KR100441581B1 - 충전회로 - Google Patents
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Abstract
내부 단락한 2차 전지를 충전할 때 과충전 방지 FET가 과열하는 것을 방지한다. 내부 단락하고 있지 않지만 전지 전압이 매우 저하한 2차 전지를 정상으로 충전한다.
2차 전지(1)와 직렬로 접속한 과충전 방지 FET(3)와 과방전 방지 FET(2)가 2차 전지(1)의 전압을 검출하는 제어 회로(4)로 온-오프 제어된다. 과충전 방지 FET(3)의 G-S간에는 제어 회로(4)의 출력 신호로서 온-오프 제어되는 온-오프 스위칭 소자(5)를 접속하고 있다. 온-오프 스위칭 소자(5)의 입력측에 과충전 방지 FET(3)의 드레인 전압의 입력 회로(9)를 접속하고 있다. 과충전 방지 FET(3)의 드레인 전압이 높을 때, 입력 회로(9)를 이용해 온-오프 스위칭 소자(5)를 온 상태로, 과충전 방지 FET(3)를 강제적으로 오프 상태로 한다.
Description
본 발명은 2차 전지의 과충전과 과방전을 방지하는 회로를 내장하고 있는 충전 회로에 관한 것이다.
도 1은 2차 전지(1)의 과충전과 과방전을 방지하는 충전 회로를 도시한다. 이 충전 회로는 2차 전지(1)와 직렬로 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)을 접속하고 있다. 도면에 도시하는 충전 회로는 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)을 n채널 파워 MOSFET로 하고 있다. 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)은 제어 회로(4)에 접속된다. 또한, 과충전 방지 FET(3)은 온-오프 스위칭 소자(5)를 통해 제어 회로(4)로 온-오프 제어된다. 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)은 서로 역방향으로 직렬로 접속되어 있다. 2차 전지(1)를 충전할 때와 방전할 때에는 역방향으로 전류가 흐르기 때문이다.
과방전 방지 FET(2)은 통상은 온 상태에 있지만, 2차 전지(1)의 전압이 저레벨 설정 전압보다도 저하하면, 오프 상태로 전환되어 2차 전지(1)의 과방전을 방지한다. 과충전 방지 FET(3)은 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압보다도 높게 되면 오프 상태로 전환되어 2차 전지(1)의 과충전을 방지한다. 제어 회로(4)는 2차 전지(1)의 전압을 검출하여 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)을 제어한다.
제어 회로(4)는 2차 전지(1)의 전압이 저레벨 설정 전압보다도 낮게 되면, 출력 단자(41)를 "Low" 로 하여 과충전 방지 FET(3)을 오프로 한다. 2차 전지(1)의 전압이 저레벨 설정 전압보다도 높을 때, 출력 단자(41)를 "High" 로 하여 과방전 방지 FET(2)을 온 상태로 하고, 2차 전지(1)를 방전할 수 있는 상태로 한다.
또한, 제어 회로(4)는 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압보다도 높게 되면, 출력 단자(42)를 "High" 로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 온으로 한다. 온 출력의 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)의 게이트를 소오스 전위로 하여 오프 상태로 한다. 이 상태에서 2차 전지(1)의 충전은 정지된다. 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압보다도 낮을 때, 제어 회로(4)는 출력 단자(42)를 고임피던스 상태로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프로 한다. 오프 상태에 있는 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)의 게이트를 단락하지 않는다. 따라서, 과충전 방지 FET(3)은 바이어스 저항(8)을 통해 게이트에 바이어스 전압이 인가되어 온 상태로 된다. 이 상태에 있어서 2차 전지(1)는 충전할 수 있는 상태로 된다.
도 1에 도시하는 충전 회로는 상술한 바와 같이 2차 전지의 전압이 저레벨 설정 전압 이하로 되면 방전을 정지하여 과방전을 방지하고, 고레벨 설정 전압보다도 높게 되면 충전을 정지하여 과충전을 방지 할 수 있다.
