KR20160098873A - Battery protection circuits, package of battery protection circuits module and pattery pack including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 보호회로, 배터리 보호회로 패키지 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 과전류 및 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 보호회로와 이를 컴팩트하게 구현할 수 있는 배터리 보호회로 패키지 및 배터리 팩에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery protection circuit, a battery protection circuit package, and a battery pack including the battery protection circuit. More particularly, the present invention relates to a battery protection circuit capable of effectively preventing overcurrent and overheating, To a battery pack.
일반적으로 휴대폰, PDA 등의 휴대단말기 등에 배터리가 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 휴대단말기 등에 가장 널리 사용되는 배터리로 과충전, 과전류 시에 발열하고, 발열이 지속되어 온도가 상승하게 되면 성능열화는 물론 폭발의 위험성까지 갖는다. 따라서, 과충전, 과방전 및 과전류를 감지하고 배터리의 동작을 차단하는 배터리 보호회로 장치를 배터리에 제공해야 할 필요성이 높아지고 있다. Generally, batteries are used in mobile terminals such as mobile phones and PDAs. Lithium-ion batteries are the most widely used batteries in portable handsets, and they have overcharging and over-currents, and when the temperature rises due to the heat generation, the performance deteriorates as well as the risk of explosion. Accordingly, there is a growing need to provide a battery protection circuit device that detects overcharge, over-discharge, and over-current and blocks operation of the battery.
나아가, 과전류 및 과열을 차단하기 위하여 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 배터리 보호회로 장치와 별도로 추가로 배치할 수 있다. PTC 소자는, 예를 들어, 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시킴으로써 형성될 수 있다. 설정된 온도 이하에서 PTC 소자는 도전성의 연결부재 사이에서 전류가 흐르는 통로가 된다. 그러나 과전류 발생으로 인해 설정 온도 이상이 되면 결정성 고분자가 팽창되어 결정성 고분자에 분산되어 있는 상기 도전성 입자 사이의 연결이 분리되면서 저항이 급격하게 증가된다. 따라서 도전성의 연결부재 사이의 전류의 흐름이 차단되거나 전류의 흐름이 감소된다. 이와 같이 PTC 소자에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있으므로, PTC 소자는 배터리의 파열을 방지하는 안전장치의 역할을 수행한다. 그리고 다시 설정 온도 이하로 냉각되면 PTC 소자에서 결정성 고분자가 수축하여 도전성 입자 사이의 연결이 복원되므로 전류의 흐름이 원활하게 수행될 수 있다. 그러나 이러한 PTC 소자는 부품의 단가가 높아 전체 제조비용이 상승하는 문제점을 가진다. Furthermore, a PTC (Positive Temperature Coefficient) device may be additionally disposed separately from the battery protection circuit device to prevent overcurrent and overheating. The PTC element can be formed, for example, by dispersing the conductive particles in the crystalline polymer. Below the set temperature, the PTC element becomes a passage through which the current flows between the conductive connecting members. However, when the temperature exceeds the set temperature due to the occurrence of the overcurrent, the crystalline polymer swells and the resistance between the conductive particles dispersed in the crystalline polymer is separated and the resistance is rapidly increased. Accordingly, the flow of the current between the conductive connecting members is blocked or the flow of the current is reduced. Since the flow of current can be cut off by the PTC element, the PTC element serves as a safety device for preventing the battery from being ruptured. When the temperature is lower than the set temperature again, the crystalline polymer is shrunk in the PTC device and the connection between the conductive particles is restored, so that the current can flow smoothly. However, such a PTC device has a problem that the manufacturing cost is increased due to a high unit price of the component.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 과전류 및/또는 과열을 효과적으로 차단하면서 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 및 이를 구현하는 배터리 보호회로 패키지 및 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a battery protection circuit advantageous in integration and miniaturization while effectively preventing overcurrent and / or overheating, a battery protection circuit package and a battery pack The purpose. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 관점에 의한 배터리 보호회로 패키지가 제공될 수 있다. 상기 배터리 보호회로 패키지는 일측이 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되고 타측이 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결될 수 있는, 배터리 보호회로 패키지로서, 제 1 차 보호회로 구성 소자; 및 제 2 차 보호회로 구성 소자;를 포함한다. 상기 제 1 차 보호회로 구성 소자는, 제 1 전계효과 트랜지스터 소자와 제 2 전계효과 트랜지스터 소자로 구성되며, 드레인을 공통으로 가지는, 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자; 및 상기 배터리 베어셀의 과방전 상태에서 상기 제 1 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 1 방전차단신호출력단자(제 1 DOUT단자) 및 상기 배터리 베어셀의 과충전 상태에서 상기 제 2 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 1 충전차단신호출력단자(제 1 COUT단자)를 구비하는, 제 1 프로텍션 집적회로(IC) 소자; 를 포함한다. 상기 제 2 차 보호회로 구성 소자는, 제 3 전계효과 트랜지스터 소자와 제 4 전계효과 트랜지스터 소자로 구성되며, 드레인을 공통으로 가지는, 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자; 및 상기 배터리 베어셀의 과열 상태 및/또는 방전시 과전류 상태에서 상기 제 3 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자), 및 상기 배터리 베어셀의 과열 상태 및/또는 충전시 과전류 상태에서 상기 제 4 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)를 구비하는, 제 2 프로텍션 집적회로(IC) 소자; 를 포함한다. A battery protection circuit package according to an aspect of the present invention can be provided. Wherein the battery protection circuit package has one side electrically connected to an electrode terminal of the battery bare cell and the other side electrically connectable to a charger or an electronic device, the battery protection circuit package comprising: a first protection circuit component; And a secondary protection circuit component. The first protection circuit component comprising: a first group of field effect transistor elements comprising a first field effect transistor element and a second field effect transistor element and having a common drain; And a first discharge cutoff signal output terminal (first D OUT terminal) for turning off the first field effect transistor element in an overdischarge state of the battery bare cell, and a second discharge cutoff signal output terminal A first protection integrated circuit (IC) element having a first charge cutoff signal output terminal (first C OUT terminal) for turning off the device; . The second protection circuit component comprises a second group of field effect transistor elements having a third common field effect transistor element and a fourth field effect transistor element and having a common drain; And a second discharge cut-off signal output terminal (second D OUT terminal) for turning off the third field effect transistor element in an over-current state and / or an over-current state of the battery bare cell, And a second charge cutoff signal output terminal (second C OUT terminal) for turning off the fourth field effect transistor element in an overcurrent state upon charging; .
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 상기 배터리 베어셀의 방전시 과전류를 감지할 수 있는 제 1 컴퍼레이터 및 상기 제 1 컴퍼레이터와 병렬로 연결되며 상기 배터리 베어셀의 충전시 과전류를 감지할 수 있는 제 2 컴퍼레이터를 포함하는 비교 회로 소자; 상기 제 1 컴퍼레이터의 출력단 및 상기 제 2 컴퍼레이터의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는 컨트롤 로직 회로 소자; 및 일단은 상기 컨트롤 로직 회로 소자에 연결되고 타단은 상기 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자)에 연결된 제 1 인버터 회로 소자 및 일단은 상기 컨트롤 로직 회로 소자에 연결되고 타단은 상기 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)에 연결된 제 2 인버터 회로 소자로 구성된, 한 쌍의 인버터 회로 소자들;을 구비할 수 있다. In the battery protection circuit package, the second protection integrated circuit device includes a first comparator capable of sensing an overcurrent during discharging of the battery bare cell, and a second comparator connected in parallel with the first comparator, A comparator circuit including a second comparator capable of detecting an overcurrent; A control logic circuit element connected to an output terminal of the first comparator and an output terminal of the second comparator and having a logic circuit capable of performing an arithmetic operation; A first inverter circuit element having one end connected to the control logic circuit element and the other end connected to the second discharge cut-off signal output terminal (second D OUT terminal), one end connected to the control logic circuit element, And a second inverter circuit element connected to the second charge cutoff signal output terminal (second C OUT terminal).
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 비교 회로 소자는 상기 제 1 컴퍼레이터 및 상기 제 2 컴퍼레이터와 병렬로 연결되며 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지할 수 있는 제 3 컴퍼레이터를 더 포함하며, 상기 컨트롤 로직 회로 소자는 상기 제 1 컴퍼레이터의 출력단, 상기 제 2 컴퍼레이터의 출력단 및 상기 제 3 컴퍼레이터의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가질 수 있다. In the battery protection circuit package, the comparison circuit element may further include a third comparator connected in parallel with the first comparator and the second comparator and capable of sensing overheating of the battery bare cell, The logic circuit element may have a logic circuit connected to an output terminal of the first comparator, an output terminal of the second comparator, and an output terminal of the third comparator to perform an arithmetic operation.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자는, 충전전압 및 방전전압을 인가하고 상기 배터리 베어셀의 전압을 감지하는 제 1 VDD 단자, 내부 동작전압에 대한 기준이 되는 제 1 VSS 단자, 및 상기 배터리 베어셀의 충방전 및 과전류 상태를 감지하기 위한 제 1 감지단자(V-단자)를 더 구비하며, 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는, 상기 제 1 VDD 단자와 연결되며 충전전압 및 방전전압을 인가하고 상기 배터리 베어셀의 전압을 감지하는 제 2 VDD 단자, 내부 동작전압에 대한 기준이 되는 제 2 VSS 단자, 상기 배터리 베어셀의 충전시 또는 방전시의 과전류 상태를 감지하기 위하여 상기 제 1 컴퍼레이터 및 상기 제 2 컴퍼레이터로 연결되는 제 1 감지단자(CS단자), 및 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지하기 위하여 상기 제 3 컴퍼레이터로 연결되는 제 2 감지단자(THS단자)를 더 구비할 수 있다. In the battery protection circuit package, the first protection integrated circuit device includes a first VDD terminal for applying a charge voltage and a discharge voltage and sensing a voltage of the battery bare cell, a first VSS terminal And a first sensing terminal (V- terminal) for sensing charge / discharge and overcurrent of the battery bare cell, wherein the second protection integrated circuit device is connected to the first VDD terminal, A second VDD terminal for applying a discharge voltage and sensing a voltage of the battery bare cell, a second VSS terminal for a reference to an internal operating voltage, and a second VSS terminal for sensing an overcurrent state during charging or discharging of the battery bare cell. A first sensing terminal (CS terminal) connected to the first comparator and the second comparator, and a second comparator connected to the third comparator for sensing overheating of the battery bare cell, A second detection result that the terminal (THS terminal) may be further provided.
