KR102057736B1

KR102057736B1 - 배터리의 0v 배터리 충전방지 제어회로

Info

Publication number: KR102057736B1
Application number: KR1020130092605A
Authority: KR
Inventors: 정덕영
Original assignee: 정덕영
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2019-12-19
Also published as: KR20150016757A

Abstract

1개의 전류패스 FET만을 사용하는 배터리보호 제어회로에서 0V 배터리 검출시 전기적인 방법으로 배터리와 부하/충전기의 사이에 전기적인 방법을 통해 전류패스를 차단하는 방법이 필요하다.
본 발명은 배터리 제1 단자와 직접 연결되는 충전기(부하) 제1 단자 노드와 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 사이에 제1 로직스위치(113)이 연결되고, 상기 제1 로직스위치(113)의 제어입력은 제1 제어신호(117)과 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 드레인은 배터리 제2 단자(101)와 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 소스는 상기 충전기(부하) 제2 단자(103)와 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 과 상기 전류패스 FET(114)의 드레인 사이에는 제2 로직스위치(109)가 연결되고, 상기 제2 로직스위치(109)의 제어입력은 제어기(105)의 제2 제어신호(118)이 연결되며, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 와 상기 전류패스 FET(114)의 소스 사이에 제3 로직스위치(110)이 연결되고, 상기 제3 로직스위치의 제어입력은 제어기(105)의 제3 제어신호(119)와 연결된다. 그리고 부하/충전기검출기(106)는 충전기(부하) 제 2단자에 연결되고, 상기 부하/충전기검출기(106)의 출력(120)은 제어기(105)에 연결된다.

Description

배터리의 0V 배터리 충전방지 제어회로 {The charge-inhibit circuit for battery device having zero voltage}

본 발명은 하나의 전류패스 제어용 FET(전계효과트랜지스터)을 이용하여 2차전지의 과충전상태 및 과방전상태를 제어함에 있어서, 0V 배터리 상태에서 충전 및 방전을 차단기능을 포함한 제어회로에 관한 것이다.

도 3은 가장 일반적으로 적용되고 있는 종래의 배터리 보호회로이며, 배터리의 충방전 전류를 제어함에 있어서 2개의 전류패스 MOS-FET(313, 314)이 사용된다.

도 3에서 정상상태 동작은 전류패스 FET(313, 314)가 완전히 온 되어 양방향의 전류패스가 가능하도록 충전제어신호(312)를 "High", 방전제어신호(311)을 "High" 로 한다. 이 상태의 등가회로는 도 4-A이다.

도 3에서 과충전상태에 들어가면 제어기(305)는 충전제어신호(312)을 "Low", 방전제어신호(311)를 "High" 로 하여 충전을 금지하며, 방전은 전류패스 FET(314)의 벌크노드의 기생 다이오드를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다. 상기 상태의 등가회로는 도 4-B에서 표현하였다.

도 3에서 과방전상태에 들어가면 제어기(305)는 방전제어신호(311)를 "Low", 충전제어신호(312)를 "High" 로 해서 방전을 금지하며, 충전은 전류패스 FET(313)의 벌크노드의 기생 다이오드를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다.상기 상태의 등가회로는 도 4-C에서 표현했다.

도 3에서 0V 배터리가 검출되고, 0V 배터리 충전금지가 설정이 되어 있다면, 충전과 방전은 금지되어야 한다, 종래의 회로는 전류패스 FET(313, 314)를 오프시킨다. 상기 동작의 등가회로는 도4-D와 같다.

상기된 바와 같이 종래회로에서 2개의 전류패스 FET(313, 314)을 사용한 경우에서, 0V 배터리검출시 충전/방전금지는 쉽게 구현됨을 볼 수 있지만, 1개의 전류패스만 사용될 경우, 도 1에서 전류패스 FET(114)의 게이트를 음의 전압으로 만들면 이론적으로 배터리(104)와 부하/충전기(108) 간에 전류는 차단이 가능하지만, 음의 전압을 만드는 데는 지속적으로 에너지가 소모됨에 따라서 현실적으로 채용 불가능하다 할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 1개의 전류패스 FET을 사용함에 있어서, 상기 0V 배터리상태에서 전기적으로 배터리와 부하/충전기를 차단하는 제어회로를 제공할 수 있다.