그러나, 본 충전 회로는 2차 전지(1)가 내부 단락되었을 때 과충전 방지 FET(3)이 과열되어 열 장해를 받을 위험이 있다. 그것은 아래의 상태로 되어 과충전 방지 FET(3)에 전류가 흐르기 때문이다.
① 2차 전지(1)가 내부 단락하는 상태로 +-단자에 충전기(도시하지 않음)를 접속하면, 충전기의 출력 전압은 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)에 인가된다. 2차 전지(1)의 전압이 0V로 되어 있기 때문이다.
② 제어 회로(4)는 2차 전지(1)의 전압이 저레벨 설정 전압보다도 낮기 때문에, 출력 단자(41)를 "Low" 로 하여 과방전 방지 FET(2)을 오프로 한다.
③ 제어 회로(4)는 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압보다도 낮기 때문에, 출력 단자(42)를 고임피던스로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프로 한다.
④ 오프 상태에 있는 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 단락하지 않는다. 따라서, 과충전 방지 FET(3)의 게이트에는 바이어스 저항(8)을 통해 과방전 방지 FET(2)의 D-S간 전압과 전지 전압이 가해진다. 다만, 전지 전압은 0V이기 때문에, 과방전 방지 FET(2)의 D-S간의 전압이 인가된다. 과방전 방지 FET(2)의 D-S간 전압은 기생 다이오드의 전압 강하로 됨으로써 상당히 낮은 전압으로 된다. 즉, 과충전 방지 FET(3)은 게이트 전압이 현저하게 작게 되어 내부 저항이 상당히 크게 된다.
⑤ 내부 저항이 큰 과충전 방지 FET(3)에 2차 전지(1)의 충전 전류가 흐른다. 이 때문에, 과충전 방지 FET(3)의 손실이 매우 크게 되어 과열하고, 열에 의한 장애를 받는 결점이 있다. 과충전 방지 FET(3)의 손실이 내부 저항과 충전 전류의 곱으로 되기 때문이다.
내부 단락하지 않는 2차 전지(1)에 있어 정상인 전압의 전지는 바이어스 저항(8)을 통해 과충전 방지 FET(3)의 게이트에 충전한 전압이 인가되기 때문에, 과충전 방지 FET(3)은 저저항인 온 상태로 된다. 과충전 방지 FET(3)의 손실은 내부 저항과 전류의 곱이기 때문에 내부 저항이 작은 상태에서는 손실도 작고, 과충전 방지 FET(3)이 과열되는 것은 아니다.
본 발명은 상기와 같이 잘못하여 내부 단락한 2차 전지를 충전한 경우의 과충전 방지 FET의 과열을 방지하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 또한, 본 발명의 제2 목적은 내부 단락하고 있지 않지만 전지 전압이 매우 저하한 2차 전지를 충전할 수 있도록 한 충전 회로를 제공하는데 있다.
도 1은 2차 전지의 과방전과 과충전을 과방전 방지 FET과 과충전 방지 FET으로 보호하는 종래의 충전 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 입력 회로의 구체예를 도시하는 회로도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 회로도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 충전 회로도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 2차 전지
2 : 과방전 방지 FET
3 : 과충전 방지 FET
4 : 제어 회로
41, 42 : 출력 단자
5 : 온-오프 스위칭 소자
8 : 바이어스 저항
9 : 입력 회로
10 : 콘덴서
11 : 단자
본 발명의 충전 회로는 2차 전지(1)와 직렬로 과충전을 보호하는 과충전 방지 FET(3)과 과방전을 방지하는 과방전 방지 FET(2)을 접속하고 있다. 이와 같은 과충전 방지 FET(3)과 과방전 방지 FET(2)은 2차 전지(1)의 전압을 검출하는 제어 회로(4)로 온-오프 제어된다. 또한, 과충전 방지 FET(3)의 G-S간에는 제어 회로(4)의 출력 신호로서 온-오프로 제어되는 온-오프 스위칭 소자(5)를 접속하고 있다.
