KR101785734B1 - 직병렬전환식 셀전압 밸런스회로의 스위치를 ｍｏｓｆｅｔ에서 구성한 회로 및 그 구동회로 - Google Patents

직병렬전환식 셀전압 밸런스회로의 스위치를 ｍｏｓｆｅｔ에서 구성한 회로 및 그 구동회로 Download PDF

Info

Publication number
KR101785734B1
KR101785734B1 KR1020110110305A KR20110110305A KR101785734B1 KR 101785734 B1 KR101785734 B1 KR 101785734B1 KR 1020110110305 A KR1020110110305 A KR 1020110110305A KR 20110110305 A KR20110110305 A KR 20110110305A KR 101785734 B1 KR101785734 B1 KR 101785734B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit
power storage
series
storage cells
parallel
Prior art date
Application number
KR1020110110305A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120127170A (ko
Inventor
우노 마사토시
쿠키타 아키오
이토 카즈시게
세키도 츠토무
나가타 카오루
쇼지 카즈히로
Original Assignee
코쿠리츠켄큐카이하츠호진 우츄우고우쿠우켄큐우카이하츠키코우
니혼 치쿠덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코쿠리츠켄큐카이하츠호진 우츄우고우쿠우켄큐우카이하츠키코우, 니혼 치쿠덴키 고교 가부시키가이샤 filed Critical 코쿠리츠켄큐카이하츠호진 우츄우고우쿠우켄큐우카이하츠키코우
Publication of KR20120127170A publication Critical patent/KR20120127170A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101785734B1 publication Critical patent/KR101785734B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0024—Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K2017/6878—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors using multi-gate field-effect transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

종래보다도 적은 소자수 및 단순한 회로 구성을 갖춘 축전셀 전압의 균등화 회로를 제공한다.
상호충방전을 실행해야 할 축전셀끼리 병렬접속해야 되는 스위치 전환에 의해 실현되는 어느 쪽의 접속 상태에 있어서 형성되는 각각의 병렬회로가 해당 병렬회로내서 일방의 극성전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터와 해당병렬회로내에 있어서 타방의 극성전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터를 구비하도록 전계효과 트랜지스터를 배치함으로서, 소수의 트랜지스터에 의한 전압균등화 동작을 가능하게 한다.

Description

직병렬전환식 셀전압 밸런스회로의 스위치를 ＭＯＳＦＥＴ에서 구성한 회로 및 그 구동회로{MOSFET CIRCUIT COMPRISING A SWITCH OF SWITCHING-TYPE CELL VOLTAGE BALANCING CIRCUIT HAVING SERIES-PARALLEL CIRCUIT, AND DRIVING CIRCUIT THEREOF}
본 발명은 커패시터, 전기 2중층 커패시터, 리튬이온 커패시터, 이차전지 등으로부터 구성된 축전셀의 셀 전압을 균등화하는 전압 균등화 회로에 관한 것이다. 특히 본 발명은 MOSFET(Metal－Oxide -Semiconductor　Field - Effect Transistor) 등 전계효과 트랜지스터(FET : Field－Effect Transistor)의 스위치 전환에 의해 작동하는 직 병렬전환식 셀 전압균등화회로에 관한 것이다.
일반적으로, 전력에 의해 어떠한 장치를 작동시키기 위해서는 그 장치의 특성에 의해 결정되는 소정의 작동전압 범위 내에서 전력을 공급해야 한다. 또한 비상용 무정전 전원(UPS: Uninterruptible Power Supply)등으로 이용할 수 있는 축전식 전압장치는 외부에서 전력공급이 이루어지지 않는 상황하에서 장시간 작동이 가능해야 하므로 충분히 높은 용량을 보유하는 것이 요구 된다. 이러한 요구에 비추어본다면, 커패시터, 전기 2중층 커패시터, 리튬이온 커패시터, 이차전지등의 축전셀을 전원으로 이용하는 경우에는 원하는 출력전압 및 용량을 얻기 위해서, 복수개의 축전셀을 직렬 및 병렬로 접속하여 축전모듈을 형성하고 이로 인해 전원장치를 구성하는 것이 유효하다. 이러한 경우 일부의 축전셀에만 고전압이 인가되어 급속하게 열화되는 것과 일부의 축전셀만 방전에 기여하고 그 외의 축전셀에는 축적된 에너지가 유효하게 이용되지 않는 등의 문제를 피하기 위해 각각의 축전셀의 사이에서 상호충방전을 행하여 축전셀 전압을 균등화하면서 상기의 축전모듈을 작동시키는 것 또한 유효하다.
그와 같은 축전셀 전압의 균등화를 행하면서 작동하는 축전모듈이 본 발명자에 의해 제안되었다 (특허문헌 1. 이하, 특허문헌 1에 기재된 발명을 「선행 특허발명」이라 부른다. ).
선행 특허발명에 따른 축전모듈의 한 예는 도1에 나타나 있다. 도1의 축전모듈은 축전셀 (Ｂ1B,Ｂ2B,Ｂ3B)을 직렬접속하여 구성되는 제1의 직렬회로와 축전셀 (Ｂ1A，Ｂ2A)을 직렬접속하여 구성되는 제2의 직렬회로와 축전셀(Ｂ2C，Ｂ3C)을 직렬접속하여 구성되는 제3의 직렬회로와 스위치(ｓa1~ｓa6)로부터 이루어지는 제1의 스위치 군과 스위치(ｓa1~ｓa6)로 부터 이루어지는 제2의 스위치 군으로부터 구성된다. 작동 시에는 제1의 스위치 군에 포함한 각각의 스위치(ｓa1~ｓa6)를 온(on)으로 했을 경우에 실현되어 도2에 나타나 있는 대로 제1의 접속 상태와 제2의 스위치 군에 포함된 각각의 스위치(ｓb1~ｓb6)를 온으로 했을 경우에 실현되며, 도3에 나타나 있는 대로 제2의 접속상태와의 사이에서 전환이 드라이버(도1)의 제어 하에 이루어진다. 이것에 의해 해당 축전모듈에 포함되어 있는 각각의 축전셀이 자기 이외의 모든 축전셀과 직접적 또는 간접적으로(타 축전셀을 개입시켜) 상호충방전을 하기 위하여, 축전셀 전압 간의 격차는 해소되는 방향으로 향한다. 또한, 도1의 축전모듈에 있어서는 제1, 제2의 접속상태의 각각에 있어서 직렬접속되는 각 병렬단을 구성하는 축전셀의 합성용량이 모두 동일해지도록 축전셀(Ｂ1A，Ｂ2A，Ｂ2B，Ｂ2C，Ｂ3C) 각각의 용량과 축전셀 (Ｂ1B，Ｂ3B) 각각의 용량의 비율이 1:2로 선택되어있다. 이와 같이 용량의 비율을 선택해 축전모듈을 구성하면 제1, 제2의 접속상태의 각각에 대해 각 병렬단 양단 전압의 격차가 해소되는 방향으로 향하기 때문에 보다 신속하게 축전셀 전압의 균등화를 실행할 수 있다.
여기에서, 선행 특허발명에 있어서는 상기 제1, 제2의 스위치 군을 구성하는 스위치로서 반도체스위치를 이용하도록 제안하고 있지만, 이용해야만 하는 반도체 스위치 및 해당 스위치를 구동시키기 위한 구동회로의 구체적인 회로구성은 부여되지 않고 있다. 선행 특허발명의 축전모듈에 있어 상호충방전을 담당하는 전류의 방향은 병렬접속 되어있는 축전셀 끼리의 그 시점에서 전압의 대소관계에 의존하는 점(다시 말해, 설계시점에서는 일방향으로 결정되지 않는 점)에 비추어 보면, 온(on)으로 된 스위치에서는 해당 스위치를 통해 축전셀 사이를 흐르는 쌍방향의 전류를 어느 쪽이나 차단하지 않는 것이 요구되고, 또한 오프(off)로 된 스위치를 연결하여 축전셀끼리 상호충방전하는 것을 막기 위해서는 오프(off)로 된 스위치를 통하여 축전셀 간에 흐르는 전류는 어느 쪽의 방향으로도 차단되어서는 안 된다. 선행 특허발명에 관계된 축전모듈을 구성하는 것에 있어서는, 이러한 요구에 부응하기 위한 각 스위치 군을 어떠한 방법으로 구성해야 할 것인가에 대한 문제가 발생한다.
상기의 요구에 응하는 각 스위치 군을 해당 각 스위치 군에 포함된 모든 스위치를 쌍방향 스위치(이른바, 온(on)으로 했을 때는 쌍방향의 전류를 어느 방향으로도 차단하지 않고, 오프(off)로 했을 때는 어느 방향이라도 전류를 차단하는 스위치)로 하는 것에 따라 구성하는 것이 가능하다. 그와 같이 쌍방향 스위치의 일례가 비특허문헌 1에 개시되어 있다.
비특허문헌1 에 의해 개시된 쌍방향 스위치의 구성은 도4에 나타나 있다. 도4의 스위치(100)은 소스(source)전극과 베이스(base)전극이 접속된 2개의 MOSFET에 의해, 양 MOSFET의 소스전극끼리, 게이트(gate)전극끼리 각각 접속하여 하나로 모으는 것에 의해 구성될 수 있다. 상기 스위치(100)에 의해서는, 게이트전압을 인가하는 것에 의해 각각의 MOSFET가 온(on)으로 되어, 쌍방향으로 전류가 흐르는 것이 가능해지고(각각의 MOSFET내에는 소스 전극으로부터 드레인(drain)전극으로 전류가 흐르는 것 같은 기생다이오드가 발생하고 있는 것에 비추어 보면 상기의 각 MOSFET가 온(on)으로 됐을 경우에 흐르는 전류의 개념적인 경로는 도5에 나타나있는 점선이 어느 쪽이든 일방향으로 나타나 있다.), 일방향으로 게이트전압이 인가되지 않는 것에 따라 각각의 MOSFET가 오프(off)로 되어 있을 경우에는 도 6에 나타나 있는 대로 도 6의 점선에 나타나 있는 어느 한쪽의 방향으로 흐르는 전류도 어느 한쪽의 MOSFET안에 생긴 기생다이오드의 작용에 의해 차단된다.
또한, 비특허문헌 1에 의하면, 상기 스위치(100)을 구동시키기 위한 구동회로가 개시되어있다(도7). 도7에 나타나 있는 구동회로(200)는 2개의 광기전력(photo-voltaic coupler)(201, 202)과 두 개의 포토커플러(photo coupler) (203, 204)를 포함하여 구성되어 있어, 스위치 ΦOi를 온(on)으로 하는 것에 의해 광기전력(photo-voltaic coupler) (201,202)으로부터의 구동전압을 스위치(100)의 게이트로 인가하여 스위치(100)를 온(on)으로 하고, 스위치 ΦOi를 오프(off)로 하여 스위치 ΦOi를 온(on)으로 함으로서, 스위치(100)의 게이트전극과 소스전극을 단락하여 양 전극간에 축적된 전하를 개방하는 것에 의해, 스위치(100)를 오프(off)로 하는 방식에서 해당 스위치(100)을 구동시킨다.　
