KR102268295B1

KR102268295B1 - Overcurrent protection device for charging-discharging of battery

Info

Publication number: KR102268295B1
Application number: KR1020190139718A
Authority: KR
Inventors: 조장환; 박민식
Original assignee: (주)바롬코리아
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2021-06-23
Also published as: KR20210053730A

Abstract

배터리 충전기로부터 충전용 제1 스위칭 소자로 연결되어 제2 감지다이오드를 거쳐서 상기 배터리를 충전하고, 상기 배터리로부터 방전용 제2 스위칭 소자로 연결되어 제1 감지다이오드를 거쳐서 부하 또는 인버터에 전력을 공급하는 충방전 회로; 및 상기 제1 감지다이오드 및 제2 감지다이오드의 순방향 전압 변화에 의한 과전류를 감지하여 상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 제어하여 전력을 차단하는 충전전류 감지회로 및 방전전류 감지회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충방전 과전류 보호장치.It is connected from the battery charger to the first switching element for charging to charge the battery through a second sensing diode, and is connected from the battery to the second switching element for discharging to supply power to a load or an inverter through the first sensing diode. charge/discharge circuit; and a charging current sensing circuit and a discharging current sensing circuit configured to detect an overcurrent caused by a change in forward voltage of the first sensing diode and the second sensing diode to control the first and second switching elements to cut off power. Battery charging/discharging overcurrent protection device, characterized in that.

Description

Overcurrent protection device for charging-discharging of battery

본 발명은 배터리 충방전 과전류 보호장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging/discharging overcurrent protection device.

최근에 배터리를 전력 공급원으로 사용하는 전자장치의 사용이 늘어남에 따라, 배터리의 과전류를 보호하는 기술에 대한 관심이 커지고 있다.Recently, as the use of electronic devices using a battery as a power source increases, interest in a technology for protecting an overcurrent of a battery is increasing.

국내 공개특허공보 KR 2019-0010015 A1호(배터리 과전류 감지 장치 및 방법)에는 보호 칩에 인가되는 충방전 전압을 측정하고, 이를 기반으로 하여 과전류 여부를 판단하여 과전류가 흐를 경우, 충방전을 차단하는 장치가 소개된 바 있다.In Korea Patent Publication No. KR 2019-0010015 A1 (Battery Overcurrent Detection Device and Method), the charging/discharging voltage applied to the protection chip is measured, and based on this, it is determined whether there is an overcurrent, and when the overcurrent flows, charging/discharging is blocked. The device has been introduced.

종래 특허 기술에서는 보호 칩에 인가되는 충방전 전압을 측정할 때, 배터리의 (+)출력 단과 상기 보호 칩 사이의 기판에 형성된 패턴으로 인해 발생하는 제1 패턴 저항과 배터리의 (-)출력 단과 상기 보호칩 사이의 기판에 형성된 패턴으로 인해 발생하는 제2 패턴 저항을 포함하여 전압을 측정하는 구성이 기재되어 있다.In the prior art, when measuring the charge/discharge voltage applied to the protection chip, the first pattern resistance generated by the pattern formed on the substrate between the (+) output terminal of the battery and the protection chip and the (-) output terminal of the battery and the A configuration for measuring a voltage including a second pattern resistance generated due to a pattern formed on a substrate between the protection chips is described.

그러나 보호 칩 내부에 형성되는 기생 성분 저항보다 상기 제1,2 패턴 저항이 커짐에 따라, 실제로 보호 칩에 인가되는 전압보다 제1,2 패턴 저항에 인가되는 전압이 커지게 되어 과전류 판단에 오류가 발생할 수 있는 문제점이 제기되었다.However, as the first and second pattern resistances become larger than the parasitic component resistances formed inside the protection chip, the voltage applied to the first and second pattern resistors becomes larger than the voltage actually applied to the protection chip, resulting in an error in overcurrent determination. Problems that may arise have been raised.

또한, 등록특허공보 KR 10-0949763 B1 호에서 종래기술로 배터리에서 방전회로에 흐르는 고압 직류의 검지를 위해서 전류센서를 사용하거나 출력단과 직렬로 연결된 션트저항(Shunt Resistance)을 사용하여 과전류가 흐르면 회로의 보호를 위하여 IGBT 스위칭 소자를 OFF 하는 등의 동작이 수행되도록 하는 기술이 소개된 바 있다.In addition, according to the prior art in Korean Patent Publication No. KR 10-0949763 B1, a current sensor is used to detect a high-voltage direct current flowing from a battery to a discharge circuit, or a shunt resistance connected in series with an output terminal is used to detect an overcurrent circuit. In order to protect the IGBT, a technique has been introduced that enables an operation such as turning off the IGBT switching element.

상기 IGBT 스위칭 소자에 흐르는 출력전류를 검출하기 위해서 전류센서를 사용하게 되는데, 이는 전동차의 제어장치에 흐르는 고압, 고전류를 견딜 수 있도록 부피와 중량이 큰 고가의 전류센서가 필요하게 되며, 이로 인해 상기 제어장치 전체의 부피와 중량이 커지고 비용도 많이 소요될 수 있다.A current sensor is used to detect the output current flowing through the IGBT switching element, which requires an expensive current sensor with a large volume and weight to withstand the high pressure and high current flowing through the control device of the train. The overall volume and weight of the control device may increase and cost may be high.

또한, 저항값이 낮고 주로 정밀한 전류를 측정하는 전류계측기에 많이 사용되는 션트저항을 사용하여 IGBT에 흐르는 전류를 검출하는 방식이 사용하는 방법은 ON/OFF 스위칭에 의한 노이즈의 영향을 많이 받게 되며, 또한, 션트저항에 의한 에너지 손실 및 발열이 발생되며, 제어장치에 흐르는 고압, 고전류를 견딜 수 있도록 충분히 큰 션트저항이 필요로 하게 된다.In addition, the method used to detect the current flowing in the IGBT using a shunt resistor, which has a low resistance value and is mainly used in current measuring instruments that measure accurate current, is greatly affected by noise caused by ON/OFF switching. In addition, energy loss and heat generation are generated by the shunt resistor, and a sufficiently large shunt resistor is required to withstand the high pressure and high current flowing through the control device.

또한, 위 등록특허기술에는 배터리 방전회로 장치에서 IGBT의 에미터에서 측정되는 고압 직류의 크기에 비례하여 증가하는 IGBT의 컬렉터와 에미터 사이의 포화전압을 측정하여 상기 CPU가 상기 IGBT를 ON/OFF 하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 IGBT 과전류 보호회로를 제공하는 기술이 소개된 바 있다.In addition, in the above registered patent technology, the CPU turns ON/OFF the IGBT by measuring the saturation voltage between the collector and the emitter of the IGBT, which increases in proportion to the magnitude of the high-voltage DC measured at the emitter of the IGBT in the battery discharge circuit device. A technology for providing an IGBT overcurrent protection circuit, characterized in that it generates a signal to

그러나 IG BT의 포화전압의 경우, 온도에 따른 변화가 커서 온도 변화가 큰 장치에서는 신뢰성이 떨어질 수 있다.However, in the case of the saturation voltage of the IGBT, the change according to the temperature is large, so reliability may be reduced in a device with a large temperature change.

대한민국 공개특허공보 KR 2019-0010015호 A1(배터리 과전류 감지 장치 및 방법)Republic of Korea Patent Publication No. KR 2019-0010015 A1 (Battery overcurrent detection device and method) 대한민국 등록특허공보 KR 10-0949763호 B1(전동차용 절연 게이트 양극성 트랜지스터 과전류 보호회로)Korean Patent Publication No. KR 10-0949763 B1 (Insulated Gate Bipolar Transistor Overcurrent Protection Circuit for Electric Vehicles)

본 발명의 목적은 Battery와 Charger/Inverter 사이에 충방전시 흐르는 과전류로부터 충방전 시스템을 보호하기 위한 양방향성 스위치 소자를 이용한 배터리 충방전 과전류 보호장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a battery charging/discharging overcurrent protection device using a bidirectional switch element for protecting a charging/discharging system from an overcurrent flowing between a battery and a charger/inverter.

본 발명의 또 다른 목적은 최소한의 부품으로 이루어진 간단한 회로구성으로 에너지 손실이 적고 온도에 의한 전류변화가 상대적으로 적은 과전류 감지회로를 가지는 배터리 충방전 과전류 보호장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a battery charging/discharging overcurrent protection device having an overcurrent sensing circuit having a simple circuit configuration consisting of a minimum number of components and a small amount of energy loss and a relatively small change in current due to temperature.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.

본 발명의 일측면에 따르면, 배터리의 충방전 과전류 보호장치는 배터리 충전기로부터 충전용 제1 스위칭 소자로 연결되어 제2 감지다이오드를 거쳐서 상기 배터리를 충전하고, 상기 배터리로부터 방전용 제2 스위칭 소자로 연결되어 제1 감지다이오드를 거쳐서 부하 또는 인버터에 전력을 공급하는 충방전 회로; 및 상기 제1 감지다이오드 및 제2 감지다이오드의 순방향 전압 변화에 의한 과전류를 감지하여 상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 제어하여 전력을 차단하는 충전전류 감지회로 및 방전전류 감지회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the charging/discharging overcurrent protection device for a battery is connected from a battery charger to a first switching element for charging, and charges the battery through a second sensing diode, and from the battery to a second switching element for discharging. a charging/discharging circuit connected to supply power to a load or an inverter through a first sensing diode; and a charging current sensing circuit and a discharging current sensing circuit configured to detect an overcurrent caused by a change in forward voltage of the first sensing diode and the second sensing diode to control the first and second switching elements to cut off power. characterized in that

또한, 상기 충방전 회로는, 상기 제1 감지다이오드의 애노드 및 제2 감지다이오드의 애노드는 서로 공통으로 접속되어 그 접속점에 공통노드가 형성되고, 상기 제1 감지다이오드의 캐소드에는 방전전류를 감지하는 제1 노드가 형성되며, 상기 제1노드와 공통노드 사이에는 배터리의 방전전류의 감지를 위한 상기 제1 감지다이오드가 방전전류의 순방향으로 접속되고, 상기 방전전류 감지회로는 상기 제1노드와 공통노드 사이의 전압변화를 감지하여 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2 감지다이오드의 캐소드에는 충전전류를 감지하는 제2 노드가 형성되며, 상기 제2노드와 공통노드 사이에는 상기 충전전류의 감지를 위한 상기 제2 감지다이오드가 충전전류의 순방향으로 접속되고, 상기 충전전류 감지회로는 상기 제2노드와 공통노드 사이의 전압변화를 감지하여 상기 제1 스위칭 소자를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the charging/discharging circuit, the anode of the first sensing diode and the anode of the second sensing diode are commonly connected to each other to form a common node at the connection point, and the cathode of the first sensing diode senses the discharge current A first node is formed, and between the first node and the common node, the first sensing diode for sensing the discharge current of the battery is connected in the forward direction of the discharge current, and the discharge current sensing circuit is common with the first node. It is characterized in that the second switching element is controlled by sensing the voltage change between the nodes, and a second node for sensing the charging current is formed at the cathode of the second sensing diode, and between the second node and the common node The second sensing diode for sensing the charging current is connected in the forward direction of the charging current, and the charging current sensing circuit controls the first switching element by sensing the voltage change between the second node and the common node. characterized.

