KR20110022550A

KR20110022550A - 충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치

Info

Publication number: KR20110022550A
Application number: KR1020100083411A
Authority: KR
Inventors: 가즈아키 사노; 와타루 사카모토
Original assignee: 세이코 인스트루 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2011-03-07
Also published as: JP5529652B2; TWI491139B; CN102005787A; KR101660542B1; TW201131932A; US20110050172A1; JP2011072177A; US8390256B2; CN102005787B

Abstract

본 발명은 저소비 전류의 중간 단자 빠짐 검출 회로를 구비한 충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치를 제공한다.
충방전 제어 회로의 2차 전지가 접속되는 단자에 설치된 중간 단자 빠짐 검출 회로의 정전류 회로를, 공핍형 MOS 트랜지스터와 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 접속한 저항으로 구성한다.

Description

충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치{CHARGING AND DISCHARGING CONTROL CIRCUIT AND CHARGING TYPE POWER SUPPLY DEVICE}

이 발명은, 직렬로 접속된 복수의 2차 전지를 구비한 전지 유닛의 충방전을 제어할 수 있는 충방전 제어 회로 및 충전식 전원 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 충전식 전원 장치의 안전성 향상에 관한 것이다.

충전식 전원 장치에 있어서, 안전성의 향상은 중요한 과제이다. 특히 복수개의 2차 전지를 탑재한 충전식 전원 장치는, 전지 유닛과 충방전 제어 회로의 접속 부분의 단선(이후 「중간 단자 빠짐」이라고 칭함)에 의한 충방전 제어 불량이라는 과제가 있다. 중간 단자 빠짐의 대책으로서는, 도 3에 나타낸 바와 같은 충전식 전원 장치가 알려지고 있다.

도 3의 충전식 전원 장치는 아래와 같이 구성되어 있다. 2차 전지(2, 3)가 충방전 제어 회로(1)의 양극 전원 단자(4)와 음극 전원 단자(6) 사이에 직렬로 삽입되어 있다. 또, 2차 전지(2, 3)의 접속점은 충방전 제어 회로(1)의 중간 단자(5)에 접속되어 있다. 2차 전지(2)의 전압은 전압 분할 회로(7)에 의해 분할되고, 그 분할 전압을 전압 검출 회로(9)로 검출되어 있다. 전압 검출 회로(9)의 출력은 제어 회로(11)에 입력되어 있다. 제어 회로(11)는, 각각의 2차 전지가 과충전 상태 또는 과방전 상태시에, 2차 전지와 충전식 전원 장치의 외부 단자 사이의 충방전 제어 스위치(도시하지 않음)를 OFF 하는 신호를 출력한다. 따라서, 제어 회로(11)는 논리 회로만으로 구성되어 있다. 2차 전지(3)에 대해서도 마찬가지로 전압 분할 회로(8)와 전압 검출 회로(10)에 의해 과충전 상태 및 과방전 상태를 검출하는 구성이 되어 있다. 이 검출 결과는, 디지털 신호로 제어 회로(11)에 마찬가지로 입력되어 있다. 따라서, 제어 회로(11)는 2차 전지(2, 3)의 어느 하나의 2차 전지가 과충전 또는 과방전 상태가 되면 2차 전지와 외부의 접속을 차단하여, 과충전 및 과방전의 진행을 멈추게 하는 일을 한다. 2개의 2차 전지의 충전 특성 및 방전 특성은 완전히 같지 않기 때문에, 따로 과방전·과충전을 검출 제어할 필요가 있다.

정전류 회로(15)는, 일정한 전류를 양극 전원 단자(4)로부터 중간 단자(5)에 흘린다. 정전류 회로(15)는, 게이트 단자와 소스 단자를 결선한 공핍형 MOS 트랜지스터를 이용한다.