상기 비특허문헌 1에 개시되어있는 스위치(100)를 도 1의 축전 모듈 안의 각 스위치로써 채용하고, 이러한 스위치를 상기 구동회로(200)에 의해서 구동시키는 것에 의해 선행 특허발명에 따른 축전 모듈을 작동시키는 것이 가능하다. 그러나 이러한 구성은 스위치 개수의 2배의 MOSFET를 필요로 한다는 점에서 복잡하고 비경제적이다. 또한, 구동회로(200)에서는 광기전력(Photo-voltaic coupler)과 포토커플러(Photo coupler)가 각각 2대씩 필요하지만, 소자수가 보다 작은 구동회로에 의해 각 스위치를 구동시키는 것이 회로의 단순화와 저 비용화의 관점에서는 바람직하다.
특허문헌 1 : 일본특허 제 4352183호 명세서
비특허문헌 1 : 우에노 후미오, 이노우에 다카히로, 오타 이치로, 하라다 가즈타카, 이시마쓰 겐지, 「직렬고정방식 스위치 커패시터 변성기를 이용한 DC-AC 컨버터(converter)」 신학기보 Vol.92, No.461, pp.15-20
상기의 문제점을 고려하여, 본 발명은 선행 특허발명에 따른 축전 모듈을 구성하기 위한 스위치 군으로 하여 종래보다 단순한 구성을 구비한 스위치 군을 제공함으로서, 회로 구성이 단순한 셀전압 균등화 회로를 제공하고 또한 종래보다도 단순한 구성의 회로에서 그 스위치 군을 구동시키는 것에 의하여 시스템 전체로서의 단순화와 저 비용화를 달성하는 것을 그 과제로 한다. 　
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 n(n은 2이상의 정수)개의 축전셀을 직렬접속하여 구성하는 제1의 직렬회로와 n-1개의 축전셀을 직렬접속하여 구성하는 제2, 제3의 직렬회로와 제1, 제2의 스위치 군을 구비한 전압균등화회로를 제공한다. 해당 전압균등화회로는 제1의 스위치 군에 포함된 각각의 스위치를 온(on)으로 하는 것에 의하여, 제1의 직렬회로를 구성하는 제k(k는 2 이상 n이하의 정수)의 축전셀과 제2의 직렬회로를 구성하는 제 k-1의 축전셀이 각각 병렬접속되는 것에 의하여 n-1개의 병렬 회로가 구성됨과 동시에 제1의 직렬회로를 구성하는 제1(1은 1이상의 n-1 이하의 정수)의 축전셀과 제3의 직렬회로를 구성하는 제1의 축전셀이 각각 병렬접속되어있는 것에 의하여 n-1개의 병렬회로가 구성되는 제1의 접속상태를 실현하고, 제2의 스위치 군에 포함된 각각의 스위치를 온(on)으로 하는 것에 의하여, 제1의 직렬회로를 구성하는 제1의 축전셀과 제2의 직렬회로를 구성하는 제1의 축전셀이 각각 병렬접속되는 것에 의하여 n-1개의 병렬회로가 구성되는한편, 제1의 직렬회로를 구성하는 제 k의 축전셀과 제3의 직렬회로를 구성하는 제 k-1의 축전셀이 각각 병렬접속되는 것에 의하여, n-1개의 병렬회로가 구성되어 제2의 접속상태를 실현하고, 제1, 제2의 접속상태간에서의 전환에 의해 제1~제3의 직렬회로를 구성하는 각각의 축전셀의 전압을 균등화하도록 구성된다. 특히, 본 발명의 전압 균등화회로는 제1의 접속상태에 있어서 구성되는 병렬회로 각각이 각각의 병렬회로 안에서 일방의 극성전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터 및 각각의 병렬회로 안에서 타방의 극성전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터를 포함하도록 각각의 병렬회로 내의 스위치로서의 전계효과 트랜지스터를 배치하는 것에 의해 제1의 스위치 군을 구성하고, 제2의 접속상태에서 구성되는 각각의 병렬회로가 각각의 병렬회로 안에서 일방의 극성전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터 및 각각의 병렬회로 내에서 타방의 극성전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터를 포함하도록 각각의 병렬회로 내에 스위치로써의 전계효과 트랜지스터를 배치하는 것에 의해 제2의 스위치 군을 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상호충방전을 하는 축전셀끼리 병렬접속 되어있는 각각의 병렬회로에 일방의 극성 전류를 흐르게 할 수 있는 기생다이오드가 발생한 전계효과 트랜지스터와 타방의 극성 전류를 흐르게 할 수 있는 기생다이오드가 발생한 전계효과 트랜지스터를 각각 구비하는 것에 의하여 각 스위치 군을 구성하고 이것에 의해　오프(off)상태의 스위치를 포함해 구성되는 상기 병렬회로 내에서 축전셀 간에 전류가 흐르는 것을 어느 쪽의 방향으로도 차단하는 것이 가능해 진다.
특히 본 발명은 그 한 종류로서, 선행 특허발명에 따른 축전 모듈에 이용하기 위한 각각의 스위치를 단지 하나의 전계효과 트랜지스터로 구성하는 것을 가능하게 한다.
이미 설명한 대로, 상호충방전을 담당하는 축전의 방향은 사용시의 조건에 의존하기 때문에 상기 스위치 군에 있어서는, 오프(off)로 되어 있는 스위치를 통해 축전셀 사이를 흐르는 상호충방전 전류를 쌍방향으로 차단하는 것이 요구되므로, 이러한 점에 비추어 보면, 오프(off)상태에 있어서도 일방의 극성 전류를 흐르게 하는 단독의 전계효과 트랜지스터 구성은 스위치로써 불충분한 것처럼 보이지만, 이와 같은 단독의 전계효과 트랜지스터 구성을 얻는 경우에 있어서도 본 발명이 교시하는 대로 각 스위치 군을 구성하는 것에 따른 「군」으로서 상기 쌍방향의 전류를 차단하는 것이 가능하다. 　
본 발명의 전압균등화회로에 있어서 상기 제1, 제2의 스위치 군에 포함된 각각의 스위치로서 MOSFET을 이용하는 것이 가능하지만, 이것에 한정되지 않고, 구동신호를 이용한 제어에 의해 온(on), 오프(off)가 전환 가능한 트랜지스터 스위치라면 임의의 것을 이용해도 좋다. 다시 말하자면, 여러가지의 전계효과 트랜지스터, 임의의 트랜지스터에 보디 다이오드를 접속하게 되는 스위치, 트랜지스터의 이미터(emitter)-콜렉터 간에 다이오드를 접속하게 되는 스위치를 시작으로 한 임의의 트랜지스터 스위치를 이용하는 것이 가능하다.　다만, 드롭(drop)전압을 억제한다는 관점에서는 MOSFET등의 전계효과 트랜지스터를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전압균등화회로에 있어서는,
제1의 접속상태에 있어서 서로 병렬접속되어, 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀과 제2의 직렬회로에 포함된 축전셀로 이루어지는 축전셀의 조의 각각의 고전위측 전극간 및 저전위측 전극간에 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극측에 소스전극이 접속되어, 제2의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극 측에 드레인전극이 접속된 MOSFET가 포함되도록 MOSFET를 배치하고, 덧붙여 제1의 접속상태에 있어서 상호간에 병렬접속되는 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀과 제3의 직렬회로에 포함된 축전셀로 이루어지는 축전셀 조합의 각각의 고전위측 전극간 및 저전위측 전극간에 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극측에 드레인전극이 접속되어, 제3의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극 측에 소스전극이 접속된 MOSFET가 포함되도록 MOSFET를 배치하는 것에 의해, 상기 제1의 스위치 군을 구성하는 것이 가능하다.
또한, 제2의 접속상태에 있어서 상호간에 병렬접속 되는 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀과 제2의 직렬회로에 포함된 축전셀로 이루어지는 축전셀 조합의 각각의 고전위측 전극간 및 저전위측 전극간에 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극 측에 드레인전극이 접속되어 제2의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극 측에 소스전극이 접속된 MOSFET이 포함되도록 MOSFET을 배치하고, 덧붙여 제2의 접속상태에 있어서 상호간 병렬접속 되는 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀과 제 3의 직렬회로에 포함된 축전셀로 이루어지는 축전셀 조합의 각각의 고전위측 전극간 및 저전위측 전극 간에 제1의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극 측에 소스전극이 접속되어, 제3의 직렬회로에 포함된 축전셀의 전극측에 드레인전극이 접속된 MOSFET이 포함되도록 MOSFET을 배치하는 것에 의해 상기 제2의 스위치 군을 구성하는 것이 가능하다.
상기와 같이 MOSFET을 배치하는 것에 의해, 본 발명의 전압균등화회로에 포함되어야 마땅한 제1, 제2의 스위치 군을 구체적으로 구성하는 것이 가능하다. 다만, 각 스위치 군의 구성은 상기의 상태에 한정되지 않고, 오프(off)가 된 스위치를 통해 축전셀 간에 흐르는 상호충방전전류를 쌍방향에서 차단시키는 것과 같은 임의의 상태로 각 스위치 군을 구성하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서 각 스위치를 구동시키기 위한 구동회로는 제1, 제2의 스위치 군에 포함된 각각의 MOSFET의 게이트전극에 대해 결합 콘덴서를 직렬접속하고, 각각의 MOSFET의 소스전극과 게이트전극간의 저항을 접속하고, 더욱이 저항에 대한 병렬로 소스전극에서 게이트전극으로 향하는 전류를 차단하지 않도록 다이오드를 접속하는 것에 의하여 구성하는 것이 가능하다. 작동 시에는 결합콘덴서를 중간에 두고 게이트전극으로 입력시키는 구동신호의 제어에 의한 각각의 MOSFET의 온(on), 오프(off)를 전환시키는 것에 의해 각 스위치를 구동시키는 것이 가능하다.
후술한 실시예에서 설명한대로, 이러한 구동회로를 사용하면 임의의 구동신호 출력회로로부터 상기의 결합콘덴서를 중간에 두고 게이트전극으로의 전류를 입력하는 것에 의해 게이트전극-소스전극간에 전압을 인가하여 MOSFET를 온(on)으로 하고(이 경우, 상기 다이오드의 작용에 의하여 게이트전극-소스전극간을 흐르는 전류는 게이트전극으로 향하는 방향으로 정류된다.), 게이트전극으로의 전류의 입력을 정지하는 것에 의해 온(on)상태에서 게이트전극-소스전극간에 축적되어 있던 전하를 해방시켜(상기 저항을 통해, 게이트전극에서 소스전극으로 전류가 흐르는 것에 의해 전하는 해방된다.), MOSFET를 오프(off)로 한 상태에서 각 스위치를 구동시키는 것이 가능하다. 다만, 본 발명에 있어서 각 스위치를 구동시키기 위한 구동회로가 이곳으로 한정되어 있는 것이 아닌, 임의의 구동신호에 응하여 게이트전극-소스전극간의 전압을 변경하여 스위치의 온(on), 오프(off) 전환이 가능한 임의의 구동회로를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서는, 발광소자를 구비한 발광부와 발광소자의 발광에 응답하여 전기신호를 발생하는 수광소자 및 전기신호에 응하여 구동신호를 출력하는 푸시풀(push-pull)회로를 구비, 발광소자에 대하여 전기적으로 절연된 수광부를 구비한 구동신호 출력회로를 구성한 후에 이러한 구동신호 출력회로를 결합콘덴서의 각각으로 접속하여, 해당결합콘덴서를 연결하여 게이트전극으로 입력되는 구동신호의 제어에 의해 각각의 MOSFET의 온(on), 오프(off)를 전환하는 것이 가능하다.　
