KR0125141B1

KR0125141B1 - 급속충전장치의 충전제어회로

Info

Publication number: KR0125141B1
Application number: KR1019940029352A
Authority: KR
Inventors: 박종해
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1997-12-04
Also published as: KR960019896A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술 분야 : 급속충전장치의 충전제어회로에 관한 것으로, 특히 저전압 검출신호와 전원스위치의 스위칭에 연동하여 배터리의 충전을 제어하는 회로에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 : 전원 스위치가 오프되어질때 급속충전전압 공급회로의 충전전류의 패스가 배터리의 전압에 관계없이 형성되어 배터리의 과충전이 발생하였다. 본 발명은 배터리의 전압이 저전압이 아닌 상태에서 전원 스위치가 ''오프되어질때 급속충전전압 공급회로의 충전전류의 패스를 차단하는 회로를 제공한다.

3. 발명의 해결방법의 요지 : 베이스 유니트와 접속되는 충전단자의 전압을 검출하고, 상기 검출된 충전전압을 저전압 검출회로의 출력의 상태에 따라서 배터리에 충전전압을 공급하는 충전전압 공급회로의 충전패스 형성 스위치의 제어신호로서 공급하도록 구성한다.

4. 발명의 중요한 용도 : 무선전화기의 급속충전제어장치.

Description

급속충전장치의 충전제어회로

제1도는 종래의 급속충전장치의 충전제어회로도.

제2도는 본 발명에 따른 급속충전장치의 충전제어회로도.

본 발명은 무선전화기에 이용되는 재충전 배터리(Rechargeable battery)에 전압을 충전하는 급속충전장치에 관한 것으로, 특히 과충전 전류의 유입을 제거하여 배터리의 과충전을 방지하는 급속충전장치의 충전제어회로에 관한 것이다.

이동하면서 통화가 가능한 무선전화기 혹은 휴대용 전화기 등은 동작전원으로서 충전가능한 재충전 배터리(이하 배터리라 칭함)를 내장하고 있으며, 상기 배터리에 전압을 충전시키기 위한 충전회로를 내장하고 있다.

상기와 같은 무선전화기는 통화를 하기 위한 핸드(Hand set)이 베이스 유니트(Base unit)의 상부에 놓여질때 베이스 유니트와 핸드의 충전단자(CT)가 접속되고, 상기 충전단자(CT)간의 접속에 의해 핸드내의 배터리에 전압이 충전되어진다. 이와 같은 무선전화기의 충전회로는 제1도에 도시되어진 바와 같다.

제1도는 종래의 무선전화기에서 사용되어진 급속충전장치의 회로도이다.

상기 도면에서, 참조번호 12는 무선전화기의 핸드의 동작을 제어하는 마이크로 프로세서(Microprocessor : 이하 MPU''라 함)이다. 그리고, 참조부호 SW는 스위치로서 온시에는 통화대기모드이며, ''오프''시에는 통화정지모드로서 핸드의 동작을 정지시키는 스위치로 일측 단자는 재충전이 가능한 배터리(Vat)의 플러스 단자에 접속되어 있고 타측은 저항(R2)을 통하여 상기 MPU(12)의 리세트회로에 접속되어 있다. 그리고, 참조번호 14는 리세트회로이고 16은 저전압검출회로, 18은 충전제어회로, 20은 충전전압 공급회로이다. 상기 제1도에서 단자(CT)는 베이스 유니트와 접속되는 충전단자로서 베이스 유니트에 결합되었을 때 약 9볼트의 직류전압이 입력된다.

우선 제1도를 참조하여 종래의 급속충전장치의 동작을 설명하기에 앞서 배터리(Vat)의 전압레벨이 정상상태의 충전전압 레벨이라 가정하에 설명한다.

