KR20010000060A - Protection circuit for lithium ion and lithium polymer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 보호회로에 관한 것으로서, 특히 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로에 관한 것이다.The present invention relates to a protection circuit, and more particularly to a protection circuit for lithium ion and lithium polymer batteries.
현재 리튬 이온 배터리(Lithium-ion) 또는 리튬 폴리머(Lithium polymer) 배터리는 성능 및 소형화면에서 장점을 나타내고 있어 이동 통신 단말기에 널리 사용되고 있는 배터리이다.Currently, lithium-ion batteries or lithium polymer batteries are widely used in mobile communication terminals because of their advantages in performance and small screen.
그러나 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리는 그 화학적 특성상 과방전시 배터리의 기능을 수행하지 못하게 되며, 과방전 또는 쇼트(Short)로 인한 과전류로 배터리의 팽창 및 폭발과 화재의 우려가 있어 이 배터리를 사용하는 모든 전자제품은 과충전, 과방전, 과전류에 의하여 발생하는 안전사고를 예방하기 위한 보호회로가 연계 구성된다.However, due to their chemical nature, lithium ion and lithium polymer batteries do not function as a battery during overdischarge and may cause the battery to expand, explode, and fire due to overcurrent due to overdischarge or short. Electronic products are composed of protection circuits to prevent safety accidents caused by overcharge, overdischarge, and overcurrent.
종래의 기술에 따른 리튬 이온 배터리용 보호회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 전원단(VDD), 접지단(VSS), 과방전 및 과전류 차단신호를 출력하기 위한 방전 차단신호 출력단(DO), 과충전 차단신호를 출력하기 위한 충전 차단신호 출력단(CO), 과전류 감지단(VM)을 구비하고 해당 전자 제품 즉, 노트북 또는 이동 통신 단말기 등에 맞는 과전류 차단값이 내부에 설정되며, 상기 과전류 감지단(VM)을 통해 해당 차단값 이상의 전류가 감지될 경우 배터리의 방전을 차단하기 위한 제어신호를 출력하는 보호 IC(10), 상기 보호 IC(10)의 과방전 차단신호에 따라 동작하여 배터리의 방전을 차단하기 위한 제1 전계효과 트랜지스터(Q1), 보호 IC(10)의 과충전 차단신호에 따라 동작하여 배터리의 충전을 차단하기 위한 제2 전계효과 트랜지스터(Q2), 외부 잡음 및 정전기를 방지하기 위한 제1 내지 제3 커패시터(C1)(C2)(C3), 보호회로에 역전원이 걸렸을 경우 보호 IC(10)로의 역전류를 방지하기 위한 저항(R2)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the protection circuit for a lithium ion battery according to the related art includes a power supply terminal VDD, a ground terminal VSS, a discharge blocking signal output terminal DO for outputting an overdischarge and an overcurrent blocking signal, A charge cutoff signal output stage (CO) and an overcurrent detector stage (VM) for outputting an overcharge cutoff signal and an overcurrent cutoff value suitable for a corresponding electronic product, that is, a notebook or a mobile communication terminal, are set therein, and the overcurrent detection stage ( When a current higher than the cutoff value is detected through the VM), the protection IC 10 outputs a control signal for blocking the discharge of the battery, and operates according to the over-discharge blocking signal of the protection IC 10 to discharge the battery. The first field effect transistor Q1 to cut off, the second field effect transistor Q2 to cut off the charge of the battery by operating according to the overcharge cutoff signal of the protection IC 10, and to prevent external noise and static electricity. The first to third capacitors (C1) (C2) (C3), if the reverse circle rot protection circuit is configured to include a resistor (R2) for preventing a reverse current protection to the IC (10).
이때 보호 IC(10)의 구성중 과전류 검출 회로는 도 2와 같이, 직렬로 연결되고 일단에 전원(VDD)이 인가되고 타단이 접지되어 과전류 차단값을 설정하기 위한 두 개의 저항(R10)(R11)과, 상기 두 저항(R10)(R11)에 과전류 차단값과 과전류 감지단(VM)의 입력을 비교하고 그 비교결과를 출력단(CO)으로 출력하는 비교기로 구성된다.At this time, the overcurrent detection circuit of the protection IC 10 is connected in series, as shown in FIG. 2, and one end of the power supply VDD is applied and the other end is grounded to set two resistors R10 and R11 to set the overcurrent cutoff value. ) And a comparator for comparing the overcurrent blocking value and the input of the overcurrent sensing stage VM to the two resistors R10 and R11 and outputting the comparison result to the output stage CO.
