KR20080113232A - 과-전류 및 단락 보호에서의 전력 서지 필터링 - Google Patents

과-전류 및 단락 보호에서의 전력 서지 필터링 Download PDF

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Abstract

배터리 팩은 하나 이상의 배터리 셀들, 전류 차단 트랜지스터들 및 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다. 개시된 구현들은, 배터리 관리 시스템의 불안정한 동작을 야기하는, 배터리 셀로부터 인출된 과-전류들을 처리한다. 과-전류들은 배터리 셀들로부터의 전압 출력에 있어서 원치않는 강하를 야기하지 않고 처리된다. 개시된 구현들은, 과-전류가 배터리 관리 시스템 공급 전압이 소정의 시간 주기 동안 최소 동작 전압 레벨 아래로 떨어지도록 하는 경우에도 과-전류들을 처리할 수 있다. 개시된 구현들은 전류 흐름을 차단하고 배터리 셀들로부터 인출된 전류가 충분히 오랜 시간 주기 동안 충분히 높은 상태여서 배터리 셀들에 손상을 주는 경우에 배터리 셀들의 안전한 동작을 보장하도록 구성될 수 있는 전류 차단 트랜지스터들을 이용한다.
배터리, 배터리 보호, 배터리 관리 시스템

Description

과-전류 및 단락 보호에서의 전력 서지 필터링{POWER SURGE FILTERING IN OVER-CURRENT AND SHORT CIRCUIT PROTECTION}
개시된 구현들은 일반적으로 전기 회로들과 관련된다.
(예를 들어, 랩톱 컴퓨터들, 휴대용 전화기들, 디지털 카메라들, 비디오 카메라들, 미디어 플레이어들, 개인용 디지털 보조도구들(PDAs), 게임 콘솔(game console) 등의) 다수의 최근의 휴대형 디바이스들은 배터리 팩들을 포함한다. 배터리 팩들은, 배터리 셀 관리 및 보호를 제공하고 잔류 전하 계측을 하기 위한 (예를 들어, 마이크로컨트롤러, 아날로그 프론트-엔드 등의) 두 개 이상의 집적 회로(IC) 칩들에 연결되는 하나 이상의 배터리 셀들을 통상적으로 포함한다.
다수의 배터리 팩들은, 본질적으로 원통 또는 각기둥 내에 패키지된 휘발성 화학적 반응물인 리튬-이온(Li-ion) 배터리 셀을 통상적으로 이용한다. 전위 에너지가 각각의 셀에 저장되고, 배터리 셀이, 자신의 제조 사양(specification) 외의 조건들에 노출되면, 과열, 발화, 또는 폭발할 수 있다. 배터리 팩들은 (예를 들어, 충전 또는 방전 과-전류들, 단락(short circuit) 등의) 안전하지 않은 조건들을 검출하고, 배터리 셀 및/또는 디바이스에 대한 손상을 방지하고, 배터리 폭발 및 그외의 위험한 사고들로부터 소비자들을 보호하는 교정 동작을 취하는 안전장 치(fail-safe) 회로를 통상적으로 포함한다.
배터리 팩이 디바이스에 연결된 경우, 또는 디바이스가 높은 전력 소모를 갖는 특징(예를 들면, 모터)을 인에이블한 경우, 시간 주기 동안 배터리 팩으로부터 고전류가 인출될 수 있다. 이들 이벤트들(events)은 정상적인 배터리 동작의 일부분이며, 배터리 팩 및 디바이스가 안정적인 동작을 유지할 수 있도록 관리되어야 한다. 이상적으로, 그러한 전류들은 사용자에게 잠재적으로 위험하고, 배터리 셀들에 손상을 주기 때문에, 배터리 팩은 긴 시간 주기(즉, 정상적인 고전류 이벤트들보다 더 긴) 동안 유지된 고전류로부터 배터리 셀들을 보호하도록 기능해야 한다. 그러한 비정상적인 고전류 이벤트들은 고전류 흐름을 중단함으로써 방지될 수 있다. 그러나, 전류 흐름을 중지하는 것은, 배터리 팩의 출력 전압을 0 또는 0에 가깝게 떨어지도록 하여 배터리 시스템의 불안정한 동작을 야기할 수 있다. 따라서, 정상 동작으로부터 만들어진 고전류들과, 잠재적으로 위험하고 및/또는 손상을 주는 고전류들을 구별하는 것이 중요하다.
종래의 배터리 팩들은 정상 동작으로부터 만들어진 고전류들과 잠재적으로 위험하고 및/또는 손상을 주는 고전류 간의 구별을 하지 않는다. 고전류들은, 그들이 정상 동작으로부터 만들어진 경우에도, 때로는 잠재적으로 위험하고 및/또는 손상을 주는 것으로서 취급된다.
종래의 배터리 보호 해결책들의 결함은 과전류 및 단락 조건들에서의 전력 서지 필터링(power surge filtering)과 관련하여 개시된 구현들에 의해 극복된다.
일부 구현들에서, 배터리 시스템은 배터리 셀, 배터리 셀에 연결된 배터리 보호 회로, 및 배터리 보호 이벤트가 발생하였는지의 여부를 판정하는 배터리 보호 회로에 연결된 프로세서를 포함한다. 배터리 시스템은 또한 배터리 셀 및 프로세서에 연결된 전압 조정기 회로(voltage regulator circuit)를 포함한다. 전압 조정기 회로는 프로세서에 전력을 공급하도록 구성가능하다. 에너지 저장 디바이스는 전압 조정기에 연결되고 배터리 보호 이벤트 동안에 프로세서에 전력을 공급하도록 구성가능하다. 스위치는 에너지 저장 디바이스와 배터리 셀 간에 연결되고, 배터리 보호 이벤트 동안에 배터리 셀로부터 에너지 저장 디바이스를 선택가능하게 차단(disconnect)하도록 구성가능하다.
일부 구현들에서, 배터리 시스템을 위한 집적 회로는 배터리 셀에 연결되도록 구성된 배터리 보호 회로를 포함한다. 프로세서는, 배터리 보호 이벤트가 발생하였는지의 여부를 판정하는 배터리 보호 회로에 연결된다. 전압 조정기 회로는 프로세서에 연결되고, 프로세서에 전력을 공급하도록 구성된다. 에너지 저장 디바이스는 전압 조정기에 연결되고 배터리 보호 이벤트 동안에 프로세서에 전력을 공급하도록 구성가능하다. 스위치는 에너지 저장 디바이스와 배터리 셀간에 연결되고 배터리 보호 이벤트 동안에 배터리 셀로부터 에너지 저장 디바이스를 차단하도록 구성가능하다.
일부 구현들에서, 배터리 보호 방법은, 전압 조정기로부터 배터리 시스템의 프로세서로 전력을 제공하는 단계 - 전압 조정기는 배터리 셀에 연결되며, 배터리 셀로부터 수신된 전압을 조정하여 배터리 시스템에 전력을 제공함 - , 배터리 보호 이벤트를 나타내는 신호들을 수신하는 단계, 배터리 보호 이벤트 동안에, 배터리 셀로부터 전압 조정기를 선택적으로 차단하는 단계, 및 배터리 셀에 연결된 에너지 저장 디바이스로부터 프로세서에 전력을 제공하는 단계를 포함한다.
