KR102068968B1 - 전지 전압 검출 회로 - Google Patents

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Abstract

[과제] 멀티플렉서 방식을 사용한 전지 전압 검출 회로에 있어서, 기생 용량에 의한 검지 전압 편차의 영향을 저감시켜 검지 전압 정밀도를 향상시킬 수 있는 전지 전압 검출 회로를 제공하는 것.
[해결 수단] 직렬로 접속된 복수의 전지의 전압을 감시하기 위한 전지 전압 검출 회로로서, 플라잉 커패시터와, 플라잉 커패시터를 복수의 전지에 순차 접속시키는 멀티플렉서 스위치와, 플라잉 커패시터의 전압을 검지하는 전압 검지 수단과, 플라잉 커패시터의 일방의 단자에 접속되는 제 1 기준 전위 접속 수단과, 플라잉 커패시터의 타방의 단자에 접속되는 제 2 기준 전위 접속 수단과, 멀티플렉서 스위치와 제 1 기준 전위 접속 수단과 제 2 기준 전위 접속 수단을 제어하는 제어 회로를 구비하는 구성으로 하였다.

Description

전지 전압 검출 회로{BATTERY VOLTAGE DETECTOR CIRCUIT}
본 발명은, 리튬 전지 등의 2 차 전지의 보호 회로에 관한 것으로, 특히 멀티플렉서를 사용한 보호 회로의 전지 전압 검출 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 전지 등의 2 차 전지에는, 과충전이나 과방전 등으로부터 보호하기 위하여 보호 회로가 사용된다. 보호 회로는 전지의 전압을 검지하기 위한 전압 검지 수단을 구비하는데, 직렬로 접속된 복수의 전지를 보호하는 경우에는, 각각의 전지에 대응하는 복수의 전압 검지 수단이 필요해져, 회로의 대규모화·고내압화가 실시되고 있다.
도 3 에 종래의 멀티플렉서를 사용한 전지 전압 검출 회로의 회로도를 나타낸다. 종래의 멀티플렉서를 사용한 전지 전압 검출 회로는, 전지 전원 장치 (11) 와, 전지 (11a) 와, 스위치 (21, 22, 23, 24) 와, 플라잉 커패시터 (28, 29) 와, 앰프 (25) 와, A/D 변환기 (26) 와, 제어 장치 (30) 를 구비하고 있다. 스위치 (21) 는 상시 개방 접점 (21a, 21b) 으로, 스위치 (23) 는 상시 개방 접점 (23a, 23b) 으로, 스위치 (24) 는 상시 개방 접점 (24a, 24b) 으로 구성된다.
전지 (11a) 의 전압을 검출할 때, 스위치 (21 ∼ 24) 가 오프 (열림) 상태로 된다. 이와 같은 상태에서, 먼저, 스위치 (21) 가 온 상태로 되고, 상시 개방 접점 (21a, 21b) 이 각각 닫힌 상태로 된다. 이로써, 전지 (11a) 에 있어서의 전압이, 직렬 접속된 플라잉 커패시터 (28, 29) 에 인가되어 전하가 축적된다.
스위치 (21) 가 소정 시간에 걸쳐서 온된 후, 스위치 (21) 는 오프 상태로 되고 상시 개방 접점 (21a, 21b) 이 각각 열린 상태가 된다. 이로써, 플라잉 커패시터 (28, 29) 에는 전지 (11a) 의 전압에 상당하는 전하가 축적된다.
그 후, 스위치 (22) 와 스위치 (24) 가 온되고, 스위치 (22) 의 온에 의해 플라잉 커패시터 (28, 29) 의 접속점이 그라운드에 접속된 상태로 되고 0 V 로 고정된다. 또, 스위치 (24) 가 온되고, 상시 개방 접점 (24a, 24b) 이 각각 닫힌 상태가 됨으로써, 앰프 (25) 의 반전 입력 단자가 앰프 (25) 의 출력과 동일 전위 (0 V) 로 고정되고, 비반전 입력 단자의 전압이 그라운드 (0 V) 에 고정된다.