이때 저항(R11)은 과전류 차단값의 정확성을 위해 보호 IC 생산시 레이저 트리밍(Laser Trimming)에 의해 저항값이 설정되는 레이저 트리밍 저항이 사용된다.At this time, the resistor R11 uses a laser trimming resistor whose resistance is set by laser trimming in the production of the protection IC for the accuracy of the overcurrent cutoff value.
이와 같이 구성된 종래기술의 과전류 차단동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the overcurrent blocking operation of the prior art configured as described above is as follows.
이동 통신 단말기 또는 밧데리 팩을 취급하는 중 어떠한 이유에서 EB+ , EB-단자에 Short 또는 과전류 방전 요인이 발생한 경우 보호 IC(10)는 제1 및 제2 전계효과 트랜지스터(Q1)(Q2)의 내부저항에 의해 흐르는 전류에 비례한 전압이 발생되고 이 전압이 보호 IC(10)의 과전류 감지단(VM)을 통해 감지된다.If the short circuit or overcurrent discharge occurs at the EB + or EB- terminals for some reason while handling the mobile communication terminal or the battery pack, the protection IC 10 may determine the internal resistance of the first and second field effect transistors Q1 and Q2. A voltage is generated in proportion to the current flowing by the current, and the voltage is sensed through the overcurrent detecting terminal VM of the protection IC 10.
이어서 보호 IC(10)는 해당 전압이 도 2에서 상술한 바와 같이, 설정된 과전류 차단값 이상이면 방전 차단신호 출력단(DO)을 '로우'레벨로 강하시켜 제1 전계 효과 트랜지스터(Q1)를 '오프'시킴으로서 배터리의 과방전을 차단 한다.Subsequently, when the corresponding voltage is equal to or greater than the set overcurrent cutoff value as described above with reference to FIG. 2, the protection IC 10 drops the discharge cutoff signal output terminal DO to a low level to turn off the first field effect transistor Q1. By blocking the over discharge of the battery.
이때 이 보호회로는 적용되는 제품에 따라 과전류 차단값을 높일 필요가 있는데, 보호회로의 전류 차단값은 고정된 형태이므로 보호 IC를 다시 개발하거나, 저항값이 낮은 전계 효과 트랜지스터를 선택하여 과전류 차단값을 조정하였다.At this time, this protection circuit needs to increase the overcurrent cutoff value according to the applied product. Since the current cutoff value of the protection circuit is fixed type, it is necessary to develop the protection IC again or select a field effect transistor with a low resistance value. Was adjusted.
그러나 전계 효과 트랜지스터의 교체만으로는 원하는 차단값을 얻기 어렵고 미세 조정또한 어려우므로 결국, 보호 IC를 새로 설계해야한다.However, the replacement of field-effect transistors alone makes it difficult to achieve the desired cutoff value and is difficult to fine tune, resulting in a new design of the protection IC.
종래의 기술에 따른 리튬 이온 배터리 보호회로는 전류 차단값이 고정된 형태로 그 값을 조정하기 위해서는 보호 IC를 새로 설계해야 하므로 비용이 많이 들고 보호 IC를 새로 설계하더라도 정확한 조정이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.Lithium-ion battery protection circuit according to the prior art has a problem that it is expensive and accurate adjustment is not possible even if a new protection IC is designed because the protection IC has to be newly designed to adjust the value with a fixed current blocking value. have.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 보호 IC의 재 설계없이 간편하고 정확한 전류 제한값 조정이 가능하도록 한 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a protection circuit for lithium ion and lithium polymer batteries, which enables simple and accurate current limit adjustment without redesigning a protection IC.
