KR20020067667A - 배터리 상태 감시 회로 - Google Patents

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Abstract

배터리 상태 감시 회로 및 이를 이용한 배터리 장치에 있어서, 마이크로컴퓨터용 제어 단자에 충전 금지 신호가 입력되더라도, 충전 제어 트랜지스터 및 방전 제어 트랜지스터 모두 OFF 되어 부하에 배터리 전압이 공급될 수 없는 잠금 모드가 발생하는 것을 방지한다. 마이크로컴퓨터용 제어 단자에 충전 금지 신호가 입력되더라도, 과전류 전압 검출 단자가 과전류 검출 전압을 갖는 경우, 마이크로컴퓨터용 제어 단자의 충전 금지 신호가 상쇄되도록 회로가 구성된다.

Description

배터리 상태 감시 회로{BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT}
본 발명은 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자, 방전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자, 과전류 전압 검출 단자 및 마이크로컴퓨터용 제어 단자를 구비한 배터리 상태 감시 회로에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 상태 감시 회로는, 도 2에 도시한 바와 같이, 각 전지전압 모니터용 단자(5A∼9A), 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(10A)(이하, COP 단자라 함), 방전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(11A)(이하, DOP 단자라 함), 과전류 전압 검출 단자(12A)(이하, VMP 단자라 함) 및 마이크로컴퓨터용 제어 단자(13A)(이하, CTL 단자라 함)를 구비하고 있다. 배터리 장치는 충전 제어 트랜지스터(14A), 방전 제어 트랜지스터(16A), VMP 단자용 풀-업 저항(18A) 및 2차 전지(1A∼4A)로 구성된다. CTL 단자(13A)에는 마이크로컴퓨터(21A)가 접속되고, 배터리 장치의 외부 단자인 EB+와 EB- 사이에는 부하(19A) 및 충전기(20A)가 접속된다.
VMP 단자(12A)는 풀-업 저항(18A)에 의해 정상 상태에서는 VDD에 풀 업 된다. VMP 단자(12A)는 VDD 및 VMP 단자간의 전압을 모니터 하여, 전압이 VDD에서 원하는 전압만큼 떨어지는 것을 검출하고, DOP 단자(11A)가 "H"를 출력하게 한다. 즉, VMP = "L"에 의해 DOP = "H"가 되어, 방전 제어 트랜지스터(16A)가 OFF 된다.
CTL 단자(13A)는 배터리 상태 감시 회로(22A)와 마이크로컴퓨터(21A)간의 통신을 행하기 위한 단자이다. 종래의 회로를 나타내는 도 2에서 CTL 단자(13A)에 충전 금지 신호(여기서는 과충전 금지 신호는 "H"라고 가정함)가 입력되면, COP 단자(10A)가 "H"를 출력하게 된다. 즉, CTL = "H"에 의해 COP = "H"가 되어, 충전 제어 트랜지스터(14A)가 OFF 된다. 여기서, 도 2에 도시한 화살표는 신호의 흐름을 나타낸다.
도 4는 종래의 배터리 상태 감시 회로 및 이를 이용한 배터리 장치의 CTL, VMP COP 단자간의 관계를 나타내는 타이밍도이다. 도 4에 따르면, 마이크로컴퓨터(21A)에 의해 CTL 단자(13A)에 충전 금지 신호가 입력되면, COP 단자(10A)는 "H"를 출력하여 충전 제어 트랜지스터(14A)를 OFF 한다. 과전류 등의 신호에 의해 VMP 단자 전압이 검출 전압에 이르면, DOP 단자는 "H"를 출력하여 방전 제어 트랜지스터(16A)를 OFF 한다.
즉, CTL = "H"일 때에는 VMP 단자(12A)의 신호에 관계없이 COP = "H"가 된다.
종래의 배터리 장치에서는 마이크로컴퓨터(21A)로부터 충전 금지 신호가 CTL 단자(13A)에 입력되면, 충전 제어 트랜지스터(14A) 및 방전 제어 트랜지스터(16A) 모두 OFF 되어, EB+와 EB- 단자간에 부하가 접속되더라도 전지전압이 공급될 수 없는 상태로 고정되는 문제점이 있었다.
