KR20130125110A - Apparatus sensing battery using hall sensor intelligently - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an intelligent battery sensor device using a hall sensor. The intelligent battery sensor device using a hall sensor according to the present invention is characterized in that there is no degradation of durability due to abrasion by not being directly in contact with a measured body and there is no degradation of performance. The intelligent battery sensor device using a hall sensor indirectly measures a current by using a hall sensor having small output characteristics caused by temperature changes, the hall sensor outputting the size of a magnetic field changed by the size of a current in an analog way. The present invention detects the current, the voltage, and the temperature by using CCO, does not use shunt resistance, has a simpler structure than using an analog-digital converter, and minimizes an area because a digital filter is not used. [Reference numerals] (110) Hall sensor unit;(118) Band gap reference circuit;(120) Signal detecting circuit unit;(121) High speed CCO;(122) Low speed CCO;(123) Linear regulator;(124) Comparator;(126) Frequency divider;(127) Up/down counter;(130) Microcontroller;(AA) 12V power;(BB) Power (LDO);(CC) Hall element;(DD) Result accumulation register;(EE) Voltage;(FF) Temperature;(GG) Temperature sensor;(HH) LIN communication;(II) Chassis ground;(JJ) Battery

Description

홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치{Apparatus Sensing Battery Using Hall sensor Intelligently}Apparatus Sensing Battery Using Hall sensor Intelligently}

본 발명은 홀 센서를 이용한 배터리 센서 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리의 전류, 전압 및 온도를 검출하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery sensor device using a Hall sensor, and more particularly to a device for detecting the current, voltage and temperature of the battery.

지능형 배터리 센서 시스템은 전류, 전압 그리고 온도와 같은 전기적인 양을 측정하여 배터리의 화학적 특성을 추출하는 것으로서, 배터리의 충전용량, 수명 등을 예측하여 차량 주행시 배터리가 공급할 수 있는 최대 에너지를 계산하고, 차량 감속시 불필요하게 소모되는 에너지를 제한함으로써, 과충전으로부터 배터리를 보호하며, 이와 더불어 배터리의 사용 범위를 최적화할 수 있고, 이를 위해서는 전기적인 데이터를 통해 화학적 특성을 유도 및 추출해야 하므로 보다 정밀한 측정 데이터를 요구한다. The intelligent battery sensor system extracts the chemical characteristics of the battery by measuring electrical quantities such as current, voltage, and temperature, and calculates the maximum energy that the battery can supply while driving the vehicle by predicting the battery's charge capacity and lifetime. By limiting the energy consumed unnecessarily during vehicle deceleration, it protects the battery from overcharging and optimizes the battery's range of use.This requires more accurate measurement data, as chemical properties must be derived and extracted through electrical data. Requires.

도 1은 션트 저항을 이용한 일반적인 배터리 센서 시스템을 도시한 것으로서, 션트 저항 양단의 전압 값을 측정하고 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 신호 처리하여 배터리 충/방전 전류를 얻는다. FIG. 1 illustrates a typical battery sensor system using a shunt resistor, which measures voltage values across a shunt resistor and processes the signal through an analog-to-digital converter (ADC) to obtain a battery charge / discharge current.

그러나, 션트 저항의 사용은 가격이 저렴한 것이 장점이지만, 션트 저항에 직접적으로 전류가 흐르기 때문에 전압 강하로 인한 손실이 발생하며 온도에 의한 저항 변화 때문에 전류 측정값 에러가 발생한다. However, the use of shunt resistors is inexpensive, but the current flows directly through the shunt resistors, resulting in losses due to voltage drops and current measurement errors due to resistance changes with temperature.

또한, 신호 처리를 위한 16비트 이상의 ADC 사용은 설계의 복잡도를 증가시키며, 칩 면적을 증가시키는 단점으로 작용한다.In addition, the use of 16-bit or higher ADCs for signal processing adds to the complexity of the design and increases the chip area.

