KR20080095838A - 백게이트 전압 생성 회로, 4 단자 백게이트 스위칭 ｆｅｔ및 이를 이용한 충방전 보호 회로 - Google Patents

백게이트 전압 생성 회로, 4 단자 백게이트 스위칭 ｆｅｔ및 이를 이용한 충방전 보호 회로 Download PDF

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Abstract

충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압을 생성하는 백게이트 전압 생성 회로가 개시된다. 이 백게이트 전압 생성 회로는 공통 소스 전극을 통하여 직렬로 접속되는 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 포함한다. 직렬로 접속되는 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET의 공통 소스 전극에서의 전압은, 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압으로서 이용되며, 백게이트 전압은 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 제어하는 신호들을 생성하는 기준 전압으로서 사용된다.
Figure P1020087011968
벡게이트 전압 생성 회로

Description

백게이트 전압 생성 회로, 4 단자 백게이트 스위칭 ＦＥＴ 및 이를 이용한 충방전 보호 회로{BACK-GATE VOLTAGE GENERATOR CIRCUIT, FOUR-TERMINAL BACK GATE SWITCHING FET, AND CHARGE AND DISCHARGE PROTECTION CIRCUIT USING SAME}
본 발명은 일반적으로 리튬 이온(Li 이온) 2 차 전지와 같은 2 차 전지용 충방전 보호 회로에 관련된 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 4 단자 백게이트(back gate) 스위칭 FET를 단순히 충방전 경로에 제공함으로써 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로 부터 2 차 전지를 보호할 수 있는 기술에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 백게이트 전압 생성 회로, 상기 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어된 4 단자 백게이트 스위칭 FET(전계 효과 트랜지스터; Field-Effect Transistor), 상기 4 단자 백게이트 스위칭 FET를 이용하는 2 차 전지용 충방전 보호 회로, 상기 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 이용하는 셀룰라폰과 같은 전자 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 2 차 전지는 최근에 보급되고 있는 셀룰라폰; 디지털 카메라; 소형 경량의 휴대용 미니디스크 장치와 같은 오디오 장치; 및 게임 장치 등의 각종 휴대용 전자 장치들에 종종 사용된다. 리튬 이온 2 차 전지는, 전지가 과충전되는 경우에 금속 Li 증착물이 형성되어 사고를 야기하는 위험성을 포함하고, 또한 전지가 과방전되는 경우에는 반복되는 충방전 사용 횟수가 감소된다는 문제를 갖는다.
따라서, 종래에는, 2 차 전지와 장치 본체 사이의 충방전 경로에 과방전 보호용 스위치와 과충전 보호용 스위치의 2 개의 보호 스위치를 제공하고, 2 차 전지가 미리 결정된 전압 이상으로 과충전되거나 또는 미리 결정된 전압 이하로 과방전 되는 경우에, 이러한 과충전 또는 과방전이 검출되고, 상기 보호 스위치들 중 대응하는 하나를 턴 오프시킴으로써, 추가적인 과충전 또는 과방전을 방지한다.
따라서, 종래의 2 차 전지용 충방전 보호 회로는, 보호 스위치로서 충전 제어를 위한 충전 제어용 MOSFET(금속 산화물 실리콘 전계 효과 트랜지스터; Metal Oxide Silicon Field-Effect Transistor) 및 방전 제어를 위한 방전 제어용 MOSFET를 필요로 하고 충전 제어용 MOSFET와 방전 제어용 MOSFET의 게이트 전압을 제어함으로써 배터리 팩의 충방전 보호를 달성한다. 또한, 종래에는, 충전 제어용 MOSFET와 방전 제어용 MOSFET의 각각은 3 단자 IC이고, 백게이트 전위는 소스 전위와 동등하다. 따라서, 백게이트 전위를 제어할 필요가 없다.
충전 제어용 MOSFET의 소스 전극은 배터리 팩의 네가티브 단자에 접속되며, 방전 제어용 MOSFET의 소스 전극은 배터리 셀의 네가티브 단자에 접속된다. 각 MOSFET의 기생 다이오드의 방향은 일정하다.
일본 공개 특허 공보 제2006-121900호는 상술한 충전 제어용 및 방전 제어용의 2 개의 MOSFET를 사용하는 배터리 팩을 개시하고 있다.