일부 구현들에서, 배터리 시스템을 위한 집적 회로는 배터리 셀에 연결되도록 구성된 배터리 보호 회로를 포함한다. 프로세서는 배터리 보호 회로에 연결되고, 배터리 보호 이벤트가 발생하였는지를 판정하는 배터리 보호 회로로부터 신호들을 수신하도록 구성가능하다. 전압 조정기 회로는 프로세서에 연결되고, 배터리 보호 이벤트들 이외의 시간들 동안에 프로세서에 전력을 제공하도록 구성가능하다. 에너지 저장 디바이스는 전압 조정기에 연결되고, 배터리 보호 이벤트 동안에 프로세서에 전력을 제공하도록 구성가능하다.
일부 구현들에서, 배터리 보호 방법은, 배터리 보호 이벤트를 나타내는 신호들을 수신하는 단계, 프로세서에 인터럽트 신호를 제공하는 단계, 및 인터럽트 신호에 응답하여 프로세서를 저전력 소모 모드로 변경하는 단계를 포함한다.
이하에 기술된 다양한 특징들 중 하나 이상을 갖는 시스템들, 방법들 및 디바이스들에 관한 그외의 구현들이 개시된다.
도 1A는 예시적인 배터리 팩의 블럭도이다.
도 1B는 도 1A의 배터리 팩의 보다 상세한 개략도이다.
도 2는 예시적인 배터리 칩의 블럭도이다.
도 3은, 도 2에 도시된 배터리 칩에 사용된 결합형 선형 및 스텝- 업(combination linear and step-up) 전압 조정기의 예시적인 블럭도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 결합형 전압 조정기에 사용된 예시적인 선형 전압 조정기의 블럭도이다.
도 5는, 도 3에 도시된 결합형 전압 조정기에 사용된 예시적인 스텝-업 전압 조정기의 블럭도이다.
도 6은, 도 3에 도시된 전압 조정기에 사용된 예시적인 모드 선택 로직의 블럭도이다.
도 7은 예시적인 배터리 보호 프로세스의 흐름도이다.
도 1A는 응용(50)을 위한 예시적인 배터리 팩(100)의 블럭도이다. 배터리 팩(100)은 디바이스(102) 또는 충전기(104)에 연결될 수 있다. 충전기(104)에 연결되는 경우, 배터리 팩(100)의 단자들(즉, 포지티브 및 네거티브 및 통신 단자들)은, 매체(106)에 의해 충전기(104)의 대응하는 단자들(즉, 포지티브 및 네거티브 및 통신 단자들)에 연결되어 배터리 팩(100)과 결합된 배터리 셀(들)의 충전을 가능케 한다. 매체(106)는 와이어들(wires), 리드들(leads), 핀들(pins), 또는 임의의 그외의 전기적 연결 수단들일 수 있다. 충전은 이하에 더욱 상세히 설명된다.
마찬가지로, 디바이스(102)에 연결되는 경우, 배터리 팩(100)의 단자들(즉, 포지티브 및 네거티브 및 통신 단자들)은 도전성 매체(108)에 의해 디바이스(102)의 대응하는 단자들(즉, 포지티브 및 네거티브 및 통신 단자들)에 연결되어 디바이스(102)의 동작을 가능케 한다. 매체(108)는 와이어들, 리드들, 핀들, 또는 그외 의 전기적 연결 수단들의 형식일 수 있다. 일부 구현들에서, 배터리 팩(100)은 선택적으로 통신 포트 C에서 디바이스(102) 및 충전기(104)에 연결된다. 통신 포트들은 디바이스(102), 충전기(104)와 배터리 팩(100) 간의 정보(예를 들어, 명령 및 제어)의 전송을 가능케 한다. 교환될 수 있는 정보의 일례는 배터리 충전 레벨(예를 들어, 용량)을 포함한다.
도 1B는 배터리 팩(100)의 보다 상세한 개략도이다. 일부 구현들에서, 배터리 팩(100)은 하나 이상의 배터리 셀들(120), 개별 트랜지스터들(110, 112), 전류 감지 저항(114) 및 배터리 관리 시스템(130)을 포함한다. 배터리 관리 시스템(130)은 하나 이상의 집적 회로(즉, 칩들 또는 칩 세트들)을 포함할 수 있다. 개별 트랜지스터들(110, 112), 및/또는 전류 감지 저항(114)은 동일한 패키지(예를 들어, 집적 회로) 내 및/또는 동일한 실리콘 내에서 구현될 수 있다.
일부 구현들에서, 개별 트랜지스터들(110, 112)은, 배터리 셀들(120)을 외부 배터리 팩 단자들(외부 배터리 팩 포지티브 단자(150) 및 네거티브 단자(140))로부터 차단하는데 사용된다. 도시된 구현에서, 개별 트랜지스터들(110, 112)은 전계 효과 트랜지스터(FET) 디바이스들로서 도시된다. 그외의 트랜지스터 기술들이 이용될 수 있으나, FET들은 공정, 성능(예를 들어, 온-저항(on-resistance)), 비용, 크기 등의 관점에서 장점들을 제공한다. 도시된 구현에서, 개별 트랜지스터들(110, 112)은 또한 충전 및 방전 트랜지스터들로서 각각 지칭된다. 충전 트랜지스터(110)가 사용되어 배터리 셀들(120)의 안전한 충전을 인에이블한다. 방전 트랜지스터(112)가 사용되어 배터리 셀들(120)의 안전한 방전을 인에이블한다. 충전 및 방전 트랜지스터들(110, 112)은 직렬로 연결된 것으로 도시된다.
도시된 구현에서, 충전 및 방전 트랜지스터들(110, 112)은 하이-측(high-side) 구성(즉, 직렬 트랜지스터들은 배터리 셀들의 로우-측(low-side)과 대향하듯이 하이-측에 연결됨)에 연결된다. 하이-측 구성에서, 충전 트랜지스터(110)의 일 단자(예를 들어, NFET 디바이스의 소스 단자)는 배터리 셀(120-1)의 포지티브 단자에 연결된다. 방전 트랜지스터(112)의 일 단자(예를 들어, NFET 디바이스의 소스 단자)는 외부 배터리 팩 포지티브 단자(150)에 연결된다. 충전 및 방전 트랜지스터들(110, 112)의 각 제2 단자들은 서로 연결된다(예를 들어, NFET 디바이스들을 이용한 경우, 드레인 대 드레인 노드를 형성함). 충전 트랜지스터(110) 및 방전 트랜지스터(112)의 게이트 단자들은 입력들 OC 및 OD에서 배터리 관리 시스템(130)에 각각 연결된다. 마찬가지로, 트랜지스터들(110, 112) 간의 노드는 칩 공급 전압 입력(또한, 본원에서 Vfet로서 지칭됨)에서 배터리 관리 시스템(130)에 연결된다. 칩 공급 전압 입력은 배터리 관리 시스템(130)에 전력을 제공한다.