상기 구성에 있어서의 발광소자로서는 발광다이오드를 수광소자로서는 포토 다이오드를, 푸시풀회로로서는 NPN형 트랜지스터와 PNP형 트랜지스터를 접속하여 구성시키는 푸시풀회로를 이용하는 것이 가능하지만, 같은 기능을 가진 별도의 소자 및 회로를 이용해도 좋다. 이러한 구성에 있어서는, 발광다이오드에 외부로부터 전압을 인가하여 발광시키고 그 빛을 수광한 포토 다이오드로부터 발생한 전류신호가 NPN형 트랜지스터의 베이스-이미터(emitter) 사이를 흐르는 것에 의하여, 푸시풀회로의 전원으로부터 해당 NPN형 트랜지스터의 콜렉터-이미터(emitter) 사이를 통해 결합콘덴서로 구동신호전류를 흐르게 하고, 해당 구동신호전류에 의하여 MOSFET의 게이트전극-소스전극간에 전압을 인가하여 해당 MOSFET를 온(on)으로 하는 것이 가능하다. 또한, 발광다이오드로의 전압인가를 정지시켰을 때에는 상기 프로세스에 의한 구동신호전류의 출력도 정지되며즉, 게이트전극으로의 전류입력이 정지되기 때문에 앞에서 기술한 대로 게이트전극으로부터 소스전극으로의 전류가 흐르는 것에 의하여 양 전극간의 전하가 해방되어 MOSFET는 오프(off)로 된다. 더욱이, 게이트전극으로부터의 전류는 결합 콘덴서를 연결하여 PNP형 트랜지스터의 이미터(emitter)-베이스 사이를 흐르는 것이어서, 이것에 의하여 게이트전극으로부터의 전류는 해당 PNP형 트랜지스터의 이미터(emitter) 사이에도 흘러, 푸시풀회로의 기준 전위점에 흘러들게 된다.
단, 상기 발광다이오드 등을 이용한 구동신호 출력회로의 구성은 단순한 한 예이며, MOSFET를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 것이 가능한 임의의 구동신호 출력회로를 이용하여 본 발명의 전압균등화회로를 작동시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 전압균등화회로의 동작에 있어서, 구동신호 출력회로로서 제1스위치 군에 포함되는 각각의 MOSFET의 게이트전극으로 직렬접속된 결합콘덴서 모두로 접속되어, 제1스위치 군에 포함된 MOSFET의 게이트전극의 모두에 결합콘덴서의 각각을 연결하여 구동신호를 출력하는 제1의 구동신호 출력회로와 제2스위치 군에 포함되어 있는 MOSFET의 게이트전극으로 직렬접속된 결합콘덴서의 모두에 접속되어 제2스위치 군에 포함된 MOSFET의 게이트전극의 모두와 결합콘덴서의 각각을 연결하여 구동신호를 출력하며, 제2의 구동신호 출력회로를 이용하여 이러한 두 개의 구동신호 출력회로로부터 입력되는 각각의 구동신호의 제어에 의하여 제1, 제2의 스위치 군에 포함된 각각의 MOSFET의 온(on), 오프(off)를 전환시키는 것이 가능하다.
본 발명의 전압균형화 회로는 제1스위치 군에 포함된 각각의 스위치를 온(on)으로 하는 제1접속상태와 제2스위치 군에 포함된 각각의 스위치를 온(on)으로 하는 제2 접속상태간에서의 전환에 의한 축전셀 전압을 균등화 하는 상태에서 작동할 수 있기 때문에, 구동신호 출력회로로서는, 제1스위치 군에 포함된 전체 스위치로의 구동신호를 출력하기 위한 회로와 제2의 스위치 군에 포함되는 모든 스위치로의 구동신호를 출력하기 위한 회로 등 2개의 회로를 준비하면 충분하다. 단, 각각의 스위치를 개별적으로 구동시켜야 하기 때문에 보다 많은 구동신호 출력회로를 이용하는 것도 가능하며, 또는, 2종류의 구동신호를 출력 가능한 단 하나의 회로를 이용하여, 양 스위치 군의 구동을 제어해도 좋다.
본 발명의 전압균등화회로의 동작 시에 이용하는 구동신호 출력회로로서는 상기 기술한 대로 발광소자를 가진 발광부 및 수광소자와 푸시풀회로를 가진 수광부를 구비한 회로를 이용하는 것이 가능하지만(전형적으로는, 제1의 스위치 군에 포함되는 스위치에 구동신호를 공급하기 위한 회로와 제2스위치 군에 포함되는 스위치에 구동신호를 공급하기 위한 회로 등의 2개의 회로가 이용 가능하다.), 이때, 해당 구동신호 출력회로의 각각이 가진 발광소자를 발광소자 구동회로로 접속하여, 더욱 발광소자 구동회로의 각각을 제1~제3의 직렬회로에 포함시키는 축전셀의 어느 쪽으로든 접속시키는 것에 의하여, 발광소자구동회로의 각각을 동작시키기 위한 전원으로 하여 축전 셀의 어느 쪽이든 이용하도록 구성하고 또한, 구동신호 출력회로의 각각이 가진 푸시풀회로를 제1~제3의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 어느 쪽으로든 접속되는 것에 의하여 푸시풀회로의 각각을 구동시키기 위한 전원으로 축전 셀의 어느 쪽이든 이용하도록 구성하면, 구동신호 출력회로에 대하여 외부에서 전력을 공급받지 않아도 되기 때문에 본 발명의 전압균등화 회로를 무정전전원장치로 하여 이용하는 것이 가능하게 된다.
무정전전원장치는 비상용전원으로서 이용되는 것이 많고, 그 경우에는 고장 없이 안정적으로 계속 작동하는 것이 요구된다. 이것에 관해, 본 발명의 전압균등화회로에 있어서는 스위치 군 및 스위치 군을 구동시키기 위한 구동회로 등의 구성이 종래보다 좀 더 단순화되기 때문에 고장의 위험이 종래보다 낮은 비상용전원을 제공하는 것이 가능해 진다. 　
한편, 후술의 실시예에 있어서 설명한 대로, 상기 기술한 발광소자를 가진 발광부 및 수광소자와 푸시풀회로를 가진 수광부를 구비한 구동신호 출력회로를 이용하여 각 스위치 군을 구동시키는 경우(특히, 하나의 구동신호 출력회로에 의해, 제1, 제2의 스위치 군의 어느 쪽이든 포함된 모든 스위치로 구동신호를 공급하는 경우)에는, 전압균등화회로에 있어서의 축전셀의 직렬수가 증가하는 것에 따라 고전위측의 축전셀 간에 배치된 스위치와 접속된 결합콘덴서에 대한 고전압이 인가되는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 결합콘덴서의 내전압(withstanding voltage)에 응하여 축전셀의 직렬 수에 제한이 발생할 수 있다.　
그러한 문제는, 본 발명의 전압균등화회로를 모듈화 하는 것에 의하여 해결이 가능하다. 다시 말해서, 직렬 수 n이 ｎi 에 있는 것 같은 상기 구동신호 출력회로를 이용하여 작동이 제어되는 전압균등화회로로서, 1이상 N(N은 2이상의 정수)이하의 정수 i에 대해 각각 주어지는 N개의 모듈(이하, 각각을 제i의 모듈로 한다.)을 직렬접속하여 N개의 모듈중에 직접 접속된 2개의 모듈에 있어서의 제2 직렬회로 및 제3 직렬회로 간에 각각의 축전 셀을 접속하는 것에 의해, 본 발명의 전압 균등화회로를 구성한 후에 제i의 모듈에 포함된 MOSFET의 온(on), 오프(off)를 전환하기 위한 구동신호 출력회로에 포함되는 푸시풀회로의 기준전위점을 제i의 모듈에 포함된 어느 쪽이든 축전 셀에 접속하면, 특정의 모듈에 포함된 결합콘덴서는 모든 동일 모듈 안의 어느 쪽이든 2개의 축전 셀 간에 접속되게 되기 때문에 모듈 당(當) 직렬 수를 적절하게 선택하는 것에 의하여, 결합콘덴서에 고부하가 걸리는 것을 피하면서 전압균등화회로 전체로서의 직렬 수를 임의의 크기로 선택하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 n(n은 2이상의 정수)개의 축전셀을 직렬접속해서 각각 구성되는 m개(m은 1이상의 정수)의 직렬회로와 n-1개의 축전셀을 직렬접속해서 각각 구성되는 m개 또는 m±1개이며 여러 개(단, 병렬수가 4L-2개의 경우는 제외한다. L은 자연수)의 직렬회로를 각각 교대로 병렬 접속하고, 제1, 제2의 스위치 군을 더 설치하여 전압균등화회로를 제공한다. 해당 전압균등화회로는 제1의 스위치 군에 포함된 각각의 스위치를 온(on)으로 하는 것에 의해, 각각의 직렬회로에 포함되는 축전셀이 축전셀을 포함하는 직렬회로와 병렬 접속된 직렬회로에 포함되는 임의의 1이상의 축전셀과 병렬 접속되어서 병렬회로를 구성하는 제1의 접속 상태를 실현하여, 제2의 스위치 군에 포함된 각각의 스위치를 온(on)으로 하는 것에 의해, 각각의 직렬회로에 포함된 축전셀이, 축전셀을 포함하는 직렬회로와 병렬 접속된 직렬회로에 포함되는 임의의 1이상의 축전셀과 병렬 접속되어서, 제1의 접속 상태에서 구성된 병렬회로와는 다른 병렬회로를 구성하여, 제2의 접속 상태가 실현되고, 제1, 제2의 접속 상태간에서의 전환에 의해 각각의 직렬회로를 구성하는 축전셀의 전압을 균등화하도록 구성된다. 특히, 상기 전압균등화회로는 제1의 접속 상태에서 구성된 각각의 병렬회로와 각각의 병렬회로 내에서 일방향의 극성 전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터와 각각의 병렬회로 내에서 타방의 극성 전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터를 포함하도록, 각각의 병렬회로 내에 전계효과 트랜지스터를 배치하는 것에 의해 제1의 스위치 군을 구성하고, 제2의 접속 상태에서 구성된 각각의 병렬회로와 각각의 병렬회로 내에서 일방향의 극성 전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터와 각각의 병렬회로 내에서 타방의 극성 전류를 차단하지 않도록 배치된 전계효과 트랜지스터를 포함하도록, 각각의 병렬회로 내에 전계효과 트랜지스터를 배치하는 것에 의해 제2의 스위치 군을 구성한 것을 특징으로 한다.
