KR920005190B1 - 재충전 전지의 충전회로 및 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

재충전 전지의 충전회로 및 방법

제1도는 종래의 충전회로도.

제2도는 본 발명에 따른 전지 충전회로의 블럭 구성도.

제3도는 제2도의 구체회로도.

제4도는 본 발명에 따른 전지의 충전 타이밍도.

제5도는 본 발명에 따른 전지의 충전 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 어댑터 20 : 레귤레이터

30 : 전지팩 40 : 충전선택부

50 : 제어부 60 : 전류조절부

70 : 기준전압 발생부 80 : 과충전 검출부

본 발명은 재충전 전지의 충전회로 및 방법에 관한 것으로, 특히 필요에 따라 충전시간을 선택할 수 있는 동시에 과충전을 방지할 수 있는 회로 및 방법에 관한 것이다.

제1도는 종래의 재충전 전지(rechargable battery)에 대한 충전회로도로서, 전지(3)와, AC전원을 DC전원으로 정류하는 어댑터(adaptor)(1)와, 상기 전지(3)에 일정한 전류를 충전시키기 위한 충전전류회로(2)와, 상기 어댑터(1)에 일정한 DC전압을 유지하기 위한 부하(4)로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 전지 충전과정을 살펴보면, 어댑터(1)는 110V/220V의 AC전원을 일정 DC전원으로 정류시키며, 이 정류전압이 부하(4)에 걸려 A점에 나타난다. 이때 상기 전지(3)를 충전시키기 위해 접점(T1과 T4, T3과 T6)이 접속될때, 상기 A점의 전압이 충전전류회로(2)로 일정한 전류가 흘러 전지(3)에 충전된다. 이때 상기 충전전류는 노말충전(Normal Charge)이나, 급속충전(Quick Charge) 중 어느 한 상태의 충전으로 고정되어 충전된다.

그러나 상기와 같은 종래의 충전방식은 노말충전이나 급속충전 중 어느 하나로 고정되어 있어 충전전류를 조정할 수 없었으므로 충전시간을 변화시킬 수 없었으며, 과충전에 대한 방지 대책이 없었으므로 과충전으로 인한 전지의 수명의 단축이 초래되었던 문제점 등이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 재충전이 가능한 전지를 충전할시 충전시간을 조절할 수 있는 회로 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 재충전이 가능한 전지를 충전할시 과충전을 방지하여 전지수명을 연장할 수 있는 회로 및 방법을 제공함에 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 구성 블럭도로서, AC전원을 부하에 따라 소정 레벨의 DC전원으로 정류하는 어댑터(10)와, 상기 어댑터(10)의 출력을 수신하며, 상기 수신되는 DC전원을 일정전압으로 변환 출력하는 레귤레이터(20)와, 재충전이 가능한 전지팩(battery pack)(30)과, 급속 또는 정상 충전에 따른 모드 선택신호를 발생하는 충전선택부(40)와, P4단자가 상기 전지팩(30)과 연결되고, P5단자가 상기 충전선택부(40)와 연결되며, 상기 P4단자로부터 상기 전지팩(30)의 접속신호 수신시 상기 P5단자로 수신되는 상기 모드 선택신호의 논리상태를 분석하여, 급속충전 모드일시 P2단자를 인에이블시키고 정상 충전모드일시 P1단자를 인에이블시키며, P3단자로 과충전신호 수신시 상기 P1단자 및 P2단자를 디스에이블시키는 마이컴(50)와, 급속충전수단 및 정상충전 수단을 구비하며, 상기 레귤레이터(20) 및 전지팩(30) 사이에 연결되고 상기 마이컴(50)의 출력을 제어신호로 수신하여, 상기 P2단자로 인에이블신호 발생시 상기 급속충전 수단을 스위칭시키고 상기 P1단자로 인에이블신호 발생시 상기 정상 충전수단을 스위칭시켜, 상기 전지팩(30)으로 지정된 모드에 대응하는 충전전류를 공급하는 전류조정부(60)와, 상기 레귤레이터(20)의 출력을 수신하며, 상기 수신전원을 분압하여 상기 전지팩(30)의 과충전 유무를 결정하기 위한 기준전압을 발생하는 기준전압 발생부(70)와, 상기 전지팩(30)의 충전상태를 상기 기준전압과 비교하여 과충전시 상기 마이컴(50)의 P9단자로 과충전 검출신호를 출력하는 과충전 검출부(80)로 구성된다.

