KR20000007575A

KR20000007575A - 정전류 정전압 충전회로

Info

Publication number: KR20000007575A
Application number: KR1019980026981A
Authority: KR
Inventors: 한용남
Original assignee: 한용남; 정해일; 동명전자
Priority date: 1998-07-04
Filing date: 1998-07-04
Publication date: 2000-02-07

Abstract

2차 전지를 충전시킴에 있어서, 방전된 2차 전지의 초기 충전 상태에서는 정전류를 사용하여 충전하고, 2차 전지의 충전 상태가 설정치에 도달하여 만충상태에 가까워지면 정전압 정전류 상태로 충전하여 충전전압이 서서히 상승하도록 하는 정전류 정전압 충전회로에 대해 개시한다. 이러한 정전류 정전압 충전회로는, 외부 전원으로부터 인가 받은 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 전원을 공급하는 전원부와; 전원부로부터 직류전원을 인가 받아 전원 스위치의 트랜지스터가 온/오프 됨에 따라 전류를 온/오프 인가시키는 정전압부와; 스위칭 다이오드의 온/오프에 따라 콘덴서에 충전되는 전압을 조절하여 기준전압을 설정하는 기준전압 발생부와; 기준전압 발생부로부터 인가된 기준 전압과 2차 전지로부터 감지한 전압을 비교/판단하여 제1트랜지스터를 온/오프 시킴으로써 2차 전지로 인가되는 전류를 일정하게 설정하는 정전류부와; 2차 전지의 충전 상태를 감지하여 충전상태를 시각적으로 디스플레이 하는 디스플레이부를 포함한다. 따라서, 과충전에 의한 2차 전지의 기능 상실이나 파괴 등의 현상을 방지하여, 2차 전지의 사용수명이나 성능의 저하 현상을 방지할 수 있다.

Description

정전류 정전압 충전회로.

본 발명은 정전류 정전압 충전회로에 관한 것으로서, 특히 2차 전지의 초기 충전 상태에서는 정전류에 의해 신속하게 충전하고, 충전 상태가 설정치에 도달하여 만충상태에 가까워지면 정전압 정전류 상태로 충전이 전환되는 정전류 정전압 충전회로에 관한 것이다.

일반적으로 2차 전지의 충전 방식은 2가지로 대표되는데, 그 중 하나의 충전 방식은 마이크로 컨트롤러를 이용하여 2개의 전지팩 중 하나의 전지팩에 전원을 인가하여 충전이 완료된 다음 다른 전지팩에 전원을 인가하여 충전하는 방법이고, 다른 하나의 충전방식은 일정하게 설정된 공급 전류를 외부 스위치 조작으로 공급 전류를 변화시켜 마이크로 컨트롤러를 이용하여 두 개의 전지팩을 동시에 충전시키는 방식이다.

여기서, 2개의 전지팩을 동시에 충전하는 방법은 다시 두 개의 전지팩에 동시에 같은 양의 전류를 공급하는 방법과, 일측 전지팩에 타측 전지팩보다 적은 전류를 공급하는 방법으로 구분된다.

그런데, 두 개의 전지팩에 동시에 같은 양의 전류를 공급하는 경우는 전지팩에 전원을 공급하는 전원부가 커지고 회로가 복잡하여 가격이 상승하게 되며, 일측 전지팩에 타측 전지팩보다 적은 전류를 공급하는 방법은 일측 전지팩의 충전 시간이 너무 길어지게 되는 문제점이 있다.

이를 방지하기 위하여 많은 전류가 공급된 전지팩의 충전 완료시 적은 전류가 흐르는 전지팩에 대하여 외부 스위치 조작으로 많은 전류를 공급하여 충전시간을 단축시키는 방법이 사용된다.

그런데, 이러한 경우에 사용자가 충전기 주위에 대기하고 있다가 외부 스위치를 조작하여야 함으로 사용이 매우 번거로운 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 번거로움 때문에 종래의 2차 전지의 충전방법에서는 2개의 2차 전지가 동시에 충전 전지팩에 삽입되는 경우에는 마이크로 컨트롤러의 제어에 의하여 어느 하나의 2차 전지의 내부 충전 전압이 만충 전압 상태가 된 다음 다른 충전 전지팩에 삽입되는 2차 전지를 충전시키는 방법이 널리 사용된다.