도 1은 종래의 기술에 따른 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로의 구성을 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of a protective circuit for a lithium ion and lithium polymer battery according to the prior art
도 2는 도 1의 보호 IC 내부의 과전류 검출 회로의 구성을 나타낸 도면2 is a diagram illustrating a configuration of an overcurrent detection circuit inside the protection IC of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로의 구성을 나타낸 도면3 is a view showing the configuration of a protective circuit for a lithium ion and lithium polymer battery according to the present invention
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
10, 20: 보호 IC R1 ~ R11: 저항10, 20: protection IC R1 to R11: resistance
C1 ~ C3: 커패시터 Q1,Q2: 전계효과 트랜지스터C1 to C3: Capacitors Q1 and Q2: Field Effect Transistors
본 발명은 과전류 차단값을 외부에서 변경하기 위한 과전류 차단값 설정단과 과전류 감지단을 구비하고 과전류 감지단을 통해 해당 과전류 차단값 이상의 전류가 감지될 경우 배터리의 방전을 차단하기 위한 제어신호를 출력하는 보호 IC와, 과전류 차단값 설정단에 연결하여 과전류 차단값을 설정하기 위한 저항과, 보호 IC의 제어신호에 따라 배터리의 방전을 차단시키기 위한 스위칭부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The present invention includes an overcurrent cutoff value setting stage and an overcurrent detection stage for externally changing the overcurrent cutoff value, and outputs a control signal for blocking the discharge of the battery when a current higher than the corresponding overcurrent cutoff value is detected through the overcurrent detection stage. And a switching unit connected to the protection IC, an overcurrent cutoff value setting end to set an overcurrent cutoff value, and a switching unit for blocking discharge of the battery according to a control signal of the protection IC.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로의 바람직한 일실시 예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a protective circuit for a lithium ion and lithium polymer battery according to the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a view showing the configuration of a protective circuit for a lithium ion and lithium polymer battery according to the present invention.
본 발명에 따른 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로는 도 3에 도시된 바와 같이, 전원단(VDD), 접지단(VSS), 과방전 및 과전류시 차단신호를 출력하기 위한 방전 차단신호 출력단(DO), 과충전 차단신호를 출력하기 위한 충전 차단신호 출력단(CO), 과전류 감지단(VM), 과전류 차단값을 외부에서 변경하기 위한 차단값 설정단(VS)을 구비하고 상기 과전류 감지단(VM)을 통해 해당 차단값 이상의 전류가 감지될 경우 배터리의 충전을 차단하기 위한 제어신호를 출력하는 보호 IC(20), 상기 차단값 설정단(VS)와 연결하여 과전류 차단값을 설정하기 위한 저항(R11), 상기 보호 IC(20)의 방전 차단신호에 따라 동작하여 배터리의 방전을 차단하기 위한 제1 전계효과 트랜지스터(Q1), 보호 IC(20)의 충전 차단신호에 따라 동작하여 배터리의 충전을 차단하기 위한 제2 전계효과 트랜지스터(Q2), 외부 잡음 및 정전기를 방지하기 위한 제1 내지 제3 커패시터(C1)(C2)(C3), 보호 IC(20)로의 역전류를 방지하기 위한 저항(R2)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the protection circuit for a lithium ion and lithium polymer battery according to the present invention includes a power supply terminal VDD, a ground terminal VSS, and a discharge blocking signal output terminal for outputting a blocking signal during overdischarge and overcurrent. DO), a charge cutoff signal output stage (CO) for outputting an overcharge cutoff signal, an overcurrent detection stage (VM), a cutoff value setting stage (VS) for externally changing the overcurrent cutoff value, and the overcurrent detection stage (VM). When a current higher than the cutoff value is detected through the protection IC 20 for outputting a control signal for blocking charging of the battery, a resistor for setting an overcurrent cutoff value by connecting to the cutoff value setting terminal VS. R11) operates according to the discharge cutoff signal of the protection IC 20 to operate the first field effect transistor Q1 to block the discharge of the battery, and operates according to the charge cutoff signal of the protection IC 20 to charge the battery. Second electric field to cut off And a transistor (Q2), first to third capacitors (C1) (C2) (C3) to prevent external noise and static electricity, and a resistor (R2) to prevent reverse current to the protection IC (20) do.
