KR100364531B1 - 배터리 충전 제어방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카메라, 캠코더를 비롯하여 각종 전자제품에 적용되는 배터리 충전기의 충전 제어기술에 관한 것으로, 충전배터리(BAT)의 충전장치를 본체에 내장시킴으로써 수시로 배터리를 착탈해야 하는 불편함을 해소하고, 외부전원과 배터리전원이 자동으로 절환되게 함으로써 본체에 항상 전원을 공급할 수 있으며, 배터리(BAT)의 접지전위를 감지하여 이를 근거로 충전회로의 스위칭을 제어함으로써 정확한 제어가 가능하게 되고, 전류제한용 가변저항(VR1)을 조정하여 급속충전용 직류정전류원을 구현할 수 있으며, 충전기장치 중에서 교류/직류변환부(110)만을 본체와 분리하여 사용할 수 있게 함으로써 충전장치의 소형화, 경량화에 이바지할 수 있다.

Description

배터리 충전 제어방법 및 장치
본 발명은 카메라, 캠코더를 비롯하여 각종 전자제품에 적용되는 배터리 충전기의 충전 제어기술에 관한 것으로, 특히 배터리 충전장치를 본체에 내장할 수 있도록 설계하고, 소정의 제어방법을 이용하여 사용상의 편리함을 제공함과 아울러 소형화,경량화에 이바지할 수 있도록한 배터리 충전 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 배터리 충전장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 교류입력전원을 공급받아 소정 레벨의 직류전압으로 변환하는 교류/직류변환부(11)와, 제어부(15)의 제어를 받아 상기 교류/직류변환부(11)에서 절환부(12)측으로 공급되는 직류전압을 단속하는 스위치(SW)와, 제어부(15)의 제어에 따라 상기 스위치(SW)의 출력 직류전압을 본체(20)측으로 전달하거나 배터리(BAT)측으로 전달하는 절환부(12)와, 상기 절환부(12)로부터 직류전원을 공급받아 충전배터리(BAT)에 정전류를 공급하는 직류정전류원(13)과, 상기 충전배터리(BAT)의 충전상태를 검출하는 충전상태 검출부(14)와, 상기 충전상태 검출부(14)에서 검출된 충전상태를근거로 하여 상기 스위치(SW) 및 절환부(12)의 절환동작을 제어하는 제어부(15)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성된 충전장치의 작용을 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
사용자가 충전배터리(BAT)를 충전시키기 위하여 충전기(교류-어댑터)(10)의 플러그(PL)를 콘센트에 삽입하면, 입력교류전압이 교류/직류변환부(11)를 통해 소정레벨의 직류전압으로 변환된 후 제어부(15)에 의해 단락된 스위치(SW)를 통해 절환부(12)에 공급되고, 그 절환부(12)는 상기 제어부(15)의 제어를 받아 상기 스위치(SW)로부터 입력되는 직류전압을 직류정전류원(13)측으로 전달하게 된다. 이에 따라 상기 충전배터리(BAT)에 정전류가 공급되어 충전이 시작된다.
이때, 충전상태 검출부(14)는 상기 충전배터리(BAT)의 충전상태를 검출함에 있어서, 여러가지의 검출방법이 있는데, 제2도의 (가)와 같이 충전배터리(BAT)의 양단전압을 감지하여 그 양단전압이 소정치 이하로 될때 만충전으로 인식하는 -△V 검출방법이 있고, 제2도의 (나)와 같이 실험적인 데이타를 근거로 미리 설정해 놓은 시간동안 충전시키는 시간충전방법이 있으며, 제2도의 (다)와 같이 충전배터리(BAT)의 주변에 설치된 온도센서를 이용하여 검출온도가 기 설정된 온도에 도달될 때 만충전으로 인식하는 온도검출방법이 있다.
제어부(15)는 상기 충전상태 검출부(14)로부터 만충전신호가 입력될 때 상기 절환부(12)를 제어하여 상기 충전배터리(BAT)측으로 공급되는 충전전류가 차단되고, 이에 의해 충전동작이 종료된다.