지금, 스위치(SW)가 온되면 상기 스위치(SW)를 통한 배터리(Vat)의 전압은 저항(R2)으로 공급됨과 동시에 무선전화기의 또 다른 회로를 동작시키기 위한 전원전압(Vcc)로서 출력된다. 이때 상기 저항(R2)를 통한 배터리(vat)의 전압은 캐패시터(C1)에 의한 미분 동작에 의해 순간 펄스가 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스로 입력된다. 따라서 상기 트랜지스터(Q1)는 상기 스위치(SW)가 온되었을때 순간적으로 온 스위칭되며, 이로 인하여 저항(R1)를 통한 전압은 상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 에미터를 통하여 순간적으로 바이패스 됨으로 상기 MPU(12)는 리세트된다.

한편, 상기 배터리(Vat)의 플러스단자에 직접 접속된 저항(R6)은 상기 배터리(Vat)의 전압을 저전압검출회로(16)내의 비교기(CP1)와 충전제어회로(18)내의 비교기(CP2)의 반전단자(-)로 각각 공급한다. 공급되는 전압은 다이오드(D5)의 양단에 인가되는 전압(0.7볼트)로써 기준전압이 된다. 그리고, 저전압검출회로(16) 내의 저항(R3)(R4) 및 충전제어회로(18)내의 저항(R8)(R9)를 각각은 상기 배터리(Vat)의 전압을 상기 직렬 저항의 값의 저항비로서 각각 분압하여 된 제1전압과 제2전압을 상기 비교기(CP1)와 비교기(CP2)의 비반전단자(+)로 각각 공급한다. 이때 상기 제1전압은 배터리(Vat)의 저전압을 검출하기 위한 레벨로 설정된 전압이며, 제2전압은 배터리(Vat)의 충전레벨을 검출하기 위한 레벨로 설정된 것이다.

따라서 저전압검출회로(16)내의 비교기(CP1)는 상기 저항(R6)을 통한 배터리(Vat)의 전압과 제1전압을 비교하여 배터리(Vat)의 전압레벨을 검출한다. 예를 들어, 상기 저항(R3)을 통한 상기 제1전압이 상기 기준전압의 레벨보다 높다면 하이상태의 저전압 검출신호를 MPU(12)의 저전압검출단자(Vd) 및 충전전압공급회로(20)내의 트랜지스터(Q3)의 베이스에 입력시킨다. 이때 상기 ''하이''상태의 저전압 검출신호는 배터리(Vat)의 전압이 정상상태를 의미한다.

또한, 충전제어회로(18)내의 비교기(CP2)는 상기 저항(R6)을 통한 배터리(Vat)의 전압과 상기 제2전압을 비교하여 배터리(Vat)의 충전레벨을 검출한다. 즉, 상기 저항(R8)을 통하여 입력되는 제2전압이 상기 기준전압의 레벨보다 높다면, ''하이'' 상태의 충전레벨 검출신호를 충전전압 공급회로(20)내의 트랜지스터(Q2)의 베이스에 입력시킨다.

따라서, 상기 배터리(Vat)의 충전전압의 레벨이 기준전압 레벨보다 높다면 PNP형인 트랜지스터(Q2,Q3)는 모두 오프된다. 상기 트랜지스터(Q2,Q3)들이 모두 ''오프되면, 단자(CT)로부터 공급되는 충전전압은 저항(R10,R11)과 다이오드(D1,D2)만을 통하여 미소의 충전전류로서 배터리(Vat)로 공급되어 충전된다.

상기와 같은 상태에서 저전압검출회로(16)내의 비교기(CP1)의 출력전위는 비교기(CP1)의 Vcc(배터리 전압과 동일) 전압이다. 그리고, 충전단자(CT)의 전압 레벨은 직류 9볼트의 전압으로서 트랜지스터(Q3)의 에미터와 베이스간의 전위차는 약 4볼트 이상의 전압차가 발생되어진다. 따라서 상기 트랜지스터(Q3)는 어느정도 포화영역으로 천이되어진 상태로 된다. 즉, 상기 트랜지스터(Q3)는 어느정도 ''턴온''된 상태로 천이되어 에미터로부터 콜렉터로 전류가 흐르게 된다. 따라서 회로상으로 원치않는 충전전류가 흐르게 되어 평상시의 충전전류보다 많은 량의 전류가 상기 배터리(Vat)로 공급되어 과도한 충전전류로서 된다. 이와 같은 동작에 의해 배터리(Vat)의 전압이 정상인 상태에서도 상기 배터리(Vat)로는 과충전 전류가 흐르게 된다. 이때 상기 ''로우''상태의 저전압 검출신호를 입력하는 MPU(12)는 이의 상태를 표시기(도시하지 않았음)를 통하여 표시하여 경보한다.