상기와 같이 구성된 종래의 충전식 전원 장치는, 아래와 같이 동작하여 중간 단자 빠짐을 검촐하고, 충방전을 정지한다. 중간 단자(5)와 2차 전지(2, 3)의 접속이 벗어났을 경우, 정전류 회로(15)의 정전류가 전압 분할 회로(8)에 흘리고, 중간 단자(5)의 전압은 양극 전원 단자(4)에 풀업된다. 전압 분할 회로(8)는, 정상적인 전압보다 높은 전압이 인가되므로 과충전을 검출한다. 따라서, 제어 회로(11)는 충방전 제어 스위치를 오프하는 신호를 출력한다.

즉, 양극 전원 단자(4)와 중간 단자(5) 사이에 정전류 회로(15)를 설치했으므로, 중간 단자(5)의 접속이 벗어나도, 2차 전지가 과충전 상태나 과방전 상태가 되지 않는다. 따라서, 안전성이 높은 충전식 전원 장치를 제공할 수 있다(특허 문헌 1 참조).

일본국 공개 특허 평8-308115호

그러나, 종래의 정전류 회로에서는 중간 단자 빠짐을 검출하기 위해 필요 충분한 전류값으로 설정하는 것이 곤란하다는 과제가 있었다.

중간 단자 빠짐 상태에 있어서, 중간 단자의 전위는 상하로 접속되어 있는 전압 분할 회로에 의해 고정되어 있다. 이 때문에, 정전류 회로는 전압 분할 회로에 의한 전류를 상회하는 전류값으로 중간 단자를 풀업해야 한다. 전압 분할 회로는 저항 소자에 의해 구성되어 있기 때문에, 저항 소자의 제조 편차를 고려해 정전류값을 설정할 필요가 있어, 따라서 여유분을 포함한 큰 정전류가 필요하게 된다.

한편, 정전류 회로의 전류는 접속되어 있는 전지에서 언밸런스 전류가 되기 때문에, 너무 큰 정전류는 전지 전압의 밸런스가 무너지는 원인이 된다.

종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 충방전 제어 회로는 아래와 같은 구성으로 한다.

충방전 제어 회로의 2차 전지가 접속되는 단자에 설치된 중간 단자 빠짐 검출 회로인 정전류 회로를, 분할 저항의 저항 소자의 저항값 편차에 따라 정전류값이 가변하는 구성으로 했다. 보다 구체적으로는, 공핍형 MOS 트랜지스터와, 데프레션형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 저항을 접속하는 구성으로 했다.

상기의 구성의 정전류 회로로 구성된 중간 단자 빠짐 검출 회로로 함으로써, 전압 분할 회로를 구성하는 저항 소자의 저항값이 커지도록 분산되고, 큰 풀업 전류가 불필요해질 경우에는 정전류값을 작게 하고, 반대로 전압 분할 회로를 구성하는 저항 소자의 저항값이 작아지도록 분산되고, 큰 풀업 전류가 필요한 경우에는 정전류값을 크게 함으로써 중간 단자 빠짐에 필요 충분한 정전류값을 얻는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 충전식 전원 장치의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 충전식 전원 장치의 다른 예를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 종래의 충전식 전원 장치를 나타내는 블럭도이다.

도 1은, 본 발명의 충전식 전원 장치의 일례를 나타내는 블럭도이다.

본 발명의 충전식 전원 장치는, 전지 유닛을 구성하는 2차 전지(2, 3)와, 충방전 제어 회로(1)를 구비한다. 직렬로 접속된 2차 전지(2, 3)는, 충방전 제어 회로(1)의 양극 전원 단자(4)와 음극 전원 단자(6) 사이에 접속되어 있다. 또, 2차 전지(2, 3)의 접속점은 중간 단자(5)에 접속되어 있다.

충방전 제어 회로(1)는, 양극 전원 단자(4)와 중간 단자(5)에 접속된 전압 분할 회로(7)와, 음극 전원 단자(6)와 중간 단자(5)에 접속된 전압 분할 회로(8)와, 전압 분할 회로 (7, 8)의 출력 단자가 접속된 제어 회로(11)와, 양극 전원 단자(4)와 중간 단자(5)에 접속된 중간 단자 빠짐 검출 회로인 정전류 회로(15)를 구비한다. 제어 회로(11)의 출력 단자는, 제어 단자(12, 13)에 접속되어 있다.