즉, 종래의 배터리 센서 시스템은 션트 저항 사용으로 인한 전압 강하 손실과 온도 변화에 대한 민감도가 큰 단점이 있으므로, 이를 보정하기 위한 추가적인 회로가 요구되고, 또한 고정밀 측정을 위해 아날로그-디지털 변환기의 비트 수 증가로 설계의 복잡도 및 칩 면적이 증가하는 단점이 있다. That is, the conventional battery sensor system has a disadvantage in that it is sensitive to voltage drop loss and temperature change due to the use of a shunt resistor, and thus requires an additional circuit to compensate for this, and also the number of bits of the analog-to-digital converter for high precision measurement. The increase has the disadvantage of increasing design complexity and chip area.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출한 것으로서, 전류의 크기 변화에 따라 변화하는 자장의 크기를 아날로그 방식으로 출력하는 홀 센서로서, 피 측정 체와 직접 접촉되지 않아 마모로 인한 내구성 저하가 없으며 성능이 저하되지 않고, 특히 온도 변화에 따른 출력 특성이 작은 이러한 홀 센서를 이용하여 간접 방식으로 전류를 측정하는 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is a hall sensor that outputs the magnitude of the magnetic field that changes according to the change in the magnitude of the current in an analog manner. It is an object of the present invention to provide an intelligent battery sensor device using a hall sensor that measures current in an indirect manner by using such a hall sensor that does not deteriorate in performance and has a small output characteristic according to temperature change.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치는 차량용 배터리의 전류 크기에 비례하는 자장의 세기를 아날로그 신호로 출력하는 홀 센서부; 전류 제어 오실레이터를 포함하고, 상기 전류 제어 오실레이터로 상기 아날로그 신호를 디지털 신호를 변환하여 전류, 전압 및 온도를 측정하는 신호 검출 회로부; 및 측정된 상기 전류, 전압 및 온도 값을 토대로 상기 차량용 배터리의 충/방전 및 노후화 판단 알고리즘 연산을 수행하는 마이크로 컨트롤러를 포함한다.In order to achieve the above object, an intelligent battery sensor device using a hall sensor according to an aspect of the present invention comprises a Hall sensor unit for outputting the intensity of the magnetic field in proportion to the current magnitude of the vehicle battery as an analog signal; A signal detection circuit unit including a current control oscillator, the current detection oscillator converting the analog signal into a digital signal to measure current, voltage, and temperature; And a microcontroller configured to perform a charge / discharge and aging determination algorithm calculation of the vehicle battery based on the measured current, voltage, and temperature values.

본 발명에 따르면, 기존 신호 처리를 위한 ADC 대신에 전류 제어 발진기를 사용하여 주파수를 카운팅함으로써 전류, 전압 및 온도를 측정할 수 있다. 이는 설계적으로 단순할 뿐만 아니라 디지털 필터와 같은 회로 블록을 요구하지 않기 때문에 칩의 면적을 개선할 수 있다.According to the present invention, current, voltage and temperature can be measured by counting frequencies using a current controlled oscillator instead of an ADC for conventional signal processing. Not only is it simple in design, it also improves chip area because it does not require circuit blocks such as digital filters.

설계의 복잡도를 단순화함으로써 개발기간을 단축할 수 있다. By simplifying the design complexity, development time can be shortened.

전류 검출을 위한 션트 저항이 요구되지 않으며, 전류 센싱을 위한 외부 수동소자가 사용되지 않으므로 부품 수를 감소시킬 수 있다.No shunt resistor is required for current detection, and no external passive components are used for current sensing, which reduces component count.

온-칩에서의 검출 시스템을 단순화함으로써, 칩 면적을 줄일 수 있으며 이로 인해 칩의 소형화가 가능하며 전체 모듈의 크기를 축소할 수 있다.By simplifying the detection system on-chip, the chip area can be reduced, which makes the chip smaller and the size of the entire module smaller.

칩의 소형화로 패키지의 절감 및 모듈의 크기가 축소되어 PCB 단가 축소 및 기존 원가 대비 다량 생산이 가능하다.Miniaturization of the chip reduces packaging and module size, reducing PCB costs and producing more than the existing cost.