도 1 은 일본 공개 특허 공보 제2006-121900호에 개시된 배터리 팩(110)을 나타내는 회로도이다.
도 1 을 참조하면, 배터리 팩(110)은, 충방전 보호 회로(120), 방전 제어 FET(Q1), 충전 제어 FET(Q2), 배터리 셀(112), 커패시터(C1, C2 및 C3) 및 저항(r1 및 r2)을 포함한다.
충방전 보호 회로(120)는, 과충전 검출 회로(122), 과방전 검출 회로(127), 과전류 검출 회로(125), 지연 회로(126a 및 126b), 레벨 시프터(123), 이상 충전 검출 회로(128), 단락 검출 회로(124) 및 n 형 FET(Q3, Q4)를 포함한다.
충방전 보호 회로(120)는, 배터리 셀(112)의 포지티브 단자와 저항(r2)을 통하여 접속되는 VDD 단자, 배터리 셀(112)의 네가티브 단자가 접속되는 VSS 단자, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출하는 V- 단자, 충전 전류를 제어하는 충전 제어용 MOSFET(Q2)를 온오프시키는 Cout 단자, 방전 전류를 제어하는 방전 제어용 MOSFET(Q1)를 온오프시키는 Dout 단자 및 테스트 단축을 위한 CT단자를 더 포함한다.
Cout 단자 및 Dout 단자는 방전 제어용 MOSFET(Q1) 및 충전 제어용 MOSFET (Q2)를 동시에 오프시키는 것을 방지한다. 과충전 상태 또는 충전 과전류 상태에서는, Cout 단자 출력의 출력 레벨이 로우 레벨로 되어 충전 제어용 MOSFET(Q2)를 오프시킴으로써 충전을 금지하는 한편 Dout 단자의 출력 레벨은 하이 레벨로 되어 방전 제어용 MOSFET(Q1)을 온시키므로 충전 제어용 MOSFET(Q2)의 기생 다이오드를 통하여 방전을 수행할 수 있다.
또한, 과방전 상태, 방전 과전류 상태 및 단락 상태에서는, Dout 단자의 출 력 레벨이 로우 레벨로 되어 방전 제어용 MOSFET(Q1)를 오프시킴으로써 방전을 금지하는 한편 Cout 단자 출력의 출력 레벨이 하이 레벨로 되어 충전 제어용 MOSFET(Q2)를 온시키므로 방전 제어용 MOSFET(Q1)의 기생 다이오드를 통하여 충전을 수행할 수 있다.
상술된 종래 기술에 따르면, 충전 및 방전을 개별적으로 제어할 수 있어, 충전 제어용 MOSFET와 방전 제어용 MOSFET 각각의 기생 다이오드의 방향이 고정된다. 따라서, 비교적 용이하게 보호를 행할 수 있다.
그러나, 현재 시장에서 저비용 공간 절약형 제품이 시장에서 요구되고 있는데, 비용이 더 저렴하고 공간절약 더 우수한 제품은, 2 개의 종래의 제어용 MOSFET를 사용하기 보다는 충전 및 방전 양쪽을 제어할 수 있는 하나의 MOSFET로 전지팩을 형성함으로써 개발될 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 하나의 4 단자 백게이트 스위칭 FET를 사용하여 충방전 보호 회로의 충방전 경로의 온오프 제어를 수행하고, 과충전, 과방전 및 과전류와 같은 검출 상태에 따라 4 단자 백게이트 스위칭 FET의 기생 다이오드의 방향을 제어하는, 백게이트 전압을 생성하는 백게이트 전압 생성 회로; 상기 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 4 단자 백게이트 스위칭 FET; 상기 4 단자 백게이트 스위칭 FET를 이용한 2 차 전지용 충방전 보호 회로; 상기 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩을 이용하는 셀룰라폰과 같은 전자 장치가 제공된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 공통 소스 전극을 통하여 직렬로 접속되는 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 포함하며, 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압을 생성하는 백게이트 전압 생성 회로가 제공되며, 여기서 직렬로 접속된 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET의 공통 소스 전극의 전압은, 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압으로서 이용되며, 상기 백게이트 전압은 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 제어하는 신호들을 생성하는 기준 전압으로서 사용된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상술된 바와 같은 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET가 제공된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로가 제공되며, 상기 충방전 보호 회로는, 상술된 바와 같은 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 포함한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상술된 바와 같은 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상술된 바와 같은 배터리 팩을 포함하는 전자 장치가 제공된다.
