KR100352330B1 - 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로 - Google Patents

진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 진공청소기등에 내장된 충전용 배터리가 과충전 및 또는 과방전의 반복에 의하여 수명이 단축되고 효율이 저하되는 것을 방지하여 충전용 배터리의 수명을 연장시키고 더 나아가서는 충전용 배터리를 최대효율로 이용할 수 있는 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로에 관한 것이다.
본 발명의 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로는, DC입력돤자부(10)를 통하여 입력되는 DC전원을 이용하여 충전용 배터리(40)를 충전하고, 만충전까지 충전이 완료되면 충전을 중지시키고, 미소전류를 공급하여 충전용 배터리(40)가 만충전 전압 이상으로 충전되는 것을 방지하는 과충전방지부(20)와, 상기 충전용 배터리(40)로부터 공급되는 전원을 사용하여 진공모터(50)를 구동시키며 충전용 배터리(40)의 방전전압이 소정전압이하로 하강하면 진공모터(50)에 인가되는 전원을 차단하는 과방전방지부(30)로 구성되어서, 충전용 배터리(40)가 사용중에 과충전되거나 과방전되는 것을 방지하여 배터리의 수명이 연장되고 최대효율로 이용할 수 있다.

Description

진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로{Over charge/over discharge portection circuit for rechargerble battery of vaccum cleaner}
본 발명은 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 진공청소기 등에 내장된 충전용 배터리가 과충전및 또는 과방전의 반복에 의하여 수명이 단축되고 효율이 저하되는 것을 방지하여 충전용 배터리의 수명을 연장시키고 더 나아가서는 충전용 배터리를 최대효율로 이용할 수 있는 진공청소기 충전용 배터리의 과총전/과방전 보호회로에 관한 것이다.
마루바닥에 쌓인 먼지나 이물질을 제거하는데 사용되는 진공청소기가 대부분의 가정에 보급되어 있다. 진공청소기는 모터를 이용하여 강한 흡인력을 발생시켜 공기를 흡입함과 동시에, 흡입되는 공기중에 포함된 비닐조각, 먼지, 부스러기 등을 필터에 수집하고 정화된 공기를 외부로 배출하여 청소를 하는 가전제품으로서 주부들의 가사노동을 줄여주는 편리한 기기이다.
종래 진공청소기는 강한 흡입력을 유지하기 위하여 모터의 용량이 큰 것을 사용하기 때문에 진공청소기 자체의 중량이 커져서 주부들이 용이하게 사용하지 못하였으며 또한 전원공급을 위하여 전기코드를 항상 연결하여야 하기 때문에 청소에 지장을 주며 이동하는 장소에다 전원코드를 다시 연결하여야 하는 등 사용상의 불편함을 초래하였다.
전원공급의 문제점을 해결하기 위하여 충전용 배터리를 사용한 충전식 진공청소기가 개발, 사용되고 있다. 충전식 진공청소기를 사용하지 않을 때는 상용전원을 직류로 변조하여 어댑터를 이용하여 충전용 배터리를 충전시켰다가, 사용시에는 전원코드를 제거한 상태에서 사용되므로 이동이 매우 편리한 장점이 있다.
그러나 충전용 배터리의 충전용량에 따라 사용 시간이 결정되어서 장시간 사용할 수 없는 문제점이 있었다. 또한 종래 충전식 진공청소기에 사용되는 어댑터는 진공청소기와 분리되어 있을 뿐만 아니라 단순하게 충전용 배터리를 충전시키는 기능만을 가지고 있기 때문에 충전용 배터리가 고전압으로 과충전되거나 과방전되어서 충전용 배터리의 수명에 치명적인 손상을 끼치는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 구매자들의 제품인식에 나쁜 영향을 초래하여 판매에도 막대한 영향을 주고 있는 형편이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 진공청소기 등에 내장된 충전용 배터리가 과충전 및 또는 과방전의 반복에 의하여 수명이 단축되고 효율이 저하되는 것을 방지하여 충전용 배터리의 수명을 연장시키고 더 나아가서는 충전용 배터리를 최대효율로 이용할 수 있는 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로는, DC입력단자부를 통하여 입력되는 DC전원을 이용하여 충전용 배터리를 충전하고, 만충전전압까지 충전이 완료되면 충전을 중지시키고, 미소전류를 공급하여 충전용 배터리가 만충전전압 이상으로 충전되는 것을 방지하는 과충전장지부와, 상기 충전용 배터리로부터 공급되는 전원을 사용하여 진공모터를 구동시키며충전용 배터리의 방전전압이 소정전압이하로 하강하면 진공모터에 인가되는 전원을 차단하는 과방전방지부로 구성된다.
