KR20150098849A - The charge-inhibit circuit for battery device having zero voltage - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하나의 전류패스 제어용 FET(전계효과트랜지스터)을 이용하여 2차전지의 과충전상태 및 과방전상태를 제어함에 있어서, 0V 배터리 상태에서 충전 차단기능에 관한 것이다.
The present invention relates to a charge cutoff function in a 0 V battery state in controlling overcharge and overdischarge states of a secondary battery using one current path control FET (field effect transistor).
도 3은 가장 일반적으로 적용되고 있는 종래의 배터리 보호회로이며, 배터리의 충방전 전류를 제어함에 있어서 2개의 전류패스 MOS-FET(313, 314)이 사용된다.FIG. 3 shows a conventional battery protection circuit which is most commonly applied. In the control of charge / discharge current of a battery, two current path MOS-
도 3에서 정상상태 동작은 전류패스 FET(313, 314)가 완전히 온 되어 양방향의 전류패스가 가능하도록 충전제어신호(312)를 "High", 방전제어신호(311)을 "High" 로 한다. 이 상태의 등가회로는 도 4-A이다.3, the steady state operation sets the
도 3에서 과충전상태에 들어가면 제어기(305)는 충전제어신호(312)을 "Low", 방전제어신호(311)를 "High" 로 하여 충전을 금지하며, 방전은 전류패스 FET(314)의 벌크노드의 기생 다이오드를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다. 상기 상태의 등가회로는 도 4-B에서 표현하였다.3, the
도 3에서 과방전상태에 들어가면 제어기(305)는 방전제어신호(311)를 "Low", 충전제어신호(312)를 "High" 로 해서 방전을 금지하며, 충전은 전류패스 FET(313)의 벌크노드의 기생 다이오드를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다.상기 상태의 등가회로는 도 4-C에서 표현했다.3, the
도 3에서 0V 배터리가 검출되고, 0V 배터리 충전금지가 설정이 되어 있다면, 충전과 방전은 금지되어야 한다, 종래의 회로는 전류패스 FET(313, 314)를 오프시킨다. 상기 동작의 등가회로는 도4-D와 같다.If a 0V battery is detected in FIG. 3 and a 0V battery charge inhibit is set, charging and discharging should be prohibited, the conventional circuit turns off the
상기된 바와 같이 도 3의 종래회로에서 2개의 전류패스 FET(313, 314)을 사용한 경우에서, 2개의 전류패스 FET을 사용할 경우, 특허출원번호 10-2013-0-67579(도 5) 에서 공개된 바와 같이 배터리와 충전기(부하)사이의 저항이 커지는 문제를 지적하고, 한 개의 전류패스 FET을 사용하는 기술을 공개하고 있다. As described above, in the case where two
일반적으로 배터리가 특정전압 이하에서 충전을 시도하면, 배터리 내부에서 화학적 구조가 변경되면서 가스발생과 같은 폭발의 가능성을 가지게 되는데, 이를 방지하고자 특정전압 이하의 전압에서 충전을 금지하게 된다. 이런 특정전압에 도달한 배터리를 "0V 배터리"라 부른다. Generally, when the battery is attempted to charge at a specific voltage or less, the chemical structure of the battery changes and the battery has a possibility of explosion such as gas generation. To prevent this, charging at a voltage lower than a specific voltage is prohibited. A battery that reaches this specific voltage is called a "0V battery".
본 발명은 한 개의 전류패스 FET을 사용하는 2차 전지의 충방전 제어를 하는 시스템에서, 0V 배터리상태 검출시 전기적으로 배터리와 충전기를 차단하며, 방전패스로의 전류도 억제할 수 있는 제어회로를 제공한다.
The present invention relates to a control circuit for controlling charging and discharging of a secondary battery using one current pass FET, which is capable of electrically blocking a battery and a charger when a 0 V battery state is detected and suppressing a current to a discharging path to provide.