상기 배터리 보호회로 패키지는 일단이 상기 배터리 베어셀의 전극단자 중 어느 하나와 연결되고, 타단이 상기 제 2 감지단자(THS단자)와 연결된, 써미스터(thermistor)를 더 포함할 수 있다. The battery protection circuit package may further include a thermistor having one end connected to one of the electrode terminals of the battery bare cell and the other end connected to the second sensing terminal (THS terminal).
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 각각 하나의 칩으로 집적화된 소자일 수 있다. In the battery protection circuit package, the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element may be integrated into one chip, respectively.
상기 배터리 보호회로 패키지는 이격된 복수의 리드들을 포함하며, 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 차 보호회로 구성 소자 및 상기 제 2 차 보호회로 구성 소자가 실장되는, 리드프레임; 및 상기 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자, 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자, 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재;를 더 포함함으로써 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다. Wherein the battery protection circuit package includes a plurality of leads spaced apart from each other and electrically connected to an electrode terminal of the battery bare cell, and wherein the first protection circuit component and the second protection circuit component are mounted, frame; And at least one of the first group of field effect transistor elements, the first protection integrated circuit element, the second group of field effect transistor elements, the second protection integrated circuit element, and the plurality of leads The battery protection circuit can be configured without using a separate printed circuit board.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자, 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는, 상기 리드프레임 상에 별도의 반도체 패키지 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라, 표면실장기술에 의하여 상기 리드프레임의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 칩 다이(chip die) 형태로, 실장되어 고정될 수 있다. 상기 전기적 연결부재는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함할 수 있다. In the battery protection circuit package, the first group of field effect transistor elements, the first protection integrated circuit elements, the second group of field effect transistor elements, and the second protection integrated circuit elements are separately formed on the lead frame In a form of a chip die which is not sealed with a separate encapsulant on at least a part of the surface of the lead frame by a surface mounting technique, have. The electrical connecting member may include a bonding wire or a bonding ribbon.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 리드프레임은, 양쪽가장자리부분에 각각 배치되며, 상기 베터리 베어셀의 전극단자와 직접 연결되는, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드; 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 복수의 외부연결단자들을 구성하는, 외부연결단자용 리드; 및 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 상기 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자, 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자가 실장될 수 있는, 소자실장용 리드;를 포함할 수 있다. In the battery protection circuit package, the lead frame may include lead portions for the first internal connection terminal and a lead for the second internal connection terminal, which are respectively disposed at both edge portions and are directly connected to the electrode terminals of the battery bare cell. A lead for an external connection terminal, which is disposed between the lead for the first internal connection terminal and the lead for the second internal connection terminal and constitutes a plurality of external connection terminals; And a plurality of field effect transistor elements arranged between the leads for the first internal connection terminal and the leads for the second internal connection terminal, the first group of field effect transistor elements, the first protection integrated circuit element, And an element mounting lead on which the second protection integrated circuit element can be mounted.
본 발명의 다른 관점에 의한 배터리 보호회로 패키지가 제공될 수 있다. 상기 배터리 보호회로 패키지는 일측이 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되고 타측이 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결될 수 있는, 배터리 보호회로 패키지로서, 기판; 상기 기판 상에 실장되며, 칩 형태로 집적화된, 보호회로 구성 소자; 및 상기 기판 상에 실장되는 전계효과 트랜지스터 소자;를 포함한다. 상기 보호회로 구성 소자는, 상기 배터리 베어셀의 방전시 과전류를 감지할 수 있는 제 1 컴퍼레이터, 상기 배터리 베어셀의 충전시 과전류를 감지할 수 있는 제 2 컴퍼레이터 및 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지할 수 있는 제 3 컴퍼레이터로 이루어진 군에서 선택된 적어도 둘 이상을 포함하되, 선택된 상기 컴퍼레이터의 출력단은 병렬로 연결되는, 비교 회로 소자; 상기 비교 회로 소자의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는 컨트롤 로직 회로 소자; 및 일단은 상기 컨트롤 로직 회로 소자에 연결되고 타단은 상기 전계효과 트랜지스터 소자에 연결될 수 있는 인버터 회로 소자;를 포함한다. A battery protection circuit package according to another aspect of the present invention can be provided. Wherein the battery protection circuit package has one side electrically connected to the electrode terminal of the battery bare cell and the other side electrically connectable to the charger or the electronic device. A protection circuit component mounted on the substrate and integrated in a chip form; And a field effect transistor device mounted on the substrate. The protection circuit component includes a first comparator capable of sensing an overcurrent during discharging of the battery bare cell, a second comparator capable of sensing an overcurrent during charging of the battery bare cell, And a third comparator capable of sensing the output of the comparator, wherein output terminals of the selected comparator are connected in parallel; A control logic circuit element connected to an output terminal of the comparison circuit element and having a logic circuit capable of performing an arithmetic operation; And an inverter circuit element having one end connected to the control logic circuit element and the other end connected to the field effect transistor element.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리 팩이 제공될 수 있다. 상기 배터리 팩은 배터리 베어셀; 및 일측이 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되고 타측이 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결될 수 있는, 전술한 상기 배터리 보호회로 패키지;를 포함함으로써, PTC 구조체에 의하지 않고서도 상기 배터리 베어셀의 과열 및/또는 충방전시의 과전류를 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단하도록 배터리 보호회로를 구현할 수 있다. A battery pack according to another aspect of the present invention can be provided. The battery pack includes a battery bare cell; And the battery protection circuit package described above in which one side is electrically connected to the electrode terminal of the battery bare cell and the other side can be electrically connected to the charger or the electronic device, A battery protection circuit may be implemented to prevent overcharge of the battery bare cell by sensing an over-current and / or an overcurrent during charging / discharging.
본 발명의 그 밖에 또 다른 관점에 의한 배터리 보호회로가 제공될 수 있다. 상기 배터리 보호회로는 일측이 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되고 타측이 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결될 수 있는 배터리 보호회로로서, 과방전 및/또는 과충전을 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단할 수 있으며, 제 1 프로텍션 집적회로(IC)와 제 1 군의 전계효과 트랜지스터를 구비하는, 제 1 차 보호회로; 및 과전류 및/또는 과열을 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단할 수 있으며, 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 상기 제 1 차 보호회로 사이에 전기적으로 연결되며, 제 2 프로텍션 집적회로(IC)와 제 2 군의 전계효과 트랜지스터를 구비하는, 제 2 차 보호회로; 를 포함한다. 상기 제 2 프로텍션 집적회로(IC)는, 컴퍼레이터(comparator)를 포함하는 비교 회로부; 상기 컴퍼레이터의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는 컨트롤 로직 회로부; 및 일단이 상기 컨트롤 로직 회로의 출력단에 연결되고 타단이 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터와 연결된 인버터 회로부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다. A battery protection circuit according to still another aspect of the present invention can be provided. The battery protection circuit is a battery protection circuit having one side electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell and the other side electrically connected to a charger or an electronic device. The battery protection circuit detects overdischarge and / A primary protection circuit capable of blocking a discharge and comprising a first protection integrated circuit (IC) and a first group of field effect transistors; And a second protection integrated circuit (IC), which is electrically connected between the electrode terminal of the battery bare cell and the first secondary protection circuit, and which can prevent charging / discharging of the battery bare cell by detecting an overcurrent and / And a second group of field effect transistors; . The second protection integrated circuit (IC) includes: a comparison circuit part including a comparator; A control logic circuit part having a logic circuit connected to an output terminal of the comparator and capable of performing a calculation operation; An inverter circuit part having one end connected to the output terminal of the control logic circuit and the other end connected to the second group of field effect transistors; And a control unit.