본 충전 회로는 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압보다도 낮게 되면, 제어 회로(4)가 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프 상태로 전환하여 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 고임피던스 상태로 한다. 고임피던스의 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 단락시키지 않고 과충전 방지 FET(3)은 온 상태로 되어 2차 전지(1)를 충전 가능한 상태로 한다.
또한, 본 발명에 따른 충전 회로는 온-오프 스위칭 소자(5)의 입력측에 과충전 방지 FET(3)의 드레인 전압의 입력 회로(9)를 접속하고 있다. 가장 간단한 입력회로(9)는 도 2에 도시하는 다이오드이다. 입력 회로(9)에 있는 다이오드는 과충전 방지 FET(3)의 내부 저항이 커서 드레인 전압이 높을 때 온-오프 스위칭 소자(5)를 온 상태로 전환한다. 입력 회로(9)가 온-오프 스위칭 소자(5)에 바이어스를 입력하기 때문이다. 온 상태의 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)을 강제적으로 오프 상태로서 2차 전지(1)의 충전을 정지한다. 이 때문에 내부 단락한 2차 전지(1)를 충전할 때 과충전 방지 FET(3)이 오프 상태로 유지된다. 오프 상태에 있는 과충전 방지 FET(3)은 과열하는 일이 없다.
또한, 본 발명에 따른 충전 회로는 온-오프 스위칭 소자(5)에 접속되어 있는 과충전 방지 FET(3)의 게이트를 저항을 통해서 2차 전지에 접속함과 동시에, 게이트 전압의 상승을 지연시키는 콘덴서(10)를 접속하고 있다. 콘덴서(10)는 온-오프 스위칭 소자(5)가 온 상태로 되는 것을 일시적으로 지연시켜 온-오프 스위칭 소자(5)가 온 상태로 되기까지에 과충전 방지 FET(3)을 온으로 하여 2차 전지(1)를 충전한다. 내부 단락하고 있지 않은 2차 전지(1)에는 전지 전압이 매우 저하하고 있어도 충전하면 전압이 상승한다. 내부 단락하고 있는 2차 전지(1)는 충전해도 전지 전압이 상승하지 않는다. 이 때문에, 콘덴서(10)로 지연되어 온-오프 스위칭 소자(5)가 온으로 되었을 때 과충전 방지 FET(3)이 오프로 전환된다. 일정 시간 충전하면 전지 전압이 상승하는 2차 전지(1)는 콘덴서(10)로 지연되어 온-오프 스위칭 소자(5)가 온으로 되어버려도 온 상태로 되는 일은 없다. 입력 회로(9)에 있는 다이오드로부터 온-오프 스위칭 소자(5)에 바이어스 전압이 입력되지 않기 때문이다. 따라서, 콘덴서(10)로서 온-오프 스위칭 소자(5)가 온 상태로 되는 것을 일시적으로 지연시킴으로써 전지 전압은 매우 낮지만, 내부 단락하지 않은 2차 전지(1)는 정상으로 충전할 수 있다.
콘덴서(10)로서 온-오프 스위칭 소자(5)를 온으로 전환하는 시간을 지연하는 충전 회로는 내부 단락한 2차 전지(1)를 충전할 때 온-오프 스위칭 소자(5)가 온으로 되기까지 과충전 방지 FET(3)의 내부 저항이 크게 되어 손실이 크게 된다. 다만, 과충전 방지 FET(3)은 콘덴서(10)의 지연 시간에 상당하는 시간만 일시적으로 내부 손실이 크게 되는데 불과하기 때문에, 과열되어 열 장애를 받지 않도록 설계할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 설명한다. 다만, 이하에 도시하는 실시 형태는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 충전 회로를 예시하는 것으로 본 발명은 충전 회로를 하기의 것으로 특정하지 않는다.