선행 특허발명에 따른 축전 모듈이 병렬 접속되어야 할 직렬회로 수를 4L-2(L은 자연수)이외의 임의의 수로서 구성 가능했던 것에 비추어 보면, 본 발명의 전압균등화회로에 있어서도 상기에서 기술한 바와같이 직렬회로 수를 일반화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 축전셀 간을 접속하는 스위치로서는 기생다이오드가 생기게 하고 있는 단 1개의 전계효과 트랜지스터를 이용하고 있는 것과 관계없이, 스위치의 「군」전체로서 오프(off) 시의 상호충방전전류를 차단하도록 각 스위치를 배치하는 것에 의해, 종래보다 적은 소자수 및 단순한 회로 구성으로 직병렬 전환식의 전압균등화회로를 구성하는 것이 가능해 진다. 게다가, 본 발명은 각 스위치를 구동시키기 위한 구동회로, 구동신호출력회로에 관한 것으로서 종래보다도 단순한 구성의 회로를 제공하는 것이며, 이러한 구동 시스템을 채용하는 것에 의해 종래의 제품에 대한 상기 서술 내용의 우위성은 더욱 높아진다.
도 1은,선행 특허발명에 따른 축전 모듈의 일례를 나타낸 회로도.
도 2는, 선행 특허발명에 따른 축전 모듈의 동작 시에 실현되는 제1의 접속 상태를 나타낸 회로도.
도 3은, 선행 특허발명에 따른 축전 모듈의 동작 시에 실현되는 제2의 접속상태를 나타낸 회로도.
도 4는, 2개의 MOSFET로부터 구성되는 종래의 쌍방향 스위치를 나타낸 도면.
도 5는, 도 4의 스위치가 온(on)으로 되었을 때 해당 스위치를 흐르는 전류의 경로를 개념적으로 나타낸 도면.
도 6은, 도 4의 스위치가 오프(off)로 되었을 때 해당 스위치를 흐르는 전류가 차단되는 것을 개념적으로 나타낸 도면.
도 7은, 도 4의 스위치에 종래 기술의 구동회로를 접속했을 때의 회로 구성을 나타낸 도면.
도 8은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전압균등화회로의 회로도. 단, 각 스위치에 접속되는 구동회로 부분은 생략되어 있다.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전압균등화회로에 있어서, 스위치(Sa1)에 접속되는 구동회로 부분을 나타낸 회로도.
도 10은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전압균등화회로의 동작 시로 채용할 수 있는, 구동신호출력회로를 나타낸 회로도.
도 11은, 도 13에 나타낸 구동신호출력회로에 있어서 발광다이오드에 전압이 인가 되었을 때의 수광부에 있어서의 전류의 흐름을 나타내보이는 도면.
도 12는, 도 13에 나타낸 구동신호출력회로에 있어서 발광다이오드에 전압이 인가되지 않을 때의 수광부에 있어서의 전류의 흐름을 나타내보이는 도면.
도 13은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전압균등화회로의 회로도. 단, 각 스위치에 접속되는 구동회로 부분은 생략되어 있다.
도 14는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 전압균등화회로의 회로도. 단, 각 스위치에 접속되는 구동회로 부분은 생략되어 있다.
도 15는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 전압균등화회로의 회로도. 단, 각 스위치에 접속되는 구동회로 부분은 생략되어 있다.
도 16은, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 전압균등화회로의 회로도. 단, 각 스위치에 접속되는 구동회로 부분은 생략되어 있다.
이하, 도8∼도16을 참조하면서 본 발명에 따른 전압균등화회로의 실시예를 설명한다. 그리고, 이하의 각 실시예에서 각 스위치로는 n형MOSFET를 사용하고 있지만, 이미 서술한 대로 구동 신호에 의해 온(on), 오프(off)가 전환 가능한 전계효과 트랜지스터라면 MOSFET이외의 임의의 트랜지스터를 이용해도 좋다. 또한, 각 직렬회로를 구성하는 축전셀로서는 커패시터, 전기２중층 커패시터, 리튬이온 커패시터, 이차전지 등 임의의 축전소자를 단독으로 이용해도 좋고 혹은, 복수의 축전소자를 접속해야 되는 축전 모듈로서, 각 축전셀을 구성하는 것도 가능하다. 각 직렬회로의 직렬수도 임의로 선택가능 하다. 또한, 이하의 각 실시예에서는, 스위치 전환에 의해 실현되는 각각의 접속 상태에서 각 병렬 단을 구성하는 축전셀의 합성 용량이 모두 같아지도록, 각 축전셀 간의 용량비가 선택되어 있지만, 이러한 용량 비의 선택은 전압균등화를 위해서 필수적이지는 않다.
(실시예 1)
전압균등화회로(1)의 구성
도8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전압균등화회로(1)의 회로도를 나타낸다. 단, 각 스위치에 접속되는 구동회로 부분은 생략되어 있다.
전압균등화회로(1)은 3개의 축전셀(C1A, C2A, C3A)을 직렬접속해서 구성되는 제1의 직렬회로와 2개의 축전셀(C1B, C2B)을 직렬접속해서 구성되는 제2의 직렬회로와 2개의 축전셀(C1C, C2C)을 직렬접속해서 구성되는 제3의 직렬회로와 MOSFET로서의 스위치(Sa1∼Sa6)로부터 이루어지는 제1의 스위치 군과 MOSFET로서의 스위치(Sb1∼Sb6)로부터 이루어지는 제2의 스위치 군을 가진다. 또한, 각 축전셀은 축전셀(C2A, C1B, C2B, C1C, C2C)의 각각의 용량과 축전셀(C1A, C3A)의 각각의 용량의 비율이 1:2가 되도록 선택되어 있다.
또한, 도8 중에서 「+」 「-」이 첨부된 단자에는 전압균등화 동작에 앞서 미리 축전셀(C1A, C2A, C3A)를 충전할 때, 외부전원의 정극과 부극이 각각 접속된다.
또한, 각 스위치(Sa1∼Sa6) 및 (Sb1∼Sb6)은 그 스위치들의 오프(off) 때에 기생다이오드의 작용에 의해 흐를 수 있게 되는 전류의 방향을 선택하면서, 각 축전셀간에 배치되어 있다.
일례로서, 스위치(Sa1)는 축전셀(C2A)과 축전셀(C1B)과의 고전위측 전극간에서, 축전셀(C2A)의 고전위 전극측에 소스전극이 접속되어, 축전셀(C1B)의 고전위 전극측에 드레인전극이 접속되도록 배치되어 있다. 또한, 스위치(Sa2)는 축전셀(C2A)과 축전셀(C1B)과의 저전위측 전극간에서, 축전셀(C2A)의 저전위전극측에 소스전극이 접속되어, 축전셀(C1B)의 저전위전극측에 드레인전극이 접속되도록 배치되어 있다.
이렇게 스위치(Sa1,Sa2)를 배치하면, 이 스위치들이 온(on)일 때에는 축전셀(C2A)과 (C1B)이 병렬 접속되어 상호충방전 하는 한편, 오프(off)일 때에는 양쪽 축전셀간을 흐르는 전류를 쌍방향에서 차단할 수 있기 때문에, 스위치(Sa1, Sa2)로서 각각 쌍방향 스위치를 이용했을 경우와 같은 상태에서 전압균등화회로(1)을 작동시키는 것이 가능해 진다. 그 밖의 스위치도 축전셀 간의 충방전전류를 함께 제어하기 위해, 도8에 도시한 대로 배치되어 있다.
한편, 도8에 있어서는 생략되어 있지만, 각 스위치(Sa1∼Sa6) 및 (Sb1∼Sb6)에 대하여는, 각각 해당 스위치를 구동시키기 위한 구동회로 부분이 갖추어져 있다. 일례로서, 스위치(Sa1)에 대하여 대비할 수 있었던 구동회로 부분의 회로도를 도9에 도시한다.
구동회로 부분(2)은 MOSFET인 스위치(Sa1)의 게이트전극에 대하여 접속된 결합콘덴서(Ca1)과, 스위치(Sa1)의 소스전극과 게이트전극과의 사이에 접속된 저항(Ra1)과 이것과 병렬로, 스위치(Sa1)의 소스전극에서 게이트전극으로 향하는 전류를 차단하지 않도록 접속된 다이오드(Da1)로부터 구성된다.
후술한 대로, 스위치를 온(on)으로 할 때는 충전 전류가 구동신호출력회로에서 게이트전극으로 흘러 들어가는 한편, 스위치를 오프(off)로 할 때는 방전 전류가 게이트전극에서 구동신호출력회로로 흘러나간다. 다시 말해, 스위치와 구동신호출력회로 사이를 흐르는 전류는 교류 전류이며, 도9에 도시하는 바와 같이 결합콘덴서(Ca1)를 구비함으로서, 각각의 스위치의 다른 직류 전위에 대하여 구동 신호만을 통과시킬 수 있으며, 단일의 구동 신호로 모든 스위치 동작이 가능해 진다. 결합콘덴서(Ca1)의 일방향의 전극은 스위치(Sa1)의 게이트전극에 접속되어, 다른 일방향의 전극은 도9에서 「A」로 표시된 단자에 의해, 구동신호출력회로에 접속된다.
한편, 다이오드(Da1)는 스위치(Sa1)를 온(on)으로 할 때에 게이트전위를 소스전위로 끌어올리기 위해서 구비되어 있다. 또한, 저항(Ra1)은 스위치(Sa1)을 오프(off)로 했을 때에 그 동작을 확실하게 하기 위해서 게이트전극과 소스전극의 임피던스를 낮출 목적으로 구비되어 있다. 그 밖의 스위치에 대해서도 도9에 도시된 구동회로 부분(2)과 같은 구동회로 부분이 구비되어 있다.
상기「A」단자에 의해 결합콘덴서(Ca1)에 접속되는, 구동신호출력회로의 회로도를 도10에 도시한다.
구동신호출력회로(3)는, 발광다이오드(D1)를 갖춘 발광부와 포토다이오드(D2) 및 NPN형 트랜지스터(Tnpn)과 PNP형 트랜지스터Tpnp)를 접속해서 구성되는 푸시풀회로를 구비한 수광부로 구성된다. 발광부와 수광부는 전기적으로 절연되어 있고, 포토커플러(photo coupler)를 구성하고 있다.
동작시에는, 임의의 발광소자구동회로(도10에는, 발광소자구동전원(V1), 스위치(S1) 및 임의의 저항(R1)으로부터 이루어지는 발광소자구동회로가 그려져 있지만, 발광다이오드(D1)에 대하여 온(on), 오프(off)를 전환하면서 전압을 인가하는 것이 가능한 회로이면, 어떤 회로를 사용해도 좋다.)에 의해 인가된 전압에 응답해서 발광다이오드(D1)가 발광하고, 이 빛을 수광한 포토다이오드(D2)가 전류신호를 발생하면 이 전류신호에 따라서 푸시풀회로로 구동 신호 전류가 출력된다.
