KR20110066872A - 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제)2차 전지의 전압이 0V 부근까지 저하했을 때에 있어서도, 충전기에 의한 충전을 확실히 제어할 수 있는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 제공하는 것.
(해결 수단)배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압 미만인 것을 검출하는 최저 동작 전압 감시 회로를 구비하고, 배터리 상태 감시 회로가 최저 동작 전압 미만일 때, 과방전 검출 회로의 출력을 과방전 검출 상태로 하는 구성으로 했다.

Description

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치{BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은, 2차 전지의 전압이나 이상을 검지하는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 관한 것이며, 특히, 2차 전지의 전압이 0V 부근까지 저하했을 때에, 충전기에 의한 충전을 제어할 수 있는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 관한 것이다.
배터리 장치는, 2차 전지의 전압이 극단적으로 저하하여 0V 가까이 되었을 때에, 충전기가 접속되면, 2차 전지에 충전을 허가, 혹은 금지한다고 하는 기능을 구비하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이하, 이 기능을 0V 충전이라고 칭한다.
도 3에, 종래의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도를 나타낸다. 종래의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치는, 2차 전지(1)와, 2차 전지(1)의 전압을 감시하는 충방전 제어 회로(2)와, 2차 전지(1)의 충전과 방전을 제어하는 스위치 회로(3)와, 충전기(8) 또는 부하(9)가 접속되는 외부 단자(4 및 5)와, 충전 스위치 구동 회로(7)를 구비하고 있다. 충전 스위치 구동 회로(7)는, 레벨 시프터 회로(15)와, PMOS 트랜지스터(16), NMOS 트랜지스터(17), 저항(18), 인버터 회로(26)와, NOR 회로(25)와, PMOS 트랜지스터(20)와 NMOS 트랜지스터(21)를 구비하고 있다. 스위치 회로(3)는 방전 스위치(10)와 충전 스위치(11)를 구비하고 있다.
상술한 바와 같은 배터리 장치는, 이하와 같이 동작하여 0V 충전을 허가하도록 기능한다.
레벨 시프터 회로(15)는 입력 신호가 하이 레벨일 때, 출력은 하이 레벨을 출력하고, 입력 신호가 로우 레벨일 때, 출력은 로우 레벨을 출력하고 NOR 회로(25)의 입력이 된다. PMOS 트랜지스터(16)와 NMOS 트랜지스터(17) 및 저항 소자(18)로 구성된 전지 전압 검출 회로는, 2차 전지의 전압이 저하하고 PMOS 트랜지스터(16)의 임계값 전압보다 낮아졌을 때, 로우 레벨을 출력하고 인버터 회로(26)를 통해 NOR 회로(25)에 하이 레벨의 신호를 입력한다. NOR 회로(25)의 출력은, PMOS 트랜지스터(20)와 NMOS 트랜지스터(21)로 구성된 반전 출력 회로를 통해, 충전 스위치(11)를 구동시킨다.
레벨 시프터 회로(15)의 출력이 로우 레벨이고, 전지 전압 검출 회로의 출력이 하이 레벨인 경우에는, 인버터 회로(26)의 출력은 로우 레벨이 되고, NOR 회로(25)의 입력은 양쪽 모두 로우 레벨이 되고 NOR 회로(25)의 출력은 하이 레벨이 된다. 이 때문에 충전 스위치(11)의 게이트 전압이 로우 레벨이 되고 충전이 불가능해진다.
상기 이외의 경우는, NOR 회로(25)의 출력은 로우 레벨이 되기 때문에 충전 스위치(11)의 게이트 전압이 하이 레벨이 되고 충전 가능해진다. 따라서, 2차 전지(1)의 전압이 0V 가까이 되었을 때에, 충전 스위치 구동 회로(7)는 충전을 허가로 한다. 즉, 배터리 장치는, 0V 충전을 허가하도록 기능한다.
일본국 특허공개2000-308266호 공보
그러나 종래의 기술에서는, 상술의 충방전 제어 회로(2)는 2차 전지(1)의 전압으로 구동하고 있고, 방전 제어 출력 단자(12)는 2차 전지의 전압이 낮을 때에 하이 레벨을 출력해 버릴 가능성이 있기 때문에, 이하에 설명하는 바와 같은 결점이 있었다.