상기 배터리 보호회로에서, 상기 비교 회로부는 상기 배터리 베어셀의 방전시 과전류를 감지할 수 있는 제 1 컴퍼레이터, 상기 배터리 베어셀의 충전시 과전류를 감지할 수 있는 제 2 컴퍼레이터 및 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지할 수 있는 제 3 컴퍼레이터로 이루어진 군에서 선택된 적어도 둘 이상을 포함하되, 선택된 상기 컴퍼레이터의 출력단은 병렬로 연결된다. 상기 인버터 회로부는 서로 병렬로 연결된 제 1 인버터 회로부와 제 2 인버터 회로부를 포함하며, 상기 제 1 인버터 회로부 및 상기 제 2 인버터 회로부는 각각 게이트와 드레인을 공통으로 가지며 서로 병렬로 연결된 n채널 트랜지스터와 p채널 트랜지스터를 포함하되, 상기 n채널 트랜지스터와 p채널 트랜지스터의 공통 게이트는 상기 컨트롤 로직 회로부에 연결되며, 상기 n채널 트랜지스터와 p채널 트랜지스터의 공통 드레인은 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터에 각각 연결된다. 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터는 상기 배터리 베어셀의 전극단자에 연결된 소스 및 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터에 연결된다. In the battery protection circuit, the comparison circuit may include a first comparator capable of sensing an overcurrent during discharging of the battery bare cell, a second comparator capable of sensing an overcurrent during charging of the battery bare cell, And a third comparator capable of detecting an overheating of the comparator, wherein output ends of the selected comparators are connected in parallel. The inverter circuit portion includes a first inverter circuit portion and a second inverter circuit portion connected in parallel to each other. The first inverter circuit portion and the second inverter circuit portion have an n-channel transistor connected in parallel to each other and having a gate and a drain, And a common gate of the n-channel transistor and the p-channel transistor is connected to the control logic circuit portion, and a common drain of the n-channel transistor and the p-channel transistor is connected to the second group of field effect transistors . The second group of field effect transistors are connected to a source connected to the electrode terminal of the battery bare cell and to the second group of field effect transistors.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 과전류 및 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 보호회로와 이를 저비용으로 컴팩트하게 구현할 수 있는 배터리 보호회로 패키지를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the embodiments of the present invention described above, it is possible to provide a battery protection circuit that can effectively prevent overcurrent and overheating, and a battery protection circuit package that can be compactly implemented at a low cost. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로를 포함하는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로를 포함하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로에서 제 2 차 보호회로 구성 소자에 대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 그 밖에 또 다른 일부 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다. 1 is a circuit diagram including a battery protection circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram including a battery protection circuit according to another embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram of a secondary protection circuit component in a battery protection circuit according to some embodiments of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a portion of a battery protection circuit package according to another embodiment of the present invention.
5 is a perspective view illustrating a battery protection circuit package according to another embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view of a battery pack having a battery protection circuit package according to still another embodiment of the present invention.
7 is a perspective view illustrating a battery protection circuit package according to a comparative example of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 대하여 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that throughout the specification, when an element such as a film, region or substrate is referred to as being "on", "connected to", "laminated to", or "coupled to" Quot; coupled ", "coupled ", or " coupled ", or intervening elements may be present, directly on another element. On the other hand, when one element is referred to as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another element, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween do. Like numbers refer to like elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 회로, 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 회로, 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 회로, 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 회로, 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various circuits, elements, components, regions, layers and / or portions, these circuits, elements, components, regions, layers and / It should be understood that the present invention should not be construed as being limited thereto. These terms are only used to distinguish one circuit, element, component, region, layer or section from another circuit, element, component, region, layer or section.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. Also, relative terms such as "top" or "above" and "under" or "below" can be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device in addition to those depicted in the Figures. For example, in the figures the elements are turned over so that the elements depicted as being on the top surface of the other elements are oriented on the bottom surface of the other elements. Thus, the example "top" may include both "under" and "top" directions depending on the particular orientation of the figure.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.
본 발명의 실시예들에서, 리드프레임은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝 된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.In the embodiments of the present invention, the lead frame may be divided into a structure in which the lead terminals are patterned on the metal frame, and a structure and thickness of the lead frame are different from those of the printed circuit board on which the metal wiring layer is formed.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 참조부호에 대하여, 배터리 보호회로의 관점에서는 회로의 개념으로 설명할 수 있으나, 배터리 보호회로 패키지의 관점에서는 소자나 회로부품의 개념으로 설명할 수 있다. 예를 들어, 참조부호 '150'에 대해서, 배터리 보호회로의 관점에서는 '제 2 프로텍션 집적회로'로 설명하되, 배터리 보호회로 패키지의 관점에서는 '제 2 프로텍션 집적회로 소자'로 설명한다. In describing embodiments of the present invention, the same reference numerals can be used to describe the concept of a circuit from the viewpoint of a battery protection circuit, but the concept of a device or a circuit part can be described from the viewpoint of a battery protection circuit package. For example, reference numeral '150' will be referred to as a 'second protection integrated circuit' in the context of a battery protection circuit, and 'second protection integrated circuit device' in the context of a battery protection circuit package.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 집적회로(IC, integrated circuit)는 특정의 복잡한 기능을 처리하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적화한 전자부품을 의미할 수 있다. In describing embodiments of the present invention, an integrated circuit (IC) may mean an electronic component in which many devices are integrated into one chip to process a specific complicated function.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로를 포함하는 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로에서 제 2 차 보호회로 구성 소자에 대한 회로도이다. 1 and 2 are circuit diagrams that include a battery protection circuit in accordance with some embodiments of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram for a secondary protection circuit component in a battery protection circuit according to some embodiments of the present invention. to be.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 배터리 보호회로 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로(100a, 100b)는 배터리 베어셀의 전극단자와 배터리 팩의 출력단자 사이에 연결될 수 있다. 배터리 팩의 출력단자는 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리 보호회로 패키지는 배터리 베어셀의 전극단자에 연결되기 위한 제 1 및 제 2 내부연결단자(B+, B-), 충전시에는 충전기에 연결되고, 방전시에는 배터리 전원에 의하여 동작되는 전자기기(예, 휴대단말기 등)와 연결되기 위한 제 1 및 제 2 외부연결단자(P+, P-)를 구비한다. 제 1 외부연결단자(P+) 및 제 2 외부연결단자(P-)는 전원공급을 위한 것이다. 나아가, 도면에서 도시되지 않았으나, 본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지는 별도의 추가적인 외부연결단자인 제 3 외부연결단자(CF)를 더 구비할 수 있는 바, 제 3 외부연결단자(CF)는 배터리를 구분하여 배터리에 맞게 충전을 하도록 하며, 충전 시 배터리 온도를 감지하는 부품인 써미스터(Thermistor)를 적용함에 있어서 이용할 수 있으며, 기타 기능이 적용되고 단자로서 활용될 수 있다.1 through 3,
본 발명의 일부 실시예들에 의한 배터리 보호회로(100a, 100b)는 제 1 차 보호회로(105) 및 제 2 차 보호회로(106)를 포함한다. The
제 1 차 보호회로(105)는 과방전, 과충전 및/또는 과전류를 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단할 수 있으며, 제 1 프로텍션 집적회로(120)와 적어도 하나 이상의 전계효과 트랜지스터(110)를 포함한다. The