한편, 지속적인 배터리(Vat)의 사용으로 인하여 상기 배터리(Vat)의 전압 레벨이 상기 기준전압의 레벨보다 낮아지면, 상기 비교기(CP2)는 로우''의 충전레벨 검출신호를 트랜지스터(Q2)의 베이스로 출력한다. 따라서 저항(R11)에 의한 전류제한의 동작이 정지됨과 동시에 저항(R10)과 상기 트랜지스터(Q2)의 에미터-콜렉터간을 통하여 충전전류가 배터리(Vat)로 공급됨으로서 전술한 상태로부다는 많은 전류가 공급되어 비교적 고속의 충전이 실행된다.

만약, 상기 배터리(Vat)의 전압 레벨이 상기 기준전압의 레벨보다 낮아지면, 상기 비교기(CP1)는 ''로우''의 저전압 검출신호를 출력한다. 이때 상기 비교기(CP1)의 출력단자에 접속된 트랜지스터(Q3)는 턴온된다. 따라서 저항(R10)(R11)에 의한 전류 제한의 동작이 정지됨과 동시에 상기 트랜지스터(Q3)와 트랜지스터(Q2)의 온스위칭 경로를 통하여 충전단자(CT)의 전압이 상기 배터리(Vat)로 공급됨으로써 상기 배터리(Vat)는 고속충전된다.

그러나, 상기 제1도와 같은 회로는 무선전화기의 동작을 정지하기 위하여 스위칭(SW)을 ''오프한 경우에도 배터리(Vat)에 항상 충전전류가 공급되는 과충전 문제를 가지고 있었다. 즉, 스위치(SW)를 ''오프한 경우에는 저항(R2)을 통한 전류의 공급이 차단되어 비교기(CP1)의 출력단자가 오픈(하이 임피던스 상태)된 상태임에도 불구하고 트랜지스터(Q3)의 에미터와 베이스간의 전위차가 항상 4볼트 이상 발생되어 ''온된다. 따라서 저전압 검출회로(16)의 출력이 저전압 검출상태의 신호가 아닌데도 배터리(Vat)의 전원이 높은 상태인데도 불구하고 항상 충전전류가 트랜지스터(Q3)를 통하여 과도하에 흐르는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 무선전화기의 급속충전회로에 있어서, 배터리의 과충전을 방지하는 충전제어회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 평상시 배터리로 흐르는 충전전류의 과도공급을 차단하고, 정지모드에서 배터리로 공급되는 쾌속 충전전류를 차단하여 과충전을 방지하는 충전제어회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 충전 배터리와, 상기 충전 배터리의 전압을 각각의 저전압 검출전압 및 충전레벨 전압과 비교하여 전압 검출신호 및 충전제어신호를 각각 오프 콜렉터 단자로 출력하는 저전압 검출회로 및 충전제어회로를 구비한 급속충전장치의 충전제어회로에 있어서, 충전전압을 입력하는 충전단자와 상기 배터리의 사이에 접속되어 있으며 상기 충전제어신호에 응답하여 제1충전전류를 상기 배터리에 공급하고, 급속충전제어신호에 응답하여 상기 제1충전전류보다 더 큰 제2충전전류를 상기 충전 배터리에 공급하는 충전전압 공급수단과, 상기 충전단자와 상기 저전압 검출회로의 출력단자에의 사이에 접속되어 상기 충전단자로부터 입력되는 충전전압을 검출하여 출력하며, 상기 저전압 검출회로부터 출력되는 저전압 검출신호에 응답하여 충전제어신호를 상기 충전전압 공급수단으로 공급하는 충전제어수단으로 구성함을 특징으로 하는 급속충전장치의 충전제어회로 구성함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 급속충전장치의 충전제어회로도로서, 이는 전술한 제1도의 구성중 실질적으로 동일한 구성을 가지고 같은 기능을 수행하는 회로소자들에는 동일한 참조번호를 붙여 표기하였다. 제1도의 회로와 다른 부분으로는 하기와 같다.