도 2에서 마이크로컴퓨터(21A)로부터 충전 금지 신호가 CTL 단자(13A)에 입력되면, COP 단자(10A)는 "H"를 출력하여 충전 제어 트랜지스터(14A)는 OFF 된다. 이 때, EB+와 EB- 단자간에 부하가 접속되면, 충전 제어 트랜지스터(14A)의 기생 다이오드(15A)를 통해 전류가 흐르기 때문에, VDD와 EB+ 사이에 기생 다이오드(15A)의 접합전압(VF)의 전압강하가 발생한다. 여기서, VMP 단자(12A)는 VDD와 VMP 단자간의 전압을 감시하기 때문에, 상기 전압강하에 의해 과전류 검출이 일어나게 되어 DOP 단자는 "H"를 출력하고, 방전 제어용 트랜지스터(M2)는 OFF 된다.
상기 문제를 해결하기 위해 본 발명에 의하면, CTL 단자(13A)에 충전 금지 신호가 입력되더라도, VMP 단자(12A)가 과전류 검출 전압을 갖게 되는 경우, CTL 단자(13A)의 충전 금지 신호를 상쇄하는 회로를 부가함으로써, 충전 제어 트랜지스터(14A) 및 방전 제어 트랜지스터(16A)가 모두 OFF 되어 부하에 전지전압이 공급될 수 없게 되는 잠금 모드의 발생을 방지한다.
본 발명은 배터리 상태 감시 회로에 있어서, CTL 단자(13A)에 충전 금지 신호가 입력되더라도, VMP 단자(12A)가 과전류 검출 전압을 갖게 되는 경우, CTL 단자(13A)의 충전 금지 신호를 상쇄하는 회로를 부가하도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 배터리 상태 감시 회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 배터리 상태 감시 회로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 배터리 상태 감시 회로의 타이밍도이다.
도 4는 종래의 배터리 상태 감시 회로의 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 배터리 상태 감시 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 Box 회로이다.
도 7은 본 발명의 Box 회로이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2, 3, 4 2차 전지
5, 6, 7, 8, 9 전지전압 모니터용 단자
10 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자
11 방전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자
12 과전류 전압 검출 단자
13 마이크로컴퓨터용 제어 단자
14 충전 제어 트랜지스터
15 방전 제어 트랜지스터 기생 다이오드
16 방전 제어 트랜지스터
17 방전 제어 트랜지스터 기생 다이오드
18 과전류 전압 검출 단자용 풀-업 저항
19 부하 저항
20 충전기
21 마이크로컴퓨터
22 배터리 상태 감시 회로
23 Box 회로
도 1은 본 발명이 적용된 배터리 상태 감시 회로 및 이를 이용한 배터리 장치의 구성 예를 나타낸다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 관해 설명한다.
도 1에서 복수의 2차 전지(1∼4)(예컨대, 리튬 이온 전지의 셀)가 서로 직렬 접속되어 있다. 2차 전지(1)의 양극은 FET 등으로 구성된 방전 제어 트랜지스터(16)에 접속되어 있다. 방전 제어 트랜지스터(16) 및 충전 제어 트랜지스터(14)는 서로 직렬 접속되어 있고, 충전 제어용 트랜지스터는 배터리 장치의 외부 단자인 EB+에 직접 접속된다. 충전 제어 트랜지스터(14) 및 방전 제어 트랜지스터(16)는 배터리 장치로부터의 방전, 및 충전기로의 충전을 제어하기 위한 스위칭 소자로서 사용된다. 배터리 장치로의 충전이 금지될 때에는 충전 제어 트랜지스터(14)가 OFF 된다. 배터리 장치로부터의 방전이 금지될 때에는 방전 제어 트랜지스터(16)가 OFF 된다.
본 발명은 CTL 단자(13)에 충전 금지 신호가 입력되더라도 VMP 단자(12)가 과전류 검출 전압을 갖는 경우, CTL 단자(13)의 충전 금지 신호가 상쇄되는 회로 구조를 갖도록 되어 있다.