구체적인 예를 들면, 제 1 차 보호회로(105)는 제 1 군의 전계효과 트랜지스터(110), 제 1 프로텍션 집적회로(120), 저항(R1, R2) 및 커패시터(C1, C2)의 연결 구조를 가진다. 제 1 군의 전계효과 트랜지스터(110)는 드레인 공통 구조를 가지는 제 1 전계효과 트랜지스터(110a)와 제 2 전계효과 트랜지스터(110b)로 구성된다. 제 1 전계효과 트랜지스터(110a)와 제 2 전계효과 트랜지스터(110b)는, 예를 들어, n-채널 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Transistor)일 수 있다. For example, the
제 1 프로텍션 집적회로(120)는 저항(R1)을 통하여 배터리 베어셀의 (+)단자와 대응되는 제 1 내부연결단자(B+)에 연결되고 제 1 노드(n1)를 통해 충전전압 또는 방전전압이 인가되는 전압인가와 배터리 베어셀의 전압을 감지하는 단자(VDD 단자), 제 1 프로텍션 집적회로(120) 내부의 동작전압에 대한 기준이 되는 기준단자(VSS 단자), 충방전 및 과전류 상태를 감지하기 위한 감지단자(V- 단자), 과방전 상태에서 제 1 전계효과 트랜지스터(110a)를 오프시키기 위한 제 1 방전차단신호출력단자(제 1 DOUT단자), 과충전 상태에서 제 2 전계효과 트랜지스터(110b)를 오프시키기 위한 제 1 충전차단신호출력단자(제 1 COUT단자)를 갖는다.The first protection integrated
이때, 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 내부는 기준전압 설정부, 기준전압과 충방전 전압을 비교하기 위한 비교부, 과전류 검출부, 충방전 검출부를 구비하고 있다. 여기서 충전 및 방전상태의 판단 기준은 유저가 요구하는 스펙(SPEC)으로 변경이 가능하며 그 정해진 기준에 따라 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 각 단자별 전압차를 인지하여 충ㆍ방전상태를 판정한다.Inside the first protection integrated
제 1 프로텍션 집적회로(120)는 방전 시에 과방전 상태에 이르게 되면, 제 1 방전차단신호출력단자(제 1 DOUT단자)는 로우(LOW)로 되어 제 1 전계효과 트랜지스터(110a)를 오프 시키고, 과충전 상태에 이르게 되면 제 1 충전차단신호출력단자(제 1 COUT단자)가 로우(LOW)로 되어 제 2 전계효과 트랜지스터(110b)를 오프 시키고, 과전류가 흐르는 경우에는 충전 시에는 제 2 전계효과 트랜지스터(110b), 방전 시에는 제 1 전계효과 트랜지스터(110a)를 오프 시키도록 구성되어 있다. When the first protection integrated
저항(R1)과 커패시터(C1)는 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 공급전원의 변동을 안정시키는 역할을 한다. 저항(R1)은 배터리의 전원 공급 노드인 제 1 노드(n1)와 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 VDD 단자 사이에 연결되고, 커패시터 소자(C1)는 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 VDD 단자와 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 VSS 단자 사이에 연결된다. 여기서 제 1 노드(n1)는 제 1 내부연결단자(B+)와 제 1 외부연결단자(P+)에 연결되어 있다. 저항(R1)의 저항값을 크게 하면 전압 검출 시 제 1 프로텍션 집적회로(120) 내부에 침투되는 전류에 의해서 검출전압이 높아지기 때문에 저항(R1)의 저항값은 1KΩ 이하의 적당한 값으로 설정될 수 있다. 또한 안정된 동작을 위해서 커패시터(C1)의 용량값은 0.01μF 이상의 적당한 값을 가질 수 있다.The resistor R1 and the capacitor C1 serve to stabilize the variation of the power supply of the first protection integrated
그리고 저항(R1), 저항(R2)은 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 절대 최대정격을 초과하는 고전압 충전기 또는 충전기가 거꾸로 연결되는 경우 전류 제한 저항이 된다. 저항(R2)은 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 단자(V-)와 제 2 전계효과 트랜지스터 소자(110b)의 소스 단자(S2)가 연결된 제 2 노드(n2) 사이에 연결된다. 저항(R1), 저항(R2)은 전원소비의 원인이 될 수 있으므로 통상적으로 저항(R1)에서의 저항값과 저항(R2)에서의 저항값의 합은 1KΩ 보다 크게 설정될 수 있다. 그리고 저항(R2)의 저항값이 너무 크다면 과충전 차단 후에 복귀가 일어나지 않을 수 있으므로, 저항(R2)의 저항값은 10KΩ 또는 그 이하의 값으로 설정될 수 있다.The resistor R1 and the resistor R2 become a current limiting resistor when the high voltage charger or the charger exceeding the absolute maximum rating of the first protection integrated
커패시터(C2)는 제 2 노드(n2)(또는 제 2 외부연결단자(P-))와 제 1 전계효과 트랜지스터(110a)의 소스 단자(S1)(또는 VSS 단자) 사이에 연결되는 구조를 가진다. 커패시터(C2)는 상기 배터리 보호회로 제품의 특성에 크게 영향을 끼치지는 않지만, 유저의 요청이나 안정성을 위해 추가되고 있다. 커패시터(C2)는 전압변동이나 외부 노이즈에 대한 내성을 향상시켜 시스템을 안정화시키는 효과를 위한 것이다.The capacitor C2 is connected between the second node n2 (or the second external connection terminal P-) and the source terminal S1 (or the VSS terminal) of the first
그리고 도면에 도시되지 않았으나, ESD(Electrostatic Discharge), 서지(surge) 보호를 위하여, 저항 및 배리스터가 서로 병렬 연결되는 구조가 제 3 외부연결단자(CF)와 상기 제 2 노드(n2)(또는 제 2 외부연결단자(P-)) 사이에 연결 배치될 수 있다. 배리스터 소자는 과전압 발생시 저항이 낮아지는 소자로, 과전압이 발생되는 경우 저항이 낮아져 과전압으로 인한 회로손상 등을 최소화할 수 있다.Although not shown in the drawing, a structure in which resistors and varistors are connected in parallel to each other for protection of ESD (Electrostatic Discharge) and surge is connected between a third external connection terminal CF and the
전술한 본 발명의 배터리 보호회로 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로(100a, 100b)에서, 전계효과 트랜지스터(110), 제 1 프로텍션 집적회로(120) 및 수동소자(저항, 커패시터)의 구성이나 개수, 배치 등은 예시적이며 보호회로의 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.In the
한편, 본 발명의 배터리 보호회로 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로(100a, 100b)는 제 1 차 보호회로(105)와 배터리 베어셀의 전극단자 사이에 전기적으로 연결된, 제 2 차 보호회로(106)를 포함할 수 있다. 제 2 차 보호회로(106)는 과전류 및/또는 과열을 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단할 수 있도록 구성된다. The
제 2 차 보호회로(106)는 제 2 군의 전계효과 트랜지스터(170)와 제 2 프로텍션 집적회로(150)를 포함한다. The
제 2 군의 전계효과 트랜지스터(170)는, 드레인을 공통으로 가지는, 제 3 전계효과 트랜지스터(170a)와 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)를 포함할 수 있다. 제제 3 전계효과 트랜지스터(170a)와 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)는, 예를 들어, n채널 트랜지스터로 구성될 수 있다. 제 2 군의 전계효과 트랜지스터(170)은, 예를 들어, n채널의 듀얼 모스펫(Dual MOSFET)으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 제 3 전계효과 트랜지스터(170a)의 소스(S1)는 배터리 베어셀의 전극단자(B-)에 연결되며, 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)의 소스(S2)는 제 1 전계효과 트랜지스터(110a)의 소스(S1)에 연결될 수 있다. 제 3 전계효과 트랜지스터(170a)의 소스(S1)와 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)의 소스(S2) 사이에는 추가적인 커패시터가 개재될 수 있다. The second group of
제 2 프로텍션 집적회로(150)는 컴퍼레이터(comparator)를 포함하는 비교 회로부(152); 상기 컴퍼레이터의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는 컨트롤 로직 회로부(154); 및 일단이 컨트롤 로직 회로부(154)의 출력단에 연결되고 타단이 제 2 군의 전계효과 트랜지스터(170)와 연결된 인버터 회로부(156, 157);를 포함한다. The second protection integrated
구체적으로, 비교 회로부(152)는 배터리 베어셀의 방전시 과전류를 감지할 수 있는 제 1 컴퍼레이터(152a), 배터리 베어셀의 충전시 과전류를 감지할 수 있는 제 2 컴퍼레이터(152b) 및 배터리 베어셀의 과열을 감지할 수 있는 제 3 컴퍼레이터(152c)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 둘 이상을 포함하되, 선택된 둘 이상의 컴퍼레이터의 출력단은 병렬로 컨트롤 로직 회로부(154)에 연결된다. Specifically, the
컴퍼레이터는 비교기의 의미를 가지며, 2개의 신호전압의 대소를 정확히 비교하여 스위치와 같은 동작을 수행할 수 있다. OP 앰프는 2개의 입력단자가 있으며, 전압이득이 크다는 점에서 컴퍼레이터로 활용될 수 있다. The comparator has the meaning of a comparator, and can perform the same operation as a switch by comparing the magnitude of two signal voltages accurately. The OP amplifier has two input terminals and can be used as a comparator in that the voltage gain is large.
예를 들어, 제 1 컴퍼레이터(152a)에 적용되는 OP 앰프의 반전입력단자(-, inverting input terminal)에는 독립전압원(152d)에 의하여 소정의 기준전압이 입력되며, 비반전입력단자(+, non-inverting input terminal)에는 배터리 베어셀의 방전 과정에서 단자(CS)를 통하여 인가된 전압이 조절되어 입력된다. For example, a predetermined reference voltage is input to an inverting input terminal (-, inverting input terminal) of the OP amplifier applied to the
또한, 제 2 컴퍼레이터(152b)에 적용되는 OP 앰프의 반전입력단자(-, inverting input terminal)에는 독립전압원(152e)에 의하여 소정의 기준전압이 입력되며, 비반전입력단자(+, non-inverting input terminal)에는 배터리 베어셀의 충전 과정에서 단자(CS)를 통하여 인가된 전압이 조절되어 입력된다. A predetermined reference voltage is input to the inverting input terminal of the OP amplifier applied to the
또한, 제 3 컴퍼레이터(152c)에 적용되는 OP 앰프의 반전입력단자(-, inverting input terminal)에는 독립전압원(152f)에 의하여 소정의 기준전압이 입력되며, 비반전입력단자(+, non-inverting input terminal)에는 배터리 베어셀의 충방전 과정에서 써미스터(160)와 연결된 단자(THS)를 통하여 인가된 전압이 조절되어 입력된다. 써미스터(160)는 배터리 베어셀의 (+)단자 및 제 1 내부연결단자(B+)에 연결된다. A predetermined reference voltage is input to the inverting input terminal of the OP amplifier applied to the
컨트롤 로직 회로부(154)는, 예를 들어, OR 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가질 수 있다. 컨트롤 로직 회로부(154)의 OR 연산 동작에 의하여, 방전 중의 과전류; 충전 중의 과전류; 및 과열; 중의 적어도 어느 하나만을 감지하여도 배터리의 충방전을 차단할 수 있게 된다. The
인버터 회로부(156, 157)는 서로 병렬로 연결된 제 1 인버터 회로부(156)와 제 2 인버터 회로부(157)를 포함하며, 제 1 인버터 회로부(156) 및 제 2 인버터 회로부(157)는 각각 게이트와 드레인을 공통으로 가지며 서로 병렬로 연결된 n채널 트랜지스터(156b, 157b)와 p채널 트랜지스터(156a, 157a)를 포함한다. 제 1 인버터 회로부(156)에서 n채널 트랜지스터(156b)와 p채널 트랜지스터(156a)의 공통 게이트는 컨트롤 로직 회로부(154)에 연결되며, n채널 트랜지스터(156b)와 p채널 트랜지스터(156a)의 공통 드레인은 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자)를 통하여 제 3 전계효과 트랜지스터(170a)에 연결된다. 제 2 인버터 회로부(157)에서 n채널 트랜지스터(157b)와 p채널 트랜지스터(157a)의 공통 게이트는 컨트롤 로직 회로부(154)에 연결되며, n채널 트랜지스터(157b)와 p채널 트랜지스터(157a)의 공통 드레인은 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)를 통하여 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)에 연결된다.The
또한, 제 2 프로텍션 집적회로(150)는 다른 회로와 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나 이상의 단자(VDD, VSS, CS, THS, Dout, Cout)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 2 프로텍션 집적회로(150)는 배터리 베어셀의 과열 상태 및/또는 방전시 과전류 상태에서 제 3 전계효과 트랜지스터(170a)를 오프시키기 위한 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자), 및 배터리 베어셀의 과열 상태 및/또는 충전시 과전류 상태에서 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)를 오프시키기 위한 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)를 구비한다. 또한, 제 2 프로텍션 집적회로(150)는 제 1 프로텍션 집적회로(120)의 제 1 VDD 단자와 연결되며 충전전압 및 방전전압을 인가하고 배터리 베어셀의 전압을 감지하는 제 2 VDD 단자, 내부 동작전압에 대한 기준이 되는 제 2 VSS 단자, 배터리 베어셀의 충전시 또는 방전시의 과전류 상태를 감지하기 위하여 제 1 컴퍼레이터(152a) 및 제 2 컴퍼레이터(152b)로 연결되는 제 1 감지단자(CS단자), 및 배터리 베어셀의 과열을 감지하기 위하여 제 3 컴퍼레이터(152c)로 연결되는 제 2 감지단자(THS단자)를 구비할 수 있다. Also, the second protection integrated