상기 제2도의 구성에서 상기 마이컴(50)은 본 발명에 따른 충전회로의 전반적인 동작을 제어하는 제어부의 기능을 수행한다. 또한 상기 정상 충전모드에서 P1단자를 인에이블 시키는 신호는 제1제어신호가 되며, 상기 급속 충전모드에서 P2단자를 인에이블 시키는 신호는 제2제어신호가 된다.

제3도는 상기 제2도의 구체적 일실시예도로서, 상기 레귤레이터(20)는 다이오드(D1), 캐패시터(C1-C3), 저항(R1), 제너다이오드(ZD1) 및 트랜지스터(Q1)로 구성되며, 전지팩(30)은 저항(R12,R13), 다이오드(D3), 트랜지스터(Q4) 및 배터리(BT)로 구성되고, 상기 충전선택부(40)로 스위치로 이루어지며, 상기 전류조절부(60)는 저항(R2-R6), 트랜지스터(Q2-Q3) 및 다이오드(D2)로 구성되고, 기준전압발생부(70)는 정전압원(71), 저항(R7-R8), 가변저항(VR1) 및 제너다이오드(ZD2)로 구성되며, 상기 과충전검출부(80)는 저항(R9-R12) 및 비교기(CMP)로 구성된다.

제4도는 온도 20℃에서 1.2V, 500mA일시 충전하는 전지의 충전상태를 도시한 파형도로서, (4A)는 급속충전시의 상기 배터리(BT)의 충전 파형도이고, (4B)는 정상 충전시 상기 배터리(BT)의 충전 파형도이다.

제5도는 본 발명에 따른 상기 배터리(BT)의 충전 흐름도로서, 상기 전지팩의 접속유무를 검사하여 전지팩 접속시 충전시작을 인지하는 과정과, 상기 충전시작 인지시 충전선택 모드를 검사하는 과정과, 상기 모드검사 과정에서 급속충전 모드일시 상기 급속충전 수단을 인에이블시켜 상기 전지팩으로 급속충전 전류를 공급하는 과정과, 상기 모드검사 과정에서 정상 충전모드일시 상기 정상 충전수단을 인에이블시켜 상기 전지팩으로 정상 충전전류를 공급하는 과정과, 상기 충전과정에서 상기 전지팩의 과충전 검출신호 수신시 상기 충전 수단들을 디스에이블시켜 충전을 종료하는 과정으로 이루어진다.

상술한 구성에 의거 본 발명은 제2,3,4,5도를 참조하여 설명한다.

먼저 상기 전지팩(30)을 본 발명의 충전회로에 연결하면 T1단자와 T4단자, T2단자와 T5단자, T3단자와 T6단자들이 각각 접촉되며, 이로인해 상기 전지팩(30)의 트랜지스터(Q4)가 턴온되어 마이컴(50)의 P4단자로 "로우"신호를 인가한다. 따라서 마이컴(50)는 전지팩(30)이 충전기와 접촉됐음을 인지함으로 충전올림(충전ON)을 감지하게 된다. 이때 상기 마이컴(50)의 충전 올림을 감지하는 시간은 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 걸리는 고전압이 배터리(BT)의 전압레벨로 변환되는 지연시간과 단자의 기계적인 채터링(chattering) 시간을 감안하여 약 1초로 한다. 이때 상기 레귤레이터(20)는 어댑터(10)의 DC전원을 입력하여 일정 전압레벨로 레귤레이팅 하는데, 제너다이오드(ZD1 : 약 9.1V)에 의해 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단으로는 약 8.5V가 걸리도록 조정한다.