1개의 전류패스 FET만을 사용하는 배터리보호 제어회로에서 0V 배터리 검출시 배터리와 부하/충전기의 사이에 전기적인 방법을 통해 전류패스를 차단하는 방법을 제공한다.
A battery protection control circuit using only one current pass FET provides a method of disconnecting the current path through an electrical method between the battery and the load / charger when a 0V battery is detected.
0V 배터리를 검출하여 충전금지를 하는 본 발명의 구성은 아래와 같다.The configuration of the present invention for detecting a 0 V battery to inhibit charging is as follows.
배터리 제1 단자(100)와 직접 연결되는 충전기(부하) 제1 단자(102)가 있고, 배터리 제2단자(101) 과 충전기(부하) 제2단자(103)사이에 전류패스 FET(114)의 드레인과 소스가 연결되며, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트 와 충전기(부하) 제2단자 사이에 제1 스위치(123)가 연결되며, 상기 전류패스 FET(114)의 벌크 와 충전기(부하) 제2단자 사이에 제2 스위치(124)가 연결되고, 상기 2개의 스위치(123, 124)의 제어입력은 비교기(121)의 출력에 연결되며, 배터리의 전압을 감시하는 비교기(121)은 배터리의 제1단자(100)의 전압과 비교전압(120)연결 한다.
A load
본 발명은 1개의 전류패스 FET을 사용하는 배터리의 충방전 제어회로에서, 0V 배터리가 검출될 경우, 배터리로 충전전류가 유입이 금지되도록 하여, 배터리가 불안정한 상태가 되지 않도록 한다.
In the charge / discharge control circuit of a battery using one current pass FET, when a 0 V battery is detected, charging current is prevented from flowing into the battery so that the battery is not in an unstable state.
도 1 : 본발명의 간단한 실시예
도 1-100:배터리 제1단자, 도 1-101:배터리 제2단자
도 1-102:충전기(부하) 제1단자, 도 1-103: 충전기(부하) 제2단자
도 1-104:배터리
도 1-108:충전기(부하)
도 1-123:제1 로직스위치, 도 1-124:제2 로직스위치
도 1-114:전류패스 FET
도 1-120:기준전압원
도 1-121:비교기
도 2: 본발명의 충전금지 등가회로
도 3 은 종래의 Common Drain Dual 전류패스 FET를 사용하는 배터리 충방전 제어 회로
도 4 A~D 는 종래의 Common Drain Dual 전류패스 FET를 사용하는 배터리 충방전 제어기술에서 각각의 상태에 대한 등가 회로
도 5: 특허출원번호(10-2013-0067579) 1개의 전류패스 FET을 사용하는 배터리 충방전 제어 회로
도 6 : FET의 ID-VGS 그래프Figure 1: Simple Embodiment of the Invention
1-100: Battery first terminal, FIG. 1-101: Battery second terminal
Fig. 1-102: Charger (load) first terminal, Fig. 1-103: Charger (load) second terminal
Figure 1-104:
Figure 1-108: Charger (load)
Figure 1-123: First Logic position, Figure 1-124: Second Logic position
1-114: current path FET
Figure 1-120: Reference voltage source
Figure 1-121: Comparator
2: The charge-inhibition equivalent circuit of the present invention
3 is a circuit diagram of a conventional battery charge / discharge control circuit using a common drain dual current path FET
FIGS. 4A to 4D are diagrams for explaining an equivalent circuit for each state in a battery charge / discharge control technique using a conventional common drain dual current path FET,
5: Patent Application No. (10-2013-0067579) A battery charge / discharge control circuit using one current pass FET
6: ID-VGS graph of FET
1개의 전류패스 FET을 사용하는 배터리 충방전 제어 회로에서, 0V 배터리를 검출하여 충전금지를 하는 본 발명의 실시예는 아래와 같다.In the battery charge / discharge control circuit using one current pass FET, an embodiment of the present invention for detecting a 0 V battery to perform charge inhibition is as follows.
