KR20110105735A - 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 Download PDF

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Abstract

(과제) 자동 복귀 기능이 정상적으로 동작하고, 저소비 전력화를 실시할 수 있는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 자동 복귀 회로의 출력 단자의 전압과 이차 전지의 전압을 비교하여, 그 비교 결과의 신호를 온도 센서 회로에 출력하고, 온도 센서 회로의 동작을 제어하는 콤퍼레이터를 구비하고, 자동 복귀 회로의 출력이 클 때, 요컨대 외부 단자 사이에 충전기가 접속되었을 때에만 온도 센서 회로를 동작시키는 구성으로 하였다.

Description

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치{BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은 이차 전지의 전압이나 이상을 검지하는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 관한 것으로, 특히 충방전 제어 회로 내에 온도 센서를 탑재한 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 관한 것이다.
도 3 에, 종래의 온도 센서를 탑재한 배터리 장치의 회로도를 나타낸다. 종래의 온도 센서를 탑재한 배터리 장치는 이차 전지 (101) 와, 배터리 상태 감시 회로 (309) 와, 외부 단자 (106) 와, 외부 단자 (107) 를 구비하고 있다. 배터리 상태 감시 회로 (309) 는 과충전 검출 회로 (301) 와, 과방전 검출 회로 (305) 와, 제어 회로 (302) 와, 과열 검출 회로 (304) 와, 온도 센서 (307) 와, 과전류 검출 회로 (303) 와, 방전 FET (306) 와, 충전 FET (308) 를 구비하고 있다.
접속으로는, 이차 전지 (101) 의 정 (正) 극측이 과충전 검출 회로 (301) 와 과방전 검출 회로 (305) 와 외부 단자 (106) 에 접속되고, 부 (負) 극측이 방전 FET (306) 의 소스에 접속된다. 제어 회로 (302) 에는 과충전 검출 회로 (301) 의 출력과 과방전 검출 회로 (305) 의 출력과 과전류 검출 회로의 출력과 과열 검출 회로 (304) 의 출력이 접속된다. 방전 FET (306) 는 게이트가 제어 회로 (302) 의 출력에 접속되고, 드레인이 충전 FET (308) 의 드레인에 접속된다. 충전 FET (308) 는 게이트가 제어 회로 (302) 의 출력에 접속되고, 소스가 과전류 검출 회로 (303) 의 입력과 외부 단자 (107) 에 접속된다.
충전 FET (308) 가 충전시에 과전류로 이상 과열 상태가 되면, 과열 검출 회로 (304) 는 제어 회로 (302) 에 이상 상태인 것을 통지하고, 제어 회로 (302) 는 충전 FET (308) 의 게이트를 L 레벨로 하여 충전 전류를 절단시키도록 동작한다. 따라서, 충전 제어용의 충전 FET (308) 를 이상 과열로부터 보호할 수 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2007-124775호
배터리 장치는 이차 전지 전압이 0 V 인 상태에서 충전할 때에도, 온도 센서 회로에 의한 과열 보호를 필요로 한다. 온도 센서 회로의 전원은 이차 전지 측으로부터 취하면 전지 전압이 O V 일 때에 동작하지 않고 과열 보호가 작동하지 않기 때문에, 외부 단자 사이에서 취하고 있다. 그러나 종래의 기술로는 온도 센서 회로의 소비 전류가 자동 복귀 회로의 부하가 되어, 자동 복귀 기능에 의해 과전류 보호 상태로부터 복귀할 때에 정상적으로 동작하지 않는다는 과제가 있었다. 자동 복귀 회로의 출력 전류는 전지의 소모를 억제하기 때문에 미소하고, 자동 복귀 회로의 출력 전류를 과열 검출 회로에서 모두 소비하여, 자동 복귀 동작을 방해하고 있기 때문이다.
본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 자동 복귀 기능이 정상적으로 동작하고, 저소비 전력화를 실시할 수 있는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 제공하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 하였다.