상술한 제 2 차 보호회로(106)의 구성에 의하면, 소정의 설정값과 비교하여 방전 중의 과전류가 감지되거나, 충전 중의 과전류가 감지되거나, 과열이 감지되는 경우에는, 제 2 군의 전계효과 트랜지스터(170)가 오프(off)되어 배터리 베어셀의 충방전이 방지될 수 있다. 또한, 소정의 설정값과 비교하여 방전 중의 과전류가 감지되지 않고, 충전 중의 과전류가 감지되지 않고, 과열이 감지되지 않는 경우에는, 제 2 군의 전계효과 트랜지스터(170)가 전류를 차단하지 않으면서 배터리 베어셀의 충방전이 수행될 수 있다. According to the configuration of the
표 1은 다양한 조건에서 제 2 차 보호회로(106)의 동작 구성을 나타낸 표이다. Table 1 is a table showing the operation configuration of the
Cout : HighD out : Low
C out : High
Cout : LowD out : High
C out : Low
Cout : LowD out : Low
C out : Low
Cout : LowD out : High
C out : Low
표 1을 참조하면, 제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(CS)를 통하여 방전시의 과전류를 감지하는 경우, 상술한 비교 회로부(152), 컨트롤 로직 회로부(154) 및 인버터 회로부(156, 157)를 순차적으로 거쳐 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자)는 로우(Low)로 설정되어 제 3 전계효과 트랜지스터(170a)를 오프시킴으로써 배터리의 방전을 차단하게 된다. 다시, 충전기를 연결하여 충전 모드로 복귀하거나 부하(SET)를 제거함으로써 제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(CS) 전압이 소정의 제 1 설정전압(예를 들어, 35mV ± 5mV) 보다 작게 되는 경우 과전류 차단 후에 복귀가 구현된다. Referring to Table 1, the
제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(CS)를 통하여 충전시의 과전류를 감지하는 경우, 상술한 비교 회로부(152), 컨트롤 로직 회로부(154) 및 인버터 회로부(156, 157)를 순차적으로 거쳐 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)는 로우(Low)로 설정되어 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)를 오프시킴으로써 배터리의 충전을 차단하게 된다. 다시, 충전기를 제거하여 방전 모드로 복귀하거나 부하(SET)를 연결함으로써 제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(CS) 전압이 소정의 제 2 설정전압(예를 들어, -35mV ± 5mV) 보다 크게 되는 경우 과전류 차단 후에 복귀가 구현된다. The
제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(THS)를 통하여 과열을 감지하는 경우, 상술한 비교 회로부(152), 컨트롤 로직 회로부(154) 및 인버터 회로부(156, 157)를 순차적으로 거쳐 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자) 및 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)는 로우(Low)로 설정되어 제 3 전계효과 트랜지스터(170a) 및 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)를 오프시킴으로써 배터리의 충방전을 차단하게 된다. 다시, 검출 온도가 감소됨으로써 제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(THS) 전압이 소정의 제 3 설정전압(예를 들어, 써미스터(160)에서 검출되는 전압) 보다 작게 되는 경우 과열 차단 후에 복귀가 구현된다.The control
제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(THS)를 통하여 과충전을 감지하는 경우, 상술한 비교 회로부(152), 컨트롤 로직 회로부(154) 및 인버터 회로부(156, 157)를 순차적으로 거쳐 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)는 로우(Low)로 설정되어 제 4 전계효과 트랜지스터(170b)를 오프시킴으로써 배터리의 충전을 차단하게 된다. 다시, 제 2 프로텍션 집적회로(150)의 단자(VDD) 전압이 소정의 제 4 설정전압(예를 들어, 4~5V ± 20mV) 보다 작게 되는 경우 과충전 차단 후에 복귀가 구현된다.The control
상술한 제 2 프로텍션 집적회로(150)는 직접회로(IC)의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 비교 회로부(152), 컨트롤 로직 회로부(154) 및 인버터 회로부(156)를 구현하는 소자들이 하나의 칩 안에 집적화되어 제공될 수 있다. The second protection integrated
지금까지 설명한 제 2 프로텍션 집적회로(150) 및 제 2 군의 전계효과 트랜지스터(170)으로 구성된 제 2 차 보호회로(106)에 의하면, 고가(高價)의 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 사용하지 않고서도 과전류 및 과열을 효과적으로 차단할 수 있다는 유리한 효과를 기대할 수 있다. According to the
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다. FIG. 4 is a perspective view illustrating a portion of a battery protection circuit package according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a perspective view illustrating a battery protection circuit package according to another embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 외부연결단자들(P+, P-), 내부연결단자(B+, B-)를 포함하는 도 1 내지 도 2의 배터리 보호회로(100a, 100b)를 구현하는 배터리 보호회로 패키지(300)가 제공된다. 4 to 5, a battery (not shown) for implementing the
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는, 이격된 복수의 리드들을 포함하며, 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되는 리드프레임(50)을 구비한다. 도 1 내지 도 2에 도시된 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150), 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170) 및 수동소자(130)는 리드프레임(50) 상에 실장된다. 여기에서 수동소자(130)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 저항 소자, 써미스터 소자 및/또는 커패시터 소자를 의미한다. 특히, 제 2 프로텍션 집적회로(150)는 하나의 칩으로 구현될 수 있으며, 비교 회로 소자(152), 컨트롤 로직 회로 소자(154), 및 인버터 회로 소자(156)는 상기 하나의 칩 내에 집적화될 수 있다. The battery
한편, 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110)와 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120)는 적층되어 배치되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 적층되지 않고 서로 이격하여 배치될 수 있다. 또한, 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150)와 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170)는 적층되어 배치되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 적층되지 않고 서로 이격하여 배치될 수 있다. Meanwhile, although the first group of field
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150), 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170), 수동소자(130) 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재(220)를 더 포함함으로써 별도의 인쇄회로기판(PCB)을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다. 전기적 연결부재(220)는 본딩 와이어 또는 본딩 리본 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 리드프레임은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.In addition, the battery
본딩 와이어나 본딩 리본과 같은 전기적 연결부재(220)를 리드프레임(50) 상에 배치하여 회로를 구성하므로, 배터리 보호회로를 구성하기 위한 리드프레임(50)을 설계하고 제조하는 과정이 단순화될 수 있다는 중요한 이점을 가진다. 만약, 본 발명의 실시예들에서 상술한 전기적 연결부재를 배터리 보호회로를 구현함에 있어서 도입하지 않는다면 리드프레임(50)을 구성하는 복수의 리드들의 구성이 매우 복잡하게 되므로 적절한 리드프레임(50)을 효과적으로 제공하는 것이 용이하지 않을 수 있다. The process of designing and manufacturing the
본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는 리드프레임(50) 상에 실장된 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150), 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170), 수동소자(130)를 밀봉하는 봉지재(250)를 구비한다. 봉지재(250)는, 예를 들어, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)를 포함할 수 있다. A battery
한편, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150) 및/또는 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170)는 리드프레임(50) 상에 반도체 패키지의 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라 표면실장기술(Surface Mounting Technology)에 의하여 리드프레임(50)의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 웨이퍼에서 소잉(sawing)된 칩 다이(chip die) 형태로, 실장되어 고정될 수 있다. 여기에서, 칩 다이(chip die)라 함은 어레이 형태의 복수의 구조체(예를 들어, 프로텍션 집적회로, 전계효과 트랜지스터)가 형성된 웨이퍼 상에 별도의 봉지재로 밀봉하지 않고 소잉 공정을 수행하여 구현된 개별적인 구조체를 의미한다. 즉, 리드프레임(50) 상에 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150), 및 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 실장할 때에는 별도의 봉지재로 밀봉하지 않은 상태에서 실장한 이후에, 후속의 봉지재(250)에 의하여 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150), 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170)를 밀봉하므로, 배터리 보호회로 패키지(300)를 구현함에 있어서 봉지재를 형성하는 공정을 한 번만 수행할 수 있다. 이에 반하여, 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150), 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170)를 인쇄회로기판(PCB)에 별도로 삽입하여 고정하거나 실장하는 경우는, 각 부품에 대하여 한 번의 몰딩 공정이 먼저 필요하고, 인쇄회로기판 상에 고정하거나 실장한 이후에 실장된 각 부품에 대하여 또 한 번의 몰딩 공정이 추가로 필요하므로, 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높아질 수 있다. On the other hand, the first protection integrated
한편, 본 발명의 변형된 다른 실시예에서는, 수동소자(130), 제 1 프로텍션 집적회로 소자(120), 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자(110), 제 2 프로텍션 집적회로 소자(150), 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자(170) 등이 실장되는 기판이 리드프레임(50)이 아니라 인쇄회로기판으로 구성될 수 있거나, 리드프레임 상에 배치된 인쇄회로기판으로 구성될 수도 있다. In another modified embodiment of the present invention, the
도 6은 본 발명의 그 밖에 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.6 is an exploded perspective view of a battery pack having a battery protection circuit package according to still another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 배터리 캔(400) 내에 내장된 배터리 베어셀의 상부면과 상부케이스(500) 사이에 상술한 배터리 보호회로 패키지(300)가 삽입되어 배터리 팩(600)을 구성하게 된다. 상부케이스(500)는 플라스틱 및/또는 금속 재질로 외부연결단자들(P+, CF, P-)이 노출될 수 있도록 대응되는 부분에 관통홀(550)이 형성되어 있다. Referring to FIG. 6, the battery
상기 배터리 베어셀은 전극 조립체와 캡 조립체를 포함하여 구성된다. 상기 전극 조립체는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포해서 형성된 양극판, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포해서 형성된 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 두 극판의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터로 이루어질 수 있다. 상기 전극 조립체에는 상기 양극판에 부착된 양극탭과 상기 음극판에 부착된 음극탭이 인출되어 있다. The battery bare cell includes an electrode assembly and a cap assembly. The electrode assembly includes a positive electrode plate formed by applying a positive electrode active material to a positive electrode collector, a negative electrode plate formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode collector, and a negative electrode plate interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The separator may be made of a separator. The positive electrode tab attached to the positive electrode plate and the negative electrode tab attached to the negative electrode plate are drawn out from the electrode assembly.