그런데, 일반적으로 간단한 Ni-Cd 충전기에 있어서는 타이머에 의한 시간충전방법이 많이 사용되고 있으나, 충전배터리(BAT)를 보호하기 위하여 급속충전(0.50이상)을 피하고 있다. 반면, 온도검출방법은 주위의 온도변화에 민감한 반응을 보이는 결함이 있다. 따라서, 통상적으로 급속충전용 Ni-Cd 배터리 충전기의 충전제어 방법에는 -△V 검출방법이 주로 사용되고, 여기에 상기 시간충전방법과 온도검출방법이 보조적으로 사용되고 있는 실정이다.
이와 같이 일반적인 배터리 충전장치에 있어서는 충전상태 검출부,직류정전류원등의 구성이 복잡하여 소형화에 어렵고 원가가 상승되는 결함이 있으며,-△V 검출방법을 적용함에 있어서, 주위의 온도변화 및 배터리의 잔여전압에 따라 정확성이 저하되어 과충전 또는 충전부족현상이 발생되고, 분배된 전압을 근거로 배터리전압을 검출하게 되므로 오검출의 요인이 되는 등의 결함이 있다. 또한, 본체가 배터리 전원을 사용하는 경우, 충전기에서 배터리를 분리하여 본체에 끼워야하므로 충전기와 배터리전원과의 연속성이 결여되는 등의 제반 결함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 배터리 충전장치를 본체에 내장하고, 외부의 입력전원과 배터리전원을 자동으로 절환하며, 배터리의 접지전위를 근거로 스위칭을 제어하며, 급속충전이 가능하도록한 배터리 충전 제어방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리 충전 제어방법은 마이크로컴퓨터의 전원단자에 공급되는 전압을 근거로 현재 입력되는 전압이 외부전압인지 충전배터리의 방전전압인지를 판단하는 제1단계와, 상기의 판단결과 외부전압이 공급되지 않는 경우 직류전압공급용 잭이 분리된 것으로 판단하고, 외부전압이 공급되면 충전배터리의 접지전위를 기준전위와 비교하여 접지전위가 더 높을 때, 충전모드로판단하는 제2단계와, 충전모드로 판명되면 충전배터리에 대한 충전전류 공급경로를 형성하여 그 배터리를 충전시키면서 상기 배터리의 접지전위의 상승분를 검출하여 상승분이 설정치 이상일때, 만충전으로 판단하여 그 충전전류 공급경로를 차단하는 제3단계로 이루어진다.
제3도는 본 발명 배터리 충전 제어장치의 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 본체와 분리되어 입력교류전압을 소정 레벨의 직류전압으로 변환하는 교류/직류변환부(110)와, 본체(120)에 충전장치를 설계함에 있어서, 자신의 전원단자에 공급되는 전압을 기준전압과 비교판단하여 그 단자전압이 외부전압인지 충전배터리(BAT)의 방전전압인지를 판단하고, 그 판단결과에 따라 충전동작을 제어하는 마이크로컴퓨터(121)와, 상기 마이크로컴퓨터(121)의 제어를 받아 상기 충전배터리(BAT)에 직렬연결된 충전전류 공급경로를 연결시켜거나 차단시키는 충전제어부(122)와, 상기 충전배터리(BAT)의 접지전위를 기준전압(Vref2)과 비교하여 그 충전배터리(BAT)의 접지전위가 일정치 이상으로 상승될때 상기 마이크로컴퓨터(121)에 만층전신호(Vc)를 출력하는 만충전감지부(123)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제4도 내지 제8도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
사용자가 교류/직류변환부(110)의 플러그(PL)를 콘센트에 삽입하면, 입력교류전압이 그 교류/직류변환부(11)를 통해 소정 레벨의 직류전압(예: 9V)으로 변환된 후 잭(JACK)을 통해 배터리(BAT), 마이크로컴퓨터(121)의 전원단자(Va)측으로 공급된다.
