KR20040004057A

KR20040004057A - 충전 제어 회로, 충전기, 전원 회로, 정보 처리 장치 및전지팩

Info

Publication number: KR20040004057A
Application number: KR1020030040047A
Authority: KR
Inventors: 다나까시게오; 오자와히데끼요
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2004-01-13
Also published as: TWI223917B; US20040004458A1; JP3904489B2; TW200401488A; JP2004040928A

Abstract

충전기측의 전류 측정용 감지 저항의 삭감을 도모할 뿐만 아니라, 전원 회로 등의 충전 효율의 개선과 비용의 삭감 및 소형화를 도모할 수 있는 충전 제어 회로, 충전기, 전원 회로 및 정보 처리 장치와 전지팩을 제공하는 것을 과제로 한다. 충전 시에 충전 전류가 전지팩(4A) 내에 제공된 전류 감지 저항 RS을 흐르기 때문에, 그 양단 전압을 검출함으로써 충전 전류를 검출하고, 그 검출값을 이용하여 충전 제어 회로(8A)는 충전 전류가 소정의 범위가 되도록 제어한다. 이것에 의해, 전원 회로(1A) 내에서 충전 시에 형성되는 하나의 폐회로에서의 전류 검출을 위한 저항을 하나로 할 수 있다.

Description

충전 제어 회로, 충전기, 전원 회로, 정보 처리 장치 및 전지팩{CHARGING CONTROL CIRCUIT, CHARGER, POWER SUPPRY CIRCUIT, INFORMATION PROCESSING DEVICE, AND BATTERY PACK}

본 발명은 전지를 구비한 전원 회로, 전지를 충전하는 충전기, 그 충전기를 제어하는 충전 제어 회로 및 전원 회로를 구비한 정보 처리 장치와 전지를 수납한 전지팩에 관한 것으로, 특히, 전지팩 내에 제공되고 과전류 방지용의 전류 감지 저항을 충전기의 충전 전류 검출용의 저항과 공용하도록 한 전원 회로, 충전기, 충전 제어 회로, 충전기 및 정보 처리 장치와 전지팩에 관한 것이다.

노트북형 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대형 전자 기기(정보 처리 장치)는, 장치용의 전원으로서 전지가 내장되어 있다. 이 전지로서는, 일반적으로, 장치의 운용 비용을 저감하거나, 순간적으로 방전 가능한 전류 용량을 확보하는 등의 목적에 의해, Li+(리튬 이온 전지) 등의 이차전지가 사용되며, 또한 그 충전을 위해, 전자 기기에 충전기를 구비하고, 전자 기기에 AC 어댑터를 접속하는 것만으로 간단히 충전할 수 있도록 된 것이 알려져 있다. 이러한 전자 기기는, 휴대하여 사용되는 것이 일반적이기 때문에, 장치의 전원으로서 통상적으로는 상기 내장형의 이차전지를 사용하지만, 책상에서 사용되는 경우에는, AC 어댑터 등의 외부 전원을 사용할 수도 있어, 외부로부터 전력의 공급을 받아 동작할 수도 있다.

노트북형 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대 기기에서 종종 사용되는 이차전지로서는, Li+(리튬 이온)이나 NiMH(니켈 수소 이차전지) 등이 있다. 이차전지를 충전할 때에는, 이차전지의 양극을 전원 회로의 양극측에 접속하고, 이차전지의 음극을 전원 회로의 음극측에 접속하여, 이차전지에 전류를 유입함으로써 충전을 행하지만, 전지에 유입되는 전류가 일정하게 되도록 제어할 필요가 있다.

NiMH는 충전 전류가 일정하게 되는 정전류 충전에 의해 행하지만, 리튬 이온이차전지의 경우에는 전류를 일정하게 할 뿐만 아니라, 전압도 규정 전압 이상이 되지 않도록 정전압 정전류로 충전을 행한다. 충전 전류가 일정해지도록 하기 위해서는, 충전 회로의 출력측에 출력 전류를 검출하기 위한 저항(이하, 충전 전류검출 저항이라 함)을 직렬로 삽입하고, 저항에 흐르는 전류에 의해 발생하는 전압 강하를 측정하여 전류를 제어하는 것이 일반적이다.

도 3은 종래의 이차전지를 전원으로서 사용하는 PC 시스템 등의 전원 회로를 도시한 블록도이다. 이 전원 회로(1)는, AC 어댑터(2)에 접속되고 충전용의 직류 전원을 얻기 위한 충전기(3)와, 충전기(3)에 접속되며, 이차전지를 구성하는 전지 셀 E1, E2, E3(이하 간단히 이차전지 함)을 구비한 전지팩(4)과, 이차전지로부터 얻어지는 직류 전압을 각각 원하는 전압으로서 PC 시스템(도시 생략)의 적소에 공급하기 위한 컨버터부(5)를 구비하고 있다.

충전기(3)는 접속 단자로서, AC 어댑터(2)의 출력 단자(2a)에 접속되는 전원 입력 단자(3a), 이차전지의 양극측에 접속되는 제1 접속 단자(3b), 이차전지의 음극측에 접속되는 제2 접속 단자(3c) 및 제3 접속 단자(3d)를 구비함과 함께, 전원 입력 단자(3a)와 제1 접속 단자(3b) 사이에 접속된 충전 회로(6)와, 제3 접속 단자(3d)에 접속되고, 전지팩(4)의 접속 상태를 판단 검출하는 접속 상태 판단부(7)를 구비하며, 제2 접속 단자(3c)가 접지에 접속되어 있다.