상기 캡 조립체는 음극단자(410), 가스켓(420), 캡 플레이트(430) 등을 포함한다. 캡 플레이트(430)는 양극단자의 역할을 할 수 있다. 음극단자(410)는 음극셀 또는 전극셀로 명명될 수도 있다. 가스켓(420)은 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 절연시키기 위하여 절연성 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 베어셀의 전극단자는 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 포함할 수 있다. The cap assembly includes an
배터리 베어셀의 전극단자는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 플레이트(430) 내의 중앙에 배치되는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 포함하며, 제 1 내부연결단자용 리드(B+)는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 접합하여 전기적으로 연결되고, 제 2 내부연결단자용 리드(B-)는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)과 접합하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 리드프레임(50)의 길이는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)의 일단에서 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)까지의 길이(L/2)에 해당할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 기준으로 상단 부분의 편측 영역만을 사용하여 배터리 보호회로 패키지모듈(300)을 장착하므로, 배터리의 소형화 또는 고용량화를 구현할 수 있다. 예를 들어, 전극셀(410)의 다른 편측 영역에 셀을 더 형성하여 배터리 용량을 늘이거나 또는 다른 추가 기능을 갖는 칩 등을 배치함으로써 이러한 배터리를 갖는 응용제품의 소형화에 기여할 수 있다.The electrode terminal of the battery bare cell includes a
이하에서는, 배터리 보호회로 소자에서의 과전류를 차단하기 위하여 배터리 보호회로 패키지와 별도로 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 추가로 배치하는 본 발명의 비교예를 검토하면서 본 발명의 실시예들과의 차이점을 설명한다. Hereinafter, a comparative example of the present invention in which a PTC (Positive Temperature Coefficient) element is additionally disposed in addition to the battery protection circuit package in order to block the overcurrent in the battery protection circuit element will be described, Explain.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다. 7 is a perspective view illustrating a battery protection circuit package according to a comparative example of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 비교예에서는 제 2 차 보호회로 구성 소자(106) 대신에 PTC 구조체(350)가 제공된다. 즉, 도 7에 도시된 배터리 보호회로 패키지(300)의 내부에는 제 2 차 보호회로 구성 소자(106)가 내장되어 있지 않으며, 배터리 보호회로 패키지(300)의 일단에 PTC 구조체(350)가 결합되어 제공된다. Referring to FIG. 7, in the comparative example of the present invention, a
PTC 구조체(350)는 PTC 소자(310), PTC 소자(310)의 상면 및 하면 중 어느 하나의 면인 제 1 면에 부착된 금속층(320), 및 PTC 소자(310)의 상면 및 하면 중 나머지 하나의 면인 제 2 면에 부착된 도전성의 연결부재(330, 340)를 포함한다. 금속층(320)은 제 1 내부연결단자용 리드(B+) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B-) 중에서 선택된 어느 하나의 리드와 접합되고, 연결부재(330, 340)은 배터리 베어셀의 전극단자와 접합될 수 있다. 예를 들어, 금속층(320), 연결부재(330, 340) 및/또는 리드프레임(50)은 니켈, 구리, 니켈 도금된 구리 또는 기타 금속으로 이루어질 수도 있다. 금속층(320)은 제 1 내부연결단자용 리드(B+) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B-) 중에서 선택된 어느 하나의 리드와 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering) 및 도전성 접착제(예를 들어, 도전성 에폭시), 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방식으로 접합될 수 있다. The
PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자(310)는, 예를 들어, 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시켜 형성할 수 있다. 따라서 설정된 온도 이하에서 PTC 소자(310)는 금속층(320)과 도전성의 연결부재(330, 340) 사이에서 전류가 흐르는 통로가 된다. 그러나 과전류 발생으로 인해 설정 온도 이상이 되면 결정성 고분자가 팽창되어 결정성 고분자에 분산되어 있는 상기 도전성 입자 사이의 연결이 분리되면서 저항이 급격하게 증가된다. 따라서 금속층(320)과 도전성의 연결부재(330, 340) 사이의 전류의 흐름이 차단되거나 전류의 흐름이 감소된다. 이와 같이 PTC 소자(310)에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있으므로, PTC 소자(310)는 배터리의 파열을 방지하는 안전장치의 역할을 수행한다. 그리고 다시 설정 온도 이하로 냉각되면 PTC 소자(310)는 결정성 고분자가 수축하여 도전성 입자 사이의 연결이 복원되므로 전류의 흐름이 원활하게 이루어진다.The PTC (Positive Temperature Coefficient)
배터리 보호회로 패키지(300)를 구성하는 리드프레임(50)은 PTC 구조체를 개재하여 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 단자 리드프레임(50)의 제 2 내부연결단자용 리드(B-)는 PTC 구조체(350)를 개재하여 배터리 베어셀의 음극단자(410)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 리드프레임(50)의 제 2 내부연결단자용 리드(B-)는 금속층(320)과 접합되고 PTC 소자(310)를 거쳐 도전성의 연결부재(330, 340)을 거쳐 배터리 베어셀의 음극단자(410)에 전기적으로 연결된다. 이 경우, 금속층(320)은 PTC 소자(310)의 일면 상에서 상기 상면 내에 한정되어 구성되고, 연결부재(330, 340)은 PTC 소자(310)의 타면 상에서 상기 배터리 베어셀의 음극단자(410)까지 신장되도록 구성될 수 있다. The
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 보호회로 패키지 및 이를 구비하는 배터리 팩은 본 발명의 비교예와 대비하여 다음과 같은 유리한 효과를 가진다. The battery protection circuit package and the battery pack having the same according to the embodiments of the present invention have the following advantageous effects compared with the comparative example of the present invention.