1개의 전류패스 FET만을 사용하는 배터리보호 제어회로에서 0V 배터리 검출시 전기적인 방법으로 배터리와 부하/충전기의 사이에 전기적인 방법을 통해 전류패스를 차단하는 방법을 제공한다.

본 발명의 구성은 아래와 같다.

배터리 제1 단자와 직접 연결되는 충전기(부하) 제1 단자 노드와 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 사이에 제1 로직스위치(113)이 연결되고, 상기 제1 로직스위치(113)의 제어입력은 제1 제어신호(117)과 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 드레인은 배터리 제2 단자(101)와 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 소스는 상기 충전기(부하) 제2 단자(103)와 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 과 상기 전류패스 FET(114)의 드레인 사이에는 제2 로직스위치(109)가 연결되고, 상기 제2 로직스위치(109)의 제어입력은 제어기(105)의 제2 제어신호(118)이 연결되며, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 와 상기 전류패스 FET(114)의 소스 사이에 제3 로직스위치(110)이 연결되고, 상기 제3 로직스위치의 제어입력은 제어기(105)의 제3 제어신호(119)와 연결된다. 그리고 부하/충전기검출기(106)는 충전기(부하) 제 2단자에 연결되고, 상기 부하/충전기검출기(106)의 출력(120)은 제어기(105)에 연결된다.

본 발명은 1개의 전류패스 FET을 사용하는 배터리의 충방전 제어회로에서, 0V 배터리가 검출될 경우, 부하 나 충전기가 연결될 경우에 따라서 배터리로 전류가 유입이 금지되도록 하여, 0V 배터리의 상태변화를 최소화하여 배터리가 불안정한 상태가 되지 않도록 한다.

도 1 은 실시 예에 따른 배터리 충방전 제어 회로.
도 1-100:배터리 제1단자, 도 1-101:배터리 제2단자.
도 1-102:충전기(부하) 제1단자, 도 1-103: 충전기(부하) 제2단자.
도 1-117:제1 제어신호, 도 1-118:제2 제어신호, 도 1-119:제3 제어신호.
도 1-120:부하/충전기검출기의 출력신호.
도 1-113:제1 로직스위치, 도 1-109,112:제2 로직스위치.
도 1-110,111: 제3 로직스위치.
도 1-114:전류패스 FET.
도 1-106:부하/충전기검출기.
도 2 A~C 는 실시 예에 따른 각각의 상태에 대한 등가 회로.
도 3 은 종래의 기술.
도 4 A~D 는 도 3의 종래기술의 동작에 따른 각각의 상태에 대한 등가 회로.
도 5 는 부하/충전기 검출기의 예.

실시 예에서 설명하는 도면의 세부 번호는 설명의 편의상 공통적인 기능에 대해서는 동일한 부호를 사용하였다.

[실시예]

본 발명은 구성은 다음과 같다.

배터리 제1 단자(100)와 직접 연결되는 충전기(부하) 제1 단자(102) 노드와 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 사이에 제1 로직스위치(113)이 연결되고, 상기 제1 로직스위치(113)의 제어입력은 정상상태를 규정한 제1 제어신호(117)과 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 드레인은 배터리 제2 단자(101)와 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 소스는 상기 충전기(부하) 제2 단자(103)와 연결되고, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 과 상기 전류패스 FET(114)의 드레인 사이에는 제2 로직스위치(109)가 연결되고, 상기 배터리의 이상 상태를 규정하는 제2 로직스위치(109)의 제어입력은 제어기(105)의 제2 제어신호(118)이 연결되며, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트(122) 와 상기 전류패스 FET(114)의 소스 사이에 제3 로직스위치(110)이 연결되고, 상기 배터리의 이상 상태를 규정하는 제3 로직스위치의 제어입력은 제어기(105)의 제3 제어신호(119)와 연결된다. 그리고 부하/충전기검출기(106)는 충전기/부하의 단자(103)에 연결되고, 상기 부하/충전기검출기(106)의 출력(120)은 제어기(105)에 연결된다.

