KR101148010B1 - electricity charging module by storage capacitor - Google Patents

electricity charging module by storage capacitor Download PDF

Info

Publication number
KR101148010B1
KR101148010B1 KR1020100029109A KR20100029109A KR101148010B1 KR 101148010 B1 KR101148010 B1 KR 101148010B1 KR 1020100029109 A KR1020100029109 A KR 1020100029109A KR 20100029109 A KR20100029109 A KR 20100029109A KR 101148010 B1 KR101148010 B1 KR 101148010B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
storage capacitor
voltage
pair
dividing resistors
terminal
Prior art date
Application number
KR1020100029109A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110109402A (en
Inventor
오하령
박준석
성영락
노형환
김도원
Original Assignee
국민대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국민대학교산학협력단 filed Critical 국민대학교산학협력단
Priority to KR1020100029109A priority Critical patent/KR101148010B1/en
Priority to US12/759,213 priority patent/US8193775B2/en
Publication of KR20110109402A publication Critical patent/KR20110109402A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101148010B1 publication Critical patent/KR101148010B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356—Bistable circuits
    • H03K3/3565—Bistables with hysteresis, e.g. Schmitt trigger
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 간단한 회로 구성에 의해 2차 전지에 안정적인 충전 전압을 공급할 수 있도록 한 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈은 외부 전원으로부터 공급되는 전기 에너지를 1차적으로 저장하는 스토리지 커패시터; 2차 전지의 충전 상태를 모니터링하여 과충전이나 과방전을 방지하는 충전부 및 상기 스토리지 커패시터와 상기 충전부 사이에 개재되어 상기 스토리지 커패시터와 상기 충전부를 전기적으로 연결 또는 차단하되, 턴오프 전압 레벨보다 큰 턴온 전압 레벨을 갖는 히스테리시스 스위치를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 히스테리시스 스위치는 그 저항비에 의해 상기 스토리지 커패시터의 전압을 분배하는 제1 분압 저항쌍(R1, R2); 일단이 상기 스토리지 커패시터의 양극 단자에 연결된 제2 분압 저항쌍(R3, R4); 제어 단자는 상기 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자는 출력단에 연결되며 제2 전극 단자는 상기 스토리지 커패시터의 양극 단자와 연결된 제1 스위칭 소자; 제어 단자는 상기 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자는 상기 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 타단에 연결되며 제2 전극 단자는 접지된 제2 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 상기 제1 전극 단자와 상기 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결된 저항(R5)을 포함하여 이루어진다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging module using a storage capacitor capable of supplying a stable charging voltage to a secondary battery by a simple circuit configuration.
A charging module using a storage capacitor of the present invention includes: a storage capacitor for primarily storing electric energy supplied from an external power source; A charging unit for monitoring a charging state of the secondary battery to prevent overcharging or overdischarging; and a switching unit interposed between the storage capacitor and the charging unit to electrically connect or disconnect the storage capacitor and the charging unit, Level of the hysteresis switch.
In the above-described configuration, the hysteresis switch includes a first pair of voltage-dividing resistors (R1, R2) for distributing the voltage of the storage capacitor by its resistance ratio; A pair of second voltage-dividing resistors (R3, R4), one end of which is connected to the positive terminal of the storage capacitor; A first switching element connected to a connection point of the second pair of voltage-dividing resistors (R3, R4), a first electrode terminal connected to an output terminal, and a second electrode terminal connected to a positive terminal of the storage capacitor; The control terminal is connected to the connection point of the first pair of voltage-dividing resistors R1 and R2, the first electrode terminal is connected to the other end of the second pair of voltage-dividing resistors R3 and R4, And a resistor R5 connected to the connection point between the first electrode terminal of the second switching element and the first pair of voltage-dividing resistors R1 and R2.

Description

스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈{electricity charging module by storage capacitor}[0001] The present invention relates to a charging module using a storage capacitor,

본 발명은 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈에 관한 것으로, 특히 간단한 회로 구성에 의해 2차 전지에 안정적인 충전 전원을 공급할 수 있도록 한 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a charging module using a storage capacitor, and more particularly, to a charging module using a storage capacitor capable of supplying a stable charging power to a secondary battery by a simple circuit configuration.

잘 알려진 바와 같이, 무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network)는 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크로서, 센서 노드(Sensor Node)와 이를 수집하여 외부로 내보내는 싱크 노드(Sink Node)로 구성된 네트워크이다. 이러한 무선 센서 네트워크는 기존의 네트워크와 다르게 의사소통의 수단이 아니라 자동화된 원격 정보 수집을 기본 목적으로 하며, WPAN(wire-less personal area network)이나 Ad-hoc network 등의 기술이 발전함에 따라 과학적, 의학적, 군사적 및 상업적 용도 등 다양한 응용 개발에 폭넓게 활용되고 있다.As is well known, a wireless sensor network (WSN) is a network configured to wirelessly collect information collected from various sensors, and includes a sensor node and a sink node Sink Node). This wireless sensor network is not a means of communication different from existing network, but it is aimed at automatic remote information collection. As technology such as WPAN (wire-less personal area network) or Ad-hoc network develops, Medical, military, and commercial applications.

