KR20160043544A

KR20160043544A - 배터리 보호회로

Info

Publication number: KR20160043544A
Application number: KR1020140137242A
Authority: KR
Inventors: 송윤귀; 정용재; 손상우; 이승형; 이주완; 이용섭
Original assignee: (주)샌버드
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2016-04-22
Also published as: WO2016060356A1

Abstract

배터리의 온도 변화에 능동적으로 대응 가능한 배터리 보호회로가 개시된다. 이는 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 보호회로에 있어서, 기준전압을 생성하는 기준전압회로와 상기 배터리의 입력전압 또는 상기 기준전압회로의 기준전압을 분압하는 분압회로와 상기 분압회로의 분압비를 변경하는 변경수단 및 상기 배터리의 온도에 따라 상기 변경수단을 제어하여 상기 분압비를 선택하기 위한 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 보호회로{Protection circuit for battery}

본 발명은 배터리 보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 온도 변화에 따라 검출 전압과 해제 전압을 가변 할 수 있는 배터리 보호회로에 관한 것이다.

휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리에 대한 개발이 이루어지고 있다.

배터리는 배터리 셀과 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로를 포함하는 배터리 팩 형태로 제공되기도 한다. 배터리는 배터리 셀의 종류에 따라서 리튬 이온(Li-ion) 배터리, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리 등의 종류중에서 어느 하나로 분류할 수 있다. 이러한 배터리 셀은 재충전이 가능한 이차전지로서 재충전하여 사용할 수 있다.

그러나 이와 같이 2차 전지가 높은 에너지 밀도를 갖게 되고, 고용량화 됨에 따라 전지의 특성이 아주 예민해져 전지의 안전성이나 신뢰성을 극대화할 필요가 있다. 즉, 리튬 이온 전지와 같은 2차 전지는 과충전에 의한 발화와, 과방전에 의한 특성의 열화라고 하는 위험성이 있기 때문에, 정밀한 전압 전류를 관리하지 않으면 그 성능을 발휘할 수 없다고 하는 까다로운 점이 있다.

따라서, 일반적으로 전지에는 과충전, 과방전 및 과전류를 방지하기 위한 보호회로가 장착되고 있으며, 이와 같이 재충전 가능한 전지에 보호회로가 부착된 것을 통상 전지 팩이라 한다.

상술한 바와 같이 상기 전지 팩의 보호회로는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능 및 통상의 충방전 기능이 함께 구비되어 있다.

도 8은 일반적인 보호회로의 온도 변화에 대한 동작 전압 특성을 나타내는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 일반적인 보호회로는 온도 변화에 대하여 최대한 일정한 검출값을 갖도록 설계된다. 하지만 리듐 이온 배터리나 리튬 폴리머 전지는 온도에 따라서 그 특성이 다르다. 특히 고온에서는 더욱 불안정하여 배터리가 폭발할 우려가 있기 때문에 이를 보호하기 위한 회로들도 다수 보고 되고 있다. 그러나 이러한 온도에 대한 보호회로는 일반적으로 특정 온도가 넘어가면 충전을 중단 시키는 구조로 되어있다.

따라서 이러한 불안정성이 한 순간 특정 온도에서 발생되는 현상이 아니기 때문에 온도의 변화에 능동적으로 대응하는 보호회로 개발이 요구된다.

일본특허 공개 2009-152129

본 발명은 온도 변화에 능동적으로 대응 가능한 보호회로에 관한 것이다. 즉, 배터리 온도 변화에 따라 검출전압과 해제전압 및 검출 지연시간 또는 해제 지연시간이 가변될 수 있는 배터리 보호회로를 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 보호회로에 있어서, 기준전압을 생성하는 기준전압회로; 상기 배터리의 입력전압 또는 상기 기준전압회로의 기준전압을 분압하는 분압회로; 상기 분압회로의 분압비를 변경하는 변경수단; 및 상기 배터리의 온도에 따라 상기 변경수단을 제어하여 상기 분압비를 선택하기 위한 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로를 제공한다.

