KR102627709B1 - 충방전 제어 회로 및 이것을 구비한 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

충방전 제어 회로는, 입력되는 방전 제어 신호와 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압에 의거하여 과방전 래치 신호를 출력하는 과방전 래치 회로와, 과방전 검출 신호와 과방전 래치 신호가 입력되고, 과방전 래치 신호가 입력되고 있는 동안은 제어 회로에 과방전 검출 신호를 출력하는 논리 회로를 구비함으로써, 용량이 큰 부하가 접속된 배터리 장치에 있어서, 짧은 처리 시간에 부하로의 전원 공급을 정지하는 것이 가능한 충방전 제어 회로 및 이것을 구비한 배터리 장치를 제공한다.

Description

충방전 제어 회로 및 이것을 구비한 배터리 장치{CHARGING/DISCHARGING CONTROL CIRCUIT AND BATTERY DEVICE PROVIDED WITH THE SAME}
본 발명은, 충방전 제어 회로 및 이것을 구비한 배터리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 장치는, 과충전, 과방전 등을 검출하여, 2차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로를 구비하고, 이것에 의해, 2차 전지를 보호하도록 구성되어 있다. 또, 과방전을 검출한 경우에, 부하로의 방전을 금지하는 것과 더불어, 충방전 제어 회로의 내부의 소비 전류를 삭감하는 파워다운 기능을 가지고 있다.
종래의 배터리 장치(50)의 블럭도를 도 3에 나타낸다. 배터리 장치(50)는, 2차 전지(SC)와, 2차 전지(SC)에 접속된 충방전 제어 회로(51)와, 방전 제어 FET(52)와, 충전 제어 FET(53)와, 외부 양극 단자(EB＋)와, 외부 음극 단자(EB－)를 구비하고 있다.
충방전 제어 회로(51)는, 과충전 검출 회로(511)와, 과방전 검출 회로(512)와, 제어 회로(513)와, 풀업 검출 회로(514)와, 양극 전원 단자(VDD)와, 음극 전원 단자(VSS)와, 방전 제어 단자(DO)와, 충전 제어 단자(CO)와, 외부 음전압 입력 단자(VM)를 가지고, 각 회로 및 각 단자는, 도시와 같이 접속되어 있다.
배터리 장치(50)는, 2차 전지(SC)의 전압이 저하하여, 과방전 검출 회로(512)가 과방전을 검출하면, 제어 회로(513)가 방전 제어 단자(DO)를 통하여 방전 제어 FET(52)를 오프한다. 이때, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압은 부하에 의해서 외부 양극 단자(EB＋), 즉 2차 전지(SC)의 양극 단자의 전압 근처까지 상승한다. 제어 회로(513)는, 풀업 검출 회로(514)가 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 파워다운 전압을 초과한 것을 검출하면, 제어 회로(513)에 풀업 신호를 출력한다. 제어 회로(513)는, 풀업 신호를 수신하고, 과충전 검출 회로(511)와 과방전 검출 회로(512)에 파워다운 제어 신호를 출력한다. 따라서, 배터리 장치(50)는, 파워다운 상태가 된다. 그리고, 파워다운 상태가 된 배터리 장치(50)는, 2차 전지(SC)의 전압이 상승해도, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 파워다운 전압 이하가 된 것을 검출하지 않으면 파워다운 상태는 해제되지 않는다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이러한 충방전 제어 회로(51)를 가지는 배터리 장치(50)에 의하면, 제품 출하 시에 불필요한 소비 전력을 삭감하기 위해서, 파워다운 상태로 하고 부하에 흐르는 전류를 정지하는 것이 가능하다. 예를 들면, 양극 전원 단자(VDD)에 설치된 스위치(56)와 저항(54 및 55)에 의해서, 양극 전원 단자(VDD)의 전압을 의사적으로 낮게 하여 배터리 장치(50)를 파워다운 상태로 할 수 있다.
일본국 특허공개 2005－229774호 공보
그러나, 도 3에 나타내는 배터리 장치(50)에 있어서는, 이하와 같은 동작을 한다.
떼어내기가 불가능한 부하가 접속된 제품의 출하 검사에 있어서, 스위치(56)를 온 하여 양극 전원 단자(VDD)의 전압을 의사적으로 낮게 해 배터리 장치(50)를 파워다운 상태로 하는 경우, 방전 제어 FET(52)를 오프 해도, 부하의 용량이 크면 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 파워다운 전압을 초과할 때까지 긴 시간을 필요하게 되어 버리는 경우가 있다.