도시된 구현에서, 트랜지스터들(110, 112)이 사용되어 배터리 셀들(120)과 디바이스(102) 또는 충전기(104) 간의 전류 흐름을 양방향으로 차단한다. 트랜지스터들(110, 112)이 FET들이면, 그것들은 기생 다이오드(각각 110-1 및 112-1이라 참조부호를 붙임)를 각각 포함할 것이다. 따라서, 단일 FET를 갖는 것은 전류 흐름을 양방향으로 디스에이블하지 못할 것이다. 2개의 FET들이 직렬(소스 대 소스, 또는 드레인 대 드레인 중 어느 한가지)로 사용된 경우, 배터리 셀들(120)에 출입 하는 전류 흐름은 인에이블 및 디스에이블될 수 있다. 예를 들어, 2개의 트랜지스터들이 사용된 경우, 트랜지스터들은 (예를 들어, 그것들의 게이트 단자들에 제어 전압들을 인가함으로써)선택적으로 제어되어 (예를 들어, 충전은 허용되지만, 충분한 전하가 배터리 셀들 내에 배치될 때까지 방전은 허용되지 않는)소정의 시간에서 오직 단일 방향으로의 전류 흐름을 가능케 한다.
배터리 셀들(120)은 재충전가능한 배터리들이며 리튬-이온(Li-ion) 또는 리튬-폴리머(Li-polymer)의 형식일 수 있다. 그외의 배터리 기술 유형들이 가능하다. 다수의 배터리 셀들이 제공되는 경우, 배터리 셀들(120)은 직렬로 연결될 수 있다. 도시된 다수의 셀 구현에서, 배터리 셀(120-1)의 최상부 포지티브 단자는 (예를 들어, 배터리 전압 레벨의 검출을 가능케 하는) 배터리 관리 시스템(130) 및 개별 트랜지스터들 중 하나 (즉, 충전 트랜지스터(110))에 연결된다. 직렬 상태에서의 최하부 배터리 셀(120-2)의 네거티브 단자는 (예를 들어, 배터리 전압 레벨의 검출을 가능케 하는)배터리 관리 시스템(130) 및 전류 감지 저항(114)의 일 단자에 연결된다. 전류 감지 저항(114)의 제2 단자는 국부 접지(local ground)(배터리 국부 접지), (전류 감지 저항(114)을 통한 전류 흐름의 계측을 가능케 하는) 배터리 관리 시스템(130) 및 배터리 팩(100)의 외부 네거티브 단자(140)에 연결된다. 배터리 셀(120-1)의 네거티브 단자 및 배터리 셀(120-2)의 포지티브 단자는 함께 연결된다. 일 구현에서, 배터리 셀들(120-1, 120-2) 간의 중심점(170)은 배터리 관리 시스템(130)에 연결된다.
도 1B는 드레인 대 드레인 연결된 2개의 NFET 디바이스들을 도시하지만, 그 외의 디바이스들 및 구성들이 가능하다. 예를 들어, PFET 디바이스들이 소스 대 소스와 같은, 적절한 구성들과 사용될 수 있다.
배터리 관리 시스템
도 2는 배터리 팩(100)에 사용된 예시적인 배터리 관리 시스템(130)의 블럭도이다. 배터리 관리 시스템(130)은 일반적으로 프로세서(202)(예를 들어, 저전력의, RISC 아키텍처 기반의 CMOS 8비트 마이크로컨트롤러), 배터리 보호 회로(204), 배터리 보호 회로/프로세서 인터페이스(230), 전류 흐름 제어기(206), 전력 감독기(power supervisor)(210), 전하 검출기(212), 클럭 발생기(214), 포트들(216), 메모리(218), 전압 기준(220) 및 와치독 타이머(watchdog timer)(222)를 포함한다. 프로세서(202), 포트들(216), 배터리 보호 회로(204) 및 전압 기준(220)은 각각 데이터 버스(224)에 연결된다.
배터리 관리 시스템(130)의 실제적인 구현은, 명료함을 위해 도 2로부터 제거된 그외의 컴포넌트들 및 서브 시스템들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(130)은 배터리 모니터링용 회로(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기들), 셀 전압들의 평형을 잡기 위한 셀 평형(balancing) 회로(예를 들어, 셀 평형 FET들), 잡음 억제 회로, 웨이크-업(wake-up) 타이머 등을 포함할 수 있다.
메모리(218)는, 셀 평형, 배터리 보호, 및 잔여 전하 판정을 위한 전류 계측들과 같은 다양한 작업들을 행하도록, 프로세서(202)에 의해 실행될 수 있는 명령들을 이용하여 프로그램될 수 있다.
일부 구현들에서, 전류 흐름 제어기(206)는, 전류 흐름 제어기(206)에 의해 배터리 셀들과 디바이스 또는 충전기 간의 전류 흐름을 제어하도록 구성될 수 있는 외부 트랜지스터 디바이스들(예를 들어, 트랜지스터들(110, 112)에 연결되는 여러 개의 출력들(예를 들어, OC, OD)을 갖는다. 전류 흐름 제어기(206)는 출력들 OC 및 OD에서 전압들을 생성하기 위한 다양한 회로들 및 로직(예를 들어, 연산 증폭기들, 제어 및 상태 레지스터들, 트랜지스터들, 캐패시터들, 다이오드들, 인버터들, 게이트들 등)을 포함한다.
일부 구현들에서, OC 출력은 충전 이벤트 동안에 전류 흐름을 제어하도록 충전 FET(110)를 인에이블 또는 디스에이블하기 위해 충전 FET(110)의 게이트에 연결된 높은 전압 출력이다. OD 출력은 방전 이벤트 동안에 전류 흐름을 제어하도록 방전 FET(112)를 완전하게 또는 부분적으로 인에이블 또는 디스에이블하기 위해 방전 FET(112)의 게이트에 연결된 높은 전압 출력이다. 도 1B는 배터리 관리 시스템(130)으로부터의 제어 전압들에 응답하여 전류 흐름을 제어하는 FET 디바이스들의 예시적인 구성을 도시한다.
배터리 보호 회로
전류 흐름 제어기(206)는 (예를 들어, 인터페이스(205)를 통해) 배터리 보호 회로(204)에 연결된다. 배터리 보호 회로(204)는, 배터리 보호 이벤트들과 관련하여 배터리 셀 전압 및 충전/방전 전류들을 모니터링하고 검출하는 회로(예를 들면, 차동 증폭기) 및, 손상으로부터 배터리 팩(100)을 보호하는 (예를 들어, 충전 및/또는 방전 FET들을 디스에이블하는) 조치들을 개시하는 회로를 포함한다. 배터리 보호 이벤트들의 예들은 방전 동안의 과저하 전압(deep under-voltage), 방전 동안 의 단락, 그리고 충전 및 방전 동안의 과전류를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 구현들에서, 전류 감지 저항 R은 배터리 보호 회로(204)의 PPI 및 NNI 입력들에 걸쳐서 연결될 수 있으며, 여기서 PPI는 전류 감지 저항(114)으로부터의 필터링되지 않은 포지티브 입력이며, NNI는 전류 감지 저항(114)으로부터의 필터링되지 않은 네거티브 입력이다. 전류 감지 저항(114)은, 도 1B과 관련하여 설명된 바와 같이, 배터리 관리 시스템(130)에 연결될 수 있다.