상기 P4단자를 통해 "로우"신호가 수신되어 상기 마이컴(50)에서 충전올림을 감지하면, 즉, 상기 전지팩(30)이 충전기에 올려졌음을 인지하면, 상기 마이컴(50)는 P5단자를 통해 충전선택부(40)의 스위치에 의해 선택되는 급속충전 또는 정상 충전모드 신호를 감지하여 충전종류를 판단한다. 이때 상기 충전선택부(40)의 스위치가 "온"되면 정상충전 모드가 세트된다고 가정하는 경우, 상기 마이컴(50)는 상기 P5단자로 "하이"신호가 수신되면 급속충전 모드의 선택으로 인지하고, 상기 P5단자가 "로우"상태이면 정상 충전 모드의 선택으로 인지한다.

먼저 급속충전 모드시의 동작과정을 설명한다.

급속충전 모드시, 상기 마이컴(50)는 P5단자를 통해 "하이"신호를 수신하게 되며, 이 경우 상기 마이컴(50)는 P2단자를 통해 "하이"신호를 발생하고, P1단자를 통해 "로우"신호를 발생한다. 그러면 상기 전류조절부(60)의 트랜지스터(Q3)는 턴온되고, 트랜지스터(Q3)는 턴오프된다. 여기서 상기 저항(R2-R4)의 값을 R2＞R3＞R4로 설정하면, 저항(R4) 및 트랜지스터(Q3)의 구성은 급속충전 수단이 되며, 저항(R3) 및 트랜지스터(Q2)는 정상충전 수단이 되고, 저항(R2)는 트리클 충전수단이 된다. 따라서 상기 트랜지스터(Q3)가 턴온되면, 저항(R4) 및 트랜지스터(Q3)를 통해 급속충전 전류통로가 형성되어 큰 전류가 배터리(BT)로 인가된다. 여기서 급속충전은 0.3C의 전류가 배터리(BT)로 흐르게 되며, 정상충전은 0.1C의 전류가 배터리(BT)로 흐르게 된다. 이때 상기 "C"는 표준용량을 1시간동안 충전시키는데 필요한 전류를 말한다.

그러므로 급속 충전모드에서는 상기 트랜지스터(Q3)가 턴온되며, 이로 인해 저항(R3)을 통해 흐르는 급속충전 전류I3는 0.3C전류가 되며, 이러한 I3전류는 다이오드(D2) 및 단자 T1, T4를 통해 배터리(BT)로 급속 충전 동작을 수행하게 된다.

상기와 같은 충전모드가 수행되면, 상기 배터리(BT)의 충전상태를 분석하여 과충전이 되고 있는가 검사할 수 있어야 한다. 이를 위하여 상기 배터리(BT)의 충전전압은 비교기(CMP)의 비교전압으로 인가되는데, 여기서 과충전 유무를 검출하기 위한 비교기(CMP)의 비교전압을 발생하는 저항(R9,R10)에서 저항(R9)의 저항값을 매우 크게 설정하여 미세한 전류가 흐르도록 조정한다. 이때 상기 배터리(BT)에 충전되는 전압은 시간이 경과함에 따라 점점 커지게 되며, 이로인해 비교기(CMP)의 비교전압으로 인가되는 저항(R9,R10)의 분압전압도 점점 커지게 된다. 상기 비교기(CMP)의 기준전압은 5V의 정전압원(71)과 제너다이오드(ZD2)를 통한 일정 DC전압을 저항(R8) 및 가변저항(VR1)을 통해 분압하여 비교기(CMP)의 비반전 단자로 인가한다. 이때 상기 기준전압은 배터리(BT)의 충전전압이 4.3V(1.43VX3) 이상으로 발생될 시 스위칭될 수 있도록 설정한다. 상기와 같이 급속 충전하는 중에 배터리(BT)의 충전전압이 (4A)의 S1시점에서와 같이 과충전되면, 4.3V의 전압이 발생된다. 이 경우 비교기(CMP)는 과충전 상태임을 나타내는 "로우"신호를 발생하여 마이컴(50)의 P3단자로 인가한다. 이때 상기 마이컴(50)는 P3단자로 수신되는 신호가 과전압 검출상태를 나타내는 "로우"신호를 발생하여 상기 전류조절부(60)의 트랜지스터(Q2,Q3)를 오프시킨다. 따라서 급속 충전류인 13전류의 통로는 차단되고 저항(R2)을 통한 트리클전류(tricle current) 통로만 형성되어 I1전류가 배터리(BT)로 공급된다. 상기 트리클 전류인 I1전류는 0.033C의 전류로서 배터리(BT)의 수명에 전혀 영향을 미치지 않게 된다.

