KR20170087336A - 배터리 보호 회로 및 그것을 포함하는 웨어러블 디바이스 - Google Patents

배터리 보호 회로 및 그것을 포함하는 웨어러블 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 회로는 상기 배터리의 과충전, 과방전, 및 온도를 감지하여 차단 신호를 생성하는 보호 IC, 상기 배터리와 접촉하는 단자, 상기 배터리를 사용하는 전자기기 또는 상기 배터리를 충전하는 충전기와 접촉하는 단자, 노이즈 및 정전기로부터 상기 보호 IC를 보호하는 저항 및 커패시터, 또는 상기 보호 IC로부터의 차단 신호에 따라 전류를 차단하는 스위치들을 포함할 수 있다. 상기 보호 IC는 배터리의 과충전, 과방전 및 배터리의 동작 가능한 온도 범위를 벗어났는지 여부를 판단할 수 있고, 배터리의 충전 또는 방전 여부를 결정할 수 있다. 본 발명에 의하면, 온도 검출기를 보호 IC 내부에 구현함으로, 배터리 보호 회로를 소형화할 수 있다.

Description

배터리 보호 회로 및 그것을 포함하는 웨어러블 디바이스{BATTERY PROTECTION CIRCUIT AND WEARABLE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 보호 회로에 관한 것이다.
일반적으로 배터리는 자동차, 휴대폰 및 웨어러블 디바이스(Wearable Device) 등에 널리 사용된다. 배터리의 종류는 다양하나, 그 중에서도 리튬 이온(Li-ion) 배터리 또는 리튬 폴리머(Li-Polymer) 배터리가 가볍고 에너지 밀도가 높아 널리 사용된다.
리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리는 그 화학적 특성상 과충전, 과방전, 단자 간의 쇼트(Short) 등에 의한 과전류 상황에서 폭발의 우려가 있다. 또한 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리가 적정 충전 온도(예를 들면, 0~45) 및 적정 방전 온도(예를 들면, -20~60) 범위 밖에서 동작하는 경우, 배터리의 성능이 저하될 수 있다. 따라서 문제점들을 해결하기 위해, 배터리 보호 회로가 배터리에 사용될 수 있다.
배터리 보호 회로는 온도를 검출하기 위해 온도에 따라 저항 값이 변하는 써미스터(Thermistor) 저항을 사용할 수 있다. 그러나 써미스터 저항은 칩(Chip) 외부에서 구현되므로, 배터리 보호 회로의 소형화를 어렵게 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 면적을 줄인 배터리 보호 회로 및 그것을 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 회로는 배터리와 연결되는 제 1 단자들, 배터리를 사용하는 전자기기와 연결되는 제 2 단자들, 차단 신호에 응답하여, 제 1 단자들 중 어느 하나의 단자와 제 2 단자들 중 어느 하나의 단자 사이의 연결을 차단시키는 스위치, 배터리의 과충전 정보, 배터리의 과방전 정보, 혹은 배터리의 온도 정보를 생성하고, 과충전 정보, 과방전 정보 혹은 온도 정보가 기준 정보를 벗어나는지 판단하여, 스위치의 차단 신호를 생성하는 보호 IC(Integrated Circuit), 및 외부로부터 기준 정보를 입력 받는 적어도 하나 이상의 제 3 단자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스는 배터리, 배터리를 사용하는 컨트롤러(Controller), 및 배터리와 연결되는 제 1 단자들, 컨트롤러와 연결되는 제 2 단자들, 제 1 단자들 중 어느 하나의 단자와 제 2 단자들 중 어느 하나의 단자 사이의 연결을 차단시키는 차단 신호에 응답하여 차단시키는 스위치, 배터리의 과충전 정보, 배터리의 과방전 정보, 혹은 배터리의 온도 정보를 생성하고, 과충전 정보, 과방전 정보 혹은 온도 정보가 기준 정보를 벗어나는지 판단하여, 스위치의 차단 신호를 생성하는 보호 IC, 및 컨트롤러로부터 기준 정보를 입력 받는 적어도 하나 이상의 제 3 단자들을 포함하는 배터리 보호 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 회로는, 온도 검출기를 보호 IC에 집적하여 배터리 보호 회로의 면적을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 보호 회로를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 회로를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2에서 도시한 배터리 보호 회로의 보호 IC를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 2에서 도시한 배터리 보호 회로를 웨어러블 디바이스에 적용한 예를 보여주는 도면이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다. 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 일반적인 배터리 보호 회로를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 배터리 보호 회로(100)는 제 1 단자들(B+, B-), 제 2 단자들(P+, P-), 저항들(R1, R2), 커패시터(C1), 스위치(110), 보호 IC(120), 또는 온도 검출기(130)를 포함할 수 있다.
