KR20140102072A - 게이트 구동 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 - Google Patents

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KR20140102072A
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Abstract

본 발명의 실시 예는 게이트 구동 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 게이트 구동 회로는 충전핀을 통해 충전 스위치의 게이트에 연결되어 있다. 게이트 구동 회로는, 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 전원 전압과 충전핀 사이의 연결을 제어하는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 스위칭 상태에 동기되어 스위칭 동작이 제어되고, 상기 충전핀과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 및 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터 사이에 연결되어 있고, 상기 전원 전압에 의해 정바이어스되는 다이오드를 포함한다.

Description

게이트 구동 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템{GATE DRIVING CIRCUIT AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명의 실시 예는 게이트 구동 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
배터리 관리 시스템은 충전 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 신호를 생성한다. 충전 스위치는 복수의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩과 충전기 사이의 전기적 연결을 제어한다. 충전 스위치가 온 상태인 기간 동안 충전기로부터 공급되는 전류에 의해 배터리 팩이 충전된다.
도 1은 종래 배터리 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 충전 스위치(1)의 게이트와 소스 사이에 저항(2)이 연결되어 있고, 충전 스위치(1)의 게이트와 충전핀(3) 사이에 저항(4)이 연결되어 있다.
배터리 팩(5)이 충전기(6)에 연결되고 있더라도, 충전 스위치(1)가 오프 상태일 수 있다. 예를 들어, 충전이 완료되거나, 보호 동작이 트리거 되어 충전 스위치(1)가 턴 오프 될 수 있다.
배터리 팩(5)과 충전기(6)가 연결된 상태에서 충전 스위치(1)가 오프일 때,충전 스위치(1)의 게이트 전압은 음 전압이 될 수 있고, 이는 배터리 관리 시스템(7)의 오동작을 야기시킬 수 있다.
예를 들어, 배터리 관리 시스템(7)의 게이트 구동 회로(도시하지 않음)에서 기생 트랜지스터가 턴 온 될 수 있다. 그러면, 기생 트랜지스터를 통해 흐르는 전류가 발생하고, 게이트 구동 회로가 오동작할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 통해 충전 중 오동작을 방지할 수 있는 게이트 구동 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 한 특징에 따른 충전핀을 통해 충전 스위치의 게이트에 연결되어 있는 게이트 구동 회로는, 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 전원 전압과 충전핀 사이의 연결을 제어하는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 스위칭 상태에 동기되어 스위칭 동작이 제어되고, 상기 충전핀과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 및 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터 사이에 연결되어 있고, 상기 전원 전압에 의해 정바이어스되는 다이오드를 포함한다.
상기 게이트 구동 회로는, 상기 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 제2 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제3 트랜지스터를 더 포함한다.
상기 제1 트랜지스터의 일단은 상기 전원 전압에 연결되어 있고, 상기 제1 트랜지스터의 타단은 상기 다이오드의 애노드에 연결되어 있으며, 상기 제1 트랜지스터의 게이트는 상기 게이트 제어 신호가 반전된 반전 게이트 제어 신호가 입력된다.
상기 제3 트랜지스터의 게이트에는 상기 게이트 제어 신호가 입력된다.
상기 제3 트랜지스터의 일단은 그라운드에 연결되어 있고, 상기 제3 트랜지스터의 타단은 제2 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있으며, 상기 제3 트랜지스터의 게이트에 상기 게이트 제어 신호가 입력된다.
상기 제2 트랜지스터의 일단은 상기 다이오드의 캐소드에 연결되어 있고, 상기 제2 트랜지스터의 타단은 상기 충전핀에 연결되어 있다.
상기 게이트 구동 회로는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제2 트랜지스터의 일단 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함한다.
상기 게이트 구동 회로는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되어 있는 애노드 및 상기 제2 트랜지스터의 일단에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제너 다이오드를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 게이트 구동 회로는, 전원 전압에 연결되어 있고, P 형 반도체 기판위에 형성되어 있는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터에 연결된 애노드를 포함하고, 상기 P형 반도체 기판위에 형성된 다이오드, 및 상기 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 P형 반도체 기판위에 형성된 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 트랜지스터는, 상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성된 제1 N형 반도체 영역, 상기 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 제1 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제1 P형 반도체 영역, 및 상기 제1 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제2 P형 반도체 영역을 포함한다.