배터리 보호 회로/프로세서 인터페이스(230)는 배터리 보호 회로(204) 및 프로세서(202) 간에 프로그램가능한 인터페이스를 제공한다.
고전류 조건들의 검출
전류 감지 저항(114)을 통한 고전류들은 전류 감지 저항(114)에 걸쳐서 전압 강하를 유발할 것이며, 이것은 배터리 보호 회로(204)에 의해 검출된다. 일부 구현들에서, 배터리 보호 회로(204)의 차동 연산 증폭기는 적절한 이득을 갖고 전압을 증폭한다. 차동 연산 증폭기로부터의 출력은 아날로그 비교기를 이용하여 (예를 들어, 정밀한, 프로그램가능한 온-칩 전압 기준에 의해 생성된) 기준 신호와 비교된다. 계측된 전류의 프로그램가능한 샘플들의 수 N1 (예를 들어, N1=1)이 명시된 한계를 초과하면, 초기 경고 인터럽트 플래그가 프로세서(202)에 설정된다. 이것은 프로세서(202)에 잠재적인 위험 상황이 진행중이라는 지시를 전달하고 프로세서(202)는 적절한 조치들을 취할 수 있다.
방전 과전류 경고 및 보호
방전 전류의 프로그램가능한 샘플들의 수 N2가 소정의 방전 과전류 한계를 소정의 과전류 보호 반응 시간보다 오랫동안 초과하면, 배터리 관리 시스템(130)은 방전 과전류 보호 계측기들을 활성화한다. 일부 구현들에서, 방전 과전류 보호 계측기들이 활성화된 경우, 외부 방전 트랜지스터(112)가 디스에이블되어 전류 흐름을 중단한다. 일부 구현들에서, 사용자는 충전기를 배터리 팩(100)에 연결하여 방전 트랜지스터(112)를 리인에이블(re-enable)할 수 있다. 그외의 구현들에서, 예를 들면, 배터리 보호 회로(204)의 전류 보호 타이머가 시동된다. 전류 보호 타이머는, 방전 트랜지스터(112)를 리인에이블하기 전에 최소 시간 주기(예를 들어, 적어도 1초) 동안 방전 트랜지스터(112)가 디스에이블되는 것을 보장한다. 프로세서(202)에 의해 실행되는, (예를 들어, EEPROM, RAM, 플래시 ROM 등의) 메모리(218) 내의 응용 소프트웨어는, 전류 보호 타이머가 타임 아웃(timed out)된 후에 정상 동작을 리인에이블하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 응용 소프트웨어는 출력들 OC 및 OD에서의 전압들이 변화하도록 하는 전류 흐름 제어기(206)의 제어 및 상태 레지스터들의 제어 비트들을 인에이블할 수 있다. 일부 구현들에서, 방전 트랜지스터(112)가, 배터리의 부하가 여전히 큰 상태에서, 리인에이블된 경우, 방전 과전류 보호 계측기들이 다시 활성화될 수 있다. 일부 구현들에서, 감지 저항(114)은 배터리 보호 회로(204)에 의해 방전 과전류에 대해 조사된다. 방전 과전류가 검출되면, 방전 트랜지스터(112)는 오직 충전기가 검출된 경우에만 인에이 블된다.
충전 과전류 경고 및 보호
충전 전류의 프로그램가능한 샘플들의 수 N3이 소정의 과전류 반응 시간보다 오랫동안 소정의 충전 과전류 검출 레벨을 초과하면, 배터리 관리 시스템(130)은 충전 과전류 보호 계측기들을 활성화한다. 일부 구현들에서, 충전 과전류 보호 계측기들이 활성화된 경우, 외부 충전 트랜지스터(110)는 디스에이블되고, 예를 들어, 배터리 보호 회로(204)의 전류 보호 타이머가 시동된다. 타이머는 트랜지스터(110)가 소정의 시간 주기(예를 들어, 적어도 1초) 동안 디스에이블되는 것을 보장한다. 프로세서(202)에 의해 실행되는, 메모리(218)의 응용 소프트웨어는 정상 동작을 리인에이블하는 전류 흐름 제어기(206)의 제어 및 상태 레지스터들에 적절한 제어 비트들을 제공할 수 있다. 충전 트랜지스터(110)가 리인에이블되고 충전기는 계속해서 매우 많은 양의 전류를 공급하는 경우, 충전 과전류 보호가 다시 활성화될 수 있다.
단락 경고 및 보호
일부 구현들에서, 제2 레벨의 고전류 검출이 제공되어, 단락 이벤트에서 발생하는 바와 같은, 다량의 방전 전류에 대해 신속한 반응 시간을 가능케 한다. 반응 시간은 M 마이크로초들(예를 들어, 100 마이크로초) 미만의 단락 샘플링 간격에 의해 결정된다. 방전 전류의 프로그램가능한 샘플들의 수 N4(예를 들어, N4=1)가, 소정의 단락 반응 시간보다 오랫동안 소정의 단락 검출 한계를 초과하면, 배터리 관리 시스템(130)은 단락 보호 계측기들을 활성화시킨다. 일부 구현들에서, 단락 보호가 활성화되는 경우, 방전 트랜지스터(112)는 방전 과전류 보호와 동일한 방식으로 디스에이블될 수 있다.
일부 응용들은 통상적으로 100-500 마이크로초의 반응 시간을 요구한다. 그러나, 일부 응용들은, 디바이스(102)가 배터리 팩(100)으로부터 다량의 전류를 인출하는 경우에 배터리 팩(100)에 연결된 디바이스(102)에 대해 보다 안정적인 동작 조건들을 허용하기 위해 더 긴 반응 시간, 통상적으로 5 밀리초를 요구한다.
일부 구현들에서, 배터리 보호 계측기들의 활성화는 배터리 보호 회로(204)에 의해 프로세서(202)에 발행되는 인터럽트를 야기할 수 있다. 예를 들어, 배터리 보호 회로(204)는 데이터 버스(224)를 통해 배터리 보호 인터럽트들을 프로세서(202)에 발행할 수 있다. 배터리 보호 인터럽트들은 프로세서(202)에 의해 디스에이블될 수 있으며, 따라서 프로세서(202)는 배터리 보호 인터럽트들에 응답하지 않는다. 프로세서(202)가 배터리 보호 인터럽트들을 수신하는 경우, 저 전력 소모 모드로 변경하거나, 트랜지스터들(110, 112)을 통해 전류 흐름을 제어하도록 전류 흐름 제어기(206)에 제어 명령들을 발행하는 것과 같은 다양한 조치들을 수행할 수 있다.