2차 전지(1)가 0V에 가까울 때에 충전기(8)를 접속하고, NMOS 트랜지스터(17)가 온이 되면, 충전 제어 출력 단자(13)의 전압이 하이 레벨이 되고, 충전 스위치(11)는 온이 된다. 그리고, 충전 전류가 충전기(8)로부터 2차 전지(1)로 흐른다. 충방전 제어 회로(2)는, 2차 전지(1)의 전압으로 구동하고 있고, 동작 가능하게 될 때까지는 출력 신호는 부정이 되고, 방전 제어 출력 단자(12)로부터 하이 레벨이 출력되어 버릴 가능성이 있다. 이 때문에 충전 스위치 구동 회로(7)가 충전 허가하고 있을 때에, 방전 제어 출력 단자(12)가 하이 레벨을 출력하면, 충전 스위치(11)는 온, 방전 스위치(10)도 온이 되고, 2차 전지(1)의 부극과 외부 단자(5)가 거의 동일한 전위가 되어 버리고 NMOS 트랜지스터(17)는 오프가 된다. NMOS 트랜지스터(17)가 오프가 되어 버리면, 충전 스위치 구동 회로(7)는 충전 허가를 해제해 버린다. 그 때문에 충전 가능, 충전 금지를 반복해서 발진해 버린다고 하는 결함이 발생하고 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 고안된 것이며, 2차 전지의 전압이 0V 부근까지 저하했을 때에 있어서도, 충전기에 의한 충전을 확실히 제어할 수 있는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 제공하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 했다.
기준 전압 회로와, 2차 전지와 기준 전압 회로의 전압을 비교하여 2차 전지의 과방전을 검출하는 과방전 검출 회로와, 과방전 검출 회로의 출력을 입력하는 제어 회로와, 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압을 검출하는 최저 동작 전압 감시 회로를 구비하고, 최저 동작 전압 감시 회로는, 2차 전지의 전압이 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압 미만인 것을 검출하는 제1 트랜지스터와, 2차 전지의 전압이 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압 미만일 때에, 과방전 검출 회로의 출력을 과방전 검출 상태로 하는 제2 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
본 발명의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치에 의하면, 2차 전지의 전압이 배터리 상태 감시 회로가 동작 가능한 전압이 될 때까지는, 방전 제어 출력 단자(12)가 로우 레벨이 되고, 충전 스위치 구동 회로(7)를 확실히 동작시키고, 2차 전지(1)를 안정적으로 충전할 수 있다.
따라서, 2차 전지(1)의 전압이 0V 부근까지 저하했을 때에 있어서도, 충전기(8)에 의한 충전을 안정되게 행할 수 있다고 하는 효과가 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도이다.
도 2는 제2 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도이다.
도 3은 종래의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도이다.
이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 제1 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도이다.
본 실시 형태의 배터리 장치는, 2차 전지(1)와, 기준 전압 회로(37), 과충전 검출 회로(33), 과방전 검출 회로(34)와, 배터리 상태 감시 회로의 동작을 제어하는 제어 회로(32)와, 2차 전지(1)의 충전과 방전을 제어하는 스위치 회로(3)와, 충전기(8) 또는 부하(9)가 접속되는 외부 단자(4 및 5)와, 충전 스위치 구동 회로(7)와, 최저 동작 전압 감시 회로(31)를 구비하고 있다. 충전 스위치 구동 회로(7)는, 레벨 시프터 회로(15)와, 0V 충전 제어 회로(35)와 충전 제어 단자 출력 회로(36)를 구비하고 있다. 최저 동작 전압 감시 회로(31)는, NMOS 트랜지스터(27)와, NMOS 트랜지스터(30)와, PMOS 트랜지스터(28)와, 인버터 회로(29)를 구비하고 있다.