도 1에서 예로서 AND 회로의 구성이 채용되며, 상기 회로 구성에 적용되는 모든 회로는 Box 회로(23)로서 도 1에 도시된다. 도 1의 화살표는 각각 신호의 흐름을 가리킨다.
도 3은 본 발명의 배터리 상태 감시 회로 및 이를 이용한 배터리 장치의 CTL, VMP 및 COP 단자들의 관계를 나타내는 타이밍도이다. 도 3에 따르면, CTL = "H"이고 VMP = "L"인 경우, COP = "L"이 되고, CTL = VMP = "H"인 경우에만 COP = "H"가 된다.
본 발명의 도 1에서는 충전 및 방전 제어 트랜지스터(14, 16)가 Pch 트랜지스터이지만, 배터리 상태 감시 회로의 논리를 반전함으로써 Nch 트랜지스터가 사용될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 배터리 상태 감시 회로 및 이를 이용한 배터리 장치의 다른 예를 나타내는 블록도이다. 도 5에서는 과충전 검출 회로(25) 및 과전류 검출 회로(26)가 새로 부가되고, Box 회로(23)를 대신하여 Box 회로(24)가 마련된다. 그 밖의 것들은 도 1과 같다.
배터리 전압 감시 단자(5∼9)에 과충전 검출 회로(25)가 입력으로서 접속되어 2차 전지(1∼4)의 각 전압을 감시한다. 과충전 검출 회로(25)는 2차 전지(1∼4) 중 과충전 검출 전압을 초과하는 것이 있는 경우에 Box 회로(24)에 충전 금지 신호를 출력한다.
배터리 전압 감시 단자(5) 및 과전류 전압 검출 단자(12)에는 과전류 검출 회로(26)가 입력으로서 접속되어 두 입력 단자간의 전압차를 감시한다. 방전 전류가 높아지면 충전 제어 트랜지스터(14) 및 방전 제어 트랜지스터(16)의 방전 전류와 채널 저항과의 곱으로부터 산출된 전압차가 높아지고, 이것이 과전류 검출 전압을 초과하면 과전류 검출 회로는 Box 회로(24) 및 방전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(11)에 방전 금지 신호를 출력한다.
Box 회로(24)는 마이크로컴퓨터용 제어 단자(13), 과충전 검출 회로(25)의 출력 및 과전류 검출 회로(26)의 출력에 입력으로서 접속된다. Box 회로는 과충전 검출 회로(25)로부터의 충전 금지 신호 또는 마이크로컴퓨터로부터의 충전 금지 신호가 입력되면 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(10)에 충전 금지 신호를 출력한다. 그러나, 과전류 검출 회로(26)로부터 방전 금지 신호가 출력되면 Box 회로는 적어도 마이크로컴퓨터로부터의 충전 금지 신호를 상쇄한다.
도 5에서 마이크로컴퓨터(21)로부터 CTL 단자(13)를 통해 Box 회로(24)에 충전 금지 신호가 입력되면, Box 회로(24)가 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(10)에 충전 금지 신호를 출력한다. 그러면, 충전 제어 트랜지스터(14)가 OFF 된다. 이 때, EB+와 EB- 단자간에 부하가 접속되면, 충전 제어 트랜지스터(14)의 기생 다이오드(15)에 전류가 흐르기 때문에, VDD와 EB+ 사이에서 기생 다이오드(15)의 접합전압(VF)에 해당하는 전압강하가 발생한다. 그러면, VDD와 VMP 단자간의 전압을 모니터 하는 VMP 단자(12)의 전압이 낮아지고, 과전류 검출 회로(26)가 방전 금지 신호를 출력한다. 방전 금지 신호가 Box 회로(24)에 입력되면, 마이크로컴퓨터로부터의 충전 금지 신호가 상쇄되고 충전 제어 트랜지스터(14)가 ON 된다. 그러면, 기생 다이오드(15)의 접합전압(VF)에 해당하는 전압강하가 발생하지 않기 때문에, 과전류 검출 회로(26)는 방전 금지 신호를 출력하지 않고 방전 제어 트랜지스터(16)는 ON 상태가 유지된다. 따라서, 본 발명의 배터리 장치에서 EB+와 EB- 단자간에 부하가 접속되는 경우에는 마이크로컴퓨터(21)로부터 CTL 단자(13)로 충전 금지 신호가 입력되더라도, 충전 제어 트랜지스터(14) 및 방전 제어 트랜지스터(16) 모두 OFF 되지 않아 배터리 전압 공급을 계속할 수 있게 된다. 여기서, 도 5에 도시하지 않았지만, 과전류 검출 회로(26)에서 방전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(11)로 출력되는 신호에 소정의 지연이 생기는 경우가 있다.