상기 전자 장치의 일례들은 셀룰라폰, 디지털 카메라, 오디오 장치 및 게임 장치를 포함할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 따르면, 하나의 4 단자 백게이트 스위칭 FET를 사용하여 충방전 보호 회로의 충방전 경로의 온오프 제어를 수행하고, 과충전, 과방전 및 과전류와 같은 검출 상태에 따라 4 단자 백게이트 스위칭 FET의 기생 다이오드의 방향을 제어하는, 백게이트 전압을 생성하는 백게이트 전압 생성 회로; 상기 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 4 단자 백게이트 스위칭 FET; 상기 4 단자 백게이트 스위칭 FET를 이용한 2 차 전지용 충방전 보호 회로; 상기 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩을 이용하는 셀룰라폰과 같은 전자 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면들과 함께 읽혀질 때 이하하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 된다.
도 1 은 종래의 배터리 팩을 나타내는 회로도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 따른 충방전 보호 회로에 제공되는 4 단자 백게이트 스위칭 FET의 백게이트를 제어하는 백게이트 전압 생성 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 백게이트 전압 생성 회로를 포함하는 2 차 전지 보호 IC를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 또 다른 회로도이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른 동작들을 나타내는 각각의 동작 시퀀스 에서의 상태를 나타내는 테이블이다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 충방전 보호 회로(1) 및 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)을 포함하는 배터리 팩(20)을 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 2 를 참조하면, 이 실시형태에 따른 충방전 보호 회로(1)는, 배터리 셀(21)의 포지티브 단자와 저항(R21)을 통하여 접속되는 VDD 단자; 배터리 셀(21)의 네가티브 단자가 접속되는 VSS 단자; 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출하기 위한 V- 단자; 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 백게이트에 접속되어 상기 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 백게이트 전압을 제어하는 BG 단자; 및 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 게이트 단자에 접속되어 상기 4 단자 백게이트 스위칭 FET (M1)의 온오프 제어를 수행하는 OUT 단자를 포함한다. 상기 충방전 보호 회로(1)는 지연 시간을 단축시키는 테스트 단자를 더 포함할 수도 있다.
도 2 에 도시된 배터리 팩(20)은 아래와 같이 동작한다(각 동작 시간의 상태에 대해서는 도 5 를 참조).
(a) 통상 상태(즉, 정상 상태)에서, OUT 단자의 출력 레벨은 하이 레벨이고, BG 단자는 충방전 보호 회로의 V- 전압을 출력하고, 4 단자 백게이트 스위칭 FET( M1)은 온 상태로 된다. 이 상태에서, 충방전이 수행될 수 있다.
(b) 과충전 상태에서, OUT 단자의 출력 레벨은 로우 레벨이고, BG 단자는 충방전 보호 호로의 V- 전압을 출력하고, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상 태로 되어 충전을 정지시킨다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 기생 다이오드는, 충전기 또는 부하(충전기/부하)의 네가티브 단자로부터 배터리 셀(21)의 네가티브 단자까지 전류가 흐르는 방향으로 배열되고, 방전을 수행할 수 있다.
(c) 과방전 상태에서, OUT 단자의 출력 레벨은 로우 레벨이고, BG 단자는 충방전 회로(1)의 VSS 전압을 출력하고, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상태로 되어 방전을 정지시킨다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 기생 다이오드는, 배터리 셀(21)의 네가티브 단자로부터 충전기/부하(30)의 네가티브 단자까지 전류가 흐르는 방향으로 배열되고, 충전을 수행할 수 있다.
(d) 방전 과전류 상태에서, OUT 단자의 출력 레벨은 로우 레벨이고, BG 단자는 충방전 보호 회로(1)의 VSS 전압을 출력하고, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상태로 되어 방전을 정지시킨다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 기생 다이오드는, 배터리 셀(21)의 네가티브 단자로부터 충전기/부하(30)의 네가티브 단자까지 전류가 흐르는 방향으로 배열되고, 충전을 수행할 수 있다.