제 1 단자들(B+, B-)은 배터리에 연결될 수 있다. 여기서, 배터리는 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리가 될 수 있다. 제 2 단자들(P+, P-)은 전자기기의 전원 단자 또는 충전기와 연결될 수 있다. 제 2 단자들(P+, P-)을 통해 배터리 충전이 가능할 수 있고, 반대로 배터리가 전자기기에 에너지를 공급할 수 있다.
저항들(R1, R2) 및 커패시터(C1)는 노이즈(Noise) 또는 정전기로부터 배터리 보호 회로의 보호 IC(120)를 보호할 수 있다. 저항(R1)은 전자기기와 연결되기 위한 B+ 단자와 배터리와 보호 IC(120)의 VDD 단자(121a) 사이에 연결될 수 있다. 저항(R2)은 전자기기와 연결되기 위한 P- 단자와 보호 IC(120)의 V- 단자(121c) 사이에 연결될 수 있다. 배터리의 충전 또는 방전 시, 저항들(R1, R2)은 보호 IC(120) 내부로 높은 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
커패시터(C1)는 보호 IC(120)의 VDD 단자(121a)와 VSS 단자(121b) 사이에 연결될 수 있다. 저항(R1) 및 커패시터(C1)는 로우 패스 필터(Low Pass Filter) 역할을 할 수 있고, 또한 보호 IC(120)의 공급 전원(VDD)의 변동을 안정시킬 수 있다.
스위치(110)는 제 1 FET(Field Effect Transistor) 및 제 2 FET를 포함할 수 있다. 스위치(110)는 B- 단자와 P- 단자 사이의 전류 경로에 배치될 수 있다. 제 1 FET와 제 2 FET는 N-채널 FET로 형성될 수 있다. 제 1 FET 및 제 2 FET를 형성 하는 경우 기생 다이오드들(D1, D2)이 형성될 수 있다.
제 1 FET는 배터리가 과방전 상태인 경우, 턴 오프(Turn Off) 되어 배터리의 과방전을 방지할 수 있다. 제 1 FET의 기생 다이오드(D1)는 배터리의 충전 전류 방향(반시계 방향, P+ 단자 -> B+ 단자 -> B- 단자 -> P- 단자)에 대하여 순방향으로 연결될 수 있다. 제 1 FET가 턴 오프 된 경우에도, 제 1 FET의 기생 다이오드(D1)는 배터리의 충전 경로를 제공할 수 있다.
제 2 FET는 배터리가 과충전 상태인 경우, 턴 오프 되어 배터리의 과충전을 방지할 수 있다. 제 2 FET의 기생 다이오드(D2)는 배터리의 방전 전류 방향(시계 방향, B+ 단자 -> P+ 단자 -> P- 단자 -> B- 단자)에 대하여 순방향으로 연결될 수 있다. 제 2 FET가 턴 오프 된 경우에도, 제 2 FET의 기생 다이오드(D2)는 배터리의 방전 경로를 제공할 수 있다.
보호 IC(120)는 VDD 단자(121a), VSS 단자(121b), V- 단자(121c), DO 단자(방전 차단 신호 출력 단자, 121d), CO 단자(충전 차단 신호 출력 단자, 121e), 또는 VTEMP 단자(121g)들을 포함할 수 있다. 보호 IC(120)는 VDD 단자(121a), VSS 단자(121b), V- 단자(121c), VTEMP 단자(121g)들을 통해 배터리 정보를 알 수 있다. 여기서 배터리 정보는 배터리의 과방전 여부, 배터리의 과충전 여부, 배터리의 과전류 여부, 또는 배터리의 온도를 의미할 수 있다.
보호 IC(120)의 VDD 단자(121a)는 저항(R1)을 통과한 배터리 전원을 받을 수 있다. 보호 IC(120)의 VSS 단자(121b)는 배터리 보호 회로의 B- 단자 및 접지와 연결될 수 있다. 보호 IC(120)의 V- 단자(121c)는 배터리에 과전류가 유입되는 상태를 방지하기 위해 저항(R2)과 연결될 수 있다.