그 후, 스위치 (23) 가 온되고, 상시 개방 접점 (23a, 23b) 이 각각 닫힌 상태가 된다. 이로써, 플라잉 커패시터 (28, 29) 가, 각각, 앰프 (25) 의 반전 입력 단자 및 비반전 입력 단자에 각각 접속된 상태가 되는데, 스위치 (24) 가 온된 상태로 되어 있기 때문에, 각각의 단자의 전압이 고정되어 있고, 앰프 (25) 의 각 단자에는, 플라잉 커패시터 (28, 29) 의 전압이 인가되지 않는다.
그 후, 스위치 (24) 가 오프되고, 앰프 (25) 의 각 단자에 있어서의 전압의 고정이 해제됨으로써, 앰프 (25) 에 플라잉 커패시터 (28, 29) 에서 축적된 전압이 인가된다. 앰프 (25) 의 각 입력 단자에 있어서의 전압이 0 V 로 고정된 상태에서, 플라잉 커패시터 (28, 29) 의 전압이 인가되기 때문에, 각 입력 단자의 전압이 허용 범위를 초과할 우려나, 앰프 (25) 의 출력이 포화될 우려가 없어, 플라잉 커패시터 (28, 29) 로부터 인가되는 전압을 정확하게 검출할 수 있다. 게다가, 앰프 (25) 에 입력되는 전압이 허용 범위를 초과할 우려가 없기 때문에, 앰프 (25) 의 열화 및 파괴가 방지된다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2001-201548호
그러나, 종래 기술에서는, 스위치 (22) 가 온된 순간에 스위치 (22) 와 플라잉 커패시터 (28, 29) 사이에 발생하는 기생 용량으로 전하가 이동되고, 플라잉 커패시터 (28, 29) 의 유지 전압이 변화하여 전압 검출 정밀도가 악화된다는 과제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 멀티플렉서 방식을 사용한 전지 전압 검출 회로에 있어서, 기생 용량에 의한 검지 전압 편차의 영향을 저감시켜 검지 전압 정밀도를 향상시키는 것을 실현하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 전지 전압 검출 회로는 이하와 같은 구성으로 하였다.
직렬로 접속된 복수의 전지의 전압을 감시하기 위한 전지 전압 검출 회로로서, 플라잉 커패시터와, 플라잉 커패시터를 복수의 전지에 순차 접속시키는 멀티플렉서 스위치와, 플라잉 커패시터의 전압을 검지하는 전압 검지 수단과, 플라잉 커패시터의 일방의 단자에 접속되는 제 1 기준 전위 접속 수단과, 플라잉 커패시터의 타방의 단자에 접속되는 제 2 기준 전위 접속 수단과, 멀티플렉서 스위치와 제 1 기준 전위 접속 수단과 제 2 기준 전위 접속 수단을 제어하는 제어 회로를 구비한다.
본 발명의 전지 전압 검출 회로에 의하면, 기생 용량에 의한 전지의 검지 전압의 영향을 저감시켜, 검지 전압의 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1 은 제 1 실시형태의 전지 전압 검출 회로의 회로도이다.
도 2 는 제 2 실시형태의 전지 전압 검출 회로의 회로도이다.
도 3 은 종래의 전지 전압 검출 회로의 회로도이다.
이하, 본 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
실시예
＜제 1 실시형태＞
도 1 은 제 1 실시형태의 전지 전압 검출 회로의 회로도이다. 본 실시형태의 전지 전압 검출 회로는, 전지열 (100) 과 전지 전압 검출 회로 (200) 로 구성되어 있다. 전지열 (100) 은, 전지 (100＿1, 100＿2, 100＿3, 100＿4) 로 구성되어 있다. 전지 전압 검출 회로 (200) 는, 멀티플렉서 스위치 (210) 와, 플라잉 커패시터 (240) 와, 스위치 (280, 281) 와, 정전류 회로 (290, 291) 와, 앰프 (250) 와, 콤퍼레이터 (260) 와, 기준 전압 회로 (270) 와, 제어 회로 (220) 와, 저항 (271) 과, VDD 단자와, VSS 단자로 구성되어 있다. 멀티플렉서 스위치 (210) 는, 스위치 210＿1 과, 210＿2 와, 210＿3 과, 210＿4 와, 210＿5 와, 210＿6 과, 210＿7 과, 210＿8 로 구성되어 있다. 플라잉 커패시터 (240) 의 일단을 노드 (A), 타단을 노드 (B) 로 한다.
