KR20020082173A - 배터리 관리용 아이씨의 정전기 방전에 대한 보호 회로 - Google Patents

배터리 관리용 아이씨의 정전기 방전에 대한 보호 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로에 관한 것으로, 상세하게는 배터리 관리용 IC의 기능 동작을 위한 주변 응용회로와 배터리 관리용 IC 자체 구현된 정전기 방전(ESD)의 내성을 보완하여 제품의 안정된 신뢰성을 확보할 수 있고, 주변 응용회로중 콘덴서와 과도전압 억제소자를 이용하여 고전류에 의한 전류 경로를 배터리쪽으로 생성시킴으로써 단시간에 고전류가 전달되도록 하여 배터리 관리용 IC에 유입되는 정전기 에너지를 최소화하여 피해를 줄일 수 있다.

Description

배터리 관리용 아이씨의 정전기 방전에 대한 보호 회로{PROTECTION CIRCUIT AGAINST A ELECTROSTATIC DISCHARGE OF IC FOR MANAGING BATTERY}
본 발명은 배터리 관리용 IC의 보호 회로에 관한 것으로, 상세하게는 IC가 정전기 방전(ESD : Electrostatic Discharge)에 대해 쉽게 손상되는 것을 방지하고 안정된 기능 동작을 유지하도록 주변 회로를 구성하기 위한 것으로, 특히 IC의 래치-업 현상에 의해 IC가 손상되는 것을 방지하도록 하는 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로에 관한 것이다.
일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 배터리 관리회로(10)는 배터리 관리용 IC(11)와, 배터리 관리용 IC(11)의 기능 동작 및 각 입력단자와 출력단자로 인입되는 정전기 방전(ESD)에 대해 보호를 하도록 제 1, 2MOSFET(12, 13)와, 제 1~6저항(R1~R6) 및 제 1~4콘덴서(C1~C4)로 이루어진다.
배터리 관리용 IC(11)는 복수의 입출력단자를 구비하며, 배터리의 각 동작을 제어한다. 여기에서 배터리 관리용 IC(11)는 MAXIM사의 DS276x Battery Monitoring IC를 사용한다.
비동기 직렬 통신단(D)은 한 개 라인으로 호스트와 양방향으로 데이터를 주고받을 수 있고, 배터리 전원단(B+, B-)은 배터리의 전원을 공급하고, 전원 출력단(P+, P-)은 전원을 출력한다.
제 1MOSFET(12)는 배터리 관리용 IC(11)의 DC단에 게이트가 연결되고, 배터리 전원단(B+)에 소스가, 전원 출력단(P+)에 드레인이 연결되어 배터리 전원의 전류 흐름을 제어한다.
제 2MOSFET(13)는 배터리 관리용 IC(11)의 CC단에 게이트가 연결되고, 제 1MOSFET(12)와 전원 출력단(P+) 사이에 소스와 드레인이 연결되어 제 1MOSFET(12)와 연동되어 배터리 전원의 전류 흐름을 제어한다.
제 1~6저항(R1~R6)은 배터리 관리용 IC(11)의 각 입출력단자(VDD단, VIN단, DC단, CC단, PLS단, DQ단)에 연결되어 고전류, 고전압의 정전기 방전(ESD)을 감쇄시킨다.
제 1콘덴서(C1)는 배터리 전원단(B+, B-)과 연결되는 배터리 관리용 IC(11)의 VDD단과, VSS단의 사이에 연결되어 배터리 관리용 IC(11)의 전원의 바이패스용으로 전원 안정화를 유지한다.
제 2콘덴서(C2)는 배터리 관리용 IC(11)의 IS1단과, IS2단 사이에 연결되어 배터리 관리용 IC(11)가 전류 감지시 외부 노이즈의 전달을 억제한다.