보호 IC(120)는 배터리 정보를 통해 방전 차단 신호(DO)와 충전 차단 신호(CO)를 생성할 수 있다. 보호 IC(120)는 배터리가 과방전 상태인 경우, 방전 차단 신호(DO)를 로우(Low)로 하여 제 1 FET를 턴 오프 할 수 있다. 보호 IC(120)는 배터리가 과충전 상태인 경우, 충전 차단 신호(CO)를 로우로 하여 제 2 FET를 턴 오프 할 수 있다.
온도 검출기(130)는 온도에 따라 저항 값이 변하는 써미스터 저항(R4) 및 온도에 따라 저항 값이 변하지 않는 저항(R3)을 포함할 수 있다. 저항(R3)은 배터리와 연결되기 위한 B+ 단자와 보호 IC(120)의 VTEMP 단자(121g) 사이에 연결될 수 있다. 저항(R4)은 보호 IC(120)의 VTEMP 단자(121g)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 온도 검출기(130)는 배터리 전압을 전압 분배 원리를 통해, 배터리 온도 정보를 보호 IC(120)로 전달할 수 있다. 저항들(R3, R4)은 보호 IC(120) 외부에 배치될 수 있다.
배터리 보호 회로(100)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)에 제 1 단자들(B+, B-), 제 2 단자들(P+, P-), 스위치(110), 보호 IC(120), 온도 검출기(130), 저항들(R1, R2) 또는 커패시터(C1)를 납땜으로 접합하여 구성할 수 있다. 그러나 온도 검출기(130)는 보호 IC(120) 외부에 배치될 수 있다. 따라서, 온도 검출기(130)는 배터리 보호 회로(100)의 소형화를 어렵게 하는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 회로를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 배터리 보호 회로(200)는 제 1 단자들(B+, B-), 제 2 단자들(P+, P-), 제 3 단자(DATA), 저항들(R1, R2), 커패시터(C1), 스위치(210), 또는 보호 IC(220)를 포함할 수 있다.
도 2에서 도시한 배터리 보호 회로(200)의 제 1 단자들(B+, B-), 제 2 단자들(P+, P-), 저항들(R1, R2), 커패시터(C1), 또는 스위치(210)는 도 1 에서 도시한 일반적인 배터리 보호 회로(100)의 제 1 단자들(B+, B-), 제 2 단자들(P+, P-), 저항들(R1, R2), 커패시터(C1), 또는 스위치(110)와 각각 동일한 역할을 수행하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제 3 단자(DATA)는 배터리 보호 회로(200)의 제 2 단자들(P+, P-)와 연결되는 전자기기와 연결될 수 있다. 제 3 단자(DATA)는 전자기기로부터 배터리 정보를 입력 받을 수 있다. 제 3 단자(DATA)는 외부에서 배터리 정보를 입력 받을 수도 있다. 제 3 단자(DATA)는 보호 IC(220)의 DATA 입력 단자(221f)와 연결될 수 있다. 제 3 단자(DATA)는 적어도 하나 이상의 단자들로 구성될 수 있다.
보호 IC(220)는 도 1에서 도시한 배터리 보호 회로(100)의 보호 IC(120)의 기능을 모두 수행할 수 있다. 일반적인 보호 IC(120)와 달리, 후술할 온도 검출 기를 내부에 집적할 수 있다. 따라서, 보호 IC(220)는 일반적인 보호 IC(120)의 VTEMP 단자(121g)가 불필요할 수 있다. 후술할 온도 검출기를 보호 IC(220) 내부에 집적화하여, 배터리 보호 회로(200)의 소형화가 가능할 수 있다. 추가로, 보호 IC(220)는 DATA 입력 단자(221f)를 포함할 수 있다. 보호 IC(220)는 DATA 입력 단자(221f)를 통해, 전자기기로부터 배터리에 관한 정보를 입력 받을 수 있다.
도 3은 도 2에서 도시한 배터리 보호 회로의 보호 IC를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 보호 IC(220)는 VDD 입력 단자(221a), VSS 입력 단자(221b), V- 입력 단자(221c), DO 출력 단자(221d), CO 출력 단자(221e), DATA 입력 단자(221f), 클럭(Clock) 생성기(222), 과충전 전압 비교기(223a), 과방전 전압 비교기(223b), 단락 검출기(224a), 과충전 전류 비교기(224b), 과방전 전류 비교기(224c), 온도 검출기(225), 카운터(Counter)(226), 레지스터(227), 제 1 스위치 제어 회로(228a) 또는 제 2 스위치 제어 회로(228b)를 포함할 수 있다.