이차 전지의 상태를 검출 및 제어하는 충방전 제어 회로와, 자동 복귀 회로와, 온도 센서 회로를 구비하는 배터리 상태 감시 회로로, 자동 복귀 회로의 출력 단자, 요컨대 과전류 검출 단자의 전압과 이차 전지의 전압을 비교하여, 그 비교 결과의 출력 신호로 온도 센서 회로의 동작을 제어하는 콤퍼레이터를 구비한다.
본 발명의 배터리 장치에 의하면, 과전류 검출 단자의 전압이 이차 전지의 정극 전압보다 커질 때까지, 즉 충전기가 접속될 때까지 온도 센서 회로의 동작을 정지시킴으로써 과전류 보호 상태로부터의 자동 복귀 기능을 정상적으로 동작시킬 수 있다. 콤퍼레이터의 전원은 자동 복귀 회로의 출력, 즉 과전류 검출 단자로부터 얻지만, 콤퍼레이터의 소비 전류는 극히 미소하기 때문에 자동 복귀의 동작을 방해하지 않는다.
도 1 은 제 1 실시형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도.
도 2 는 제 2 실시형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도.
도 3 은 종래의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도.
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
실시예 1
도 1 은 제 1 실시형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도이다.
본 실시형태의 배터리 장치는, 이차 전지 (101) 와, 배터리 상태 감시 회로 (109) 와, 방전 제어용 PchFET (l02) 와, 충전 제어용 PchFET (103) 와, 부하 (104) 또는 충전기 (105) 가 접속되는 외부 단자 (106 및 107) 와, 저항 (108) 을 구비하고 있다. 배터리 상태 감시 회로 (109) 는 자동 복귀 회로 (111) 와, 콤퍼레이터 (112) 와, 온도 센서 회로 (113) 와, 충방전 제어 회로 (114) 와, 0 V 충전 제어 회로 (115) 와, NMOS 트랜지스터 (116) 와 다이오드 (117) 를 구비하고 있다.
자동 복귀 회로 (111), 충방전 제어 회로 (114) 는 이차 전지 (101) 를 전원으로서 사용하고 있다. 콤퍼레이터 (112), 온도 센서 회로 (113), 0 V 충전 제어 회로 (115) 는, 정극 전원을 과전류 검출 단자 (123) 에 접속하고, 부극 전원을 이차 전지 (101) 의 부극에 접속하여 사용하고 있다.
자동 복귀 회로 (111) 의 출력은 과전류 검출 단자 (123) 에 접속된다. 콤퍼레이터 (112) 는, 비반전 입력 단자는 과전류 검출 단자 (123) 에 접속되고, 반전 입력 단자는 이차 전지 (101) 의 정극에 접속되고, 출력은 온도 센서 회로 (113) 에 접속된다. 온도 센서 회로 (113) 의 출력은 충방전 제어 회로 (114) 에 접속된다. 충방전 제어 회로 (114) 는, 입력은 과전류 검출 단자 (123) 에 접속되고, 일방의 출력은 방전 제어 출력 단자 (121) 에 접속되고, 다른 일방의 출력은 NMOS 트랜지스터 (116) 의 게이트에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (116) 는, 소스는 이차 전지 (101) 의 부극에 접속되고, 드레인은 다이오드 (117) 의 캐소드에 접속된다. 다이오드 (117) 의 애노드는 충전 제어 출력 단자 (122) 에 접속된다. 0 V 충전 제어 회로 (115) 는, 입력은 과전류 검출 단자 (123) 에 접속되고, 충방전 제어 회로 (114) 에 포함되어 있다. 방전 제어용 PchFET (102) 는, 게이트는 방전 제어 출력 단자 (121) 에 접속되고, 소스는 이차 전지 (101) 의 정극에 접속되고, 드레인은 충전 제어용 PchFET (103) 의 드레인에 접속된다. 충전 제어용 PchFET (103) 는, 게이트는 충전 제어 출력 단자 (122) 에 접속되고, 소스는 외부 단자 (106) 에 접속된다. 저항 (108) 은, 일방은 충전 제어 출력 단자 (122) 에 접속되고, 다른 일방은 외부 단자 (106) 에 접속된다. 과전류 검출 단자 (123) 는 외부 단자 (106) 에 접속되고, 외부 단자 (107) 는 이차 전지 (101) 의 부극에 접속된다.