상기 다이오드는, 상기 제1 P형 반도체 영역에 연결되어 있고, 상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성되어 있는 제2 N형 반도체 영역 및 상기 제2 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제3 P형 반도체 영역을 포함한다.
상기 제1 트랜지스터는, 상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성되어 있는 제3 N형 반도체 영역, 상기 제3 N형 반도체 영역에 주입되어 형성되어 있고, 상기 전원 전압에 연결되어 있는 제4 P형 반도체 영역, 및 상기 제3 N형 반도체 영역에 주입되어 형성되어 있고, 상기 제3 P형 반도체 영역에 연결되어 있는 제5 P형 반도체 영역을 포함한다.
상기 게이트 구동 회로는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 그라운드 사이에 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 더 포함한다.
상기 제3 트랜지스터는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제1 P형 반도체 영역과 저항을 통해 연결되어 있고, 상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성된 제4 N형 반도체 영역, 상기 제4 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제6 P형 반도체 영역, 및 상기 제6 P형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제5 N형 반도체 영역을 포함한다.
상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에 공급되는 신호와 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극에 공급되는 신호가 반전된 신호는 서로 반전된다.
상기 P형 반도체 기판, 상기 제1 N형 반도체 영역, 및 상기 제2 P형 반도체 영역 사이에 형성되는 기생 트랜지스터는, 상기 제2 트랜지스터가 턴 오프 되었을 때, 상기 제2 P형 반도체 영역에 공급되는 음전압에 의해 턴 온 되지 않는다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 배터리 관리 시스템은, 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩을 관리한다. 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 배터리 팩의 충전을 제어하는 충전 스위치의 게이트와 연결되어 있는 충전핀, 상기 충전 스위치를 스위칭 시키는 게이트 구동 회로, 및 상기 복수의 셀의 전압들 및 상기 배터리 팩에 흐르는 전류를 측정한 결과에 따라 게이트 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함한다. 상기 게이트 구동 회로는, 상기 게이트 제어 신호가 반전된 반전 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 전원 전압과 충전핀 사이의 연결을 제어하는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 스위칭 상태에 동기되어 스위칭 동작이 제어되고, 상기 충전핀과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 및 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터 사이에 연결되어 있고, 상기 전원 전압에 의해 정바이어스되는 다이오드를 포함한다.
상기 게이트 구동 회로는, 상기 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 제2 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제3 트랜지스터를 더 포함한다.
상기 제1 트랜지스터의 일단은 상기 전원 전압에 연결되어 있고, 상기 제1 트랜지스터의 타단은 상기 다이오드의 애노드에 연결되어 있으며, 상기 제1 트랜지스터의 게이트는 상기 반전 게이트 제어 신호가 입력된다.
상기 제3 트랜지스터의 일단은 그라운드에 연결되어 있고, 상기 제3 트랜지스터의 타단은 제2 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있으며, 상기 제3 트랜지스터의 게이트에 상기 게이트 제어 신호가 입력된다.
상기 제2 트랜지스터의 일단은 상기 다이오드의 캐소드에 연결되어 있고, 상기 제2 트랜지스터의 타단은 상기 충전핀에 연결되어 있다.
본 발명의 실시 예는 충전 중 오동작을 방지할 수 있는 게이트 구동 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템을 제공한다.
도 1은 종래 배터리 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 게이트 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 종래 게이트 구동 회로가 형성된 기판의 일부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로가 형성된 기판의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로를 포함하는 배터리 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트 구동 회로를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로 및 이를포함하는 배터리 관리 시스템을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 구동 회로(10)는 제1 내지 제3 트랜지스터(11-13), 다이오드(14), 인버터(15), 및 저항(16)을 포함한다. 제1 및 제2 트랜지스터(11, 12)는 p 채널 트랜지스터이고, 제3 트랜지스터(13)는 n 채널 트랜지스터이다.
게이트 구동 회로(10)의 출력단은 충전핀(17)에 연결되어 있고, 게이트 구동 회로(10)의 입력단에는 게이트 제어 신호(VGS)가 입력된다. 충전핀(17)을 통해 충전 게이트 신호(VGS)이 출력된다.