(e) 충전 과전류 상태에서, OUT 단자의 출력 레벨은 로우 레벨이고, BG 단자는 충방전 보호 회로(1)의 V- 전압을 출력하고, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상태로 되어 충전을 정지시킨다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 기생 다이오드는, 충전기/부하(30)의 네가티브 단자로부터 배터리셀(21)의 네가티브 단자까지 전류가 흐르는 방향으로 배열되며, 방전을 수행할 수 있다.
도 3 은 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)의 백게이트를 제어하는 백게이트 전압을 생성하기 위한 백게이트 전압 생성 회로(14)를 나타내는 회로도이다. 이 백게이트 전압 생성 회로(14)는 충방전 보호 회로(1)에 포함된다.
백게이트 전압 생성 회로(14)는, n 형 MOSFET(M10) 및 n 형 MOSFET(M20)를 포함하며, 이들 중 하나는 백게이트 전압에 대하여 선택된다. 백게이트 전압 생성 회로(14)는 인버터(INV1) 및 인버터(INV2)를 더 포함한다. n 형 MOSFET(M10 및 M20)의 접속(공통 소스 전극)은 또한 인버터들(INV1 및 INV2) 각각에 접속되므로, n 형 MOSFET(M10 및 M20) 각각의 게이트 전압은 백게이트 전압을 기준전압(basis)으로서 이용하여 입력된다.
통상 상태(정상 상태)에서, 로우 레벨 신호가 제어 신호(Sc)로서 입력되고, 제어 신호(Sc)가 인버터(INV1)를 통하여 반전되므로, 하이 레벨 신호는 n 형 MOSFET(M10)의 게이트에 입력된다. 동시에, 반전된 신호는 인버터(INV2)를 통하여 추가로 반전되므로, 로우 레벨 신호가 n 형 MOSFET(M20)의 게이트로 입력된다.
이 때, n 형 MOSFET(M10)는 온 상태로 되고, n 형 MOSFET(M20)는 오프 상태로 된다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 온 상태로 되므로, 도 2 에서 배터리 셀(21)의 네가티브 단자에서의 전압, 충전기/부하(30)의 네가티브 단자에서의 전압 및 저항 R22를 통한 V- 전압은 실질적으로 동일하다. 따라서, 전류는 n 형 MOSFET(M20)의 기생 다이오드를 통하여 흐르지 않는다.
과충전 상태에서, 로우 레벨 신호가 제어 신호 Sc로서 입력되므로, 하이 레벨 신호는 n 형 MOSFET(M10)의 게이트에 입력되고, 로우 레벨 신호는 n 형 MOSFET(M20)의 게이트에 입력된다. 이 때, n 형 MOSFET(M10)는 온 상태로 되고, n 형 MOSFET(M20)는 오프 상태로 된다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상태로 된다.
과충전의 검출 직전에, 배터리 셀(21)은 배터리 셀(21)의 전압보다 큰 충전기 전압으로 충전된다. 따라서, 충전이 금지되는 동시에, VSS 전압과 V- 전압 사이의 관계는 "VSS > V-" 로 된다. 따라서, 방향이 반대로 되므로, 전류는 n 형 MOSFET(M20)의 기생 다이오드를 통하여 흐르지 않는다.
과방전 상태에서, 하이 레벨 신호가 제어 신호(Sc)로서 입력되므로, 로우 레벨 신호가 n 형 MOSFET(M10)의 게이트에 입력되고, 하이 레벨 신호가 n 형 MOSFET (M20)의 게이트에 입력된다. 이 때, n 형 MOSFET(M10)는 오프 상태로 되고, n 형 MOSFET M20은 온 상태로 된다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상태로 된다.
과방전의 검출 직전에, 배터리 셀(21)은, 부하(30)로의 배터리 팩(20)의 접속으로 인해 방전되게 된다. 방전이 금지되는 동시에, 충방전 보호 회로(1) 내부에서 V- 전위가 VDD 레벨로 풀업되므로, VSS 전압과 V- 전압 사이의 관계는 "VSS < V-"로 된다. 따라서, 방향이 반대로 되므로, 전류는 n 형 MOSFET(M10)의 기생 다이오드를 통하여 흐르지 않는다.