충전단자(CT)로 입력되는 전압을 검출하여 충전전압 검출신호를 출력하는 충전전압 검출회로(22)와, 제1도에서 전술한 저전압 검출회로의 출력단자와 상기 충전전압 검출회로의 출력단자에 접속되어 상기 충전전압 검출신호 및 저전압 검출신호에 응답하여 급속충전제어신호를 전술한 충전전압 공급회로(20)내의 트랜지스터(Q3)의 베이스로 출력하는 급속충전제어회로(24)가 더 부가 접속되어 있다.

상기의 구성중, 충전전압 검출회로(22)는 충전단자(CT)와 접지 사이에 직렬접속되어 입력되는 충전전압을 분압하여 충전전압 검출신호를 출력하는 두개의 저항(R12,R13)와, 상기 두개의 저항(R12,R13)의 접속노드와 상기 저전압 검출회로(16)의 출력단자의 사이에 일방향 접속된 다이오드(D3) 및 저항(R14)로 구성되어진다.

그리고, 급속충전제어회로(24)는 상기 배터리(Vat)의 출력단자와 접지사이에 접속되어 상기 충전전압 검출회로(22)와 저전압 검출회로(16)의 출력단자로부터 출력되는 충전전압 검출신호 또는 저전압 검출신호에 온 또는 오프 스위칭되는 트랜지스터(Q4)와, 상기 충전전압 공급회로(20)내의 트랜지스터(Q3)의 베이스와 접지사이에 접속되어 있으며 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터로부터 출력되는 스위칭신호에 의해 급속충전제어신호를 출력/차단하는 트랜지스터(Q5)로 구성되어 있다.

상기 제2도를 참조하여 본 발명의 일실시예의 동작을 설명함에 있어, 제1도와 동일 동작에 대하여는 그 동작의 설명을 생략하며, 제2도의 충전단자(CT)는 베이스 유니트에 결합되어 약 9볼트의 직류전압이 공급되는 상태라 가정한다.

지금, 배터리(Vat)의 충전전압이 기준전압 레벨보다 높은 상태로이면, 저전압 검출회로(16)의 출력은 전술한 바와 같이 ''하이''상태의 신호를 출력한다. 이때 저항(R12,R13)은 충전단자(CT)로 입력되는 9볼트 정도의 직류 전압을 분압 검출하여 충전전압 검출신호를 다이오드(D3)의 에노드와 MPU(12)의 접속신호 입력단자(CON)으로 공급한다. 상기 MPU(12)는 접속신호 입력단자(CON)으로 입력되는 충전전압 검출신호에 응답하여 현재 충전중임을 표시기(도시하지 않았음)을 통하여 표시한다.

따라서 무선전화기가 베이스 유니트에 결합된 상태에서 저전압 검출회로(16)의 출력이 하이이면, 트랜지스터(Q4)는 ''턴온''되어져 저항(R15)을 통하여 입력되는 배터리(Vat)의 전압은 바이패스된다. 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터에 접속된 트랜지스터(Q5)는 ''턴오프되어진다. 상기와 같은 동작에 의해 트랜지스터(Q3)의 베이스로 공급되는 급속충전제어신호는 차단되어 트랜지스터(Q3)는 완전히 턴오프되어 에미터에서 콜렉터로 전류가 흐르게 못하게 된다. 그러므로 상기와 같은 동작에 의해 배터리(Vat)로 공급되는 충전전류는 저항(R10,R11) 및 다이오드(D1,D2)만을 통하여 미소하게 흐르게 된다.