첫째, 본 발명의 실시예들에서는 PTC 구조체보다 상대적으로 부품 단가가 낮은 전자 부품을 사용하면서도 효과적으로 과전류를 차단할 수 있다. 일반적으로 PTC 구조체의 단가가 높아 배터리 보호회로 장치의 생산단가를 상승시키는 주요한 원인이 되고 있다. 본 발명에 따르면 이러한 문제점을 효과적으로 극복할 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 보호회로 패키지와 관련하여 배치된 PTC 구조체를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 그 밖에도, 배터리 보호회로 패키지와 관련하여 배치된 퓨즈나 OTC(Overcurrent Trip Coil)를 대체할 수 있다. First, in the embodiments of the present invention, it is possible to effectively block the overcurrent while using an electronic component having a relatively lower component cost than the PTC structure. In general, the cost of the PTC structure is high, which is a major cause of increasing the production cost of the battery protection circuit device. According to the present invention, it is expected that this problem can be effectively overcome. In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to replace the PTC structure disposed in association with the battery protection circuit package, as well as a fuse or OTC (Over Current Trip Coil) . ≪ / RTI >
둘째, PTC 구조체는 배터리 보호회로 패키지의 외부에 배치되기 때문에 PTC 구조체와 배터리 보호회로 패키지를 접합하는 공정이 추가적으로 필요하며, 접합 공정의 불량에 따른 구조체의 강도 저하가 수반될 수 있다. 즉, PTC 구조체(350)의 금속층(320)과 배터리 보호회로 패키지(300)의 제 2 내부연결단자용 리드(B-)를 레이저 용접이나 저항용접 등으로 접합하는 공정이 추가적으로 필요하며, 접합된 어셈블리의 구조적 강도는 상대적으로 취약할 수 있다. 이에 반하여, 본 발명의 실시예들에서는 과전류를 차단하기 위한 제 2 차 보호회로 구성 소자(106)가 배터리 보호회로 패키지(300)의 봉지재(250)에 의하여 밀봉되는 구조를 가지므로 어셈블리의 구조적 강도가 양호하다는 유리한 효과를 기대할 수 있다. Second, since the PTC structure is disposed outside the battery protection circuit package, a process of bonding the PTC structure and the battery protection circuit package is additionally required, and the strength of the structure may be reduced due to a failure in the bonding process. That is, a process of joining the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100a, 100b : 배터리 보호회로
105 : 제 1 차 보호회로
106 : 제 2 차 보호회로
110 : 제 1 군의 전계효과 트랜지스터
120 : 제 1 프로텍션 집적회로
150 : 제 2 프로텍션 집적회로
170 : 제 2 군의 전계효과 트랜지스터
152 : 비교 회로부
154 : 컨트롤 로직 회로부
156, 157 : 인버터 회로부
50 : 리드프레임
300 : 배터리 보호회로 패키지100a, 100b: battery protection circuit
105: Primary protection circuit
106: Secondary protection circuit
110: a first group of field-effect transistors
120: first protection integrated circuit
150: Second protection integrated circuit
170: a second group of field-effect transistors
152:
154: Control logic circuit
156, 157: inverter circuit section
50: Lead frame
300: Battery protection circuit package
Claims (14)
제 1 차 보호회로 구성 소자; 및 제 2 차 보호회로 구성 소자;를 포함하되,
상기 제 1 차 보호회로 구성 소자는,
제 1 전계효과 트랜지스터 소자와 제 2 전계효과 트랜지스터 소자로 구성되며, 드레인을 공통으로 가지는, 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자; 및
상기 배터리 베어셀의 과방전 상태에서 상기 제 1 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 1 방전차단신호출력단자(제 1 DOUT단자) 및 상기 배터리 베어셀의 과충전 상태에서 상기 제 2 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 1 충전차단신호출력단자(제 1 COUT단자)를 구비하는, 제 1 프로텍션 집적회로(IC) 소자; 를 포함하고,
상기 제 2 차 보호회로 구성 소자는,
제 3 전계효과 트랜지스터 소자와 제 4 전계효과 트랜지스터 소자로 구성되며, 드레인을 공통으로 가지는, 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자; 및
상기 배터리 베어셀의 과열 상태 및/또는 방전시 과전류 상태에서 상기 제 3 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자), 및 상기 배터리 베어셀의 과열 상태 및/또는 충전시 과전류 상태에서 상기 제 4 전계효과 트랜지스터 소자를 오프시키기 위한 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)를 구비하는, 제 2 프로텍션 집적회로(IC) 소자; 를 포함하는,
배터리 보호회로 패키지.A battery protection circuit package, wherein one side is electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell and the other side can be electrically connected to a charger or an electronic device,
A first protection circuit component; And a secondary protection circuit component,
Wherein the first protection circuit component comprises:
A first group of field effect transistor elements comprising a first field effect transistor element and a second field effect transistor element and having a common drain; And
A first discharge cutoff signal output terminal (first D OUT terminal) for turning off the first field effect transistor element in an overdischarge state of the battery bare cell, and a second discharge cutoff signal output terminal (First C OUT terminal) for turning off the first charge blocking signal output terminal (first C OUT terminal) for turning off the first charge blocking signal output terminal Lt; / RTI >
Wherein the second protection circuit component comprises:
A second group of field effect transistor elements having a third common field effect transistor element and a fourth field effect transistor element and having a common drain; And
A second discharge cut-off signal output terminal (second D OUT terminal) for turning off the third field effect transistor element in an over-current state and / or an over-current state of the battery bare cell, And a second charge blocking signal output terminal (second C OUT terminal) for turning off the fourth field effect transistor element in an overcurrent state upon charging; / RTI >
Battery protection circuit package.
상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는
상기 배터리 베어셀의 방전시 과전류를 감지할 수 있는 제 1 컴퍼레이터 및 상기 제 1 컴퍼레이터와 병렬로 연결되며 상기 배터리 베어셀의 충전시 과전류를 감지할 수 있는 제 2 컴퍼레이터를 포함하는 비교 회로 소자;
상기 제 1 컴퍼레이터의 출력단 및 상기 제 2 컴퍼레이터의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는 컨트롤 로직 회로 소자; 및
일단은 상기 컨트롤 로직 회로 소자에 연결되고 타단은 상기 제 2 방전차단신호출력단자(제 2 DOUT단자)에 연결된 제 1 인버터 회로 소자 및 일단은 상기 컨트롤 로직 회로 소자에 연결되고 타단은 상기 제 2 충전차단신호출력단자(제 2 COUT단자)에 연결된 제 2 인버터 회로 소자로 구성된, 한 쌍의 인버터 회로 소자들;
을 구비하는, 배터리 보호회로 패키지.The method according to claim 1,
The second protection integrated circuit device
And a second comparator connected in parallel to the first comparator and capable of sensing an overcurrent during charging of the battery bare cell, device;
A control logic circuit element connected to an output terminal of the first comparator and an output terminal of the second comparator and having a logic circuit capable of performing an arithmetic operation; And
A first inverter circuit element having one end connected to the control logic circuit element and the other end connected to the second discharge cut-off signal output terminal (second D OUT terminal), one end connected to the control logic circuit element, And a second inverter circuit element connected to the charge cutoff signal output terminal (second C OUT terminal);
The battery protection circuit package comprising:
상기 비교 회로 소자는 상기 제 1 컴퍼레이터 및 상기 제 2 컴퍼레이터와 병렬로 연결되며 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지할 수 있는 제 3 컴퍼레이터를 더 포함하며,
상기 컨트롤 로직 회로 소자는 상기 제 1 컴퍼레이터의 출력단, 상기 제 2 컴퍼레이터의 출력단 및 상기 제 3 컴퍼레이터의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는,
배터리 보호회로 패키지.3. The method of claim 2,
The comparator circuit further includes a third comparator connected in parallel with the first comparator and the second comparator and capable of detecting overheating of the battery bare cell,
Wherein the control logic circuit element has a logic circuit connected to an output terminal of the first comparator, an output terminal of the second comparator, and an output terminal of the third comparator,
Battery protection circuit package.
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자는,
충전전압 및 방전전압을 인가하고 상기 배터리 베어셀의 전압을 감지하는 제 1 VDD 단자, 내부 동작전압에 대한 기준이 되는 제 1 VSS 단자, 및 상기 배터리 베어셀의 충방전 및 과전류 상태를 감지하기 위한 제 1 감지단자(V-단자)를 더 구비하며,
상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는,
상기 제 1 VDD 단자와 연결되며 충전전압 및 방전전압을 인가하고 상기 배터리 베어셀의 전압을 감지하는 제 2 VDD 단자, 내부 동작전압에 대한 기준이 되는 제 2 VSS 단자, 상기 배터리 베어셀의 충전시 또는 방전시의 과전류 상태를 감지하기 위하여 상기 제 1 컴퍼레이터 및 상기 제 2 컴퍼레이터로 연결되는 제 1 감지단자(CS단자), 및 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지하기 위하여 상기 제 3 컴퍼레이터로 연결되는 제 2 감지단자(THS단자)를 더 구비하는, 배터리 보호회로 패키지.The method of claim 3,
Wherein the first protection integrated circuit device comprises:
A first VDD terminal for applying a charge voltage and a discharge voltage to sense a voltage of the battery bare cell, a first VSS terminal for a reference to an internal operating voltage, and a second VSS terminal for sensing a charge / And a first sensing terminal (V- terminal)
The second protection integrated circuit device comprising:
A second VDD terminal connected to the first VDD terminal for applying a charging voltage and a discharging voltage and sensing a voltage of the battery bare cell, a second VSS terminal for a reference for an internal operating voltage, A first sensing terminal (CS terminal) connected to the first comparator and the second comparator for detecting an overcurrent state at the time of discharging, and a second comparator connected to the third comparator for sensing overheating of the battery bare cell, And a second sensing terminal (THS terminal) connected thereto.
일단이 상기 배터리 베어셀의 전극단자 중 어느 하나와 연결되고, 타단이 상기 제 2 감지단자(THS단자)와 연결된, 써미스터(thermistor)를 더 포함하는, 배터리 보호회로 패키지.The method of claim 3,
Further comprising a thermistor having one end connected to one of the electrode terminals of the battery bare cell and the other end connected to the second sensing terminal (THS terminal).
상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는 각각 하나의 칩으로 집적화된 소자인, 배터리 보호회로 패키지.The method according to claim 1,
Wherein the first protection integrated circuit element and the second protection integrated circuit element are integrated into one chip, respectively.