도 1은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 전류 제어 오실레이터를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 주파수 대 전류 비를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a conventional technology.
2 is a view for explaining an intelligent battery sensor device using a hall sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a current control oscillator of the present invention.
4 is a diagram for explaining the frequency-to-current ratio of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. And is intended to enable a person skilled in the art to readily understand the scope of the invention, and the invention is defined by the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that " comprises, " or "comprising," as used herein, means the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Do not exclude the addition.

기존의 배터리 센서 시스템은 션트 저항 사용으로 인한 전압 강하 손실과 온도 변화에 대한 민감도가 큰 단점이 있으므로, 이를 보완하기 위한 추가적인 회로가 요구되고, 고정밀 측정을 위한 아날로그-디지털 변환기의 비트 수 증가로 인해 설계의 복잡도 및 칩 면적이 증가하는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제들을 해결하기 위해 간접 방식으로 전류를 측정하는 홀 센서를 이용한 새로운 구조의 배터리 검출 장치를 제안한다. 이 제안된 구조는 설계의 단순화와 칩 면적을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. Conventional battery sensor systems have the disadvantage of high voltage drop loss and sensitivity to temperature variations due to the use of shunt resistors, requiring additional circuitry to compensate for this, and increasing the number of bits in the analog-to-digital converter for high-precision measurements. This has the disadvantage of increasing design complexity and chip area. Therefore, in order to solve these problems, a new structure of a battery detection device using a Hall sensor that measures current in an indirect manner is proposed. This proposed structure has the advantage of simplifying design and greatly reducing chip area.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 전류 제어 오실레이터를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 주파수 대 전류 비를 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, an intelligent battery sensor device using a hall sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. 2 is a view for explaining an intelligent battery sensor device using a Hall sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view for explaining the current control oscillator of the present invention, Figure 4 is a frequency band of the present invention It is a figure for demonstrating a current ratio.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치는 홀 센서부(110), 신호 검출 회로부(120) 및 마이크로 컨트롤러(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the intelligent battery sensor device using the hall sensor of the present invention includes a hall sensor unit 110, a signal detection circuit unit 120, and a microcontroller 130.

홀 센서부(110)는 프로그래머블 게인 앰프(PGA, 111), 저대역 통과 필터(LPF, 112) 및 밴드 캡 기준 회로(113)를 포함한다.The hall sensor unit 110 includes a programmable gain amplifier (PGA) 111, a low pass filter (LPF) 112, and a band cap reference circuit 113.

프로그래머블 게인 앰프(111)는 배터리의 전류 크기에 비례하는 자장의 세기를 아날로그 신호로 출력한다. The programmable gain amplifier 111 outputs an intensity of the magnetic field proportional to the magnitude of the current of the battery as an analog signal.

저대역 통과 필터(112)는 프로그래머블 게인 앰프(111)로부터 아날로그 신호를 입력받아 고주파 잡음을 억제하여 신호 검출 회로부(120)에 전달한다.The low pass filter 112 receives an analog signal from the programmable gain amplifier 111 and suppresses high frequency noise and transmits it to the signal detection circuit unit 120.

전술한 홀 센서부(110)는 일반적으로 널리 사용되는 검출 방법이다. 따라서, 본 발명에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위하여 아날로그-디지털 변환기 대신에 전류 제어 오실레이터(CCO)를 사용한다. The hall sensor unit 110 described above is a detection method that is generally widely used. Thus, the present invention uses a current controlled oscillator (CCO) instead of an analog-to-digital converter to convert the analog signal into a digital signal.

신호 검출 부(120)는 고속 CCO(121), 저속 CCO(122), 레귤레이터(123), 비교기(124), MUX(125), 주파수 디바이더(126) 및 업/다운 카운터(127)를 포함한다.The signal detector 120 includes a high speed CCO 121, a low speed CCO 122, a regulator 123, a comparator 124, a MUX 125, a frequency divider 126, and an up / down counter 127. .

각 CCO(121, 122)는 전류 제어 오실레이터로서, 종래 기술 대비 넓은 범위의 전류를 검출할 수 있다.Each of the CCOs 121 and 122 is a current controlled oscillator, and can detect a wider range of current than in the prior art.