VDD 입력 단자(221a)는 배터리 보호 회로(200)의 저항(R1) 및 커패시터(C1)로 구성된 로우 패스 필터를 통과한 배터리 전압 정보를 받을 수 있다. VSS 입력 단자(221b)는 보호 IC(220)의 접지를 제공할 수 있다. V- 입력 단자(221c)는 단락 검출기(224a)와 연결될 수 있다. V- 입력 단자(221c)는 보호 IC(220)에 배터리의 전류 정보를 전달할 수 있다. DO 출력 단자(221d)는 제 1 스위치 제어 회로(228a)의 출력과 연결될 수 있다. CO 출력 단자(221e)는 제 2 스위치 제어 회로(228b)의 출력과 연결될 수 있다. DATA 입력 단자(221f)는 레지스터(227)에 연결될 수 있다.
클럭 생성기(222)는 보호 IC(220)의 각 회로에서 사용할 수 있는 클럭(CLK)을 생성할 수 있다. 클럭 생성기(222)는 과충전 전압 비교기(223a), 과방전 전압 비교기(223b), 단락 검출기(224a), 과충전 전류 비교기(224b), 과방전 전류 비교기(224c), 온도 검출기(225), 카운터(226), 레지스터(227), 제 1 스위치 제어 회로(228a), 또는 제 2 스위치 제어 회로(228b)에 클럭(CLK)을 공급할 수 있다.
과충전 전압 비교기(223a)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK) 및 VDD 입력 단자(221a)를 통해 전달받은 배터리 전압 정보를 입력 받아 과충전 경우의 전압 정보(OV)를 생성할 수 있다. 과충전 전압 비교기(223a)는 과충전 경우의 전압 정보(OV)를 클럭(CLK)에 동기화 할 수 있다. 과충전 전압 비교기(223a)는 과충전 경우의 전압 정보(OV)를 제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)로 전달할 수 있다. 과충전 전압 비교기(223a)는 기준 전압 생성기와 비교기를 포함할 수 있다. 기준 전압은 배터리의 화학적 특성 및 온도 특성을 고려하여 결정할 수 있다. 비교기는 기준 전압과 배터리 전압 정보를 비교하여 과충전 경우의 전압 정보(OV)를 생성할 수 있다.
과방전 전압 비교기(223b)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK) 및 VDD 입력 단자(221a)를 통해 전달받은 배터리 전압 정보를 입력 받아 과방전 경우의 전압 정보(UV)를 생성할 수 있다. 과방전 전압 비교기(223b)는 과방전 경우의 전압 정보(UV)를 클럭(CLK)에 동기화 할 수 있다. 과방전 전압 비교기(223b)는 과방전 경우의 전압 정보(UV)를 제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)로 전달할 수 있다. 과방전 전압 비교기(223b)는 기준 전압 생성기와 비교기를 포함할 수 있다. 기준 전압은 배터리의 화학적 특성 및 온도 특성을 고려하여 결정할 수 있다. 기준 전압은 과충전 전압 비교기(223a)의 기준 전압과 상이하게 결정할 수 있다. 비교기는 기준 전압과 배터리 전압 정보를 비교하여 과방전 경우의 전압 정보(UV)를 생성할 수 있다.
단락 검출기(224a)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK) 및 V- 단자(221c)를 통해 전달받은 배터리 전류 정보를 입력 받아 단락 정보(VM)를 생성할 수 있다. 단락 검출기(224a)는 단락 정보(VM)를 클럭(CLK)에 동기화 할 수 있다. 단락 검출기(224a)는 단락 정보(VM)를 과충전 전류 비교기(224b) 또는 과방전 전류 비교기(224c)로 전달할 수 있다. 단락 검출기(224a)는 기준 전류 생성기와 비교기를 포함할 수 있다. 단락 검출기(224a)는 V- 단자(221c)를 통해 전달받은 배터리 전류 정보와 기준 전류를 비교하여 배터리의 단락 여부를 판단할 수 있다.