제 3콘덴서(C3)는 제 1MOSFET(12)의 입력측과 제 2MOSFET(13)의 출력측 사이에 병렬 연결되어 제 1, 2MOSFET(12, 13)의 스위칭시 전원 오버슈팅을 억제하여 전원 안정화를 유지한다.
제 4콘덴서(C4)는 전원 출력단(P+, P-) 사이에 병렬 연결되어 출력 전원의 바이패스용으로 안정된 출력 전원을 유지한다.
그러나 이러한 종래의 배터리 관리회로(10)는 정전기 방전(ESD) 규격 'IEC 1000-4-2의 레벨4'인 접촉방전 ±8㎸와 기중방전 ±15㎸에서 배터리 관리용 IC의 사용 불능, 기능 오동작 및 배터리 관리용 IC(11) 내부에서 전원이 단락되는 래치업(Latch-Up)현상이 발생하여 배터리 관리용 IC(11)의 기능 정지 및 소손이 발생하고, 래치업으로 인해 배터리 전원단(B+, B-)을 차단해야 정상 복귀하지만 배터리 관리용 IC(11)의 내부 소손으로 인해 배터리 전원단(B+, B-)의 차단이 이루어지지 않아 전류 소모가 증가하게 되며, 계속 사용시 배터리 수명 단축 및 폭발할 수 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 배터리 관리용 IC의 기능 동작을 위한 주변 응용회로와 배터리 관리용 IC 자체 구현된 정전기 방전(ESD)의 내성을 보완하여 제품의 안정된 신뢰성을 확보할 수 있고, 주변 응용회로중 콘덴서와 과도전압 억제소자를 이용하여 고전류에 의한 전류 경로를 배터리쪽으로 생성시킴으로써 단시간에 고전류가 전달되도록 하여 배터리 관리용 IC에 유입되는 정전기 에너지를 최소화하여 피해를 줄일 수 있도록 하는데 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 배터리 관리보호 회로의 구성을 나타낸 회로도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로의 구성을 나타낸 회로도
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 배터리 관리용 IC12, 13 : 제 1, 2MOSFET
110, 120 : 제 1, 2과도전압 억제소자C1~C4 : 제 1~4콘덴서
R1~R6 : 제 1~6저항
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
복수의 입출력단자를 구비하며 배터리의 각 동작을 제어하는 배터리 관리용 IC와, 상기 배터리 관리용 IC의 DC단에 게이트가 연결되고, 배터리 전원단(B+)에 소스가, 전원 출력단(P+)에 드레인이 연결되어 배터리 전원의 방전 전류 흐름을 제어하는 제 1MOSFET와, 상기 배터리 관리용 IC의 일단에 게이트가 연결되고, 상기 제 1MOSFET와 전원 출력단(P+) 사이에 소스와 드레인이 연결되어 상기 제 1MOSFET와 연동되어 배터리 전원의 방전 전류 흐름을 제어하는 제 2MOSFET와, 상기 배터리 관리용 IC의 각 입출력단자에 연결되어 고전류, 고전압의 정전기 방전(ESD)을 감쇄시키는 복수의 저항과, 배터리 전원단(B+, B-)과 연결되는 배터리 관리용 IC의 전원 입력단의 사이에 연결되어 배터리 관리용 IC의 전원의 바이패스용으로 전원 안정화를 유지하는 제 1콘덴서와, 상기 배터리 관리용 IC의 일단과 일단 사이에 연결되어 상기 배터리 관리용 IC가 전류 감지시 외부 노이즈의 전달을 억제하는 제 2콘덴서와, 상기 제 1MOSFET의 입력측과 상기 제 2MOSFET의 출력측 사이에 병렬 연결되어 상기 제 1, 2MOSFET의 스위칭시 전원 오버슈팅을 억제하여 전원 안정화를 유지하는 제 3콘덴서와, 전원 출력단(P+, P-) 사이에 병렬 연결되어 출력 전원의 바이패스용으로 안정된 출력 전원을 유지하는 제 4콘덴서와, 한 개 라인으로 호스트와 양방향으로 데이터를 주고받을 수 있는 비동기 직렬 통신단(D)으로 이루어지는 배터리 관리회로에 있어서,
상기 비동기 직렬 통신단(D)과 상기 배터리 전원단(B-) 사이에 연결되어 상기 비동기 직렬 통신단으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 고전류를 상기 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시키는 제 1과도전압 억제소자와,
상기 전원 출력단(P-)과 상기 배터리 전원단(B-) 사이에 연결되어 상기 전원 출력단(P-)으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 고전류를 상기 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시키는 제 2과도전압 억제소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 복수의 저항중 상기 배터리 관리용 IC의 VDD단과 연결된 저항은,
상기 배터리 관리용 IC의 래치업을 방지하도록 상기 VDD단으로 흐르는 고전류에 의한 전압 강하를 1V이하가 되도록 저항값이 설정된다.