충전 회로(6)는, 도 4에 상세를 도시한 바와 같이, 전원 입력 단자(3a)(도 3 참조)와 제1 접속 단자(3b) 사이에 형성되는 충전 전류 공급 라인에, 직렬로 접속된 스위칭 트랜지스터 FET1와 초크 코일 L1과 충전 전류 검출 저항 R1을 구비하고, 또한 이 스위칭 트랜지스터 FET(1)를 온/오프하여 소정의 전압 및 전류 범위에서 이차전지를 충전하는 충전 제어 회로(8)와, 초크 코일 L1의 전력을 방전시키는 플라이휠용의 동기 정류 스위치(트랜지스터 FET2)를 구비하고 있다.

충전 제어 회로(8)는 충전 전류 검출 저항 R1의 양단 전위로부터 이들 전위차를 얻는 제1 비교기(전압 증폭기) AMP1와, 제1 비교기 AMP1에 의해 얻어진 전위차를 제1 소정의 전위(기준 전위) e1와 비교하는 제2 비교기(전류 제어용 오차 증폭기) ERA1와, 충전 전류 검출 저항 R1의 제1 접속 단자(3b) 측의 전위를 제2 소정의 전위(기준 전위) e2와 비교하는 제3 비교기(전압 제어용 오차 증폭기) ERA2와, 이들 제2 비교기 ERA1와 제3 비교기 ERA2와의 비교 결과에 기초하여 충전 전압과 충전 전류가 소정 범위 내에 있도록, 스위칭 트랜지스터 FET1를 온/오프 제어하는 PWM(펄스 폭 변조기)(9)와, 충전 제어 회로(8)에 전원을 공급하기 위한 충전 제어 회로용 전원 공급부(10a)를 구비하고 있다.

PWM(9)는 주지하는 바와 같이 삼각파 발생 회로(삼각파 발진기)(9a)를 구비하고 있으며, 비교기 ERA1, 2의 비교 결과에 기초하여 변조된 펄스 폭을 갖는 펄스를 출력한다. 또, PWM(9)는 출력 펄스와 소정의 타이밍에서 플라이휠용의 동기 정류 스위치(트랜지스터) FET(2)를 온/오프하여 초크 코일 L1을 방전시킨다. 이상의 구성에서, 충전 전류 검출 저항 R1을 흐르는 전류가 소정 허용치를 초과한 경우에는, 제2 비교기 ERA1는 낮은 전압을 출력하고, 반대로 허용치를 초과하지 않은 경우에는 높은 전압을 출력한다.

접속 상태 판단부(7)는 제3 접속 단자(3d)의 전위를 소정의 전위(기준 전위) e0와 비교하는 비교기(전압 비교기) COMP와, 이 비교기 COMP의 비교 결과를 판단하는 전원 마이크로 컴퓨터(10)와, 제3 접속 단자(3d)와 전원 전압 Vcc 사이에 접속되는 저항 R0을 구비하고 있다. 상기 기준 전압 e0은 비교기 COMP의 비반전 입력에 인가된다. 따라서 전지팩(4)이 충전기(3)에 장착되어 있지 않을 때 제3 접속 단자(3d)는 저항 R0에 의해 전원 전압 Vcc에 접속되어 있으므로, 비교기 COMP의 반전 입력에는 전압 Vcc이 입력된다. 전압 Vcc은 기준 전압 e0보다 높으므로 비교기 COMP는 LOW 레벨을 출력하고, 충전기(3)에 전지팩(4)이 접속되어 있지 않은 것을 나타낸다.

전지팩(4)이 충전기(3)에 장착되면 제3 접속 단자(3d)는 전지팩(4) 내의 회로를 통하여 접지에 접속되기 때문에, 제3 접속 단자(3d)의 전위도 접지 전위가 되어, 비교기 COMP의 반전 입력에도 접지 전위가 인가된다. 접지 전위는 기준 전압 e0보다 낮기 때문에 비교기 COMP는 HIGH 레벨을 출력하고, 충전기(3)에 전지팩(4)이 장착되어 있는 것을 나타낸다. 전원 마이크로 컴퓨터(10)는, 비교기 COMP에 의한 비교 결과에 기초하여 전지팩(4)의 상태나 AC 어댑터(2)의 접속 상태를 감시하거나, 혹은 전지의 충전 개시나 종료를 감시하며, 또한 전지의 잔량 상태를 감시한다. 예를 들면 전지팩(4)이 탈각된 경우에는, 충전 제어 회로용 전원 공급부(10a)에 의한 충전 제어 회로(8)에 대한 전력 공급을 정지시켜서, 충전기(3)에 의한 충전 동작을 정지시킨다.

전지팩(4)은 충전기(3)의 제1 내지 제3 접속 단자(3b∼3d)에 각각 접속되는 제1 외부 접속 단자(+단자)(4a), 제2 외부 접속 단자(-단자)(4b), 제3 외부 접속 단자(착탈 검출 단자)(4c)를 구비하고, 제1 외부 접속 단자(4a)와 제2 외부 접속 단자 또는 제3 외부 접속 단자 사이에, 스위칭 트랜지스터 FET11, 12, 이차전지 E1, E2, E3 및 전류 감지 저항 RS을 직렬로 구비하고 있다. 또한, 각 이차전지E1, E2, E3의 잔량을 검출함과 함께, 전류 감지 저항 RS의 양단 전위차에 기초하여 과방전 상태를 검출하고, 스위칭 트랜지스터 FET11, 12를 차단하기 위한 보호 회로(13)를 구비하고 있다.