방전 과전류 상태에서, 하이 레벨 신호가 제어 신호 Sc로서 입력되므로, 로우 레벨 신호가 n 형 MOSFET(M10)의 게이트로 입력되고, 하이 레벨 신호는 n 형 MOSFET(M20)의 게이트로 입력된다. 이 때, n 형 MOSFET(M10)는 오프 상태로 되고, n 형 MOSFET(M20)는 온 상태로 된다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상태로 된다.
방전 과전류의 검출 직전에, 배터리 셀(21)은 부하(30)로의 배터리 팩(20)의 접속으로 인해 방전되게 된다. 방전이 금지되는 동시에, 방전 경로가 소실되므로, VSS 전압과 V- 전압 사이의 관계는 "VSS < V-"로 된다. 따라서, 방향이 반대로 되므로, 전류는 n 형 MOSFET(M10)의 기생 다이오드를 통하여 흐르지 않는다.
충전 과전류 상태에서, 로우 레벨 신호가 제어 신호(Sc)로서 입력되므로, 하이 레벨 신호는 n 형 MOSFET(M10)의 게이트에 입력되고, 로우 레벨 신호는 n 형 MOSFET(M20)의 게이트에 입력된다. 이 때, n 형 MOSFET(M10)는 온 상태로 되고, n 형 MOSFET(M20)는 오프 상태로 된다. 이 때, 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1)는 오프 상태로 된다.
충전 과전류의 검출 직전에, 배터리 셀(21)은 배터리셀(21)보다 큰 충전기 전압으로 충전되게 된다. 따라서, 충전이 금지되는 동시에, VSS 전압과 V- 전압 사이의 관계는 “VSS > V-”로 된다. 따라서, 방향이 반대로 되므로, 전류는 n 형 MOSFET (M20)의 기생 다이오드를 통하여 흐르지 않는다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 백게이트 전압 생성 회로(14)를 포함하는 2차 전지 보호 IC를 포함하는 배터리 팩(20)을 나타내는 또 다른 회로도이다. 도 4 에서, 도 2 의 요소들과 동일한 요소들은 동일한 참조 번호로 지칭된다.
도 4 를 참조하면, 배터리 팩(20)은 충방전 보호 회로(IC 구성을 가지는 보호 IC)(1), n 형 MOSFET인 4 단자 백게이트 스위칭 FET(M1), 배터리 셀(2 차 전지), 커패시터(C21), 저항(R21 및 R22), 포지티브측 단자(22) 및 네가티브측 단자 (23)를 포함한다. 충전기/부하(30)는 충전시의 충전기, 또는 셀룰라폰; 디지털 카 메라; 오디오 장치; 또는 방전시의 게임 장치와 같은 부하 장치이다.
보호 IC(1)는 과충전 검출 회로(2), 과방전 검출 회로(3), 충전 과전류 검출 회로(4), 제 1 방전 과전류 검출 회로(5), 제 2 방전 과전류 검출 회로(6), 지연 시간 생성 회로(7), 단축 회로(8), 레벨 시프터(9), 이상 충전 검출 회로(10), 논리 회로(11), 백게이트 전압 생성 회로(14)(도 3을 참조하여 상세히 기술됨), 및 4 단자 n 형 MOSFET(M1)를 포함한다. 지연 시간 생성 회로(7)는 카운터 회로(12) 및 발진기 회로(13)를 포함한다.
보호 IC(1)는 상기 4 단자 n 형 MOSFET(M1)의 게이트 전압을 제어하는 충방전 제어 단자(OUT), 상기 4 단자 n 형 MOSFET(M1)의 백게이트 전압을 제어하는 백게이트 제어 단자(BG), 충방전 전류를 전압으로 변환함으로써 충방전 전류를 검출하는 전류 검출 단자(V-)를 더 포함한다. 도 4에서 생략되어 있지만, 도 1에 도시된 종래의 단락 검출 회로(124)와 동일한 단락 검출 회로는, 단락의 검출시에 검출 신호를 지연 시간 생성 회로(7)에 입력함으로써, 단락 검출시에도 보호 제어를 수행할 수 있도록 제공될 수 있다.