정전류 회로(15)는, 공핍형 MOS 트랜지스터와, 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 접속한 저항을 구비한다. 여기에서, 게이트 단자와 소스 단자 사이에 접속한 저항은, 전압 분할 회로(8)에 이용하는 저항과 같은 종류의 저항을 이용한다.

상술한 바와 같은 충전식 전원 장치는, 아래와 같이 동작하고 중간 단자 빠짐을 검출해 2차 전지를 보호하는 기능을 가진다.

2차 전지(2)의 전압은, 전압 분할 회로(7)에 의해 분할되고, 분할 전압으로서 출력된다. 그 분할 전압은, 전압 검출 회로(9)로 검출된다. 전압 검출 회로(9)의 출력은 제어 회로(11)에 입력된다. 제어 회로(11)는, 각각의 2차 전지가 과충전 상태 또는 과방전 상태시에, 제어 단자(12, 13)를 통해, 2차 전지(2, 3)와 외부 단자 사이의 충방전 제어 스위치(도시하지 않음)를 오프하는 신호를 출력한다. 따라서, 제어 회로(11)는 논리 회로만으로 구성되어 있다.

또, 2차 전지(3)에 대해서도, 마찬가지로 전압 분할 회로(8)와 전압 검출 회로(10)에 의해 과충전 상태 및 과방전 상태를 검출하는 구성이 되어 있다. 이 검출 결과는, 디지털 신호로 제어 회로(11)에 동일하게 입력되어 있다.

따라서, 제어 회로(11)는 2차 전지(2, 3)의 어느 하나의 2차 전지가 과충전 또는 과방전 상태가 되면, 외부와의 접속을 차단하고, 과충전 및 과방전의 진행을 멈추게 하는 일을 한다. 2차 전지(2, 3)의 충전 특성 및 방전 특성은 완전히 같지 않기 때문에, 따로 과방전·과충전을 검출 제어할 필요가 있다.

중간 단자(5)의 접속이 정상적일 경우, 정전류 회로(15)는 양극 전원 단자(4)로부터 중간 단자(5)에 전류를 흘린다.

다음으로, 중간 단자(5)의 접속이 벗어났을 경우의 동작에 대해 설명한다.

중간 단자(5)와 2차 전지(2, 3)의 접속이 벗어났을 경우, 정전류 회로(15)의 정전류가 전압분할 회로(8)에 흐르고, 중간 단자(5)의 전압은 양극 전원 단자(4)에 풀업된다. 전압 분할 회로(8)는, 정상적인 전압보다 높은 전압이 인가되므로 과충전을 검출한다. 따라서, 제어 회로(11)는 충방전 제어 스위치를 오프하는 신호를 출력한다.

여기에서, 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 저항을 접속함으로써, 게이트 단자 전압은 소스 단자 전압보다, 저항의 전압 강하분만큼 낮아진다. 전압 분할 회로를 구성하는 저항 소자의 저항값이 크게 되도록 분산된 경우에는, 저항의 양단에 걸리는 전압이 높아지기 때문에, 공핍형 MOS 트랜지스터의 소스 전압은 높아지고 전류값은 작아진다. 반대로 전압 분할 회로를 구성하는 저항 소자의 저항값이 작아지게 되도록 분산된 경우에는, 저항의 양단에 걸리는 전압이 작아지기 때문에 공핍형 MOS 트랜지스터의 소스 전압은 낮아지고 전류값은 커지게 된다.

이와 같이 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 저항을 접속함에 의해, 저항 소자의 제조 편차에 대해, 정전류값을 조정해, 필요 충분한 풀업 전류를 얻을 수 있다.