전지 (100＿1) 의 정극 (正極) 은 VDD 단자 및 스위치 (210＿1) 의 일방의 단자에 접속되고, 부극 (負極) 은 전지 (100＿2) 의 정극 및 스위치 (210＿2) 와 스위치 (210＿3) 의 일방의 단자에 접속된다. 스위치 (210＿1) 와 스위치 (210＿2) 의 다른 일방의 단자는 노드 (A) 에 접속되고, 스위치 (210＿3) 의 다른 일방의 단자는 노드 (B) 에 접속된다. 전지 (100＿3) 의 정극은 전지 (100＿2) 의 부극 및 스위치 (210＿4) 와 스위치 (210＿5) 의 일방의 단자에 접속되고, 부극은 전지 (100＿4) 의 정극 및 스위치 (210＿6) 와 스위치 (210＿7) 의 일방의 단자에 접속된다. 스위치 (210＿4) 와 스위치 (210＿6) 의 다른 일방의 단자는 노드 (A) 에 접속되고, 스위치 (210＿5) 와 스위치 (210＿7) 의 다른 일방의 단자는 노드 (B) 에 접속된다.
스위치 (210＿8) 의 일방의 단자는 VSS 단자 및 전지 (100＿4) 의 부극에 접속되고, 다른 일방의 단자는 노드 (B) 에 접속된다. 스위치 (280) 의 일방의 단자는 정전류 회로 (290) 에 접속되고, 다른 일방의 단자는 노드 (A) 에 접속된다. 정전류 회로 (290) 의 다른 일방의 단자는 VDD 단자에 접속된다. 스위치 (281) 의 일방의 단자는 정전류 회로 (291) 에 접속되고, 다른 일방의 단자는 노드 (B) 에 접속된다. 정전류 회로 (291) 의 다른 일방의 단자는 VDD 단자에 접속된다. 앰프 (250) 는, 반전 입력 단자는 저항 (271) 의 일방의 단자에 접속되고, 비반전 입력 단자는 노드 (B) 에 접속되고, 출력은 저항 (271) 의 다른 일방의 단자와 콤퍼레이터 (260) 의 반전 입력 단자에 접속된다. 콤퍼레이터 (260) 의 비반전 입력 단자는 기준 전압 회로 (270) 의 부극에 접속되고, 기준 전압 회로 (270) 의 정극은 VDD 단자에 접속된다. 앰프 (250) 와 콤퍼레이터 (260) 와 기준 전압 회로 (270) 과 저항 (271) 은, 전압 검지 수단을 구성한다. 스위치 (280, 281), 및 멀티플렉서 스위치 (210) 는 제어 회로 (220) 에 의해 온 오프가 제어된다. 노드 (B) 에는 기생 용량 (230) 이 존재하고 있다.
동작에 대해 설명한다. 플라잉 커패시터 (240) 는 전지열 (100) 중의 어느 전지와 병렬이 되도록 제어 회로 (220) 의 신호로 제어된다. 제어 회로 (220) 의 신호에 의해, 스위치 (210＿1) 와 스위치 (210＿3) 가 온, 다른 스위치가 오프되고 전지 (100＿1) 와 플라잉 커패시터 (240) 가 접속된다. 플라잉 커패시터 (240) 는 전지 (100＿1) 와 동일한 전압 (V0) 까지 충전되고, 그 후, 제어 회로 (220) 의 신호에 의해, 스위치 (210＿1) 와 스위치 (210＿3) 가 오프로 되고 전지 (100＿1) 와 플라잉 커패시터 (240) 는 단절된다.