충전핀(17)과 전원 전압(VDD) 사이에는 제1 트랜지스터(11), 다이오드(14), 및 제2 트랜지스터(12)가 직렬 연결되어 있다. 충전핀(17)과 그라운드 사이에는 제3 트랜지스터(13), 저항(16), 및 제2 트랜지스터(12)가 연결되어 있다.
인버터(15)는 게이트 제어 신호(VGS)를 입력받고, 이를 반전하여 제1 트랜지스터(11)의 게이트로 출력한다. 제3 트랜지스터(13)의 게이트는 게이트 제어 신호(VGS)에 연결되어 있다. 이하, 인버터(16)의 출력을 반전 게이트 제어 신호(VGSB)라 한다.
도 2에서는, 제1 트랜지스터(11)가 반전 게이트 제어 신호(VGSB)에 스위칭 동작하지만, 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 트랜지스터(11)의 타입에 따라 반전 게이트 제어 신호(VGSB)를 입력하는 것일 뿐, 도 2에 도시된 채널 타입과 반대인 n 채널 트랜지스터로 제1 트랜지스터(11)가 구현된 경우 게이트 제어 신호(VGS)에 따라 제1 트랜지스터(11)의 스위칭 동작이 제어될 수 있다.
제1 트랜지스터(11)는 전원 전압(VDD)과 충전핀(17) 사이에 연결되어, 전원 전압(VDD)와 충전핀(17) 사이의 연결을 제어한다. 제1 트랜지스터(11)의 소스는 전원 전압(VDD)에 연결되어 있고, 제1 트랜지스터(11)의 드레인은 다이오드(14)의 애노드에 연결되어 있다.
제2 트랜지스터(12)의 스위칭 동작은 제1 트랜지스터(11)의 스위칭 상태에 동기된다. 예를 들어, 반전 게이트 제어 신호(VGS)에 따라 제1 트랜지스터(11)가 온 상태인 경우 제3 트랜지스터(13)도 온 상태이므로, 그라운드에 제2 트랜지스터(12)의 게이트가 연결되어 제2 트랜지스터(12)는 턴 온 된다. 또한, 반전 게이트 제어 신호(VGSB)에 따라 제1 트랜지스터(11)가 오프 상태인 경우 제3 트랜지스터(13)도 오프 상태이므로, 제2 트랜지스터(12)의 게이트와 소스의 전압차가 발생하지 않아, 제2 트랜지스터(12)는 턴 오프 된다.
다이오드(14)의 캐소드는 제2 트랜지스터(12)의 소스에 연결되어 있고, 제2 트랜지스터(12)의 드레인은 충전핀(17)에 연결되어 있다. 다이오드(14)는 전원 전압(VDD)에 의해 정바이어스 되어, 전원 전압(VDD)이 충전핀(17)에 연결되도록 도통된다.
이하, 게이트 구동 회로(10)에 대한 동작 설명을 구체적으로 설명한다.
게이트 제어 신호(VGS)가 하이 레벨일 때, 제1 트랜지스터(11)는 로우 레벨의 반전 게이트 제어 신호(VGSB)에 의해 턴 온 되고, 제3 트랜지스터(13)는 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VGS)에 의해 턴 온 된다. 그러면, 제2 트랜지스터(12)의 게이트는 그라운드에 연결되고, 소스는 다이오드(14)를 통해 전원 전압(VDD)에 연결되어, 제2 트랜지스터(12)가 턴 온 된다.
게이트 제어 신호(VGS)가 로우 레벨일 때, 제1 트랜지스터(11)는 하이 레벨의 반전 게이트 제어 신호(VGSB)에 의해 턴 오프 되고, 제3 트랜지스터(13)는 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VGS)에 의해 턴 오프 된다. 제2 트랜지스터(12)의 게이트와 소스는 저항(16)을 통해 연결되어 턴 오프 된다. 제2 트랜지스터(12)의 턴 오프에 의해 충전 게이트 신호(CHG)는 로우 레벨이 된다.