즉, 2개의 충전 전지팩을 예를들면, 주전지팩과 부전지팩으로 구분하여 주전지팩과 부전지팩이 동시에 삽입되는 경우에는 주전지팩에 삽입된 2차 전지의 충전을 우선하여 완료시킨 다음 부전지팩에 삽입된 2차 전지의 충전 작업을 수행한다.

따라서, 2개의 전지팩에 동시에 2차 전지가 삽입되는 경우에는 충전 시간이 길어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 2차 전지의 초기 충전 상태에서는 정전류에 의하여 신속하게 충전되게 하고, 충전 상태가 설정치에 도달하여 만충상태에 가까워지면 정전압 정전류 상태로 충전이 전환되어 충전 전압이 서서히 상승되도록 하는 정전류 정전압 충전회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 충전완료 후에는 소전류 충전동작(트리클 충전)이 계속 반복되게 되어 장시간 충전시에도 과충전을 방지하도록 하는 정전류 정전압 충전회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따른 정전류 정전압 충전회로의 구성도,

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회로도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...전원부 20...변환기

30...정전압부 40...기준전압 발생부

50...정전류부 60...디스플레이부

70...2차 전지

상기 목적을 달성하는 본 발명 정전류 정전압 충전회로는, 외부 전원으로부터 인가 받은 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 전원을 공급하는 전원부와; 전원부로부터 직류전원을 인가 받아 전원 스위치의 트랜지스터가 온/오프 됨에 따라 전류를 온/오프 인가시키는 정전압부와; 스위칭 다이오드의 온/오프에 따라 제2콘덴서에 충전되는 전압을 조절하여 기준전압을 설정하는 기준전압 발생부와; 기준전압 발생부로부터 인가된 기준 전압과 2차 전지로부터 감지한 전압을 비교/판단하여 제1트랜지스터를 온/오프 시킴으로써 2차 전지로 인가되는 전류를 일정하게 설정하는 정전류부와; 2차 전지의 충전 상태를 감지하여 충전상태를 시각적으로 디스플레이 하는 디스플레이부를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

정전압부는 스위칭 트랜지스터와 발진회로 및 피드백 회로 등이 내장되어 있는 전원 스위치를 구비하여, 스위칭 트랜지스터의 온/오프에 따라 1차측과 2차측 권선 방향이 다른 변환기의 양단에 흐르는 전류를 리니어하게 하게 온/오프 제어하여 전류를 출력한다.

정전류부는 기준전압 발생부로부터 인가된 기준 전압과 2차 전지로부터 감지한 전압을 비교/판단하여 오피 앰프의 출력신호를 하이/로신호로 제어하여 출력하고, 이에 따라 제1트랜지스터를 온/오프 시킴으로써 2차 전지로 인가되는 전류를 일정하게 설정하여 정전류 충전을 하게 된다.

디스플레이부는 전원으로부터 전압을 감지하여 소정의 전압 이상/이하인지를 판단하고, 이에 따라 하이 또는 로 신호를 출력하여 제2트랜지스터 및 제3트랜지스터를 턴온/턴오프 제어함으로써 LED1과, 충전완료를 표시하는 LED2를 각각 동작하게 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명에 따른 정전류 정전압 충전회로는 정전류 정전압에 의한 충전방식을 사용하여 리니어하게 충전함으로써 2차 전지의 과충전을 방지할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명 정전류 정전압 충전회로는, 도1 및 도2를 참조하면, 오피 앰프(U2)와 트랜지스터, 레퍼런스 IC를 이용하여 베터리 또는 베터리 잭과 같은 연속 충전 방식의 2차 전지(70)를 충전시킴에 있어서, 방전된 2차 전지(70)의 초기 충전 상태가 정전류에 의해 신속하게 충전되게 한다.

또한, 2차 전지(70)의 충전 상태가 설정치에 도달하여 만충상태에 가까워지면 정전압 정전류 상태로 충전이 전환되어 충전 전압이 서서히 상승되는 상태로 만충전 상태까지 충전하고, 충전완료 후에는 기준전압 발생부(40)의 스위칭 다이오드(ZD4)의 설정값과 제4다이오드(D3)의 드롭(Drop) 전압에 의하여 소전류 충전동작(트리클 충전)이 계속 반복되도록 하여 리니어(Linear) 방식으로 충전하게 된다.

먼저 전원부(10)는 외부 전원으로부터 인가 받은 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 전원을 공급하는데, 변환기(20)의 1차측의 오프시 2차측이 온하는 플라이백(Flyback)방식을 사용한다.

