KR200206173Y1 - 리듐이온 배터리용 충전기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 리듐이온 배터리용 충전기에 관한 것으로, 하나의 펄스폭 변조기를 이용하여 전류 및 전압을 검출하면서 제어하고, 출력은 트렌지스터와 다수의 저항만을 사용하여 가능하며, 완전한 충전을 위해 무부하시와 부하시 각각 다른 전압으로 시정수를 설정하여 지정된 배터리 전압으로 충전될 때까지 서서히 전압을 조절하여 충전하도록 함으로써 정전압 정전류 제어회로와 무부하시와 부하시 정전압 자동으로 제어하기 위하여 많은 부품을 사용하지 않고 간단하게 완벽한 충전을 할 수 있도록 하여 다른 충전기 보다 부품의 수가 적고 회로가 복잡하지 않아 제품의 크기를 줄일 수 있으며 제조원가도 낮아지게 한 것이다.

Description

리듐이온 배터리용 충전기

본 고안은 리듐이온 배터리용 충전기에 관한 것으로, 특히 간단한 구성에 의해 초기에는 정전류에 의한 충전을 수행하고 설정된 부하만큼 충전한 후에는 전류를 서서히 줄이면서 충전을 하도록 하여 완전한 충전을 할 수 있음은 물론 배터리의 파손을 방지할 수 있도록 한 리듐이온 배터리용 충전기에 관한 것이다.

일반적인 화학원리를 이용한 배터리에 전압을 충전시킨 상태에서 전기가 공급되지 않는 지역에서 가전제품을 사용하거나 가전제품을 휴대하여 이동하는 중에 동작시킬 수 있는 잇점으로 인해 많이 이용하고 있는 실정이다.

그리고 배터리에 충전시킬 수 있는 용량이 다양해지고 그 크기도 작아짐에 따라 배터리를 이용할 수 있는 많은 휴대용 가전기기들이 생산되고 있다.

상기의 배터리중 충전과 방전이 자유로운 배터리의 경우에는 일반 가정에서도 110V나 220V의 AC전압 또는 차량용 DC전원을 공급받아 충전하면서 사용하도록 한다.

상기의 충전기는 배터리에 적절한 전압과 전류로 충전을 하여야 배터리에 손상을 입히지 않을 수 있음은 물론, 배터리에 충전가능한 전압을 완전하게 충전하는 작업이 가능해질 수 있게 된다.

그러므로 종래에는 충전기에 정전압 회로만을 사용하거나, 정전류 및 정전압회로를 같이 사용하여 충전시키도록 하였다.

그리고 완전한 충전인 만충전을 하도록 하기 위하여 프로그램용 IC를 사용하여 제어하거나 기타 많은 부품을 사용하였다.

그러나 상기와 같은 종래의 단점을 보안하기 위해서 부품추가로 인한 제조원가가 높아지는 문제가 있음은 물론, 정전류와 정전압회로만을 사용한 경우에는 배터리에 만충전이 되지 않고, 정전압만을 사용한 회로인 경우에는 급속한 전류로 배터리가 파손되며 또한 완전히 충전도 되지 않는 등의 단점이 있었다.

이에 따라 본 고안은 간단한 구성에 의해 초기에는 정전류에 의한 충전을 수행하고 설정된 부하만큼 충전한 후에는 전류를 서서히 줄이면서 충전을 하도록 하여 배터리의 파손을 방지하면서 완전한 충전을 할 수 있도록 한 리듐이온 배터리용 충전기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 정전압 정전류 제어회로와 무부하시와 부하시 정전압 자동으로 제어하기 위하여 많은 부품을 사용하지 않고 간단하게 완벽한 충전을 할 수 있도록 하여 다른 충전기 보다 부품의 수가 적고 회로가 복잡하지 않아 제품의 크기를 줄일 수 있으며 제조원가도 낮아지게 한 것으로서,

하나의 펄스폭 변조기를 이용하여 전류 및 전압을 검출하면서 제어하고, 출력은 트렌지스터와 다수의 저항만을 사용하여 가능하며, 완전한 충전을 위해 무부하시와 부하시 각각 다른 전압으로 시정수를 설정하여 충전하도록 함으로써 지정된 배터리 전압으로 충전될 때까지 서서히 전압을 조절하여 충전할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 고안의 회로도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

TR1 : 트랜지스터 IC : 펄스폭 변조기

R11∼R216 : 저항 C11∼C15 : 콘덴서

D11 : 다이오드

이하 본 고안을 첨부 도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다.