또한, 상기 방전전류 감지회로는, 상기 제1노드와 공통노드 사이의 전압이 저항들로 분배가 되어 제1 전압비교기의 입력신호 단자에 입력이 되고, 상기 제1전압비교기의 출력단자는 게이트 제어회로를 통하여 상기 제2 스위칭 소자의 게이트로 연결이 되는 구성을 포함하며, 상기 제2노드와 공통노드 사이의 전압이 저항들로 분배가 되어 제2 전압비교기의 입력신호 단자에 입력이 되고, 상기 제2전압비교기의 출력단자는 상기 게이트 제어회로를 통하여 상기 제1 스위칭 소자의 게이트로 연결되는 구성을 포함하되, 상기 제1 전압비교기 및 제2전압비교기의 입력신호 단자와 상기 공통노드 사이에는 과전압 방지를 위한 제너다이오드 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the discharge current sensing circuit, the voltage between the first node and the common node is divided by resistors to be input to the input signal terminal of the first voltage comparator, and the output terminal of the first voltage comparator is a gate control circuit and a configuration that is connected to the gate of the second switching element through a voltage between the second node and the common node is divided by resistors and is input to an input signal terminal of a second voltage comparator, The output terminal of the second voltage comparator includes a configuration that is connected to the gate of the first switching element through the gate control circuit, and between the input signal terminals of the first voltage comparator and the second voltage comparator and the common node, overvoltage protection is provided. It is characterized in that it further comprises a Zener diode circuit for.

또한, 상기 충방전 회로에서 배터리, 배터리충전기 및 인버터의 기준전위(GND)와 상기 방전전류 감지회로 및 충전전류 감지회로의 기준전위(GND1)는 전기적으로 절연이 유지되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the charging/discharging circuit, the reference potential (GND) of the battery, the battery charger and the inverter and the reference potential (GND1) of the discharge current sensing circuit and the charging current sensing circuit are electrically insulated.

또한, 상기 게이트 제어회로는, 입력신호 및 출력신호가 포토커플러를 통하여 입, 출력되며, 상기 입력신호 및 전원이 리셋될 때까지 그 입력값을 유지하는 Latch 회로 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the gate control circuit is characterized in that it includes a latch circuit function for inputting and outputting an input signal and an output signal through the photocoupler, and maintaining the input value until the input signal and the power supply are reset.

또한, 상기 충방전 회로는, 상기 제1 감지다이오드의 애노드 및 제2 감지다이오드의 애노드가 서로 공통으로 접속되어 그 접속점에 공통노드가 형성되고, 상기 제1 감지다이오드의 캐소드에는 제1 노드가 형성되어, 상기 제1노드와 공통노드 사이에는 배터리의 방전전류의 감지를 위한 상기 제1 감지다이오드가 방전전류의 순방향으로 접속되며, 상기 방전전류 감지회로는 상기 제1노드가 제2 기준전위(GND2)와 접속되어 상기 제1노드와 공통노드 사이의 전압이 저항들로 분배가 되어 제1 전압비교기의 +입력신호 단자에 입력이 되고, 상기 제1전압비교기의 출력단자는 게이트 제어회로를 통하여 상기 제2 스위칭 소자의 게이트로 연결되고, 상기 제1전압비교기에 상기 제2기준전위(GND2)에 의한 제2제어공급전압(VCC2)이 동작전압으로 공급되는 구성을 포함하고, 상기 제2 감지다이오드의 캐소드에는 충전전류를 감지하는 제2 노드가 형성되며, 상기 제2노드와 공통노드 사이에는 상기 충전전류의 감지를 위한 상기 제2 감지다이오드가 충전전류의 순방향으로 접속되고, 상기 충전전류 감지회로는 상기 제2노드가 제3 기준전위(GND3)와 접속되어 상기 제2노드와 공통노드 사이의 전압이 저항들로 분배가 되어 제2전압비교기의 +입력신호 단자에 입력이 되고, 상기 제2전압비교기의 출력단자는 상기 게이트 제어회로를 통하여 상기 제1 스위칭 소자의 게이트로 연결되고, 상기 제2전압비교기에 상기 제3기준전위(GND3)에 의한 제3제어공급전압(VCC3)이 동작전원으로 공급되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the charging/discharging circuit, the anode of the first sensing diode and the anode of the second sensing diode are commonly connected to each other to form a common node at the connection point, and a first node is formed at the cathode of the first sensing diode Thus, the first sensing diode for sensing the discharge current of the battery is connected between the first node and the common node in the forward direction of the discharge current, and the discharge current sensing circuit indicates that the first node is connected to the second reference potential GND2 ) and the voltage between the first node and the common node is divided by the resistors and is input to the + input signal terminal of the first voltage comparator, and the output terminal of the first voltage comparator is connected to the first voltage comparator through the gate control circuit. and a configuration in which a second control supply voltage (VCC2) by the second reference potential (GND2) is supplied as an operating voltage to the first voltage comparator connected to the gate of the second switching element, and A second node for sensing the charging current is formed on the cathode, and the second sensing diode for sensing the charging current is connected in the forward direction of the charging current between the second node and the common node, and the charging current sensing circuit comprises: The second node is connected to a third reference potential GND3 so that the voltage between the second node and the common node is divided by resistors and is input to the + input signal terminal of the second voltage comparator, and the second voltage The output terminal of the comparator is connected to the gate of the first switching element through the gate control circuit, and a third control supply voltage VCC3 by the third reference potential GND3 is supplied to the second voltage comparator as an operating power. It is characterized in that it includes a configuration that becomes.

또한, 상기 충방전 과전류 보호장치의 제어공급전압 회로는, 기준전위(GND)에 대한 전원용 제어공급전압과 상기 제2기준전위(GND2) 및 제3기준전위(GND3)에 대한 제2, 3 제어공급전압은 각각 절연이 유지되어 공급이 되는 것을 특징으로 한다. In addition, the control supply voltage circuit of the charging/discharging overcurrent protection device includes a control supply voltage for power supply to the reference potential GND, and second and third controls for the second reference potential GND2 and the third reference potential GND3. It is characterized in that the supply voltage is supplied by maintaining insulation, respectively.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전류센서나 션트저항 등의 별도의 전류센싱 소자 없이 간단한 회로구성으로 고압, 고전류의 과전류를 감지하여 충방전 회로를 차단할 수 있어서, 에너지 손실이 적고 온도에 의한 변화가 상대적으로 적은 과전류 감지회로를 가지는 배터리 충방전 과전류 보호장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to block the charging/discharging circuit by detecting overcurrent of high voltage and high current with a simple circuit configuration without a separate current sensing element such as a current sensor or a shunt resistor, so energy loss is small and changes due to temperature It is possible to provide a battery charging/discharging overcurrent protection device having a relatively small overcurrent detection circuit.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, IGBT 혹은 FET로 구성되는 양방향 스위치에서 별도의 전류센싱 소자 없이 과전류의 크기를 감지하여 과전류 발생시 시스템을 보호하기 위한 제어 신호를 발생하여 회로를 차단하는 양방향 스위치를 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a bidirectional switch consisting of an IGBT or FET detects the magnitude of an overcurrent without a separate current sensing element and generates a control signal to protect the system when an overcurrent occurs to control the bidirectional switch to block the circuit can do.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 과전류 보호장치에서 충전모드에서의 전류흐름을 도시한 것이다
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 과전류 보호장치에서 인버터 모드에서의 전류흐름을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 게이트 제어회로의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 제어공급전압 회로의 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 회로도에서 충전모드(charger mode)의 전류 흐름을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 회로도에서 인버터모드의 전류 흐름을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 제어전압공급회로의 일 예를 도시한 것이다.
도 9는 정격전류 600A인 IGBT에서 온도/전류에 따른 IGBT Channel (Vce)전압의 변화를 도시한 것이다.
도 10은 정격전류 300A일 때 IGBT에서 온도/전류에 따른 IGBT Channel (Vce)전압의 변화를 도시한 것이다.
도 11은 정격전류 600A인 다이오드의 온도/전류에 따른 다이오드의 순방향전압(Vf)의 변화를 도시한 것이다.
도 12는 정격전류 300A일 때 다이오드에서의 온도/전류에 따른 다이오드의 순방향전압(Vf)의 변화를 도시한 것이다.1 is a circuit diagram of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a current flow in a charging mode in the charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a current flow in an inverter mode in the charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an example of a gate control circuit of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an example of a control supply voltage circuit of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a current flow in a charger mode in a circuit diagram of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to a second embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a current flow in an inverter mode in a circuit diagram of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to a second embodiment of the present invention.
8 illustrates an example of a control voltage supply circuit of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to a second embodiment of the present invention.
9 shows the change in IGBT channel (Vce) voltage according to temperature/current in an IGBT having a rated current of 600A.
10 shows the change in IGBT channel (Vce) voltage according to temperature/current in the IGBT when the rated current is 300A.
11 shows the change in the forward voltage (Vf) of the diode according to the temperature/current of the diode having a rated current of 600A.
12 shows the change in the forward voltage (Vf) of the diode according to the temperature/current in the diode when the rated current is 300A.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present application, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, throughout the specification, the term "on" means to be positioned above or below the target part, and does not necessarily mean to be positioned on the upper side with respect to the direction of gravity.

이하 본 발명의 구현에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치에 대하여 실시 예를 통하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail through examples.