본 발명에 따르면, 배터리 온도 변화에 따라 배터리 보호회로의 검출 및 해제 전압을 변경할 수 있게 함으로써, 배터리의 온도 변화에 능동적으로 대응하여 배터리를 최대한 효율적으로 사용하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검출 회로를 과충전 검출 회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 검출 회로를 과충전 검출 회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 검출 회로를 과충전 검출 회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 검출 회로를 과충전 검출 회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 온도 변화에 따른 전압 방전 기능을 설명하는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 검출 회로를 과충전 검출 회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.
도 8은 일반적인 보호회로의 온도 변화에 대한 동작 전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 보호회로의 온도 변화에 대한 동작 전압 특성을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 배터리(101)는 배터리 팩(100)이 장착되는 전자기기에 저장된 전력을 공급한다. 또한 충전기가 배터리 팩(100)에 연결되는 경우 배터리(101)는 외부 전력에 의하여 충전될 수 있다. 배터리(101) 셀은 니켈-카드뮴 전지, 납 축전지, 니켈-수소 전지, 리튬이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등의 충전 가능한 이차 전지 일 수 있다.

배터리(101)는 직렬로 접속된 저항(R11) 및 콘덴서(C11)와 병렬 연결되어 있으며, 양극은 배선에 의해 외부 양극 단자(102)에 접속되고, 음극은 배선에 의해 전류를 차단하는 충전 제어 스위치와 방전 제어 스위치를 이용하여 외부 음극 단자(103)에 연결되어 있다.

충전 제어 스위치는 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)와 제1 기생 다이오드(D11)를 포함하며, 외부 양극 단자(102)로부터 배터리(101) 또는 배터리(101)로부터 외부 음극 단자(103)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 즉, 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)를 사용하여 충전 전류가 흐르는 것을 차단한다. 이때, 제1 기생 다이오드(D11)를 통하여 방전 전류가 흐를 수 있도록 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)을 형성한다.

방전 제어 스위치는 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)와 제2 기생 다이오드(D12)를 포함하며, 외부 음극 단자(103)로부터 배터리(101) 또는 배터리(101)로부터 외부 양극 단자(102)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 즉, 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)를 사용하여 방전 전류가 흐르는 것을 차단한다. 이때, 제2 기생 다이오드(D12)를 통하여 충전 전류가 흐를 수 있도록 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)를 형성한다.

제1 전계 효과 트랜지스터(M11)와 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)는 드레인 전극이 공통 접속되어 있고, 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)의 소스 단자는 외부 음극 단자(103)에 접속되어 있고, 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)의 소스 단자는 배터리(101)의 음극에 접속되어 있다.

보호회로(104)는 과충전 검출회로(110), 과방전 검출회로(111), 방전 과전류 검출회로(112), 충전 과전류 검출회로(113), 단락 검출회로(114)를 포함한다.

배터리(101)의 과충전 검출은 과충전 검출회로(110)에서 검출된다. 배터리(101) 전압은 VDD단자(105)를 통해 입력되고, 미리 설정된 과충전 검출 전압과 비교하여 설정된 과충전 검출 전압 보다 큰 경우 과충전을 검출하게 된다. 검출된 과충전 신호는 논리회로(118)에 전달되고, 발진기(116) 및 주파수 분배기(117)가 동작하여 일정한 지연시간 후 COUT단자(108)의 출력을 하이레벨에서 로우레벨로 변경하여 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)을 오프시켜 배터리(101)의 충전을 차단한다.

과충전이 검출되어 충전을 차단한 상태에서도 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)의 제1 기생 다이오드(D11)에 의해 방전 전류는 계속 흐르게 된다.

그리고 VDD단자(105)의 전압이 과충전 해지 전압 이하로 낮아지게 되면 COUT단자(108)의 출력은 로우레벨에서 하이레벨로 변경되고 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)가 온되어 배터리(101)를 충전하게 된다.

배터리(101)의 과방전 검출은 과방전 검출회로(111)에서 검출된다. 배터리(101) 전압은 VDD단자(105)를 통해 입력되고, 미리 설정된 과방전 검출 전압과 비교하여 설정된 과방전 검출 전압 보다 작은 경우 과방전을 검출하게 된다. 검출된 과방전 신호는 논리회로(118)에 전달되고, 발진기(116) 및 주파수 분배기(117)가 동작하여 일정한 지연시간 후 DOUT단자(107)의 출력을 하이레벨에서 로우레벨로 변경하여 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)를 오프시켜 배터리(101)의 방전을 차단한다.