또한, 본 명세서는 특허 청구의 범위를 이해하기 쉽도록 실시 형태에 나타낸 부재에 대응하는 번호를 「특허 청구의 범위」 및 「과제를 해결하기 위한 수단」란에 나타낸 부재에 부기하고 있다. 다만, 특허 청구의 범위에 나타낸 부재를 실시형태의 부재로 특정하는 것으로는 결정되지 않는다.
이하, 리튬 이온 2차 전지의 충전 회로를 예시한다. 다만, 본 발명의 충전 회로는 설정 전압을 변경하여 리튬 이온 2차 전지 이외의 전지, 예를 들어 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지 등의 충전 회로에도 사용할 수 있다.
도 2에 도시하는 충전 회로는 밧데리 팩에 보호 회로로서 내장되어 있다. 이 충전 회로는 2차 전지(1)와 과방전 방지 FET(2) 및 과충전 방지 FET(3)을 직렬로접속하여 밧데리 팩의 +-단자(11)에 접속하고 있다. 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)은 n채널 파워 MOSFET로서 서로 역방향으로 접속되어 있다. 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)의 파워 MOSFET은 병렬로 기생 다이오드가 접속되어 있기 때문에, 역방향으로는 전류가 흐른다.
과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)은 제어 회로(4)로 제어된다. 제어 회로(4)는 전지 전압을 검출하여 과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)을 제어한다. 제어 회로(4)는 전지 전압이 저레벨 설정 전압, 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 2.30V보다도 낮을 때 과방전 방지 FET(2)을 오프로 전환한다. 전지 전압이 이 전압보다도 높을 때 제어 회로(4)는 과방전 방지 FET(2)을 온 상태로 하여 2차 전지(1)를 방전할 수 있는 상태로 한다. 제어 회로(4)는 출력 단자(41)를 "Low" 로 하여 과방전 방지 FET(2)을 오프, "High" 로 하여 과방전 방지 FET(2)을 온으로 전환한다. 따라서, 제어 회로(4)의 출력 단자(41)는 과방전 방지 FET(2)의 게이트에 접속되어 있다.
또한, 제어 회로(4)는 온-오프 스위칭 소자(5)를 통해 과충전 방지 FET(3)을 제어한다. 제어 회로(4)는 온-오프 스위칭 소자(5)를 온-오프로 전환하기 위한 출력 단자(42)를 갖고, 출력 단자(42)는 온-오프 스위칭 소자(5)인 트랜지스터의 베이스에 접속되어 있다. 제어 회로(4)는 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압, 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 4.25V보다도 높을 때 "High" 를 출력하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 온으로 전환하여 과충전 방지 FET(3)을 오프 상태로 한다. 2차 전지(1)의 전압이 4.1V 이하로 저하하면, 제어 회로(4)는 출력 단자(42)를 고임피던스로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)의 게이트를 개방 상태로 한다. 출력 단자(42)가 고임피던스로 되어 온-오프 스위칭 소자(5)의 게이트가 개방으로 되면, 온-오프 스위칭 소자(5)는 바이어스 전압이 입력되지 않는 한 오프로 된다. 오프 상태의 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)을 강제적으로 오프 상태로 하게 하지 않고 과충전 방지 FET(3)을 온 상태로 유지한다.
제어 회로(4)의 출력 단자(42)에 접속된 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 단락하거나 혹은 개방한다. 온-오프 스위칭 소자(5)가 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 단락하면, 과충전 방지 FET(3)은 강제적으로 오프 상태로 제어된다. 도면에 도시하는 온-오프 스위칭 소자(5)는 트랜지스터이다. 트랜지스터의 온-오프 스위칭 소자(5)는 콜렉터를 과충전 방지 FET(3)의 드레인에, 에미터를 소오스에 접속한다. 다만, 온-오프 스위칭 소자(5)에는, 도 3에 도시하는 바와 같이 트랜지스터 대신 FET도 사용할 수 있다. FET인 온-오프 스위칭 소자(5)는 드레인을 과충전 방지 FET(3)의 게이트에, 소오스를 과충전 방지 FET(3)의 소오스에 접속한다.