본 발명의 일 실시 예에 다른 충방전 과전류 보호장치는 Battery와 Charger 혹은 Inverter 사이에 과충전/과방전을 방지하거나 이상 발생 시 시스템을 보호하기 위한 차단 장치가 포함된다.A charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention includes a blocking device for preventing overcharging/overdischarging between a battery and a charger or an inverter or protecting a system when an abnormality occurs.

본 발명에서 Battery는 충/방전하여 사용하는 2차전지를 의미한다.In the present invention, a battery means a secondary battery used by charging/discharging.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치는 배터리 충전기(charge)로부터 충전용 제1 스위칭 소자(Z1)로 연결되어 제2 감지다이오드(D2)를 거쳐서 배터리를 충전하고, 배터리로부터 방전용 제2 스위칭 소자(Z2)로 연결되어 제1 감지다이오드(D1)를 거쳐서 인버터 또는 부하에 전력을 공급하는 충방전 회로 및 상기 제1 감지다이오드(D1) 및 제2 감지다이오드(D2)의 순방향 전압 변화에 의한 과전류를 감지하여 상기 제1 스위칭 소자(Z1) 및 제2 스위칭 소자(Z2)를 제어하여 전력을 차단하는 충전전류 감지회로 및 방전전류 감지회로를 포함한다.The battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention is connected to the first switching element Z1 for charging from the battery charger and charges the battery through the second sensing diode D2, and discharges the battery from the battery. A charge/discharge circuit connected to the dedicated second switching element Z2 to supply power to an inverter or a load through the first detection diode D1, and the forward direction of the first detection diode D1 and the second detection diode D2 and a charging current sensing circuit and a discharging current sensing circuit for detecting an overcurrent due to a voltage change and controlling the first and second switching elements Z1 and Z2 to cut off power.

상기 제1 감지다이오드(D1)의 애노드 및 제2 감지다이오드(D2)의 애노드는 서로 공통으로 접속되고 그 접속점에 공통노드(nd0)가 형성되며, 제1 감지다이오드(D1)의 캐소드에는 방전전류를 감지하는 제1 노드(nd1)가 형성되고, 제2 감지다이오드(D2)의 캐소드에는 충전전류를 감지하는 제2 노드(nd2)가 형성된다.The anode of the first sensing diode D1 and the anode of the second sensing diode D2 are commonly connected to each other and a common node nd0 is formed at the connection point, and a discharge current is provided at the cathode of the first sensing diode D1. A first node nd1 for sensing is formed, and a second node nd2 for sensing a charging current is formed at the cathode of the second sensing diode D2.

즉, 상기 제1노드(Nd1)와 공통노드(Nd0) 사이에는 배터리의 방전전류의 감지를 위한 제1 감지다이오드(D1)가 방전전류의 순방향으로 접속되고, 상기 제2노드(Nd2)와 공통노드(Nd0) 사이에는 배터리의 충전전류의 감지를 위한 제2 감지다이오드(D2)가 충전전류의 순방향으로 접속된다.That is, between the first node Nd1 and the common node Nd0, a first sensing diode D1 for sensing the discharge current of the battery is connected in the forward direction of the discharge current, and is common to the second node Nd2. A second sensing diode D2 for sensing the charging current of the battery is connected between the nodes Nd0 in the forward direction of the charging current.

상기 방전전류 감지회로는 상기 제1노드(Nd1)와 공통노드(nd0) 사이의 전압변화를 감지하여 상기 제2 스위칭 소자(Z2)를 제어하고, 상기 충전전류 감지회로는 상기 제2노드(Nd2)와 공통노드(nd0) 사이의 전압변화를 감지하여 상기 제1 스위칭 소자(Z1)를 제어하는 것을 특징으로 한다.The discharging current sensing circuit controls the second switching element Z2 by sensing a voltage change between the first node Nd1 and the common node nd0, and the charging current sensing circuit is the second node Nd2 ) and the common node (nd0) by sensing a voltage change to control the first switching element (Z1).

또는 본 발명의 바람직한 실시 예에서 회로구성의 단순화를 따른 제1 스위칭 소자(Z1) 및 제2 스위칭 소자(Z2)는 동일한 off 게이트 신호에 의해 동시에 같이 OFF 작동이 되도록 구성될 수 있다. 이 경우 제1 스위칭 소자(Z1) 및 제2 스위칭 소자(Z2)를 별도로 각각 제어하지 않을 수 있다.Alternatively, according to the simplified circuit configuration in a preferred embodiment of the present invention, the first switching element Z1 and the second switching element Z2 may be configured to simultaneously turn OFF by the same off gate signal. In this case, the first switching element Z1 and the second switching element Z2 may not be separately controlled.

도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 충방전 회로는, 배터리 충전기(charger)의 제1단자와 제1 스위칭 소자(Z1)의 입력단자(in1)가 연결되어 제1노드(nd1)에 접속되고, 배터리의 제1단자(+ 단자)와 제2 스위칭 소자(Z2)의 입력단자(in2)가 연결되어 상기 제2노드(nd2)에 접속된다. 제1 스위칭 소자(Z1)의 출력단자(out1)와 제2 스위칭 소자(Z2)의 출력단자(out2)는 공통노드(nd0)에 접속되고, 배터리의 제2단자(-단자)는 충전기 및 인버터(charger or inverter)의 제2단자(-단자)와 연결되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 한다.1, the charging/discharging circuit of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention includes a first terminal of a battery charger and an input terminal of the first switching element Z1. (in1) is connected to the first node (nd1), the first terminal (+ terminal) of the battery and the input terminal (in2) of the second switching element (Z2) are connected to the second node (nd2) connected The output terminal out1 of the first switching element Z1 and the output terminal out2 of the second switching element Z2 are connected to the common node nd0, and the second terminal (-terminal) of the battery is a charger and an inverter (charger or inverter) characterized in that it comprises a configuration connected to the second terminal (-terminal).

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 충방전 회로에서 제1 스위칭 소자(Z1) 및 제2 스위칭 소자(Z2)는 동일한 게이트 신호에 의해 동시에 off가 되며, 출력단자인 에미터 단자를 공통으로 사용하는 양방향성 FET 또는 IGBT로 구성될 수 있다.In the charging/discharging circuit of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention, the first switching element Z1 and the second switching element Z2 are simultaneously turned off by the same gate signal, and the emitter as an output terminal It can be configured as a bidirectional FET or IGBT with a common terminal.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 과전류 보호장치에서 충전모드에서의 전류흐름을 도시한 것이다.2 is a view illustrating a current flow in a charging mode in the charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 과전류 보호장치에서 인버터 모드에서의 전류흐름을 도시한 것이다.3 is a diagram illustrating a current flow in an inverter mode in the charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.

도 2, 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치에서 제2 스위칭 소자(Z2)는 인버터로 방전하는 인버터 모드시 ON으로 제어되며, 제1 스위칭 소자(Z1)는 배터리 충전기(charger)에서 배터리로 충전 모드시 ON으로 제어된다.2 and 3, in the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention, the second switching element Z2 is controlled to be ON in the inverter mode for discharging to the inverter, and the first switching element Z1 is controlled to be ON in charging mode from the battery charger to the battery.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전모드에서 충전전류는 배터리 충전기(charge)로부터 제1 스위칭 소자(Z1)로 연결되어 제2 감지다이오드(D2)를 거쳐서 배터리를 충전한다.Referring to FIG. 2 , in the charging mode according to an embodiment of the present invention, the charging current is connected from the battery charger to the first switching element Z1 to charge the battery through the second sensing diode D2 .

즉, 제1 스위칭 소자의 입력단자(in1)는 배터리 충전기(charge)의 제1단자와 연결되며, 제1 스위칭 소자의 출력단자(out1)는 제2 감지다이오드(D2)의 애노드 단자와 연결되고, 제2 감지다이오드(D2)의 캐소드는 배터리의 제1단자(+ 단자)와 연결되어 제1 스위칭 소자(Z1)의 ON동작에 의해 충전모드 과정이 수행된다.That is, the input terminal (in1) of the first switching element is connected to the first terminal of the battery charger (charge), the output terminal (out1) of the first switching element is connected to the anode terminal of the second sensing diode (D2), , the cathode of the second sensing diode D2 is connected to the first terminal (+ terminal) of the battery, and the charging mode process is performed by the ON operation of the first switching element Z1.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전모드(인버터 모드)에서 방전전류는 배터리로부터 제2 스위칭 소자(Z2)로 연결되어 제1 감지다이오드(D1)를 거쳐서 인버터에 전력을 공급한다.Referring to FIG. 3 , in the discharge mode (inverter mode) according to an embodiment of the present invention, the discharge current is connected from the battery to the second switching element Z2 to supply power to the inverter through the first sensing diode D1. do.

즉, 제2 스위칭 소자(Z2)의 입력단자(in2)는 배터리의 제1단자와 연결되며, 제2 스위칭 소자의 출력단자(out2)는 제1 감지다이오드(D1)의 애노드 단자와 연결되고, 제1 감지다이오드(D1)의 캐소드는 인버터(inverter)의 제1단자(+단자)와 연결되어 제2 스위칭 소자(Z2)의 ON 동작에 의해 인버터로 방전하는 인버터 모드 과정이 수행된다.That is, the input terminal in2 of the second switching element Z2 is connected to the first terminal of the battery, and the output terminal out2 of the second switching element is connected to the anode terminal of the first sensing diode D1, The cathode of the first sensing diode D1 is connected to the first terminal (+ terminal) of the inverter, and the inverter mode process of discharging to the inverter by the ON operation of the second switching element Z2 is performed.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 인버터 모드에서 과전류를 감지하는 제1 방전전류 감지회로는, 상기 제1노드(nd1)와 공통노드(nd0) 사이에 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)이 직렬로 접속되며, 상기 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 접속점에는 방전전류의 센싱전압이 생성되는 제1-2노드(nd1-2)가 형성되고, 상기 제1-2노드(nd1-2)는 제1 감지다이오드(D1)의 순방향 전압을 센싱하는 제1전압비교기(U1)의 -입력신호 단자(-)와 접속된다. 1 to 3 , a first discharge current detection circuit for detecting an overcurrent in an inverter mode of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention includes the first node nd1 and the common node nd0. ) between the first resistor (R1) and the second resistor (R2) are connected in series, and at the connection point of the first resistor (R1) and the second resistor (R2), a sensing voltage of the discharge current is generated. A second node nd1-2 is formed, and the first-second node nd1-2 is the -input signal terminal (-) of the first voltage comparator U1 for sensing the forward voltage of the first sensing diode D1. ) is connected with

또한, 상기 제1-2노드(nd1-2)와 상기 공통노드(nd0) 사이에는 제3 제너다이오드(D3)와 제5 다이오드(D5)가 서로 역방향으로 직렬 연결되는 제너다이오드 회로를 더 포함한다.In addition, a Zener diode circuit in which a third Zener diode D3 and a fifth diode D5 are connected in series in the opposite direction is further included between the 1-2 first node nd1-2 and the common node nd0. .