여기에서 또한 상기 제 3콘덴서는,
상기 전원 출력단(P+)으로 인입되는 정전기 방전의 고전류를 상기 배터리 전원단(B+)으로 흐를 수 있도록 용량값이 설정된다.
여기에서 또 상기 제 4콘덴서는,
상기 전원 출력단(P+, P-)으로 인입되는 정전기 방전의 고전류를 반대 극성의 전원 출력단(P-, P+)으로 흐를 수 있도록 용량값이 설정된다.
이하, 본 발명에 의한 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로의 구성을 나타낸 회로도이다. 도 2에 있어서 도 1에 나타난 종래의 배터리 관리회로와 동일 부호에 대해서는 동일 부호를 부여한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로(100)는, 배터리 관리용 IC(11)와, 제 1MOSFET(12)와, 제 2MOSFET(13)와, 제 1~6저항(R1~R6)과, 제 1~4콘덴서(C1~C4)와, 제 1과도전압 억제소자(110)와, 제 2과도전압 억제소자(120)로 구성된다.
배터리 관리용 IC(11)는 복수의 입출력단자를 구비하며, 배터리의 각 동작을 제어한다. 여기에서 배터리 관리용 IC(11)는 MAXIM사의 DS276x Battery Monitoring IC를 사용한다.
제 1MOSFET(12)는 배터리 관리용 IC(11)의 DC단에 게이트가 연결되고, 배터리 전원단(B+)에 소스가, 전원 출력단(P+)에 드레인이 연결되어 배터리 전원의 방전 전류 흐름을 제어한다.
제 2MOSFET(13)는 배터리 관리용 IC(11)의 CC단에 게이트가 연결되고, 제 1MOSFET(12)와 전원 출력단(P+) 사이에 소스와 드레인이 연결되어 제 1MOSFET(12)와 연동되어 배터리 전원의 충전 전류 흐름을 제어한다.
제 1~6저항(R1~R6)은 배터리 관리용 IC(11)의 각 입출력단자(VDD단, VIN단, DC단, CC단, PLS단, DQ단)에 연결되어 고전류, 고전압의 정전기 방전(ESD)을 감쇄시킨다. 여기에서 배터리 관리용 IC(11)의 VDD단과 연결된 제 1저항(R1)은 배터리 관리용 IC(11)의 래치업을 방지하도록 VDD단으로 흐르는 고전류에 의한 전압 강하를 1V이하가 되도록 저항값(1.0㏀)이 설정된다.
비동기 직렬 통신단(D)은 한 개 라인으로 호스트와 양방향으로 데이터를 주고받을 수 있고, 배터리 전원단(B+, B-)은 배터리의 전원을 공급하고, 전원 출력단(P+, P-)은 전원을 출력한다.
제 1콘덴서(C1)는 배터리 전원단(B+, B-)과 연결되는 배터리 관리용 IC(11)의 VDD단과, VSS단의 사이에 연결되어 배터리 관리용 IC(11)의 전원의 바이패스용으로 전원 안정화를 유지한다.