정전압부(30)는 스위칭 트랜지스터와 100㎑ 발진회로 및 피드백 회로 등이 내장되어 있는 전원 스위치(U1)를 구비하는데, 스위칭 트랜지스터가 턴온 되면 변환기의 1차측 전류가 흐르기 시작한다.

변환기(20)는 1차측과 2차측의 권선 방향이 다르기 때문에 스위칭 트랜지스터가 턴온일 때 2차측 제1다이오드(ZD2)의 양단에 역 바이어스가 인가되므로 제1다이오드(ZD2)는 턴오프 상태를 유지하여 출력측에 전류가 전달되지 않는다.

이 경우 1차측에 흐르는 전류는 직선적으로 리니어하게 증가하게 된다.

스위칭 트랜지스터가 턴오프일 경우에는 변환기(20)의 코어(Core)에 축적된 전류가 순방향 바이어스가 인가된 제1다이오드(ZD2)를 통해 출력측에 전달된다.

코어(Core)의 전류가 모두 전달되고 나면 2차측 전류가 제로가 되고 스위칭 트랜지스터 양단에는 DC입력 전압만이 인가되어 출력 전류가 다시 스위칭 동작을 반복하게 된다.

전원 스위치(U1)가 턴온일 때(즉, 2차측 턴오프시)회로의 급격한 전류 변화에 의해 인덕턴스에 전압이 유기 되어 큰 서지 전압이 발생하게 된다.

전원스위치(U1)의 스위칭 트랜지스터(MOS FET)가 턴오프시 드레인 전압과 전류의 오퍼레이팅(Operating)궤적이 역방향 바이어스의 안정 오퍼레이팅 궤적(RBSOA; Reverse Bias Safe Operating Area)범위를 초과하면 장치의 파괴를 초래하게 된다.

따라서, 임펄스성 스파이크(Spike) 성분을 제거시켜 턴 오프시의 동작 궤적을 상술된 범위 안에 있게 하기 위해서, 또는 무선 주파수의 잡음 제거를 위해서 스너버(Snubber)회로를 사용하게 된다.

제2다이오드(ZD1) 및 제3다이오드(D1)와 제1콘덴서(C4)는 변환기(20)의 스너버로써, 서지전압이나 링잉 전압을 흡수하고, 전류의 급격한 변화를 방지하게 된다.

기준전압 발생부(40)는 제1저항(R10)과 제2저항(VR2)에 의해 A포인트의 전압이 2.5V이상이 되면 스위칭 다이오드(ZD4)가 온되어 제3저항(R11)을 통해 제2콘덴서(C9)에 충전되어 있던 전류는 스위칭 다이오드(ZD4)를 통하여 방전된다.

이어서, 제2콘덴서(C9)에 충전 전압을 점차 낮아져서 이 낮아진 전압은 제4다이오드(D3), 제4저항(R9) 및 제5저항(R7)을 통하여 부하(오피 앰프의 +단자)로 가해지게 된다.

반대로, A포인트의 전압이 2.5V이하가 되면 스위칭 다이오드(ZD4)가 오프되어 제3저항(R11)을 통해 제2콘덴서(C9)에 충전되어 제2콘덴서(C9)의 전압은 높아지게 되고, 높아지는 전압은 제4다이오드(D3), 제4저항(R9) 및 제5저항(R7)을 통하여 부하(오피 앰프의 +단자)로 가해지게 된다.

상술된 동작을 반복하여 제2콘덴서(C9)에 충전되는 전압은 매우 안정된 전압을 유지하게 되는데 이 전압을 기준전압으로 이용하고, 이러한 전압(B포인트)은 2.5V로 맞추는 것이 바람직하다.

정전류부(50)는 B포인트의 기준 전압을 2.5V로 했을 때 제4저항(R9)과 제5저항(R7)을 각각 1㏀으로 한다면, 오피 앰프(U2)의 +단자에는 1.25V가 걸리게 되고, 이때, 2차 전지(70)가 연결된 상태에서 소비 전류가 C포인트의 전압은 1.25V보다 높고 소비 전류(2차 전지측)이 많으면 로신호를 출력하고 C포인트의 전압이 1.25V보다 낮으면 하이 신호가 출력된다.

오피 앰프(U2)의 출력이 로 일때는 제1트랜지스터(Q1)가 오프 되므로 스위칭 다이오드(ZD4)는 정전압 회로 즉, 충전 회로 자체가 없는 일반적인 회로로 동작하여 일정한 전압의 출력을 내보낸다.