상기 제1전압비교기(U1)의 +입력신호 단자에는 기준전위(GND1) 대비 음의 기준 설정전압(Ref)이 입력되며, 제1전압비교기(U1)의 출력단자는 게이트 제어회로에 연결된다.A negative reference set voltage Ref compared to the reference potential GND1 is input to the + input signal terminal of the first voltage comparator U1, and an output terminal of the first voltage comparator U1 is connected to a gate control circuit.

인버터 모드에서 방전전류가 설정전류값 이상의 과전류가 흐르게 되면, 상기 -입력신호 단자(-)의 전압이 설정된 기준전압을 초과하는 전압이 입력되어 제1전압비교기(U1)의 출력단자에서는 High의 출력신호(OFF1)가 발생된다.When the discharge current exceeds the set current value in the inverter mode, a voltage exceeding the set reference voltage is inputted, and the output terminal of the first voltage comparator (U1) has a high output. A signal OFF1 is generated.

본 발명의 일 실시 예에서는 방전전류가 설정 전류값 이상의 과전류가 흐르게 되면, High의 출력신호(OFF1)에 의해 게이트 제어회로로부터 제2 스위칭 소자(Z2)의 Gate2가 off로 작동하여 인버터 모드의 전력공급을 차단하게 된다.In an embodiment of the present invention, when the discharge current flows over the set current value or more, Gate2 of the second switching element Z2 is turned off from the gate control circuit by the output signal OFF1 of High by the high output signal OFF1, so that the inverter mode power cut off the supply.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 충전모드의 과전류를 감지하는 제2 감지회로는 상기 제2노드(nd2)와 공통노드(nd0) 사이에 제3저항(R3)과 제4저항(R4)이 직렬로 접속되며, 상기 제3저항(R3)과 제4저항(R4)의 접속점에는 충전전류의 센싱전압이 생성되는 제2-2노드(nd2-2)가 형성되고, 상기 제2-2노드(nd2-2)는 제2 감지다이오드(D2)의 순방향 전압을 센싱하는 제2전압비교기(U2)의 -입력신호 단자(-)와 접속된다. 또한, 상기 제2-2노드(nd2-2)와 상기 공통노드(nd0) 사이에는 제4 제너다이오드(D4)와 제6 다이오드(D6)가 서로 역방향으로 직렬 연결되는 제너다이오드 회로를 더 포함한다.In addition, the second sensing circuit for detecting the overcurrent in the charging mode of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention includes a third resistor R3 between the second node nd2 and the common node nd0. and the fourth resistor R4 are connected in series, and at the connection point of the third resistor R3 and the fourth resistor R4, a second-second node nd2-2 for generating a sensing voltage of the charging current is formed and the second node nd2-2 is connected to the -input signal terminal (-) of the second voltage comparator U2 for sensing the forward voltage of the second sensing diode D2. Further, a Zener diode circuit in which a fourth Zener diode D4 and a sixth diode D6 are connected in series in a reverse direction is further included between the 2-2 second node nd2-2 and the common node nd0. .

제2전압비교기(U2)의 +입력신호 단자에는 기준전위(GND1) 대비 음의 기준설정전압이 입력되며, 충전전류가 설정전류값 이상의 과전류가 흐르게 되면, 상기 -입력신호 단자(-)의 전압이 설정된 기준설정전압을 초과하는 전압이 입력되어 제2전압비교기(U2)에서는 High의 출력신호(OFF2)가 발생된다.A negative reference set voltage compared to the reference potential GND1 is input to the + input signal terminal of the second voltage comparator U2, and when the charging current flows over the set current value or more, the voltage of the - input signal terminal (-) A voltage exceeding the set reference set voltage is input, and a high output signal OFF2 is generated in the second voltage comparator U2.

본 발명의 일 실시 예에서는 충전전류가 설정 전류값 이상의 과전류가 흐르게 되면, High의 출력신호(OFF2)에 의해 제1 스위칭 소자(Z1)의 Gate가 off로 작동하여 충전 모드의 전력공급을 차단하게 된다.In an embodiment of the present invention, when the charging current flows over the set current value or more, the gate of the first switching element Z1 is turned off by the high output signal OFF2 to cut off the power supply in the charging mode. do.

도 1을 참조하면, 제1, 2 스위칭 소자(Z1, Z2)의 과전류시 동작제어을 위한 제1, 2 감지회로의 기준전위(GND1)와 배터리 충방전 회로의 기준전위(GND) 전원은 서로 전기적으로 절연이 유지된다.Referring to FIG. 1 , the reference potential (GND1) of the first and second sensing circuits for controlling the operation of the first and second switching elements (Z1, Z2) in case of overcurrent and the reference potential (GND) of the battery charging/discharging circuit are electrically connected to each other. insulation is maintained.

또한, 제1전압비교기(U1) 및 제2전압비교기(U2)의 동작전압은 +단자에 제1제어공급전압(VCC)이 연결되며, -단자에는 제1접지(GND1)에 대해 - 제어공급전압이 공급되는 제2 제어공급전압(VEE)이 연결된다.In addition, the operating voltages of the first voltage comparator U1 and the second voltage comparator U2 have a first control supply voltage VCC connected to a + terminal, and a - control supply with respect to a first ground GND1 to a - terminal. A second control supply voltage VEE to which a voltage is supplied is connected.

또한, 서로 역방향으로 접속된 제3다이오드(D3)와 제4제너다이오드(D4)는, Battery 혹은 Charger/Inverter가 단락되어 제1 스위칭 소자(Z1) 및 제2 스위칭 소자(Z2)가 Off 되었을 때, 고전압의 입력에 의한 감지회로의 보호를 위해 전압비교기 입력단의 전압을 제너 다이오드 전압으로 제한해 준다.In addition, when the third diode D3 and the fourth zener diode D4 connected in the reverse direction are short-circuited to the battery or the charger/inverter, the first switching element Z1 and the second switching element Z2 are turned off , to protect the detection circuit by high voltage input, the voltage at the input terminal of the voltage comparator is limited to the Zener diode voltage.

또한, 제5다이오드(D5), 제6다이오드(D6)는 제3제너다이오드(D3), 제4제너다이오드(D4)의 순방향 전류를 제한하여 제1 감지다이오드(D1), 제2 감지다이오드(D2)에서 감지한 전압을 제1~4 저항(R1~R4)을 통해 제1전압비교기. 제2전압비교기의 -입력신호 단자 입력으로 전달하는 기능을 수행한다.In addition, the fifth diode D5 and the sixth diode D6 limit the forward currents of the third and fourth Zener diodes D3 and D4 to limit the forward currents of the first and second sensing diodes D1 and D4. D2) through the first to fourth resistors (R1 to R4), the voltage sensed by the first voltage comparator. It performs the function of transferring to the -input signal terminal input of the second voltage comparator.

도 1을 참조하면, 제1, 2전압비교기(U1, U2)는 각각 충방전 회로와 별도의 제1, 2 제어공급전압(VCC, VEE)으로 연결되어 동작이 되며, 제1, 2전압비교기(U1, U2)의 출력단자는 Rup저항(Rup)을 통해 제1 제어공급전압(Vcc)에 연결된다.Referring to FIG. 1 , the first and second voltage comparators U1 and U2 are respectively connected to the first and second control supply voltages VCC and VEE separate from the charge/discharge circuit to operate, and the first and second voltage comparators are operated. Output terminals of (U1, U2) are connected to the first control supply voltage (Vcc) through the Rup resistor (Rup).

Rup저항(Rup)은 제1, 2 전압비교기(U1, U2)의 High 신호에 따라 항상 일정한 전위값을 가지도록 하는 기능을 수행한다.The Rup resistor Rup performs a function of always having a constant potential value according to the High signal of the first and second voltage comparators U1 and U2.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 급격한 전압 변동으로부터 회로를 보호하기 위해 상기 배터리충전기 및 인버터와 병렬로 연결된 캐패시터(C1)를 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in order to protect the circuit from sudden voltage fluctuations, a capacitor C1 connected in parallel with the battery charger and the inverter may be further included.

배터리 충방전 회로에 과전류가 흐를 시에는 제1 감지다이오드(D1) 혹은 제2 감지다이오드(D2) 순방향 전압과 기준전압을 비교하는 제1, 2전압비교기에서 출력신호 (OFF1, OFF2)가 발생된다, 상기 출력신호 (OFF1, OFF2)는 절연되어 GND1 기준 제1, 2 스위칭 소자(Z1, Z2)의 Gate _ON신호를 Off로 제어한다.When an overcurrent flows in the battery charge/discharge circuit, the output signals OFF1 and OFF2 are generated from the first and second voltage comparators that compare the forward voltage of the first sensing diode D1 or the second sensing diode D2 with the reference voltage. , the output signals OFF1, OFF2 are insulated to control the Gate_ON signal of the first and second switching elements Z1 and Z2 based on GND1 to be Off.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전압비교기 출력신호가 연결되는 게이트 제어회로는 Latch 회로를 통해 제1, 2 스위칭 소자(Z1, Z2)의 Gate_ON 신호를 Off하도록 제어하는 구성을 더 포함할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the gate control circuit to which the voltage comparator output signal is connected is configured to control the Gate_ON signal of the first and second switching elements Z1 and Z2 to be off through a latch circuit. may include

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 게이트 제어회로의 일 예를 도시한 것이다.4 illustrates an example of a gate control circuit of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 제어회로는 입력신호나 전원이 리셋될 때까지 그 입력값을 유지하는 Latch 회로 기능을 포함하며, 외부 노이즈에 강하고 각 장치 구성 간 절연된 기준전위(GND - GND1) 사이의 신호를 전달할 수 있도록 제1, 제2 포토커플러(P1, P2) 및 제3포토커플러(P3)를 포함한다.The gate control circuit according to an embodiment of the present invention includes a latch circuit function that maintains the input value until the input signal or power is reset, is strong against external noise, and has an isolated reference potential (GND - GND1) between each device component. ) to transmit a signal between the first and second photocouplers (P1, P2) and the third photocoupler (P3).