두번째로 정상충전인 경우를 살펴본다.

정상충전 모드의 경우 마이컴(50)는 P5단자로 "로우"신호를 수신하게 되며, 이로인해 정상 충전모드의 수행을 위해 "하이"신호를 출력하고 P2단자로 "로우"신호를 발생한다. 따라서 정상충전 전류의 통로가 형성되어 0.1C의 정상 충전전류 I2가 배터리(BT)로 인가되며, 이로인해 상기 배터리(BT)는 정상충전 동작을 수행한다.

이때 상기 마이컴(50)는 비교기(CMP)의 출력을 검사하여 비교기(CMP)가 "하이"신호를 출력할시에는 과충전 상태가 아닌 것으로 간주하여 계속하여 정상충전 전류통로를 형성하도록 제어하고, (4B)의 S2시점과 같이 비교기(CMP)의 출력이 "로우"신호로 변화하면 P3단자를 통해 이를 인지한후, 과충전상태로 간주하여 P1,P2단자로 "로우"신호를 출력한다. 따라서 I2의 통로가 차단되므로 트리클 충전을 수행하는 I2의 통로가 차단되므로 트리클 충전을 수행하는 I1의 통로가 유지되어 배터리(BT)로 인가된다.

상기와 같이 급속충전, 정상충전 및 트리클 충전을 수행하기 위한 I3,I2,I1 전류를 발생하기 위하여서는 저항값을 R2＞R3＞R4로 설정하는데, 저항값을 구해보면, 하기 ＜1＞,＜2＞,＜3＞식과 같다.

제5도는 충전시 마이컴(50)에서 제어하는 흐름도로서, 먼저, 상기 마이컴(50)는 P4단자를 통해 상기 전지팩(30)이 본 발명의 충전회로 위에 올려지는가 검사하는데, 상기 전지팩(30)이 접촉되면 상기 P4단자로 "로우"신호가 수신된다. 그러므로 상기 마이컴(50)는 상기 P4단자로 "로우"신호가 수신되면, (A)단계에서 배터리(BT)를 충전시키기 위해 상기 배터리(BT)를 충전회로에 연결하는 충전 올림신호로 인지하며, (B)단계에서 P5단자를 통해 충전 선택부(40)의 스위치의 상태를 분석하여 충전을 한다. 즉, 상기 P5단자의 논리상태는 충전선택부(40)의 스위치에 의해 결정되는데, 급속 충전모드일 경우에는 "하이"신호가 수신되고, 정상 충전모드일시에는 "로우"신호가 수신된다.