따라서, 배터리 장치(50)는, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 파워다운 전압을 초과하기 전에 스위치(56)을 오프 하면, 파워다운 상태가 되지 않는다. 즉, 스위치(56)는, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 파워다운 전압을 초과할 때까지 계속 온 할 필요가 있다. 이러한 출하 검사에 포함되는 처리는, 처리 시간이 제품의 비용에 걸려서 오기 때문에, 짧은 시간에 실시할 수 있는 것이 요구된다.
본 발명은, 상기의 요구를 감안하여 이루어진 것으로, 용량이 큰 부하가 접속된 배터리 장치에 있어서, 짧은 처리 시간에 부하를 정지하는 것이 가능한 충방전 제어 회로 및 이것을 구비한 배터리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 관한 충방전 제어 회로는, 2차 전지의 전압을 감시하기 위한 양극 전원 단자 및 음극 전원 단자와, 부하의 음극이 접속되는 외부 음극 단자의 전압이 입력되는 외부 음전압 입력 단자와, 방전 제어 FET에 방전 제어 신호를 출력하는 방전 제어 단자와, 양극 전원 단자의 전압에 의해서 2차 전지의 과방전을 검출하면 과방전 검출 신호를 출력하는 과방전 검출 회로와, 외부 음전압 입력 단자의 전압을 감시하여 풀업 신호를 출력하는 풀업 검출 회로와, 입력되는 과방전 검출 신호에 의거하여 과방전 상태 신호와 방전 제어 신호를 출력하고, 입력되는 풀업 신호에 의거하여 파워다운 제어 신호를 출력하는 제어 회로와, 입력되는 과방전 상태 신호와 외부 음전압 입력 단자의 전압에 의거하여 과방전 래치 신호를 출력하는 과방전 래치 회로와, 과방전 검출 신호와 과방전 래치 신호가 입력되고 과방전 래치 신호가 입력되고 있는 동안은 제어 회로에 과방전 검출 신호를 출력하는 논리 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 배터리 장치는, 2차 전지와, 부하가 접속되는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자와, 일단이 외부 음극 단자에 접속된 충전 제어 FET와, 일단이 충전 제어 FET의 타단에 접속되고 타단이 2차 전지의 음극에 접속된 방전 제어 FET와, 2차 전지와 충전 제어 FET와 방전 제어 FET와 외부 음극 단자에 접속된 상기 충방전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 충방전 제어 회로는, 방전 제어 신호와 외부 음전압 입력 단자의 전압에 의거하여 과방전 래치 신호를 출력하는 과방전 래치 회로와, 과방전 검출 신호와 과방전 래치 신호가 입력되고 과방전 래치 신호가 입력되고 있는 동안은 제어 회로에 과방전 검출 신호를 출력하는 논리 회로를 구비하고 있으므로, 용량이 큰 부하가 접속된 배터리 장치에 있어서, 짧은 처리 시간에 부하에 흐르는 전류를 정지하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 배터리 장치의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 배터리 장치의 다른 예를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 종래의 배터리 장치를 나타내는 블럭도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태의 배터리 장치(10)을 나타내는 블럭도이다.
본 실시 형태의 배터리 장치(10)는, 2차 전지(SC)와, 충방전 제어 회로(11)와, 방전 제어 FET(12)와, 충전 제어 FET(13)와, 저항(14 및 15)과, 스위치(16)와, 부하 또는 충전기가 접속되는 외부 양극 단자(EB＋) 및 외부 음극 단자(EB－)를 구비하고 있다.
충방전 제어 회로(11)는, 과충전 검출 회로(111)와, 과방전 검출 회로(112)와, 제어 회로(113)와, 풀업 검출 회로(114)와, 과방전 래치 회로(115)와, 논리 회로(116)와, 양극 전원 단자(VDD) 및 음극 전원 단자(VSS)와, 방전 제어 단자(DO)와, 충전 제어 단자(CO)와, 외부 음전압 입력 단자(VM)를 구비하고 있다.
충전 제어 FET(13)는, 일단이 외부 음극 단자(EB－)에 접속되고, 타단이 방전 제어 FET(12)의 일단에 접속되어 있다. 방전 제어 FET(12)는, 타단이 2차 전지(SC)의 음극에 접속되어 있다. 방전 제어 FET(12)는, 게이트가 방전 제어 단자(DO)에 접속되어 있어, 방전 제어 단자(DO)로부터 출력되는 방전 제어 신호에 의해 온 오프 제어된다. 충전 제어 FET(13)는, 게이트가 충전 제어 단자(CO)에 접속되어 있어, 충전 제어 단자(CO)로부터 출력되는 충전 제어 신호에 의해 온 오프 제어된다.