과방전이 검출되어 방전을 차단한 상태에서도 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)의 제2 기생 다이오드(D12)에 의해 충전 전류가 흐르게 된다.

그리고 VDD단자(105)의 전압이 과방전 검출 전압보다 증가하게 되면 DOUT단자(107)의 출력이 하이레벨로 변경되고 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)가 온되어 배터리(101)를 방전하게 된다.

방전 과전류 검출은 방전 과전류 검출회로(112)에서 V-단자(109)의 전압을 감지하여 미리 설정된 방전 과전류 검출 전압 보다 높아지게 되면 방전 과전류를 검출한다. 검출된 방전 과전류 신호는 논리회로(118)에 전달되고, DOUT단자(107)의 출력을 하이레벨에서 로우레벨로 변경하여 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)를 오프시켜 방전을 차단한다.

방전 과전류 해지 저항(R12)은 배터리(101)가 정상상태에서 동작할 때에는 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)에 의해 오프상태를 유지하며, 방전 과전류나 단락 전류가 검출되면 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)가 온되면서 저항(R12)을 통해 VSS단자(106)와 V-단자(109)가 연결된다. 이때, 부하가 연결되어 있지 않다면, V-단자(109)의 전압은 낮아지게 되고 방전 과전류 상태나 단락 전류 상태가 자동적으로 해지된다.

충전 과전류 검출은 충전 과전류 검출회로(113)에서 V-단자(109)의 전압을 감지하여 미리 설정된 방전 과전류 검출 전압 보다 낮아지게 되면 충전 과전류를 검출한다. 검출된 충전 과전류 신호는 논리회로(118)에 전달되고, COUT단자(108)의 출력을 하이레벨에서 로우레벨로 변경하여 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)를 오프시켜 충전을 차단한다.

단락 전류 검출은 단락 전류 회로에서 배터리(101)가 충전 혹은 방전 상태일 때 V-단자(109)의 전압을 검출한다. 외부 부하의 단락으로 인해 순간적으로 큰 전류가 흐르면, V-단자(109)의 전압이 단락 검출 전압보다 높아지게 되고, 단락 검출 신호가 논리회로(118)에 전달된다. 이때, DOUT단자(107)의 출력은 하이레벨에서 로우레벨로 변경하여 제2 전계 효과 트랜지스터(M12)를 오프시켜 단락 전류가 흐르는 것을 차단한다.

방전 과전류 검출, 충전 과전류 검출, 단락 전류 검출 모두 분배기(117)에서 논리회로(118)로 전달되는 신호에 의해 지연시간을 갖지만, 단락 전류는 방전 과전류보다 더 큰 전류이기 때문에 방전 과전류 검출보다 매우 짧은 지연시간을 갖는다.

상술한 일반적인 보호회로(104)의 동작은 온도의 변화에 대해 최대한 일정한 검출값을 가지도록 설계하고 있다. 즉, 특정 온도 이상이 되면 충전을 중단 시키는 구조로 되어있다. 하지만 리튬 이온 혹은 리튬 폴리머 전지는 온도에 따라서 그 특성이 다르며, 특히 고온에서는 더욱 불안정하기 때문에 폭발할 우려가 있다.

도 9는 본 발명에 따른 보호회로의 온도 변화에 대한 동작 전압 특성을 나타내는 그래프이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 보호회로는 종래의 온도 변화에 따라 일정한 검출값을 갖는 동작 전압이 아닌 온도의 증감에 따라 검출 및 해제 전압, 검출 및 해제 지연시간이 가변될 수 있는 동작 전압 특성을 갖는다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 과충전 검출회로를 이용하여 배터리 보호회로를 설명한다.

제1 실시예

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검출 회로를 과충전 검출회로를 이용하여 설명하는 회로도이고, 도 6은 본 발명의 온도 변화에 따른 전압 방전 기능을 설명하는 회로도이다.

도 2와 도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 과충전 검출회로(110A)는 분압회로(201), 변경수단(202), 선택부(203), 온도센서(204), 비교회로(205), 기준전압회로(206)를 갖는다.