과방전 방지 FET(2)과 과충전 방지 FET(3)의 접속점은 입력 회로(9)를 통해 온-오프 스위칭 소자(5)의 입력측에 접속하고 있다. 입력 회로(9)는 높은 전압, 다시 말해 내부 저항이 커서 드레인과 소오스간의 전압이 높은 과충전 방지 FET(3)의 드레인 전압을 온-오프 스위칭 소자(5)의 입력측에 입력하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 강제적으로 온으로 전환하는 회로이다. 도면에 도시하는 입력 회로(9)는 다이오드이다. 입력 회로(9)에는, 규정 전압보다도 높을 때에 온으로 되고, 역방향으로 전류가 흐르지 않는 모든 소자나 회로를 사용할 수 있다. 예를 들어, 다이오드 대신에 도 4에 도시하는 바와 같이 다이오드와 제너 다이오드를 직렬로 접속한 회로, 복수의 다이오드를 직렬로 접속한 회로로 할 수 있다.
또한, 입력 회로(9)에는 도 5와 도 6에 도시하는 바와 같이, 다이오드와 FET 또는 다이오드와 트랜지스터를 조합시켜 구성할 수 있다. 도 5와 도 6에 도시하는 입력 회로(9)는 과충전 방지 FET(3)의 드레인 전압이 높을 때 입력 회로(9)의 FET나 트랜지스터를 온 상태로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)에 바이어스 전압을 입력해 온으로 전환한다.
도 2의 충전 회로는 하기의 동작을 하여 2차 전지를 충전한다.
[정상인 2차 전지를 방전할 때]
① 2차 전지(1)의 전압이 저레벨 설정 전압보다도 높을 때, 제어 회로(4)는 전지 전압을 검출하여 출력 단자(41)를 "High" 로 한다.
② 과방전 방지 FET(2)의 게이트에 "High" 가 입력되고, 과방전 방지 FET(2)은 온 상태로 된다. 이 상태로 2차 전지(1)는 정상으로 방전된다.
[정상인 2차 전지를 충전할 때]
① 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압보다도 낮을 때 제어 회로(4)는 전지 전압을 검출하여 출력 단자(42)를 고임피던스로 한다.
② 출력 단자(42)가 고임피던스에 있기 때문에, 온-오프 스위칭 소자(5)는 오프 상태로 된다.
③ 오프 상태에 있는 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 EFT(3)의 G-S간을 단락하지 않는다. 과충전 방지 FET(3)은 바이어스 저항(8)을 통해 전지로부터 바이어스 전압이 게이트로 입력되어 온 상태로 된다. 이 상태로 2차 전지(1)는 +-단자(11)에 충전기를 접속하여 충전된다.
④ 2차 전지(1)가 충전되어 전지 전압이 고레벨 설정 전압보다도 높게 되면, 제어 회로(4)는 출력 단자(42)를 "High" 로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 온 상태로 전환한다.
⑤ 온 상태의 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 단락하여 과충전 방지 FET(3)을 오프 상태로 한다. 따라서, 이 상태로 되면 +-단자(11)에 충전기가 접속되어 있어도 2차 전지(1)는 충전되지 않게 된다.
⑥ 그 후, 2차 전지(1)가 방전되어 전지 전압이 고레벨 설정 전압보다도 낮게 되면 제어 회로(4)는 출력 단자(42)의 출력을 "High" 로부터 고임피던스로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프로, 과충전 방지 FET(3)을 온으로 전환한다. 오프 상태의 과충전 방지 FET(3)을 온 상태로 전환하는 설정 전압은 고레벨 설정 전압보다도 다소 낮추어 히스테리시스를 갖게 한다.