레벨 시프터(9)는 충방전 제어용 4 단자 n 형 MOSFET(M1)의 게이트에 인가되는 게이트 신호 및 상기 백게이트 전압 생성 회로(14)에 입력되는 제어 신호(Sc)를 출력한다. 상기 제어 신호(Sc)는 통상 상태일때, 과충전 검출시 및 충전 과전류 검출시에는 하이 레벨에 있고, 과방전 검출시 및 방전 과전류 검출시에는 로우 레벨에 있다. 백게이트 전압 생성 회로(14)는 도 3을 참조하여 상세히 기술되는 구성을 가진다.
과충전 검출 회로(2), 과방전 검출 회로(3), 충전 과전류 검출 회로(4), 제 1 방전 과전류 검출 회로(5) 및 제 2 방전 과전류 검출 회로의 출력은, 상기 지연 시간 생성 회로(7)에 입력된다. 이러한 출력 신호들 각각은, 지연 시간 생성 회로(7)에 의해 미리 결정된 지연 시간 동안 지연되어 논리 회로(11)로 출력된 후, 레벨 시프터(9)의 기준 전압으로 변환된다. 레벨 시프터(9)로부터의 신호는 4 단자 n 형 MOSFET(M1)의 게이트에 직접 인가된다. 레벨 시프터(9)로부터의 제어 신호(Sc)는 백게이트 전압 생성 회로(14)로 입력되어 백게이트 신호(BG)를 생성하고, 상기 생성된 백게이트 신호(BG)는 4 단자 n 형 MOSFET(M1)의 백게이트에 인가된다. 따라서, 온오프 제어는, 상기 4 단자 n 형 MOSFET(M1)에 의해 수행되며, 상기 4 단자 n 형 MOSFET(M1)의 기생 다이오드의 방향은 상술된 바와 같이 제어된다.
상술된 미리 결정된 지연 시간은 전체 입력 신호들을 통하여 균일하지 않고, 검출 내용에 기초하여 미리 결정된 값을 갖는다. 지연 시간의 세부사항은 많은 특허 문헌들에 기술되며 잘 알려져 있다. 따라서, 이들에 대한 설명은 생략한다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른 상술된 동작들을 나타낸다. 도 5 는 통상(정상)시, 과충전의 검출시, 과방전의 검출시, 방전 과전류의 검출시 및 충전 과전류의 검출시의 동작 시퀀스들 각각에서 제어 신호(Sc), BG 출력, 단자 전압, 기생 다이오드의 방향, 충전 및 방전의 여부, 4 단자 백게이트 스위칭 n 형 MOSFET(M1)의 게이트 신호 및 4 단자 백게이트 스위칭 n 형 MOSFET(M1)의 온오프의 상태들에 대한 간결한 리스트를 나타낸다.
상술한 구성을 가지는 백게이트 전압 생성 회로(14)를 충방전 보호 회로(1) 에 형성함으로써, 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 이용한 배터리 팩을 실현할 수 있다.
또한, 이와 같이 실현된 배터리 팩은, 최근에 보급되고 있는 셀룰라폰, 디지털 카메라, 소형 경량의 휴대용 미니디스크 장치와 같은 오디오 장치 및 게임 장치 등의 넓은 범위의 전자 장치들에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 공통 소스 전극을 통하여 직렬로 접속되는 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 포함하며, 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압을 생성하는 백게이트 전압 생성 회로가 제공되며, 여기서 직렬로 접속된 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET의 공통 소스 전극의 전압은, 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압으로서 이용되며, 상기 백게이트 전압은 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 제어하는 신호를 생성하는 기준 전압으로서 사용된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상술된 바와 같이 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET가 제공된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로가 제공되며, 상기 충방전 보호 회로는, 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 상술된 바와 같은 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상술된 바와 같은 충방전 보호 회로를 포함하 는 배터리 팩이 제공된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상술된 바와 같은 배터리 팩을 포함하는 전자 장치가 제공된다.