다음으로 제어 회로 (220) 의 신호에 의해 스위치 (280) 가 온되면, 노드 (A) 는 정전류 회로 (290) 에 의해 풀업되고, VDD 단자의 전압 (VDD) 이 된다. 노드 (B) 의 전압은 VDD-V0 이 되고, 앰프 (250) 의 비반전 입력 단자에 VDD-V0 의 전압이 인가된다. 앰프 (250) 의 출력에는 VDD-V0 의 전압이 출력되기 때문에, 콤퍼레이터 (260) 에서 기준 전압 회로 (270) 의 전압 (비교 전압) 과 VDD-V0 의 전압을 비교함으로써 플라잉 커패시터 (240) 의 전압이 비교 전압보다 높은지 낮은지를 검출할 수 있다. 즉, 전지 (100＿1) 의 전압과 비교 전압을 비교하여 높은지 낮은지를 검출할 수 있다. 여기까지의 동작을 다른 전지에도 실시함으로써 모든 전지의 전압을 감시할 수 있다.
노드 (B) 에 기생 용량 (230) 이 존재하는 경우에 대해 생각한다. 전지열 (100) 의 전지는 모두 V0 인 것으로 하고, 플라잉 커패시터 (240) 를 최하단의 전지 (100＿4) 에 접속시킨다. 이 때, 노드 (B) 의 전압은 VSS 이고 기생 용량 (230) 의 전압은 0 V 가 된다. 멀티플렉서 스위치 (210) 의 모든 스위치를 오프하여 플라잉 커패시터 (240) 를 오픈으로 한 후, 스위치 (280) 를 온하면, 노드 (A) 는 정전류 회로 (290) 에 의해 풀업된다. 기생 용량 (230) 은 정전류 회로 (290) 에 의해 충전되고, 이 충전 전류는 플라잉 커패시터 (240) 를 경유하여 흐르기 때문에, 플라잉 커패시터 (240) 의 유지 전압은 V0 보다 높아진다. 최종적으로 노드 (A) 의 전압이 VDD 와 동등해졌을 때의 플라잉 커패시터 (240) 의 전압은 다음의 식과 같이 된다.
V0 ＋ Cx/(C ＋ Cx) × 3V0
여기서, C 는 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치, Cx 는 기생 용량 (230) 의 용량치를 나타낸다. 플라잉 커패시터 (240) 의 전압의 어긋남폭은 제 2 항의 Cx/(C ＋ Cx) × 3V0 이 된다. 여기서 Cx/(C ＋ Cx) 는 플라잉 커패시터 (240) 와 기생 용량 (230) 의 용량비이고, 3V0 는 노드 (A) 가 최하단의 전지 (100) 에 접속되어 있는 상태로부터 VDD 로 풀업될 때까지의 전압 이동폭을 나타낸다.
따라서 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치와 비교하여 기생 용량 (230) 의 용량치가 클수록 어긋남량은 크고, 또 전압을 감시하는 전지가 기준 전위로부터 멀수록 어긋남량은 커지는 것을 알 수 있다.
전지 전압 감시 회로가 IC 상에 집적되어 있는 경우를 상정하고, 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치로서 10 pF, 기생 용량 (230) 의 용량치로서 100 fF 로 가정한다. 전지 전압은 모두 4.0 V 이고, 도 1 과 같이 4 직렬로 접속되어 있는 것으로 한다. 이 때의 최하단의 전지 전압을 검지할 때에 발생하는 어긋남량은,
100 fF/(100 pF ＋ 100 fF) × 3 × 4.0 ＝ 12 ㎷
가 된다. 일반적인 리튬 전지의 과충전 검출 전압에는 ± 20 ㎷ 정도의 정밀도가 요구되기 때문에, 상기의 어긋남량은 전지 전압 검출 회로의 정밀도 성능에 현저한 악영향을 미친다.
기생 용량 (230) 의 영향을 저감시키기 위하여, 멀티플렉서 스위치 (210) 의 모든 스위치를 오프하고 플라잉 커패시터 (240) 를 오픈으로 한 후, 스위치 (280, 281) 을 동시에 온한다. 이렇게 함으로써 정전류 회로 (290) 뿐만 아니라 정전류 회로 (291) 도 기생 용량 (230) 의 충전에 기여할 수 있다. 노드 (A) 의 전위가 VDD 가 되면, 제어 회로 (220) 에 의해, 스위치 (281) 는 오프되도록 제어된다. 그러면 정전류 회로 (291) 는 플라잉 커패시터 (240) 를 충전하지 않기 때문에, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압 편차를 일으키지 않는다.