또한, 도 3에 도시한 컨버터부(5)는, 전자 기기에 AC 어댑터(2)로부터 전원을 공급하는 경우와 이차전지 E1, E2, E3로부터 공급하는 경우를 선택하는 선택기(14)와, 선택된 전원 전력을 각각 원하는 전압으로 변환하여 전자 기기의 각처에 공급하는 복수의 전압 컨버터(15)를 구비하고 있다.

이상의 구성에서, 종래의 전원 회로(1)나 충전기(3)에서는, 그 충전 시에는, 충전 전류가 충전기(3)의 충전 전류 검출 저항 R1, 제1 접속 단자(3b)를 통하여, 전지팩(4) 내로 흐르고, 이차전지 E1, E2, E3, 전류 감지 저항 RS을 흘러 충전기(3)의 제2 접속 단자(3c)로 귀환함으로써 이차전지가 충전된다. 이 때, 충전 전류 검출 저항 R1을 이용하여 충전 전류를 검출하고, 그 전류값을 충전 제어 회로(8)에 의해 감시한다. 한편, 전자 기기의 사용 시에서의 이차전지의 방전 시에는 전류 감지 저항 RS를 이용하여 방전 전류를 검출하고, 그 전류값에 기초한 과전류 상태를 보호 회로(13)에 의해 감시하도록 한다.

그런데, 전지의 충전 시간은 충전 전류의 크기에 의존하며, 단시간에 전지를 충전하고자 하는 요망이나 전지 용량을 증가시키고자 하는 요망 하에서는, 충전 전류 검출 저항 R1에 대전류를 흘릴 필요가 생겨, 그 저항의 대형화는 부득이하다. 또한 충전 전류는 고정밀도로 검출될 필요가 있기 때문에 그 저항은 매우 고가로된다. 또한 대전류가 흐르게 되면 저항에 의한 전력 손실도 커진다.

한편, 전지팩(4)에 구비되는 보호 회로(과방전 방지 회로)(13)는, 전류 감지 저항 RS을 이용하여 그 양단의 전위차(전압 강하)를 검출함으로써, 이차전지가 잘못하여 단락되거나, 과잉 전류로 충전되는 것을 감시하고 있지만, 이러한 전류 감지 저항 RS에 대해서도, 상기 충전 전류 검출 저항 R1과 마찬가지의 이유에 의해, 대형화와 고정밀도화가 요구된다.

따라서, 종래의 전원 회로 등에서는, 충전 시에 충전 공급 라인으로서 구성되는 하나의 폐회로 내에 각각 별개로 전류를 검출하기 위한 2개의 저항이 직렬로 제공되어 있게 되어, 스페이스, 비용, 전력적으로 큰 낭비를 하게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 충전기측의 전류 전류 검출 저항의 삭감을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 전원 회로 등의 충전 효율의 개선과 비용의 삭감 및 소형화를 도모할 수 있는 전원 회로, 충전기, 충전 제어 회로 및 정보 처리 장치와 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 전원 회로를 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 정보 처리 장치를 도시한 블록도.

도 3은 종래의 전원 회로를 도시한 블록도.

도 4는 도 3의 일부 상세를 도시한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1A : 전원 회로

2 : AC 어댑터

3A : 충전기

3b : 제1 접속 단자

3c : 제2 접속 단자

3d : 제3 접속 단자

4A : 전지팩

4a : 제1 외부 접속 단자

4b : 제2 외부 접속 단자

4c : 제3 외부 접속 단자

6A : 충전 회로

7A : 접속 상태 판단부

8A : 충전 제어 회로

9 : PWM

10 : 전원 마이크로 컴퓨터

10a : 충전 제어 회로용 전원 공급부

13 : 보호 회로

100 : 정보 처리 장치(PC 시스템)

RS : 저항(전류 감지 저항)

R0 : 저항(종단 저항)

FET1, FET11, FET12 : 스위칭 트랜지스터

FET2 : 플라이휠용 동기 정류 스위치

AMP1, ERA1, ERA2, COMP : 비교기

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 충전 회로의 충전 제어 회로로서, 상기 전지팩 내에 제공된 저항의 양단에서 발생하는 충전 전류에 의한 전위차에 기초하여 충전 전류에 관한 정보를 검출하는 충전 전류 검출부와, 상기 충전 전류에 관한 정보에 기초하여, 상기 충전 전류를 제어하기 위한 제어부를 구비하여 이루어지는 것이다. 이 충전 제어 회로는, 상기 전위차에 기초하여 상기 저항을 흐르는 전류가 소정 범위에 있는지의 여부를 판단하는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제어부는, 또한 충전 전압에 기초하여 상기 전지에 대한 충전 전압을 제어하는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 제어부는 펄스 폭 변조기인 것을 특징으로 한다. 또한, 이 충전 제어 회로는 반도체 소자에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 충전 회로로서, 충전 전류 공급 라인에 제공되고, 이 충전 전류 공급 라인에 충전 전류를 공급하는 충전 전류 공급부와, 상기 전지팩 내에 제공된 저항의 양단에서 발생하는 충전 전류에 의해 발생하는 전위차에 기초하여 상기 충전 전류 공급부에 의해 공급되는 충전 전류를 제어하는 충전 제어 회로를 구비하여 이루어지는 것이다. 여기에, 상기 충전 전류 공급부는, 충전 전류 공급 라인에 제공되며, 이 충전 전류 공급 라인을 개폐하는 스위치를 갖고, 상기 충전 제어 회로는, 상기 전지팩 내에 제공된 저항의 양단에서 발생하는 충전 전류에 의해 발생하는 전위차에 기초하여 상기 스위치를 개폐 제어하는 충전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하며, 또한 충전 전압에 기초하여 상기 스위치를 개폐 제어하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 이 충전 회로는, 또한 충전 전류 공급 라인에 제공된 초크 코일과, 플라이휠용의 동기 정류 스위치를 구비하며, 상기 충전 제어 회로는 또한 상기 동기 정류 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 접속되고, 상기 전지를 충전하는 충전기로서, 상기 전지의 양극측에 접속되며, 상기 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 제1 접속 단자와, 상기 전지의 음극측에 접속되고, 상기 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 제2 접속 단자와, 상기 전지팩의 소정의 외부 접속 단자에 접속되며, 상기 전지에 흐르는 전류에 기초한 소정의 전위가 부여되는 제3 접속 단자와, 상기 제3 접속 단자와, 적어도 상기 제1 접속 단자 또는 제2 접속 단자 중 어느 하나에 접속되고, 상기 전지에 흐르는 전류에 기초한 전위차를 검출함으로써, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 충전 회로를 구비하여 이루어지는 것이다.