이때 상기 P5단자로 "하이"신호를 수신하면, 상기 마이컴(50)는 (B)단계에서 급속 충전모드로 간주하고 P1단자로 "로우"신호를, P2단자로 "하이"신호를 발생한다. 그러면 트랜지스터(Q3)가 턴온되어 급속 충전 수단인 저항(R4) 및 트랜지스터(Q3)를 통해 급속충전 전류I3의 통로가 형성하여 배터리(BT)로 충전전류I3가 인가된다. 따라서 상기 (C)단계에서 배터리(BT)는 급속 충전기능을 수행하며, 마이컴(50)는 (D)단계에서 P3단자 상태를 검사하여 과충전 유무를 검사한다. 이때 비교기(CMP)가 P3단자로 "하이"신호를 출력할 시에는 계속하여 I3의 통로를 형성하여 배터리(BT)를 급속충전시키지만, 비교기(CMP)에서 "로우"신호를 출력할시에는 (E)단계로 진행하여 P1단자로 "로우"신호를 출력하여 트리클 충전전류인 I1통로만 형성하도록 제어한다.

또한 상기 (B)단계에서 정상충전 모드로 판단되는 경우, 상기 마이컴(50)는 (F)단계에서 P1단자로 "하이"신호를 출력하고 P2단자로 "로우"신호를 출력하여 정상충전 전류인 I2의 통로를 형성하여 배터리(BT)로 공급하도록 제어한다. 이후 역시 (G)단계에서 P3단자를 통해 비교기(CMP)의 출력 상태를 분석하여 과충전 검출시에는 (H)단계에서 P1 및 P2단자로 "로우"신호를 출력하여 트리클 충전전류인 I1전류의 통로만을 형성시킨다.

상술한 바와 같이 재충전 전지를 충전할 시 급속충전 또는 정상충전 할 수 있도록 충전 종류를 선택할 수 있어 충전시간을 조정할 수 있으며, 과충전 방지 회로를 부가함으로서 전지의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 재충전이 가능한 배터리를 구비하는 전지팩의 충전회로에 있어서, AC전원을 정류하여 일정레벨의 DC전원을 발생하는 수단과, 사용자의 선택에 의해 급속/정상 충전 모드신호를 발생하는 충전선택부와, 상기 전지팩 및 충전선택부와 연결되며, 상기 전지팩 연결 감지시 상기 충전선택부의 모드신호를 수신하여, 정상 충전모드시 제1제어신호를 인에이블시키고 급속 충전모드시 제2제어신호를 인에이블시키며, 과충전 검출신호 수신시 상기 제1 및 제2제어신호를 디스에이블시키는 제어부와, 정상 충전수단 및 급속충전 수단을 구비하여, 상기 DC전원과 상기 전지팩 사이에 연결되어, 상기 제1제어신호 수신기 상기 정상충전 수단이 인에이블되어 상기 전지팩으로 정상 충전레벨의 DC전원을 인갛고, 상기 제2제어신호 수신기 상기 급속 충전수단이 인에이블되어 상기 전지팩으로 급속 충전레벨의 DC전원을 인가하는 전류조절부와, 상기 DC전원의 소정 분압신호를 기준전압으로 수신하고 상기 전지팩의 충전전압을 비교전압으로 수신하며, 상기 두전압을 비교하여 충전전압이 기준전압보다 더 클시 상기 제어부로 과충전 검출신호를 출력하는 과충전 검출부로 구성된 것을 특징으로 하는 재충전이 가능한 전지의 충전회로.
2. 급속충전수단 및 정상충전 수단을 구비하는 충전조절부와, 재충전이 가능한 배터리를 구비하는 전지팩의 충전방법에 있어서, 상기 전지팩의 접속유무를 검사하여 전지팩 접속시 충전시작을 인지하는 과정과, 상기 충전시작 인지시 충전선택 모드를 검사하는 과정과, 상기 모드검사 과정에서 급속충전 모드일시 상기 급속충전 수단을 인에이블시켜 상기 전지팩으로 급속충전 전류를 공급하는 과정과, 상기 모드검사 과정에서 정상 충전모드일시 상기 정상 충전수단을 인에이블시켜 상기 전지팩으로 정상 충전전류를 공급하는 과정과, 상기 충전과정에서 상기 전지팩의 과충전 검출신호 수신시 상기 충전 수단들을 디스에이블시켜 충전을 종료하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 재충전이 가능한 전지의 충전방법.

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