예컨대, 각 CCO(121, 122)는 도 3에 도시된 바와 같이, 인버터 체인으로 구성되며, 선형 레귤레이터(123)에 의한 전원 잡음에 대해 종래 기술 대비 민감하지 않은 특성을 지닌다. For example, each CCO 121, 122 is composed of an inverter chain, as shown in Figure 3, and has a characteristic that is insensitive to the power supply noise by the linear regulator 123 compared to the prior art.

일반적인 VCO는 상시 전류를 소모하는 버퍼를 사용하나, 본 발명의 각 CCO(121, 122)는 스위칭에 의해서만 전류가 소모되는 인버터를 사용한다. A general VCO uses a buffer that consumes current at all times, but each CCO 121 and 122 of the present invention uses an inverter whose current is consumed only by switching.

선형 레귤레이터(123)는 2개의 PMOS를 포함하고, 각 PMOS의 게이트 전압을 제어하여 각 CCO(121, 122)에 전류를 공급한다.The linear regulator 123 includes two PMOSs, and supplies a current to each CCO 121 and 122 by controlling the gate voltage of each PMOS.

각 CCO(121, 122)의 전원에 연결되는 각 PMOS의 채널 폭은 각 CCO(121, 122)에 대응되는 주파수 범위에 따라 결정된다. The channel width of each PMOS connected to the power of each CCO 121, 122 is determined according to the frequency range corresponding to each CCO 121, 122.

비교기(124)는 밴드 갭 기준 회로(113)의 출력 전압과 LPF(112)의 전압을 비교하고, 비교결과를 토대로 각 CCO(121, 122)의 출력인 고 주파수 신호와 저 주파수 신호 중 어느 하나를 선택하기 위해 제어신호를 MUX(125)에 전달한다.The comparator 124 compares the output voltage of the band gap reference circuit 113 with the voltage of the LPF 112, and either one of a high frequency signal and a low frequency signal, which are outputs of the CCOs 121 and 122, based on the comparison result. The control signal is transmitted to the MUX 125 to select.

예컨대, 비교기(124)는 PGA(111)의 출력 전압에 따른 전류 검출을 위하여, PGA(111)에서 낮은 전압이 출력될 경우, 저속 CCO(122)의 클록 주파수를 사용하기 위해 저속 CCO(122)의 클록 주파수를 선택하도록 하는 제어신호를 MUX(125)에 전달하고, PGA(111)에서 높은 전압이 출력될 경우, 고속 CCO(121)의 클록 주파수를 사용하기 위해 고속 CCO(121)의 클록 주파수를 선택하도록 하는 제어신호를 MUX(125)에 전달한다.For example, the comparator 124 may use the low CCO 122 to use the clock frequency of the low CCO 122 when a low voltage is output from the PGA 111 for current detection according to the output voltage of the PGA 111. A control signal for selecting a clock frequency of the signal is transmitted to the MUX 125, and when a high voltage is output from the PGA 111, the clock frequency of the fast CCO 121 is used to use the clock frequency of the fast CCO 121. Delivers a control signal to the MUX 125 to select.

각 CCO(121,122)의 출력 주파수는 도 4에 도시된 바와 같이 공급되는 전류에 대응하여 출력 주파수가 선형적인 특성을 지닌다.As shown in FIG. 4, the output frequency of each CCO 121 and 122 has a linear characteristic that the output frequency corresponds to the current supplied.

MUX(125)는 비교기(124)의 제어신호에 따라 각 CCO(121, 122)의 출력인 고 주파수와 저 주파수 중 하나의 주파수 신호를 선택하여 출력한다.The MUX 125 selects and outputs one frequency signal of a high frequency and a low frequency, which are outputs of the CCOs 121 and 122, according to the control signal of the comparator 124.

주파수 디바이더(126)는 MUX(125)에 의해 선택된 신호를 낮은 주파수로 변환하여 전달한다.The frequency divider 126 converts and transmits the signal selected by the MUX 125 to a low frequency.

업/다운 카운터(127)는 주파수 디바이더(126)로부터 전달된 주파수를 검출하여 마이크로 컨트롤러(130)에 전달한다.The up / down counter 127 detects and transmits the frequency transmitted from the frequency divider 126 to the microcontroller 130.