이 충전기에서, 상기 충전 회로는, 또한 상기 제1 접속 단자에 접속되고, 그 전위에 기초하여 상기 전지의 충전 전압을 제어하는 것을 특징으로 하며, 또한, 상기 전위차는, 상기 전지팩 내에 제공된 저항을 흐르는 전류에 기초한 전위차인 것을 특징으로 한다. 또한, 이 충전기에서, 상기 저항은 상기 전지의 음극측에 직렬로 접속되고, 상기 제2 접속 단자는 상기 저항의 반 전지측 단자에 접속되며, 상기 제3 접속 단자는 상기 저항의 전지측 단자에 접속됨과 함께 소정의 저항을 통하여 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 이 충전기는, 상기 제3 접속 단자의 전위를 소정 전위와 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여 전지팩의 접속 상태를 판단하는 접속 상태 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 전원 회로는, 충전 가능한 전지와, 상기 전지에 직렬로 접속된 저항과, 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지로부터 공급되는 전원 전류를 감시하는 보호 회로와, 상기 전지에 충전 전압을 인가하여 충전 전류를 공급하는 충전기로서, 적어도 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 충전기를 구비하여 이루어지는 것이다.

이 전원 회로에서, 상기 충전기는, 또한 상기 전지에 인가되는 충전 전압에 기초하여 충전 전압을 제어하는 것을 특징으로 하며, 또한, 상기 충전기는, 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 충전 전류를 소정값 이하로 제어하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전지, 상기 저항 및 상기 보호 회로는, 전지를 수납한전지팩 내에 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 충전 가능한 전지를 충전할 수 있는 충전기를 구비함과 함께 CPU를 탑재하여 이루어지는 정보 처리 장치로서, 상기 충전기는, 상기 전지에 직렬로 접속될 수 있는 저항으로서, 이 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지로부터 공급되는 전원 전류를 감시하기 위해 이용할 수 있는 상기 저항에서의 충전 전류에 의한 전위차를 도입할 수가 있어, 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이 정보 처리 장치에서, 상기 충전기는, 또한 상기 전지에 인가되는 충전 전압에 기초하여 충전 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 충전 가능한 전지를 수납한 전지팩으로서, 충전 가능한 전지와, 상기 전지의 양극측에 접속되고 외부로부터 충전 전류의 공급을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 외부 기기에 대하여 전원 공급을 행할 수 있는 제1 외부 접속 단자와, 상기 전지의 음극측에 접속되고 외부로부터 충전 전류의 공급을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 외부 기기에 대하여 전원 공급을 행할 수 있는 제2 외부 접속 단자와, 상기 제1 외부 접속 단자와 상기 제2 접속 단자 사이에서 상기 전지에 직렬로 접속된 저항과, 상기 저항의 양단의 전위차를 검출함으로써, 과전류 상태를 감시하는 보호 회로와, 상기 저항의 양단의 전위차에 관한 정보를 외부에 공급하기 위한 제3 외부 접속 단자를 구비하여 이루어지는 것이다.

이 전지팩에서, 상기 저항의 양단의 전위차에 관한 정보는, 상기 충전 전류에 대응하는 상기 저항 단부의 전위이며, 상기 저항 단부의 전위와, 상기 제1 외부 접속 단자 또는 상기 제2 외부 접속 단자 중 어느 것인가의 전위차가 상기 저항 양단의 전위차를 나타내는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

이하, 본 발명의 실시예를 정보 처리 장치로서의 PC 시스템에 적용한 경우에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예를 도시한 블록도로서, 종래 기술을 나타낸 도 4에 대응하여 도시한 도면이다. 또한, 도 1에서, 도 3 및 도 4와 동일 부호는, 이들에 상당하며, 상세한 설명은 생략한다. 도 1이 도 4와 다른 주된 점은, 전지팩에 제공되는 전류 감지 저항을, 종래의 전류 검출 저항 R1 대신에 충전 회로에서도 공용할 수 있도록 한 점이다. 이 때문에, 충전 회로는, 전류 감지 저항의 전압 강하(전류 감지 저항 양단의 전위차)를 인입할 수 있 도록 구성됨과 함께, 전원팩에서는, 제3 외부 접속 단자(4c)에 전류 감지 저항 RS의 전지측 단자가 접속되는 구성으로 되어 있다. 이하, 이들에 대하여 설명한다.