분압회로(201)는 저항(R21,R22,R23,R24,R25,R26)이 직렬로 접속하여 구성되어 있고, 전원(VDD) 및 전원(VSS)간 전압을 분압한다. 저항(R21)의 한 끝은 VDD단자(VDD)에 접속되어 있고, 저항(R26)은 VSS단자(VSS)에 접속되어 있다.

변경수단(202)은 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)로 구성되어 있다. 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)는 분압 회로(201)의 분압비를 변경하는 변경수단이다. 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)는 직렬로 접속된 저항(R22,R23,R24,R25)에 각각 연결되어 있으며, 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)의 게이트는 선택부(203)와 접속되어 선택부(203) 신호에 의해 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)를 온/오프 제어하여 저항값을 변경하게 된다. 저항(R22,R23,R24,R25)과 변경수단(202)의 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)의 위치는 노드(A) 아래에 위치할 수 도 있다.

선택부(203)는 온도 센서(204)의 출력을 입력받고, 변경수단(202)의 각 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)의 게이트와 연결되어 온도 변화에 따라 각각의 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)를 제어한다.

온도 센서(204)는 배터리(101)의 온도를 검출하여 선택부(203)로 출력하게 된다. 온도 센서(204)는 내부의 온도 센서일 수 도 있고, 외부의 온도 센서일 수 도 있으며, 외부 온도 센서로는 서미스터, 열전대, IC온도 센서가 사용될 수 있다.

비교회로(205)는 비반전 입력단자가 노드(A)에 접속되어 있으며, 반전 입력단자에는 기준전압회로(206)가 접속되어 있다. 비교회로(205)의 출력 신호는 논리회로(118)에 공급하게 된다.

온도 센서(204)에 의해서 배터리(101)의 온도 변화를 검출하면, 온도 센서(204)는 선택부(203)로 검출된 온도 신호를 출력한다. 온도 센서의 출력을 입력받은 선택부(203)는 검출된 온도에 따라 변경수단(202)의 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24) 각각을 선택적으로 온도 특성에 맞게 하이레벨 또는 로우레벨 신호를 인가하여 온/오프 제어한다. 하이레벨 신호가 인가된 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)는 온되어 단락되게 된다.

온도 변화에 따라 온도 특성에 맞게 선택부(203)에 의해 변경수단(202)의 전계 효과 트랜지스터(M21,M22,M23,M24)를 선택적으로 온/오프 제어하면 비교회로(205)는 노드(A)의 전압과 기준전압(206)을 비교한다. 노드(A)의 전압은 온도에 따라 분압회로(201)의 저항(R21,R22,R23,R24,R25,R26)이 변경수단(202)에 의해 단락되어진 저항을 제외한 저항들에 의해 분압 된 분압전압이다.

비교회로(205)는 노드(A)의 전압이 기준전압을 넘을 경우 과충전을 판단하고 과충전을 나타내는 하이레벨 신호를 출력한다. 과충전 검출 신호는 논리 회로(118)에 공급되고, 논리 회로(118)는 COUT단자(108)의 출력 신호를 로우레벨로 출력하여 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)를 차단하여 충전을 정지하게 된다.

만약 온도의 변화에 따라서 과충전 전압 이상의 값을 가진 경우에는 도 6에서와 같이 VDD단자(VDD)와 VSS단자(VSS) 사이에 방전 선택 트랜지스터(M61) 및 방전 선택 저항(R61)으로 구성된 방전 제어부(601)를 구비하여, 논리 회로(118)의 방전 제어 신호에 따라 방전 선택 트랜지스터(M61)를 온/오프 제어함으로써 과충전 전압 이하가 될 때 까지 방전하여 최대한 안전성을 확보할 수 있다.

상술한 제1 실시예에 의하면 배터리(101)의 온도에 따라 기준전압과 비교되는 입력의 비를 온도 특성에 따라 다르게 조절하는 것이 가능하기 때문에 검출전압과 해제전압 및 검출, 해제 지연시간을 가변 할 수 있다. 또한, 과충전, 과방전, 방전과전류 및 충전과전류의 검출 회로에 각각의 다른 특성을 가질 수 있도록 개별적인 제어가 가능하다.