잠재적인 단락 위반이 검출되면, 단락 초기 경고 인터럽트 플래그가 설정된다. 단락 인터럽트가 인에이블되면, 인터럽트는 프로세서(202)에 의해 수신될 수 있다. 인터럽트를 수신한 후, 프로세서(202)는 단락 보호 계측기들이 실행되거나 또는 위험을 발생시킨 근원이 제거될 때까지의 시간 동안 전력 소모를 최소화할 수 있다. 전력을 최소화하는 효율적인 방법은 프로세서(202)를 안전한 동작 조건이 확립될 때까지 슬립 모드(sleep mode)로 진입시키는 것이다. 전류가 안전한 레벨로 돌아온 경우, 프로세서(202)는 슬립 모드로부터 웨이크-업할 수 있다. 외부 에너지 저장 디바이스(예를 들어, 도 3의 에너지 저장 디바이스(308))는 배터리 관리 시스템(130)에 연결될 수 있고, 단락 보호 주기 동안에 배터리 관리 시스템(130)에 전력을 공급하도록 적절하게 치수화될 수 있다.
배터리 보호 이벤트에 대한 모니터링, 검출 및 응답에 대해 전술한 구현들은 예시적인 것이며, 그외의 구현들이 가능하다. 예를 들어, 전용 하드웨어에 의해 구현되는 과-충전 또는 과-방전 보호 및/또는 프로세서(202)에 의해 실행되는 소프트웨어와 같은 그외의 배터리 보호 방법들이 가능하다.
전력 감독기
전력 감독기(210)는 "슬립 모드들"로도 지칭되는 배터리 관리 시스템(130)에 대한 다양한 저-전력 모드들을 관리함으로써 시스템 전력 소모 감소를 돕는다. 일부 구현들에서, 전력 감독기(210)는 4개의 슬립 모드들을 관리하여 사용자가 배터리 관리 시스템(130)의 전력 소모를 원하는 대로 맞출 수 있게 한다. 아이들(Idle) 모드에서, 프로세서(202)는 정지되지만, 모든 주변 기능들은 계속 동작한다. 전력-세이브(Power-save) 모드에서, 고속 발진기들은 정지되고 오직 배터리 보호 회로(204) 및 저속 발진기들과 전류 계측 회로(예를 들어, 아날로그 대 디지털 변환기들 등) 및 실시간 클럭을 유지하는 비동기 타이머만이 실행 상태로 유지 된다. 전력-다운(Power-down) 모드에서, 클럭 발생기(214)는 정지된다. 배터리 보호 회로(204), 와치독 타이머(222) 또는 외부 인터럽트는 배터리 관리 시스템(130)을 웨이크 업할 수 있다. 전력-오프 모드에서, 프로세서(202)는, 오직 전압 조정기(208) 및 충전기 검출 회로(212)만이 동작하도록 남겨둔 채, 전압 조정기(208)에 지시하여 프로세서(202)에 대한 전력을 차단하도록 한다. 전력-오프 모드는, 배터리 셀들이 충전되지 않은 채 오랫동안 저장되면, 전력 소모를 최소화하여 배터리 셀들이 손상받지 않도록 보장한다.
일부 구현들에서, 충전기가 검출된 경우, 배터리 팩(100)은 전력-오프 슬립 모드로부터 웨이크 업하고 전력-온 리셋을 행하여 정상 동작을 개시한다.
전력 감독기(210)는 공급 전압(VCC)에 연결된다. 일부 구현들에서, 공급 전압은 전압 조정기(208)에 의해 제공된 조정된 전압(VReg)이다. 전력 감독기(210)는 또한 RESET 입력을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 입력 상에 로우 레벨이 소정의 최소 펄스 길이보다 오랫동안 존재하면, 배터리 관리 시스템(130)은, 클럭 발생기(214)가 동작하지 않더라도 리셋할 것이다.
전력 감독기(210)는 또한 와치독 타이머(222), 충전기 검출기(212) 및 전압 조정기(208)에 연결된다. 와치독 타이머(222)는, 전력-다운 모드에서 동작하고 있는 경우, 전력 감독기(210)에 웨이크 업 신호를 제공한다. 충전기 검출기(212)는, 충전기가 연결된 경우를 검출하도록 입력(BATT)에 연결되고, 그러한 이벤트를 전력 감독기(210)에 공지하여, 이것이 충전을 위한 적절한 모드로 진입할 수 있도록 한 다. 전압 조정기(208)는 조정된 전압 VReg를 전력 감독기(210)에 제공한다.
결합형 선형/스텝-업 전압 조정기
도 3은, 도 2에 도시된 배터리 관리 시스템(130)에 사용된 예시적인 결합형 선형/스텝-업 전압 조정기(300)의 블럭도이다. 전압 조정기(300)는 입력 전압 Vfet를 수신하고, 배터리 관리 시스템(130) 및 배터리 관리 시스템(130)에 연결된 외부 회로에 의해 사용되는 조정된 출력 전압 VREG를 제공한다. Vfet는 배터리 관리 시스템(130)에 대한 전력 입력이며, 트랜지스터들(110, 112)을 통해 배터리 셀들(120) 또는 외부 충전기(104) 중 어느 하나에 의해 제공된다. 최근의 반도체들은 통상적으로 대략 2 내지 5 볼트 범위의 전력 공급원 상에서 동작하기 때문에, 예를 들어, 약 8.4 볼트까지 공급하는 배터리 셀은 배터리 관리 시스템(130)에 직접적으로 공급할 수 없다. 전압 조정기(300)는 배터리 셀 전압을 조정하여 온-칩 로직, 저전압 I/O 라인들 및 아날로그 회로에 적절한 레벨 (예를 들어, 약 3.3 볼트)로 낮출 수 있다.
전압 조정기(300)는 스텝-업 전압 조정기(304) 및 선형 전압 조정기(306)를 포함한다. 일부 구현들에서, 한번에 스텝-업 전압 조정기(304)와 선형 전압 조정기(306) 중 하나만이 인에이블될 수 있다. 제어기(302)는 전압 조정기들(306 및 304)에 대한 라인들상에 인에이블 신호들(318, 320)을 각각 제공한다. 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 인에이블 신호들(318, 320)은 전압 조정기들(306, 304) 중 어느 것이 인에이블 또는 디스에이블될 것인지를 판정한다.
일부 구현들에서, 단락이 발생한 경우, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 전압 조정기(300)는 입력 전압(Vfet)이 소정의 문턱 전압 아래로 떨어졌음을 검출한다. 전압 레벨이 너무 많이 떨어졌다면, 전압 조정기(300)는 조정된 전압 제공을 중단할 것이다. 전압 조정기(300)의 출력은 정상 동작 동안에 전압 리플(ripple)을 제거하고, 큰 전류 스파이크(spike)를 공급하는데 사용되는 에너지 저장 디바이스(308)(예를 들어, 큰 저장 캐패시터(large reservoir capacitor))에 연결된다. 그러나, 단락 이벤트들 동안에, 에너지 저장 디바이스(308)의 나머지 전하는 전압 조정기(300) 대신에 배터리 관리 시스템(130)에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다(예를 들어, 전압 조정기(300)가 조정된 전압을 더이상 제공하지 않는 경우). 에너지 저장 디바이스(308)는, 에너지 저장 디바이스(308)가 배터리 관리 시스템(130)에 공급하는 기간(예를 들어, 단락 이벤트 동안) 중의 배터리 시스템에 대한 전류 공급 요건들을 만족하기 위해 치수화(예를 들어, 1-10㎌)될 수 있다. 에너지 저장 디바이스(308)가 어떠한 이유로든 요구되는 전류를 공급할 수 없다면, 배터리 관리 시스템(130)은 안전한 동작상 제약들이 만족됨을 보장하기 위해 자신을 리셋하도록 구성될 수 있다.