이러한 무선 센서 네트워크에서 사용할 수 있는 센서의 종류로는 온도, 가속도, 위치정보, 압력, 지문 및 가스 센서 등이 있을 수 있다. 최근에는 RFID(Radio Frequency IDentification) 기술에 의해 사물에 태그(tag)를 부착하여 각종 물류 정보의 흐름을 파악하는 기술도 등장하고 있다.The types of sensors that can be used in such a wireless sensor network may include temperature, acceleration, position information, pressure, fingerprint, and gas sensor. In recent years, there has also appeared a technique of identifying a flow of various logistics information by attaching a tag to an object by RFID (Radio Frequency Identification) technology.

각각의 센서 노드들은 독립적인 전원, 즉 배터리를 사용하고 있고, 더욱이 배터리를 교체하지 않거나 교체 주기를 가급적 길게 하기 위해 충전이 가능한 2차 전지를 주로 사용하고 있는데, 이에 따라 외부의 에너지원에서 파생된 에너지에 의해 2차 전지를 충전하는 에너지 획득(Energy(Power) Harvesting 또는 Scavenging) 기술이 중요한 과제로 대두되고 있다. 이때 사용되는 외부의 에너지원으로는 태양광이나 실내 조명광 에너지, 전자파(RF) 에너지, 센싱 대상체 또는 그 주변의 열이나 진동 또는 운동 에너지 및 풍력 에너지 등이 있을 수 있을 수 있는데, 이들 중에서 1이상, 예를 들어 태양광 에너지와 진동 에너지 또는 전자파 에너지를 함께 사용할 수 있다. 여기에서, 태양광 에너지의 경우에는 주로 직류 전원으로 변환되어 제공되는 반면에 진동 에너지나 전자파 에너지의 경우에는 교류 전원으로 변환된 후에 정류되어 제공되게 된다.Each sensor node uses an independent power source, that is, a battery, and moreover, a rechargeable secondary battery is used mainly to replace the battery or to make the replacement cycle as long as possible. Accordingly, Energy acquisition (energy harvesting or scavenging) that recharges the secondary battery by energy is becoming an important task. In this case, the external energy source may be sunlight, indoor illumination energy, RF energy, heat or vibration or kinetic energy of the sensing object or its surroundings, and wind energy. Among these, For example, solar energy and vibration energy or electromagnetic energy can be used together. Here, in the case of solar energy, it is mainly converted to DC power, while in the case of vibration energy or electromagnetic wave energy, it is converted to AC power and then rectified.

그러나 종래의 2차 전지를 충전하는 충전 모듈은 외부 전원을 스토리지 커패시터를 거치지 않고 그대로 충전부에 인가하기 때문에 2차 전지를 충전하기 위한 전류가 부족하게 되고, 이에 따라 2차 전지를 제대로 충전시킬 수 없다는 문제점이 있었다.However, since the charging module for charging the secondary battery in the related art applies the external power source to the charging unit without going through the storage capacitor, the current for charging the secondary battery becomes insufficient and the secondary battery can not be charged properly There was a problem.

더욱이, 외부에서 2차 전지에 인가되는 전압은 통상적으로 배터리의 정격 전압보다 10~20% 정도 커야 충전이 가능한데, 종래에는 외부 전원 전압을 2차 전지에 인가하거나 차단하는 스위치로 턴온 전압과 턴오프 전압이 단일 레벨을 갖는 스위치를 사용하여 왔다. 이에 따라 외부 전원의 전압이 노이즈나 주변 환경 등에 따라 상기한 턴온 전압 레벨을 중심으로 요동치는 경우에는 스위치가 빈번하게 온/오프되게 되고, 결과적으로 배터리에 안정적인 충전 전원이 공급되지 못하여 충전 효율이 떨어짐은 물론 배터리의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.In addition, the voltage applied to the secondary battery from the outside is generally 10 to 20% greater than the rated voltage of the battery. In the past, the external voltage was applied to or cut off from the secondary battery. We have used switches with a single level of voltage. Accordingly, when the voltage of the external power source fluctuates around the above-mentioned turn-on voltage level in accordance with noise, surrounding environment, etc., the switches are frequently turned on / off. As a result, a stable charging power is not supplied to the battery, But also shortens the life of the battery.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 간단한 회로 구성에 의해 2차 전지에 안정적인 충전 전원을 공급할 수 있도록 한 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈을 제공함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a charging module using a storage capacitor capable of supplying a stable charging power to a secondary battery by a simple circuit configuration.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈은 외부 전원으로부터 공급되는 전기 에너지를 1차적으로 저장하는 스토리지 커패시터; 2차 전지의 충전 상태를 모니터링하여 과충전이나 과방전을 방지하는 충전부 및 상기 스토리지 커패시터와 상기 충전부 사이에 개재되어 상기 스토리지 커패시터와 상기 충전부를 전기적으로 연결 또는 차단하되, 턴오프 전압 레벨보다 큰 턴온 전압 레벨을 갖는 히스테리시스 스위치를 포함하여 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided a charging module using a storage capacitor, comprising: a storage capacitor for primarily storing electric energy supplied from an external power source; A charging unit for monitoring a charging state of the secondary battery to prevent overcharging or overdischarging; and a switching unit interposed between the storage capacitor and the charging unit to electrically connect or disconnect the storage capacitor and the charging unit, Level of the hysteresis switch.