기준 전압 회로(37), 과방전 검출 회로(34), 과충전 검출 회로(33), 최저 동작 전압 감시 회로(31)는 2차 전지(1)를 전원으로서 이용하고 있다. 2차 전지(1)의 양단에 접속된 기준 전압 회로(37)의 출력은, 과충전 검출 회로(33)의 입력 단자와 과방전 검출 회로(34)의 입력 단자와 최저 동작 전압 감시 회로(31)의 NMOS 트랜지스터(30)의 게이트에 접속된다. 과충전 검출 회로(33)의 출력은 제어 회로(32)의 입력 단자(110)에 접속된다. 과방전 검출 회로(34)의 출력은 제어 회로(32)의 입력 단자(111)에 접속된다. 제어 회로(32)의 입력(112)은, 과전류 검출 단자(14)에 접속된다. 제어 회로(32)의 출력(101)은, 최저 동작 전압 감시 회로(31)의 PMOS 트랜지스터(28)의 게이트에 접속된다. 제어 회로(32)의 출력(102)은, 최저 동작 전압 감시 회로(31)의 인버터 회로(29)의 입력에 접속된다. 제어 회로(32)의 출력(103)은, 방전 제어 출력 단자(12)에 접속된다. 제어 회로(32)의 출력(104)은, 충전 스위치 구동 회로(7)의 레벨 시프터 회로(15)에 접속된다.
충전 스위치 구동 회로(7)는 정극 전원을 2차 전지(1)의 정극에 접속하고, 부극 전원을 과전류 검출 단자(14)에 접속하고, 과전류 검출 단자(14)를 그라운드로서 이용하고 있다. 0V 충전 제어 회로(35)는, 입력은 2차 전지(1)의 부극에 접속되고, 출력이 충전 제어 단자 출력 회로(36)에 접속된다. 충전 제어 단자 출력 회로(36)는, 출력이 충전 제어 출력 단자(13)에 접속된다.
스위치 회로(3)의 방전 제어 스위치(10)는, 게이트는 방전 제어 출력 단자(12)에 접속되고, 드레인은 충전 제어 스위치(11)의 드레인에 접속되고, 소스는 2차 전지(1)의 부극에 접속된다. 충전 제어 스위치(11)는, 게이트는 충전 제어 출력 단자(13)에 접속되고, 소스는 외부 단자(5)에 접속된다.
외부 단자(5)는 과전류 검출 단자(14)에 접속되고, 외부 단자(4)는 2차 전지(1)의 정극에 접속된다.
최저 동작 전압 감시 회로(31)의 NMOS 트랜지스터(27)는, 드레인은 과방전 검출 회로(34)의 출력에 접속되고, 소스는 2차 전지(1)의 부극에 접속되고, 게이트는 인버터 회로(29)의 출력과 PMOS 트랜지스터(28)의 드레인에 접속된다. PMOS 트랜지스터(28)는, 소스는 2차 전지(1)의 정극에 접속되고, 게이트는 제어 회로(32)의 출력(101)에 접속된다. 인버터 회로(29)는, 입력은 제어 회로(32)의 출력(102)에 접속되고, 정극 전원은 2차 전지(1)의 정극에 접속되고, 부극 전원은 NMOS 트랜지스터(30)의 드레인에 접속된다. NMOS 트랜지스터(30)는, 게이트는 기준 전압 회로(37)의 출력에 접속되고, 소스는 2차 전지(1)의 부극에 접속되어 있다.
다음에 최저 동작 전압 감시 회로(31)의 동작에 대해서 설명한다. 최저 동작 전압 감시 회로(31)는, 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압을 검출한다.
NMOS 트랜지스터(27)는, 제어 회로(32)의 출력(102)의 신호로 제어되고, 온이 되면 과방전 검출 회로(34)의 출력을 강제적으로 로우 레벨로 하고 과방전 검출 상태로 한다. 2차 전지(1)의 전압이 저하하고 0V에 가까운 전압일 때, 기준 전압 회로(37)의 출력은 0V 부근이 되기 때문에 NMOS 트랜지스터(30)는 오프가 된다. 그러면 인버터 회로(29)는, 제어 회로(32)가 출력(102)에 하이 레벨의 신호를 출력해도, 부극 전원이 절단되기 때문에 로우 레벨을 출력할 수 없게 된다. PMOS 트랜지스터(28)는, 도시하지 않지만 제어 회로(32) 내의 트랜지스터와 커런트 미러의 구성을 취하고 있고 항상 정전류를 흘려 보내고 있다. 이 정전류는, NMOS 트랜지스터(27)를 온으로 할 수 있는 정도의 전류를 흘려 보내고 있으므로, 인버터 회로(29)의 출력을 하이 레벨로 할 수 있다. 인버터 회로(29)의 출력이 하이 레벨이기 때문에 NMOS 트랜지스터(27)가 온이 되고, 과방전 검출 회로(34)의 출력은 로우 레벨이 되고 과방전 검출 상태가 된다.