선형 전압 조정기
도 4는, 도 3에 도시된 결합형 전압 조정기(300)에 사용된 예시적인 선형 전압 조정기(306)의 블럭도이다. 일부 구현들에서, 선형 전압 조정기(306)는 에러 증폭기(402), 스위치들(404(M1), 405(M3), 406(M4) 및 408(M2)), 저항성 네트워 크(410) 및 저장 캐패시터(412)를 포함한다. 에러 증폭기(402)의 비-반전 입력은 라인(312) 상에 안정적인 전압 기준(예를 들어, 전압 기준(220))을 수신한다. 에러 증폭기(402)(예를 들어, 차동 증폭기)는 안정적인 전압 기준과, 저항성 네트워크에 의해 제공된 피드백 전압 Vfb를 비교하고, 에러 전압을 출력한다. 일부 구현들에서, 저항성 네트워크(410)는 저항들 R1 및 R2를 포함하는 전압 분배기(voltage divider)이며, 이것은 스위치(406)(M4)의 출력에서의 전압의 비율을 취하고, 이것을 에러 증폭기(402)의 반전 입력에 제공한다.
에러 증폭기(402)의 출력은, 스위치들(405(M3) 및 408(M2))로 구성된 전류-거울 구성에 연결된 스위치(404)(M1)(예를 들어, PFET)에 입력된다. 전류-거울 구성의 스위치(408)(M2)를 통한 전류는 스위치(405)(M3)에서 미러링(mirror)된다. 스위치(406)(M4)의 입력은 출력 스위치(405)(M3)에 연결된다. 인에이블 신호(318)는, 예를 들어, 모드 선택 로직(도 6)에 의해 제공되어 선형 조정기(306)의 출력을 인에이블/디스에이블(예를 들어, 스위치(406)(M4)를 인에이블/디스에이블)한다. 스위치(406(M4))의 출력은 저장 캐패시터(412) 및 부하(RLOAD)에 연결된다.
도 4에 도시된 구성을 이용하여, 전압 조정기(300)는, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 공급 전압 Vin(Vfet)이 소정의 문턱 전압 레벨 아래로 떨어졌음을 검출함으로써 단락을 검출할 수 있다. 문턱 전압 레벨은 단일 셀 및 다중 셀 동작에 대해 상이할 수 있다. 단락이 검출된 경우, 외부 트랜지스터들(110, 112)은 디스에이블되어 입력 전압 Vin(Vfet)으로부터 전압 조정기(300)를 차단할 수 있다. 일부 구현들에서, 외부 트랜지스터들(110, 112)은 시간 지연(예를 들어, 짧은 또는 긴 지연) 후에 디스에이블될 수 있다. 시간 지연은 디바이스(102)에 의거하여 프로그램될 수 있다(예를 들면, 카메라 대 캠코더에 대해 상이하다). 단락 조건에서, 배터리 셀들(120)은 낮은 전위로 끌어 당겨질 수 있고, 그럼으로써 도 3에 도시된 에너지 저장 디바이스(308)을 포함하는 모든 가용한 전원들로부터 전력을 요구할 것이다. 이상적으로, 스위치(405)(M3)는 에너지 저장 디바이스(308)가 낮은 전위 Vin(Vfet) 입력을 통해 인출되는 것을 방지할 것이다. 그러나, 스위치(405)(M3)가 종래의 PFET를 이용하여 구현되면, 전류는 PFET 디바이스들의 고유한 기생 다이오드를 통해 에너지 저장 디바이스(308)로부터 인출될 수 있다. 이러한 전류 누설을 방지하기 위해, 스위치(406)(M4)가 다른 PFET 디바이스를 이용하여 스위치(405)(M3)와 반대로 연결되어, 스위치(406)(M4)의 고유한 기생 다이오드 및 스위치(405)(M3)의 고유한 기생 다이오드가 반대 방향으로 도전하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 스위치들(405(M3) 및 406(M4))은, 각 기생 다이오드들이 서로 멀어지면서 소스 대 소스로 연결될 수 있다. 일부 구현들에서, 스위치(406)(M4)는 도 3에 도시된 제어기(302)에 의해 제공된 신호 라인(318)에 의해 단락 조건들 동안에 디스에이블될 수 있다.
다른 구현들에서, 스위치(405)(M3)는 상이한 공정 기술을 이용하여 제조되어 기생 다이오드의 바람직하지 않은 전류-인출 특성을 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 스위치(405)(M3)의 벌크가 스위치(406)(M4)를 요구하지 않도록 스위치되어, 선 형 조정기(306)를 디스에이블하는 것을 보장할 수 있다.
스텝-업 전압 조정기
도 5는, 도 3에 도시된 결합형 전압 조정기(300)에 이용된 예시적인 스텝-업 전압 조정기 회로(304)의 블럭도이다. 스텝-업 전압 조정기(304)는 에러 증폭기(502), 스위치들(504(M1), 506(M2) 및 508(M3)), 전하 펌프(charge pump)(510), 저항성 네트워크(512) 및 저장 캐패시터(514)를 포함한다. 스텝-업 전압 조정기(304)는, 전압 입력보다 더 높은 전압 출력을 제공할 수 있다는 점에서 선형 전압 조정기(306)와 구별된다. 이러한 스텝-업 전압 능력은 전하 펌프(510) 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스텝-업 전압 조정기(304)에 연결된 "플라이(fly)" 캐패시터(310)(예를 들어, 220㎋)에 의해 제공된다.
에러 증폭기(502)(예를 들어, 차동 증폭기)의 비-반전 입력은 안정적인 기준 전압(예를 들어, 도 2에 도시된 전압 기준(220))에 연결된다. 에러 증폭기(502)의 반전 입력은, 전하 펌프(510)의 출력의 비율을 제공하는 저항성 네트워크(512)에 연결된다. 일부 구현들에서, 저항성 네트워크(512)는 저항들 R1 및 R2로 구성된 전압 분배기이다. 전하 펌프(510)의 출력(VReg)은 출력 전압을 평탄화(smoothing)하기 위해 저장 캐패시터(514)에 연결된다. 에러 증폭기(502)는, 자신의 비-반전 및 반전 입력들의 비교에 기초하여 에러 전압을 제공한다. 에러 전압은, 스위치들(506(M2) 및 508(M3))로 구성된 전류 거울 구성에 연결되는 스위치(504)(M1)의 입력에 제공된다. 전류-거울 구성은 입력 전압 Vcp를 전하 펌프(510)에 제공하고, 이것은 요망되는 전압 레벨까지 스텝-업되고 저장 캐패시터(514)에 입력되어 조정된 전압 VReg를 제공한다.
선형 전압 조정기(306)와 대조적으로, 스위치(508)(M3)의 기생 다이오드 효과는 라인(322) 상의 클럭 신호를 단순히 정지시킴으로써 대처될 수 있다. 전하 펌프(510)가 정지된 경우, 전류는, 배터리 보호 이벤트 동안에 입력 전압 Vin(VREF)이 아래로 떨어지는 경우 전하 펌프(510)을 통해 에너지 저장 디바이스(예를 들어, 저장 캐패시터(514))로부터 인출될 수 없다.