전술한 구성에서, 외부 전원에 교류 성분이 포함되는 경우에 상기 스토리지 커패시터의 전단에 상기 교류 성분을 정류하는 정류부를 더 포함할 수 있다.In the above-described configuration, when the external power supply includes an AC component, the rectifying unit may rectify the AC component before the storage capacitor.

한편, 상기 히스테리시스 스위치는 그 저항비에 의해 상기 스토리지 커패시터의 전압을 분배하는 제1 분압 저항쌍(R1, R2); 일단이 상기 스토리지 커패시터의 양극 단자에 연결된 제2 분압 저항쌍(R3, R4); 제어 단자는 상기 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자는 출력단에 연결되며 제2 전극 단자는 상기 스토리지 커패시터의 양극 단자와 연결된 제1 스위칭 소자; 제어 단자는 상기 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자는 상기 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 타단에 연결되며 제2 전극 단자는 접지된 제2 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 상기 제1 전극 단자와 상기 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결된 저항(R5)을 포함하여 이루어진다.The hysteresis switch includes a first pair of voltage dividing resistors (R1, R2) for distributing a voltage of the storage capacitor according to a resistance ratio thereof; A pair of second voltage-dividing resistors (R3, R4), one end of which is connected to the positive terminal of the storage capacitor; A first switching element connected to a connection point of the second pair of voltage-dividing resistors (R3, R4), a first electrode terminal connected to an output terminal, and a second electrode terminal connected to a positive terminal of the storage capacitor; The control terminal is connected to the connection point of the first pair of voltage-dividing resistors R1 and R2, the first electrode terminal is connected to the other end of the second pair of voltage-dividing resistors R3 and R4, And a resistor R5 connected to the connection point between the first electrode terminal of the second switching element and the first pair of voltage-dividing resistors R1 and R2.

한편, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자는 각각 p채널의 FET와 n채널의 FET, p형의 BJT와 n형의 BJT 또는 p채널의 HEMT와 n채널의 HEMT로 이루어질 수 있다.The first switching device and the second switching device may each comprise a p-channel FET, an n-channel FET, a p-type BJT, an n-type BJT, or a p-channel HEMT and an n-channel HEMT.

상기 정류부와 상기 스토리지 커패시터 사이에는 역전류 방지용 다이오드가 연결된 것을 특징으로 한다.And a diode for preventing reverse current is connected between the rectification part and the storage capacitor.

본 발명의 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈에 따르면, 외부 전원으로부터의 전기 에너지를 스토리지 커패시터에 의해 충분히 저장하였다가 후단의 충전부에 인가하기 때문에 2차 전지의 충전에 필요한 전류를 안정적으로 흘려줄 수 있는 효과가 있다.According to the charging module using the storage capacitor of the present invention, the electric energy from the external power source is sufficiently stored by the storage capacitor and is applied to the charging section of the rear end, so that the current required for charging the secondary battery can be stably flown .

나아가, 턴온전압 레벨이 턴오프 전압 레벨보다 큰 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치를 채택하고 있기 때문에 2차 전지에 안정적인 충전 전압을 인가할 수 있고, 이에 따라 충전 효율을 제고시킴과 함께 2차 전지의 수명을 연장시키는 효과가 있다.Further, since the electronic switch having the hysteresis characteristic in which the turn-on voltage level is higher than the turn-off voltage level is adopted, a stable charging voltage can be applied to the secondary battery, thereby improving the charging efficiency, .

더욱이, 스위칭 소자로 FET나 HEMT를 사용하는 경우에는 누설 전류를 줄일 수 있어서 전력 소모를 감소시킬 수가 있다.Furthermore, when FETs or HEMTs are used as switching elements, the leakage current can be reduced, thereby reducing power consumption.