제2 실시예

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 검출회로를 과충전 검출회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 과충전 검출회로(110B)는 제1 분압회로(301), 제2 분압회로(302), 변경수단(303), 선택부(304), 온도센서(305), 비교회로(306)를 갖는다.

제1 분압회로(301)는 저항(R31,R32,R33)이 직렬로 접속하여 구성되어 있고, 전원(VDD) 및 전원(VSS)간 전압을 분압한다. 저항(R31)의 한 끝은 VDD단자(VDD)에 접속되어 있고, 저항(R33)은 VSS단자(VSS)에 접속되어 있다.

제2 분압회로(302)는 저항(R34,R35,R36,R37)이 직렬로 접속하여 구성되어 있고, 저항값을 변경하여 기준전압의 출력을 변경한다.

변경수단(303)은 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)로 구성되어 있다. 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)는 제2 분압회로(302)의 분압비를 변경하는 변경수단이다. 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)는 직렬로 접속된 저항(R35,R36,R37)에 각각 연결되어 있으며, 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)의 게이트는 선택부(304)와 접속되어 선택부(304) 신호에 의해 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)를 온/오프 제어하여 저항값을 변경하게 된다.

선택부(304)는 온도 센서(305)의 출력을 입력받고, 변경수단(303)의 각 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)의 게이트와 연결되어 온도 변화에 따라 각각의 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)를 제어한다.

온도 센서(305)는 배터리(101)의 온도를 검출하여 선택부(304)로 출력하게 된다. 온도 센서(305)는 내부의 온도 센서일 수 도 있고, 외부의 온도 센서일 수 도 있으며, 외부 온도 센서로는 서미스터, 열전대, IC온도 센서가 사용될 수 있다.

비교회로(306)는 비반전 입력단자가 제1 노드(B)에 접속되어 있으며, 반전 입력단자에는 제2 노드(C)에 접속되어 있다. 비교회로(306)의 출력 신호는 논리회로(118)에 공급하게 된다.

온도 센서(305)에 의해서 배터리(101)의 온도 변화를 검출하면, 온도 센서(305)는 선택부(304)로 검출된 온도 신호를 출력한다. 온도 센서(305)의 출력을 입력받은 선택부(304)는 검출된 온도에 따라 변경수단(303)의 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33) 각각을 선택적으로 온도 특성에 맞게 하이레벨 또는 로우레벨 신호를 인가하여 온/오프 제어한다. 하이레벨 신호가 인가된 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)는 온되어 단락되게 된다.

온도 변화에 따라 온도 특성에 맞게 선택부(304)에 의해 변경수단(303)의 전계 효과 트랜지스터(M31,M32,M33)를 선택적으로 온/오프 제어하면 비교회로(306)는 제1 노드(B)의 전압과 제2 노드(C)의 기준전압을 비교한다. 제1 노드(B)의 전압은 제1 분압회로(301)의 저항(R31,R32,R33)이 분압 된 분압전압이며, 제2 노드(C)의 전압은 온도에 따라 제2 분압회로(302)의 저항(R34,R35,R36,R37)이 변경수단(303)에 의해 단락되어진 저항을 제외한 저항들에 의해 분압 된 분압전압이다.

비교회로(306)는 제1 노드(B)의 전압이 제2 노드(C)의 기준전압을 넘을 경우 과충전을 판단하고 과충전을 나타내는 하이레벨 신호를 출력한다. 과충전 검출 신호는 논리 회로(118)에 공급되고, 논리 회로(118)는 COUT단자(108)의 출력 신호를 로우레벨로 출력하여 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)를 차단하여 충전을 정지하게 된다.

상술한 제2 실시예에 의하면 배터리(101)의 온도에 따라 입력 전압과 비교되는 기준전압의 비를 다르게 조절하는 것이 가능하기 때문에 검출전압과 해제전압 을 가변 할 수 있다. 또한, 과충전, 과방전, 방전과전류 및 충전 과전류와 같은 모든 배터리 보호 회로들이 기준전압을 사용하므로 온도에 따른 기준 전압의 변화를 일괄적으로 반영할 수 있다.

제3 실시예

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 검출회로를 과충전 검출회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 과충전 검출회로(110C)는 분압회로(401), 변경수단(402), 선택부(403), 온도센서(404), 비교회로(405), 기준전압회로(406)를 갖는다.