충방전 제어 회로(11)는, 양극 전원 단자(VDD)가 저항(14)을 개재하여 2차 전지(SC)의 양극과 외부 양극 단자(EB＋)에 접속되고, 음극 전원 단자(VSS)가 2차 전지(SC)의 음극에 접속되며, 외부 음전압 입력 단자(VM)가 외부 음극 단자(EB－)에 접속되어 있다.
과충전 검출 회로(111)는, 양극 전원 단자(VDD)에 입력되는 전압으로부터, 2차 전지(SC)의 과충전을 검출하여 제어 회로(113)에 과충전 검출 신호(OCD)를 출력한다. 과방전 검출 회로(112)는, 양극 전원 단자(VDD)에 입력되는 전압으로부터, 2차 전지(SC)의 과방전을 검출하여 논리 회로(116)에 과방전 검출 신호(ODD)를 출력한다. 여기서, 음극 전원 단자(VSS)의 전압은 이러한 회로에 입력되고 있지만, 도면에서는 생략한다. 이하, 다른 회로도 마찬가지로 한다.
제어 회로(113)는, 2차 전지(SC)의 방전을 허가할 때 방전 제어 단자(DO)에 하이 레벨의 방전 제어 신호를 출력하고, 방전을 금지할 때 로우 레벨의 방전 제어 신호를 출력한다. 그리고, 2차 전지(SC)의 충전을 허가할 때 충전 제어 단자(CO)에 하이 레벨의 충전 제어 신호를 출력하고, 충전을 금지할 때 로우 레벨의 충전 제어 신호를 출력한다. 또, 제어 회로(113)는, 과방전 검출 신호(ODD)를 입력하면, 소정의 지연 시간 후에 과방전 상태 신호(ODS)를 출력해, 그 후 풀업 신호(PU)를 수신하면 과충전 검출 회로(111)와 과방전 검출 회로(112)에 파워다운 제어 신호(PD)를 출력한다.
풀업 검출 회로(114)는, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 입력되어, 외부 음극 단자(EB－)가 부하에 의해서 외부 양극 단자(EB＋)에 풀업 되어 파워다운 전압을 초과한 것을 검출하면, 풀업 신호(PU)를 출력한다.
과방전 래치 회로(115)는, 과방전 상태 신호(ODS)와 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 입력되어, 논리 회로(116)에 과방전 래치 신호(ODL)를 출력한다. 과방전 래치 회로(115)는, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 소정의 전압보다 높을 때에 과방전 상태 신호(ODS)가 입력되면 과방전 래치 신호(ODL)를 출력하고, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 소정의 전압 이하가 되면 과방전 래치 신호(ODL)의 출력을 정지한다. 소정의 전압이란, 예를 들면, 외부 양극 단자(EB＋) 및 외부 음극 단자(EB－)에 충전기가 접속된 것을 검출할 수 있는 전압이다.
논리 회로(116)는, 과방전 검출 신호(ODD)와 과방전 래치 신호(ODL)가 입력되고, 과방전 래치 신호(ODL)가 입력되고 있지 않을 때는 제어 회로(113)에 과방전 검출 회로(112)의 출력 신호를 출력하며, 과방전 래치 신호(ODL)가 입력되고 있는 동안은 제어 회로(113)에 과방전 검출 신호(ODD)를 출력한다. 논리 회로(116)는, 예를 들면, OR 회로로 구성된다.
다음에, 배터리 장치(10)의 동작에 대해 이하에 설명한다.
여기에서는, 외부 양극 단자(EB＋)와 외부 음극 단자(EB－)의 사이에 용량이 큰 부하가 접속되고, 양극 전원 단자(VDD)와 2차 전지(SC)의 음극의 사이에 스위치(16)와 저항(15)이 접속된 배터리 장치(10)에 있어서, 배터리 장치(10)가 강제적으로 부하로의 전원 공급을 정지하여 파워다운 상태로 이행할 때의 동작에 대해 설명한다. 2차 전지(SC)는, 과충전 전압을 초과하지 않는 정도의 전압으로 충전되고, 방전 제어 FET(12)와 충전 제어 FET(13)는 온 하고 있는 것으로 한다.