이때, 상기 마이크로컴퓨터(121)는 상기 전원단자전압(Va)의 레벨을 스캔하여 그 결과에 따라 현재 입력되는 전압이 배터리(BAT)의 방전전압인지 외부로부터 입력되는 전압 즉, 상기 교류/직류변환부(110)로부터 직접 입력되는 전압인지를 판단하게 된다. 예로써, 상기 전원단자전압(Va)이 6V이면 상기 배터리(BAT)의 방전전압으로 판단하고, 9V이면 외부전압으로 판단한다.
상기의 판단결과 입력전압이 외부전압으로 판명되면 상기 마이크로컴퓨터(12)는 상기 배터리(BAT)의 접지단자전압(Vb)을 스캔하여 그 결과에 따라 배터리(BAT)의 유무상태를 판정하게 된다. 예로써, 상기 배터리(BAT)가 없는 경우 상기 접지단자 전압 Vb= 0V가 되고, 있는 경우 Vb= 0.5V 이상이 된다.
상기의 판단결과 배터리(BAT)가 있는 것으로 판명된 경우, 상기 마이크로컴퓨터(121)는 트랜지스터(Q1)의 베이스에 저전위를 출력하여 그 트랜지스터(Q1)가 턴온되므로 이때, 전류의 흐름경로는 UNREG→ BAT→ Q3→ VR1→ UNREG GND로 형성되고, 상기 트랜지스터(Q3)의 에미터와 전류제한용 가변저항(VR1)의 접속점에는 연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자에 공급되는 기준전압(Vref1)과 동일 레벨의 전압(Vd)이 공급되도록 하기 위해 가변저항(VR1)을 이용하여 전류를 제한하게 된다.
상기의 전류경로에 직류 전류가 계속 공급되어 배터리(BAT)의 충전동작이 진행되면서 상기 접지단자전압(Vb)이 점차 하강되는데, 상기 마이크로컴퓨터(121)는이전압(Vb)을 계속 스캔하게 된다.
제4도의 (가) 및 (나)에서와 같이, 상기의 충전동작이 계속 진행되어 그 배터리(BAT)의 충전전압이 급격히 상승되는 시점 즉, 배터리(BAT)의 임피던스가 급격히 상승되는 시점에서는 상기 접속점전압(Vd)이 다소 하강되기 시작하여 임피던스의 피크치에서 다시 안정화되어 일정 전류량(Ib)으로 충전된다.
이때, 상기 배터리(BAT)의 접지단자전압(Vb)의 변화상태를 살펴보면, 배터리(BAT)전압의 상승시점에서 피크치까지의 전압변동율(Vb)은 극히 미소하고, 피크치에서 감소하면서 부터 다시 상승되는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 배터리(BAT)의 접지단자전압(Vb)은 최소값까지 감소하다가 다시 상승하는 특성을 갖으며, 배터리(BAT)의 충전전류는 일정치(Ia)를 유지하다가 Ib(Ia〉Ib) 수준으로 하강되는 특성을 갖는데, 상기 배터리(BAT)의 접지단자전압(Vb)의 상승분(+△Vb)이 설정치 이상일때, 상기 마이크로컴퓨터(121)는 만충전으로 판단하여 상기 트랜지스터(Q1)의 배이스에 고전위를 출력하게 되고, 이에 의해 그 트랜지스터(Q1)가 오프되어 상기 전류의 흐름경로가 차단되므로 배터리(BAT)의 충전동작이 종료된다.
이때, 배터리(BAT)의 접지단자전압(Vb)이 0V가 되고, 이에 따라 연산증폭기(OP2)의 출력전압(Vc)이 저전위로 절환되는데, 마이크로컴퓨터(121)는 입력포트(P4)를 통해 그 저전위를 감지하여 충전동작이 종료되었음을 인지하게 된다. 또한, 상기 마이크로컴퓨터(121)는 전원단자(Va)를 스캔하여 8V이상인 경우 현재 입력전압을 외부전압으로 인식하고 8V이하인 경우 배터리(BAT)의 전압으로 인식하여 배터리(BAT)의 충전동작을 항상 제어할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기와 같이 배터리(BAT)의 접지단자전압(Vb)을 근거로 하지 않고, 제7도에서와 같이 충전동작이 시작되면 충전타이머를 이용하여 기설정된 시간동안 충전시킨 후 충전동작을 종료할 수 있다.