도 1은 본 발명의 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치를 채택한 2차 전지 충전 모듈의 전기적인 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 충전 모듈에서 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치의 개념적인 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 충전 모듈에서 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치의 일 실시예에 따른 구체적인 회로 구성도,
도 4는 본 발명의 충전 모듈에서 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치의 다른 실시예에 따른 구체적인 회로 구성도이다.1 is an electrical block diagram of a secondary battery charging module employing an electronic switch having a hysteresis characteristic according to the present invention;
2 is a conceptual circuit configuration diagram of an electronic switch having a hysteresis characteristic in the charging module of the present invention,
3 is a specific circuit configuration diagram according to an embodiment of an electronic switch having a hysteresis characteristic in the charging module of the present invention,
4 is a specific circuit configuration diagram according to another embodiment of an electronic switch having a hysteresis characteristic in the charging module of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈의 바람직한 실시에에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a charging module using the storage capacitor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치를 채택한 2차 전지 충전 모듈의 전기적인 블록 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치(이하 이를 '히스테리시스 스위치'라 한다)(14)는 2차 전지(20)를 충전하는 충전 모듈(10)에 채택될 수 있는데, 이러한 충전 모듈(10)에는 외부 전원으로 직류 전원과 교류 전원이 인가될 수 있다.1 is an electrical block diagram of a secondary battery charging module employing an electronic switch having a hysteresis characteristic according to the present invention. 1, an electronic switch 14 (hereinafter, referred to as a "hysteresis switch") having the hysteresis characteristic of the present invention may be employed in a charging module 10 for charging a secondary battery 20 The charging module 10 may be supplied with an external power source and an AC power source.

한편, 충전 모듈(10)은 다시 외부 전원이 교류 전원인 경우에 이를 정류하는 정류부(12), 정류부(12)에서 정류된 전원 또는 직류 전원인 외부 전원으로부터의 전기 에너지를 1차적으로 저장하는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor)(SC), 2차 전지(20)의 충전 상태를 모니터링하여 과충전이나 과방전을 방지하는 등의 기능을 수행하는 충전부(16) 및 스토리지 커패시터(SC)에 저장된 전원의 전압이 일정한 임계치, 즉 턴온 전압 레벨(Von)이상인 경우에 턴온되어 스토리지 커패시터(SC)와 충전부(16)를 전기적으로 연결하고, 상기 턴온 전압 레벨(Von)보다 낮은 값으로 설정된 턴오프 전압 레벨(Voff) 이하인 경우에 턴오프되어 스토리지 커패시터(SC)와 충전부(16)의 전기적인 연결을 차단하는 히스테리시스 스위치(14)를 포함하여 이루어질 수 있다.The charging module 10 further includes a rectifying unit 12 for rectifying the external power when the external power is AC, a storage unit for primarily storing the electric energy from the rectified power from the rectifying unit 12 or an external power source, The voltage of the power source stored in the charging unit 16 and the storage capacitor SC performing the function of monitoring the charging state of the storage capacitor SC and the secondary battery 20 to prevent overcharging or overdischarging, certain threshold, i.e., turn-on voltage level (V on) is turned on or more storage capacitor turn-off voltage level is set to a value lower than (SC) and a charging unit electrically connected to the 16, and the turn-on voltage level (V on) ( And a hysteresis switch 14 that is turned off to shut off the electrical connection between the storage capacitor SC and the charging unit 16 when the voltage is less than V off .

전술한 구성에서, 정류부(12)는 외부 전원에 교류 성분이 포함된 경우에 선택적으로 사용될 수 있는데, 부하, 즉 2차 전지(20)에 공급되어야 하는 전원 전압 및 획득되어지는 전압에 따라 반파 정류회로나 전파 정류회로 등이 선택적으로 사용될 수 있다. 더욱이 스토리지 커패시터(SC)에서 정류부(12)로 역전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 정류부(12)와 스토리지 커패시터(SC) 사이에 역전류 방지용 다이오드를 추가로 연결할 수도 있다.In the above-described configuration, the rectifying section 12 can be selectively used in the case where an AC component is included in the external power supply. The rectifying section 12 can be selectively used in accordance with the load, that is, the power supply voltage to be supplied to the secondary battery 20, A circuit, a full-wave rectification circuit, and the like can be selectively used. Further, a reverse current prevention diode may be additionally connected between the rectification part 12 and the storage capacitor SC to prevent a reverse current from flowing from the storage capacitor SC to the rectification part 12. [