스위치(16)가 온 하면, 양극 전원 단자(VDD)는, 2차 전지(SC)의 전압을 저항(14)과 저항(15)으로 분압한 전압이 입력된다. 저항(14)과 저항(15)의 저항값은, 분압 전압이 과방전 전압을 하회하도록 설정되어 있다. 따라서, 과방전 검출 회로(112)는, 2차 전지(SC)의 과방전을 검출하고, 논리 회로(116)를 개재하여 제어 회로(113)에 과방전 검출 신호(ODD)를 출력한다. 제어 회로(113)는, 과방전 검출 신호(ODD)를 수신하면, 소정의 지연 시간 후에, 방전 제어 단자(DO)에 로우 레벨의 방전 제어 신호를 출력하여 방전 제어 FET(12)를 오프 함으로써 방전을 금지하고, 더욱이 과방전 래치 회로(115)에 과방전 상태 신호(ODS)를 출력한다.
방전 제어 FET(12)가 오프 하면, 외부 음극 단자(EB－)는, 2차 전지(SC)의 음극과의 접속이 차단되어 부하에 의해서 외부 양극 단자(EB＋)에 풀업 된다. 그러나, 부하의 용량이 크기 때문에, 외부 음극 단자(EB－)의 전압은, 긴 시간(예를 들면 몇 초)에 걸쳐서 외부 양극 단자(EB＋)의 전압에 풀업 된다. 따라서, 풀업 검출 회로(114)는, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 파워다운 전압을 초과할 때까지, 풀업 신호(PU)를 출력하지 않는다.
여기서, 과방전 래치 회로(115)는, 제어 회로(113)의 과방전 상태 신호(ODS)를 수신하면, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 소정의 전압보다 높기 때문에, 과방전 래치 신호(ODL)를 출력한다. 그리고, 과방전 래치 신호(ODL)는, 외부 양극 단자(EB＋)와 외부 음극 단자(EB－)의 사이에 충전기가 접속될 때까지 유지된다.
논리 회로(116)는, 과방전 래치 신호(ODL)를 수신하고 있는 동안, 제어 회로(113)에 과방전 검출 신호(ODD)를 출력한다. 그리고, 스위치(16)가 오프 하여, 과방전 검출 회로(112)가 과방전 검출 신호(ODD)를 출력하지 않게 되어도, 논리 회로(116)는, 과방전 검출 신호(ODD)를 계속 출력한다.
제어 회로(113)는, 과방전 검출 신호(ODD)를 수신하고 있는 동안, 로우 레벨의 방전 제어 신호를 출력한다. 따라서, 배터리 장치(10)는, 부하로의 전원 공급을 정지하여 불필요한 소비 전류를 삭감할 수 있다. 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압은, 과방전 래치 회로(115)로부터 과방전 래치 신호(ODL)가 출력되고 있는 동안에 파워다운 전압을 초과하면 된다. 그리고, 배터리 장치(10)는, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 파워다운 전압을 초과했을 때에, 풀업 검출 회로(114)가 풀업 신호(PU)를 출력하고, 제어 회로(113)가 과충전 검출 회로(111)와 과방전 검출 회로(112)에 파워다운 제어 신호(PD)를 출력하여, 파워다운 상태로 이행한다.