여기서 업/다운 카운터(127)에 의해 검출된 주파수 정보는 측정된 전류 값을 의미하고, 전압 및 온도 검출은 또 다른 하나의 신호 검출 회로 부를 사용함으로써 얻어질 수 있다.Here, the frequency information detected by the up / down counter 127 means a measured current value, and voltage and temperature detection can be obtained by using another signal detection circuit section.

마이크로 컨트롤러(130)는 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 받아들이며 배터리의 충/방전 및 노후화 판단 알고리즘 연산을 수행한다.The microcontroller 130 accepts the measured current, voltage, and temperature values and performs calculation of a charge / discharge and aging determination algorithm of the battery.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존 신호 처리를 위한 ADC 대신에 전류 제어 발진기를 사용하여 주파수를 카운팅함으로써 전류, 전압 및 온도를 측정할 수 있고, 이는 설계적으로 단순할 뿐만 아니라 디지털 필터와 같은 회로 블록을 요구하지 않기 때문에 칩의 면적을 개선할 수 있는 것이며, 설계의 복잡도를 단순화함으로써 개발기간을 단축할 수 있고, 전류 검출을 위한 션트 저항이 요구되지 않으며, 전류 센싱을 위한 외부 수동소자가 사용되지 않으므로 부품 수를 감소시킬 수 있고, 온-칩에서의 검출 시스템을 단순화함으로써, 칩 면적을 줄일 수 있으며 이로 인해 칩의 소형화가 가능하며 전체 모듈의 크기를 축소할 수 있으며, 칩의 소형화로 패키지의 절감 및 모듈의 크기가 축소되어 PCB 단가 축소 및 기존 원가 대비 다량 생산이 가능하다.As described above, according to the present invention, current, voltage and temperature can be measured by counting frequencies using a current controlled oscillator instead of an ADC for conventional signal processing, which is not only simple in design but also with digital filters. Since it does not require the same circuit block, the area of the chip can be improved, the development time can be shortened by simplifying the design complexity, no shunt resistor for current detection is required, and an external passive element for current sensing. Is not used, which reduces component count and simplifies the detection system on-chip, thus reducing the chip area, which makes the chip smaller, the overall module size smaller, and the chip smaller. By reducing the package size and reducing the module size, PCB cost can be reduced and mass production is possible.

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Although the configuration of the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments and the accompanying drawings, this is only an example, and various modifications are possible within the scope without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

110 : 홀 센서부 120 : 신호 검출 회로부
130 : 마이크로 컨트롤러110: hall sensor unit 120: signal detection circuit unit
130: microcontroller

Claims (6)