도 1에 도시한 전원 회로(1A)는, AC 어댑터에 접속되어 충전용의 직류 전원을 얻기 위한 충전기(3A)와, 충전기(3A)에 접속되며, 이차전지 E1, E2, E3를 구비한 전지팩(4A)을 구비하고 있다. 충전기(3A)는 접속 단자로서 이차전지의 양극측에 접속되는 제1 접속 단자(3b), 이차전지의 음극측에 접속되는 제2 접속 단자(3c) 및 제3 접속 단자(3d)를 구비함과 함께, 전원 입력 단자(도 3의 참조 부호(3a)를 참조)와 제1 접속 단자(3b) 사이에 접속된 충전 회로(6A)와, 접속 상태 판단부(7A)의 일부를 구성하는 전원 마이크로 컴퓨터(10) 및 저항 R0을 구비하고, 제2 접속 단자(3c)가 접지와 제1 비교기 AMP1의 반전 입력 단자에 접속되어 있다.

충전 회로(6A)는 전원 입력 단자(도시 생략, 도 3의 참조 부호(3a) 참조)와 제1 접속 단자(3b) 사이에 형성되는 충전 전류 공급 라인에, 직렬로 접속된 스위칭 트랜지스터 FET(1)와 초크 코일 L1과, 이 스위칭 트랜지스터 FET(1)를 온/오프하여 소정의 전압 및 전류 범위에서 이차전지를 충전하는 충전 제어 회로(8A)와, 초크 코일 L1의 전력을 방전시키는 플라이휠용의 동기 정류 스위치(트랜지스터 FET2)를 구비하고 있다. 이 충전 회로(6A)에는, 도 3에 도시한 충전 전류 검출 저항 R1이 제공되지 않고, 이 충전 전류 검출 저항에는, 전지팩(4A)에서의 전류 감지 저항 RS이 겸용된다.

충전 제어 회로(8A)는 반도체 장치에 의해 하나의 칩으로서 구성되며, 전류 감지 저항 RS의 양단 전위로부터 이들 전위차를 얻는 제1 비교기(전압 증폭기) AMP1와, 제1 비교기 AMP1에 의해 얻어진 전위차를 제1 소정의 전위와 비교하는 제2 비교기(전류 제어용 오차 증폭기) ERA1와, 초크 코일 L1의 제1 접속 단자(3b) 측의 전위를 제2 소정의 전위 e2(기준 전위)와 비교하는 제3 비교기(전압 제어용 오차 증폭기) ERA2와, 이들 제2 비교기 ERA1와 제3 비교기 ERA2와의 비교 결과에 기초하여 충전 전압과 충전 전류가 소정 범위 내에 있도록, 스위칭 트랜지스터 FET1를온/오프 제어하는 PWM9와, 접속 상태 판단부(7A)의 일부를 구성하는 비교기 COMP와, 충전 회로(6A)에 전원을 공급하기 위한 충전 제어 회로용 전원 공급부(10a)를 구비하고 있다. PWM(9)는 주지하는 바와 같이 삼각파 발생 회로(삼각파 발진기)(9a)를 구비하고 있다. 이상의 구성에서, 전류 감지 저항 RS를 흐르는 전류가 소정 허용치를 초과한 경우에는, 제2 비교기 ERA1는 낮은 전압을 출력하고, 반대로 허용치를 초과하지 않은 경우에는 높은 전압을 출력한다.

접속 상태 판단부(7A)는, 상술한 바와 같이, 제3 접속 단자(3d)의 전위를 소정의 전위(기준 전위) e0와 비교하는 비교기 COMP와, 이 비교기 COMP의 비교 결과를 판단하는 전원 마이크로 컴퓨터(10)와, 제3 접속 단자(3d)와 전원 전압 Vcc 사이에 접속되는 저항 R0을 구비하고 있다. 여기서, 비교기 COMP는 충전 제어 회로(8A) 내에 형성되어 있지만, 충전 제어 회로(8A)의 내부가 아니라, 종래 기술과 같이 충전기 내의 충전 회로의 외부에 설치하도록 하여도 된다. 또, 충전 제어 회로(8A)를 반도체 장치로 구성하는 경우에, 접속 상태 판단부도 반도체 장치 내에 구성하도록 하면, 그 제조가 일체적으로 행해져서, 제조 비용의 저비용화, 컴팩트화에 우수하다.

전지팩(4A)은, 충전기(3A)의 제1 내지 제3 접속 단자(3b∼3d)에 각각 접속되는 제1 외부 접속 단자(+단자)(4a), 제2 외부 접속 단자(-단자)(4b), 제3 외부 접속 단자(착탈 검출 단자)(4c)를 구비하고, 제1 외부 접속 단자(4a)와 제2 외부 접속 단자(4b) 사이에, 스위칭 트랜지스터 FET(11, 12), 이차전지 E1, E2, E3 및 전류 감지 저항 RS를 직렬 접속하여 구비하고 있다. 제3 외부 접속 단자(4c)는 전류감지 저항 RS의 이차전지측 단자에 접속되어 있다. 또, 도 4와 마찬가지로, 전지팩(4A)에는 보호 회로(13)가 구비되어 있다.

이하, 본 발명에 관련된 실시예의 동작에 대하여 설명한다.

전지팩(4A)이 충전기(3A)에 장착되어, 충전기용 DC-DC(충전 회로)(6A)가 동작하고 있을 때, 충전 회로(6A)의 출력 전류는 충전기(3A)의 제1 접속 단자(3b), 전지팩(4A)의 제1 외부 접속 단자(+단자)(4a)를 통하여 전지팩(4A) 내에 흐르고, 또한 이차전지(전극 셀) E1, E2, E3, 전류 감지 저항 RS, 제2 외부 접속 단자(일단자)를 흘러 충전기(3A)의 제2 접속 단자(3c)로 귀환한다. 이것에 의해 이차전지의 충전이 행해진다. 충전 회로(6A)의 출력 전압은, 종래와 마찬가지로, 제1 접속 단자(제1 외부 접속 단자)(3b)의 전위로서 검출되고, 기준 전압 e2과 비교되어 증폭되고, PWM 제어 신호의 형성에 기여한다.