도 1은 종래 사용되는 충전식 진공청소기의 측면도,
도 2는 본 발명에 의한 과충전/과방전 보호회로의 블럭회로도,
도 3은 본 발명에 의한 과충전/과방전 보호회로의 일실시예의 상세회로도,
도 4는 본 발명의 과충전/과방전 보호회로의 작동상태를 나타내는 흐름도,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 진공청소기 3 : 손잡이
5 : 온/오프스위치 7 : 수동스위치
9 : 바닥흡입구 10 : DC입력단자부
20 : 과충전방지부 30 : 과방전방지부
40 : 충전용 배터리 50 : 진공모터
101 : 핸디입력단자 102 : 베이스입력단자
103 : 릴레이 104 : 제1스위치
105 : 제2스위치 Q1,Q3,Q4,Q5 : 트랜지스터
SCR : 사이리스터 LD1,LD2,LD3 : 발광다이오드
D1,D2,D3,D4 : 다이오드
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 충전용 배터리를 사용하는 충전식 진공청소기에서 충전용 배터리가 과충전 및 또는 과방전되는 것을 방지하여 배터리의 수명을 연장시키고 효율적으로 사용하기 위한 충전 및 방전장치이다.
도 1은 종래 사용되는 충전식 진공청소기(1)의 일실시예의 측면도로서, 상부측에는 사람이 잡기 위한 손잡이(3)가 구비되어 있으며, 손잡이(3)에 인접하여 온/오프스위치(5)가 설치되고, 중간부분에 흡인력을 발생시키는 진공모터를 직접 제어할 수 있는 수동스위치(7)가 설치되어 있다. 온/오프스위치(5) 및 수동스위치(7)는 설치 위치에 차이가 있지만 동일한 동작, 즉 진공청소기를 온시켜 진공모터를 동작시키는 역할을 한다. 이것은 후에 도 3을 참고하여 상세히 설명된다.
또한, 진공청소기(1)의 최하부에는 바닥흡입구(9)가 설치되어 있어서, 사람이 직립한 상태에서 진공청소기(1)를 이동시키면 용이하게 청소를 할 수 있다. 바닥흡입구(9)의 내측에는 도시되지 않았지만 브러쉬등이 설치되어서 빗자루와 같이 쓸어 주는 작용을 하여 이물질을 용이하게 흡입된다.
사용자가 온/오프 스위치(5) 또는 수동스위치(7) 중의 하나의 스위치를 눌러서 진공청소기를 작동시킨다. 스위치가 턴온되고 충전용 배터리가 충전되어 있으면전원이 진공모터에 공급되어서 먼지를 포함한 공기의 흡입이 시작된다. 또한 상세히 도시되지 않았지만 진공청소기의 본체에는 충전에 필요한 전원을 공급하기 어댑터단자(DC입력단자부(10))가 노출되어 있어서 충전시에 어댑터단자를 DC입력단자부와 결합시켜서 배터리를 충전시킨다.
도 2는 본 발명의 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로의 블럭도이다. 도시된 바와 같이, DC입력단자부(10), 과충전방지부(20), 충전용 배터리(40), 과방전방지부(30)와, 진공모터(50)가 표시되어 있으며, 과충전방지부(20)를 통하여 충전용 배터리(40)에 충전하고 만충전전압을 초과하면 충전을 중지하며, 충전용 배터리(40)로부터 방전하여 과방전방지부(30)를 통하여 진공모터(50)에 전원을 공급하며 과방전이 감지되면 전원공급을 차단하는 역할을 한다.
도 3은 상기와 같은 본 발명의 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전보호회로의 일실시예의 상세회로도이다.