제 2콘덴서(C2)는 배터리 관리용 IC(11)의 IS1단과, IS2단 사이에 연결되어 배터리 관리용 IC(11)가 전류 감지시 외부 노이즈의 전달을 억제한다.
제 3콘덴서(C3)는 제 1MOSFET(12)의 입력측과 제 2MOSFET(13)의 출력측 사이에 병렬 연결되어 제 1, 2MOSFET(12, 13)의 스위칭시 전원 오버슈팅을 억제하여 전원 안정화를 유지한다. 여기에서 제 3콘덴서(C3)는 전원 출력단(P+)으로 인입되는 정전기 방전의 고전류를 배터리 전원단(B+)으로 흐를 수 있도록 용량값(0.1㎌)이 설정된다.
제 4콘덴서(C4)는 전원 출력단(P+, P-) 사이에 병렬 연결되어 출력 전원의 바이패스용으로 안정된 출력 전원을 유지한다. 여기에서 제 4콘덴서(C4)는 전원 출력단(P+, P-)으로 인입되는 정전기 방전의 고전류를 반대 극성의 전원 출력단(P-, P+)으로 흐를 수 있도록 용량값(0.1㎌)이 설정된다. 여기에서 또한 제 4콘덴서(C4)의 용량과 내압의 산정은 IEC 1000-4-2의 규정에 따라 330Ω/150㎊로 15㎸, 15A/1㎱의 방전 에너지에 대응하기 위해 '정전기 에너지=콘덴서 용량식'을 적용하면 (15000V ×150㎊)/(100000㎊)=22.4V로 산출되며, 0.1㎌의 콘덴서 내부저항(ESR)이 0.2Ω정도이므로 0.2Ω×15A=3V로 내압은 25V이상이면 된다.
제 1과도전압 억제(TVS : Transient Voltage Suppression)소자(110)는 비동기 직렬 통신단(D)과 배터리 전원단(B-) 사이에 연결되어 비동기 직렬 통신단(D)으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 고전류를 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시킨다.
제 2과도전압 억제소자(120)는 전원 출력단(P-)과 배터리 전원단(B-) 사이에 연결되어 전원 출력단(P-)으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 고전류를 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시킨다.
이하 본 발명에 따른 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로에 대한 동작을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 따른 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로(100)는 배터리 관리용 IC(11)의 기능 동작을 유지하면서도 인입되는 정전기 방전(ESD)의 고전류를 배터리쪽으로 최대한 빨리 흐르도록 경로를 구성하여 배터리 관리용 IC(11)의 각 입, 출력단자로 전달되는 정전기 에너지를 최소화시킨다.
한편 제 1, 2과도전압 억제소자(110, 120)의 특성은 동작전압 이하에서는 수㏁ 이상의 높은 내부저항을 가지고, 동작전압 이상에서는 수mΩ으로 변화하는 물성적인 특성을 가지고 있기 때문에, 정전기 방전 에너지의 순간 고전류에 의해 동작하여 전류 흐름을 바꾼다.
즉, 제 1과도전압 억제소자(110)는 비동기 직렬 통신단(D)으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 비동기 직렬 통신단(D)과 배터리 전원단(B-)의 경로를 형성하여 고전류를 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시켜 배터리 관리용 IC(11)의 오동작, 래치업 및 소손으로부터 보호한다.
또한, 제 2과도전압 억제소자(120)는 전원 출력단(P-)으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 전원 출력단(P-)과 배터리 전원단(B-)의 경로를 형성하여 고전류를 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시켜 배터리 관리용 IC(11)의 오동작, 래치업 및 소손으로부터 보호한다.