차량용 배터리의 전류 크기에 비례하는 자장의 세기를 아날로그 신호로 출력하는 홀 센서부;
전류 제어 오실레이터를 포함하고, 상기 전류 제어 오실레이터로 상기 아날로그 신호를 디지털 신호를 변환하여 전류, 전압 및 온도를 측정하는 신호 검출 회로부; 및
측정된 상기 전류, 전압 및 온도 값을 토대로 상기 차량용 배터리의 충/방전 및 노후화 판단 알고리즘 연산을 수행하는 마이크로 컨트롤러
를 포함하는 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치.Hall sensor unit for outputting the intensity of the magnetic field proportional to the magnitude of the current of the vehicle battery as an analog signal;
A signal detection circuit unit including a current control oscillator, the current detection oscillator converting the analog signal into a digital signal to measure current, voltage, and temperature; And
A microcontroller for performing a charge / discharge and aging determination algorithm calculation of the vehicle battery based on the measured current, voltage and temperature values
Intelligent battery sensor device using a hall sensor comprising a. 제1항에 있어서, 상기 홀 센서부는,
상기 차량용 배터리의 전류 크기에 비례하는 자장의 세기를 아날로그 신호로 출력하는 프로그래머블 게인 앰프; 및
상기 프로그래머블 게인 앰프로부터 아날로그 신호를 입력받아 고주파 잡음을 억제하여 출력하는 저대역 통과 필터를 포함하는 것
인 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치.The method of claim 1, wherein the hall sensor unit,
A programmable gain amplifier configured to output an intensity of a magnetic field proportional to a current magnitude of the vehicle battery as an analog signal; And
A low pass filter for receiving an analog signal from the programmable gain amplifier and suppressing and outputting high frequency noise
Intelligent battery sensor device using in-hole sensor. 제1항에 있어서, 상기 신호 검출부는,
인버터 체인을 포함하는 고속 전류 제어 오실레이터;
인버터 체인을 포함하는 저속 전류 제어 오실레이터; 및
2개의 PMOS를 포함하고, 각 PMOS의 게이트 전압을 제어하여 상기 고속 전류 제어 오실레이터와 상기 저속 전류 제어 오실레이터에 전류를 공급하는 선형 레귤레이터를 포함하는 것
인 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치.The method of claim 1, wherein the signal detector,
A high speed current controlled oscillator comprising an inverter chain;
A low speed current controlled oscillator comprising an inverter chain; And
And a linear regulator including two PMOSs, the gate voltage of each PMOS being controlled to supply current to the fast current control oscillator and the low speed current control oscillator.
Intelligent battery sensor device using in-hole sensor. 제3항에 있어서, 상기 신호 검출부는,
상기 홀 센서부의 밴드 갭 기준 회로와 LPF(112)로부터 출력된 두 전압을 비교하고, 비교결과를 토대로 상기 고속 전류 제어 오실레이터와 상기 저속 전류 제어 오실레이터의 출력인 고 주파수 신호와 저 주파수 신호 중 어느 하나를 선택하기 위해 제어신호를 출력하는 비교기;
상기 제어신호에 따라 상기 고속 전류 제어 오실레이터와 상기 저속 전류 제어 오실레이터의 출력인 고 주파수와 저 주파수 중 하나의 주파수 신호를 선택하여 MUX;
상기 MUX에 의해 선택된 신호를 저 주파수로 변환하여 전달하는 주파수 디바이더; 및
상기 주파수 디바이더로부터 전달된 주파수를 검출하여 상기 마이크로 컨트롤러에 전달하는 업/다운 카운터를 더 포함하는 것
인 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치.The method of claim 3, wherein the signal detection unit,
The band gap reference circuit of the hall sensor unit and the two voltages output from the LPF 112 are compared, and either one of a high frequency signal and a low frequency signal, which are outputs of the high speed current control oscillator and the low speed current control oscillator, based on a comparison result. A comparator outputting a control signal to select a;
Selecting one of a high frequency signal and a low frequency signal, which are outputs of the high speed current control oscillator and the low speed current control oscillator, according to the control signal, and MUX;
A frequency divider for converting the signal selected by the MUX to a low frequency and transmitting the converted signal; And
And an up / down counter for detecting a frequency transmitted from the frequency divider and delivering the frequency to the microcontroller.
Intelligent battery sensor device using in-hole sensor. 제4항에 있어서,
상기 비교기는 상기 홀 센서부의 출력 전압에 따른 전류 검출을 위하여 상기 홀 센서부에서 낮은 전압이 출력될 경우, 상기 저속 전류 제어 오실레이터의 클록 주파수를 사용하기 위해 상기 저속 전류 제어 오실레이터의 클록 주파수를 선택하도록 하는 제어신호를 상기 MUX에 전달하고, 상기 홀 센서부에서 높은 전압이 출력될 경우, 고속 전류 제어 오실레이터의 클록 주파수를 사용하기 위해 고속 전류 제어 오실레이터의 클록 주파수를 선택하도록 하는 제어신호를 상기 MUX에 전달하는 것
인 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치.5. The method of claim 4,
The comparator may select a clock frequency of the low current control oscillator to use the clock frequency of the low current control oscillator when a low voltage is output from the hall sensor unit to detect a current according to an output voltage of the hall sensor unit. And a control signal to the MUX to select a clock frequency of the high speed current control oscillator to use the clock frequency of the high speed current control oscillator when a high voltage is output from the hall sensor unit. Conveying
Intelligent battery sensor device using in-hole sensor. 제1항에 있어서,
상기 고속 전류 제어 오실레이터와 상기 저속 전류 제어 오실레이터의 전원에 연결되는 각 PMOS의 채널 폭은 상기 고속 전류 제어 오실레이터와 상기 저속 전류 제어 오실레이터에 대응되는 주파수 범위에 따라 결정되는 것
인 홀 센서를 이용한 지능형 배터리 센서 장치.The method of claim 1,
The channel width of each PMOS connected to the power supply of the high speed current controlled oscillator and the low speed current controlled oscillator is determined according to a frequency range corresponding to the high speed current controlled oscillator and the low speed current controlled oscillator.
Intelligent battery sensor device using in-hole sensor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101969293B1 (en) * 2017-10-12 2019-04-16 주식회사 아이티엑스엠투엠 Hall sensor apparatus with self-integrated temperature measurement feature
US10564192B2 (en) 2017-10-12 2020-02-18 Itx-M2M Co., Ltd. Hall sensor apparatus with temperature measurement function and current sensor apparatus with the same function
CN112014663A (en) * 2020-07-30 2020-12-01 成都金洹科科技有限公司 Electric vehicle detection system based on single chip microcomputer development
CN118376823A (en) * 2024-06-24 2024-07-23 杭州沃镭智能科技股份有限公司 Hall type wheel speed sensor signal simulation system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2018236866A1 (en) * 2017-10-02 2019-04-18 SpaceCo Business Solutions, Inc. System for reducing injury from pinch zones in adjustable height work surface assemblies
CN113625184A (en) * 2021-08-10 2021-11-09 西南交通大学 PEMFC fault detection method based on magnetic field measurement