콤퍼레이터 (112) 는, 비반전 입력 단자에 정 (正) 의 약간의 오프셋을 부여하여, 과전류 검출 단자 (123) 의 전압이 이차 전지 (101) 의 정극 전압보다 오프셋 전압만큼 높아지면 H 레벨의 신호를 출력한다. 온도 센서 회로 (113) 는, 콤퍼레이터 (112) 로부터 L 레벨의 신호를 입력하면 동작을 정지하고, H 레벨의 신호를 입력하면 동작을 개시한다.
다음으로, 제 1 실시형태의 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다.
외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이에 중 (重) 부하가 접속되면, 충방전 제어 회로 (114) 가 과전류를 검출하고, 과전류 보호 기능이 동작하여 방전 제어용 PchFET (102) 를 오프시킨다. 과전류 검출 단자 (123) 의 전압은 0 V 부근까지 저하된다. 자동 복귀 회로 (111) 는, 중부하가 제거되었을 때의 자동 복귀에 대비하여 동작하고, 과전류 검출 단자 (123) 로 전류를 흘린다. 그 후, 중부하가 제거되면 과전류 검출 단자 (123) 의 전압은 서서히 상승한다. 이때, 콤퍼레이터 (112) 에는 비반전 입력 단자에 정의 약간의 오프셋을 부여하였기 때문에, 출력은 L 레벨의 신호를 출력하여 온도 센서 회로 (113) 의 회로 동작을 정지시킨다. 그리고, 충방전 제어 회로 (114) 는 중부하가 제거된 것을 검지하여 방전 제어용 PchFET (l02) 를 온시킨다. 이렇게 하여 과전류 검출 단자 (123) 의 전압은 이차 전지 (101) 의 정극과 동일한 전압이 된다.
콤퍼레이터 (112) 의 비반전 입력 단자의 정의 오프셋 전압은, 방전 제어용 PchFET (l02) 의 온 저항과 충전 제어용 PchFET (l03) 의 온 저항의 합에, 충전기 (105) 의 충전 전류를 곱한 값보다 낮은 전압으로 설정한다. 또, 전원은 자동 복귀 회로 (111) 의 출력, 즉 외부 단자 (106) 로부터 얻지만, 콤퍼레이터 (112) 의 소비 전류는 극미소로 설계하기 때문에 자동 복귀의 동작을 방해하지는 않는다.
그 후, 외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이에 충전기 (105) 가 접속되면, 과전류 검출 단자 (123) 의 전압이 상승하여 이차 전지 (101) 의 정극 전압보다 커진다. 그리고, 콤퍼레이터 (112) 의 출력에는 H 레벨의 신호가 출력되어 온도 센서 회로 (113) 가 동작한다. 이와 같이, 온도 센서 회로 (113) 는 과전류 검출 단자 (123) 의 전압이 이차 전지 (101) 의 정극 전압보다 커질 때까지 동작하지 않는다. 이 때문에, 자동 복귀 기능을 문제없이 동작시킬 수 있다.
온도 센서 회로 (113) 는 과전류 검출 단자 (123) 의 전압이 이차 전지 (101) 의 정극 전압보다 클 때만 동작한다. 요컨대, 외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이에 충전기 (105) 가 접속되었을 때만 동작한다. 이 때문에, 충전기 (105) 가 접속되어 있지 않은 통상적인 상태에서는 온도 센서 회로 (113) 는 동작하지 않고 저소비 전류화를 실시할 수 있다.