배터리 관리 시스템이 부하에 연결되었을 때, 충전핀(17)을 통해 전류가 유입될 수 있다. 배터리 관리 시스템이 부하에 연결되어 있는 동안 게이트 제어 신호(VGS)는 로우 레벨이므로, 제2 트랜지스터(12)는 오프 상태이다. 그러나 제2 트랜지스터(12)의 바디 다이오드(도시하지 않음)를 통해 충전핀(17)을 통해 유입된 전류가 흐를 수 있다.
다이오드(14)의 캐소드가 제2 트랜지스터(12)의 소스에 연결되어 있으므로, 다이오드(14)에 의해 전류 유입이 차단된다.
배터리 관리 시스템이 충전기에 연결되어 있을 때, 게이트 제어 신호(VGS)가 로우 레벨일 수 있다. 이 때 충전핀(17)에는 음전압이 발생할 수 있다. 제1 트랜지스터(11) 및 제2 트랜지스터(12)가 오프 상태이므로 전원 전압(VDD)으로부터 충전핀(17)으로 흐르는 전류는 발생하지 않는다.
제2 트랜지스터(12)의 게이트와 드레인 사이가 절연되어 있으므로, 드레인에연결되어 있는 충전핀(17)의 전압이 음전압이 되더라도, 그라운드로부터 충전핀(17)으로 흐르는 전류는 발생하지 않는다.
종래 게이트 구동 회로는 충전핀(도 1의 3)의 음전압에 의해 기생 트랜지스터가 턴 온 되어 충전핀(3)으로 흐르는 전류가 발생하는 문제점이 있다.
도 3은 종래 게이트 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래 게이트 구동 회로(20)는 3 개의 트랜지스터(M1, M2, M3) 및 다이오드(D1)를 포함한다.
트랜지스터(M2)의 게이트 및 트랜지스터(M3)의 게이트에는 게이트 제어 신호(vgs)가 입력된다. 트랜지스터(M2)의 드레인, 트랜지스터(M3)의 드레인, 및 트랜지스터(M1)의 게이트는 서로 연결되어 있다.
트랜지스터(M3)의 소스는 그라운드에 연결되어 있고, 트랜지스터(M2)의 소스는 전압(vdd)에 연결되어 있다. 트랜지스터(M1)의 소스는 전압(vdd)에 연결되어 있고, 트랜지스터(M1)의 드레인은 다이오드(D1)의 애노드에 연결되어 있다. 다이오드(D1)의 캐소드를 통해 충전 게이트 신호(vgs)가 출력된다.
도 4는 도 3에 도시된 종래 게이트 구동 회로가 형성된 기판의 일부를 나타낸 도면이다.
기판(21)은 P형 반도체 영역이고, 트랜지스터(M1)는 벌크를 형성하는 N형 반도체 영역(221), 소스를 형성하는 P형 반도체 영역(222), 및 드레인을 형성하는 P형 반도체 영역(223)을 포함한다. N+ 영역(224)은 콘택트를 형성한다. 다이오드(D1)는 N형 반도체 영역(226) 및 P형 반도체 영역(225)을 포함한다.
배터리 관리 시스템이 충전기에 연결되어 있을 때, 충전 스위치가 턴 오프이면, 충전 게이트 신호(chg)는 음 전압이 된다. 그러면, 다이오드(D1)의 N형 반도체 영역(226), P형 반도체인 기판(21), 및 트랜지스터(M1)의 N형 반도체 영역(221) 사이의 기생 트랜지스터(Q0)가 턴 온 된다.
또한, 다른 트랜지스터(M2 또는 M3)의 N형 반도체 영역(227), P형 반도체인 기판(21), 및 다이오드(D1)의 N형 반도체 영역(226) 사이의 기생 트랜지스터(Q1)도 턴 온 된다.
그러면, 기생 트랜지스터(Q0, Q1)를 통해 전류가 흘러 충전 게이트 신호(chg)에 변동이 발생하여 충전 스위치가 오동작할 수 있다. 또한, 기생 트랜지스터(Q0, Q1)를 통해 흐르는 전류가 상당히 큰 경우 배터리 관리 시스템에 손상이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로(10)는 제3 트랜지스터(13)를 이용하여 충전핀(17)의 음전압에 의한 전류 생성을 차단한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로가 형성된 기판의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, P형 반도체 기판(이하, P_SUB)위에 제1 내지 제3 트랜지스터(11-13), 및 다이오드(14)가 형성되어 있다. 제1 및 제2 트랜지스터(11, 12)는 P 채널 트랜지스터이고, 제3 트랜지스터(13)는 N 채널 트랜지스터이다.