한편, 센서 노드와 같이 센싱 대상체 주변에서 에너지를 얻어 동작하는 에너지 획득 환경에서는 2차 전지(20)의 충전에 필요한 전원을 지속적으로 공급받기가 어렵고, 또한 전술한 바와 같이 충전 전압이 2차 전지의 정격 전압보다 낮은 경우에는 충전이 불가능한 바, 이를 감안하여 정류부(12)의 후단에 스토리지 커패시터(SC)를 개재시켜 외부 전원에서 제공되는 전기 에너지를 1차적으로 저장하게 된다. 여기에서, 스토리지 커패시터(SC)로는 세라믹, 마일러 또는 전해 커패시터와 같은 일반 커패시터나 슈퍼 커패시터가 선택적으로 사용될 수 있는데, 슈퍼 커패시터는 초고용량 커패시터로서 일반 커패시터보다 용량이 매우 큰 커패시터를 뜻한다. 이러한 슈퍼 커패시터는 용량에 따라 소형, 중형 및 대형으로 구분되며 그에 따른 용도 또한 다르다. 본 충전 모듈(10)은 적용시키고자 하는 시스템에 따라 스토리지 커패시터(SC)의 용량을 적절하게 설정할 수 있다.On the other hand, in an energy acquisition environment in which energy is obtained from the surroundings of a sensing object, such as a sensor node, it is difficult to continuously supply power required for charging the secondary battery 20, If the voltage is lower than the rated voltage, charging can not be performed. In consideration of this, the storage capacitor SC is stored at the rear end of the rectifying unit 12 to primarily store the electric energy supplied from the external power source. Here, as the storage capacitor (SC), a common capacitor or a super capacitor such as a ceramic, a mylar or an electrolytic capacitor can be selectively used. A supercapacitor is an ultra-high capacity capacitor, which means a capacitor having a capacity much larger than a general capacitor. These supercapacitors are divided into small, medium and large capacitors according to their capacities, and their applications are also different. The present charging module 10 can appropriately set the capacity of the storage capacitor SC according to the system to which the present invention is applied.

도 2는 본 발명의 충전 모듈에서 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치의 개념적인 회로 구성도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 히스테리시스 스위치(14)는 그 일측 단자가 접지된 스토리지 커패시터(SC)의 양단에 연결되어 그 저항비에 의해 스토리지 커패시터(SC) 양단 전압을 분배하는 제1 분압 저항쌍(R1, R2), 그 일단이 스토리지 커패시터(SC)의 양극 단자에 연결된 제2 분압 저항쌍(R3, R4), 제어 단자(2)는 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자(3)는 출력단에 연결되며 제2 전극 단자(1)는 스토리지 커패시터(SC)의 양극 단자와 연결된 제1 스위칭 소자(14a), 제어 단자(2)는 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자(3)는 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 타단에 연결되며 제2 전극 단자(1)는 접지된 제2 스위칭 소자(14b) 및 제2 스위칭 소자(14b)의 제1 전극 단자(3)와 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결된 저항(R5)을 포함하여 이루어진다.2 is a conceptual circuit configuration diagram of an electronic switch having a hysteresis characteristic in the charging module of the present invention. 2, the hysteresis switch 14 of the present invention is connected to both ends of a storage capacitor SC to which one terminal of the hysteresis switch 14 is grounded, and divides the voltage across the storage capacitor SC The second pair of voltage dividing resistors R3 and R4 connected at one end to the positive terminal of the storage capacitor SC and the control terminal 2 are connected to the second pair of voltage dividing resistors R3 and R4 The first electrode terminal 3 is connected to the output terminal and the second electrode terminal 1 is connected to the positive terminal of the storage capacitor SC and the first switching element 14a is connected to the control terminal 2, The first electrode terminal 3 is connected to the other end of the second pair of voltage-dividing resistors R3 and R4 and the second electrode terminal 1 is connected to the connection point of the pair of voltage-sensitive resistors R1 and R2, (R5) connected to the connection point between the first electrode terminal (3) of the second switching element (14b) and the first switching element (14b) and the first pair of voltage dividing resistors (R1, R2) The lure is.

도 3은 본 발명의 충전 모듈에서 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치의 일 실시예에 따른 구체적인 회로 구성도인바, 제1 스위칭 소자(14a)를 p채널의 FET(P-mos)로 구현하고, 제2 스위칭 소자(14b)를 n채널의 FET(N-mos)로 구현한 예를 도시하고 있다. 이에 따라 제1 스위칭 소자(14a) 및 제2 스위칭 소자(14b)의 제어 단자(2)는 게이트 단자가 되고, 그 제1 전극 단자(3)는 드레인 단자가 되며, 그 제2 전극 단자(1)는 소스 단자가 된다.3 is a specific circuit configuration according to an embodiment of an electronic switch having a hysteresis characteristic in the charging module of the present invention, in which the first switching device 14a is implemented as a p-channel FET (P-mos) And an example in which the switching element 14b is implemented by an n-channel FET (N-mos). The control terminal 2 of the first switching device 14a and the second switching device 14b becomes a gate terminal and the first electrode terminal 3 becomes a drain terminal and the second electrode terminal 1 Is a source terminal.