한편, 도10의 구성에 있어서는, 발광소자구동전원(V1)으로서 전압균등화회로(1)안의 임의의 축전셀을 이용하는 것이 가능하다. 발광소자구동전원(V1) 대신에 전압균등화회로(1)안의 임의의 축전셀 또는 축전셀 열의 양 끝으로 발광소자구동회로를 접속하고, 아울러 스위치(S1)의 구동회로(도시되지 않음)도 균등화 회로(1)안의 축전셀 또는 축전셀 열에 접속하면, 외부에서 전력공급을 받지 않고 발광부를 작동시킬 수 있다.
이와 같이, 푸시풀회로의 전원단자를 전압균등화회로(1)안의 임의의 축전셀로 접속하면, 푸시풀회로의 전원(VCC)으로서도 균등화회로(1)안의 축전셀을 이용하는 것이 가능해지고, 외부에서 전력공급을 받지 않고 수광부를 작동시킬 수 있다.
이와 같이, 전압균등화회로(1)안에 축적된 에너지에 의해 구동신호출력회로(3)를 작동시키면, 구동신호출력회로(3)는 외부로부터 일절 전력공급을 받는 것 없이 작동 가능하다. 전압균등화회로(1)의 작동으로 이용해야 할 모든 구동신호출력회로를 이와같이 내부의 축전셀을 전원으로 하도록 구성하면, 해당전압균등화회로(1)를 무정전전원으로서 이용하는 것이 가능하다.
한편, 스위치(Sa1)이외의 각각의 스위치에 대해서도, 대응하는 결합콘덴서를 연결하여 이와같은 구동신호출력회로가 접속되어 있다. 일실시 양태로서, 제1스위치 군에 포함되는 모든 스위치(Sa1~Sa6)를 1개의 구동신호출력회로에 접속하고, 제2스위치 군에 포함되는 모든 스위치(Sb1) (Sb6)를 1개의 구동신호출력회로에 접속하면, 각 스위치 군에 포함되는 스위치를 일괄해서 구동시킬 수 있다.
전압균등화회로(1)의 동작
다음으로, 전압균등화회로(1)에 의한 축전셀 전압의 균등화 동작을 설명한다. 설명을 단순히 하기 위해서, 이하에서 제1의 스위치 군에 포함되는 스위치는 모두 도10에서 도시되는 구성을 갖는 제1의구동신호출력회로에 접속되어, 제2의스위치 군에 포함되는 스위치는 모두 같은 구성을 갖는 제2의구동신호출력회로로 접속되어 있는 것으로 한다.
균등화 작동의 시작 시점에 있어서, 각각의 축전셀에 축적되어 있는 에너지는 각각 임의로 할 수 있다. 일례로서, 모든 셀이 완전히 방전을 끝낸 상태에 있어서는, 우선 도8에 도시된 전압균등화회로(1)내, 「+」가 첨부된 단자와 「-」가 첨부된 단자간에 외부전원(도시 되지 않음)을 접속해서 축전셀(C1A, C2A, C3A)을 미리 충전한 상태에서(충전 종료 후, 외부전원은 끊어도 좋다.) 균등화 동작이 개시된다.
균등화 동작은, 제1, 제2의 구동신호출력회로의 각각에 있어서, 발광소자구동회로에 의해, 발광다이오드에 대한 전압 인가의 유무를 반복해서 전환하는 것에 응답하여 행해진다. 곡형적으로는, 제1의 구동신호출력회로 내에서 발광다이오드에 대하여 전압이 인가되어 있는 기간 동안, 제2의 구동신호출력회로 내에서는 발광다이오드에 대하여 전압이 인가되지 않고, 제2의 구동신호출력회로 내에서 발광다이오드에 대하여 전압이 인가되어 있는 기간 동안, 제1의 구동신호출력회로 내에서는 발광다이오드에 대하여 전압이 인가되지 않도록, 양쪽 구동신호출력회로 내에 있어서의 상기 전환은 동기해서 행해진다.
한편, 양쪽구동신호출력회로 내에서 상기 전환의 동기가 완전하지 않을 경우, 전압균등화회로(1)내에 있어서는, 제1, 제2의 스위치 군에 속하는 스위치가 모두 온(on)인 상태와 그것들 스위치가 모두 오프(off)의 상태로 단속적으로 실현은 되지만, 본 실시예에 있어서는 그러한 상태가 실현되는 기간이 너무 짧은 것이라고 하여 그것에 의한 전압균등화 작동에 미치는 영향은 무시한다.
도11에 제1스위치 군에 포함되는 스위치(Sa1~Sa6)에의 구동 신호 출력을 실시하는 구동신호출력회로(3)에 있어서, 스위치(S1)가 온(on)이 되어 발광다이오드(D1)에 전압이 인가 되었을 때의 수광부에 있어서의 전류의 흐름을 나타낸다. 전압을 인가함으로서 발광다이오드(D1)는 발광하고, 그 빛을 수광한 포토다이오드(D2)로부터 발생된 전류신호가 트랜지스터(Tnpn)의 베이스-이미터(emitter) 사이를 흐른다. 이로 인해, 트랜지스터(Tnpn)의 콜렉터-이미터(emitter)간에도 전류를 흐르게 하는 것이 가능해 지고, 전원(VCC)(임의의 외부전원이어도 좋고, 이미 기술한 대로 전압균등화회로(1)안의 임의의 축전셀(VCC)로서 이용할 수 있다.)로부터 단자「A」를 연결해서 스위치(Sa1~Sa6)에 각 스위치에 접속된 결합콘덴서를 연결해서 구동 신호 전류가 입력된다.
스위치(Sa1~Sa6)에 구동 신호 전류가 입력되는 것에 의해, 게이트전극-소스전극간에 전압이 인가 되어, 스위치(Sa1~Sa6)는 온(on)이 된다 (제1의 접속 상태). 이로 인해, 축전셀(C2A)과 (C1B, C3A) 와 (C2B, C1A)와 (C1C, C2A,)와 (C2C)이 각각 병렬 접속되어, 상호충방전에 의해 그것들 축전셀 간의 격차는 해소되는 방향으로 향한다.
일정 기간(곡형적으로는, 스위치(S1)의 구동회로 내에서 미리 설정된 기간)이 경과한 뒤, 스위치(S1)가 오프(off)가 되고, 발광다이오드(D1)에의 전압 인가는 정지된다. 이때, 스위치(Sa1~Sa6)의 게이트전극으로 소스전극에 전류가 흐르는 것에 의해 양쪽전극간의 전하가 해방되어, 스위치(Sa1~Sa6)는 오프(off)가 된다. 각 게이트전극으로의 방전 전류는 또한, 각각의 결합콘덴서를 통해서 구동신호출력회로(3)에 흘러든다.
이때의 전류의 흐름을, 도12에 도시한다. 도시된 대로, 각 게이트전극으로의 방전 전류가 트랜지스터(Tpnp)의 이미터(emitter)-베이스 사이를 흐른다. 이로 인해, 트랜지스터(Tpnp)의 이미터(emitter)-콜렉터 간에도 전류를 흐르게 하는 것이 가능해 지고, 각 게이트전극으로 단자 「A」를 통해 기준전위점(VG)에 방전 전류가 흘러든다. 한편, 기준전위점(VG)은 외부의 어스에 의해 정해도 좋고, 전원(VCC)과 같이, 전압균등화회로 내에서 어느 한쪽의 축전셀에 접속하는 것으로 정해진 것도 좋다(다만, 전원(VCC)을 접속하는 점보다도 저전위측에 기준전위점(VG)을 구비하는 것이 필요하다. ).
스위치(Sa1~Sa6)가 오프(off)로 되어 있는 기간 동안, 온(on) 때에 행해지고 있었던 축전셀 사이의 상호충방전은 모두 정지한다. 구체적으로, 예를 들면 축전셀(C2A)과 (C1B)간에 있어서, 축전셀(C2A)로부터 (C1B)로 흐르는 방향의 전류는 오프(off)로 된 스위치(Sa2)내에 발생한 기생다이오드의 작용에 의해 차단되고, 축전셀(C1B)로부터 (C2A)로 흐르는 방향의 전류도 오프(off)로 된 스위치(Sa1)내에 발생한 기생다이오드의 작용에 의해 차단된다.
마찬가지로, 제1의 접속 상태에 있어서 상호충방전이 행하여 지고 있던 축전셀 간을 흐르는 모든 전류는, 스위치(Sa1~Sa6) 중 어느 것인가에 발생한 기생다이오드의 작용에 의해 차단된다.
한편, 이 기간에 있어서는 제2스위치 군에 포함되는 스위치(Sb1∼Sb6)에의 구동 신호 출력을 실시하는 구동신호출력회로에 있어서, 발광다이오드에 전압이 인가 되기 때문에 이미 서술한 것과 같은 과정을 거쳐 스위치(Sb1∼Sb6)가 온(on)이 된다 (제2의 접속 상태). 이로 인해, 축전셀(C1A)과 (C1B, C2A)과 (C2B, C2A)와 (C1C, C3A)와 (C2C)가 각각 병렬 접속되어서, 상호충방전에 의해 그것들 축전셀 간의 격차는 해소되는 방향으로 향한다.
제1, 제2의 접속 상태간에서의 전환을 반복하는 것에 의해, 각각의 축전셀은 자기 이외의 모든 축전셀과 직접적 또는 간접적으로 (다른 축전셀을 통해) 상호충방전을 하기 위해서, 축전셀 전압간의 격차가 해소되는 방향으로 향한다.
(실시예 2)
도13에, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전압균등화회로(1)의 회로도를 도시한다. 단, 각 스위치에 접속되는 구동회로 부분은 생략되어 있다.
도13에 도시된 회로는 도8의 전압균등화회로(1)에 있어서, 제1의 직렬회로의 직렬수를(6)에 증가시킨 구성으로서 주어진다. 제1의 직렬회로에 있어서의 직렬 수는 임의이며, 직렬 수를 변경한 경우가 있어도, 본 발명의 전압균등화회로는 같은 원리로 작동 가능하다. 또한, 각 축전셀은 축전셀(C1A, C6A)의 각각의 용량과 그 밖의 축전셀의 각각의 용량비가 2:1이 되도록 선택되어 있다.
상기와 같이, 제1의 직렬회로의 직렬 수는 임의로 선택가능하다. 그렇지만, 직렬수의 증가에 따라 고전위측에 배치된 스위치에 접속된 결합콘덴서에는 큰 전압이 인가 될 경우가 있어, 이것에 의해, 결합콘덴서의 내전압에 따라서 축전셀의 직렬 수에 제한이 생길 수 있다.