한편, 제1 비교기(전압 증폭기) AMP1는, 전지팩(4A) 내의 전류 감지 저항 RS에 흐르는 전류에 의한 전압 강하(전위차)를 검출하여 증폭하고, 감지 저항 RS을 흐르는 전류값에 비례하는 전압을 출력한다. 제2 비교기(전류 제어용 오차 증폭기) ERA1는, 감지 저항 RS에 의해 검출된 전류값과 전압값으로서 제공되는 기준 전류값(전위 e1)를 비교하여 증폭한다. 그리고, 감지 저항 RS을 흐르는 전류가 기준 전류값보다도 큰 경우에는, 제1 비교기 ERA1는 낮은 전압을 PWM(9)에 출력하고, 전류가 기준 전류값보다도 작은 경우에는 높은 전압을 PWM(9)에 출력한다.

PWM(9)는 복수의 비반전 입력과 하나의 반전 입력을 갖는 전압 비교기로서, 입력 전압에 따라서 출력 펄스의 폭의 온(하이) 시간을 제어하는 전압 펄스폭 변환기이다. 발진기로부터의 삼각파(여기서는 도시 생략)가 오차 증폭기 출력 전압 중 어느 것이나 낮은 기간에 스위칭 트랜지스터(메인 스위치) FET(1)를 온 상태로 한다.

또한, 본 실시예에서는 전류 감지 저항 RS의 전압 강하를 증폭하는 제1 비교기 AMP1의 비반전 입력측에 저항 R0을 통하여 전압 Vcc이 인가되고 있지만, 이 접속에 의한 영향은 거의 무시할 수 있다. 전압 Vcc은 일반적으로는 5.0V 혹은 3.3V이다. 또한, 저항 R0의 값은 비교기 COMP에 전지팩(4A)이 접속되어 있지 않을 때에 HIGH의 전압을 제공하기 위한 종단 저항이기 때문에, 10KΩ 이상의 값이 사용된다. 한편, 전류 감지 저항 RS은 대전류가 흐르기 때문에 10∼20mΩ 정도이다. 10KΩ와 20mΩ의 직렬 저항에 5.0V의 전압을 인가했을 때 제3 접속 단자(제3 외부 접속 단자: C 단자)(3d)에 나타나는 전압은, 0.02/(0.02+10000)×5.0=9μV이기 때문에 완전히 무시할 수 있다.

다음에, 충전 제어 회로(8A)가 동작 중에 전지팩(4A)이 탈각되는 등의 이상시의 동작에 대하여 설명한다. 충전기(3A)는 전지팩(4A)에 정전류가 흐르도록 출력 전압을 제어하지만, 전지팩(4A)이 탈각되면 충전 전류가 0으로 되기 때문에, 충전 제어 회로(8A)는 충전 전류를 증대시키기 위해 충전기(3A)의 출력 전압을 상승시키도록 동작한다. 그러나, 본 실시예에서는, 전류 감지 저항 RS에 흐르는 전류를 검출하는 제1 비교기(전압 증폭기) AMP1의 반전 입력은 제2 접속 단자(3c)(제2 외부 접속 단자: -단자(4b))에 접속되고, 비반전 입력은 제3 접속 단자(3d)(제3 외부 접속 단자: C단자(4c))에 접속되어 있다. 따라서, 전지팩(4A)이 탈각되면, 제3접속 단자(3d)의 전압은 Vcc로 상승하고, 전압 증폭기 AMP1의 출력 전압도 상승하여, 과잉 충전 전류가 흐르고 있는 경우와 동일한 상태로 된다. 그 결과, 제1 비교기(전류 제어용 오차 증폭기) ERA(1)는 PWM(9)에 대하여, 충전기(3A)의 출력 전류를 감소시키도록 동작하고, 충전기(3A)의 출력 전압은 대략 0V 부근으로까지 내려 가게 된다.

또, 보호 회로(13)는 사용자의 오류 조작에 의한 전지 기능의 열화를 방지하는 기능을 갖고 있으며, 전지의 전압을 검출하고, 그것이 지정 전압 이하가 된 경우를 검출하여 출력을 차단한다. 전지 기능의 오류 조작에 의한 열화는, 이차전지 E1, E2, E3로서, 특히 Li+이차전지(리튬·이온·이차전지)나 NiMH 전지를 이용한 경우에 현저해져서, 이들은 Nicad와 달리 과방전에 약하며, 사용자가 잘못하여 방전시킨 경우에 회복 불능의 손상을 입을 우려가 있다. 본 실시예도 이들을 고려한 구성으로 되어 있다.