배터리(104)의 제1 단자(100)와 직접 연결되는 충전기(부하)(108)의 제1 단자(102)가 있고, 배터리 제2단자(101) 과 충전기(부하) 제2단자(103)사이에 전류패스 FET(114)의 드레인과 소스가 연결되며, 상기 전류패스 FET(114)의 게이트 와 충전기(부하) 제2단자 사이에 제1 스위치(123)가 연결되며, 상기 제1 스위치(123)는 제어입력이 있으며, 상기 전류패스 FET(114)의 벌크 와 충전기(부하) 제2단자 사이에 제2 스위치(124)가 연결되며, 상기 제2스위치(124)는 제어입력이 있고, 상기 2개의 스위치(123, 124)의 제어입력은 비교기(121)의 출력에 연결되며, 배터리의 전압을 감시하는 비교기(121)은 배터리의 제1단자(100)의 전압과 기준전압원(120)과 연결 한다.There is a
아래 동작을 상세히 설명한다.The following operation will be described in detail.
0V 배터리는 일반적으로 1.4V~1.8V 이하 전압을 가지는 배터리를 칭하는데, 이상태에 도달을 감지하는 것은 비교기(121)가 배터리(104)의 전압을 감시하여 검출할 수있다. 도 1-121의 비교기는 배터리 제1 단자(100)의 전압과 기준전압원(VR:120)을 비교를 하도록 하고 0V 배터리전압에서 제1스위치(123), 제2스위치(124)를 온(ON)시킨다. 상기 스위치(123,124)가 온(ON)된 이후에는 도 2와 같은 모스다이오드(MOS Diode)가 등가적으로 발생하며, 충전방향의 전류는 완전히 차단되어 배터리로 충전전류는 없게 된다. The 0V battery generally refers to a battery having a voltage of 1.4V to 1.8V or less, and sensing the arrival of the ideal state allows the
상기 비교기의 기준전압원(VR:120)은 도 6의 FET의 ID-VGS 그래프에서와 같은 문턱 전압으로 설정하여 0V 배터리전압 이하에서 배터리의 전압이 부하에 전달되는 것을 억제한다.The reference voltage source (VR) 120 of the comparator is set to the same threshold voltage as in the ID-VGS graph of the FET of FIG. 6, thereby suppressing the voltage of the battery from being transferred to the load below 0V battery voltage.
여기서 부하로의 방전을 별도의 수단을 가지지 않으면서 방전금지 방법을 자세히 설명한다. Here, the discharge inhibiting method will be described in detail with no separate means for discharge to the load.
도 6은 일반적인 단품 FET의 ID-VGS그래프이며, 약 1.4V가 문턱 전압(Turn-on Voltage)이다. 따라서 1.4V의 전압을 상기 비교기(121)의 기준전압원(VR:120)으로 한다면, 배터리의 전압과 전류패스 FET(124)의 문턱전압이 같으므로 부하에 전달되는 전류는 이론적으로 "0" 이 된다. 실제는 도 6에서와 같이 문턱 전압 이하에서도 전류가 흐르는데 실제 "0" 이 아니지만 부하에 전달되는 배터리 전압은 작은 량으로 방전전류는 억제된다. Li-ion배터리의 내부의 자연 방전은 타 배터리에 비해 작은 편이지만 계속적인 방전이 이루어지며, 배터리 보호회로에서도 일정부분 소비를 계속하고 있기 때문에, 배터리의 전압은 지속적으로 떨어지게 된다. 따라서 어느 정도 시간이 흐르게 되면 배터리의 전압은 FET의 문턱전압이하가 되어 부하로 부터 완전히 차단된다.FIG. 6 is a graph of the ID-VGS of a general single-component FET, and a voltage of about 1.4 V is a turn-on voltage. Therefore, if a voltage of 1.4 V is used as the reference voltage source (VR) 120 of the
상기 비교기(121)의 배터리(104)의 제1단자(100)의 입력은 배터리 전압과 비례하는 입력으로 할 수도 있으며, 이때는 기준전압원(VR:120) 또한 비례비에 의한 전압으로 변경해야 하며, 최종 0V 배터리 검출전압은 상기 전류패스 FET의 문턱 전압과 같도록 해야 한다. 그리고 상기 비교기의 출력은 필요에 따라서 플립플롭(Flip-Flop)과 같은 수단을 통하여, 제1스위치(123), 제2스위치(124)의 제어입력에 전달하여 좀더 외부 노이즈에 강하게 할 수도 있다. The input of the