상기 전자 장치의 일례들은 셀룰라폰, 디지털 카메라, 오디오 장치 및 게임 장치를 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같은 백게이트 전압 생성 회로는, 2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류의 검출 신호들 중 하나로부터 생성되는 제어 신호가 입력되는 제 1 인버터; 및 상기 제 1 인버터의 출력이 입력되는 제 2 인버터를 더 포함할 수도 있으며, 여기서 상기 제 1 인버터의 출력은, 상기 제 1 의 n 형 MOSFET의 게이트에 입력될 수 있고, 상기 제 2 인버터의 출력은, 상기 제 2 의 n 형 MOSFET의 게이트에 입력될 수 있고, 상기 백게이트 전압은 상기 제 1 인버터 및 제 2 인버터 각각의 접지측 기준 전위로서 사용될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 따르면, 하나의 4 단자 백게이트 스위칭 FET를 사용하여 충방전 보호 회로의 충방전 경로의 온오프 제어를 수행하고, 과충전, 과방전 및 과전류와 같은 검출 상태에 따라 4 단자 백게이트 스위칭 FET의 기생 다이오드의 방향을 제어하는, 백게이트 전압을 생성하는 백게이트 전압 생성 회로; 상기 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 4 단자 백게이트 스위칭 FET; 상기 4 단자 백게이트 스위칭 FET를 이용한 2 차 전지용 충방전 보호 회로; 상기 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩을 이용하는 셀룰라폰과 같은 전자 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 n 형 MOS 트랜지스터들의 기생 다이오드로 인한 불필요한 전류가 흐르는 일 없이 백게이트 제어용 출력을 생성할 수 있다.
본 발명은, 특별히 개시된 실시형태로 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경 및 변형될 수 있다.
본 출원은 2006년 9월 19일자로 출원된 일본 우선권 주장 특허 출원 제2006-251999호에 기초하며, 이것의 전제 내용은 참조로 여기에 포함된다.

Claims (10)

  1. 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압을 생성하는 백게이트 전압 생성 회로로서,
    공통 소스 전극을 통하여 직렬로 접속되는 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 포함하며,
    직렬로 접속되는 상기 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET의 공통 소스 전극의 전압은, 상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET의 백게이트 전압으로서 이용되며, 상기 벡게이트 전압은 상기 제 1 의 n 형 MOSFET 및 제 2 의 n 형 MOSFET를 제어하는 신호들을 생성하는 기준 전압으로서 사용되는 백게이트 전압 생성 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류의 검출 신호들 중 하나로부터 생성되는 제어 신호가 입력되는 제 1 인버터; 및
    상기 제 1 인버터의 출력이 입력되는 제 2 인버터를 더 포함하며,
    상기 제 1 인버터의 출력은, 상기 제 1 의 n 형 MOSFET의 게이트에 입력되며,
    상기 제 2 인버터의 출력은, 상기 제 2 의 n 형 MOSFET의 게이트에 입력되며,
    상기 백게이트 전압은 상기 제 1 인버터 및 제 2 인버터 각각의 접지측 기준 전위로서 사용되는 것인 백게이트 전압 생성 회로.
  3. 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET.
  4. 2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로로서,
    충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함하며,
    상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET는 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 충방전 보호 회로.
  5. 배터리 팩으로서,
    2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로를 포함하며,
    상기 충방전 보호 회로는, 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함하며, 상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET는 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 배터리 팩.
  6. 전자 장치로서,
    2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩을 구비하며,
    상기 충방전 보호 회로는 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함하며, 상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET는 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 전자 장치.
  7. 셀룰라 폰으로서,
    2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩을 구비하며,
    상기 충방전 보호 회로는, 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함하며, 상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET는 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 것인 셀룰라 폰.
  8. 디지털 카메라로서,
    2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩을 구비하며,
    상기 충방전 보호 회로는, 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함하며, 상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET는 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 것인 디지털 카메라.
  9. 오디오 장치로서,
    2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩을 구비하며,
    상기 충방전 보호 회로는, 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함하며, 상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET는 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 것인 오디오 장치.
  10. 게임 장치로서,
    2 차 전지의 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류를 검출함으로써 2 차 전지를 과충전, 과방전, 방전 과전류 및 충전 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩을 구비하며,
    상기 충방전 보호 회로는, 충방전 경로에 제공되는 충방전 제어용 FET로서 충방전 제어용 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET를 포함하며, 상기 4 단자 백게이트 스위칭 MOSFET는 제 1 항에 기재된 백게이트 전압 생성 회로에 의해 제어되는 것인 게임 장치.
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