일례로서, 제1스위치 군에 포함되는 스위치를 도10에서 도시된 구성을 갖춘 1개의 구동신호출력회로에 모두 접속하고, 또한, 해당구동신호출력회로의 기준전위점(VG)을 제1의 직렬회로 내에서 가장 저전위측에 있는 축전셀(도8의 구성에 있어서는 축전셀(C3A), 도13의 구성에 있어서는 축전셀(C6A)의 저전위측 전극에 접속했다면, 제1의 직렬회로 내에서 가장 고전위측에 있는 축전셀(C1A)의 고전위측 전극에 접속된 스위치(도8의 구성에 있어서는 스위치(Sb1, Sa4)이며, 도13의 구성에 있어서는 스위치(Sb11, Sa14) 이다.)의 게이트전극에 접속된 결합콘덴서에는 제1의 직렬회로를 구성하는 모든 축전셀의 합계 전압과 같은 정도의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 이러한 구성에 있어서 직렬수를 계속 증가시키면, 언젠가는 결합콘덴서에 내전압 이상의 고전압이 인가되기 위해서, 결합콘덴서의 내전압에 따라서 직렬수가 제한된다.
이러한 문제는 이하에 설명하는 대로의 회로의 모듈화에 의해 해결된다.
다시 말해, 도13에 도시된 바와같이, 축전셀(C1A~C3A, C1B, C2B, C1C,C2C), 스위치(Sa11~ Sa16) , (Sb11~ Sb16)로부터 이루어지는 제1의 모듈과 축전셀(C4A~C6A, C4B, C5B, C4C, C5C), 스위치(Sa21~Sa26), (Sb21~Sb26)로부터 이루어지는 제2의 모듈을 직렬접속하고, 게다가, 도13에 도시된 바와같은 위치에서 축전셀(C3B~C3C)를 양쪽모듈간에 접속하는 것에 의해 본 발명의 전압균등화회로(1)을 구성한 후에, 제1의 모듈에 포함되는 각 스위치의 온, 오프를 바꾸기 위한 구동신호출력회로의 기준전위점을 해당 제1의 모듈내의 어느쪽인가의 축전셀에 접속해 (도13에 「①」이라고 도시된 바와같이, 일례로서는 가장 저전위측에 배치된 셀의 저전위측 전극에 접속할 수 있다.), 제2의 모듈에 포함되는 각 스위치의 온, 오프를 전환하기 위한 구동신호출력회로 (제1의 모듈로 이용하던 회로와는 다른 회로이다.)의 기준전위점을 해당 제2의 모듈내의 어느쪽인가의 축전셀에 접속한다 (일례로서는, 도13에 「②」이라고 도시된 바와같은 점에 접속한다.) 그러면, 각 모듈내의 결합콘덴서에 인가되는 전압은 최대라도, 제1의 직렬회로를 구성하는 축전셀 중 각각의 모듈 내에 포함되는 축전셀 (제1의 모듈에 있어서 축전셀C1A~C3A이며, 제2의 모듈에 있어서 축전셀C4A~C6A이다.)의 합계 전압정도에서 억제할 수 있기 때문에, 결합콘덴서의 내전압에 따라서 모듈의 사이즈를 적절하게 선택하는 것에 의해 전체로서의 직렬 수에 제한이 가해지는 것을 회피할 수 있다.
직렬접속하는 모듈수는 2에 한하지 않고 임의이기 때문에, 결합콘덴서의 내전압에 따라서 각 모듈에 있어서의 제1의 직렬회로의 직렬수를 적절하게 선택한 뒤에 다수의 모듈을 직렬접속하면, 전체로서 큰 직렬수의 균등화 회로를 구성하는 것이 가능하다. 이렇게 구성한 회로를 실시예 1에 있어서 이미 설명한 것과 같은 상태에서 작동한다.
(실시예 3)
선행 특허발명에 따른 축전 모듈은 n개(n은 2이상의 정수)의 축전셀 및 축전셀 군을 직렬로 한 m개의 직렬회로와 n-1개의 축전셀 및 축전셀 군을 직렬로 한 m개 또는 m±1개의 복수 개 (단, 병렬수가 4L-2개의 경우는 제외한다. L은 자연수)의 직렬회로를 각각 교대로 병렬 접속한 것으로서 일반화되어 있다. 이것에 비추어 보면, 본 발명의 전압균등화회로도 선행 특허발명에 따른 축전 모듈에 포함되는 각 스위치를 본 발명의 교시에 따라 제1, 제2의 스위치 군으로서 구성하는 것에 의해 일반화가 가능하다. 다시 말해, 도8에 도시된 본 발명의 전압균등화회로(1)는 n=3,m=1의 경우의 예(例)라고 말할 수 있다. 또한, 다른 예로서는 도14의 회로(n=3,m=2의 경우의 예)와 도15의 회로(n=3, m=3의 경우의 예)를 들 수 있다.
이렇게 일반화된 전압균등화회로에 있어서도, 직렬수가 제한되는 것을 모듈화에 의해 회피하는 것, 구동신호출력회로를 균등화회로 내 축전셀로부터의 전력으로 작동시키는 것에 의해 무정전전원장치를 구성하는 등 이미 기술한 바와 같이 다양하게 개량할 수 있다.
한편, 병렬수가 4L-2의 경우에는 스위치 전환에 의해 실현 되어지는 제1, 제2의 접속 상태에 있어서, 각 병렬 단에 포함되는 축전셀의 합성용량을 모두 동등하게 하는 것이 불가능하게 된다. 이것에 대해서는 이하에 설명한다.
우선, 병렬수가 4L-2가 아닐 경우에 대해서, 도15의 회로를 예로들어 설명한다. 스위치(Sa1~ Sa14)를 모두 온으로 하고, 스위치(Sb1~ Sb14)를 모두 오프(off)로 했을 때, 제1의 접속 상태로서는 축전셀(C1D, C1A, C1C, C1E）이 병렬 접속되는 제1의 병렬 단(4병렬)과 축전셀(C2D, C1B, C2A, C2C, C2E）이 병렬 접속되는 제2의 병렬 단(5병렬)과 축전셀(C3D, C2B, C3A, C3E）이 병렬 접속되는 제3의 병렬 단(4병렬)이 직렬접속된 상태가 실현된다. 한편, 스위치(Sb1~ Sb14)를 모두 온으로 하고, 스위치(Sa1~ Sa14)를 모두 오프로 했을 때, 제2의 접속 상태로서는, 축전셀(C1D, C1B, C1A, C1E)가 병렬 접속되는 제1의 병렬 단(4병렬)과 축전셀(C2D, C2B, C2A, C1C, C2E）이 병렬 접속되는 제2의 병렬 단(5병렬)과 축전셀(C3D, C3A, C2C, C3E)이 병렬 접속되는 제3의 병렬 단(4병렬)이 직렬접속된 상태가 실현된다.
이때, 제1, 제2의 접속 상태 사이에서 변환을 실시해도 제1∼ 제3의 병렬 단의 각각에 있어서의 병렬 수는 불변하다. 축전셀(C1A, C3A)의 용량과 그 밖의 각 축전셀의 용량의 비를 2:1로 선택하면, 제1, 제2의 접속 상태에 있어서 구성되는 제1∼ 제3의 병렬 단에 포함되는 축전셀의 합성 용량을 모두 동등하게 할 수 있다 (축전셀(C1A, C3A)이외의 각 셀의 용량을 C로 하면, 각 병렬 단에 포함되는 축전셀의 합성 용량은 5C로 된다.).
다음으로, 병렬수가 4L-2의 경우에 대해서 설명한다. 일례로서, 도15에 도시된 회로 중, (C1D~C3D)로 이루어지는 직렬회로에 대하여, 축전셀(C1F, C2F)로 이루어지는 직렬회로(도16)을 특히 병렬 접속했을 경우에 대해서 설명한다 (이때의 병렬 수는 4×2-2=6이다.).
상기 병렬수가 6의 회로에 있어서는, 축전셀(C2D)과 (C1F)와의 고전위측전극간 및 저전위측전극간이 (Sb1~ Sb14)와 같이 MOSFET인 스위치(Sb15) 및 (Sb16)를 통해서 접속되어 (스위치(Sb15)의 소스전극은 축전셀(C2D)의 고전위전극측에, 드레인전극은 축전셀(C1F)의 고전위전극측에 접속되어, 스위치(Sb16)의 소스전극은 축전셀(C2D)의 저전위전극측에, 드레인전극은 (C1F)의 저전위전극측에 접속된다. 이 때, (Sb16)의 소스전극은 축전셀(C3D)의 고전위전극 측에도 접속되어, 드레인전극은 축전셀(C2F)의 고전위전극측에도 접속된다.), 특히 축전셀(C3D)와 (C2F)와의 저전위측 전극 간이 같은 MOSFET인 스위치(Sb17)에 의해 접속되는(소스전극은 축전셀(C3D)의 저전위전극측에, 드레인전극은 축전셀(C2F)의 저전위전극측에 접속된다)것으로 한다. 게다가, 해당병렬수가 6인 회로에 있어서는, 축전셀(C1D)와 (C1F)의 고전위측 전극간 및 저전위측 전극간이 (Sa1~ Sa14)와 같이 MOSFET인 스위치(Sa15) 및 (Sa16)를 통해 접속되어 (스위치(Sa15)의 소스전극은 축전셀(C1F)의 고전위전극측에, 드레인전극은 축전셀(C1D)의 고전위전극측에 접속되어, 스위치(Sa16)의 소스전극은 축전셀(C1F)의 저전위전극측에, 드레인전극은 (C1D)의 저전위전극측에 접속된다.), 이에, 축전셀(C3D)의 고전위측전극과 (C2F)의 저전위측전극과의 사이가 같은 MOSFET인 스위치(Sa17)에 의해 접속되는(소스전극은 축전셀(C2F)의 저전위전극측에, 드레인전극은 축전셀(C3D)의 고전위전극측에 접속된다) 것으로 한다.
이러한 구성에 있어서, 스위치(Sa1∼Sa17)를 모두 온으로 하여 스위치(Sb1∼Sb17)를 모두 오프로 했을 때, 제1의 접속 상태로서는, 축전셀(C1F, C1D, C1A, C1C, C1E)이 병렬 접속되는 제1의 병렬 단(5병렬)과 축전셀(C2F, C2D, C1B, C2A, C2C, C2E)이 병렬 접속되는 제2의 병렬 단(6병렬)과 축전셀(C3D, C2B, C3A, C3E)이 병렬 접속되는 제3의 병렬 단(4병렬)이 직렬접속된 상태가 실현된다. 한편, 스위치(Sb1∼Sb17)를 모두 온(on)으로 하여 스위치(Sa1∼Sa17)를 모두 오프(off)로 했을 때, 제2의 접속 상태로서는 축전셀(C1D, C1B, C1A, C1E)이 병렬 접속되는 제1이 병렬 단(4병렬)과 축전셀(C1F, C2D, C2B, C2A, C1C, C2E)이 병렬 접속되는 제2의 병렬 단(6병렬)과 축전셀(C2F, C3D, C3A, C2C, C3E)이 병렬 접속되는 제3의 병렬 단(5병렬)이 직렬접속된 상태가 실현된다.
다시 말해, 제1∼ 제3의 병렬 단에 있어서의 각각의 병렬 수는 상기 제1, 제2의 접속 상태간의 전환에 의해 5병렬-6병렬-4병렬과 4병렬-6병렬-5병렬과의 사이에서 변화한다. 따라서, 예를 들면 축전셀(C1A)와 (C3A)의 용량을 2C라고 하고, 그 밖의 축전셀의 용량을 모두 C으로 했을 경우에도, 제1, 제2의 접속 상태의 각각에 있어서, 각 병렬 단에 포함되는 축전셀의 합성 용량은 같아지지 않는다.