상기 부하/충전기 검출기(106)는 노드(103)과 노드(101)의 전압을 감시하여 부하나 충전기를 검출하고, 제어기(105)는 각 각의 상태를 정의하여 정상상태를 표현하는 제1 제어신호와 배터리(104)의 방전금지상태에 대응하는 제2 제어신호(118) 과 배터리의 충전금지상태에 대응하는 제3 제어신호(119)를 출력한다. 제어기(105)는 상기 부하/충전기 검출기(106)를 포함할 수도 있으며, 본 발명 상에서 부하/충전기검출기(106) 는 주요 요소이므로 별도로 분리하였다.

도 1의 실시 예에서 정상상태의 동작은 다음과 같다.

제 1제어신호(117)은 배터리(104)가 정상상태에 있음을 표현하는 신호로 제1 로직스위치(113)을 온시키고, 제2 제어신호(118)을 이용해서 방전제어용 제2 로직스위치(109)를 오프시키며, 제3 제어신호(119)를 이용해서 충전제어용 제3 로직스위치(110)을 오프시킨다. 이 상태에서는 부하/충전기 검출기(106) 의 신호는 무시된다. 도 2-A는 정상상태에서의 등가회로이며, 전류패스 FET(114)가 충분히 온 되어 가장 낮은 온-저항을 유지하며 쌍방향으로 도통되는 상태이다.

도 1의 실시예에서 방전금지상태의 동작은 다음과 같다.

제 1제어신호(117)은 배터리(104)가 정상상태에 있음을 표현하는 신호이므로 제1 로직스위치(113)을 오프 시키고, 제2 제어신호(118)을 이용해서 방전제어용 제2 로직스위치(109)를 온 시키며, 제3 제어신호(119)를 이용해서 충전제어용 제3 로직스위치(110)을 오프시킨다. 도 2-B 는 방전금지 상태에서의 등가회로이며, 전류패스 FET(114)는 MOS-다이오드로 동작한다.

도 1의 실시예에서 충전금지 상태의 동작은 다음과 같다.

제 1제어신호(117)은 배터리(104)가 정상상태에 있음을 표현하는 신호이므로, 제1 로직스위치(113)을 오프 시키고, 제2 제어신호(118)을 이용해서 방전제어용 제2 로직스위치(109)를 오프 시키며, 제3 제어신호(119)를 이용해서 충전제어용 제3 로직스위치(110)을 온 시킨다. 도 2-C 는 충전금지 상태에서의 등가회로이며, 전류패스 FET(114)는 MOS-다이오드로 동작한다.

도 1의 실시예에서 0V 배터리 검출상태에서 충전기나 부하가 검출되지 않은상태의 동작은 다음과 같다.

0V 배터리 검출시와 과방전상태에서 부하/충전기 검출기에서는 부하/충전기 .노드(103)의 전압을 감시하며, 그리고 노드(102)와 노드(103)사이에 저항을 연결하여 노드(103)의 전압을 노드(100,102)와 동일한 수준이 되도록 한다. 도 5-106의부하/충전기 검출기(106)에서 도 5-106-SW는 과방전이나 0V 배터리가 검출되었을 경우 "온" 되어 부하/충전기(108)의 양단자(102,103) 사이에 저항(도 5-106-R)이 연결되도록 한다. 따라서 부하/충전기 검출기(106)은 노드(103)의 전압은 양의 배터리전압과 충전기연결시 충전기(108)의 음의 전압 두가지만 나올 수 있으므로, 로직처리가 되므로 에너지 소모 없이 처리가능하게 된다.

0V 배터리의 상태는 기본적으로 과방전 검출 전압보다 낮은 상태이며, 기본적으로 과방전상태이다. 따라서 도 1-B와 같은 상태에서 출발한다. 여기에 충전기가 연결되지 않으면, 노드(103)의 전압은 High상태를 유지하므로 도 1-B와 같이 배터리가 방전금지/충전가능 상태를 유지한다.

도 1의 실시예에서 0V 배터리 검출상태에서 부하가 연결된 상태의 동작은 다음과 같다.