과충전 전류 비교기(224b)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK), 단락 정보(VM)를 입력 받아 과충전 경우의 전류 정보(OC)를 생성할 수 있다. 과충전 전류 비교기(224b)는 과충전 경우의 전류 정보(OC)를 클럭(CLK)에 동기화 할 수 있다. 과충전 전류 비교기(224b)는 과충전 경우의 전류 정보(OC)를 제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)로 전달할 수 있다. 단락 정보(VM)는 배터리의 전류 정보를 포함할 수 있기 때문에, 과충전 전류 비교기(224b)는 과충전 경우의 전류 정보(OC)를 생성할 수 있다.
과방전 전류 비교기(224c)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK), 단락 정보(VM)를 입력 받아 과방전 경우의 전류 정보(UC)를 생성할 수 있다. 과방전 전류 비교기(224c)는 과방전 경우의 전류 정보(UC)를 클럭(CLK)에 동기화 할 수 있다. 과방전 전류 비교기(224c)는 과방전 경우의 전류 정보(UC)를 제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)로 전달할 수 있다. 단락 정보(VM)는 배터리의 전류 정보를 포함할 수 있기 때문에, 과방전 전류 비교기(224c)는 과방전 경우의 전류 정보(UC)를 생성할 수 있다.
온도 검출기(225)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK)을 입력 받아 배터리의 온도 정보(OT)를 생성할 수 있다. 온도 검출기(225)는 배터리의 온도 정보(OT)를 클럭(CLK)에 동기화 할 수 있다. 온도 검출기(225)는 배터리의 온도 정보(OT)를 제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)로 전달할 수 있다. 전술한 배터리 보호 회로(100)의 온도 검출기(130)와 달리, 온도 검출기(225)는 배터리 보호 회로(200)의 보호 IC(220) 내부에서 구현될 수 있다. 온도 검출기(225)는 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)로 구현할 수 있다.
온도 검출기(225)는 배터리 충전으로 인하여 배터리 온도가 상승하는 경우, 배터리의 동작 가능한 온도 범위 이상으로 상승하는 것을 차단할 수 있다. 또한 배터리와 배터리 보호 회로(220)가 장착된 전자기기가 배터리의 동작 가능한 온도 범위를 벗어난 환경에 놓인 경우에도, 온도 검출기(225)는 배터리의 온도 정보(OT)를 생성하여 배터리로 전류 흐름을 차단할 수 있다.
카운터(226)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK)을 입력 받아 제 1 카운터 출력(CN1) 및 제 2 카운터 출력(CN2)을 생성할 수 있다. 카운터(226)는 제 1 카운터 출력(CN1)을 제 1 스위치 제어 회로(228a)로 전달할 수 있다. 카운터(226)는 제 2 카운터 출력(CN2)을 제 2 스위치 제어 회로(228b)로 전달할 수 있다.
레지스터(227)는 클럭 생성기(222)가 생성한 클럭(CLK)를 입력 받아 제 1 배터리 정보(REG1) 및 제 2 배터리 정보(REG2)를 생성할 수 있다. 레지스터(227)는 제 1 배터리 정보(REG1) 및 제 2 배터리 정보(REG2)를 클럭(CLK)에 동기화 할 수 있다. 레지스터(227)는 제 1 배터리 정보(REG1)를 제 1 스위치 제어 회로(228a)로 전달할 수 있다. 레지스터(227)는 제 2 배터리 정보(REG2)를 제 2 스위치 제어 회로(228b)로 전달할 수 있다. 레지스터(227)는 배터리의 동작 가능한 전압 정보, 전류 정보 또는 온도 정보를 저장할 수 있다.
레지스터(227)는 배터리의 종류 및 사용 환경에 따라, 배터리의 동작 가능한 전압 정보, 전류 정보 또는 온도 정보를 변경할 수 있다. 또한, 배터리 보호 회로(200)가 적용되는 전자기기의 데이터를 이용하여, 레지스터(227)는 배터리의 동작 가능한 전압 정보, 전류 정보 또는 온도 정보를 변경할 수 있다. 레지스터(227)는 DATA 입력 단자(221f)를 통해 전자기기와 연결될 수 있다.