그렇지만, 이러한 경우에도,제1, 제2의 접속 상태간에서의 전환을 반복하는 것에 의해 회로에 포함되는 모든 축전셀의 전압을 균등화하는 것은 가능하다. 다시 말해, 「각 병렬 단에 포함되는 축전셀의 합성 용량을 동등하게 한다」라고 하는 요건을 부과하지 않는다면, 본 발명의 전압균등화회로를4L-2의 병렬수로 구성하는 것도 가능하다.
한편, 각 스위치를 배치할 때는 각각의 축전셀이 오프 상태의 스위치를 연결하여 방전하지 않도록 유의할 필요가 있다. 전압균등화회로에 포함되는 각각의 축전셀에 있어서, 고전위측전극과 저전위측전극을 연결하는 각각의 경로상에 , 그러한 방전을 야기하는 담당전류를 차단하는 기생다이오드가 발생한전계효과 트랜지스터가 적어도 한개가 포함되도록 각 스위치 군을 구성함으로서 그러한 방전을 회피할 수 있다.
본 발명의 전압균등화회로는 비상용전원을 처음으로 하는 임의의 전원장치로서 이용가능하다. 본 발명에 의하면 종래보다도 적은 소자수와 단순한 구성으로 전원장치를 구성하는 것이 가능하게 되었기 때문에, 저비용으로 고장의 위험이 낮은 전원장치를 제공하는 것이 가능해 진다.
1 …… 전압균등화회로
C1A∼C6A …… 축전셀
C1B∼C5B …… 축전셀
C1C∼C5C …… 축전셀
C1D∼C3D …… 축전셀
C1E∼C3E …… 축전셀
C1F∼C2F …… 축전셀
Sa1∼Sa17 …… 스위치
Sa11∼Sa16 …… 스위치
Sa21∼Sa26 …… 스위치
Sb1∼Sb17 …… 스위치
Sb11∼Sb16 …… 스위치
Sb21∼ Sb26 …… 스위치
2 …… 구동회로 부분
Ca1 …… 결합콘덴서
Ra1 …… 저항
Da1 …… 다이오드
3 …… 구동신호출력회로
VCC …… 전원
VG …… 기준전위점
Tnpn ……NPN형 트랜지스터
Tpnp ……PNP형 트랜지스터
R1∼ R3 ……저항
D1 …… 발광다이오드
D2 …… 포토다이오드
S1 …… 스위치
V1 …… 발광소자구동 전원

Claims (9)

  1. n (n은 2이상의 정수)개의 축전셀을 직렬접속하여 구성되는 제1의 직렬회로와, n-1개의 축전셀을 직렬접속하여 구성되는 제2, 제3의 직렬회로와,
    제1, 제2의 스위치 군을 구비하고,
    상기 제1의 스위치 군에 포함되는 각각의 스위치를 온(on)으로 함으로써,
    상기 제1의 직렬회로를 구성하는 제k (k는 2이상 n이하의 정수)의 축전셀과 상기 제2의 직렬회로를 구성하는 제k-1의 축전셀이 각각 병렬 접속되는 것에 의해 n-1개의 병렬회로가 구성되며, 또한, 상기 제1의 직렬회로를 구성하는 제l (l은 1이상 n-1이하의 정수)의 축전셀과 상기 제3의 직렬회로를 구성하는 제l의 축전셀이 각각 병렬 접속되는 것에 의해 n-1개의 병렬회로가 구성되는 제1의 접속 상태를 실현하고,
    상기 제2의 스위치 군에 포함되는 각각의 스위치를 온으로 함으로써,
    상기 제1의 직렬회로를 구성하는 제l의 축전셀과, 상기 제2의 직렬회로를 구성하는 제l의 축전셀이 각각 병렬접속되는 것에 의해 n-1개의 병렬회로가 구성되며, 또한, 상기 제1의 직렬회로를 구성하는 제k의 축전셀과 상기 제3의 직렬회로를 구성하는 제k-1의 축전셀이 각각 병렬접속되는 것에 의해 n-1개의 병렬회로가 구성되는 제2의 접속상태를 실현하고,
    상기 제1, 제2의 접속상태 사이에서의 전환에 의해, 상기 제1~제3의 직렬회로를 구성하는 각각의 축전셀의 전압을 균등화하도록 구성된, 전압균등화회로에 있어서,
    상기 제1의 스위치군은,
    상기 제1의 접속 상태에 있어서 서로 병렬접속되는, 상기 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀과 상기 제2의 직렬회로에 포함되는 축전셀로 이루어지는 축전셀 조의 각각의 고전위측전극 사이 및 저전위측전극 사이에, 그 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 소스전극이 접속되어, 그 제2의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 드레인 전극이 접속된 전계효과 트랜지스터가 포함되도록 전계효과 트랜지스터를 배치하고,
    상기 제1의 접속 상태에 있어서 서로 병렬접속되는, 상기 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀과 상기 제3의 직렬회로에 포함되는 축전셀로 이루어지는 축전셀 조의 각각의 고전위측전극 사이 및 저전위측전극 사이에, 그 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 드레인전극이 접속되고, 그 제3의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 소스전극이 접속된 전계효과 트랜지스터가 포함되도록 전계효과 트랜지스터를 배치하고 있고,
    상기 제2의 스위치군은,
    상기 제2의 접속 상태에 있어서 서로 병렬접속되는, 상기 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀과 상기 제2의 직렬회로에 포함되는 축전셀로 이루어지는 축전셀 조의 각각의 고전위측전극 사이 및 저전위측전극 사이에, 그 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 드레인전극이 접속되고, 그 제2의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 소스전극이 접속된 전계효과 트랜지스터가 포함되도록 전계효과 트랜지스터를 배치하고 있고,
    상기 제2의 접속 상태에 있어서 서로 병렬접속되는, 상기 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀과 상기 제3의 직렬회로에 포함되는 축전셀로 이루어지는 축전셀 조의 각각의 고전위측전극 사이 및 저전위측 전극 사이에, 그 제1의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 소스전극이 접속되고, 그 제3의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 전극측에 드레인 전극이 접속된 전계효과 트랜지스터가 포함되도록 전계효과 트랜지스터를 배치하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전압균등화 회로.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제1, 제2의 스위치 군에 포함되는 각각의 스위치는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)인 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  3. 청구항 2항에 있어서,
    상기 제1, 제2의 스위치 군에 포함되는 각각의 MOSFET의 게이트전극에 대하여 결합콘덴서가 직렬접속되고, 그 각각의 MOSFET의 소스전극과 게이트전극과의 사이에 저항이 접속되고, 그 저항에 대하여 병렬로, 그 소스전극으로부터 그 게이트전극으로 향하는 전류를 차단하지 않도록 다이오드가 접속되어 있고, 그 결합콘덴서를 통해서 그 게이트전극에 입력되는 구동신호의 제어에 의해 각각의 MOSFET의 온, 오프를 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  4. 청구항 3항에 있어서,
    발광소자를 구비한 발광부와,
    상기 발광소자의 발광에 응답하여 전기신호를 발생하는 수광소자와 그 전기신호에 따라서 상기 구동신호를 출력하는 푸시풀회로를 구비하고, 상기 발광소자에 대하여 전기적으로 절연된 수광부를 구비한 구동신호출력회로가 상기 결합콘덴서 각각에 접속되고, 그 결합콘덴서를 통해 게이트전극에 입력되는 상기 구동신호의 제어에 의해 각각의 MOSFET의 온, 오프를 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  5. 청구항 4항에 있어서,
    상기 구동신호출력회로로서,
    상기 제1의 스위치 군에 포함되는 각각의 MOSFET의 게이트전극에 직렬접속된 상기 결합콘덴서 모두에 접속되어, 그 제1의 스위치 군에 포함되는 MOSFET의 게이트전극 모두에, 그 결합콘덴서 각각을 통해서 구동신호를 출력하는 제1의 구동신호출력회로와,
    상기 제2의 스위치 군에 포함되는 각각의 MOSFET의 게이트전극에 직렬접속된 상기 결합콘덴서 모두에 접속되어, 그 제2의 스위치 군에 포함되는 MOSFET의 게이트전극 모두에, 그 결합콘덴서 각각을 통해 구동신호를 출력하는 제2의 구동신호출력회로를 구비하고, 상기 제1, 제2의 구동신호출력회로로부터 입력되는 각각의 상기 구동신호의 제어에 의해, 상기 제1, 제2의 스위치 군에 포함되는 각각의 MOSFET의 온, 오프를 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  6. 청구항 4 또는 5항에 따른 전압균등화회로를 이용한 무정전전원장치에 있어서,
    상기 구동신호출력회로 각각이 구비한 상기발광소자를 발광소자 구동회로에 접속하고, 그 발광소자구동회로 각각을, 상기 제1~제3의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 어느 것인가에 접속함으로써, 그 발광소자 구동회로의 각각을 동작시키기 위한 전원으로서 그 축전셀의 어느 것인가를 이용하도록 구성하고,
    상기 구동신호출력회로 각각이 구비하는, 상기 푸시풀회로를 상기 제1~ 제3의 직렬회로에 포함되는 축전셀의 어느 것인가에 접속함으로서, 그 푸시풀회로의 각각을 작동시키기 위한 전원으로서 그 축전셀의 어느 것인가를 이용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
  7. 직렬수 n이 ni인 청구항 5에 따른 전압균등화회로로서, 1이상 N (N은 2이상의 정수)이하의 정수i에 대하여 각각 주어지는 N개의 모듈 (이하, 각각을 제i의 모듈로 한다.)을 직렬접속하고,
    상기 N개의 모듈 중, 직접 접속되는 2개의 모듈에 있어서 제2의 직렬회로 사이 및 제3의 직렬회로 사이에 각각 축전셀을 접속함으로서 구성되는 전압균등화회로에 있어서,
    제i의 모듈에 포함되는 MOSFET의 온, 오프를 전환하기 위한 상기 구동신호출력회로에 포함되는 상기 푸시풀회로의 기준전위점을, 그 제i의 모듈에 포함되는 어느 것인가의 축전셀에 접속하는 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  8. n (n은 2이상의 정수)개의 축전셀을 직렬접속하여 각각이 구성되는, m개(m은 1이상의 정수)의 직렬회로와, n-1개의 축전셀을 직렬접속하여 각각이 구성되는, m개 또는 m±1 개이며 복수개 (단, 병렬수가 4L-2개의 경우는 제외한다. L은 자연수)의 직렬회로를 각각 교대로 병렬접속하고,
    제1, 제2의 스위치 군을 더 구비하고,
    상기 제1의 스위치 군에 포함되는 각각의 스위치를 온으로 함으로서,
    각각의 직렬회로에 포함되는 축전셀이, 그 축전셀을 포함하는 직렬회로와 병렬접속된 직렬회로에 포함되는, 어느 것인가의 1이상의 축전셀과 병렬접속되어 병렬회로를 구성하는, 제1의 접속상태를 실현하고,
    상기 제2의 스위치 군에 포함되는 각각의 스위치를 온으로 함으로서,
    각각의 직렬회로에 포함되는 축전셀이, 그 축전셀을 포함하는 직렬회로와 병렬접속된 직렬회로에 포함되는, 어느 것인가의 1이상의 축전셀과 병렬접속되어서, 상기 제1의 접속상태에 있어서 구성된 병렬회로와는 다른 병렬회로를 구성하는, 제2의 접속상태를 실현하고,
    상기 제1, 제2의 접속상태 사이에서의 전환에 의해, 각각의 직렬회로를 구성하는 축전셀의 전압을 균등화하도록 구성된 전압균등화회로에 있어서,
    상기 제1의 스위치 군은,
    상기 제1의 접속상태에 있어서 서로 병렬접속 되는 상기 n개의 축전셀을 직렬접속하여 구성되는 직렬회로에 포함되는 축전셀 상기 n-1개의 축전셀을 직렬접속하여 구성되는 직렬회로에 포함되는 축전셀로 이루어진 축전셀 조의 각각의 고전위측전극 사이 및 저전위측전극 사이의 각각에 전계효과 트랜지스트가 포함되도록 전계효과 트랜지스터를 배치하여 이루어지고,
    상기 제2의 스위치 군은,
    상기 제2의 접속상태에 있어서 서로 병렬접속 되는 상기 n개의 축전셀을 직렬접속하여 구성되는 직렬회로에 포함되는 축전셀 상기 n-1개의 축전셀을 직렬접속하여 구성되는 직렬회로에 포함되는 축전셀로 이루어진 축전셀 조의 각각의 고전위측전극 사이 및 저전위측전극 사이의 각각에 전계효과 트랜지스트가 포함되도록 전계효과 트랜지스터를 배치하여 이루어지고,
    상기 축전셀 조의 각각의 고전위측전극 사이에 포함되는 전계효과 트랜지스터 중에서 적어도 1개가 오프 상태에서 방해하는 전류의 극성과, 상기 축전셀 조의 각각의 저전위측전극 사이에 포함되는 전계효과 트랜지스터 중에서 적어도 1개가 오프 상태에서 방해하는 전류의 극성이 다른 극성으로 이루어지도록, 전계효과 트랜지스터의 각각에 내재하는 다이오드의 극성을 정하는 것에 의해, 오프 상태의 전계효과 트랜지스터를 통해 축전셀 조의 각각이 상호 충방전하는 것을 방해하는 특징으로 하는 전압균등회로.