도 4를 참조하면 배터리 충방전 과전류 보호장치의 게이트 제어회로는, 제1 포토커플러(P1)의 입력 애노드 단자(A1)에 제1전압비교기(U1)에서 발생된 출력신호가 입력되고, 제2 포토커플러(P2)의 입력 애노드 단자(A2)에는 제2전압비교기(U2)에서 발생된 출력신호가 입력된다. 제1 포토커플러(P1)의 컬렉터 단자(C1) 및 제2 포토커플러(P2)의 컬렉터 단자(C2)는 각각 제1제어공급전압(VCC1)에 연결되며, 제1 포토커플러(P1)의 출력 에미터 단자(E1) 및 제2 포토커플러(P2)의 출력 에미터 단자(E2)는 서로 접속이 되어 제1 베이스저항(R11)을 통하여 제1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 접속된다. 제1트랜지스터(Q1)의 베이스 단자와 제11저항(R11)의 접속점에는 제3노드(nd3)가 형성된다. 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자는 제14저항(R14)을 거쳐서 제1제어공급전압(VCC1)에 연결되며, 제1트랜지스터(Q1)의 에미터 단자는 제1제어공급전압(VCC1)의 기준전위(GND)에 접속된다. 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자와 제14저항(R14) 사이에 제4노드(nd4)가 형성된다. 한편 제2트랜지스터(Q2)의 베이스 단자는 제4노드(nd4)에 연결이 되고, 제2트랜지스터의 컬렉터 단자는 제3노드(nd3)와 접속이 되며 제2트랜지스터(Q2)의 에미터 단자는 제13저항(R13)을 통해 제1제어공급전압(VCC1)에 연결이 된다.Referring to FIG. 4 , in the gate control circuit of the battery charging/discharging overcurrent protection device, the output signal generated by the first voltage comparator U1 is input to the input anode terminal A1 of the first photocoupler P1, and the second The output signal generated by the second voltage comparator U2 is input to the input anode terminal A2 of the photocoupler P2. The collector terminal C1 of the first photocoupler P1 and the collector terminal C2 of the second photocoupler P2 are respectively connected to the first control supply voltage VCC1, and the output of the first photocoupler P1 The emitter terminal E1 and the output emitter terminal E2 of the second photocoupler P2 are connected to each other and connected to the base terminal of the first transistor Q1 through the first base resistor R11. A third node nd3 is formed at a connection point between the base terminal of the first transistor Q1 and the eleventh resistor R11. The collector terminal of the first transistor Q1 is connected to the first control supply voltage VCC1 through the 14th resistor R14, and the emitter terminal of the first transistor Q1 is connected to the first control supply voltage VCC1. It is connected to the reference potential (GND). A fourth node nd4 is formed between the collector terminal of the first transistor Q1 and the fourteenth resistor R14. Meanwhile, the base terminal of the second transistor Q2 is connected to the fourth node nd4, the collector terminal of the second transistor is connected to the third node nd3, and the emitter terminal of the second transistor Q2 is It is connected to the first control supply voltage VCC1 through the thirteenth resistor R13.

또한, 제4노드(nd4)는 제3포토커플러(P3)의 입력 애노드 단자(A2)와 접속이 되며, 제3포토커플러(P3)의 출력 컬렉터 단자(C3)는 제1, 2 스위칭 소자(Z1, Z2)의 게이트 를 제어하는 단자(gate1, gate2)에 연결된다.In addition, the fourth node nd4 is connected to the input anode terminal A2 of the third photocoupler P3, and the output collector terminal C3 of the third photocoupler P3 is connected to the first and second switching elements ( It is connected to the terminals (gate1, gate2) controlling the gates of Z1 and Z2.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바람직한 구현 예에 따르면, 제3포토커플러(P3)는 게이트 드라이버(Gate Driver, 미 도시됨) 입력신호를 제어하고, 게이트 드라이버(Gate Driver)의 출력이 스위치 소자의 Gate와 연결되는 구조가 채택될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the third photocoupler P3 controls a gate driver (not shown) input signal, and the output of the gate driver A structure connected to the gate may be adopted.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 게이트 제어회로는 제1전압비교기, 제2전압비교기(U1, U2)에서 발생된 출력신호(OFF1, OFF2)가 제1포토커플러(P1) 및 제2포토커플러(P2)에 입력되면, 제1 트랜지스터 Q1에 바이어스 전압이 발생되어 on이 된다. 제1 트랜지스터(Q1)가 on이 되면, 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스는 Low 전압이 인가되어 제2 트랜지스터(Q2) 역시 ON이 되어 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스에 바이어스 전압이 지속적으로 공급된다.In the gate control circuit of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention, the output signals OFF1 and OFF2 generated from the first voltage comparator and the second voltage comparator U1 and U2 are connected to the first photocoupler P1. ) and the second photocoupler P2, a bias voltage is generated in the first transistor Q1 and turned on. When the first transistor Q1 is turned on, a low voltage is applied to the base of the second transistor Q2 and the second transistor Q2 is also turned on so that the bias voltage is continuously applied to the base of the first transistor Q1. is supplied

이에 따라 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자 및 상기 제2트랜지스터(Q2)의 베이스 단자의 접속점과 연결된 제3 포토커플러(P3) 애노드 단자에는 지속적인 Low 신호가 인가되어 Gate_ON 신호는 제1 트랜지스터(Q1)를 통해 Low로 유지하여 Gate를 Off할 수 있다.Accordingly, a continuous Low signal is applied to the anode terminal of the third photocoupler P3 connected to the connection point of the collector terminal of the first transistor Q1 and the base terminal of the second transistor Q2, so that the Gate_ON signal is transmitted to the first transistor ( You can turn the gate off by keeping it low through Q1).

도 1 내지 4를 참조하면, 제1 감지다이오드(D1) 및 제2 감지다이오드(D2)의 anode 단자를 기준전위(GND1)로 잡으면 측정하고자 하는 Diode의 전압은 '-' 전압이 측정되어 비교기 전압은 +, - 두 전원이 필요하게 된다. 또한, 제1, 2전압비교기(U1, U2)의 Ref 전압을 위한 - 전압의 공급이 필요하게 된다. 본 발명에서 이에 따른 제어공급전압의 제어전압공급회로의 예는 다음 도 5에 도시된다.1 to 4, when the anode terminals of the first sensing diode D1 and the second sensing diode D2 are set as the reference potential GND1, the voltage of the diode to be measured is '-' voltage is measured and the comparator voltage The + and - two power supplies are required. In addition, it is necessary to supply a - voltage for the Ref voltages of the first and second voltage comparators U1 and U2. An example of a control voltage supply circuit of a control supply voltage according to the present invention is shown in FIG. 5 below.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 제어공급전압 회로의 예를 도시한 것이다.5 illustrates an example of a control supply voltage circuit of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어전압 공급전압회로는 전원이 연결된 제1차 코일(L1)로부터 유도된 제2차 제1코일(L3)에 유도된 전압이 제1정류회로를 거쳐서 기준전위(GND1)에 대해 '+' 제어전압이 생성되는 제1 제어공급전압(VCC) 회로 및 전원이 연결된 제1차 코일(L1)로부터 유도된 제2차 제2코일(L2)에 유도된 전압이 제2정류회로를 거쳐서 기준전위(GND1)에 대해 '-' 제어전압이 생성되는 제2 제어공급전압(VEE) 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 5 , in the control voltage supply voltage circuit according to an embodiment of the present invention, the voltage induced in the secondary primary coil L3 induced from the primary coil L1 to which the power is connected is the first A first control supply voltage (VCC) circuit that generates a '+' control voltage with respect to the reference potential (GND1) through a rectifier circuit and a second secondary coil L2 derived from the primary coil L1 to which the power is connected ) and a second control supply voltage (VEE) circuit in which a '-' control voltage is generated with respect to the reference potential GND1 through the second rectifying circuit.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 회로의 단락 상황에서 IGBT가 Off 되면 제1 감지다이오드(D1) 및 제2 감지다이오드(D2)의 cathode 단자에는 anode 기준 고전위의 + 전압이 생성될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는 이를 Zener Diode(D3, D4)로 전압을 Clamp 해 주거나 저항분배로 전압비교기 입력전압을 제한하여 안정된 과전류제어를 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the IGBT is turned off in a short circuit condition of the circuit, a + voltage of the anode reference high potential may be generated at the cathode terminals of the first sensing diode D1 and the second sensing diode D2. In one embodiment of the present invention, it is possible to perform stable overcurrent control by clamping the voltage to Zener Diodes (D3, D4) or limiting the voltage comparator input voltage by dividing the resistance.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 회로도에서 충전모드(charger mode)의 전류 흐름을 도시한 것이다.6 is a diagram illustrating a current flow in a charger mode in a circuit diagram of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to a second embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 회로도에서 인버터모드의 전류 흐름을 도시한 것이다.7 is a diagram illustrating a current flow in an inverter mode in a circuit diagram of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치는, 배터리 충전기(charger)로부터 제1 스위칭 소자(Z1)로 연결되어 제2 감지다이오드(D2)를 거쳐서 배터리를 충전하고, 배터리로부터 제2 스위칭 소자(Z2)로 연결되어 제1 감지다이오드(D1)를 거쳐서 인버터에 전력을 공급하는 충방전 회로 및 상기 제1 감지다이오드(D1) 및 제2 감지다이오드(D2)에 흐르는 과전류를 감지하여 상기 충방전 회로의 제1 스위칭 소자(Z1) 및 제2 스위칭 소자(Z2)를 off로 제어하여 전력을 차단하는 감지회로를 포함한다.The battery charging/discharging overcurrent protection device according to the second embodiment of the present invention is connected from a battery charger to the first switching element Z1 to charge the battery through the second sensing diode D2, and to 2 The charging/discharging circuit connected to the switching element Z2 and supplying power to the inverter through the first sensing diode D1 and the overcurrent flowing through the first sensing diode D1 and the second sensing diode D2 are detected. and a sensing circuit for controlling the first switching element Z1 and the second switching element Z2 of the charging/discharging circuit to be off to cut off power.