이어서 이차 전지 (101) 가 0 V 부근까지 방전된 상태에 있어서의 충전시의 과열 보호 동작을 설명한다. 충전기 (105) 가 접속되면 0 V 충전 제어 회로 (115) 가 동작하고, 충방전 제어 회로 (114) 의 출력을 통해 NMOS 트랜지스터 (116) 의 게이트 전압을 H 레벨로 하여 온시킨다. 그러면, 외부 단자 (106) 로부터 저항 (108), 충전 제어 출력 단자 (122), 다이오드 (117), NMOS 트랜지스터 (116) 를 경유하여 이차 전지 (101) 의 부극으로 전류가 흘러간다. 이 전류에 의해, 저항 (108) 의 양단에 전압 강하가 발생하여, 충전 제어용 PchFET (l03) 의 소스-게이트간 전압이 커진다. 그리고 충전 제어용 PchFET (l03) 가 온된다. 충전 제어용 PchFET (103) 가 온되는 필요 조건은 게이트-소스간 전압에 VTH 이상인 전압이 인가되는 것이다. 이차 전지 (101) 는 0 V 이기 때문에, 충전 제어용 PchFET (l03) 의 도통에 의해 소스의 전압이 하강하지만, 게이트-소스간 전압이 VTH 이상인 전압에서 정지한다. 이때의 외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이의 전압은, 다이오드 (117) 의 Vf 전압과 충전 제어용 PchFET (l03) 의 VTH 의 합에 거의 동등한 전압이 된다. 이 전압은 이차 전지 (101) 의 정극 전압보다 높기 때문에, 콤퍼레이터 (112) 는 H 레벨을 출력한다. 그리고, 온도 센서 회로 (113) 를 동작시키는 데에 충분히 높은 전압이기 때문에, 회로 동작을 개시하여 과열 보호 기능이 작동된다.
실시예 2
도 2 는 제 2 실시형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로이다. 도 1 과의 차이는 방전 제어용 PchFET (102) 를 방전 제어용 NchFET (201) 로, 충전 제어용 PchFET (103) 를 충전 제어용 NchFET (202) 로, NMOS 트랜지스터 (116) 를 PMOS 트랜지스터 (211) 로, 다이오드 (117) 를 다이오드 (212) 로 변경한 점이다.
접속에 관해서는, 자동 복귀 회로 (111), 충방전 제어 회로 (114) 는 이차 전지 (101) 를 전원으로서 사용하고 있다. 콤퍼레이터 (112), 온도 센서 회로 (113), 0 V 충전 제어 회로 (115) 는, 부극 전원을 과전류 검출 단자 (123) 에 접속하고, 정극 전원을 이차 전지 (101) 의 정극에 접속하여 사용하고 있다.
PMOS 트랜지스터 (211) 는, 게이트는 충방전 제어 회로 (114) 의 출력에 접속되고, 소스는 이차 전지 (101) 의 정극에 접속되고, 드레인은 다이오드 (212) 의 애노드에 접속된다. 다이오드 (212) 의 캐소드는 충전 제어 출력 단자 (122) 에 접속된다. 방전 제어용 NchFET (201) 는, 게이트는 방전 제어 출력 단자 (121) 에 접속되고, 소스는 이차 전지 (101) 의 부극에 접속되고, 드레인은 충전 제어용 NchFET (202) 의 드레인에 접속된다. 충전 제어용 NchFET (202) 는, 게이트는 충전 제어 출력 단자 (122) 에 접속되고, 소스는 외부 단자 (107) 에 접속된다. 저항 (108) 은, 일방은 충전 제어 출력 단자 (122) 에 접속되고, 다른 일방은 외부 단자 (107) 에 접속된다. 과전류 검출 단자 (123) 는 외부 단자 (107) 에 접속되고, 외부 단자 (106) 는 이차 전지 (101) 의 정극에 접속된다.