제1 트랜지스터(11)는 소스를 형성하는 P형 반도체 영역(111), 벌크를 형성하는 N형 반도체 영역(112), 드레인을 형성하는 P형 반도체 영역(113), 및 콘택트를 형성하는 N+ 영역(114)을 포함한다.
N형 반도체 영역(112)은 P_SUB에 주입되어 형성되고, P형 반도체 영역(111) 및 P형 반도체 영역(113)은 N형 반도체 영역(112)에 주입되어 형성된다. N+ 영역(114)은 N형 반도체 영역(112) 내에 주입되어 형성된다. N+ 영역(114)와 P형 반도체 영역(111)은 서로 근접해 있고, 전원 전압(VDD)에 연결되어 있다.
게이트 전극(115)에는 반전 게이트 제어 신호(VGSB)가 공급된다. 로우 레벨의 반전 게이트 제어 신호(VGSB)에 의해 P형 반도체 영역(111) 및 P형 반도체 영역(113) 사이의 N형 반도체 영역(112)에 채널이 형성된다.
다이오드(14)는 N형 반도체 영역(141)과 P형 반도체 영역(142)을 포함하고, N형 반도체 영역(141)은 P_SUB에 주입되어 형성되며, P형 반도체 영역(142)은 N형 반도체 영역(141)에 주입되어 형성된다. P형 반도체 영역(142)과 N형 반도체 영역(141)은 PN 접합을 형성한다. P형 반도체 영역(142)은 제1 트랜지스터(11)의 P형 반도체 영역(113)에 연결되어 있다.
제2 트랜지스터(12)는 소스를 형성하는 P형 반도체 영역(121), 벌크를 형성하는 N형 반도체 영역(122), 드레인을 형성하는 P형 반도체 영역(123), 및 콘택트를 형성하는 N+영역(124)을 포함한다.
N형 반도체 영역(122)은 P_SUB에 주입되어 형성되고, P형 반도체 영역(121) 및 P형 반도체 영역(123)은 N형 반도체 영역(122)에 주입되어 형성된다. N+ 영역(124)은 N형 반도체 영역(122) 내에 주입되어 형성된다. N+ 영역(124)와 P형 반도체 영역(121)은 서로 근접해 있고, 다이오드(14)의 N형 반도체 영역(141) 및 저항(16)의 일단에 연결되어 있다.
P형 반도체 영역(123)을 통해 충전 게이트 신호(CHG)가 출력된다. 게이트 전극(125) 및 저항(16)의 타단은 제3 트랜지스터(13)의 N형 반도체 영역(133)에 연결되어 있다. 게이트 전극(125)에 로우 레벨의 전압이 공급될 때, P형 반도체 영역(121) 및 P형 반도체 영역(123) 사이의 N형 반도체 영역(122)에 채널이 형성된다.
제3 트랜지스터(13)는 소스를 형성하는 N형 반도체 영역(131), P형 반도체 영역(132), 드레인을 형성하는 N형 반도체 영역(133), 및 P형 반도체 영역(134)를 포함한다.
N형 반도체 영역(133)는 P_SUB에 주입되어 형성되고, P형 반도체 영역(132)은 N형 반도체 영역(133)에 주입되어 형성된다. N형 반도체 영역(131) 및 P형 반도체 영역(134)는 P형 반도체 영역(132)에 주입되어 형성된다.
P형 반도체 영역(134)은 제3 트랜지스터(13)의 바디로서, 그라운드에 연결되어 있고, 제3 트랜지스터(13)은 바디 바이어스(body bias) 되어 있다. N형 반도체 영역(131)은 P형 반도체 영역(134)에 인접하고, 그라운드에 연결되어 있다.