도 6은 본 발명의 Box 회로의 예를 나타내는 블록도이다.
도 6의 회로는 인버터(27), NOR(28) 및 OR(29)로 구성된다. 과충전 검출 회로(25)로부터의 입력 신호(30), 마이크로컴퓨터(21)로부터의 입력 신호(31) 및 과전류 검출 회로(26)로부터의 입력 신호(32)가 각각 입력된다. 출력 신호(33)는 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(10)에 접속된다.
충전 금지 신호인 "H"가 과충전 검출 회로(25)로부터의 입력 신호(30)로서 입력되는 경우, 충전 금지 신호인 "H"가 출력 신호(33)로서 출력된다.
충전 금지 신호인 "H"가 마이크로컴퓨터(21)로부터의 입력 신호(31)로서 입력되고, 또한 방전 허용 신호인 "L"이 과전류 검출 회로(26)로부터의 입력 신호(32)로서 입력되는 경우, 충전 금지 신호인 "H"가 출력 신호(33)로서 출력된다.
충전 금지 신호인 "H"가 마이크로컴퓨터(21)로부터의 입력 신호(31)로서 입력되고, 또한 방전 금지 신호인 "H"가 과전류 검출 회로(26)로부터의 입력 신호(32)로서 입력되는 경우, 충전 허용 신호인 "L"이 출력 신호(33)로서 출력된다.
상기 언급한 바와 같이, 도 6의 Box 회로는 간단한 회로로써 본 발명의 동작을 실현한다. 즉, 과전류 검출 회로(26)로부터 방전 금지 신호가 출력되는 경우, 적어도 마이크로컴퓨터로부터의 충전 금지 신호가 상쇄될 수 있다.
도 7은 본 발명의 Box 회로의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 7의 회로는 NOR(34, 35) 및 지연 회로(36)로 구성된다. 과충전 검출 회로(25)로부터의 입력 신호(30), 마이크로컴퓨터(21)로부터의 입력 신호(31) 및 과전류 검출 회로(26)로부터의 입력 신호(32)가 각각 입력된다. 출력 신호(33)는 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자(10)에 접속된다. 지연 회로(36)는 NOR(35)과 출력 신호(33) 사이의 신호를 소정의 시간만큼 지연시킨다.
충전 금지 신호인 "H"가 과충전 검출 회로(25)로부터의 입력 신호(30)로서 입력되거나, 충전 금지 신호인 "H"가 마이크로컴퓨터(21)로부터의 입력 신호(31)로서 입력되고, 방전 허용 신호인 "L"이 과전류 검출 회로(26)로부터의 입력 신호(32)로서 입력되는 경우, 충전 금지 신호인 "H"가 지연 회로(36)에 의해 소정의 지연 시간이 경과된 출력 신호(33)로서 출력된다.
충전 금지 신호인 "H"가 과충전 검출 회로(25)로부터의 입력 신호(30)로서 입력되거나, 충전 금지 신호인 "H"가 마이크로컴퓨터(21)로부터의 입력 신호(31)로서 입력되고, 방전 금지 신호인 "H"가 과전류 검출 회로(26)로부터의 입력 신호(32)로서 입력되는 경우, 충전 허용 신호인 "L"이 지연 회로(36)에 의해 소정의 지연 시간이 경과된 출력 신호(33)로서 출력된다.