제 1 스위치 제어 회로(228a)는 클럭(CLK), 과충전 경우의 전압 정보(OV), 과방전 경우의 전압 정보(UV), 과충전 경우의 전류 정보(OC), 과방전 경우의 전류 정보(UC), 배터리의 온도 정보(OT), 제 1 카운터 출력(CN1), 제 1 배터리 정보(REG1)을 입력 받아 방전 차단 신호(DO)를 생성할 수 있다. 제 1 스위치 제어 회로(228a)는 제 1 카운터 출력(CN1)이 상승함에 따라, 제 1 배터리 정보(REG1)와 비교기들(223a, 223b, 224b, 224c) 또는 온도 검출기(225)의 정보를 비교하여 방전 차단 신호(DO)의 로우 또는 하이(High)를 결정할 수 있다.
제 2 스위치 제어 회로(228b)는 클럭(CLK), 과충전 경우의 전압 정보(OV), 과방전 경우의 전압 정보(UV), 과충전 경우의 전류 정보(OC), 과방전 경우의 전류 정보(UC), 배터리의 온도 정보(OT), 제 2 카운터 출력(CN2), 제 2 배터리 정보(REG2)을 입력 받아 충전 차단 신호(CO)를 생성할 수 있다. 제 2 스위치 제어 회로(228b)는 제 2 카운터 출력(CN2)이 상승함에 따라, 제 2 배터리 정보(REG2)와 비교기들(223a, 223b, 224b, 224c) 또는 온도 검출기(225)의 정보를 비교하여 충전 차단 신호(CO)의 로우 또는 하이를 결정할 수 있다.
제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)는 배터리가 과충전 상태에 놓인 경우, 방전 차단 신호(DO)를 로우로 할 수 있다. 반대로 제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)는 배터리가 과방전 상태에 놓인 경우, 충전 차단 신호(CO)를 로우로 할 수 있다. 또한 배터리가 동작 가능한 온도 범위를 벗어난 경우, 제 1 스위치 제어 회로(228a) 및 제 2 스위치 제어 회로(228b)는 방전 차단 신호(DO)와 충전 차단 신호(CO)를 모두 로우로 할 수 있다.
도 4는 도 2에서 도시한 배터리 보호 회로를 웨어러블 디바이스에 적용한 예를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 웨어러블 디바이스(300)은 배터리(310), 배터리 보호 회로(320), 및 컨트롤러(330)를 포함할 수 있다.
배터리(310)는 배터리 보호 회로(320)의 제 1 단자들(B+, B-)을 통해 배터리 보호 회로(320)와 연결될 수 있다. 배터리(310)는 배경 기술에서 기술하였으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 배터리 보호 회로(320)는 도 2에서 전술한 배터리 보호 회로(200)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
컨트롤러(330)는 웨어러블 디바이스를 제어할 수 있다. 컨트롤러(330)는 AP(Application Processor)일 수 있다. 컨트롤러(330)는 배터리 보호 회로(320)의 제 2 단자들(P+, P-)을 통해 배터리 보호 회로(320)와 연결될 수 있다. 추가로 컨트롤러(330)는 배터리 보호 회로(320)의 제 3 단자(DATA)를 통해 배터리 보호 회로(320)에 데이터를 전송할 수 있다.
컨트롤러(330)는 배터리 보호 회로(320)의 제 3 단자(DATA)를 통해 배터리 보호 회로(320)을 제어할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(330)는 배터리 보호 회로(320)의 배터리의 동작 가능한 전압 정보, 전류 정보 또는 온도 정보를 수정할 수 있다. 이를 통해, 컨트롤러(330)가 배터리의 종류나 주어진 환경에 따라 배터리를 적절히 보호할 수 있다.