이때 배터리 관리용 IC(11)의 내부 전류 감지 저항이 25mΩ정도이므로 제 1, 2과도전압 억제소자(110, 120)에 의해 유입 경로를 우회시킴으로써 배터리 관리용 IC(11)의 직접 유입을 차단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로에 의하면, 배터리 관리용 IC의 기능 동작을 위한 주변 응용회로와 배터리 관리용 IC 자체 구현된 정전기 방전(ESD)의 내성을 보완하여 제품의 안정된 신뢰성을 확보할 수 있고, 주변 응용회로중 콘덴서와 과도전압 억제소자를 이용하여 고전류에 의한 전류 경로를 배터리쪽으로 생성시킴으로써 단시간에 고전류가 전달되도록 하여 배터리 관리용 IC에 유입되는 정전기 에너지를 최소화하여 피해를 줄일 수 있다.

Claims (4)

  1. 복수의 입출력단자를 구비하며, 배터리의 각 동작을 제어하는 배터리 관리용 IC와, 상기 배터리 관리용 IC의 DC단에 게이트가 연결되고, 배터리 전원단(B+)에 소스가, 전원 출력단(P+)에 드레인이 연결되어 배터리 전원의 방전 전류 흐름을 제어하는 제 1MOSFET와, 상기 배터리 관리용 IC의 일단에 게이트가 연결되고, 상기 제 1MOSFET와 전원 출력단(P+) 사이에 소스와 드레인이 연결되어 상기 제 1MOSFET와 연동되어 배터리 전원의 방전 전류 흐름을 제어하는 제 2MOSFET와, 상기 배터리 관리용 IC의 각 입출력단자에 연결되어 고전류, 고전압의 정전기 방전(ESD)을 감쇄시키는 복수의 저항과, 배터리 전원단(B+, B-)과 연결되는 배터리 관리용 IC의 전원 입력단의 사이에 연결되어 배터리 관리용 IC의 전원의 바이패스용으로 전원 안정화를 유지하는 제 1콘덴서와, 상기 배터리 관리용 IC의 일단과 일단 사이에 연결되어 상기 배터리 관리용 IC가 전류 감지시 외부 노이즈의 전달을 억제하는 제 2콘덴서와, 상기 제 1MOSFET의 입력측과 상기 제 2MOSFET의 출력측 사이에 병렬 연결되어 상기 제 1, 2MOSFET의 스위칭시 전원 오버슈팅을 억제하여 전원 안정화를 유지하는 제 3콘덴서와, 전원 출력단(P+, P-) 사이에 병렬 연결되어 출력 전원의 바이패스용으로 안정된 출력 전원을 유지하는 제 4콘덴서와, 한 개 라인으로 호스트와 양방향으로 데이터를 주고받을 수 있는 비동기 직렬 통신단(D)으로 이루어지는 배터리 관리회로에 있어서,
    상기 비동기 직렬 통신단(D)과 상기 배터리 전원단(B-) 사이에 연결되어 상기 비동기 직렬 통신단으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 고전류를 상기 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시키는 제 1과도전압 억제소자와,
    상기 전원 출력단(P-)과 상기 배터리 전원단(B-) 사이에 연결되어 상기 전원 출력단(P-)으로 정전기 방전의 고전류의 인입시 동작되어 고전류를 상기 배터리 전원단(B-)으로 바이패스시키는 제 2과도전압 억제소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 저항중 상기 배터리 관리용 IC의 VDD단과 연결된 저항은,
    상기 배터리 관리용 IC의 래치업을 방지하도록 상기 VDD단으로 흐르는 고전류에 의한 전압 강하를 1V이하가 되도록 저항값이 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3콘덴서는,
    상기 전원 출력단(P+)으로 인입되는 정전기 방전의 고전류를 상기 배터리 전원단(B+)으로 흐를 수 있도록 용량값이 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4콘덴서는,
    상기 전원 출력단(P+, P-)으로 인입되는 정전기 방전의 고전류를 반대 극성의 전원 출력단(P-, P+)으로 흐를 수 있도록 용량값이 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리용 IC의 정전기 방전에 대한 보호 회로.
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