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2852351B2 (en) * 1989-02-15 1999-02-03 ニシム電子工業株式会社 Power converter for solar cells
DE69011462T2 (en) * 1989-10-25 1995-03-02 Philips Nv Arrangement for charging a battery.
JPH06163085A (en) * 1992-11-17 1994-06-10 Ee C Ii:Kk Battery residual capacity meter
TW294786B (en) 1995-09-11 1997-01-01 Microchip Tech Inc Digital trimming of on-chip analog components
US5774733A (en) * 1995-10-03 1998-06-30 Microchip Technology Incorporated Microcontroller with analog front-end for providing intelligent battery management
EP1351061B1 (en) * 2002-04-02 2011-01-12 Dialog Semiconductor GmbH Power switch with current sense circuit
KR20060037783A (en) * 2004-10-28 2006-05-03 엘지전자 주식회사 A method and a apparatus of controlling input voltage for vcxo
CN201104271Y (en) * 2007-11-28 2008-08-20 林雪松 Encapsulated lead acid accumulator on-line monitoring instrument
JP5363740B2 (en) * 2008-01-31 2013-12-11 パナソニック株式会社 Charge control circuit, battery pack, and charging system
CN201233435Y (en) * 2008-03-27 2009-05-06 兰州太格维尔电子有限公司 Residual capacity tester for accumulator
CN201355390Y (en) * 2009-02-25 2009-12-02 华融万源客车制造有限公司 Electric vehicle power battery capacity detection device
IT1397088B1 (en) * 2009-12-28 2012-12-28 St Microelectronics Srl INTEGRATED CIRCUIT FOR AN OSCILLATOR SUITABLE FOR DRIVING A CONTROL DEVICE FOR A SWITCH-RESONATING CONVERTER.
CN102331297B (en) * 2010-07-13 2014-01-29 国民技术股份有限公司 Ling intensity detection method and light intensity detection circuit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101969293B1 (en) * 2017-10-12 2019-04-16 주식회사 아이티엑스엠투엠 Hall sensor apparatus with self-integrated temperature measurement feature
US10564192B2 (en) 2017-10-12 2020-02-18 Itx-M2M Co., Ltd. Hall sensor apparatus with temperature measurement function and current sensor apparatus with the same function
CN112014663A (en) * 2020-07-30 2020-12-01 成都金洹科科技有限公司 Electric vehicle detection system based on single chip microcomputer development
CN118376823A (en) * 2024-06-24 2024-07-23 杭州沃镭智能科技股份有限公司 Hall type wheel speed sensor signal simulation system

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