분압회로(401)는 저항(R41,R42,R43,R44,R45,R46)이 직렬로 접속하여 구성되어 있고, 전원(VDD) 및 전원(VSS)간 전압을 분압한다. 저항(R41)의 한 끝은 VDD단자(VDD)에 접속되어 있고, 저항(R46)은 VSS단자(VSS)에 접속되어 있다.

변경수단(402)은 설정된 저항(R42,R43,R44,R45)들이 직렬로 접속하여 구성되어 있으며, 변경수단(402)은 노드(D) 아래에 위치할 수 도 있다.

선택부(403)는 온도 센서(404)의 출력을 입력받고, 변경수단(402)의 각각 노드에 연결되어 온도 변화에 따라 각 저항(R42,R43,R44,R45)의 노드를 선택하게 된다.

온도 센서(404)는 배터리(101)의 온도를 검출하여 선택부(403)로 출력하게 된다. 온도 센서(404)는 내부의 온도 센서일 수 도 있고, 외부의 온도 센서일 수 도 있으며, 외부 온도 센서로는 서미스터, 열전대, IC온도 센서가 사용될 수 있다.

비교회로(405)는 비반전 입력단자가 선택부(403)와 접속되어 있으며, 반전 입력단자에는 기준전압회로(406)가 접속되어 있다. 비교회로(405)의 출력 신호는 논리 회로(118)에 공급하게 된다.

온도 센서(404)에 의해서 배터리(101)의 온도 변화를 검출하면, 온도 센서(404)는 선택부(403)로 검출된 온도 신호를 출력하고 온도 센서(404)의 출력을 입력받은 선택부(403)는 검출된 온도에 따라 미리 설정된 변경수단(402)의 각 저항(R42,R43,R44,R45)의 노드중 하나의 노드를 온도 특성에 맞게 선택하여 비교회로(405)의 입력으로 전달하게 된다.

비교회로(405)는 선택부(403)에서 출력된 출력 전압이 기준전압을 넘을 경우 과충전을 판단하고 과충전을 나타내는 하이레벨 신호를 출력한다. 과충전 검출 신호는 논리회로(118)에 공급되고, 논리회로(118)는 COUT단자(108)의 출력 신호를 로우레벨로 출력하여 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)를 차단하여 충전을 정지하게 된다.

상술한 제3 실시예에 의하면 저항을 변경하지 않고 미리 설정된 각 저항의 노드를 온도 특성에 맞게 선택하여 각각 다른 전압을 출력하고, 이러한 출력 전압을 온도에 따라 비교기의 입력값으로 선택할 수 있다. 또한, 배터리(101)의 온도에 따라 기준전압과 비교되는 입력의 비를 다르게 조절하는 것이 가능하기 때문에 검출전압과 해제전압 및 검출, 해제 지연시간을 가변 할 수 있다.

제4 실시예

도 5은 본 발명의 제4 실시예에 따른 검출회로를 과충전 검출회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 과충전 검출회로(110D)는 제1 분압 회로(501), 제2 분압회로(502), 변경수단(503), 선택부(504), 온도센서(505), 비교회로(506)를 갖는다.

제1 분압회로(501)는 저항(R51,R52,R53)이 직렬로 접속하여 구성되어 있고, 전원(VDD) 및 전원(VSS)간 전압을 분압한다. 저항(R51)의 한 끝은 VDD단자(VDD)에 접속되어 있고, 저항(R53)은 VSS단자(VSS)에 접속되어 있다.

변경수단(503)은 설정된 저항(R54,R55,R56)들이 직렬로 접속하여 구성되어 있으며, 변경수단(503)은 제2 노드(F) 아래에 위치할 수 도 있다.

제2 분압회로(502)는 저항(R54,R55,R56,R57)이 직렬로 접속하여 구성되어 있고, 선택부(504)에 의해 선택된 각 저항(R54,R55,R56)의 노드에 따라 기준 전압의 출력을 변경한다.

선택부(504)는 온도 센서(505)의 출력을 입력받고, 변경수단(503)의 각각 노드에 연결되어 온도 변화에 따라 각 저항(R54,R55,R56)의 노드를 선택하게 된다.