다음으로 동작에 대해 설명한다. 외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이에 중부하가 접속되면, 충방전 제어 회로 (114) 가 과전류를 검출하여 과전류 보호 기능이 동작되고, 방전 제어용 NchFET (201) 를 오프시킨다. 그리고 과전류 검출 단자 (123) 의 전압은 외부 단자 (106) 와 거의 동일한 전압이 된다. 자동 복귀 회로 (111) 는 중부하가 제거되었을 때의 자동 복귀에 대비하여 동작하고, 과전류 검출 단자 (123) 로부터 전류를 이차 전지 (101) 의 부극으로 전류를 흘려간다. 그 후, 중부하가 제거되면 과전류 검출 단자 (123) 의 전압은 서서히 하강한다. 이때, 콤퍼레이터 (112) 는 비반전 입력 단자에 정의 약간의 오프셋을 부여하였기 때문에, 출력은 L 레벨의 신호를 출력하여, 온도 센서 회로 (113) 의 회로 동작을 정지시킨다. 그리고, 충방전 제어 회로 (114) 는 중부하가 제거된 것을 검지하여 방전 제어용 NchFET (201) 를 온시킨다. 이렇게 하여 과전류 검출 단자 (123) 의 전압은 이차 전지 (101) 의 부극과 동일한 전압이 된다.
콤퍼레이터 (112) 의 비반전 입력 단자의 정의 오프셋 전압은, 방전 제어용 NchFET (201) 의 온 저항과 충전 제어용 NchFET (202) 의 온 저항의 합에, 충전기 (105) 의 충전 전류를 곱한 값보다 낮은 전압으로 설정한다. 또, 전원은 자동 복귀 회로 (111) 의 출력, 즉 외부 단자 (106) 로부터 얻지만, 콤퍼레이터 (112) 의 소비 전류는 극미소로 설계하기 때문에 자동 복귀의 동작을 방해하지는 않는다.
그 후, 외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이에 충전기 (105) 가 접속되면, 과전류 검출 단자 (123) 의 전압이 하강하여 이차 전지 (101) 의 부극 전압보다 작아진다. 그리고, 콤퍼레이터 (112) 의 출력에는 H 레벨의 신호가 출력되어, 온도 센서 회로 (113) 가 동작한다. 이와 같이, 온도 센서 회로 (113) 는 과전류 검출 단자 (123) 의 전압이 이차 전지 (101) 의 부극 전압보다 작아질 때까지 동작하지 않기 때문에, 자동 복귀 기능을 문제없이 동작시킬 수 있다.
온도 센서 회로 (113) 는 과전류 검출 단자 (123) 의 전압이 이차 전지 (101) 의 부극 전압보다 낮을때만 동작한다. 요컨대, 외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이에 충전기 (105) 가 접속되었을 때에만 동작한다. 이 때문에, 충전기 (105) 가 접속되어 있지 않은 통상적인 상태에서는 온도 센서 회로 (113) 는 동작하지 않고 저소비 전류화를 실시할 수 있다.