상기 언급한 바와 같이, 도 7의 Box 회로는 간단한 회로로써 본 발명의 동작을 실현한다. 즉, 과전류 검출 회로(26)로부터 방전 금지 신호가 출력되는 경우, 적어도 마이크로컴퓨터로부터의 충전 금지 신호가 상쇄될 수 있다. 여기서는 지연 회로(36)에 관해서 특별히 언급하고 있고, 비슷한 것은 도 6에서 제공될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 배터리 상태 감시 회로에서는 마이크로컴퓨터용 제어 단자에 충전 금지 신호가 입력되더라도, 과전류 전압 검출 단자가 과전류 검출 전압을 갖게 되는 경우에 마이크로컴퓨터용 제어 단자의 충전 금지 신호가 상쇄될 수 있는 한, 본 발명은 어떠한 회로 구조도 채용할 수 있고 상기 실시예들로 한정되지 않는다.
본 발명에 따르면, EB+와 EB- 단자간에 부하가 접속된 경우에 마이크로컴퓨터로부터 충전 금지 신호가 입력되더라도, 충전 제어용 트랜지스터 및 방전 제어용 트랜지스터 모두 OFF 되지 않음으로써, 부하에 전압이 공급될 수 없는 잠금 모드를 방지하는 효과가 제공된다. 그 결과, 전원이 사용되고 있는 중에는 전압을 공급할 수 없다는 단점을 방지하는 효과 및 배터리 장치의 신뢰도를 향상시키는 효과가 얻어질 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, CTL 단자(13)에 충전 금지 신호가 입력되더라도 VMP 단자(12)가 과전류 검출 전압을 갖게 된 경우, CTL 단자(13)의 충전 금지 신호를 상쇄하는 회로가 부가됨으로써, 충전 제어 트랜지스터(14) 및 방전 제어 트랜지스터(16) 모두 OFF 되어 부하에 배터리 전압이 공급될 수 없는 잠금 모드가 방지된다.

Claims (5)

  1. 배터리 장치의 플러스 단자 및 마이너스 단자로 이루어진 외부 단자에 스위칭 소자를 통해 직렬 접속된 2차 전지의 충전 및 방전을 제어하기 위한 IC인 배터리 상태 감시 회로에 있어서,
    충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자;
    방전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자;
    과전류 전압 검출 단자; 및
    마이크로컴퓨터용 제어 단자를 포함하며,
    상기 마이크로컴퓨터용 제어 단자에 충전 금지 신호가 입력되더라도, 상기 과전류 전압 검출 단자가 과전류 전류 검출 전압을 갖게 된 경우, 상기 마이크로컴퓨터용 제어 단자의 충전 금지 신호를 상쇄하는 회로가 부가되는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  2. 배터리 상태 감시 회로에 있어서,
    직렬 접속된 복수의 배터리들의 각 전극을 접속하는 복수의 전압 검출 단자;
    충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자;
    방전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자;
    과전류 전압 검출 단자;
    마이크로컴퓨터용 제어 단자; 및
    상기 전압 검출 단자가 과전류 검출 전압을 검출한 경우, 상기 마이크로컴퓨터용 제어 단자의 충전 금지 신호를 상쇄하는 상쇄 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압 검출 단자에 접속된 과충전 검출 회로;
    상기 과충전 검출 회로, 상기 충전 제어용 트랜지스터 게이트 접속 단자 및 상기 마이크로컴퓨터용 제어 단자의 출력과 접속된 Box 회로; 및
    상기 과전류 검출 단자 및 Box 회로와 접속된 과전류 검출 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 Box 회로는 상기 마이크로컴퓨터용 제어 단자에 신호를 입력하는 인버터, 상기 인버터의 출력에 접속되어 상기 과전류 검출 회로에 신호를 입력하는 NOR 회로, 및 상기 과충전 검출 회로의 신호 및 상기 NOR 회로의 출력을 입력하는 OR 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 Box 회로는 상기 과방전 검출 회로의 신호 및 상기 마이크로컴퓨터의 신호를 입력하는 제1 NOR 회로, 상기 제1 NOR 회로의 출력 및 상기 과전류 검출 회로의 신호를 입력하는 제2 NOR 회로, 및 상기 제2 NOR 회로의 출력을 접속하는 지연 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
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