만약, 전술한 배터리(Vat)의 충전전압이 많이 방전된 상태로 저전압 검출회로(16)의 출력이 로우이면, 저항(R14)을 통하여 입력되는 충전전압 검출신호는 출력단자가 오픈 콜렉터인 연산 증폭기(CP1)의 출력단자로 바이패스되어진다. 따라서 저전압 검출회로(16)의 출력이 ''로우이면 트랜지스터(Q4)는 턴오프''되어진다. 상기 트랜지스터(Q4)는 ''턴온되면, 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터에 접속된 트랜지스터(Q5)는 저항(R15)을 통하여 입력되는 배터리(Vat)의 충전전압에 의해 턴온되어진다. 상기 트랜지스터(Q5)가 ''턴온되어지면 콜렉터로부터는 로우''의 급속충전제어신호가 출력되며, 이는 곧 트랜지스터(Q3)의 베이스로 공급된다.

상기 트랜지스터(Q3)는 베이스로 입력되는 ''로우의 급속충전제어신호에 응답하여 온 스위칭된다. 상기 트랜지스터(Q3)가 온 스위칭되면 충전단자(CT)로 입력되는 충전전압은 상기 트랜지스터(Q3)의 에미터와 콜렉터간을 통하여 직접 다이오드(D1,D2)의 에노드로 공급된다. 따라서 전류제한 저항(R10,R11)의 전류 제한이 없이 바로 배터리(Vat)로 공급됨으로써 급속충전이 개시된다.

한편, 사용자가 무선전화기의 동작을 정지시키기 위하여 스위치(SW)를 오프하면, 저항(R2)으로 공급되는 배터리(Vat)의 전압이 차단되어진다. 따라서, 전술한 저전압 검출회로(16)내의 비교기(CP1)의 출력은전술한 바와 같이 오픈(하이 임피던스)의 상태되어지나, 트랜지스터(Q4)의 베이스로는 다이오드(D3)와 저항(R14)을 통하여 공급되는 충전전압 검출신호에 의해 ''하이''상태의 신호가 공급된다.

그러므로, 트랜지스터(Q4)는 온, 트랜지스터(Q5)는 오프, 트랜지스터(Q3)은 오프되어 스위치(SW)가 오프되어지더라도 급속충전전류의 흐름이 차단되어진다.

따라서, 제2도와 같이 구성된 본 발명은 방전된 배터리를 짧은 시간내에 하이 상태의 전압까지 급속충전하는 회로에 있어서, 평상시 충전전류가 과도하게 흐르는 것을 방지하고, 전원 스위치를 오프시켰을 경우에도 급속방전을 위한 트랜지스터(Q3)의 동작을 차단함으로써 배터리에 적정전류만을 흐르게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 급속충전회로를 가지는 충전회로에 있어서 평상시나 전원 스위치를 오프시에도 적정한 충전전류만을 배터리에 공급하고, 배터리의 소모를 줄이려고 스위치를 오프한 경우에도 적정한 충전전류만큼 배터리로 공급함으로써 배터리로 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.