또한 제2 스위치는 전류패스 FET(114)의 벌크전압을 규정하기 위한 수단인데, 만약 벌크 노드를 개방한다면, 상기 FET의 문턱 전압은 더 상승하기 때문에 부하에 전달되는 전압을 더욱 낮게 할 수 있다. 따라서 본 발명은 0V 배터리가 검출된 이후에서, 충전방향 전류를 완전히 차단하고, 부하로의 방전방향 전류를 자연적으로 억제하는 안정된 0V 배터리 충전금지를 수행할 수 있는 발명이다.
The second switch is also a means for defining the bulk voltage of the
0V 배터리를 검출하여 충전금지와 방전억제를 하는 본 발명은 1개의 전류패스 FET을 사용하는 배터리 충방전 제어 시스템에 적용할 수 있는 안정된 회로를 제공한다.
The present invention for detecting a 0 V battery and for inhibiting charging and discharging provides a stable circuit applicable to a battery charge / discharge control system using one current pass FET.
104: 배터리
108: 충전기(부하)
114: 전류패스 FET104: Battery
108: Charger (load)
114: current path FET
Claims (1)
배터리의 제1 단자 와 직접 연결되는 충전기(부하)의 제1 단자가 있고,
배터리 제2단자 와 충전기(부하) 제2단자 사이에 한 개의 전류패스 FET의 드레인 과 소스가 연결되며,
전기적 스위치가 있으며,
상기 전기적 스위치는 제어입력이 있으며,
상기 전기적 스위치는 상기 FET의 게이트와 상기 충전기(부하)의 제2단자 사이에 있으며,
상기 전기적 스위치는 상기 제어입력에 의해서 충전기(부하)의 제2단자의 전압을 상기 FET의 게이트에 전달하거나 개방되며,
비교기가 있으며,
기준전압원이 있으며,
상기 기준전압원은 0V 배터리를 검출하는 문턱 전압이며,
상기 비교기는 상기 기준전압원과 상기 배터리의 제1단자 전압을 입력으로 하는 2개의 입력과 제어 출력이 있으며,
상기 비교기의 제어 출력은 상기 전기적 스위치의 제어 입력에 논리적으로 연결되어 0V 배터리 상태에서 충전전류를 금지하고, 방전전류를 억제하는 회로.
A 0V battery charge prohibition control circuit in a structure for controlling charging / discharging of the secondary battery by using one current path control FET;
There is a first terminal of a charger (load) directly connected to a first terminal of the battery,
A drain and a source of one current path FET are connected between the battery second terminal and the charger (load) second terminal,
There is an electrical switch,
The electrical switch has a control input,
The electrical switch is between the gate of the FET and the second terminal of the charger (load)
The electric switch transfers the voltage of the second terminal of the charger (load) to the gate of the FET by the control input,
There is a comparator,
There is a reference voltage source,
The reference voltage source is a threshold voltage for detecting a 0 V battery,
Wherein the comparator has two inputs and a control output for receiving the reference voltage source and a first terminal voltage of the battery,
Wherein the control output of the comparator is logically coupled to a control input of the electrical switch to inhibit charging current in a 0V battery state and to suppress a discharging current.
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