모드 선택 로직
도 6은, 도 3에 도시된 전압 조정기(300)의 제어기(302)에 이용된 예시적인 모드 선택 로직(600)의 블럭도이다. 일부 구현들에서, 전압 조정기(300)는, 선형 조정기 모드, 결합 모드(즉, 선형 및 스텝-업 모두), 스텝-업 조정기 모드 및 단락 보호 모드의 4개 모드들로 동작할 수 있다. 다중-셀 배터리 응용의 일부 구현들에서는, 선형 전압 조정기 모드가 선택된다(즉, VReg를 제공하기 위해 오직 선형 전압 조정기(306)만이 이용된다). 단일-셀 배터리 응용의 일부 구현들에서는, 결합 모드가 선택된다(즉, 선형 전압 조정기(306) 및 스텝-업 전압 조정기(304)가 동시에 전압을 조정할 수 있다). 그외의 조정기 모드들이 이용가능하다.
다중 셀 배터리 응용들
일 다중-셀 배터리 응용에서, Vfet이 비교기(602)에 대한 단락 검출 레벨을 초과하면(예를 들어, 약 3.2-3.3 볼트(하강/상승)), 선형 전압 조정기(306)가 인에 이블되고, 배터리 관리 시스템(130)은 선형 모드에서 동작한다. 더욱 구체적으로는, 비교기(602)의 출력은 하이이고, 인버터(604)의 출력은 로우이며, 인버터(606)의 출력은 하이인 것에 의해, 선형 전압 조정기(306)를 인에이블한다. 인버터(606)의 출력은 도 3에 도시된 라인(318)에 인가된 linear_enable 신호이다. 이 신호가 하이이면, 선형 전압 조정기(400)가 인에이블된다.
Vfet가 비교기(602)의 단락 검출 레벨 아래로 떨어지면, 단락 보호 이벤트가 발생한다. 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이, 단락 보호 이벤트 동안에, 선형 전압 조정기(306)는 Vfet로부터 차단되고, 전압 조정기(300)의 출력에 연결된 에너지 저장 디바이스(308)는 배터리 관리 시스템(130)에 전력을 제공한다. 더욱 구체적으로는, 비교기(602)의 출력이 아래로 떨어지면, 인버터(604)의 출력은 하이로 올라가고, 인버터(606)의 출력은 아래로 떨어지며, 선형 전압 조정기(306)를 디스에이블한다.
이러한 다중-셀 응용에 있어서, Linear_Only_Mode 신호(324)는 단락 보호 모드 동안에 스텝-업 전압 조정기(304)를 인에이블하는 것을 방지한다는 것을 유념한다. 더욱 구체적으로는, 오직 선형 모드만이 이용되는 이러한 다중-셀 응용에서, Linear_Only_Mode 신호(324)는 하이이고, 인버터(610)의 출력은 로우이며, AND 게이트(612)의 출력은 강제로 로우가 되고 스텝-업 전압 조정기(304)를 디스에이블한다. AND 게이트(612)의 출력은 도 3에 도시된 set_up_enable 신호(320)임을 유념한다.
단일 셀 배터리 응용들
일 단일-셀 배터리 응용에서, Vfet가 비교기(602)에 대한 단락 검출 레벨을 초과하면, 선형 전압 조정기(306)는 전술한 바와 같이 인에이블된다. Vfet가 비교기(602)에 대한 단락 검출 레벨 아래로 떨어지지만, 비교기(608)에 대한 단락 검출 레벨을 초과하여 머무르면(예를 들어, 약 1.7-1.8 볼트(하강/상승)), 선형 전압 조정기(306)는 디스에이블되고, 스텝-업 전압 조정기(304)는 인에이블된다. 더욱 구체적으로는, 비교기(608)의 출력은 하이이고, 인버터(604)의 출력은 하이이며, 인버터(610)의 출력은 하이이다. AND 게이트(612)에 대한 모든 3개의 입력들이 하이이므로, 라인(320) 상의 step_up_enable 신호는 하이이며, 도 3에 도시된 바와 같이 스텝-업 전압 조정기(304)가 인에이블되게 한다. 인버터(606)의 출력은 로우(즉, linear_enable 신호(318)는 로우)이므로, 선형 전압 조정기(306)는 디스에이블된다는 것을 유념한다.
Vfet가 이러한 단일-셀 배터리 응용에 대한 단락 검출 레벨 아래로 계속해서 떨어지면, 선형 전압 조정기(306)는 디스에이블된 채 유지되고, 스텝-업 전압 조정기(304)도 디스에이블된다. 선형 전압 조정기(306) 및 스텝-업 전압 조정기(304) 모두를 디스에이블하는 것은 전압 조정기(300)가 조정된 전압을 칩(202)에 공급하는 것을 효과적으로 중단하게 한다. 전압 조정기(300)가 조정된 전압을 배터리 관리 시스템(130)에 더이상 공급하지 않는 경우, 전압 조정기(300)의 출력에 연결된 에너지 저장 디바이스(308)는 배터리 관리 시스템(130)에 전력을 공급할 수 있다.
배터리 보호 프로세스
도 7은 예시적인 배터리 보호 프로세스(700)의 흐름도이다. 프로세스(700)의 단계들은 임의의 특정한 순서로 발생할 필요는 없지만, 단계들의 적어도 일부는 동시에 발생할 수 있다.
프로세스(700)는 배터리 보호 이벤트들(702)에 대해 배터리 전압 및 충전/방전 전류들을 모니터링함으로써 개시한다. 이것은 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 배터리 보호 회로(204) 및 전류 감지 저항 R을 이용하여 달성될 수 있다. 프로세스(700)는 배터리 보호 이벤트(704)를 검출하고 응답하여 배터리 셀(들)이 전압 조정기(706)로부터 차단되도록 한다. 배터리 보호 이벤트들의 예들은, 방전 동안의 과저하 전압, 방전 동안의 단락 및 충전 및 방전 동안의 과-전류를 포함할 수 있으나, 이에 한정되진 않는다. 배터리 검출 단계(704)는 배터리 보호 이벤트의 예비 표시(preliminary indication)를 제공한다는 점을 유념한다.
단락 조건 동안에, 다중 배터리 셀 응용에서의 각각의 배터리 셀은 1 볼트 만큼 낮게 떨어질 수 있다. 배터리 시스템이 단일-셀 응용을 지원해야 한다면, 그러한 전압들은 너무 낮은 것이다. 이들 보호 이벤트들에 있어서, 전압 조정기는 자신을 배터리 셀로부터 차단하여, 도 4 내지 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 에너지 저장 디바이스가 입력 전압 라인을 통해 전압을 인출하는 것을 방지할 수 있다. 일부 구현들에서, 배터리 보호가 활성화되는 경우, 배터리 보호 회로는 배터리 보호 인터럽트를 프로세서(예를 들어, 프로세서(202))에 전송하여 저 전력 동작 모드(708)를 인에이블할 수 있다. 소정의 시간 주기(712)(예를 들어, 5ms) 후에, 배터리 보호 이벤트가 여전히 액티브이면, 배터리 셀(들)은 디바이스 또는 충전기로부터 차단될 것이며, 프로세서는 배터리 보호 이벤트(718)를 공지 받을 것이다. 소정의 시간 주기(712)가 경과되기 전에 배터리 보호 이벤트가 더 이상 액티브하지 않거나 제거된다면, 프로세서는 공지 받을 것이며 정상 동작이 재개될 것이다(714).