차량 등에서 외부로 부터 입력전원의 양의 전원이 공급되는 전원선에는 트랜지스터(TR1)와 제 1 코일(L11) 및 제 2 코일(L12)을 직렬로 접속하여 이를 통해 양의 전원이 흐르도록 하면서 음의 전원이 공급되는 전원선에는 저항(R12)을 접속하여 이를 통하여 음의 전원이 흐르도록 하여 충전전원이 도면에 도시하지 않은 배터리에 공급되도록 하고,

상기 트랜지스터(TR1)의 베이스에는 저항(R11)을 통한 양의 전원이 인가되도록 하는 동시에 펄스폭 변조기(IC)의 두 콜렉터단(C1)(C2)에 동시에 연결하고,

상기 양의 전원과 음의 전원은 다이오드(D11)와 콘덴서(C11)의 병렬접속 및 콘덴서(C12)를 통해 상호 연결하고,

상기 저항(R19)을 거친 음의 전원이 직접 또는 저항(R20)을 통해 제 1 음의 에러입력단(1IN-)과 리퍼런스단(REF)에 입력되면서 양의 전원이 구동전원단(Vcc)으로 입력되는 펄스폭 변조기(IC)의 두 타이밍단(CT)(RT)에는 각각 콘덴서(C13)와 저항(R12)을 접속하여 시정수에 의해 타이밍의 값을 설정하도록 하고,

상기 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 음의 에러입력단(2IN-) 및 저항(R13)(R14)을 통해 접지시키는 리퍼런스단(REF)에서는 저항(R15) 및 콘덴서(C14)를 통해 귀환입력단(FEEDBACK)에 접속하고,

상기 양의 전원이 저항(R16)과 콘덴서(C15)의 병렬접속과 가변저항(VR) 및 저항(R17)을 거쳐 접지되는 가변저항(VR)의 중간탭에 직접 연결한 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 양의 에러입력단(2IN+)에서는 상기 음의 전원선에 저항(R18)을 거쳐 연결하여 구성한 것이다.

여기서 상기 펄스폭 변조기(IC)의 제 1 양의 에러입력단(1IN+), 데드 타임 콘트롤단(DTC), 그라운드단(GND), 콘트롤단(CTRL) 및 두 에미터단(E1)(E2)은 접지시켜 구성한다.

이와 같이 구성한 본 고안 리듐이온 배터리용 충전기는 처음 충전을 위해 전류를 검출하는 과정에서는 펄스폭 변조기(IC)의 제 1 음의 에러입력단(1IN-)으로 입력되는 음의 전원이 저항(R12)을 거쳐 흐르면서 충전전압으로 배터리에 충전되는 중에 접지를 통해 그라운드되면서 저항(R12)에 의해 (V = I * R12)의 값을 갖는 접지전압이 발생하게 된다.

이 접지전압이 펄스폭 변조기(IC)의 제 1 양의 에러입력단(1IN+)에 입력되므로 제 1 음의 에러입력단(1-IN)과 바이어스 차에 의한 전압치가 검출되고 그 전압에 따라 펄스폭 변조기(IC)의 콜렉터단(C1)(C2)을 통한 출력이 "HIGH" 또는 "LOW"가 되어 트랜지스터(TR1)을 온/오프시키면서 이의 콜렉터-에미터를 흐르는 전류가 일정한 값이 되도록 제어하게 된다.

만약 부하의 변동으로 인해 전류가 증가하게 되면 저항(R12)에 의해 검출되는 전압치{전류량을 측정하기 위한 펄스폭 변조기(IC)의 제 1 양의 에러입력단(1IN+)의 입력전압}이 제 1 음의 에러입력단(1IN-)에 입력되는 기준전압보다 높아지게 된다.

그러면 펄스폭 변조기(IC)의 콜렉터단(C1)(C2)을 통한 출력전압이 "HIGH"가 되어 스위칭 레귤레이터의 기능을 하는 트랜지스터(TR1)의 베이스에 바이어스전압으로 인가되어 에미터의 전압보다 높아지므로 트랜지스터(TR1)가 오프되어 출력전압이 내려가도록 함으로써 일정한 정전류를 유지하게 된다.