0V 배터리의 상태는 기본적으로 과방전 검출 전압보다 낮은 상태이며, 기본적으로 과방전상태이다. 따라서 도 1-B와 같은 상태에서 출발한다. 여기에 부하가 연결된 상태면, 노드(103)의 전압은 High상태를 변경되지 않고 계속 High 상태를 유지 하므로 도 1-B와 같이 배터리가 방전금지/충전가능 상태를 유지하여, 방전 방향의 전류를 차단하고, 충전은 허용 되지만 충전기가 없는 상태이므로 배터리(104)로의 충전전류는 발생치 않는다.

도 1의 실시예에서 0V 배터리 검출상태에서 충전기가 연결된 상태의 동작은 다음과 같다.

0V 배터리의 상태는 기본적으로 과방전 검출 전압보다 낮은 상태이며, 기본적으로 과방전상태이다. 따라서 도 1-B와 같은 상태에서 출발한다. 여기에 충전기가 연결된 상태면, 노드(103)의 전압은 High상태에서 Low상태로 변경되고, 부하/충전기검출기(106)의 출력(120)을 제어기(105)에 보내면, 제어신호(118, 119)신호를 도 1-C와 같이 제2 로직스위치(109)를 오프하고, 제3 로직스위치(110)을 온시켜 충전방향으로 전류가 발생하지 않으며, 방전은 허용되지만 부하(108)이 연결되더라도 에너지는 충전기(108)로 부터 공급되므로 배터리에서 전류방출은 없게 된다.

배터리 충방전 제어회로에서 전류패스 FET을 1개만 사용하여 제어하면, 별도의 에너지 소모 없이 0V 배터리의 충전/방전 금지 기능이 불가능하였다. 본 발명에서는 전기적인 제어를 통하여 별도의 에너지 소모 없이 0V 배터리의 충전/방전 금지 기능을 구현 하였다.

105: 제어기
104: 배터리
108: 충전기(부하)
114: 전류패스 FET
106: 부하/충전기검출기

Claims

배터리의 제어 회로는;
제어기가 있고,
배터리 단자와 직접 연결되는 충전기(부하) 단자 공통노드가 있고,
상기 제어기는 부하 및 충전기 연결정보에 따라 제1 제어신호 와 제2 제어 신호와 제3 제어 신호를 출력하며,
상기 제어기의 제1 제어신호는 배터리가 이상상태가 아닌경우 배터리의 충전과 방전을 위한 제어신호이며,
상기 제어기의 제2 제어신호는 배터리의 방전금지를 위한 제어신호이며,
상기 제어기의 제3 제어신호는 배터리의 충전금지를 위한 제어신호이며,
제1 로직스위치가 있고, 상기 제1 로직스위치는 상기 배터리 단자와 충전기 단자와의 공통노드와 전류패스 FET의 게이트 사이에 논리적으로 연결되고, 상기 제1 로직스위치의 제어입력은 제어기의 제1 제어신호에 논리적으로 연결되며,
제2 로직스위치가 있고,
상기 제2 로직스위치는 상기 전류패스 FET의 게이트 와 드레인 사이에 논리적으로 연결되고, 상기 제2 로직 스위치의 제어입력은 상기 제어기의 제2 제어신호에 논리적으로 연결되며,
제3 로직스위치가 있고,
상기 제3 로직스위치는 상기 전류패스 FET의 게이트 와 소스 사이에 논리적으로 연결되며, 상기 제3 로직스위치의 제어입력은 제어기의 제3 제어신호에 논리적으로 연결되고,
상기 전류패스 FET의 드레인은 상기 배터리의 다른 단자와 연결되고, 상기 전류패스 FET의 소스는 상기 충전기(부하)의 다른 단자와 연결되고,
부하/충전기 검출기가 있고,
상기 검출기는 충전기(부하)의 단자들과 연결되고, 상기 검출기는 부하/충전기의 연결상태를 출력하고, 상기 검출기의 출력은 상기 제어기에 입력하는 제어회로에 있어서,
0V 배터리가 검출되고 충전기가 연결되지 않는 경우, 상기 제2 로직스위치가 온 되고 , 상기 제 3 로직스위치는 오프 되며,
0V 배터리가 검출되고 충전기가 연결되는 경우 , 상기 제2 로직스위치가 오프 되고, 상기 제3 로직스위치가 온 되는 배터리 제어회로.