게이트 전극(135)에는 게이트 제어 신호(VGS)가 공급된다. 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VGS)에 의해 N형 반도체 영역(133)과 N형 반도체 영역(131) 사이의 P형 반도체 영역에서 채널이 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, P형 반도체 영역(123), N형 반도체 영역(122), 및 P_SUB 사이에 기생 트랜지스터(Q2)가 형성되어 있다. 그런데, 배터리 관리 시스템이 충전기에 연결되어 있고, 게이트 제어 신호(VGS)가 로우 레벨일 때, 충전핀(17)에는 음전압이 발생할 수 있다. 즉, 충전 게이트 신호(CHG)가 음 전압으로 감소할 수 있다.
이 때, 기생 트랜지스터(Q2)는 pnp 트랜지스터이고, 에미터가 충전 게이트 신호(CHG)에 연결되어 있다. 그러면, 기생 트랜지스터(Q2)의 에미터 전압이 베이스 전압보다 작으므로 기생 트랜지스터(Q2)는 턴 온 되지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 회로를 포함하는 배터리 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(400)은 복수의 셀(Cell1-Cellm)이 직렬 연결되어 있다. 배터리 팩(400)의 각 셀의 양단은 배터리 관리 시스템(300)에 연결되어 있다. 구체적으로, 배터리 관리 시스템(300)에 형성된 복수의 셀전압핀(P1~Pm+1)은 대응하는 배터리 셀(Cell1-Cellm)의 양극 또는 음극에 연결되어 있다.
배터리 팩(400)은 제1 출력 단자(+)와 제2 출력단자(-) 사이에 연결되어 있고, 제1 출력단자(+)와 제2 출력단자(-) 사이에는 충전기(도시하지 않음) 또는 부하(도시하지 않음)가 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(300)은 센싱부(310), 제어부(320), 및 게이트 구동 회로(330)를 포함한다.
다이오드(D11)를 통해 정류된 전류가 저항(R11)을 거쳐 커패시터(C11)을 충전시킨다. 커패시터(C11)는 배터리 관리 시스템(300)의 동작에 필요한 전압(VCC)을 공급한다. 전압(VCC)은 전압핀(PVCC)를 통해 배터리 관리 시스템(300)으로 공급된다.
전류 감지핀(PCS)은 저항(R14)의 일단에 연결되어 있고, 저항(R14)의 타단은 그라운드 및 배터리 팩(400)의 음극에 연결되어 있다. 저항(R14)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 전압이 전류 감지핀(PCS)을 통해 배터리 관리 시스템(300)으로 입력된다.
센싱부(310)는 복수의 배터리 셀(Cell1-Cellm) 각각의 셀 전압을 측정하고, 저항(R14)를 통해 입력되는 감지 전압(CS)을 통해 배터리 전류를 측정한다. 센싱부(310)는 측정된 결과를 바탕으로 측정 정보(SS)를 생성하고, 측정 정보(SS)를 제어부(320)에 전달한다.
제어부(320)는 측정 정보(SS)에 따라 셀 밸런싱 동작, 충전, 및 방전을 제어한다. 예를 들어, 제어부(320)는 충전을 제어하는 게이트 제어 신호(VGS)를 생성한다.
게이트 구동 회로(330)는 도 2에 도시된 게이트 구동 회로(10)와 동일한 구성일 수 있다. 그 상세한 설명은 생략한다. 게이트 구동 회로(330)는 게이트 제어 신호(VGS)에 따라 충전 스위치(500)의 스위칭 동작을 제어하는 충전 게이트 신호(CHG)를 생성한다.
충전 스위치(500)는 N 타입 트랜지스터로 구성되어 있으나, 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다. 충전 스위치(500)의 드레인은 배터리 팩(400)의 음극 및 그라운드에 연결되어 있고, 충전 스위치(500)의 소스는 제2 출력단자(-)에 연결되어 있으며, 충전 스위치(500)의 게이트는 저항(R12)를 통해 충전 게이트 신호(CHG)를 공급 받는다.
저항(R13)은 충전 스위치(500)의 게이트 단자와 제2 출력단자(-) 사이에 연결되어 있고, 저항(R12)은 충전핀(PCHG)과 충전 스위치(500)의 게이트 단자 사이에 연결되어 있다.