이때 보호 회로 제조자는 보호 IC를 PCB(Printed Circuit Board)에 장착한 후 제조하고자하는 제품의 과전류 차단값에 맞는 저항(R11)을 상기 차단값 설정단(VS)에 연결하면 되는데, 상기 저항(R11)은 정확성이 요구되고 장시간 사용 시에도 변화폭이 적어야 하므로 레이저 트리밍(Laser Trimming) 저항을 사용하며, 저항기의 정확성이 보장될 경우 가변저항 또는 일반 저항도 사용 가능하다.In this case, the protection circuit manufacturer may install a protection IC on a printed circuit board (PCB), and then connect a resistor (R11) suitable for an overcurrent cutoff value of a product to be manufactured to the cutoff value setting terminal (VS). ) Is required for accuracy and small change in long time use, so laser trimming resistor is used. If the accuracy of resistor is guaranteed, variable resistor or general resistor can be used.
또한 이후 과전류 차단값의 조정이 필요할 경우 현재 장착된 저항을 PCB로부터 제거하고 상기 과전류 차단값에 해당하는 저항으로 교체하면 과전류 차단값 조정동작이 완료되므로 보호 IC의 재설계가 필요없다.In addition, if the overcurrent cutoff value needs to be adjusted afterwards, if the currently mounted resistor is removed from the PCB and replaced with a resistor corresponding to the overcurrent cutoff value, the overcurrent cutoff adjustment operation is completed, so the redesign of the protection IC is not necessary.
이와 같이 구성된 본 발명의 과전류 차단동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the overcurrent blocking operation of the present invention configured as described above are as follows.
이동 통신 단말기 또는 밧데리 팩을 다루는 중 어떠한 이유에서 EB+ , EB-단자에 Short 또는 과전류 방전 요인이 발생한 경우 보호 IC(10)는 제1 전계효과 트랜지스터(Q1)와 제2 전계효과 트랜지스터(Q2)의 내부저항에 의하여 흐르는 전류에 비례한 전압이 발생되고 이 전압이 과전류 감지단(VM)을 통해 감지된다.If the short circuit or overcurrent discharge occurs at the EB + or EB- terminals for some reason while dealing with the mobile communication terminal or the battery pack, the protection IC 10 may determine whether the first field effect transistor Q1 and the second field effect transistor Q2 are connected. A voltage proportional to the current flowing by the internal resistance is generated, and the voltage is sensed through the overcurrent sensing stage VM.
이어서 과전류 감지단(VM)을 통해 감지된 전압이 기 설정된 과전류 차단값 이상이면 방전 차단신호 출력단(DO)을 '로우'레벨로 강하시켜 제1 전계효과 트랜지스터(Q1)를 '오프'시킴으로서 배터리의 과방전을 차단 한다.Subsequently, when the voltage sensed by the overcurrent detection stage VM is equal to or greater than the preset overcurrent cutoff value, the discharge cutoff signal output stage DO is lowered to a low level to turn off the first field effect transistor Q1 to turn off the first field effect transistor Q1. Block over discharge.
한편, 보호 IC(20)는 과전류 감지단(VM)을 통해 감지된 전류값이 소정 레벨 이하일 경우 과방전으로 인한 배터리 기능상실을 방지하기 위하여 과방전 차단신호 출력단(DO)을 '로우'레벨로 강하시켜 제1 전계 효과 트랜지스터(Q1)를 '오프'시킴으로서 배터리가 더 이상 방전되지 않도록 한다.On the other hand, the protection IC 20 sets the over-discharge blocking signal output terminal DO to a 'low' level in order to prevent battery failure due to over-discharge when the current value sensed by the over-current detection stage (VM) is below a predetermined level. The drop is made to 'off' the first field effect transistor Q1 so that the battery is no longer discharged.
본 발명에 따른 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리용 보호회로는 전류 차단값 설정용 저항이 외부에 연결된 형태이므로 전류 차단값 재설정이 필요한 경우 보호 IC를 새로 설계할 필요 없이 외부에 연결된 저항만을 교체하면 되므로 전류 차단값 조정작업이 간편하고 작업에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.Since the protection circuit for lithium ion and lithium polymer batteries according to the present invention has a current blocking value setting resistor connected to the outside, when a current blocking value reset is required, only a resistor connected to the outside needs to be replaced without a new design of the protection IC. It is easy to adjust the cutoff value and reduce the cost of the work.
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