노드 (A) 가 VDD 에 도달하기까지, 정전류 회로 (290) 가 아니라, 정전류 회로 (291) 가 기생 용량 (230) 을 충전하는 비율이 클수록, 플라잉 커패시터 (240) 에 발생하는 어긋남은 작아진다. 따라서, 전압 검출 정밀도를 높이기 위해서는 정전류 회로 (290) 보다 정전류 회로 (291) 의 전류량이 큰 편이 바람직하다. 정전류 회로 (290, 291) 의 전류치가 동일한 경우, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압의 어긋남폭은 Cx/(2C ＋ Cx) × 3V0 이 되어, 등가적으로 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치를 크게 하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압을 검출하기 위하여 앰프 (250) 를 사용하여 설명했지만, 앰프에 구애되지 않고, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압을 검출할 수 있는 구성이면 어떠한 구성이어도 된다.
또, 플라잉 커패시터 (240) 를 풀업하고, 기생 용량 (230) 을 충전하기 위해서 정전류 회로 (290, 291) 를 사용하여 설명했는데, 정전류 회로에 구애되지 않고, 저항이나, VDD 에 직접 접속시키는 등, 플라잉 커패시터 (240) 를 풀업하고, 기생 용량 (230) 을 충전할 수 있는 구성이면 어떠한 것이어도 된다.
이상에 의해, 제 1 실시형태의 전지 전압 검출 회로는 정전류 회로 (291) 를 사용하여 기생 용량 (230) 을 충전함으로써 전압 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 플라잉 커패시터 (240) 를 크게 하지 않고 실현할 수 있기 때문에, 레이아웃 면적을 작게 할 수도 있다.
＜제 2 실시형태＞
도 2 는 제 2 실시형태의 전지 전압 검출 회로의 회로도이다. 도 1 과의 차이는 스위치 (300) 를 추가한 점이다. 접속에 관해서는, 스위치 (300) 는, 일방의 단자는 스위치 (281) 와 플라잉 커패시터 (240) 의 접속점에 접속되고, 다른 일방은 앰프 (250) 의 비반전 입력 단자에 접속되고, 제어 회로 (220) 에 의해 온 오프가 제어된다.
동작에 대해 설명한다. 플라잉 커패시터 (240) 는 전지열 (100) 중의 어느 전지와 병렬이 되도록 제어 회로 (220) 의 신호로 제어된다. 제어 회로 (220) 의 신호에 의해, 스위치 (210＿1) 와 스위치 (210＿3) 가 온, 다른 스위치가 오프되고 전지 (100＿1) 와 플라잉 커패시터 (240) 가 접속된다. 플라잉 커패시터 (240) 는 전지 (100＿1) 와 동일한 전압 (V0) 까지 충전되고, 그 후, 제어 회로 (220) 의 신호에 의해, 스위치 (210＿1) 와 스위치 (210＿3) 가 오프로 되고 전지 (100＿1) 와 플라잉 커패시터 (240) 는 단절된다.
다음으로, 제어 회로 (220) 의 신호에 의해 스위치 (280) 가 온되면, 노드 (A) 는 정전류 회로 (290) 에 의해 풀업되고, VDD 단자의 전압 (VDD) 이 된다. 노드 (B) 의 전압은 VDD-V0 이 되고, 제어 회로 (220) 의 신호에 의해 스위치 (300) 를 온시키면, 앰프 (250) 의 비반전 입력 단자에 VDD-V0 의 전압이 인가된다. 앰프 (250) 의 출력에는 VDD-V0 의 전압이 출력되기 때문에 콤퍼레이터 (260) 에서 기준 전압 회로 (270) 의 전압 (비교 전압) 과 VDD-V0 의 전압을 비교함으로써 플라잉 커패시터 (240) 의 전압이 비교 전압보다 높은지 낮은지를 검출할 수 있다. 즉, 전지 (100＿1) 의 전압과 비교 전압을 비교하여 높은지 낮은지를 검출할 수 있다. 여기까지의 동작을 다른 전지에도 실시함으로써 모든 전지의 전압을 감시할 수 있다.