과방전 검출 상태이기 때문에 제어 회로(32)의 출력(103)은, 로우 레벨의 신호를 출력하고 방전 제어 스위치(10)를 오프시킨다. 그리고 충전기(8)를 접속하고 충전 전류가 흘렀을 때, 충전 전류는 방전 제어 스위치(10)의 기생 다이오드를 흐른다. 이로 인해, 외부 단자(5)의 전위는, 2차 전지(1)의 부극의 전위로부터 기생 다이오드의 Vf분 내려간 시점에서 안정된다. 이로 인해 충전 스위치 구동 회로(7)는 충전 허가의 신호를 출력하고, 2차 전지(1)를 안정적으로 충전시킨다. 이와 같이 하여, 2차 전지(1)의 전압이 저하하고 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압 미만이 되어도 과방전 검출 상태로 할 수 있고, 충전을 안정적으로 행할 수 있다.
여기서, 최저 동작 전압 감시 회로(31)는, 최저 동작 전압이 제일 높은 기준 전압 회로(37)의 출력을 모니터하고 있다. 따라서, 2차 전지(1)가 저하했을 때에, 확실히 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압을 검출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로에서는 기준 전압 회로(37)의 최저 동작 전압이 가장 높기 때문에 이와 같은 구성과 같이, 다른 요소로 기준 전압 회로(37)보다도 최저 동작 전압이 높은 요소가 있으면, 최저 동작 전압 감시 회로(31)는 그 요소의 출력을 모니터하도록 해도 된다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 배터리 장치에 의하면, 2차 전지(1)가 0V 부근의 전압으로 되었다고 해도 과방전 검출할 수 있고, 충전 스위치 구동 회로(7)로부터 충전 허가의 신호를 출력시키고 2차 전지(1)를 안정적으로 충전할 수 있다.
(실시예 2)
도 2는, 제2 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치의 회로도이다. 도 1과의 차이는, 최저 동작 전압 감시 회로(51)를 과방전 검출 회로(34)가 하이 레벨에서 과방전 검출 상태가 되는 경우에 대응시킨 점이다.
접속에 관해서는, 최저 동작 전압 감시 회로(51)의 PMOS 트랜지스터(40)는, 드레인은 과방전 검출 회로(34)의 출력에 접속되고, 소스는 2차 전지(1)의 정극에 접속되고, 게이트는 인버터 회로(38)의 출력과 NMOS 트랜지스터(39)의 드레인에 접속된다. NMOS 트랜지스터(39)는, 소스는 2차 전지(1)의 부극에 접속되고, 게이트는 제어 회로(32)의 출력(105)에 접속된다. 인버터 회로(38)는, 입력은 인버터 회로(29)의 출력에 접속된다. 인버터 회로(29)는, 입력은 제어 회로(32)의 출력(102)에 접속되고, 정극 전원은 2차 전지(1)의 정극에 접속되고, 부극 전원은 NMOS 트랜지스터(30)의 드레에 접속된다. 인버터 회로(41)는, 입력은 과방전 검출 회로(34)의 출력에 접속되고, 출력은 제어 회로(32)의 입력(111)에 접속된다. NMOS 트랜지스터(30)는, 게이트는 기준 전압 회로(37)의 출력에 접속되고, 소스는 2차 전지(1)의 부극에 접속되어 있다.
다음에, 제2 실시 형태의 최저 동작 전압 감시 회로(51)의 동작에 대해서 설명한다.