Claims

충전 배터리와, 상기 충전 배터리의 전압을 각각의 저전압 검출기준전압 및 충전레벨 기준전압과 비교하여 전압 검출신호 및 충전제어신호를 각각 오픈 콜렉터 단자로 출력하는 저전압 검출회로 및 충전제어회로를 구비한 급속충전장치의 충전제어회로에 있어서, 충전전압을 입력하는 충전단자와 상기 배터리의 사이에 접속되어 있으며 상기 충전제어신호에 응답하여 제1충전전류를 상기 배터리에 공급하고, 급속충전제어신호에 응답하여 상기 제1충전전류보다 더 큰 제2충전전류를 상기 충전 배터리에 공급하는 충전전압 공급수단과, 상기 충전단자와 상기 저전압 검출회로의 출력단자에의 사이에 접속되어 상기 충전단자로부터 입력되는 충전전압을 검출하여 출력하며, 상기 저전압 검출회로부터 출력되는 저전압 검출신호에 응답하여 충전제어신호를 상기 충전전압 공급수단으로 공급하는 충전제어수단으로 구성함을 특징으로 하는 급속충전장치의 충전제어회로.
제1항에 있어서, 상기 충전전압 공급수단은, 상기 충전단자로부터 상기 충전배터리의 전압단자로 일방향 접속된 전류제항 제1 및 제2전류 제한 소자 및 역전류 방지용 다이오드와, 상기 급속충전제어신호의 입력에 응답하여 상기 충전단자로부터의 충전전압을 상기 충전 배터리의 전압단자로 공급하는 제1스위치와, 상기 제2전류 제한 소자에 병렬 접속되어 있으며 상기 충전제어신호의 입력에 응답 스위칭하여 제2전류 제한 소자의 양단을 접속하는 제2스위치로 구성함을 특징으로 하는 급속충전장치의 충전제어회로.
제2항에 있어서, 상기 충전제어수단은, 상기 충전단자로부터의 충전전압을 분압하여 출력하는 충전전압 검출수단과, 상기 충전전압 검출수단의 출력단자로부터 상기 저전압검출회로의 출력단자 및 상기 제1스위치의 제어단자의 방향으로 접속되어 상기 저전압 검출회로로부터 저전압 검출신호가 출력시에만 응답하여 상기 제1스위치로 충전제어신호를 출력하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 충전제어회로.
충전 배터리와, 상기 충전 배터리의 전압을 각각의 저전압 검출기준전압 및 충전레벨 기준전압과 비교하여 전압 검출신호 및 충전제어신호를 각각 오픈 콜렉터 단자로 출력하는 저전압 검출회로 및 충전제어회로를 구비한 급속충전장치의 충전제어회로에 있어서, 충전전압을 입력하는 충전단자와 상기 배터리의 사이에 접속되어 있으며 상기 충전제어신호에 응답하여 제1충전전류를 상기 배터리에 공급하고, 급속충전제어신호에 응답하여 상기 제1충전전류보다 더 큰 제2충전전류를 상기 충전 배터리에 공급하는 충전전압 공급수단과, 상기 충전단자로 입력되는 전압을 검출하여 충전전압 검출신호를 출력하는 충전전압 검출수단과, 상기 저전압 검출회로의 출력단자와 상기 충전전압 검출수단의 출력단자에 접속되어 상기 충전전압 검출신호 및 저전압 검출신호에 응답하여 급속충전제어신호를 충전전압 공급수단으로 공급하는 급속충전제어수단으로 구성함을 특징으로 하는 급속충전장치의 충전제어회로.
제4항에 있어서, 상기 충전전압 검출수단은, 상기 충전단자와 접지사이에 직렬접속되어 입력되는 충전전압을 분압하여 충전전압 검출신호를 출력하는 두개의 저항(R12,R13)과, 상기 두개의 저항(R12,R13)의 접속 노드와 상기 저전압 검출회로의 출력단자의 사이에 일방향 접속된 다이오드(D3) 및 저항(R14)으로 구성함을 특징으로 하는 급속충전장치의 충전제어회로.
제5항에 있어서, 상기 충전전압 공급수단은, 상기 충전단자로부터 상기 충전 배터리의 전압단자로 일방향 접속된 전류제항 제1 및 제2전류 제한 소자 및 역전류 방지용 다이오드와, 상기 급속충전제어신호의 입력에 응답하여 상기 충전단자로부터의 충전전압을 상기 충전 배터리의 전압단자로 공급하는 제1스위치와, 상기 제2전류 제한 소자에 병렬 접속되어 있으며 상기 충전제어신호의 입력에 응답 스위칭하여 제2전류 제한 소자의 양단을 접속하는 제2스위치로 구성함을 특징으로 하는 급속충전장치의 충전제어회로.
제6항에 있어서, 상기 급속충전제어수단은, 상기 충전 배터리의 출력단자와 접지 사이에 접속되어 상기 충전전압 검출수단과 저전압 검출회로의 출력단자로부터 출력되는 충전전압 검출신호와 저전압 검출신호의 입력에 의해 온/오프 스위칭되는 트랜지스터(Q4)와, 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스와 접지 사이에 접속되어 있으며 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터로부터 출력되는 스위칭신호에 의해 급속충전제어신호를 출력/차단하는 트랜지스터(Q5)로 구성함을 특징으로 하는 급속충전장치의 충전제어회로.