노드 (B) 에 기생 용량 (230) 이 존재하는 경우에 대해 생각한다. 전지열 (100) 의 전지는 모두 V0 인 것으로 하고, 플라잉 커패시터 (240) 를 최하단의 전지 (100＿4) 에 접속시킨다. 이 때, 노드 (B) 의 전압은 VSS 이고 기생 용량 (230) 의 전압은 0 V 가 된다. 멀티플렉서 스위치 (210) 의 모든 스위치를 오프하여 플라잉 커패시터 (240) 를 오픈으로 한 후, 스위치 (280) 를 온하면, 노드 (A) 는 정전류 회로 (290) 에 의해 풀업된다. 기생 용량 (230) 은 정전류 회로 (290) 에 의해 충전되고, 이 충전 전류는 플라잉 커패시터 (240) 를 경유하여 흐르기 때문에, 플라잉 커패시터 (240) 의 유지 전압은 V0 보다 높아진다. 최종적으로 노드 (A) 의 전압이 VDD 와 동등해졌을 때의 플라잉 커패시터 (240) 의 전압은 다음의 식과 같이 된다.
V0 ＋ Cx/(C ＋ Cx) × 3V0
여기서, C 는 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치, Cx 는 기생 용량 (230) 의 용량치를 나타낸다. 플라잉 커패시터 (240) 의 전압의 어긋남폭은 제 2 항의 Cx/(C ＋ Cx) × 3V0 이 된다. 여기서 Cx/(C ＋ Cx) 는 플라잉 커패시터 (240) 와 기생 용량 (230) 의 용량비이고, 3V0 은 노드 (A) 가 최하단의 전지 (100) 에 접속되어 있는 상태로부터 VDD 로 풀업될 때까지의 전압 이동폭을 나타낸다.
따라서 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치와 비교하여 기생 용량 (230) 의 용량치가 클수록 어긋남량은 크고, 또 전압을 감시하는 전지가 기준 전위로부터 멀수록 어긋남량은 커지는 것을 알 수 있다.
전지 전압 감시 회로가 IC 상에 집적되어 있는 경우를 상정하고, 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치로서 10 pF, 기생 용량 (230) 의 용량치로서 100 fF 로 가정한다. 전지 전압은 모두 4.0 V 이고, 도 1 과 같이 4 직렬로 접속되어 있는 것으로 한다. 이 때의 최하단의 전지 전압을 검지할 때에 발생하는 어긋남량은,
100 fF/(100 pF ＋ 100 fF) × 3 × 4.0 ＝ 12 ㎷
가 된다. 일반적인 리튬 전지의 과충전 검출 전압에는± 20 ㎷ 정도의 정밀도가 요구되기 때문에, 상기의 어긋남량은 전지 전압 검출 회로의 정밀도 성능에 현저한 악영향을 미친다.
기생 용량 (230) 의 영향을 저감시키기 위하여, 멀티플렉서 스위치 (210) 의 모든 스위치와 스위치 (300) 를 오프하고 플라잉 커패시터 (240) 를 오픈으로 한 후, 스위치 (280, 281) 를 동시에 온한다. 이렇게 함으로써 정전류 회로 (290) 뿐만 아니라 정전류 회로 (291) 도 사용하여 기생 용량 (230) 을 충전할 수 있다. 정전류 회로 (291) 는 플라잉 커패시터 (240) 를 충전하지 않기 때문에, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압 편차를 일으키지 않는다. 또, 제어 회로 (220) 에 의해, 스위치 (281) 는 노드 (A) 가 VDD 에 도달했을 때, 또는 도달하기 전에 오프된다.