도 4는 본 발명의 충전 모듈에서 히스테리시스 특성을 갖는 전자식 스위치의 다른 실시예에 따른 구체적인 회로 구성도인바, 제1 스위칭 소자(14a)를 p형의 BJT(P-Tr)로 구현하고, 제2 스위칭 소자(14b)를 n형의 BJT(N-Tr)로 구현한 예를 도시하고 있다. 이에 따라 제1 스위칭 소자(14a) 및 제2 스위칭 소자(14b)의 제어 단자(2)는 베이스 단자가 되고, 그 제1 전극 단자(3)는 콜렉터 단자가 되며, 그 제2 전극 단자(1)는 에미터 단자가 된다.FIG. 4 is a specific circuit configuration according to another embodiment of the electronic switch having a hysteresis characteristic in the charging module of the present invention, in which the first switching device 14a is implemented as a p-type BJT (P-Tr) And an example in which the switching element 14b is implemented as an n-type BJT (N-Tr). The control terminal 2 of the first switching device 14a and the second switching device 14b becomes the base terminal and the first electrode terminal 3 becomes the collector terminal and the second electrode terminal 1 ) Becomes an emitter terminal.

전술한 구성에서, 스토리지 커패시터(SC)의 전압이 히스테리시스 스위치(14)의 턴온 전압 레벨(Von)이상이 되면, n채널 FET(또는 n형 BJT)의 게이트 단자(또는 베이스 단자)에 제1 분압 저항쌍(R1, R2)에 의해 분배된 전압(

Figure 112010020512151-pat00001
)이 인가되어 n채널 FET(또는 n형 BJT)가 턴온되고, p채널 FET(또는 p형 BJT)의 게이트 단자(또는 베이스 단자) 전압이 떨어지게 된다. 이에 따라 p채널 FET(또는 p형 BJT)의 게이트 단자(또는 베이스 단자)와 소스 단자(또는 에미터 단자) 사이의 전압차가 턴온 전압 레벨 이상으로 증가하게 되고, 결과적으로 p채널 FET(또는 p형 BJT)가 턴온됨으로써 스토리지 커패시터(SC)의 충전 전압이 충전부(16)에 인가되게 된다.In the above-described configuration, when the voltage of the storage capacitor (SC) is turned on the voltage level (V on) than the hysteresis switch (14), n the first to the gate terminal (or base terminal) of the channel FET (or n-type BJT) The voltage divided by the voltage-dividing resistor pair (R1, R2)
Figure 112010020512151-pat00001
) Is applied to turn on the n-channel FET (or n-type BJT) and the gate terminal (or base terminal) voltage of the p-channel FET (or p-type BJT) to drop. As a result, the voltage difference between the gate terminal (or base terminal) and the source terminal (or emitter terminal) of the p-channel FET (or p-type BJT) increases above the turn-on voltage level, The charging voltage of the storage capacitor SC is applied to the charging unit 16. [

한편, 이 상태에서는 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 상측 저항(R1)과 저항(R5)의 병렬연결 쌍이 제1 분압 저항쌍(R1,R2)의 하측 저항(R2)에 직렬로 연결되어 그 저항값(

Figure 112010022163964-pat00002
)이 상측 저항(R1)의 저항값보다 작아지기 때문에 n채널 FET(또는 n형 BJT)의 게이트 단자(또는 베이스 단자)에 인가되는 전압이 더욱 상승(positive feedback)하게 된다. 결과적으로, 스토리지 커패시터(SC)의 전압이 상기한 턴온 전압 레벨(Von)과 같거나 작아지더라도 턴오프 전압 레벨(Voff) 이상을 유지하는 동안에는 히스테리시스 스위치(14)가 계속 턴온 상태를 유지하게 된다. 결과적으로 제1 분압 저항쌍(R1, R2)과 저항(R5)의 저항값을 다르게 설정함으로써 히스테리시스 스위치(14)의 턴온 전압 레벨(Von)과 턴오프 전압 레벨(Voff)을 원하는 대로 설정할 수가 있다.In this state, the parallel connection pair of the upper resistor R1 and the resistor R5 of the first pair of voltage-dividing resistors R1 and R2 is connected in series with the lower resistor R2 of the first pair of voltage-dividing resistors R1 and R2 And the resistance value (
Figure 112010022163964-pat00002
Becomes lower than the resistance value of the upper resistor R1, the voltage applied to the gate terminal (or the base terminal) of the n-channel FET (or n-type BJT) becomes more positive feedback. As a result, even if the voltage of the storage capacitor SC is equal to or lower than the turn-on voltage level V on , the hysteresis switch 14 keeps the turn-on state while maintaining the turn-off voltage level V off or more . As a result, the first voltage-dividing resistor pair (R1, R2) and the different resistance of the resistor (R5) set by set as desired, the turn-on voltage level (V on) and turn-off voltage level (V off) of the hysteresis switch 14 There is a number.