예를 들어, 충전 스위치(500)이 오프 상태에서 충전기가 배터리 관리 시스템에 연결되어 있을 때, 충전핀(PCHG)에 음의 전압이 발생할 수 있다. 이 때, 기생 트랜지스터(도 5에 도시된 Q2)의 에미터 전압이 음의 전압이므로, 기생 트랜지스터(Q2)는 턴 온 되지 않는다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 종래 기술과 달리, 배터리 팩(400)에 충전기가 연결되고 충전 스위치(500)가 오프인 상태에서, 배터리 관리 시스템(300)으로부터 충전 스위치(500)의 게이트로 공급되는 전류가 발생하지 않는다.
따라서 충전 스위치(500)의 오동작이 발생하지 않고, 배터리 관리 시스템(300)의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예은 앞선 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트 구동 회로는 제2 트랜지스터의 게이트와 소스 사이에 저항 대신 제너 다이오드를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 게이트 구동 회로(10)와 비교해 도 7에 도시된 게이트 구동 회로(10')는 저항(16) 대신 제너 다이오드(18)을 포함하고 있으며, 다른 구성은 동일하다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드(18)의 애노드는 제2 트랜지스터(12)의 게이트에 연결되어 있고, 제너 다이오드(18)의 캐소드는 제2 트랜지스터(12)의 소스에 연결되어 있다.
게이트 제어 신호(VGS)가 하이 레벨일 때, 제1 트랜지스터(11)는 로우 레벨의 반전 게이트 제어 신호(VGSB)에 의해 턴 온 되고, 제3 트랜지스터(13)는 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VGS)에 의해 턴 온 된다. 그러면, 제2 트랜지스터(12)의 게이트는 그라운드에 연결되고, 소스는 다이오드(14)를 통해 전원 전압(VDD)에 연결되어, 제2 트랜지스터(12)가 턴 온 된다.
이 때, 제너 다이오드(18)가 전원 전압(VDD)에 의해 도통되고, 제너 다이오드(18)의 양단 전압 즉, 제너 전압으로 제2 트랜지스터(12)의 게이트-소스 전압이 일정하게 유지된다.
게이트 제어 신호(VGS)가 로우 레벨일 때, 제1 트랜지스터(11)는 하이 레벨의 반전 게이트 제어 신호(VGSB)에 의해 턴 오프 되고, 제3 트랜지스터(13)는 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VGS)에 의해 턴 오프 된다.
이 때, 제너 다이오드(18)는 비도통상태이고, 제2 트랜지스터(12)는 턴 오프 된다. 제2 트랜지스터(12)의 턴 오프에 의해 충전 게이트 신호(CHG)는 로우 레벨이 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
제1 내지 제3 트랜지스터(11-13), 다이오드(14)
인버터(15), 저항(16, R11), 배터리 팩(400)
배터리 관리 시스템(300), 충전 스위치(500)
다이오드(D11, D1), 커패시터(C11)
센싱부(310), 제어부(320)
게이트 구동 회로(330), 트랜지스터(M1, M2, M3)

Claims (20)

  1. 충전핀을 통해 충전 스위치의 게이트에 연결되어 있는 게이트 구동 회로에 있어서,
    게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 전원 전압과 충전핀 사이의 연결을 제어하는 제1 트랜지스터,
    상기 제1 트랜지스터의 스위칭 상태에 동기되어 스위칭 동작이 제어되고, 상기 충전핀과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 및
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터 사이에 연결되어 있고, 상기 전원 전압에 의해 정바이어스되는 다이오드를 포함하는 게이트 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 제2 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제3 트랜지스터를 더 포함하는 게이트 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 일단은 상기 전원 전압에 연결되어 있고, 상기 제1 트랜지스터의 타단은 상기 다이오드의 애노드에 연결되어 있으며, 상기 제1 트랜지스터의 게이트는 상기 게이트 제어 신호가 반전된 반전 게이트 제어 신호가 입력되는 게이트 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터의 게이트에는 상기 게이트 제어 신호가 입력되는 게이트 구동 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터의 일단은 그라운드에 연결되어 있고, 상기 제3 트랜지스터의 타단은 제2 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있으며, 상기 제3 트랜지스터의 게이트에 상기 게이트 제어 신호가 입력되는 게이트 구동 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 일단은 상기 다이오드의 캐소드에 연결되어 있고, 상기 제2 트랜지스터의 타단은 상기 충전핀에 연결되어 있는 게이트 구동 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제2 트랜지스터의 일단 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함하는 게이트 구동 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극에 연결되어 있는 애노드 및 상기 제2 트랜지스터의 일단에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제너 다이오드를 더 포함하는 게이트 구동 회로.