만일, 오피 앰프(U2)의 출력이 하이일 경우에는 제1트랜지스터(U2)가 온 되므로 제5다이오드(D5)의 LED측이 온 됨으로써 전원이 차단되어 출력이 나오지 않게 된다.

이러한 동작이 빠르게 진행되어 부하(2차 전지)(70)측에 흐르는 전류는 일정하게 되어 정전류 충전을 하게된다.

디스플레이부(60)는 제6저항(VR3)에서 설정한 전압(4.15V)을 검출하여 4.15V 이상일 때 오피앰프(U2)의 5번 핀이 하이가 되어 7번 핀에서 하이 신호가 부가되어 제2트랜지스터(Q2)가 턴온되어 LED1(GREEN)이 발광되고, 4.15V이하일 경우 로가 되어 제3트랜지스터(Q3)가 턴온되어 LED2(RED)가 발광하게 되어 충전완료를 디스플레이 하게 된다.

본 발명에 따른 정전류 정전압 충전회로는 다음과 같은 이점을 가진다.

첫째, 장시간 충전 포켓에 방지되어 있다 하더라고 과충전에 의한 2차 전지의 기능 상실이나 파괴 등의 현상을 방지하여 과충전에 의한 2차 전지의 사용수명이나 성능 등의 저하 현상을 방지할 수 있다.

둘째, 2차 전지의 만충 상태와 미충 상태를 검출하기 위하여 기준전압 설정에 의한 2차 전지 상태 검출회로를 삽입하여 이를 디스플레이 함으로써 사용자가 눈으로 쉽게 식별할 수 있게 된다.

셋째, 입력 전원을 스위칭으로 설계하여 2차 측에 안정된 전원을 공급하여 주며 안정된 출력전압 및 전류를 제공한다.

넷째, 부품의 일부나 변환기의 용량을 변경하여 사용함으로써 대용량의 2차 전지나 여러 개의 2차 전지를 동시에 충전할 수 있다.

다섯째, 미세한 전압과 전류를 감지하여 2차 전지를 보호하고, 마이컴을 이용하지 않고 리니어 방식을 사용하여 마이컴의 효과를 실현할 수 있다.

Claims

외부 전원으로부터 인가 받은 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 전원을 공급하는 전원부와,

상기 전원부로부터 직류전원을 인가 받아 전원 스위치의 트랜지스터가 온/오프 됨에 따라 전류를 온/오프 인가시키는 정전압부와,

스위칭 다이오드의 온/오프에 따라 제2콘덴서에 충전되는 전압을 조절하여 기준전압을 설정하는 기준전압 발생부와,

상기 기준전압 발생부로부터 인가된 기준 전압과 2차 전지로부터 감지한 전압을 비교/판단하여 제1트랜지스터를 온/오프 시킴으로써 상기 2차 전지로 인가되는 전류를 일정하게 설정하는 정전류부와,

상기 2차 전지의 충전 상태를 감지하여 충전상태를 시각적으로 디스플레이 하는 디스플레이부를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 정전류 정전압 충전회로.
제1항에 있어서, 상기 정전압부는 스위칭 트랜지스터와 발진회로 및 피드백 회로 등이 내장되어 있는 전원 스위치를 구비하여,

상기 스위칭 트랜지스터의 온/오프에 따라 1차측과 2차측 권선 방향이 다른 변환기의 양단에 흐르는 전류를 리니어하게 하게 온/오프 제어하여 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 정전류 정전압 충전회로.
제1항에 있어서, 상기 정전류부는 상기 기준전압 발생부로부터 인가된 기준 전압과 2차 전지로부터 감지한 전압을 비교/판단하여 오피 앰프의 출력신호를 하이/로신호로 제어하여 출력하고, 이에 따라 제1트랜지스터를 온/오프 시킴으로써 상기 2차 전지로 인가되는 전류를 일정하게 설정하여 정전류 충전을 하는 것을 특징으로 하는 정전류 정전압 충전회로.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이부는 상기 전원으로부터 전압을 감지하여 소정의 전압 이상/이하인지를 판단하고, 이에 따라 하이 또는 로 신호를 출력하여 제2트랜지스터 및 제3트랜지스터를 턴온/턴오프 제어함으로써 LED1과, 충전완료를 표시하는 LED2를 각각 동작하게 하는 것을 특징으로 하는 정전류 정전압 충전회로.