상기 DC입력단자부(10)는 충전용 배터리(40)를 충전하는데 필요한 전원을 공급하기 위한 것이다. 상기 DC입력단자부(10)를 통하여 입력되는 DC전원은 정류장치(어댑터)를 통하여 변환된 직류(DC)전압이다. DC입력단자부(10)는 베이스 입력단자(101)와 핸디입력단자(102)로 분리되어 있으나, 후단에는 모두 연결되어 있다. 이것들은 모두 어댑터(미도시됨)의 출력단자와 연결되어서 충전전압을 공급하며, 도 1의 진공청소기(1)의 본체에 구비되어 있다.
진공청소기(1)를 사용하지 않고 충전용 배터리(40)를 충전시키기 위하여 DC입력단자부(10)에 DC전원을 인가하면 충전전류의 공급부로서 작동되는 트랜지스터(Q1)가 턴온되면서 충전전류는 다이오드(D1,D2)를 통하여 릴레이(103)로 공급된다. 동시에 발광다이오드(LD1)가 발광하면서 현재 충전용 배터리(40)가 충전되고 있음을 외부에 표시한다. 이 사용상태에서는 릴레이(103)의 접점은 과충전방지부(20)와 충전용 배터리(40)가 연결되도록 설정된다.
릴레이(103)는 2극 릴레이로서 일측접점(a)은 충전용 배터리(40)에 연결되고 다른 접점(b)은 진공모터(60)에 연결되어 있으며, 진공청소기가 비동작중인 경우에는 충전용 배터리(40)가 충전되도록 회로가 구성되어 있다. DC전원을 연결한 상태로 충전상태가 지속되면 충전용 배터리(40)가 만충전상태에 도달하게 된다.
만충전상태로 충전용 배터리(40)가 충전되면 충전상태감지부로서 사용되는 IC에 의하여 만충전상태가 감지되고, IC는 트랜지스터(Q3)를 온 시킨다. 동시에 트랜지스터(Q1)가 오프되어서 충전용 배터리(40)에 공급되는 충전전류가 차단되며 발광다이오드(LD1)도 오프된다. 트랜지스터(Q3)가 온되면 전류는 DC입력단자부(10)로부터 발광다이오드(LD2,LD3)를 통하여 흐르게 되며, 발광다이오드(LD2,LD3)가 발광하기 때문에 충전용 배터리(40)가 만충전되었다는 것을 외부에서 확인할 수 있다. 동시에 IC에 의하여 회로에 흐르는 전류는 미소한 값을 갖는 트리거전류가 되어서 자연방전에 대하여 충전을 계속하여 방전에 의한 효율저하를 방지할 수 있다.
또한 충전용 배터리(40)에 만충전방지부로서 사용되는 제너다이오드(ZD2)가 병렬 연결되어 있기 때문에 제너다이오드(ZD2)에 의한 전압 이상으로 충전용 배터리(40)가 충전되는 것이 방지되므로 과충전으로부터 충전용 배터리(40)를 안전하게보호할 수 있는 효과가 있는 것이다. 제너다이오드의 설정 전압은 충전용 배터리(40)의 설정 전압과 동일하게 결정하는 것이 바람직하다.
또한 충전용 배터리(40)가 만충전된 상태에서 진공청소기(1)를 사용하여 청소를 하기 위하여 동작시키면, 충전용 배터리(40)의 전원을 사용하여 진공모터(50)가 구동된다. 동작을 위하여 제1스위치(104) 또는 제2스위치(105)중의 하나를 온시키면 진공청소기가 작동된다. 상기 제1스위치(104) 또는 제2스위치(105)는 도 1에 도시된 온/오프스위치(5) 또는 수동스위치(7) 등과 본질적으로 동일한 스위치이다.
제1 또는 제2스위치(104,105)중의 하나가 온 되면 릴레이(103)의 코일에 전류가 흘러서 접점이 a→b로 전환되면서 진공모터(50)가 동작을 개시하게 된다. 진공모터(50)가 동작하면 강한 흡입력이 발생되어서 먼지가 포함된 공기를 빨아 들여서 필터(미도시됨)를 통과 하면서 먼지를 제거하고 여과된 공기를 배출한다.