본 실시예에서 설명한 전원 회로(1A)는, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같은 정보 처리 장치(PC 시스템)(100)에 적용되며, 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화나 PDA 등의 휴대형 전자 기기로서 사용할 수 있다. 도 2에 도시하는 정보 처리 장치(100)는, 상술한 전원 회로(1A)와, PC 본체부(20)를 구비하며, PC 본체부(20)는 CPU(21), RAM(22), ROM(23), HDD(24), 인터페이스(IF)(25)를 구비하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 회로적인 접속을 바꾼 것 만으로 기본적인 동작은 아무것도 변하지 않고, 전지팩(4A) 내의 전류 검출용의 전류 감지 저항 RS를 충전기(3A) 측에서 공용함으로써, 종래의 충전기(3)의 전류 검출 저항R1의 삭감을 도모하는 것이 가능해져서, 충전기의 효율 개선과 비용의 삭감 및 소형화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명은, 실시예에 한정되지 않고, 예를 들면 실시예에서는, 충전기의 회로 구성으로서, 스위칭 레귤레이터 방식의 DC-DC 컨버터로 설명하였지만, 리니어 레귤레이터 방식에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

(부기 1)

전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 충전 회로의 충전 제어 회로로서,

상기 전지팩 내에 제공된 저항의 양단에서 발생하는 충전 전류에 의한 전위차에 기초하여 충전 전류에 관한 정보를 검출하는 충전 전류 검출부와,

상기 충전 전류에 관한 정보에 기초하여, 상기 충전 전류를 제어하기 위한 제어부를 구비하여 이루어지는 충전 제어 회로.

(부기 2)

부기 1에 기재된 충전 제어 회로에 있어서,

상기 충전 회로는, 상기 전위차에 기초하여 상기 저항을 흐르는 전류가 소정 범위에 있는지의 여부를 판단하는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 회로.

(부기 3)

부기 1 또는 부기 2에 에 기재된 충전 제어 회로에 있어서,

상기 제어부는, 또한 충전 전압에 기초하여 상기 전지에 대한 충전 전압을제어하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 회로.

(부기 4)

부기 1 내지 부기 3 중 어느 하나에 기재된 충전 제어 회로에 있어서,

상기 제어부는 펄스 폭 변조기인 것을 특징으로 하는 충전 제어 회로.

(부기 5)

부기 1 내지 부기 4 중 어느 하나에 기재된 충전 제어 회로에 있어서,

상기 충전 제어 회로는 반도체 소자에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 충전 제어 회로.

(부기 6)

전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 충전 회로로서,

충전 전류 공급 라인에 제공되고, 이 충전 전류 공급 라인에 충전 전류를 공급하는 충전 전류 공급부와,

상기 전지팩 내에 제공된 저항의 양단에서 발생하는 충전 전류에 의해 발생하는 전위차에 기초하여 상기 충전 전류 공급부에 의해 공급되는 충전 전류를 제어하는 충전 제어 회로를 구비하여 이루어지는 충전 회로.

(부기 7)

부기 6에 기재된 충전 회로로서,

상기 충전 전류 공급부는, 충전 전류 공급 라인에 제공되고, 이 충전 전류 공급 라인을 개폐하는 스위치를 갖고,

상기 충전 제어 회로는, 상기 전지팩 내에 제공된 저항의 양단에서 발생하는 충전 전류에 의해 발생하는 전위차에 기초하여 상기 스위치를 개폐 제어하는 충전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전 회로.

(부기 8)

부기 7에 기재된 충전 회로에 있어서,

상기 충전 제어 회로는, 또한 충전 전압에 기초하여 상기 스위치를 개폐 제어하는 것을 특징으로 하는 충전 회로.

(부기 9)

부기 7 또는 부기 8에 기재된 충전 회로에 있어서,

충전 전류 공급 라인에 제공된 초크 코일과, 플라이휠용의 동기 정류 스위치를 더 구비하며, 상기 충전 제어 회로는 또한 상기 동기 정류 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 충전 회로.

(부기 10)

전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 접속되고, 상기 전지를 충전하는 충전기로서,

상기 전지의 양극측에 접속되며, 상기 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 제1 접속 단자와,

상기 전지의 음극측에 접속되고, 상기 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 제2 접속 단자와,

상기 전지팩의 소정의 외부 접속 단자에 접속되며, 상기 전지에 흐르는 전류에 기초하는 소정의 전위가 부여되는 제3 접속 단자와,

상기 제3 접속 단자와, 적어도 상기 제1 접속 단자 또는 제2 접속 단자 중 어느 것인가에 접속되고, 상기 전지에 흐르는 전류에 기초한 전위차를 검출함으로써, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 충전 회로를 구비하여 이루어지는 충전기.

(부기 11)

부기 10에 기재된 충전기에 있어서,

상기 충전 회로는, 또한 상기 제1 접속 단자에 접속되며, 그 전위에 기초하여 상기 전지의 충전 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기.

(부기 12)

부기 10 또는 부기 11에 기재된 충전기에 있어서,

상기 전위차는, 상기 전지팩 내에 제공된 저항을 흐르는 전류에 기초한 전위차인 것을 특징으로 하는 충전기.

(부기 13)

부기 12에 기재된 충전기에 있어서,

상기 저항은 상기 전지의 음극측에 직렬로 접속되고, 상기 제2 접속 단자는 상기 저항의 반 전지측 단자에 접속되며, 상기 제3 접속 단자는 상기 저항의 전지측 단자에 접속됨과 함께 소정의 저항을 통하여 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 충전기.

(부기 14)

부기 13에 있어서,

상기 제3 접속 단자의 전위를 소정 전위와 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 전지팩의 접속 상태를 판단하는 접속 상태 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기.

(부기 15)

충전 가능한 전지와,

상기 전지에 직렬로 접속된 저항과,

상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지로부터 공급되는 전원 전류를 감시하는 보호 회로와,

상기 전지에 충전 전압을 인가하여 충전 전류를 공급하는 충전기로서, 적어도 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 충전기를 구비하여 이루어지는 전원 회로.

(부기 16)

부기 15에 기재된 전원 회로에 있어서,

상기 충전기는, 또한 상기 전지에 인가되는 충전 전압에 기초하여 충전 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.