[2차 전지가 내부 단락하는 상태로 +-단자에 충전기가 접속되었을 때]
① 2차 전지(1)의 전압이 저레벨 설정 전압보다도 낮기 때문에, 제어 회로(4)는 출력 단자(41)를 "Low" 로 하여 과충전 방지 FET(2)을 오프로 한다. 다만, 과방전 방지 FET(2)은 기생 다이오드가 병렬로 접속되어 있기 때문에, 충전 전류는 이 기생 다이오드를 통과하여 흐른다.
② 전지 전압이 낮기 때문에, 제어 회로(4)는 출력 단자(42)를 고임피던스상태로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프 상태로 한다.
③ +-단자(11)에 접속된 충전기의 충전 전류는 하기의 경로로 흐른다.
+단자(11)→단락한 2차 전지(1)→과방전 방지 FET(2)의 기생 다이오드→과충전 방지 FET(3)→-단자(11)
④ 온-오프 스위칭 소자(5)는 오프 상태로 있지만, 내부 단락한 2차 전지(1)는 전지 전압이 거의 0V이기 때문에 과충전 방지 FET(3)의 게이트에는 충분한 바이어스 전압이 입력되지 않아 과충전 방지 FET(3)은 고저항인 상태에 있다. 충전기의 출력 전압은 2차 전지(1)와, 기생 다이오드와, 과충전 방지 FET(3)에 가해지지만 2차 전지(1)는 0V, 기생 다이오드는 1V 이하로 상당히 낮기 때문에, 충전기의 출력 전압은 거의가 과충전 방지 FET(3)에 가해진다.
⑤ 과충전 방지 FET(3)의 드레인에 인가되는 고전압에 의해 입력 회로(9)의 다이오드가 순방향으로 바이어스된다. 입력 회로(9)의 다이오드를 흐르는 전류는 온-오프 스위칭 소자(5)인 트랜지스터의 베이스로 공급되어 온-오프 스위칭 소자(5)를 온으로 전환한다.
⑥ 온 상태로 된 온-오프 스위칭 소자(5)는 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 단락하여 과충전 방지 FET(3)을 강제적으로 오프 상태로 한다. 따라서, 이 상태로 과충전 방지 FET(3)이 고저항인 상태로 충전 전류가 흘러 발열하는 것은 아니다. 또한, 오프 상태로 된 과충전 방지 FET(3)은 드레인의 전압이 높기 때문에 입력 회로(9)에 있는 다이오드를 순방향으로 바이어스하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 온 상태로 하고, 온-오프 스위칭 소자(5)로서 과충전 방지 FET(3)을 오프 상태로 유지한다.
따라서, 내부 단락한 2차 전지(1)를 충전할 때, 과충전 방지 FET(3)이 오프 상태로 되어 충전이 정지된다.
[내부 단락하지 않지만 전압이 매우 저하한 2차 전지를 충전할 때]
① 2차 전지(1)의 전압이 저레벨 설정 전압보다도 낮기 때문에 제어 회로(4)는 출력 단자(41)를 "Low" 로 하여 과방전 방지 FET(2)을 오프로 한다. 다만, 과방전 방지 FET(2)은 기생 다이오드가 병렬로 접속되어 있기 때문에 충전 전류는 기생 다이오드를 통과하여 흐른다.
② 전지 전압이 낮기 때문에 제어 회로(4)는 출력 단자(42)를 고임피던스 상태로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프 상태로 한다.
③ +-단자(11)에 접속된 충전기의 충전 전류는 하기의 경로로 흐른다.
+단자(11)→단락한 2차 전지(1)→과방전 방지 FET(2)의 기생 다이오드→과충전 방지 FET(3)→-단자(11)
④ 온-오프 스위칭 소자(5)는 오프 상태에 있지만, 2차 전지(1)는 전지 전압이 거의 0V이기 때문에 과충전 방지 FET(3)의 게이트에는 충분한 바이어스 전압이 입력되지 않아 과충전 방지 FET(3)은 고저항인 상태에 있다. 충전기의 출력 전압은 2차 전지(1)와, 기생 다이오드와, 과충전 방지 FET(3)에 가해지지만, 2차 전지(1)는 거의 0V, 기생 다이오드는 1V 이하로 상당히 낮기 때문에 충전기의 출력 전압은 거의 과충전 방지 FET(3)에 가해진다.