상기 제1 감지다이오드(D1)의 애노드 및 제2 감지다이오드(D2)는 애노드는 서로 공통으로 접속되고 그 접속점에 공통노드(nd0)가 형성되고 제1 감지다이오드(D1)의 캐소드에는 방전전류를 감지하는 제11 노드(nd11)가 형성되고, 제2 감지다이오드(D2)의 캐소드에는 충전전류를 감지하는 제12 노드(nd12)가 형성된다.The anode of the first sensing diode D1 and the second sensing diode D2 have an anode connected in common to each other, a common node nd0 is formed at the connection point, and a discharge current is applied to the cathode of the first sensing diode D1. An eleventh node nd11 for sensing is formed, and a twelfth node nd12 for sensing a charging current is formed at the cathode of the second sensing diode D2.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 충방전 회로는, 배터리 충전기(charger)의 제1단자와 제1 스위칭 소자(Z1)의 입력단자(in1)가 연결되어 제11노드(nd11)에 접속되고, 배터리의 제1단자(+ 단자)와 제2 스위칭 소자(Z2)의 입력단자(in2)가 연결되어 제12노드(nd12)에 접속된다. 제1 스위칭 소자(Z1)의 출력단자(out1)와 제2 스위칭 소자(Z2)의 출력단자(out2)는 서로 연결되어 공통노드(nd0)에 접속되고, 배터리의 제2단자(-단자)는 충전기 및 인버터(charge or inverter)의 제2단자(-단자)와 연결되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the charging/discharging circuit of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to the second embodiment of the present invention, the first terminal of the battery charger and the input terminal in1 of the first switching element Z1 are connected to the eleventh node (nd11), the first terminal (+ terminal) of the battery and the input terminal (in2) of the second switching element (Z2) are connected to the twelfth node (nd12). The output terminal out1 of the first switching element Z1 and the output terminal out2 of the second switching element Z2 are connected to each other and connected to the common node nd0, and the second terminal (-terminal) of the battery is It characterized in that it comprises a configuration connected to the second terminal (-terminal) of the charger and inverter (charge or inverter).

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전류센서나 션트저항 등의 별도의 전류센싱 소자 없이 간단한 회로구성으로 고압, 고전류의 과전류를 감지하여 충방전 회로를 차단할 수 있어서, 에너지 손실이 적고 온도에 의한 변화가 상대적으로 적은 과전류 감지회로를 가지는 배터리 충방전 과전류 보호장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to block the charging/discharging circuit by detecting overcurrent of high voltage and high current with a simple circuit configuration without a separate current sensing element such as a current sensor or a shunt resistor, so energy loss is small and changes due to temperature Provided is a battery charging/discharging overcurrent protection device having a relatively small overcurrent detection circuit.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, IGBT 혹은 FET로 구성되는 양방향 스위치에서 별도의 전류센싱 소자 없이 과전류의 크기를 감지하여 과전류 발생 시 시스템을 보호하기 위한 제어 신호를 발생하여 회로를 차단하는 양방향 스위치를 Off 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a bidirectional switch composed of an IGBT or FET, a bidirectional switch that blocks the circuit by detecting the magnitude of the overcurrent without a separate current sensing element to generate a control signal to protect the system when an overcurrent occurs. can be turned off.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 충전모드에서 충전전류는 배터리 충전기(charger)로부터 충전용 제1 스위칭 소자(Z1)로 연결되어 제2 감지다이오드(D2)를 거쳐서 배터리를 충전한다.Referring to FIG. 6 , in the charging mode according to the second embodiment of the present invention, the charging current is connected from the battery charger to the first switching element Z1 for charging and passes through the second sensing diode D2 to control the battery. recharge

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 방전모드(인버터 모드)에서 방전전류는 배터리로부터 방전용 제2 스위칭 소자(Z2)로 연결되어 제1 감지다이오드(D1)를 거쳐서 인버터에 전력을 공급한다.Referring to FIG. 7 , in the discharging mode (inverter mode) according to the second embodiment of the present invention, the discharging current is connected from the battery to the second switching element Z2 for discharging, and is transmitted to the inverter through the first sensing diode D1. supply power

즉, 제2 스위칭 소자(Z2)의 입력단자(in2)는 배터리의 제1단자와 연결되며, 제2 스위칭 소자의 출력단자(out2)는 제1 감지다이오드(D1)의 애노드 단자와 연결되고, 제1 감지다이오드(D1)의 캐소드는 인버터(inverter) 또는 부하의 제1단자(+단자)와 연결되어 제2 스위칭 소자(Z2)의 ON 동작에 의해 인버터로 방전하는 인버터 모드 과정이 수행된다.That is, the input terminal in2 of the second switching element Z2 is connected to the first terminal of the battery, and the output terminal out2 of the second switching element is connected to the anode terminal of the first sensing diode D1, The cathode of the first sensing diode D1 is connected to an inverter or a first terminal (+ terminal) of a load, and an inverter mode process of discharging to the inverter by the ON operation of the second switching element Z2 is performed.

다시 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 충전모드의 과전류를 감지하는 제3 충전전류 감지회로는, 상기 기준전위(GND)와 접속되는 제12노드(nd12)로부터 제3저항(R3)과 제4저항(R4)이 직렬로 접속되며, 제4 저항(R4)의 타단은 공통노드(nd0)에 접속되고, 상기 제3저항(R3)과 제4저항(R4)의 접속점에 충전전류의 센싱전압을 생성하는 제12-2노드(nd12-2)가 형성된다.Referring back to FIG. 6 , the third charging current sensing circuit for detecting the overcurrent in the charging mode of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to the second embodiment of the present invention includes a twelfth node connected to the reference potential GND. A third resistor R3 and a fourth resistor R4 are connected in series from (nd12), the other end of the fourth resistor R4 is connected to a common node nd0, and the third resistor R3 and the fourth resistor R4 are connected in series. A 12-second node nd12-2 for generating a sensing voltage of the charging current is formed at the connection point of the 4 resistor R4.

상기 제12-2노드(nd12-2)는 제3전압비교기(U3)의 +입력신호 단자(+)와 접속된다. 또한, 상기 제12-2노드(nd12-2)는 제6 다이오드(D6)의 애노드와 연결되고 제6 다이오드(D6)의 캐소드는 제4 제너다이오드(D4)의 캐소드와 연결되며 제4 제너다이오드(D4)의 애노드는 제12노드(nd12)와 연결된다.The 12-2nd node nd12-2 is connected to the + input signal terminal (+) of the third voltage comparator U3. In addition, the 12-2nd node nd12-2 is connected to the anode of the sixth diode D6, the cathode of the sixth diode D6 is connected to the cathode of the fourth Zener diode D4, and a fourth Zener diode The anode of (D4) is connected to the twelfth node (nd12).

도 6을 참조하면, 제3 전압비교기(U3)는 제3 제어공급전압(VCC3)에 의해 +동작전원이 공급되며, 제3 전압비교기(U3)의 -동작전원은 기준전위(GND3)가 접속된 제12노드(nd12)에 접속이 된다.6, the third voltage comparator U3 is supplied with + operation power by the third control supply voltage VCC3, and the - operation power of the third voltage comparator U3 is connected to the reference potential GND3. connected to the twelfth node nd12.

또한, 제3전압비교기(U3)의 출력단자는 Rup저항(Ru)을 통해 제3 제어공급전압(VCC3)에 연결된다.In addition, the output terminal of the third voltage comparator U3 is connected to the third control supply voltage VCC3 through the Rup resistor Ru.

제2 감지다이오드(D2)에 흐르는 충전전류가 설정전류값 이상의 과전류가 흐르게 되면, 상기 -입력신호 단자(-)의 전압의 설정된 기준설정전압을 초과하는 전압이 입력되어 제3전압비교기(U3)에서는 High 출력신호(OFF2)가 발생되고 게이트 제어회로를 통해 제1 스위칭 소자(Z1)의 Gate1이 off로 작동하여 충전 모드의 전력공급을 차단하게 된다.When the charging current flowing through the second sensing diode D2 flows over the set current value or more, a voltage exceeding the set reference set voltage of the voltage of the -input signal terminal (-) is input to the third voltage comparator U3 In , a High output signal OFF2 is generated, and Gate1 of the first switching element Z1 is turned off through the gate control circuit to cut off the power supply in the charging mode.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 인버터모드의 방전 과전류를 감지하는 제4 방전전류 감지회로는 기준전위(GND2)가 접속된 제11노드(nd11)로부터 제1저항(R1)과 제2저항(R2)이 직렬로 접속되며, 제1저항(R1)의 타단은 공통노드(nd0)에 접속되고, 상기 제1 저항(R1)과 제2저항(R2)의 접속점에 방전전류의 센싱전압이 생성되는 제11-2노드(nd11-2)가 형성된다.Referring to FIG. 7 , the fourth discharge current detection circuit for detecting the discharge overcurrent in the inverter mode of the battery charging/discharging overcurrent protection device according to the second embodiment of the present invention includes the eleventh node nd11 to which the reference potential GND2 is connected. ), the first resistor R1 and the second resistor R2 are connected in series, the other end of the first resistor R1 is connected to the common node nd0, and the first resistor R1 and the second resistor At the connection point of R2, an 11-second node nd11-2 generating a sensing voltage of the discharge current is formed.

또한, 제11-2노드(nd11-2)는 제4전압비교기(U4)의 +입력신호 단자(+)와 접속된다. 또한, 상기 제11-2노드(nd11-2)는 제5 다이오드(D5)의 애노드와 연결되고 제5 다이오드(D5)의 캐소드는 제3 제너다이오드(D3)의 캐소드와 연결되며 제3 제너다이오드(D3)의 애노드는 제11노드(nd11)와 연결되는 구성을 더 포함할 수 있다.In addition, the eleventh node nd11-2 is connected to the + input signal terminal (+) of the fourth voltage comparator U4. In addition, the eleventh node nd11-2 is connected to the anode of the fifth diode D5, the cathode of the fifth diode D5 is connected to the cathode of the third zener diode D3, and the third zener diode The anode of (D3) may further include a configuration connected to the eleventh node (nd11).