노드 (A) 가 VDD 에 도달하기까지, 정전류 회로 (290) 가 아니라, 정전류 회로 (291) 가 기생 용량 (230) 을 충전하는 비율이 클수록, 플라잉 커패시터 (240) 에 발생하는 어긋남은 작아진다. 따라서, 전압 검출 정밀도를 높이기 위해서는 정전류 회로 (290) 보다 정전류 회로 (291) 의 전류량이 큰 편이 바람직하다. 정전류 회로 (290, 291) 의 전류치가 동일한 경우, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압의 어긋남폭은 Cx/(2C ＋ Cx) × 3V0 가 되어, 등가적으로 플라잉 커패시터 (240) 의 용량치를 크게 하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
플라잉 커패시터 (240) 를 풀업 중, 스위치 (300) 를 오프함으로써 스위치 (281) 에서부터 앰프 (250) 의 입력 단자까지에 존재하는 기생 용량이나 앰프 (250) 의 입력 트랜지스터의 게이트 용량의 영향을 제거할 수 있다. 이 때문에, 스위치 (300) 를 사용함으로써 기생 용량 (230) 의 영향이 저감되어, 전압 검출 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압을 검출하기 위해서 앰프 (250) 를 사용하여 설명했는데, 앰프에 구애되지 않고, 플라잉 커패시터 (240) 의 전압을 검출할 수 있는 구성이면 어떠한 구성이어도 된다.
또, 플라잉 커패시터 (240) 를 풀업하고, 기생 용량 (230) 을 충전하기 위해서 정전류 회로 (290, 291) 를 사용하여 설명했는데, 정전류 회로에 구애되지 않고, VDD 에 직접 혹은 저항을 개재하여 접속시키는 등 플라잉 커패시터 (240) 를 풀업하고, 기생 용량 (230) 을 충전할 수 있는 구성이면 어떠한 것이어도 된다.
이상에 의해, 본 실시형태의 전지 전압 검출 회로는 정전류 회로 (291) 를 사용하여 기생 용량 (230) 을 충전함으로써 전압 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 플라잉 커패시터 (240) 를 크게 하지 않고 실현할 수 있기 때문에, 레이아웃 면적을 작게 할 수도 있다. 추가로, 앰프나 그 밖의 기생 용량이나 게이트 용량의 영향을 제거할 수 있고, 또한 전압 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
11 : 전지 전원 장치
11a : 전지
21, 22, 23, 24 : 스위치
28, 29 : 플라잉 커패시터
25 : 앰프
26 : A/D 변환기
30 : 제어 장치
21a, 21b, 23a, 23b, 24a, 24b : 상시 개방 접점
100 : 전지열
100＿1 ∼ 100＿4 : 전지
200 : 전지 전압 검출 회로
210 : 멀티플렉서 스위치
210＿1 ∼ 210＿8, 280, 281, 300 : 스위치
220 : 제어 회로
230 : 기생 용량
240 : 플라잉 커패시터
250 : 앰프
260 : 콤퍼레이터
270 : 기준 전압 회로
290, 291 : 정전류 회로

Claims (3)

  1. 직렬로 접속된 복수의 전지의 전압을 감시하기 위한 전지 전압 검출 회로로서,
    플라잉 커패시터와,
    상기 플라잉 커패시터를 상기 복수의 전지에 순차 접속시키는 멀티플렉서 스위치와,
    상기 플라잉 커패시터의 전압을 검지하는 전압 검지 수단과,
    상기 플라잉 커패시터의 일방의 단자에 접속되는 제 1 기준 전위 접속 수단과,
    상기 플라잉 커패시터의 타방의 단자에 접속되는 제 2 기준 전위 접속 수단과,
    상기 멀티플렉서 스위치와 상기 제 1 기준 전위 접속 수단과 상기 제 2 기준 전위 접속 수단을 제어하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 멀티플렉서 스위치를 오프로 한 후, 상기 제 1 기준 전위 접속 수단과 상기 제 2 기준 전위 접속 수단을 온하고,
    상기 제 1 기준 전위 접속 수단이 접속된 상기 플라잉 커패시터의 단자 전위가 기준 전위와 동일 전위가 되면, 상기 제 2 기준 전위 접속 수단을 오프하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전지 전압 검출 회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라잉 커패시터와 상기 전압 검지 수단 사이에, 상기 제어 회로로 제어되는 제 1 스위치를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 전지 전압 검출 회로.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014226970A1 (de) 2014-11-28 2016-06-02 Sms Group Gmbh Oberflächentexturierung von Umformungswerkzeugen
US9859358B2 (en) * 2015-05-26 2018-01-02 Altera Corporation On-die capacitor (ODC) structure
US10333182B2 (en) * 2016-07-26 2019-06-25 GM Global Technology Operations LLC Estimation of cell voltage excursion in the presence of battery pack sensing faults
US10605869B2 (en) * 2017-11-17 2020-03-31 Sanken Electric Co., Ltd. Battery voltage detector
KR102256602B1 (ko) 2017-12-14 2021-05-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전압 측정 장치 및 방법
CN109633244A (zh) * 2019-01-29 2019-04-16 苏州工业职业技术学院 一种自复位电流表