⑤ 과충전 방지 FET(3)의 드레인에 인가되는 고전압에 의해 입력 회로(9)의다이오드가 순방향으로 바이어스된다. 입력 회로(9)의 다이오드를 흐르는 전류는 온-오프 스위칭 소자(5)인 트랜지스터의 베이스로 공급되지만, 온-오프 스위칭 소자(5)의 트랜지스터는 바로 온 상태로는 되지 않는다. 그것은 콜렉터에 콘덴서(10)를 접속하고 있기 때문에 콘덴서(10)가 충전되기까지 콜렉터의 전압 상승이 지연되기 때문이다. 따라서, 온-오프 스위칭 소자(5)는 베이스로 바이어스 전류가 공급되지만, 콜렉터의 전압이 낮기 때문에 온 상태로 되기까지 시간이 걸린다.
콘덴서(10) 양단의 전압이 상승하는 시간, 다시 말해 온-오프 스위칭 소자(5)인 트랜지스터의 콜렉터 전위가 상승하는 시간은 바이어스 저항(8)의 크기와 콘덴서(10)의 정전 용량의 곱, 즉 시정수로 결정된다. 바이어스 저항(8)의 저항치를 크게 하고, 콘덴서(10)의 정전 용량을 크게 하면 콘덴서(10)의 전압 상승이 늦어지기 때문에 온-오프 스위칭 소자(5)인 트랜지스터가 온 상태로 되는 시간이 늦게 된다. 온-오프 스위칭 소자(5)가 온 상태로 되기까지의 사이는, 다시 말해 온-오프 스위칭 소자(5)가 오프 상태에 있을 때, 과충전 방지 FET(3)이 고저항인 상태로 된다. 이 때문에, 온-오프 스위칭 소자(5)가 오프로부터 온으로 전환되는 시간은 고저항의 과충전 방지 FET(3)이 과열에 의한 장해를 받는 시간보다도 짧게 설정된다. 다만, 온-오프 스위칭 소자(5)가 온 상태로 되었을 때, 2차 전지(1)의 전압이 높게 되어 있지 않으면 과충전 방지 FET(3)의 내부 저항이 크게 되어 발열한다. 따라서, 온-오프 스위칭 소자(5)가 오프로부터 온으로 되는 시간은 2차 전지(1)가 충전되어 전지 전압이 충분히 높게 되는 시간에 설정된다.
⑥ 일정 시간, 온-오프 스위칭 소자(5)가 오프 충전으로 유지되어 과충전 방지 FET(3)이 오프 상태로 되지 않게 2차 전지(1)가 충전되면 2차 전지(1)의 전압이 상승한다.
⑦ 2차 전지(1)의 전압이 상승하면, 입력 회로(9)인 다이오드는 역바이어스된다. 이 때문에, 온-오프 스위칭 소자(5)인 트랜지스터의 베이스 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 온-오프 스위칭소자(5)는 온 상태로 전환되지 않게 되어 오프 상태로 유지된다.
⑧ 온-오프 스위칭소자(5)가 오프 상태로 유지되어 2차 전지(1)의 전지 전압이 높게 되면, 과충전 방지 FET(3)에는 바이어스 저항(8)을 통해 정상인 바이어스 전압이 가해진다. 따라서, 과충전 방지 FET(3)은 온 상태로 되어 저저항인 상태에서 도통된다. 이 상태로 되면, 과충전 방지 FET(3)은 과열되는 일이 없이 온 상태로 되어 2차 전지(1)가 충전된다. 과충전 방지 FET(3)이 과열되지 않는 것은 적정하게 바이어스 전압이 가해지기 때문이다. 저저항인 과충전 방지 FET(3)은 입력 회로(9)인 다이오드를 역 바이어스 상태로 유지하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프 상태로 유지한다.