(부기 17)

부기 15 또는 부기 16에 기재된 전원 회로에서,

상기 충전기는, 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 충전 전류를 소정값 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.

(부기 18)

부기 15 내지 부기 17 중 어느 하나에 기재된 전원 회로에서,

상기 전지, 상기 저항, 및 상기 보호 회로는, 전지를 수납한 전지팩 내에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 회로.

(부기 19)

충전 가능한 전지를 충전할 수 있는 충전기를 구비함과 함께 CPU를 탑재하여 이루어지는 정보 처리 장치로서,

상기 충전기는, 상기 전지에 직렬로 접속될 수 있는 저항으로서, 이 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지로부터 공급되는 전원 전류를 감시하기 위해 이용할 수 있는 상기 저항에서의 충전 전류에 의한 전위차를 도입할 수가 있고,

상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 정보 처리 장치.

(부기 20)

부기 19에 기재된 정보 처리 장치에 있어서,

상기 충전기는, 또한 상기 전지에 인가되는 충전 전압에 기초하여 충전 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정보 처리 장치.

(부기 21)

충전 가능한 전지를 수납한 전지팩으로서,

충전 가능한 전지와,

상기 전지의 양극측에 접속되어 외부로부터 충전 전류의 공급을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 외부 기기에 대하여 전원공급을 행할 수 있는 제1 외부 접속 단자와,

상기 전지의 음극측에 접속되고 외부로부터 충전 전류의 공급을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 외부 기기에 대하여 전원 공급을 행할 수 있는 제2 외부 접속 단자와,

상기 제1 외부 접속 단자와 상기 제2 접속 단자 사이에서 상기 전지에 직렬로 접속된 저항과,

상기 저항의 양단의 전위차를 검출함으로써, 과전류 상태를 감시하는 보호 회로와 상기 저항의 양단의 전위차에 관한 정보를 외부에 공급하기 위한 제3 외부 접속 단자를 구비하여 이루어지는 전지팩.

(부기 22)

부기 21에 있어서,

상기 저항의 양단의 전위차에 관한 정보는, 상기 충전 전류에 대응하는 상기 저항 단부의 전위이며, 상기 저항 단부의 전위와, 상기 제1 외부 접속 단자 또는 상기 제2 외부 접속 단자 중 어느 하나의 전위차가 상기 저항 양단의 전위차를 나타내는 것을 특징으로 하는 전지팩.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 충전기측의 전류 측정용 감지 저항의 삭감을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 전원 회로 등의 충전 효율의 개선과 비용의 삭감 및 소형화를 도모할 수 있는 전원 회로, 충전기, 충전 제어 회로,및 정보 처리 장치와 전지팩을 제공할 수 있는 효과를 발휘한다.

Claims

전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 충전 회로의 충전 제어 회로로서,

상기 전지팩 내에 제공된 저항의 양단에서 발생하는 충전 전류에 의한 전위차에 기초하여 충전 전류에 관한 정보를 검출하는 충전 전류 검출부와,

상기 충전 전류에 관한 정보에 기초하여, 상기 충전 전류를 제어하기 위한 제어부

를 포함하는 충전 제어 회로.
전지팩에 수납된 충전 가능한 전지에 접속되고, 상기 전지를 충전하는 충전기로서,

상기 전지의 양극 측에 접속되며, 상기 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 제1 접속 단자와,

상기 전지의 음극 측에 접속되고, 상기 전지에 충전 전류를 공급할 수 있는 제2 접속 단자와,

상기 전지팩의 소정의 외부 접속 단자에 접속되며, 상기 전지에 흐르는 전류에 기초한 소정의 전위가 부여되는 제3 접속 단자와,

상기 제3 접속 단자와, 적어도 상기 제1 접속 단자 또는 제2 접속 단자 중 어느 하나에 접속되고, 상기 전지에 흐르는 전류에 기초하는 전위차를 검출함으로써, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 충전 회로

를 포함하는 충전기.
충전 가능한 전지와,

상기 전지에 직렬로 접속된 저항과,

상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지로부터 공급되는 전원 전류를 감시하는 보호 회로와,

상기 전지에 충전 전압을 인가하여 충전 전류를 공급하는 충전기로서, 적어도 상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 충전기

를 포함하는 전원 회로.
충전 가능한 전지를 충전할 수 있는 충전기를 구비함과 함께 CPU를 탑재하여 이루어지는 정보 처리 장치로서,

상기 충전기는, 상기 전지에 직렬로 접속되는 저항으로서, 이 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지로부터 공급되는 전원 전류를 감시하기 위해 이용하는 상기 저항에서의 충전 전류에 의한 전위차를 도입할 수가 있고,

상기 저항의 양단의 전위차에 기초하여, 상기 전지에 대한 충전 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 정보 처리 장치.
충전 가능한 전지를 수납한 전지팩으로서,

충전 가능한 전지와,

상기 전지의 양극측에 접속되고 외부로부터 충전 전류의 공급을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 외부 기기에 대하여 전원 공급을 행할 수 있는 제1 외부 접속 단자와,

상기 전지의 음극 측에 접속되고 외부로부터 충전 전류의 공급을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 외부 기기에 대하여 전원공급을 행할 수 있는 제2 외부 접속 단자와,

상기 제1 외부 접속 단자와 상기 제2 접속 단자 사이에서 상기 전지에 직렬로 접속된 저항과,

상기 저항의 양단의 전위차를 검출함으로써, 과전류 상태를 감시하는 보호 회로와,

상기 저항의 양단의 전위차에 관한 정보를 외부에 공급하기 위한 제3 외부 접속 단자

를 포함하는 전지팩.