도 2는, 본 발명의 충전식 전원 장치의 다른 예를 나타내는 블럭도이다.

도 2의 충방전 제어 회로(1)는, 중간 단자 빠짐 검출 회로인 정전류 회로(15)를 중간 단자(5)와 음극 전원 단자(6) 사이에 접속되어 있다. 정전류 회로(15)는, 도 1과 마찬가지로, 데프레션형 MOS 트랜지스터와 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 접속된 저항을 구비한다. 여기에서, 게이트 단자와 소스 단자 사이에 접속된 저항은, 전압 분할 회로(7)에 이용되는 저항과 같은 종류의 저항을 이용한다.

상술한 바와 같은 충전식 전원 장치는, 아래와 같이 동작해 중간 단자 빠짐을 검출하여 2차 전지를 보호하는 기능을 가진다.

중간 단자(5)의 접속이 정상적일 경우, 정전류 회로(15)는 중간 단자(5)로부터 음극 전원 단자(6)에 전류를 흘린다.

중간 단자(5)와 2차 전지(2, 3)의 접속이 벗어났을 경우, 정전류 회로(15)의 정전류가 전압 분할 회로(7)로부터 흐르고, 중간 단자(5)의 전압은 음극 전원 단자(6)에 풀다운된다. 전압 분할 회로(7)는, 정상적인 전압보다 높은 전압이 인가되므로 과충전을 검출한다. 따라서, 제어 회로(11)는 충방전 제어 스위치를 오프하는 신호를 출력한다.

여기에서, 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 저항을 접속함으로써, 게이트 단자 전압은 소스 단자 전압보다, 저항의 전압 강하분만큼 낮아진다. 전압 분할 회로를 구성하는 저항 소자의 저항값이 커지도록 분산된 경우에는, 저항의 양단에 걸리는 전압이 높아지기 때문에, 공핍형 MOS 트랜지스터의 소스 전압은 높아지고 전류값은 작아진다. 반대로 전압 분할 회로를 구성하는 저항 소자의 저항값이 작아지도록 분산된 경우에는, 저항의 양단에 걸리는 전압이 작아지기 때문에 공핍형 MOS 트랜지스터의 소스 전압은 낮아지고 전류값은 커지게 된다.

이와 같이 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 저항을 접속함으로써, 저항 소자의 제조 편차에 대해, 정전류값을 조정해, 필요 충분한 풀업 전류를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 충전식 전원 장치는, 2개의 2차 전지를 구비한 예로 설명했지만, 3개 이상의 2차 전지를 구비하고 있어도, 1개 두고 중간 단자 빠짐 검출 회로를 설치함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

1 : 충방전 제어 회로 5 : 중간 단자
7, 8 : 전압 분할 회로 9, 10 : 전압 검출 회로
11 : 제어 회로 15 : 정전류 회로

Claims

직렬로 접속된 복수의 2차 전지를 구비한 전지 유닛의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로로서,
상기 전지 유닛의 2차 전지 사이의 접속 단자를 접속하는 1개 또는 복수의 중간 단자와,
상기 복수의 2차 전지에 대응하여 설치된 복수의 분할 저항과,
상기 중간 단자에 접속된 중간 단자 빠짐 검출 회로를 구비하고,
상기 중간 단자 빠짐 검출 회로는, 상기 분할 저항의 저항 소자의 저항값 편차에 따라 정전류값이 가변하는 정전류 회로인 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 정전류 회로는,
공핍형 MOS 트랜지스터와, 상기 공핍형 MOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 접속된 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
청구항 2에 있어서,
상기 저항은, 상기 분할 저항의 저항과 동일한 종류의 저항을 이용하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
직렬로 접속된 복수의 2차 전지를 구비한 전지 유닛과,
상기 전지 유닛의 충방전을 제어하는 청구항 1에 기재된 충방전 제어 회로와,
상기 충방전 제어 회로에 의해 제어되는 충방전 제어 스위치를 구비하는, 충전식 전원 장치.