⑨ 이 상태로 2차 전지(1)의 충전이 진행하여 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압까지 상승하면 제어 회로(4)는 출력 단자(42)의 출력을 "High" 로 하여 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프 상태로부터 온 상태로 전환하고, 온-오프 스위칭 소자(5)가 과충전 방지 FET(3)의 G-S간을 단락하여 과충전 방지 FET(3)을 오프 상태로서 충전을 종료시킨다.
본 발명에 따른 충전 회로는 매우 간단한 회로로 내부 단락한 2차 전지를 충전할 때의 과충전 방지 FET의 과열을 유효하게 방지할 수 있는 특징이 있다. 그것은, 내부 단락한 2차 전지를 충전하여 과충전 방지 FET의 드레인 전압이 높게 될 때 과충전 방지 FET의 드레인 전압이 입력 회로를 통해 온-오프 스위칭 소자에 입력되어 이것을 온 상태로 하고, 온 상태의 온-오프 스위칭 소자가 과충전 방지 FET을 강제적으로 오프 상태로 하기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 충전 회로는 내부 단락을 하여 전압이 저하한 2차 전지는 충전하지 않지만, 내부 단락하지 않고 전지 전압이 매우 저하한 2차 전지를 정상으로 충전할 수 있는 특징이 있다. 그것은 본 발명의 충전 회로가 온-오프 스위칭 소자에 접속한 콘덴서로서 온-오프 스위칭 소자를 온 상태로 전환하는 것을 지연하고, 이 사이에 2차 전지의 전압을 상승시켜 입력 회로를 역 바이어스하며, 입력 회로가 온-오프 스위칭 소자를 온으로 전환하는 것을 방지하기 때문이다.
Claims (2)
- 2차 전지(1)와 직렬로, 과충전을 보호하는 과충전 방지 FET(3)과 과방전을 방지하는 과방전 방지 FET(2)이 접속되어 있고, 상기 과충전 방지 FET(3)과 과방전 방지 FET(2)은 2차 전지(1)의 전압을 검출하는 제어 회로(4)에 의해 온-오프 제어되며, 상기 과충전 방지 FET(3)의 게이트-소스(G-S) 사이에는 제어 회로(4)의 출력 신호에 의해 온-오프로 제어되는 온-오프 스위칭 소자(5)가 접속되어 있고,상기 2차 전지(1)의 전압이 고레벨 설정 전압보다도 낮게 되면, 상기 제어 회로(4)가 온-오프 스위칭 소자(5)를 오프 상태로 전환시켜 상기 과충전 방지 FET(3)을 온 상태로 하여 상기 2차 전지(1)를 충전 가능한 상태로 하도록 구성되어 있는 충전 회로에서,상기 온-오프 스위칭 소자(5)의 입력측에 상기 과충전 방지 FET(3)의 드레인 전압의 입력 회로(9)가 접속되어 있고, 이 입력 회로(9)는 상기 과충전 방지 FET(3)의 드레인 전압이 높을 때 상기 온-오프 스위칭 소자(5)를 온 상태로 전환하여 과충전 방지 FET(3)을 강제적으로 오프 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 충전 회로.
- 제1항에 있어서, 상기 온 오프 스위칭 소자(5)에 접속되어 있는 상기 과충전 방지 FET(3)의 게이트는, 저항을 통해 상기 2차 전지(1)에 접속됨과 동시에, 게이트 전압의 상승을 지연시키는 콘덴서(10)에 접속되어 있고, 상기 2차 전지(1)의 전압이 매우 저하했을 때 상기 콘덴서(10)의 전압이 상승하기까지 상기 온-오프 스위칭 소자(5)가 온 상태로 되는 것을 저지하여 상기 과충전 방지 FET(3)을 온 상태로 함으로써, 전압은 저하하고 있지만 내부 단락되어 있지 않은 상기 2차 전지(1)를 충전할 수 있는 것을 특징으로 하는 충전 회로.
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