한편, 도시하지는 않았지만 제1 스위칭 소자(14a) 및 제2 스위칭 소자(14b)로 HEMT(High Electron Mobility Transistor)를 채택할 수도 있는바, 이러한 HEMT는 소스 단자가 2개인 것을 제외하고는 그 동작이 FET와 유사하다. 따라서, 제1 스위칭 소자(14a)와 제2 스위칭 소자(14b)를 HEMT로 구현하는 경우에 1개의 소스 단자는 플로팅(Floating)시키게 된다.Although not shown, a HEMT (High Electron Mobility Transistor) may be adopted as the first switching device 14a and the second switching device 14b. The operation of the HEMT is the same as that of the first switching device 14a FET. Therefore, when the first switching device 14a and the second switching device 14b are implemented as HEMTs, one source terminal is floated.

제1 스위칭 소자(14a) 및 제2 스위칭 소자(14b)를 FET와 HEMT로 구현하는 경우에는 이들이 전압 제어 소자이기 때문에 BJT에 비해 누설 전류를 줄이는 것이 가능하고, 이에 따라 전체적인 전력 소비를 감소시킬 수가 있다. 본 발명의 히스테리시스 특성을 갖춘 전자식 스위치는 저전력으로 구동되어지는 시스템 및 배터리가 없는 센서노드 등에 사용될 수 있다.When the first switching element 14a and the second switching element 14b are implemented by FETs and HEMTs, since they are voltage control elements, it is possible to reduce the leakage current as compared with the BJTs, have. The electronic switch having the hysteresis characteristic of the present invention can be used in a system driven by a low power and a sensor node without a battery.

본 발명의 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The charging module using the storage capacitor of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.

10: 충전 모듈, 12: 정류부,
14: 히스테리시스 스위치, 14a: 제1 스위칭 소자,
14b: 제2 스위칭 소자, 16: 충전부,
20: 2차 전지, R1 - R5: 저항10: charging module, 12: rectifying part,
14: hysteresis switch, 14a: first switching element,
14b: second switching element, 16: charger,
20: secondary battery, R1 - R5: resistance

Claims (7)

외부로부터 공급되는 전기 에너지를 1차적으로 저장하는 스토리지 커패시터;
2차 전지의 충전 상태를 모니터링하여 과충전이나 과방전을 방지하는 충전부 및
상기 스토리지 커패시터와 상기 충전부 사이에 개재되어 상기 스토리지 커패시터와 상기 충전부를 전기적으로 연결 또는 차단하되, 턴오프 전압 레벨보다 큰 턴온 전압 레벨을 갖는 히스테리시스 스위치를 포함하여 이루어진 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈.A storage capacitor for primarily storing electric energy supplied from the outside;
A charging unit for monitoring the charging state of the secondary battery to prevent overcharge or overdischarge;
And a hysteresis switch interposed between the storage capacitor and the charging unit to electrically connect or disconnect the storage capacitor and the charging unit, the hysteresis switch having a turn-on voltage level greater than a turn-off voltage level. 제 1 항에 있어서,
외부 전원에 교류 성분이 포함된 경우에는 스토리지 커패시터 전단에 상기 교류 성분을 정류하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈.The method according to claim 1,
Further comprising a rectifying unit for rectifying the AC component in front of the storage capacitor when the external power source includes an AC component. 제 1 항에 있어서,
상기 히스테리시스 스위치는 그 저항비에 의해 상기 스토리지 커패시터의 전압을 분배하는 제1 분압 저항쌍(R1, R2);
일단이 상기 스토리지 커패시터의 양극 단자에 연결된 제2 분압 저항쌍(R3, R4);
제어 단자는 상기 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자는 출력단에 연결되며 제2 전극 단자는 상기 스토리지 커패시터의 양극 단자와 연결된 제1 스위칭 소자;
제어 단자는 상기 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결되고 제1 전극 단자는 상기 제2 분압 저항쌍(R3, R4)의 타단에 연결되며 제2 전극 단자는 접지된 제2 스위칭 소자 및
상기 제2 스위칭 소자의 상기 제1 전극 단자와 상기 제1 분압 저항쌍(R1, R2)의 접속점에 연결된 저항(R5)을 포함하여 이루어진 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the hysteresis switch comprises: a first pair of voltage dividing resistors (R1, R2) for distributing a voltage of the storage capacitor by a resistance ratio thereof;
A pair of second voltage-dividing resistors (R3, R4), one end of which is connected to the positive terminal of the storage capacitor;
A first switching element connected to a connection point of the second pair of voltage-dividing resistors (R3, R4), a first electrode terminal connected to an output terminal, and a second electrode terminal connected to a positive terminal of the storage capacitor;
The control terminal is connected to the connection point of the first pair of voltage-dividing resistors R1 and R2, the first electrode terminal is connected to the other end of the second pair of voltage-dividing resistors R3 and R4, Devices and
And a resistor (R5) connected to a connection point between the first electrode terminal of the second switching element and the first pair of voltage-dividing resistors (R1, R2). 제 3 항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자는 각각 p채널의 FET와 n채널의 FET로 이루어진 것을 특징으로 하는 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈.The method of claim 3,
Wherein the first switching device and the second switching device are each composed of a p-channel FET and an n-channel FET. 제 3 항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자는 각각 p형의 BJT와 n형의 BJT로 이루어진 것을 특징으로 하는 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈.The method of claim 3,
Wherein the first switching device and the second switching device are formed of a p-type BJT and an n-type BJT, respectively. 제 3 항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자는 각각 p채널의 HEMT와 n채널의 HEMT로 이루어지고, 이 경우에 각각의 소스 단자 1개는 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈.The method of claim 3,
The first switching device and the second switching device each comprise a p-channel HEMT and an n-channel HEMT. In this case, one of the source terminals is a storage capacitor. 제 2 항에 있어서,
상기 정류부와 상기 스토리지 커패시터 사이에는 역전류 방지용 다이오드가 연결된 것을 특징으로 하는 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈.3. The method of claim 2,
And a diode for preventing reverse current is connected between the rectification part and the storage capacitor.
KR1020100029109A 2010-03-31 2010-03-31 electricity charging module by storage capacitor KR101148010B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100029109A KR101148010B1 (en) 2010-03-31 2010-03-31 electricity charging module by storage capacitor
US12/759,213 US8193775B2 (en) 2010-03-31 2010-04-13 Hysteresis switch and electricity charging module using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100029109A KR101148010B1 (en) 2010-03-31 2010-03-31 electricity charging module by storage capacitor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110109402A KR20110109402A (en) 2011-10-06
KR101148010B1 true KR101148010B1 (en) 2012-05-24