  9. 전원 전압에 연결되어 있고, P 형 반도체 기판위에 형성되어 있는 제1 트랜지스터,
    상기 제1 트랜지스터에 연결된 애노드를 포함하고, 상기 P형 반도체 기판위에 형성된 다이오드, 및
    상기 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 P형 반도체 기판위에 형성된 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터는,
    상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성된 제1 N형 반도체 영역,
    상기 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 제1 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제1 P형 반도체 영역, 및
    상기 제1 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제2 P형 반도체 영역을 포함하는 게이트 구동 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다이오드는,
    상기 제1 P형 반도체 영역에 연결되어 있고, 상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성되어 있는 제2 N형 반도체 영역 및
    상기 제2 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제3 P형 반도체 영역을 포함하는 게이트 구동 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는,
    상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성되어 있는 제3 N형 반도체 영역,
    상기 제3 N형 반도체 영역에 주입되어 형성되어 있고, 상기 전원 전압에 연결되어 있는 제4 P형 반도체 영역, 및
    상기 제3 N형 반도체 영역에 주입되어 형성되어 있고, 상기 제3 P형 반도체 영역에 연결되어 있는 제5 P형 반도체 영역를 포함하는 게이트 구동 회로.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 그라운드 사이에 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 더 포함하는 게이트 구동 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터는,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제1 P형 반도체 영역과 저항을 통해 연결되어 있고, 상기 P형 반도체 기판에 주입되어 형성된 제4 N형 반도체 영역,
    상기 제4 N형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제6 P형 반도체 영역, 및
    상기 제6 P형 반도체 영역에 주입되어 형성된 제5 N형 반도체 영역을 포함하는 게이트 구동 회로.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에 공급되는 신호와 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극에 공급되는 신호가 반전된 신호는 서로 반전된 게이트 구동 회로.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 P형 반도체 기판, 상기 제1 N형 반도체 영역, 및 상기 제2 P형 반도체 영역 사이에 형성되는 기생 트랜지스터는,
    상기 제2 트랜지스터가 턴 오프 되었을 때, 상기 제2 P형 반도체 영역에 공급되는 음전압에 의해 턴 온 되지 않는 게이트 구동 회로.
  16. 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,
    상기 배터리 팩의 충전을 제어하는 충전 스위치의 게이트와 연결되어 있는 충전핀,
    상기 충전 스위치를 스위칭 시키는 게이트 구동 회로, 및
    상기 복수의 셀의 전압들 및 상기 배터리 팩에 흐르는 전류를 측정한 결과에 따라 게이트 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하고,
    상기 게이트 구동 회로는,
    상기 게이트 제어 신호가 반전된 반전 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 전원 전압과 충전핀 사이의 연결을 제어하는 제1 트랜지스터,
    상기 제1 트랜지스터의 스위칭 상태에 동기되어 스위칭 동작이 제어되고, 상기 충전핀과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 및
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터 사이에 연결되어 있고, 상기 전원 전압에 의해 정바이어스되는 다이오드를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 게이트 구동 회로는,
    상기 게이트 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 제2 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제3 트랜지스터를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 일단은 상기 전원 전압에 연결되어 있고, 상기 제1 트랜지스터의 타단은 상기 다이오드의 애노드에 연결되어 있으며, 상기 제1 트랜지스터의 게이트는 상기 반전 게이트 제어 신호가 입력되는 배터리 관리 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터의 일단은 그라운드에 연결되어 있고, 상기 제3 트랜지스터의 타단은 제2 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있으며, 상기 제3 트랜지스터의 게이트에 상기 게이트 제어 신호가 입력되는 배터리 관리 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 일단은 상기 다이오드의 캐소드에 연결되어 있고, 상기 제2 트랜지스터의 타단은 상기 충전핀에 연결되어 있는 배터리 관리 시스템.

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