락 상태의 검출을 전원 전압 검출 회로(30)가 행하도록 구성한 예로 설명했다. 그러나, 과전류 검출을 제1 전압 비교 회로(7)가 행하고, 부하 단락 상태의 검출을 제2 전압 비교 회로(8)가 행하며, 부하 단락 상태에서 또한 전원 전압 저하의 검출을 전원 전압 검출 회로(30)가 행하도록 구성해도 된다. 이 경우는, 제1 전압 비교 회로(7)에 접속되는 지연 회로와 제2 전압 비교 회로(8)에 접속되는 지연 회로를 별도로 설치해도 된다.
이상 기재한 바와 같이, 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치는, 2차 전지(1)의 충전이 충분하지 않을 때나 수명에 의해 열화되어 왔을 때 등은, 부하가 단락 상태가 되지 않아도, 과전류에 의한 2차 전지(1)의 전압의 급격한 저하로부터 배터리 장치를 보호할 수 있다.
또한, 전원 전압 검출 회로(30)를 이용함으로써, 기준 전압 회로(6)와 전압 비교 회로(8)로 구성한 종래의 배터리 상태 감시 회로보다도, 배터리 상태 감시 회로를 간편한 회로로 소비 전류를 적게 실현할 수 있다.
1 : 2차 전지
2 : 제어 회로
3, 40 : 스위치 회로
5, 6 : 기준 전압 회로
7, 8 : 전압 비교 회로
14, 15 : 전류원
20, 22 : 배터리 장치
21, 23 : 배터리 상태 감시 회로
30 : 전원 전압 검출 회로
37 : 버퍼 회로

Claims (7)

  1. 과전류 검출 회로를 구비한 배터리 상태 감시 회로에 있어서,
    상기 과전류 검출 회로는,
    제1 기준 전압 회로와,
    상기 제1 기준 전압 회로의 기준 전압과 과전류 검출 단자의 전압을 비교하는 제1 전압 비교 회로와,
    2개의 PMOS 트랜지스터로 구성되어, 전원 단자 VDD에 접속된 커런트 미러 회로와, 상기 2개의 PMOS 트랜지스터와 전원 단자 VSS의 사이에 각각 접속된 전류원과, 상기 2개의 PMOS 트랜지스터의 게이트와 상기 전원 단자 VSS 사이에 접속된 콘덴서로 구비하고, 상기 콘덴서에 의해 전원 전압의 급격한 저하를 검출하는 전원 전압 검출 회로와,
    게이트가 상기 제1 전압 비교 회로의 출력 단자에 접속된 제1 PMOS 트랜지스터와,
    게이트가 상기 전원 전압 검출 회로의 출력 단자에 접속된 제2 PMOS 트랜지스터와,
    상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 제1 지연 회로와,
    상기 제2 PMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 제2 지연 회로와,
    상기 제1 및 제2 지연 회로의 출력 단자에 접속된 제어 회로를 구비하고,
    상기 제1 전압 비교 회로가 과전류를 검출하고, 상기 전원 전압 검출 회로가 전원 전압의 급격한 저하를 검출하여, 검출결과에 따른 지연 시간으로 상기 제어 회로가 방전을 정지하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 지연 회로는, 직렬로 접속된 제1 전류원과 제1 용량을 구비하고,
    상기 제2 지연 회로는, 직렬로 접속된 제2 전류원과 제2 용량을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 용량과 상기 제2 용량은 공통으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 상태 감시 회로는,
    제2 기준 전압 회로와,
    상기 제2 기준 전압 회로의 기준 전압과 과전류 검출 단자의 전압을 비교하는 제2 전압 비교 회로와,
    게이트가 상기 제2 전압 비교 회로의 출력 단자에 접속된 제3 PMOS 트랜지스터와,
    상기 제3 PMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 제3 지연 회로를 더 구비하고,
    상기 제2 전압 비교 회로가 부하 단락 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 상태 감시 회로는, 또한 상기 전원 전압 검출 회로의 출력 단자와 전원 단자 VDD의 사이에 스위치 회로를 설치하고,
    상기 스위치 회로는, 과전류를 검출했을 때에 오프하여, 상기 전원 전압 검출 회로의 출력을 유효하게 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  7. 2개의 외부 단자의 사이에 직렬로 접속된 2차 전지와 센스 저항과 충방전 제어 스위치 회로와,
    2개의 전원 단자에 상기 2차 전지의 양단을 접속하고, 과전류 검출 단자에 상기 센스 저항을 접속하며, 제어 단자에 상기 충방전 제어 스위치 회로를 접속한 청구항 1 또는 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 배터리 상태 감시 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
KR1020110046865A 2010-06-03 2011-05-18 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 KR101771719B1 (ko)

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