온도 센서(505)는 배터리(101)의 온도를 검출하여 선택부(504)로 출력하게 된다. 온도 센서(505)는 내부의 온도 센서일 수 도 있고, 외부의 온도 센서일 수 도 있으며, 외부 온도 센서로는 서미스터, 열전대, IC온도 센서가 사용될 수 있다.

비교회로(506)는 비반전 입력단자가 제1 노드(E)에 접속되어 있으며, 반전 입력단자에는 선택부(504)가 접속되어 있다. 비교회로(506)의 출력 신호는 논리회로(118)에 공급하게 된다.

온도 센서(505)에 의해서 배터리(101)의 온도 변화를 검출하면, 온도 센서(505)는 선택부(504)로 검출된 온도 신호를 출력하고 온도 센서(505)의 출력을 입력받은 선택부(504)는 검출된 온도에 따라 미리 설정된 변경수단(503)의 각 저항(R54,R55,R56)의 노드중 하나의 노드를 온도 특성에 맞게 선택하여 기준전압을 변경한다.

비교회로(506)는 제1 노드(E)의 전압과 선택부(504)에 의해 변경된 기준 전압을 비교하고, 제1 노드(E)의 전압이 변경된 기준전압을 넘을 경우 과충전을 판단하고 과충전을 나타내는 하이레벨 신호를 출력한다. 과충전 검출 신호는 논리 회로(118)에 공급되고, 논리 회로(118)는 COUT단자(108)의 출력 신호를 로우레벨로 출력하여 제1 전계 효과 트랜지스터(M11)를 차단하여 충전을 정지하게 된다.

상술한 제4 실시예에 의하면 저항을 변경하지 않고 미리 설정된 각 저항의 노드를 온도 특성에 맞게 선택하여 입력 전압과 비교되는 기준전압의 비를 다르게 조절하는 것이 가능하기 때문에 검출전압과 해제전압을 가변 할 수 있다. 또한, 과충전, 과방전, 방전과전류 및 충전 과전류와 같은 모든 배터리 보호 회로들이 기준전압을 사용하므로 온도에 따른 기준 전압의 변화를 일괄적으로 반영할 수 있다.

제5 실시예

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 검출 회로를 과충전 검출 회로를 이용하여 설명하는 회로도이다.

도 7를 참조하면, 본 발명에 의한 과충전 검출회로(110E)는 분압 회로(701), 비교회로(702), 기준전압회로(703)를 갖는다.

분압 회로(701)는 저항(R71,R72,R73,R74)이 직렬로 접속하여 구성되어 있고, 전원(VDD) 및 전원(VSS)간 전압을 분압한다. 저항(R71)의 한 끝은 VDD단자(VDD)에 접속되어 있고, 저항(R74)은 저항을 퓨징할 수 있는 가변저항으로 구성되어 있으며 VSS단자에 접속되어 있다.

비교회로(702)는 비반전 입력단자가 노드(F)에 접속되어 있으며, 반전 입력단자에는 기준전압회로(703)에 접속되어 있다. 비교회로(702)의 출력 신호는 논리회로(118)에 공급하게 된다.

기준전압회로(703)는 출력 특성이 배터리(101)의 온도에 따라 자체적으로 가변되는 출력 특성을 갖는다. 따라서 온도센서나 온도센서에 따라 제어하는 제어회로와 같은 부가적인 회로 혹은 블록 없이 배터리(101) 온도에 대해 자체적으로 기준전압을 가변하여 출력함으로써, 배터리 보호회로의 검출 및 해제 전압을 변경할 수 있다.

상술한 제5 실시예에 의하면 온도센서 및 특별한 블록이나 제어회로를 구비하지 않고, 기준전압회로(703)를 배터리(101)의 온도에 따른 특성에 맞는 기울기를 가지도록 설계함으로써 온도 변화에 따라 보호회로의 검출 및 해제 전압을 가변 할 수 있다. 또한, 배터리(101)의 화학적 특성에 맞게 보호할 수 있어 배터리(101)를 최대한 효율적으로 사용할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 배터리 보호회로는 배터리의 온도에 따라 온도센서의 센싱 정보에 의해 전압을 변경하는 전압 변경수단 및 전압 변경수단을 제어하는 선택부를 구비하거나 또는, 온도센서를 구비하지 않고도 배터리의 온도에 따라 자체적으로 가변되는 특성을 갖는 기준전압회로를 구비하여 배터리의 온도에 따라 배터리 보호회로의 검출 및 해제 전압을 변경 할 수 있게 함으로써, 배터리의 온도 변화에 능동적으로 대응하여 배터리를 최대한 효율적으로 사용하는 것이 가능한 배터리 보호회로를 제공한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