이것을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 제1 또는 제2스위치(104,105)가 온 되면 만충전 상태에 있던 충전용 배터리(40)로부터 다이오드(D4)를 통하여 전압이 공급되어서 트랜지스터(Q4)가 온 된다. 트랜지스터(Q4)가 온 되면 컬렉터측에 전류가 흐르므로 릴레이(103)의 코일에 전류가 흐르게 되며, 이에 따라서 릴레이(103)의 접점이 a→b로 전환되면서 진공모터(50)에 전원이 연결되어서 진공모터(50)가 작동을 시작한다. 진공모터(50)가 작동을 시작하면 충전용 배터리(40)의 전압이 시간이 경과 함에 따라서 하강하게 된다. 릴레이(103)는 입/출력 전환작용을 하는 부분이다.
전압이 하강하여 일정한 수준에 도달하면 과방전이 발생하기 때문에 이것을방지하기 위하여 충전용 배터리(40)로부터 전원공급을 차단한다. 전압이 하강하는 것을 감지하는데 제너다이오드(ZD3)가 사용된다. 제너다이오드(ZD3)에 설정된 전압보다 낮은 전압이 충전용 배터리(40)로부터 공급되면 제너다이오드(ZD3)와 연결된 트랜지스터(Q5)가 턴온되고 SCR이 턴온된다. SCR은 과방전을 위한 전압감지부로 작동한다.
이에 따라서 트랜지스터(Q4)가 오프되고 릴레이(103)에 흐르는 전류가 차단되면서 릴레이 접점이 b→a로 원위치 된다. 따라서 충전용 배터리(40)로부터의 전원 공급이 차단되고 진공모터(50)의 작동이 중지된다. 이와 같이 하여 충전용 배터리(40)가 과도하게 방전되는 것을 차단할 수 있다.
충전용 배터리(40)가 방전되면 상기한 충전과정을 거쳐서 다시 충전용 배터리(40)를 충전시킨다. 방전상태에서 과방전회로가 작동되어서 동작이 정지된 상태에서는 SCR이 동작하고 있을 가능성이 있으므로, 제1스위치(104) 또는 제2스위치(105)를 오프시켜서 SCR을 오프시키고, 릴레이(103)의 단자가 원위치한 후에 스위치를 온 시켜 사용한다.
본 발명의 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로의 작동상태를 도4를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 충전용 배터리(40)를 충전시키기 위하여 DC입력단자부(10)에 어댑터를 연결하면, 충전용 배터리(40)에 전류원을 연결하여 충전을 시작하게 된다. 동시에 과충전방지부(20)에서는 배터리의 특성에 맞추어 설정된 만충전 전압점에 충전전압이 도달하는 가를 감지하게 된다.
충전이 완료되면서 충전용 배터리(40)에 공급된 전압이 만충전전압점에 도달한 것으로 판단되면, DC전압공급을 중단하고 IC에 의하여 과충전방지부(20)를 통하여 트리거전류를 공급한다. 트리거전류가 공급되면 전류공급량이 현저하게 감소되므로 과충전이 방지되며 또한 과전류에 의한 충전용 배터리(40)의 열화가 감소되는 효과가 있다. 또한 자연방전으로 인한 방전까지 방지할 수 있어서, 충전용 배터리의 최대효율까지 사용할 수 있는 잇점이 있다.
또한 진공청소기를 작동시켜 청소를 하는 경우에는, 충전용 배터리(40)로부터 방전되도록 스위치(제1 또는 제2스위치)중의 하나를 온 시켜서 전기회로를 구성한다. 이때는 회로적으로 과충전방지부(20)로부터의 전원공급은 차단되고, 충전용 배터리(40)로부터 과방전방지부(30)를 통하여 진공모터(50)에 전원이 공급된다. 충전용 배터리(40)로부터 전류가 공급되면 진공모터(50)에 전압이 공급되어서 청소 동작이 이루어진다.
동시에 소정전압(종지전압 : 충전용 배터리의 방전중단을 위하여 설정된 전압값)을 감지하여 진공모터의 동작을 중지하도록 작동된다. 종지전압은 배터리의 특성에 따라서 변경될 수 있는 것으로서, 종지전압이 감지되면 부하가 차단되어 전원공급이 중단됨으로서 배터리가 소손되는 것을 방지할 수 있다. 종지전압은 예를 들어 3V로 설정할 수 있다.