도 7을 참조하면, 제4 전압비교기(U4)의 +동작전원단자(+)는 제2 제어공급전압의 +공급단자(VCC2)에 연결되어 +동작전원이 공급되며, -동작전원 단자(-)는 제2 제어공급전압의 기준전위(GND2) 및 상기 제11노드(nd11)에 접속이 된다.Referring to FIG. 7 , the + operation power terminal (+) of the fourth voltage comparator U4 is connected to the + supply terminal (VCC2) of the second control supply voltage to supply + operation power, and the - operation power terminal (-) ) is connected to the reference potential GND2 of the second control supply voltage and the eleventh node nd11.

또한, 제4전압비교기(U4)의 출력단자는 Rup저항(Ru)을 통해 제2 제어공급전압(VCC2)에 연결된다.Also, the output terminal of the fourth voltage comparator U4 is connected to the second control supply voltage VCC2 through the Rup resistor Ru.

제1 감지다이오드(D1)에 흐르는 충전전류가 설정전류값 이상의 과전류가 흐르게 되면, 상기 제4전압비교기(U4)의 +입력신호 단자(+)의 전압이 설정된 기준설정전압을 초과하는 전압이 입력되어 제4전압비교기(U4)에서는 High 출력신호(OFF1)가 발생되고 게이트 제어회로를 통해 제2 스위칭 소자(Z2)의 Gate2가 off로 작동하여 인버터 모드의 전력공급을 차단하게 된다.When the charging current flowing through the first detection diode D1 flows over the set current value or more, the voltage exceeding the set reference set voltage is input at the + input signal terminal (+) of the fourth voltage comparator U4. As a result, a High output signal OFF1 is generated in the fourth voltage comparator U4, and Gate2 of the second switching element Z2 is turned off through the gate control circuit to cut off the power supply in the inverter mode.

본 발명의 제2실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치에서 제1, 2 감지 다이오드(D1, D2)의 cathod를 기준전위(GND2, GND3)로 한 것으로써, 이에 따라 감지하고자 하는 감지다이오드의 전압은 +로 측정된다. In the battery charging/discharging overcurrent protection device according to the second embodiment of the present invention, the cathods of the first and second sensing diodes D1 and D2 are set as the reference potentials GND2 and GND3. Voltage is measured as +.

본 발명에서는 이에 따른 제어공급전압의 제어전압 공급회로도는 다음 도 8에 도시된다.In the present invention, the control voltage supply circuit diagram of the control supply voltage according to the present invention is shown in the following FIG.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치의 제어전압공급회로의 일 예를 도시한 것이다.8 illustrates an example of a control voltage supply circuit of a battery charging/discharging overcurrent protection device according to a second embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제어전압 공급회로는 전원이 연결된 제1차 코일로부터 유도된 제2차 제1코일(L2)에 유도된 전압이 제1정류회로를 거쳐서 제1기준전위(GND1)에 대해 + 제어전압이 공급되는 제1 제어공급전압(VCC1)과 제1차 코일(L1)로부터 유도된 제2차 제2코일(L3)에 유도된 전압이 제2정류회로를 거쳐서 제2 기준전위(GND2)에 대해 + 제어전압이 공급되는 제2 제어공급전압(VCC2) 및 제1차 코일(L1)로부터 유도된 제2차 제3코일(L4)에 유도된 전압이 제3정류회로를 거쳐서 제3 기준전위(GND3)에 대해 + 제어전압이 공급되는 제3 제어공급전압(VCC3)이 각각 독립적으로 생성이 된다.Referring to FIG. 8 , in the control voltage supply circuit according to the second embodiment of the present invention, the voltage induced in the secondary primary coil L2 induced from the primary coil to which the power is connected is passed through the first rectifying circuit. The first control supply voltage VCC1 to which the + control voltage is supplied with respect to the first reference potential GND1 and the voltage induced to the second secondary coil L3 induced from the primary coil L1 are the second The second control supply voltage VCC2 to which the + control voltage is supplied with respect to the second reference potential GND2 through the rectification circuit and the secondary third coil L4 derived from the primary coil L1. The third control supply voltage VCC3 to which the + control voltage is supplied with respect to the third reference potential GND3 through the third rectifying circuit is independently generated.

즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제어공급전압은 G ND 기준 제어공급전압과 GND1, GND2, GND3기준 제어공급전압은 각각 절연이 유지되어 공급이 된다.That is, in the control supply voltage according to the second embodiment of the present invention, the G ND reference control supply voltage and the GND1, GND2, and GND3 reference control supply voltages are respectively kept insulated and supplied.

본 발명의 제2실시 예에 따른 제1저항 내지 제4저항(R1~R4) 각각 Battery 혹은 Charger/Inverter가 단락되어 스위치가 Off 되었을 때 고전압을 저항값 비로 분배하여 전압비교기 입력단의 전압을 제한하고 제너다이오드 D3, D4에 흐르는 전류를 제한하는 기능이 수행된다.The first to fourth resistors (R1 to R4) according to the second embodiment of the present invention limit the voltage at the input terminal of the voltage comparator by dividing the high voltage by the resistance value ratio when the switch is turned off due to a short circuit of the battery or the charger/inverter, respectively, A function of limiting the current flowing through the Zener diodes D3 and D4 is performed.

..

또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치에서 과전류 시 제3, 4 전압비교기의 출력신호(OFF1, OFF2)는 도 4의 게이트 제어회로를 통해 제1, 2 스위칭 소자(Z1, Z2)의 Gate_ON 신호를 Off로 제어한다.In addition, in the battery charging/discharging overcurrent protection device according to the second embodiment of the present invention, the output signals OFF1 and OFF2 of the third and fourth voltage comparators during overcurrent are transmitted to the first and second switching elements ( Control Gate_ON signal of Z1, Z2) to Off.

본 발명의 제2 실시 예에 따르면, Battery나 Charger/Inverter 한쪽이 단락된 상황에서 IGBT가 Off 되면 전압비교기 입력단에 고전압이 인가될 수 있어서, Zener Diode에 의해 전압을 Clamp 해 주고, 저항에 의한 전압분배로 전압비교기의 입력전압을 안정적으로 제한할 수 있다.According to the second embodiment of the present invention, when the IGBT is turned off in a situation where one side of the battery or the charger/inverter is short-circuited, a high voltage can be applied to the voltage comparator input terminal, so that the voltage is clamped by the Zener Diode and the voltage by the resistor It is possible to stably limit the input voltage of the voltage comparator by dividing.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 배터리 충방전 장치에서 회로 차단 수단은 기계식 릴레이나 반도체 스위치가 사용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a mechanical relay or a semiconductor switch may be used as the circuit breaking means in the battery charging/discharging device.

기계식 릴레이는 손실이 작고 저렴하다는 장점이 있으나 과전류 등 이상 발생 시 동작속도가 느리고 과전류에 의한 접점에서의 용융 등이 발생하여 2차 사고의 위험성이 있으며 Off시 역전압에 의한 스파크가 발생하여 화재 발생 위험이 크고 릴레이의 수명이 짧아지는 단점이 있다.Mechanical relays have the advantage of small loss and low cost, but when abnormalities such as overcurrent occur, the operating speed is slow and there is a risk of secondary accidents due to melting at the contact point due to overcurrent. The disadvantage is that the risk is high and the life of the relay is shortened.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치에서 상기 제1, 2 스위칭 소자(Z1, Z2)는 FET 또는 IGBT가 적용될 수 있다. 저압에서의 반도체 스위치는 FET가 유리하고 고압에서는 IGBT가 유리할 수 있다.In the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention, FETs or IGBTs may be applied to the first and second switching elements Z1 and Z2. For a semiconductor switch at a low voltage, an FET may be advantageous, and an IGBT may be advantageous at a high voltage.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, IGBT 혹은 FET로 구성되는 양방향 스위치에서 별도의 전류센싱 소자 없이 전류의 크기를 예측하고 과전류 발생 시 소자를 보호하기 위한 제어 신호를 발생시켜서 스위치소자를 Off할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a bidirectional switch composed of an IGBT or FET, it is possible to predict the magnitude of a current without a separate current sensing element and generate a control signal to protect the element when an overcurrent occurs to turn off the switch element. .

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 감지다이오드의 센싱회로를 위한 별도의 절연된 제어공급전원으로 구성을 하여 전압의 간섭 및 혼촉으로 인한 오류를 줄일 수 있다, 또한, 발생된 전압비교기의 출력제어신호를 Photo-coupler 등 절연된 매체를 통하여 제1, 2 스위칭 소자(Z1, Z2)의 Gate 신호를 제어함으로써, 과전류 발생시 신속하고 안정적으로 회로를 차단할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce errors due to voltage interference and crosstalk by configuring a separate insulated control supply power supply for the sensing circuit of the sensing diode. Also, the generated voltage comparator output control signal By controlling the gate signals of the first and second switching elements Z1 and Z2 through an insulated medium such as a photo-coupler, the circuit can be cut off quickly and stably when an overcurrent occurs.

스위치 채널 전압은 대략 전류에 비례하며, 소자의 온도에 따라 변하게 되는데 Diode의 순방향 전압(Vf)은 온도에 따른 전압 변화가 상대적으로 작다The switch channel voltage is approximately proportional to the current and changes according to the temperature of the device. The forward voltage (Vf) of the diode has a relatively small voltage change according to the temperature.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스위칭 소자에 흐르는 전류를 직렬로 연결된 다이오드의 전압으로 센싱을 하고 전압비교기를 통해 제어 신호를 발생하는 것에 의해 최소한 부품으로 구성되고 온도변화에 따른 작동 오류가 적은 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the current flowing through the switching element is sensed with the voltage of the diode connected in series, and the control signal is generated through the voltage comparator. characterized.

도 9는 정격전류 600A인 IGBT에서 온도/전류에 따른 IGBT Channel (Vce)전압의 변화를 도시한 것이다.9 shows the change in IGBT channel (Vce) voltage according to temperature/current in an IGBT having a rated current of 600A.

도 9를 참조하면, IGBT Channel (Vce)전압 2.0V에서 IGBT에 흐르는 전류는 온도 Tvj= 25°C 일 때 약 600A, Tvj =125°C 일 때 약 440A가 된다.Referring to FIG. 9 , the current flowing through the IGBT at the IGBT Channel (Vce) voltage of 2.0V becomes about 600A when the temperature Tvj=25°C and about 440A when Tvj=125°C.