또한, 상기의 충전제어동작과 더불어 잭(JACK)의 기구적인 접점을 이용하여 스위치(SW1)가 배터리접지단이나 충전기의 접지단(UNREG GND)에 단락되게 함으로써 본체(120)에 항상 전원을 공급할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 배터리의 충전장치를 본체에 내장시킴으로써 수시로 배터리를 착탈해야 하는 불편함이 해소되고, 외부전원과 배터리전원이 자동으로 절환되게 함으로써 본체에 항상 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다. 또한, 배터리의 접지전위를 감지하여 이를 근거로 충전회로의 스위칭을 제어함으로써 정확한 제어가 가능하게 되고, 전류제한용 가변저항을 조정하여 급속충전용 직류정전류원을 구현할 수 있으며, 충전기장치 중에서 교류/직류변환부만이 본체와 분리되어 사용되므로 충전장치의 소형화, 경량화를 구현할 수 있는 효과가 있다.
제1도는 일반적인 배터리 충전장치의 블록도.
제2도는 제1도에서 충전상태 감지그래프로서,
(가)는 충전전압을 변화를 보인 파형도,
(나)는 충전전류의 변화를 보인 파형도,
(다)는 온도의 변화를 보인 파형도.
제3도는 본 발명 배터리 충전 제어장치에 대한 회로도.
제4도의 (가) 및 (나)는 제4도에서 충전전압 및 충전전류변화를 보인 파형도.
제5도는 본 발명의 배터리 충전 제어방법에 대한 개략적인 전체 신호 흐름도.
제6도는 본 발명의 배터리 충전 제어방법에서 충전기 온/오프체크 신호 흐름도.
제7도는 본 발명의 배터리 충전 제어방법에서 충전완료 신호 흐름도.
제8도는 본 발명의 배터리 충전 제어방법에서 마이크로컴퓨터 슬립상태에서의 충전기 온/오프 신호 흐름도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
110 : 교류/직류변환부 120 : 본체
121 : 마이크로컴퓨터 122 : 충전제어부
123 : 만충전감지부 OP1,OP2 : 연산증폭기
Q1-Q3 : 트랜지스터 BAT : 충전배터리

Claims (3)

  1. 마이크로컴퓨터의 전원단자에 공급되는 전압을 근거로 현재 입력되는 전압이 외부전압인지 충전배터리의 방전전압인지를 판단하는 제1단계와, 상기의 판단결과 외부전압이 공급되지 않는 경우 직류전압공급용 잭이 분리된 것으로 판단하고, 외부전압이 공급되면 충전배터리의 접지전위를 기준전위와 비교하여 접지전위가 더 높을 때, 충전모드로 판단하는 제2단계와, 충전모드로 판단되면 충전배터리 충전전류 공급경로를 형성하여 그 배터리를 충전시키면서 상기 배터리의 접지전위의 상승분을 검출하여 상승분이 설정치 이상일때, 만층전으로 판단하여 그 충전전류 공급경로를 차단하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 제3단계의 충전동작 종료시간은 기 설정된 충전시간이 모두 카운트될때로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어방법.
  3. 본체와 분리되어 입력교류전압을 소정 레벨의 직류전압으로 변환하는 교류/직류변환부(110)와, 본체(120)에 충전장치를 내장설계함에 있어서, 자신의 전원단자에 공급되는 전압을 기준전압과 비교판단하여 그 단자전압이 외부전압인지 충전배터리(BAT)의 방전전압인지를 판단하고, 그 판단결과에 따라 충전동작을 제어하는 마이크로컴퓨터(121)와, 상기 마이크로컴퓨터(121)의 제어를 받아 상기 충전배터리(BAT)에 직렬연결된 충전전류공급경로를 연결시키거나 차단시키는 충전제어부(122)와, 상기 충전배터리(BAT)의 정지전위를 기존전압(Vref2)과 비교하여 그 충전배터리(BAT)의 접지전위가 일정치 이상으로 상승될때 상기 마이크로컴퓨터(121)에 만충전신호(Vc)를 출력하는 만층전감지부(123)로 구성한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어장치.
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