이어서 이차 전지 (101) 가 0 V 부근까지 방전된 상태에 있어서의 충전시의 과열 보호 동작을 설명한다. 충전기 (105) 가 접속되면 0 V 충전 제어 회로 (115) 가 동작하고, 충방전 제어 회로 (114) 의 출력을 통해 PMOS 트랜지스터 (211) 의 게이트 전압을 L 레벨로 하여 온시킨다. 그러면, 이차 전지 (101) 의 정극으로부터 PM0S 트랜지스터 (211), 다이오드 (212), 충전 제어 출력 단자 (122), 저항 (108) 을 경유하여 외부 단자 (107) 로 전류가 흘러간다. 이 전류에 의해, 저항 (108) 의 양단에 전압 강하가 발생하여, 충전 제어용 NchFET (202) 의 소스-게이트간 전압이 커진다. 그리고 충전 제어용 NchFET (202) 가 온된다. 충전 제어용 NchFET (202) 가 온되는 필요 조건인 게이트-소스간 전압이 VTH 이상인 전압이 인가되는 것이다. 이차 전지 (101) 는 0 V 이기 때문에, 충전 제어용 NchFET (202) 의 도통에 의해 소스의 전압이 상승하지만, 게이트-소스간 전압이 VTH 이상에서 정지한다. 이때의 외부 단자 (106) 와 외부 단자 (107) 사이의 전압은, 다이오드 (212) 의 Vf 전압과 충전 제어용 NchFET (202) 의 VTH 의 합에 거의 동등한 전압이 된다. 이 전압은 이차 전지 (101) 의 부극 전압보다 낮기 때문에, 콤퍼레이터 (112) 는 H 레벨을 출력한다. 그리고, 온도 센서 회로 (113) 를 동작시키는 데에 충분히 높은 전압이기 때문에, 회로 동작을 개시하여 과열 보호 기능이 작동된다.
101 이차 전지
104 부하
105 충전기
109 배터리 상태 감시 회로
111 자동 복귀 회로
112 콤퍼레이터
113 온도 센서 회로
114 충방전 제어 회로
115 0 V 충전 제어 회로
121 방전 제어 출력 단자
122 충전 제어 출력 단자
123 과전류 검출 단자

Claims (4)

  1. 이차 전지의 상태를 검출 및 제어하는 충방전 제어 회로와, 자동 복귀 회로와, 온도 센서 회로를 구비하는 배터리 상태 감시 회로로서,
    상기 자동 복귀 회로의 출력 단자의 전압과 상기 이차 전지의 전압을 비교하여, 그 비교 결과의 신호를 상기 온도 센서 회로에 출력하고, 상기 온도 센서 회로의 동작을 제어하는 콤퍼레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  2. 이차 전지의 상태를 검출 및 제어하는 충방전 제어 회로와, 자동 복귀 회로와, 온도 센서 회로와, 0 V 충전 제어 회로와, 방전 제어 출력 단자와, 충전 제어 출력 단자와, 과전류 검출 단자와, 게이트가 상기 O V 충전 제어 회로의 출력에 접속되고, 소스가 이차 전지의 부극에 접속되고, 드레인이 상기 충전 제어 출력 단자에 접속된 N 채널형 트랜지스터를 구비하는 배터리 상태 감시 회로로서,
    상기 자동 복귀 회로의 출력 단자의 전압과 상기 이차 전지의 전압을 비교하여, 그 비교 결과의 신호를 상기 온도 센서 회로에 출력하고, 상기 온도 센서 회로의 동작을 제어하는 콤퍼레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  3. 이차 전지의 상태를 검출 및 제어하는 충방전 제어 회로와, 자동 복귀 회로와, 온도 센서 회로와, 0 V 충전 제어 회로와, 방전 제어 출력 단자와, 충전 제어 출력 단자와, 과전류 검출 단자와, 게이트가 상기 0 V 충전 제어 회로의 출력에 접속되고, 소스가 이차 전지의 정극에 접속되고, 드레인이 상기 충전 제어 출력 단자에 접속된 P 채널형 트랜지스터를 구비하는 배터리 상태 감시 회로로서,
    상기 자동 복귀 회로의 출력 단자의 전압과 상기 이차 전지의 전압을 비교하여, 그 비교 결과의 신호를 상기 온도 센서 회로에 출력하고, 상기 온도 센서 회로의 동작을 제어하는 콤퍼레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  4. 충방전이 가능한 이차 전지와,
    상기 이차 전지의 충방전 경로에 형성된 충방전 제어 스위치와,
    상기 이차 전지의 전압을 감시하고, 상기 충방전 제어 스위치를 개폐함으로써 상기 이차 전지의 충방전을 제어하는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 상태 감시 회로를 구비한, 배터리 장치.
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