  9. 삭제
KR1020110110305A 2011-05-13 2011-10-27 직병렬전환식 셀전압 밸런스회로의 스위치를 ｍｏｓｆｅｔ에서 구성한 회로 및 그 구동회로 KR101785734B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2011-108652 2011-05-13
JP2011108652 2011-05-13
JPJP-P-2011-169247 2011-08-02
JP2011169247A JP5099569B1 (ja) 2011-05-13 2011-08-02 直並列切り替え式セル電圧バランス回路のスイッチをｍｏｓｆｅｔで構成した回路及びその駆動回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120127170A KR20120127170A (ko) 2012-11-21
KR101785734B1 true KR101785734B1 (ko) 2017-10-17

Family

ID=47141397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110110305A KR101785734B1 (ko) 2011-05-13 2011-10-27 직병렬전환식 셀전압 밸런스회로의 스위치를 ｍｏｓｆｅｔ에서 구성한 회로 및 그 구동회로

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8716894B2 (ko)
JP (1) JP5099569B1 (ko)
KR (1) KR101785734B1 (ko)
TW (1) TWI501382B (ko)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101287706B1 (ko) * 2011-09-26 2013-07-24 삼성전기주식회사 Ｌｅｄ 구동 장치
DE102011115550A1 (de) * 2011-10-10 2013-04-11 Audi Ag Lithium-Ionen-Batterie
FR2982998B1 (fr) * 2011-11-17 2013-12-20 Commissariat Energie Atomique Batterie d'accumulateurs protegee contre les courts-circuits internes
US9070950B2 (en) 2012-03-26 2015-06-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage element, manufacturing method thereof, and power storage device
JP6223171B2 (ja) * 2012-12-28 2017-11-01 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置の制御システム、蓄電システム、及び電気機器
US9225191B2 (en) * 2013-02-19 2015-12-29 Freescale Semiconductor, Inc. Circuit and method for voltage equalization in large batteries
CN105706013B (zh) * 2013-09-11 2018-07-03 国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构 太阳电池调整系统、相关方法及最小电流检测及控制系统
JP2015065796A (ja) 2013-09-26 2015-04-09 ソニー株式会社 蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法
FR3013527B1 (fr) * 2013-11-21 2015-11-13 Renault Sas Equilibrage d'une batterie a deux branches avec mise en parallele de nombres differentiels d'elements de stockage
KR101611021B1 (ko) * 2014-02-27 2016-04-08 명지대학교 산학협력단 무정전 전원장치 및 이에 사용되는 인버터
JP6389622B2 (ja) * 2014-03-07 2018-09-12 旭化成エレクトロニクス株式会社 過充電防止回路
WO2016029202A1 (en) * 2014-08-22 2016-02-25 Pathion Inc. Method and apparatus for performing string-level dynamic reconfiguration in an energy system
EP3026750A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Symmetrieren eines Energiespeichersystems
DE102014119479B4 (de) * 2014-12-23 2023-11-16 Intel Corporation Ein Push-Pull-Treiber, ein Sender, ein Empfänger, ein Sendeempfänger, eine integrierte Schaltung, ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals an einem Ausgang
EP3398239A1 (en) * 2015-12-29 2018-11-07 Vito NV Device and method for the reconfiguration of a rechargeable energy storage device into separate battery connection strings
EP3327825B1 (en) * 2016-11-25 2019-10-02 Samsung SDI Co., Ltd. Busbar for a battery system
CN106696748B (zh) * 2017-01-25 2019-06-28 华为技术有限公司 一种充电桩系统
CN107749647B (zh) * 2017-09-28 2019-10-15 维沃移动通信有限公司 一种电池组结构、移动终端及充电控制方法
EP3509131A1 (en) * 2018-01-08 2019-07-10 Samsung SDI Co., Ltd. Switchable battery module
CN111033938A (zh) * 2018-01-30 2020-04-17 松下知识产权经营株式会社 车辆用电源系统、管理装置
GB2558120B (en) * 2018-04-09 2020-04-01 O2Micro Inc Balance circuits for battery cells
JPWO2019243950A1 (ja) 2018-06-22 2021-07-26 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置の異常検知方法、及び蓄電装置の制御装置
WO2020062248A1 (zh) * 2018-09-30 2020-04-02 深圳欣锐科技股份有限公司 一种车辆的充电系统及车辆
CN109450029B (zh) * 2018-11-26 2022-04-08 暨南大学 一种退役动力电池储能方法及储能电路
TWI684316B (zh) * 2018-12-11 2020-02-01 國立中山大學 串聯電池開關模組及其模式切換方法及儲能系統
CN109638923B (zh) * 2019-01-17 2022-06-24 哈尔滨工业大学 混合模式电池均衡电路
JPWO2021010388A1 (ko) * 2019-07-18 2021-01-21
JP7347048B2 (ja) * 2019-09-12 2023-09-20 株式会社豊田自動織機 接続回路及び二次電池システム
KR20210104366A (ko) * 2020-02-17 2021-08-25 삼성전자주식회사 반도체 회로
WO2021181384A1 (en) * 2020-03-09 2021-09-16 Sparkion Power Algorithms Ltd Energy storage systems and methods for managing increased peak demand
CN113258146B (zh) * 2021-03-29 2022-12-30 华为数字能源技术有限公司 一种电池系统、驱动系统及储能集装箱
CN115966849B (zh) * 2023-03-16 2023-05-12 成都大学 一种模块化储能装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008219964A (ja) * 2007-02-28 2008-09-18 Japan Aerospace Exploration Agency 蓄電モジュール

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5656915A (en) * 1995-08-28 1997-08-12 Eaves; Stephen S. Multicell battery pack bilateral power distribution unit with individual cell monitoring and control
US7239194B2 (en) * 2004-03-25 2007-07-03 Integral Wave Technologies, Inc. Trench capacitor power supply system and method
EP2110921B1 (en) * 2008-04-14 2013-06-19 Stanley Black & Decker, Inc. Battery management system for a cordless tool
CN101964523A (zh) * 2009-07-21 2011-02-02 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 供电方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008219964A (ja) * 2007-02-28 2008-09-18 Japan Aerospace Exploration Agency 蓄電モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
TWI501382B (zh) 2015-09-21
US8716894B2 (en) 2014-05-06
JP5099569B1 (ja) 2012-12-19
JP2012257440A (ja) 2012-12-27
KR20120127170A (ko) 2012-11-21
US20120286578A1 (en) 2012-11-15
TW201246517A (en) 2012-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101785734B1 (ko) 직병렬전환식 셀전압 밸런스회로의 스위치를 ｍｏｓｆｅｔ에서 구성한 회로 및 그 구동회로
KR101922370B1 (ko) 전지 밸런싱 및 충전 장치 및 방법
KR101093597B1 (ko) 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치
US9048669B2 (en) Charge equalization apparatus and method for series-connected battery string
JP5221665B2 (ja) 直列接続バッテリーストリングのための２段式均等充電装置
US9166416B2 (en) Method for balancing cells in batteries
EP2269281B1 (en) Two-stage charge equalization method and apparatus for series-connected battery string
US9478980B2 (en) System for balancing, by magnetic coupling, an association in series of elements for generating or storing electrical energy
TWI499161B (zh) A balanced charging circuit for series power storage units
US11909234B2 (en) Recharging circuit for modular multilevel converters
US20130093395A1 (en) Capacitor-based active balancing for batteries and other power supplies
CN102570536A (zh) 多单元电池系统中使用的单元平衡电路
US20160233758A1 (en) Multilevel Converter
WO2015158402A1 (en) Improvements in or relating to power modules for use in power transmission networks
US10211648B2 (en) Method and circuit arrangement for actively balancing cells of an electric energy store
US10177567B2 (en) Power supply apparatus and electronic apparatus having the same
US10232728B2 (en) Electrochemical composite storage system
US9160330B2 (en) Boost capacitor sharing architecture for power supply active balancing systems
US20240317110A1 (en) Vehicle On-Board Electrical System Including A Battery Connection Circuit Having A Converter And Configurably Connectable Load Terminals On Either Side Of The DC-DC Converter
KR101215018B1 (ko) 전압 균등화 회로 및 상기 전압 균등화 회로에 구비된 반도체 스위칭 소자의 구동 방법
CN117118421A (zh) 采样开关电路、电压采样电路、电池管理系统以及电池包
CN111123119A (zh) 电池测量电路
KR20150012670A (ko) 임피던스매칭 직-병렬전환회로장치
JP2015116034A (ja) 電力授受装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right