어느 정도 충전되면, 배터리의 전압이 충전에 의해서 상승하게 되고 이로 인해 입력되는 전류가 적어지게 되면 상기의 동작과 반대로 동작하여 트랜지스터(TR1)의 베이스에 바이어스전압이 "LOW"가 되도록 하면서 계속 온되도록하여 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 양의 에러입력단(2IN+)에 설정된 전압보다 높은 전압이 입력되면서 정전압 모드로 동작 하도록 한다.

즉, 정전류에 의한 충전을 수행하는 상태에서 배터리의 충전전압이 점차적으로 올라가게 된다.

정전류에 의한 충전에 의해서 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 양의 에러입력단(2IN+)에 전압이 입력되면, 음의 전원선에서 콘덴서(C12)를 통하여 그라운드되는 전압치와 양의 전원선에서 저항(R16)과 콘덴서(C15)의 병렬접속과 가변저항(VR) 및 저항(R17)을 통하여 그라운드되는 전압의 차로 인해 저항(R12)에서 전압치가 발생하면서 그 전압이 저항(R18)을 통해 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 양의 에러입력단(2IN+)에 입력된다.

그러므로 저항(R12)에서 검출되는 전압치 만큼 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 양의 에러입력단(2IN+)에 상대적으로 음(-)의 값을 갖는 전압이 입력되어 무부하시 정전압으로 설정된 전압보다 높은 전압 상태에서도 계속 정전류 모드로 동작하여 {저항(R12)*I(출력전류)+무부하시 전압치}로 설정한 전압상태까지 배터리의 전압이 점차 올라가게 되면 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 음의 에러입력단(2IN-)과 같은 전압이 되고, 이 때부터 정전압모드로 동작하여 배터리 전압과 거의 동전압 상태에서 충전이 되므로 전류가 점진적으로 감소하는 중에 배터리의 충전이 끝나게 된다.

따라서 본 고안의 리듐이온 배터리용 충전기에 의하여서는 하나의 펄스폭 변조기를 이용하여 전류 및 전압을 검출하면서 제어하고, 출력은 트렌지스터와 다수의 저항만을 사용하여 조절하도록 하며, 완전한 충전을 위해 무부하시와 부하시 각각 다른 전압으로 시정수를 설정하여 지정된 배터리 전압으로 충전될 때까지 서서히 전압을 조절하여 충전하도록 함으로써 펄스폭 변조기만을 사용하는 상태에서 정전류와 정전압에 의한 충전으로 어느 정도 충전된 후에는 만충전이 용이하지 않는 단점을 보완하여 저항에 의해 검출되는 전압치로 정전압,정전류에 의한 제어와 무부하시 및 부하시의 전압을 자동으로 제어하면서 만충전을 할 수 있도록 하여 다른 충전기 보다 부품의 수가 적고 회로가 복잡하지 않아 제품의 크기를 줄일 수 있으며 제조원가도 낮아지게 한 것이다.

Claims (1)

1. 입력전원의 양의 전원은 트랜지스터(TR1)와 제 1 코일(L11) 및 제 2 코일(L12)을 통해 흐르도록 하면서 음의 전원은 저항(R12)을 통하여 흐르도록 하여 충전전원이 배터리에 공급되도록 하고,

   상기 트랜지스터(TR1)의 베이스에는 펄스폭 변조기(IC)의 두 콜렉터단(C1)(C2)에 동시에 연결하고,

   상기 음의 전원이 제 1 음의 에러입력단(1IN-)과 리퍼런스단(REF)에 입력되면서 양의 전원이 구동전원단(Vcc)으로 입력되는 펄스폭 변조기(IC)의 두 타이밍단(CT) (RT)에는 각각 콘덴서(C13)와 저항(R12)을 접속하도록 하고,

   상기 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 음의 에러입력단(2IN-) 및 저항(R13)(R14)을 통해 접지시키는 리퍼런스단(REF)에서는 저항(R15) 및 콘덴서(C14)를 통해 귀환입력단(FEEDBACK)에 접속하고,

   상기 양의 전원이 저항(R16)과 콘덴서(C15)의 병렬접속과 가변저항(VR) 및 저항(R17)을 거쳐 접지되는 가변저항(VR)의 중간탭에 직접 연결한 펄스폭 변조기(IC)의 제 2 양의 에러입력단(2IN+)에서는 상기 음의 전원선에 저항(R18)을 거쳐 연결하여 구성됨을 특징으로 하는 리듐이온 배터리용 충전기.