이격된 복수의 리드들을 포함하며, 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 차 보호회로 구성 소자 및 상기 제 2 차 보호회로 구성 소자가 실장되는, 리드프레임; 및
상기 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자, 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자, 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재;
를 더 포함함으로써 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성하는,
배터리 보호회로 패키지.The method according to claim 1,
A lead frame including a plurality of spaced leads and electrically connected to an electrode terminal of the battery bare cell, wherein the first and second protection circuit component elements and the second protection circuit component are mounted; And
Wherein at least two of the field effect transistor elements of the first group, the first protection integrated circuit element, the second group of field effect transistor elements, the second protection integrated circuit element, and the plurality of leads An electrical connecting member for electrically connecting the electrodes;
So that a battery protection circuit is constructed without using a separate printed circuit board,
Battery protection circuit package.
상기 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자, 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자는, 상기 리드프레임 상에 별도의 반도체 패키지 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라, 표면실장기술에 의하여 상기 리드프레임의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 칩 다이(chip die) 형태로, 실장되어 고정되는, 배터리 보호회로 패키지.8. The method of claim 7,
The field effect transistor element of the first group, the first protection integrated circuit element, the second group field effect transistor element, and the second protection integrated circuit element are inserted in the form of a separate semiconductor package on the lead frame Is mounted and fixed in the form of a chip die which is not sealed with a separate encapsulant on at least a part of the surface of the lead frame by surface mount technology, but is not fixed.
상기 전기적 연결부재는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함하는, 배터리 보호회로 패키지.8. The method of claim 7,
Wherein the electrical connecting member comprises a bonding wire or a bonding ribbon.
상기 리드프레임은,
양쪽가장자리부분에 각각 배치되며, 상기 베터리 베어셀의 전극단자와 직접 연결되는, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드;
상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 복수의 외부연결단자들을 구성하는, 외부연결단자용 리드; 및
상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 상기 제 1 군의 전계효과 트랜지스터 소자, 상기 제 1 프로텍션 집적회로 소자, 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터 소자 및 상기 제 2 프로텍션 집적회로 소자가 실장될 수 있는, 소자실장용 리드;
를 포함하는, 배터리 보호회로 패키지.8. The method of claim 7,
The lead frame includes:
A lead for a first internal connection terminal and a lead for a second internal connection terminal, which are respectively disposed at both edge portions and are directly connected to the electrode terminals of the battery bare cell;
A lead for an external connection terminal, which is disposed between the lead for the first internal connection terminal and the lead for the second internal connection terminal and constitutes a plurality of external connection terminals; And
Wherein the first field effect transistor element, the second field effect transistor element, the second field effect transistor element, and the second field effect transistor element are disposed between the lead for the first internal connection terminal and the lead for the second internal connection terminal, An element mounting lead on which the second protection integrated circuit element can be mounted;
The battery protection circuit package comprising:
기판;
상기 기판 상에 실장되며, 칩 형태로 집적화된, 보호회로 구성 소자; 및
상기 기판 상에 실장되는 전계효과 트랜지스터 소자;를 포함하며,
상기 보호회로 구성 소자는,
상기 배터리 베어셀의 방전시 과전류를 감지할 수 있는 제 1 컴퍼레이터, 상기 배터리 베어셀의 충전시 과전류를 감지할 수 있는 제 2 컴퍼레이터 및 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지할 수 있는 제 3 컴퍼레이터로 이루어진 군에서 선택된 적어도 둘 이상을 포함하되, 선택된 상기 컴퍼레이터의 출력단은 병렬로 연결되는, 비교 회로 소자;
상기 비교 회로 소자의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는 컨트롤 로직 회로 소자; 및
일단은 상기 컨트롤 로직 회로 소자에 연결되고 타단은 상기 전계효과 트랜지스터 소자에 연결될 수 있는 인버터 회로 소자;
를 포함하는,
배터리 보호회로 패키지.A battery protection circuit package, wherein one side is electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell and the other side can be electrically connected to a charger or an electronic device,
Board;
A protection circuit component mounted on the substrate and integrated in a chip form; And
And a field effect transistor element mounted on the substrate,
The protection circuit component includes:
A second comparator capable of sensing an overcurrent during charging of the battery bare cell, and a third comparator capable of detecting overheating of the battery bare cell, A comparator circuit including at least two selected from the group consisting of a comparator and a comparator, wherein output terminals of the selected comparator are connected in parallel;
A control logic circuit element connected to an output terminal of the comparison circuit element and having a logic circuit capable of performing an arithmetic operation; And
An inverter circuit element having one end connected to the control logic circuit element and the other end connected to the field effect transistor element;
/ RTI >
Battery protection circuit package.
일측이 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되고 타측이 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결될 수 있는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 의한 상기 배터리 보호회로 패키지;를 포함함으로써,
PTC 구조체에 의하지 않고서도 상기 배터리 베어셀의 과열 및/또는 충방전시의 과전류를 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단하도록 배터리 보호회로를 구현할 수 있는, 배터리 팩.Battery bare cell; And
The battery protection circuit package according to any one of claims 1 to 11, wherein one side is electrically connected to an electrode terminal of the battery bare cell and the other side is electrically connected to a charger or an electronic device.
Wherein a battery protection circuit can be implemented to prevent overcharge and / or charge / discharge of the battery bare cell by sensing an overcurrent during overcharge and / or charge / discharge of the battery bare cell without depending on the PTC structure.
과방전 및/또는 과충전을 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단할 수 있으며, 제 1 프로텍션 집적회로(IC)와 제 1 군의 전계효과 트랜지스터를 구비하는, 제 1 차 보호회로; 및
과전류 및/또는 과열을 감지하여 상기 배터리 베어셀의 충방전을 차단할 수 있으며, 상기 배터리 베어셀의 전극단자와 상기 제 1 차 보호회로 사이에 전기적으로 연결되며, 제 2 프로텍션 집적회로(IC)와 제 2 군의 전계효과 트랜지스터를 구비하는, 제 2 차 보호회로;
를 포함하고,
상기 제 2 프로텍션 집적회로(IC)는, 컴퍼레이터(comparator)를 포함하는 비교 회로부; 상기 컴퍼레이터의 출력단과 연결되어 연산 동작을 수행할 수 있는 논리회로를 가지는 컨트롤 로직 회로부; 및 일단이 상기 컨트롤 로직 회로의 출력단에 연결되고 타단이 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터와 연결된 인버터 회로부; 를 구비하는 것을 특징으로 하는,
배터리 보호회로.A battery protection circuit in which one side is electrically connected to an electrode terminal of a battery bare cell and the other side can be electrically connected to a charger or an electronic device,
A first protection circuit, which is capable of detecting overdischarge and / or overcharge and blocking charging / discharging of the battery bare cell, and including a first protection integrated circuit (IC) and a first group of field effect transistors; And
And a second protection integrated circuit (IC), which is electrically connected between the electrode terminal of the battery bare cell and the first secondary protection circuit, and which can prevent overcharging and / or overheating of the battery bare cell, A second protection circuit comprising a second group of field effect transistors;
Lt; / RTI >
The second protection integrated circuit (IC) includes: a comparison circuit part including a comparator; A control logic circuit part having a logic circuit connected to an output terminal of the comparator and capable of performing a calculation operation; An inverter circuit part having one end connected to the output terminal of the control logic circuit and the other end connected to the second group of field effect transistors; And a control unit
Battery protection circuit.
상기 비교 회로부는
상기 배터리 베어셀의 방전시 과전류를 감지할 수 있는 제 1 컴퍼레이터, 상기 배터리 베어셀의 충전시 과전류를 감지할 수 있는 제 2 컴퍼레이터 및 상기 배터리 베어셀의 과열을 감지할 수 있는 제 3 컴퍼레이터로 이루어진 군에서 선택된 적어도 둘 이상을 포함하되, 선택된 상기 컴퍼레이터의 출력단은 병렬로 연결되며,
상기 인버터 회로부는 서로 병렬로 연결된 제 1 인버터 회로부와 제 2 인버터 회로부를 포함하며, 상기 제 1 인버터 회로부 및 상기 제 2 인버터 회로부는 각각 게이트와 드레인을 공통으로 가지며 서로 병렬로 연결된 n채널 트랜지스터와 p채널 트랜지스터를 포함하되, 상기 n채널 트랜지스터와 p채널 트랜지스터의 공통 게이트는 상기 컨트롤 로직 회로부로 연결되며, 상기 n채널 트랜지스터와 p채널 트랜지스터의 공통 드레인은 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터에 각각 연결되며,
상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터는 상기 배터리 베어셀의 전극단자에 연결된 소스 및 상기 제 2 군의 전계효과 트랜지스터에 연결된,
배터리 보호회로.
14. The method of claim 13,
The comparison circuit section
A second comparator capable of sensing an overcurrent during charging of the battery bare cell, and a third comparator capable of detecting overheating of the battery bare cell, The output of the selected comparator is connected in parallel, and the output of the selected comparator is connected in parallel,
The inverter circuit portion includes a first inverter circuit portion and a second inverter circuit portion connected in parallel to each other. The first inverter circuit portion and the second inverter circuit portion have an n-channel transistor connected in parallel to each other and having a gate and a drain, Channel transistor, wherein a common gate of the n-channel transistor and the p-channel transistor is connected to the control logic circuit section, and a common drain of the n-channel transistor and the p-channel transistor is connected to the field- ,
The second group of field effect transistors having a source coupled to the electrode terminal of the battery bare cell and a second group of field effect transistors coupled to the second group of field effect transistors,
Battery protection circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150021063A KR101749247B1 (en) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Battery protection circuits, package of battery protection circuits module and pattery pack including the same |
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KR1020150021063A KR101749247B1 (en) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Battery protection circuits, package of battery protection circuits module and pattery pack including the same |
Publications (2)
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