상기 과충전회로에서의 만충전전압점 및 과방전회로에서의 소정전압(종지전압)은 모든 진공청소기에서 사용되는 충전용 배터리에 따라서 견경된다. 즉 진공청소기에 사용되는 충전용 배터리(40)에 대하여 설계시에 결정되는 충전전압 및 방전전압에 사용되는 충전용 배터리(40)에 대하여 설계시에 결정되는 충전전압 및 방전전압에 따라서 각각 변경되며, 이것들은 제너다이오드를 이용하여 구성할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 진공청소기 등에 내장된 충전용 배터리가 과충전 및 또는 과방전의 반복에 의하여 수명이 단축되고 효율이 저하되는 것을 방지하여 충전용 배터리의 수명을 연장시키고 더 나아가서는 충전용 배터리를 최대효율로 이용할 수 있는 잇점이 있는 것이다.
본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (3)

  1. 충전용 배터리를 충전하고, 충전된 배터리로부터 전원을 공급하여 진공모터를 구동시키는 것으로, DC입력단자부(10)의 입력단자(101,102)를 통하여 입력되는 DC전원을 이용하여 충전용 배터리(40)를 충전하고, 만충전전압까지 충전이 완료되면 충전을 중지시키고, 미소전류를 공급하여 충전용 배터리(40)가 만충전전압 이상으로 충전되는 것을 방지하는 과충전방지부(20)와, 상기 충전용 배터리(40)로부터 공급되는 전원을 사용하여 진공모터(50)를 구동시키며 충전용 배터리(40)의 방전전압이 소정전압이하로 하강하면 진공모터(50)에 인가되는 전원을 차단하는 과방전방지부(30)로 구성되는 배터리의 과충전/과방전 보호회로에 있어서,
    상기 과충전방지부(20)가, 전원공급부(10)를 통하여 입력되는 전압을 이용하여 충전전류를 공급하는 트랜지스터(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)를 통하여 입력되는 충전전류를 릴레이(103)로 공급하여 배터리(40)를 충전시키기 위한 다이어드(D1,D2)와, 충전상태를 표시하기 위한 발광다이오드(LD1)과, 배터리(40)의 만충전상태를 검출하기 위한 IC와, 만충전상태가 검출되면 상기 IC로부터의 제어신호에 의하여 턴온되어서 트랜지스터(Q1)를 오프시키는 트랜지스터(Q3)와, 상기 트랜지스터(Q3)가 온됨에 따라서 전류가 흘러서 만충전상태를 표시하기 위한 발광다이오드(LD2,LD3)와, 배터리(40)가 제너다이오드의 설정전압 이상으로 과충전되는 것을 방지하기 위하여 연결되는 제너다이오드(ZD2)와, 전압조정용 다수의 저항과 콘텐서를 포함하고,
    상기 과방전방지부(30)가, 제1스위치 또는 제2스위치(104,105)가 온되면 배터리(40)로부터 공급되는 전류가 통과하는 다이오드(D4)와, 상기 다이오드(D4)를 통과한 전류에 의하여 턴온되는 트랜지스터(Q4)와, 상기 트랜지스터(Q4)가 턴온됨에 따라서 접점이 절환되어서 배터리(40)로부터 진공모터(50)에 전원을 공급하는 릴레이(103)와, 상기 진공모터(50)의 사용에 의한 배터리(40)의 전압강하를 검출하기 위한 제너다이오드(ZD3)와, 상기 제너다이오드(ZD3)에 설정된 전압보다 낮은 전압이 진공모터(50)에 인가되면 턴온되는 트랜지스터(Q5)와, 상기 트랜지스터(Q5)가 턴온됨에 따라서 턴온되어 상기 트랜지스터(Q4)를 턴오프시키는 사이리스터(SCR)를 포함하며,
    충전용 배터리(40)가 사용중에 과충전되거나 과방전되는 것을 방지하여 배터리의 수명이 연장되고 최대효율로 이용하는 것을 특징으로 하는 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 과충전방지부(20)에서의 만충전전압치와 상기 과전방지부(30)에서의 소정전압이 제너다이오드(ZD2,ZD3)의 설정값에 따라서 변경되어서 배터리(40)의 충전전압에 관계없이 사용하는 것을 특징으로 하는 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로.
  3. 삭제
KR1019990037749A 1999-09-01 1999-09-01 진공청소기 충전용 배터리의 과충전/과방전 보호회로 KR100352330B1 (ko)

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