201 : 분압회로 202 : 변경수단
203 : 선택부 204 : 온도 센서
205 : 비교회로 206 : 기준전압
R21,R22,R23,R24,R25 : 저항
M21,M22,M23,M24 : 전계 효과 트랜지스터

Claims

배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 보호회로에 있어서,
기준전압을 생성하는 기준전압회로;
상기 배터리의 입력전압 또는 상기 기준전압회로의 기준전압을 분압하는 분압회로;
상기 분압회로의 분압비를 변경하는 변경수단; 및
상기 배터리의 온도에 따라 상기 변경수단을 제어하여 상기 분압비를 선택하기 위한 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제1항에 있어서,
상기 배터리의 온도를 센싱하고 센싱 정보를 형성하기 위한 온도센서를 더 포함하고,
상기 센싱 정보는 상기 선택부에 입력되어 상기 입력전압의 분압비 또는 상기 기준전압의 분압비를 변경시키는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제2항에 있어서,
상기 분압회로는 입력전압을 분압하기 위해 직렬로 연결된 복수개의 저항들을 포함하고,
상기 변경수단은 상기 저항들 중 적어도 하나의 저항의 양단자에 소스 또는 드레인이 연결된 전계 효과 트랜지스터를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제3항에 있어서, 상기 선택부의 출력은 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되고, 상기 전계 효과 트랜지스터를 선택적으로 온/오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제2항에 있어서,
상기 분압회로는,
상기 입력전압을 분압하기 위해 직렬 연결된 복수개의 저항들을 가지는 제1 분압회로;
상기 기준전압을 분압하기 위해 직렬 연결된 복수개의 저항들을 가지는 제2 분압회로를 가지고,
상기 변경수단은 상기 제2 분압회로를 구성하는 적어도 하나의 저항의 양단자에 소스 또는 드레인이 연결된 전계 효과 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제5항에 있어서, 상기 선택부의 출력은 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되고, 상기 전계 효과 트랜지스터를 선택적으로 온/오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제2항에 있어서,
상기 분압회로는 입력전압을 분압하기 위해 직렬 연결된 복수개의 저항들로 구성되고, 상기 저항들 사이의 노드는 상기 선택부에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제7항에 있어서, 상기 선택부는 상기 저항들 사이의 노드로부터 입력되는 전압들 중 어느 하나의 전압을 상기 센싱 정보에 따라 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제2항에 있어서,
상기 분압회로는,
상기 입력전압을 분압하기 위해 직렬 연결된 복수개의 저항들을 가지는 제1 분압회로;
상기 기준전압을 분합하기 위해 직렬 연결된 복수개의 저항들을 가지는 제2 분압회로를 가지고,
상기 제2 분압회로를 구성하는 복수개의 저항들 사이의 노드들은 상기 선택부에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제9항에 있어서, 상기 선택부는 상기 저항들 사이의 노드로부터 입력되는 전압들 중 어느 하나의 전압을 상기 센싱 정보에 따라 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제1항에 있어서,
상기 기준전압회로는 출력 특성이 배터리의 온도에 따라 자체적으로 가변되는 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제1항에 있어서,
VDD 단자와 VSS 단자 사이에는 방전 제어부가 더 포함되고,
상기 방전 제어부는 상기 입력전압이 과충전 전압 이상의 값을 가질 경우 과충전 이하의 값을 가질 때까지 방전 제어 신호에 의해 방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.
제12항에 있어서, 상기 방전 제어부는,
상기 입력전압을 수신하고, 상기 방전 제어 신호에 따라 온/오프 동작을 수행하는 방전 선택 트랜지스터; 및
상기 방전 선택 트랜지스터와 상기 VSS 단자 사이에 연결된 방전 선택 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호회로.