PMOS 트랜지스터(40)는, 제어 회로(32)의 출력(102)의 신호로 제어되고, 온이 되면 과방전 검출 회로(34)의 출력을 강제적으로 하이 레벨로 하고 과방전 검출 상태로 한다. 2차 전지(1)의 전압이 저하하고 0V에 가까운 전압일 때, 기준 전압 회로(37)의 출력은 0V 부근이 되기 때문에 NMOS 트랜지스터(30)는 오프가 된다. 그러면 인버터 회로(29)는 부극 전원이 절단되기 때문에, 로우 레벨을 출력할 수 없게 된다. NMOS 트랜지스터(30)는, 도시는 하지 않지만 제어 회로(32) 내의 트랜지스터와 커런트 미러의 구성을 취하고 있고 항상 정전류를 흘려 보내고 있다. 이 정전류는, PMOS 트랜지스터(40)를 온으로 할 수 있는 정도의 전류를 흘려 보내고 있으므로, 인버터 회로(38)의 출력을 로우 레벨로 할 수 있다. 인버터 회로(38)의 출력이 로우 레벨이기 때문에 PMOS 트랜지스터(40)가 온이 되고, 과방전 검출 회로(34)의 출력은 하이 레벨이 되고 과방전 검출 상태가 된다.
여기서, 최저 동작 전압 감시 회로(51)는, 최저 동작 전압이 제일 높은 기준 전압 회로(37)의 출력을 모니터하고 있다. 따라서, 2차 전지(1)가 저하했을 때에, 확실히 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압을 검출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 배터리 상태 감시 회로에서는 기준 전압 회로(37)의 최저 동작 전압이 가장 높기 때문에 이와 같은 구성과 같이, 다른 요소로 기준 전압 회로(37)보다도 최저 동작 전압이 높은 요소가 있으면, 최저 동작 전압 감시 회로(51)는 그 요소의 출력을 모니터하도록 해도 된다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 배터리 장치에 의하면, 2차 전지(1)가 0V 부근의 전압이 되었다고 해도 과방전 검출할 수 있고, 충전 스위치 구동 회로(7)로부터 충전 허가의 신호를 출력시키고 2차 전지(1)를 안정적으로 충전할 수 있다.
1:2차 전지 2:충방전 제어 회로
3:스위치 회로 4, 5:외부 단자
7:충전 스위치 구동 회로 8:충전기
9:부하 10:방전 제어 스위치
11:충전 제어 스위치 12:방전 제어 출력 단자
13:충전 제어 출력 단자 14:과전류 검출 단자
15:레벨 시프터 회로 31, 51:최저 동작 전압 감시 회로
32:제어 회로 33:과충전 검출 회로
34:과방전 검출 회로 35:0V 충전 제어 회로
36:충전 제어 단자 출력 회로 37:기준 전압 회로
110, 111, 112:제어 입력 단자

Claims (5)

  1. 2차 전지의 충방전을 제어하는 배터리 상태 감시 회로로서,
    기준 전압 회로와,
    상기 2차 전지와 상기 기준 전압 회로의 전압을 비교하여, 상기 2차 전지의 과방전을 검출하는 과방전 검출 회로와,
    상기 과방전 검출 회로의 출력을 입력하는 제어 회로와,
    상기 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압을 검출하는 최저 동작 전압 감시 회로를 구비하고,
    상기 최저 동작 전압 감시 회로는,
    상기 2차 전지의 전압이 상기 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압 미만인 것을 검출하는 제1 트랜지스터와,
    상기 2차 전지의 전압이 상기 배터리 상태 감시 회로의 최저 동작 전압 미만일 때에, 상기 과방전 검출 회로의 출력을 과방전 검출 상태로 하는 제2 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 최저 동작 전압 감시 회로는, 상기 제2 트랜지스터의 게이트를 풀업 혹은 풀다운하는 제３ 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는, 상기 기준 전압 회로의 출력이 게이트에 접속된 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는, 상기 기준 전압 회로의 출력이 게이트에 접속된 것을 특징으로 하는, 배터리 상태 감시 회로.
  5. 충방전이 가능한 2차 전지와,
    상기 2차 전지의 충방전 경로에 설치된 충방전 제어 스위치와,
    상기 2차 전지의 전압을 감시하고, 상기 충방전 제어 스위치를 개폐함으로써 상기 2차 전지의 충방전을 제어하는 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 배터리 상태 감시 회로를 구비한, 배터리 장치.
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