본 관련 기술분야의 당업자는 전술된 구현들이 단지 예시적이며, 다수의 변경들이 본 발명의 참 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위에 의해, 본 발명의 참 사상 및 범주 내에 들어오는 모든 그러한 변화들 및 변경들을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 배터리 시스템으로서
    배터리 셀;
    상기 배터리 셀에 연결된 배터리 보호 회로;
    배터리 보호 이벤트가 발생하였는지의 여부를 판정하기 위한, 상기 배터리 보호 회로에 연결된 프로세서;
    상기 배터리 셀 및 상기 프로세서에 연결된 전압 조정기 회로 - 상기 전압 조정기 회로는 상기 프로세서에 전력을 공급하도록 구성가능함 - ;
    상기 전압 조정기에 연결되고, 상기 배터리 보호 이벤트 동안에 상기 프로세서에 전력을 제공하도록 구성가능한 에너지 저장 디바이스; 및
    상기 에너지 저장 디바이스와 상기 배터리 셀 간에 연결된 스위치 - 상기 스위치는 상기 배터리 보호 이벤트 동안에 상기 배터리 셀로부터 상기 에너지 저장 디바이스를 선택적으로 차단하도록 구성가능함 -
    를 포함하는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 보호 이벤트는 방전 동안의 단락(short circuit)과, 충전 및 방전 동안의 과전류를 포함하는 복수의 배터리 보호 이벤트들 중 하나인 배터리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 캐패시터인 배터리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 전압 조정기에 포함되는 배터리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 전계 효과 트랜지스터(FET) 디바이스인 배터리 시스템.
  6. 배터리 시스템을 위한 집적 회로로서,
    배터리 셀에 연결되도록 구성된 배터리 보호 회로;
    배터리 보호 이벤트가 발생하였는지의 여부를 판정하기 위한, 상기 배터리 보호 회로에 연결된 프로세서;
    상기 프로세서에 연결되고, 상기 프로세서에 전력을 공급하도록 구성가능한 전압 조정기 회로;
    상기 전압 조정기에 연결되고, 상기 배터리 보호 이벤트 동안에 상기 프로세서에 전력을 제공하도록 구성가능한 에너지 저장 디바이스; 및
    상기 에너지 저장 디바이스와 상기 배터리 셀 간에 연결된 스위치 - 상기 스위치는 상기 배터리 보호 이벤트 동안에 상기 배터리 셀로부터 상기 에너지 저장 디바이스를 차단하도록 구성가능함 -
    를 포함하는 집적 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 보호 이벤트는 방전 동안의 단락, 충전 및 방전 동안의 과전류 및 배터리 셀 전압의 급작스런 강하를 포함하는 복수의 배터리 보호 이벤트들 중 하나인 집적 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 캐패시터인 집적 회로.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 전압 조정기에 포함되는 집적 회로.
  10. 배터리 보호 방법으로서,
    전압 조정기로부터의 전력을 배터리 시스템의 프로세서에 제공하는 단계 - 상기 전압 조정기는 배터리 셀에 연결되고 상기 배터리 셀로부터 수신된 상기 전압을 조정하여 상기 배터리 시스템에 전력을 제공함 - ;
    배터리 보호 이벤트를 나타내는 신호들을 수신하는 단계;
    상기 배터리 보호 이벤트 동안에,
    상기 배터리 셀로부터 상기 전압 조정기를 선택적으로 차단하는 단계; 및
    상기 배터리 셀에 연결된 에너지 저장 디바이스로부터 상기 프로세서에 전력을 제공하는 단계
    를 포함하는 배터리 보호 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 보호 이벤트 동안에, 상기 에너지 저장 디바이스를 상기 배터리 셀로부터 차단하는 단계를 더 포함하는 배터리 보호 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서에 인터럽트를 발행하는 단계; 및
    상기 인터럽트에 응답하여 상기 프로세서의 전력 모드를 변경하는 단계
    를 더 포함하는 배터리 보호 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전력 모드를 변경하는 단계는, 저 전력 소모 모드로 변경하는 단계를 포함하는 배터리 보호 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전력 모드를 변경하는 단계는, 상기 전력 모드를 아이들(Idle), 전력- 세이브(Power-save), 전력-다운(Power-down) 및 전력-오프(Power-off)를 포함하는 복수의 전력 모드들로부터의 전력 모드로 변경하는 단계를 포함하는 배터리 보호 방법.
  15. 배터리 시스템을 위한 집적 회로로서,
    배터리 셀에 연결되도록 구성된 배터리 보호 회로;
    상기 배터리 보호 회로에 연결되고, 배터리 보호 이벤트가 발생하였는지의 여부를 판정하기 위한, 상기 배터리 보호 회로로부터의 신호들을 수신하도록 구성가능한 프로세서;
    상기 프로세서에 연결되고, 배터리 보호 이벤트들 이외의 시간들 동안에 상기 프로세서에 전력을 제공하도록 구성가능한 전압 조정기 회로; 및
    상기 전압 조정기에 연결되고, 상기 배터리 보호 이벤트 동안에 상기 프로세서에 전력을 제공하도록 구성가능한 에너지 저장 디바이스
    를 포함하는 집적 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로는 배터리 보호 이벤트의 검출에 따라 상기 프로세서에 인터럽트를 발행하고, 상기 프로세서는 인터럽트 신호에 응답하여 저 전력 소모 모드로 변경하는 집적 회로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스 및 상기 배터리 셀 간에 연결된 스위치를 더 포함하고, 상기 스위치는 상기 배터리 보호 이벤트 동안에 상기 에너지 저장 디바이스를 상기 배터리 셀로부터 차단하도록 구성가능한 집적 회로.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 보호 이벤트는, 방전 동안의 단락과 충전 및 방전 동안의 과-전류를 포함하는 복수의 배터리 보호 이벤트들 중 하나인 집적 회로.
  19. 배터리 보호 방법으로서,
    배터리 보호 이벤트를 나타내는 신호들을 수신하는 단계;
    프로세서에 인터럽트 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 인터럽트 신호에 응답하여 상기 프로세서를 저 전력 소모 모드로 변경하는 단계
    를 포함하는 배터리 보호 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    전압 조정기로부터의 전력을 상기 프로세서에 제공하는 단계 - 상기 전압 조정기는 배터리 셀에 연결되고, 상기 배터리 셀로부터 수신된 전압을 조정하여 배터리 관리 시스템에 전력을 제공하고, 상기 전압 조정기는 상기 배터리 보호 이벤트 동안에 상기 프로세서에 대해 에너지 저장 디바이스를 스위칭하도록 구성가능한 스위치를 포함하는 배터리 보호 방법.
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