이것에 의해, 스위치(16)는, 풀업 검출 회로(114)가 풀업 신호(PU)를 출력할 때까지 온 하고 있을 필요는 없고, 과방전 래치 회로(115)가 과방전 래치 신호(ODL)를 출력할 때까지 온 하고 있으면 된다. 따라서, 과방전 래치 회로(115)가 과방전 래치 신호(ODL)를 출력할 때까지만 스위치(16)를 온 하는 처리를 하면, 배터리 장치(10)는, 강제적으로 부하로의 전원 공급을 정지하는 것이 가능하고, 또한 파워다운 상태로 이행할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 충방전 제어 회로(11)에 의하면, 과방전 래치 회로(115)와 논리 회로(116)를 설치함으로써 짧은 처리 시간에 부하를 정지하는 것이 가능하고, 또한 파워다운 상태로 하는 것이 가능해진다. 따라서, 제조 비용의 저렴한 배터리 장치를 제공할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 과방전 래치 회로(115)는, 외부 음전압 입력 단자(VM)의 전압이 소정의 전압보다 높은 것을 검출하는 전압 검출 회로와, 전압 검출 회로의 검출 신호와 과방전 상태 신호(ODS)로부터 과방전 래치 신호(ODL)를 출력하는 논리 회로로 구성되어도 된다. 또한, 풀업 신호(PU)나 파워다운 제어 신호(PD)를 입력하여, 파워다운 하도록 구성해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 풀업 신호(PU)에 의해서 제어 회로(113)가 과충전 검출 회로(111)와 과방전 검출 회로(112)에 파워다운 제어 신호(PD)를 출력하는 것으로 했지만, 도 2에 나타내는 바와 같이, 과방전 래치 신호(ODL)에 의해서 과충전 검출 회로(111)와 과방전 검출 회로(112)를 파워다운 해도 된다. 그 경우는, 과방전 래치 회로(115)는, 풀업 신호(PU)가 입력되어 파워다운 하도록 구성된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이나 조합이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 논리 회로(116)는 OR 회로로서 설명했지만, 각 회로의 출력 논리에 따라서 적절히 설계되면 된다. 또, 파워다운 제어 신호(PD)나 과방전 래치 신호(ODL)에 의해서 파워다운 하는 회로도 적절히 선택되어도 된다. 또, 부하를 정지하는 것뿐이라면, 풀업 검출 회로는 특별히 필요로 하지 않는다.
10 : 배터리 장치
11 : 충방전 제어 회로
111 : 과충전 검출 회로
112 : 과방전 검출 회로
113 : 제어 회로
114 : 풀업 검출 회로
115 : 과방전 래치 회로
116 : 논리 회로
12 : 방전 제어 FET
13 : 충전 제어 FET
VDD : 양극 전원 단자
VSS : 음극 전원 단자
DO : 방전 제어 단자
CO : 충전 제어 단자
VM : 외부 음전압 입력 단자
EB＋ : 외부 양극 단자
EB－ : 외부 음극 단자
SC : 2차 전지(SC)

Claims (7)

  1. 2차 전지의 충방전을 제어하기 위한 충방전 제어 회로로서,
    상기 2차 전지의 전압을 감시하기 위한 양극 전원 단자 및 음극 전원 단자와,
    부하의 음극이 접속되는 외부 음극 단자의 전압이 입력되는 외부 음전압 입력 단자와,
    방전 제어 FET에 방전 제어 신호를 출력하는 방전 제어 단자와,
    상기 양극 전원 단자의 전압에 의해서 상기 2차 전지의 과방전을 검출하면 과방전 검출 신호를 출력하는 과방전 검출 회로와,
    입력되는 상기 과방전 검출 신호에 의거하여 과방전 상태 신호와 상기 방전 제어 신호를 출력하는 제어 회로와,
    입력되는 상기 과방전 상태 신호와 상기 외부 음전압 입력 단자의 전압에 의거하여 과방전 래치 신호를 출력하는 과방전 래치 회로와,
    상기 과방전 검출 신호와 상기 과방전 래치 신호가 입력되고, 상기 과방전 래치 신호가 입력되고 있는 동안은 상기 제어 회로에 상기 과방전 검출 신호를 출력하는 논리 회로와,
    상기 외부 음전압 입력 단자의 전압을 감시하여 풀업 신호를 출력하는 풀업 검출 회로를 구비하고,
    상기 제어 회로는, 입력되는 상기 풀업 신호에 의거하여 파워다운 제어 신호를 출력하며,
    상기 과방전 검출 회로는, 상기 파워다운 제어 신호 또는 상기 과방전 래치 신호에 의거하여 파워다운 하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 과방전 래치 회로는, 상기 외부 음전압 입력 단자의 전압이 소정의 전압보다 높을 때에 상기 과방전 상태 신호가 입력되면 상기 과방전 래치 신호를 출력하고, 상기 외부 음전압 입력 단자의 전압이 소정의 전압 이하가 되면 상기 과방전 래치 신호의 출력을 정지하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 과방전 래치 회로는, 상기 풀업 신호 또는 상기 파워다운 제어 신호에 의거하여 파워다운 하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  4. 2차 전지와,
    부하가 접속되는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자와,
    일단이 상기 외부 음극 단자에 접속된 충전 제어 FET와,
    일단이 상기 충전 제어 FET의 타단에 접속되고, 타단이 상기 2차 전지의 음극에 접속된 방전 제어 FET와,
    상기 2차 전지와 상기 충전 제어 FET와 상기 방전 제어 FET와 상기 외부 음극 단자에 접속된 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 충방전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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