US10921378B2 (en) * 2019-02-25 2021-02-16 Ford Global Technologies, Llc System for measuring voltage differences between battery cells and for obtaining battery cell voltages using the voltage differences

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006053120A (ja) * 2004-07-12 2006-02-23 Denso Corp 組電池電圧検出装置
US20100134132A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-03 Analog Devices, Inc. Monitoring circuit having a self test function

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001178008A (ja) * 1999-12-20 2001-06-29 Nec Corp セルバランス調整回路、セル電圧異常検出回路、セルバランス調整方法およびセル電圧異常検出方法
JP4472820B2 (ja) 2000-01-18 2010-06-02 パナソニック株式会社 電池の電圧検出装置および検出方法
JP2001201522A (ja) * 2000-01-19 2001-07-27 Hitachi Ltd 多セル直列電池のセル電圧検出回路及びそれを用いた電池パック
JP4401529B2 (ja) * 2000-04-10 2010-01-20 パナソニック株式会社 積層電圧計測装置
JP3791767B2 (ja) * 2001-03-27 2006-06-28 株式会社デンソー フライングキャパシタ式電圧検出回路
JP4304600B2 (ja) * 2004-01-19 2009-07-29 株式会社デンソー 車両用フライングキャパシタ式電池電圧検出装置
US7417405B2 (en) * 2004-10-04 2008-08-26 Black & Decker Inc. Battery monitoring arrangement having an integrated circuit with logic controller in a battery pack
JP4186916B2 (ja) * 2004-11-18 2008-11-26 株式会社デンソー 組電池管理装置
JP2007040842A (ja) * 2005-08-03 2007-02-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電圧計測装置及び電動工具
JP4606344B2 (ja) * 2006-02-15 2011-01-05 矢崎総業株式会社 電圧検出装置
US8493036B2 (en) * 2006-10-21 2013-07-23 Advanced Analogic Technologies, Inc. Controllable charge paths, and related methods
JP4820739B2 (ja) * 2006-12-07 2011-11-24 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 電池電圧検出回路
JP2010181168A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 Honda Motor Co Ltd 電池モジュール電圧検出装置
JP4769277B2 (ja) * 2007-11-26 2011-09-07 本田技研工業株式会社 電池モジュール電圧検出装置
US8188750B2 (en) * 2007-11-26 2012-05-29 Honda Motor Co., Ltd. Battery module voltage detector
JP5180016B2 (ja) * 2008-09-25 2013-04-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電圧検出回路
EP2306626A1 (en) * 2009-09-30 2011-04-06 Nxp B.V. Voltage conversion circuit
JP5152310B2 (ja) * 2010-12-03 2013-02-27 株式会社デンソー 組電池の電圧検出装置
JP6103798B2 (ja) * 2010-12-22 2017-03-29 ミツミ電機株式会社 フライングキャパシタ式電圧検出回路及び電池保護用集積回路
JP2012137422A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Primearth Ev Energy Co Ltd 電圧検出回路
EP2700958B1 (en) * 2011-04-21 2019-01-16 Renesas Electronics Corporation Switch circuit, selection circuit, and voltage measurement device
US8970162B2 (en) * 2011-07-12 2015-03-03 Texas Instruments Incorporated System and method for balancing electrical energy storage devices via differential power bus and capacitive load switched-mode power supply
JP5691950B2 (ja) * 2011-09-05 2015-04-01 株式会社デンソー 電圧監視装置
US9142868B2 (en) * 2011-11-29 2015-09-22 Seiko Instruments Inc. Charge/discharge control circuit and battery device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006053120A (ja) * 2004-07-12 2006-02-23 Denso Corp 組電池電圧検出装置
US20100134132A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-03 Analog Devices, Inc. Monitoring circuit having a self test function

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Publication number Publication date
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