즉, IGBT Channel (Vce)전압 2.0V에서 IGBT의 Tvj=25℃ ~ Tvj =125℃ 온도에 따른 전류 차이는 600-440 = 160A가 된다.That is, at the IGBT Channel (Vce) voltage of 2.0V, the current difference according to the temperature of IGBT Tvj=25℃ ~ Tvj=125℃ becomes 600-440 = 160A.

도 10은 정격전류 300A일 때 IGBT에서 온도/전류에 따른 IGBT Channel (Vce)전압의 변화를 도시한 것이다.10 shows the change in IGBT channel (Vce) voltage according to temperature/current in the IGBT when the rated current is 300A.

도 10을 참조하면, 정격전류를 300A로 가정하면 과전류 기준을 정격전류의 120%인 360A로 설정하였을 경우, 온도 Tvj =125℃ 일 때 Vce 전압은 약 1.8V가 된다. 이 전압이 기준 전압이 된다. 한편 온도 Tvj=25℃ 일 때 전류는 약 485A가 된다. 따라서 IGBT의 온도에 따른 전류 차이는 485 - 360 = 125A가 된다.Referring to FIG. 10 , assuming that the rated current is 300A, when the overcurrent criterion is set to 360A, which is 120% of the rated current, the voltage Vce becomes about 1.8V when the temperature Tvj = 125°C. This voltage becomes the reference voltage. Meanwhile, when the temperature Tvj=25°C, the current becomes about 485A. Therefore, the current difference according to the temperature of the IGBT becomes 485 - 360 = 125A.

도 11은 정격전류 600A인 다이오드의 온도/전류에 따른 다이오드의 순방향전압(Vf)의 변화를 도시한 것이다.11 shows the change in the forward voltage (Vf) of the diode according to the temperature/current of the diode having a rated current of 600A.

도 11을 참조하면, 최대 정격전류 600A의 경우, 다이오드의 순방향전압(Vf)은 약 1.8V로 측정이 된다. 다이오드의 순방향전압(Vf) 1.8V에서 다이오드에 흐르는 전류는 온도 Tvj= 25℃ 일 때 약 600A, Tvj =125℃ 일 때 약 540A가 된다.Referring to FIG. 11 , in the case of a maximum rated current of 600A, the forward voltage (Vf) of the diode is measured to be about 1.8V. At the diode forward voltage (Vf) of 1.8V, the current flowing through the diode becomes about 600A when the temperature is Tvj=25℃, and about 540A when Tvj=125℃.

즉, 다이오드의 순방향전압(Vf) 1.8V에서 다이오드의 Tvj=25℃ ~ Tvj =125℃온도에 따른 전류 차이는 600A - 540A = 60A가 된다.That is, at the diode forward voltage (Vf) of 1.8V, the current difference according to the temperature of the diode Tvj = 25 ℃ ~ Tvj = 125 ℃ becomes 600A - 540A = 60A.

즉, 정격전류 600A에서 온도 100℃ 차이에 따른 전류변화는 60A로 나타난다. 따라서 IGBT에 비하여 변화의 폭이 작아서 온도에 덜 민감한 감지장치를 구현할 수 있다.That is, the current change according to the temperature difference of 100℃ at the rated current of 600A is 60A. Therefore, it is possible to implement a sensing device that is less sensitive to temperature because the range of change is smaller than that of IGBT.

도 12는 정격전류 300A일 때 다이오드에서의 온도/전류에 따른 다이오드의 순방향전압(Vf)의 변화를 도시한 것이다.12 shows the change in the forward voltage (Vf) of the diode according to the temperature/current in the diode when the rated current is 300A.

도 12를 참조하면, 정격전류를 300A로 가정하면 과전류 기준을 정격전류의 120%인 360A로 설정하였을 경우, 온도Tvj =125℃ 일 때 Vf 전압은 약 1.55V가 된다. 한편, VFD 전압이 약 1.55V이고, 온도 Tvj=25℃ 일 때 전류는 약 375A가 된다. 따라서 다이오드의 온도에 따른 전류 차이는 475A - 360A = 15A가 된다.12, assuming that the rated current is 300A, when the overcurrent criterion is set to 360A, which is 120% of the rated current, the Vf voltage becomes about 1.55V when the temperature Tvj = 125°C. On the other hand, when the VFD voltage is about 1.55V and the temperature Tvj=25°C, the current becomes about 375A. Therefore, the current difference according to the temperature of the diode becomes 475A - 360A = 15A.

본 발명의 일 실시 예에서는 이 다이오드의 순방향전압(Vf)의 차이를 전압비교기에 의해 감지를 하여 과전류 시 충방전 회로를 차단하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the difference in the forward voltage (Vf) of the diode is sensed by a voltage comparator to block the charging/discharging circuit in case of overcurrent.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충방전 과전류 보호장치는 IGBT의 포화전압으로 과전류를 검지하는 장치에 비하여 상대적으로 온도에 덜 민감한 과전류 감지장치를 구현할 수 있다.Therefore, the battery charging/discharging overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention can implement an overcurrent detection device that is relatively less sensitive to temperature than a device that detects the overcurrent with the saturation voltage of the IGBT.

D1 ~D6: 다이오드
R1 ~R4, R11 ~R15, RU: 저항
C1 ~ C4: 캐패시터
P1 ~ P3: 포토커플러
TR1, TR2 Q1, Q2: 트랜지스터
L1 ~ L4: 트랜스포머의 권선
U1 ~U4: 전압비교기
Z1, Z2: 스위칭 소자D1 to D6: diode
R1 to R4, R11 to R15, RU: resistance
C1 to C4: capacitor
P1 ~ P3: Photocoupler
TR1, TR2 Q1, Q2: Transistors
L1 to L4: winding of transformer
U1 ~U4: voltage comparator
Z1, Z2: switching element

Claims

delete

In the charging/discharging overcurrent protection device of a battery,
The overcurrent protection device,
It is connected from the battery charger to the first switching element for charging to charge the battery through a second sensing diode, and is connected from the battery to the second switching element for discharging to supply power to a load or an inverter through the first sensing diode. charge/discharge circuit; and
A charging current sensing circuit and a discharging current sensing circuit for detecting an overcurrent caused by a change in forward voltage of the first sensing diode and the second sensing diode to control the first and second switching elements to cut off power characterized by,
In the charging/discharging circuit, the anode of the first sensing diode and the anode of the second sensing diode are connected in common to each other to form a common node at the connection point, and the cathode of the first sensing diode is a first sensing diode for sensing the discharge current. a node is formed, and between the first node and the common node, the first sensing diode for sensing the discharge current of the battery is connected in the forward direction of the discharge current,
The discharge current sensing circuit detects a voltage change between the first node and the common node to control the second switching element,
A second node for sensing the charging current is formed on the cathode of the second sensing diode, and the second sensing diode for sensing the charging current is connected between the second node and the common node in the forward direction of the charging current,
The charging current sensing circuit detects a voltage change between the second node and the common node to control the first switching element.

3. The method of claim 2,
The discharge current sensing circuit,
The voltage between the first node and the common node is divided by resistors and is input to the input signal terminal of the first voltage comparator, and the output terminal of the first voltage comparator is the gate of the second switching element through a gate control circuit. Includes a configuration that is connected to
The voltage between the second node and the common node is divided by resistors and is input to an input signal terminal of a second voltage comparator, and an output terminal of the second voltage comparator is connected to the first switching element through the gate control circuit. including a configuration connected by a gate,
The battery charging/discharging overcurrent protection device according to claim 1, further comprising a Zener diode circuit for preventing overvoltage between the input signal terminals of the first voltage comparator and the second voltage comparator and the common node.

4. The method of claim 3
In the charging/discharging circuit, the reference potential (GND) of the battery, the battery charger and the inverter and the reference potential (GND1) of the discharge current sensing circuit and the charging current sensing circuit are electrically isolated. protection device.

4. The method of claim 3,
The gate control circuit, the gate input signal and the output signal are input and output through the photocoupler, the battery characterized in that it includes a latch circuit function that maintains the input value until the gate input signal or power is reset. charging/discharging overcurrent protection device.

In the charging/discharging overcurrent protection device of a battery,
The overcurrent protection device,
It is connected from the battery charger to the first switching element for charging to charge the battery through a second sensing diode, and is connected from the battery to the second switching element for discharging to supply power to a load or an inverter through the first sensing diode. charge/discharge circuit; and
A charging current sensing circuit and a discharging current sensing circuit for detecting an overcurrent caused by a change in forward voltage of the first sensing diode and the second sensing diode to control the first and second switching elements to cut off power characterized by,
In the charging/discharging circuit, the anode of the first sensing diode and the anode of the second sensing diode are commonly connected to each other to form a common node at the connection point, and a first node is formed at the cathode of the first sensing diode, The first sensing diode for sensing the discharge current of the battery is connected between the first node and the common node in the forward direction of the discharge current,
In the discharge current sensing circuit, the first node is connected to the second reference potential (GND2), the voltage between the first node and the common node is divided by resistors, so that the input is applied to the + input signal terminal of the first voltage comparator. and an output terminal of the first voltage comparator is connected to the gate of the second switching element through a gate control circuit, and a second control supply voltage VCC2 by the second reference potential GND2 to the first voltage comparator Including a configuration supplied with this operating voltage,
A second node for sensing the charging current is formed on the cathode of the second sensing diode, and the second sensing diode for sensing the charging current is connected between the second node and the common node in the forward direction of the charging current,
In the charging current sensing circuit, the second node is connected to a third reference potential (GND3), the voltage between the second node and the common node is divided by resistors, so that an input is applied to the + input signal terminal of the second voltage comparator. and an output terminal of the second voltage comparator is connected to the gate of the first switching element through the gate control circuit, and a third control supply voltage VCC3 by the third reference potential GND3 to the second voltage comparator ) of the battery charging/discharging overcurrent protection device, characterized in that it comprises a configuration that is supplied as the operating power.

7. The method of claim 6,
The control supply voltage circuit of the charging/discharging overcurrent protection device,
The control supply voltage for power supply to the reference potential (GND) and the second and third control supply voltages to the second reference potential (GND2) and the third reference potential (GND3) are supplied while maintaining insulation, respectively. Charging/discharging overcurrent protection device.