Family

ID=45026635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100029109A KR101148010B1 (en) 2010-03-31 2010-03-31 electricity charging module by storage capacitor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101148010B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09247851A (en) * 1996-03-07 1997-09-19 Fuji Elelctrochem Co Ltd Charger for series-connected electrochemical element
KR19990060992A (en) * 1997-12-31 1999-07-26 추호석 Large Capacitor Bank Charger
KR20050120624A (en) * 2002-12-20 2005-12-22 하와이언 일렉트릭 컴퍼니 인크. Power control interface between a wind farm and a power transmission system
KR20060121328A (en) * 2005-05-24 2006-11-29 관동대학교산학협력단 Apparatus and method for controlling charging and discharging

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09247851A (en) * 1996-03-07 1997-09-19 Fuji Elelctrochem Co Ltd Charger for series-connected electrochemical element
KR19990060992A (en) * 1997-12-31 1999-07-26 추호석 Large Capacitor Bank Charger
KR20050120624A (en) * 2002-12-20 2005-12-22 하와이언 일렉트릭 컴퍼니 인크. Power control interface between a wind farm and a power transmission system
KR20060121328A (en) * 2005-05-24 2006-11-29 관동대학교산학협력단 Apparatus and method for controlling charging and discharging

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110109402A (en) 2011-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8193775B2 (en) Hysteresis switch and electricity charging module using the same
JP5595377B2 (en) Control and protection of passive over and under voltage for energy storage devices associated with energy intake
US10044218B2 (en) Micro-energy harvester for battery free applications
US10141787B2 (en) Receiving circuit for magnetic coupling resonant wireless power transmission
US7132757B2 (en) Power control system and method
CN103269132B (en) Sensor power supply method and power supply device
Kwon et al. A rectifier-free piezoelectric energy harvester circuit
Gudan et al. A 2.4 GHz ambient RF energy harvesting system with− 20dBm minimum input power and NiMH battery storage
US20090309538A1 (en) Energy storage and management circuit
CN109672331B (en) Energy harvesting circuit with oscillating structure
CN103814510A (en) Power harvesting device
US20130342026A1 (en) Power-receiving device and non-contact power transmission system using same
KR101103750B1 (en) electronic switch with hysteresis nature
CN102386671A (en) Device and method for supplying a mobile communication system and a sensor arrangement including such a device
KR101148010B1 (en) electricity charging module by storage capacitor
JP2014121135A (en) Storage battery charging system
US20200195038A1 (en) Motion energy harvesting circuit and portable electronic device
CN111082546B (en) Digital control energy collection management circuit with low power starting and voltage monitoring functions
Rincón-Mora Harvesting microelectronic circuits
CN111146875B (en) Self-turn-off energy harvesting circuit with low power start-up and voltage monitoring
CN111030323B (en) Micro-energy collection management system with low-voltage starting and voltage monitoring functions
WO2011068499A1 (en) Energy storage and management circuit
CN111146876B (en) Micro-energy collection management system with low-voltage starting and voltage monitoring functions
CN219678160U (en) Non-polar installation device of battery and mobile electronic consumer equipment
CN112803549B (en) Battery charging circuit, battery pack and battery pack charging system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170424

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190423

Year of fee payment: 8