컨트롤러(330)는 웨어러블 디바이스의 온도 상승이 필연적인 동작을 수행하는 경우, 해당 동작 정보를 배터리 보호 회로(320)에 저장할 수 있다. 컨트롤러(330)가 해당 동작을 수행하는 경우, 실제 온도 관계 없이 컨트롤러(330)는 배터리 보호 회로(320)를 통해 배터리(310)를 보호할 수 있다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
100, 200: 배터리 보호 회로
110, 210: 스위치
120, 220: 보호 IC
300: 웨어러블 디바이스

Claims (12)

  1. 배터리와 연결되는 제 1 단자들;
    상기 배터리를 사용하는 전자기기와 연결되는 제 2 단자들;
    차단 신호에 응답하여, 상기 제 1 단자들 중 어느 하나의 단자와 상기 제 2 단자들 중 어느 하나의 단자 사이의 연결을 차단시키는 스위치;
    상기 배터리의 과충전 정보, 상기 배터리의 과방전 정보, 혹은 상기 배터리의 온도 정보를 생성하고, 상기 과충전 정보, 상기 과방전 정보 혹은 상기 온도 정보가 기준 정보를 벗어나는지 판단하여, 상기 스위치의 차단 신호를 생성하는 보호 IC(Integrated Circuit); 및
    외부로부터 상기 기준 정보를 입력 받는 적어도 하나 이상의 제 3 단자들을 포함하는 배터리 보호 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는,
    상기 배터리의 과방전을 방지하는 제 1 FET(Field Effect Transistor); 및
    상기 배터리의 과충전을 방지하는 제 2 FET를 포함하는 배터리 보호 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단자들은,
    상기 배터리와 연결되는 플러스 단자 및 마이너스 단자를 포함하는 배터리 보호 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플러스 단자와 상기 보호 IC 사이에 연결된 저항; 및
    상기 보호 IC와 접지 사이에 연결된 커패시터를 더 포함하는 배터리 보호 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단자들은,
    상기 배터리를 충전하는 충전기와 추가로 연결되는 배터리 보호 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단자들은,
    상기 배터리를 사용하는 전자기기와 연결되는 플러스 단자 및 마이너스 단자를 포함하는 배터리 보호 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이너스 단자와 상기 보호 IC 사이에 연결된 저항을 더 포함하는 배터리 보호 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 IC는,
    클럭을 생성하는 클럭 생성기;
    상기 배터리의 과충전 여부를 판단하는 과충전 전압 비교기;
    상기 배터리의 과방전 여부를 판단하는 과방전 전압 비교기;
    상기 배터리의 단락 여부를 판단하는 단락 검출기;
    상기 배터리의 온도를 검출하는 온도 검출기;
    상기 클럭 생성기의 클럭을 카운트하는 카운터; 및
    상기 배터리의 기준 전압 정보, 기준 전류 정보 및 기준 온도 정보를 저장하는 레지스터를 포함하는 배터리 보호 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호 IC는,
    상기 클럭 생성기, 상기 과충전 전압 비교기, 상기 과방전 전압 비교기, 상기 온도 검출기, 상기 카운터, 및 상기 레지스터의 결과들을 입력 받아 상기 스위치들의 차단 신호를 생성하는 제어 회로를 더 포함하는 배터리 보호 회로.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호 IC는,
    상기 배터리의 과충전 여부를 판단하는 과충전 전류 비교기; 및
    상기 배터리의 과방전 여부를 판단하는 과방전 전류 비교기를 더 포함하는 배터리 보호 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보호 IC는,
    상기 클럭 생성기, 상기 과충전 전압 비교기, 상기 과충전 전류 비교기, 상기 과방전 전압 비교기, 상기 과방전 전류 비교기, 상기 온도 검출기, 상기 카운터, 및 상기 레지스터의 결과들을 입력 받아 상기 스위치들의 차단 신호를 생성하는 제어 회로를 더 포함하는 배터리 보호 회로.
  12. 배터리;
    상기 배터리를 사용하는 컨트롤러(Controller); 및
    상기 배터리를 보호하는 배터리 보호 회로를 포함하되,
    상기 배터리 보호 회로는,
    상기 배터리와 연결되는 제 1 단자들;
    상기 컨트롤러와 연결되는 제 2 단자들;
    상기 제 1 단자들 중 어느 하나의 단자와 상기 제 2 단자들 중 어느 하나의 단자 사이의 연결을 차단시키는 차단 신호에 응답하여 차단시키는 스위치;
    상기 배터리의 과충전 정보, 상기 배터리의 과방전 정보, 혹은 상기 배터리의 온도 정보를 생성하고, 상기 과충전 정보, 상기 과방전 정보, 혹은 상기 온도 정보가 기준 정보를 벗어나는지 판단하여, 상기 스위치의 차단 신호를 생성하는 보호 IC; 및
    상기 컨트롤러로부터 상기 기준 정보를 입력 받는 적어도 하나 이상의 제 3 단자들을 포함하는 웨어러블 디바이스(Wearable Device).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019059540A1 (ko) * 2017-09-20 2019-03-28 삼성에스디아이 주식회사 배터리 보호 회로
WO2023121215A1 (ko) * 2021-12-21 2023-06-29 삼성전자 주식회사 외부 전자 장치의 배터리 충전 상태를 제어하는 전자 장치 및 그의 동작 방법

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