KR100273961B1 - 정전류배터리충전회로 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

충전회로.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

충전회로에 정전류를 공급하도록 하는 충전회로.

다. 발명의 해결방법의 요지

배터리의 충전회로가, 교류전원을 직류전원으로 변환하여 배터리에 충전전원으로 공급하는 변환기와, 충전전원의 전압을 감지하며, 일정크기의 정전압으로 유지될 시 전압제어신호를 발생하는 전압감지부와, 충전전원의 전류를 감지하며, 전류가 일정크기의 전류가 될 시 전류제어신호를 발생하는 전류감지부와, 변환기에 연결되는 스위치소자를 구비하며, 전압제어신호 및 전류제어신호에 의해 스위칭되어 충전전원의 레벨을 조정하는 전원제어부와, 전류감지부가 캐이블의 선로저항과 접속저항값을 충전전압값과 충전전류값의 변화율에 따라 보상을 하도록하는 전류 및 전압 감지궤환 저항을 구비하고 전압감지부 및 전류감지부에 전원을 공급하는 보조전원부로 구성됨을 특징으로 하는 배터리의 충전회로.

라. 발명의 중요한 용도

충전회로에서 정전압을 선로 저항 값을 보상하여 정전압 및 정전류를 공급하도록 하는 충전회로.

Description

정전류 배터리 충전회로{CONSTANT CURRENT BATTERY CHARGE CURCUIT}

본 발명은 상용 전원을 이용한 배터리 충전회로에 관한 것으로, 특히 정전류 배터리 충전회로에 관한 것이다.

일반적으로 배터리를 충전할 경우 충전전류가 설정 값에 도달할 경우 충전회로와 배터리간의 전압차로 인해 많은 열 손실이 발생하였고 또한 입력전압의 변화에 따라 출력전압이 변화하여 안정적인 정전원을 만들지 못하였다. 따라서 이를 해결하기 위해 특허 96-64866의 출원으로 이를 해결하고자 하였다. 그러나 충전 시 충전회로로부터 충전 배터리까지의 선로 저항과 접속 저항 및 충전 배터리의 저항 등이 변동하여 충분한 정전류를 유지하지 못하였다.

따라서 본 발명의 목적은 충전 시 출력전압 및 전류를 감지하여 정전압출력을 발생할 수 있는 정전류 충전회로를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배터리의 충전회로가, 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 배터리에 충전전원으로 공급하는 변환기와, 상기 충전전원의 전압을 감지하며, 일정크기의 정전압으로 유지될 시 전압제어신호를 발생하는 전압감지부와, 상기 충전전원의 전류를 감지하며, 상기 전류가 일정크기의 전류가 될 시 전류제어신호를 발생하는 전류감지부와, 상기 변환기에 연결되는 스위치소자를 구비하며, 상기 전압제어신호 및 전류제어신호에 의해 스위칭되어 충전전원의 레벨을 조정하는 전원제어부와, 상기 전류감지부가 캐이블의 선로저항과 접속저항값을 충전전압값과 충전전류값의 변화율에 따라 보상을 하도록하는 전류 및 전압 감지궤환 저항을 구비하고 상기 전압감지부 및 전류감지부에 전원을 공급하는 보조전원부로 구성됨을 특징으로 하는 배터리의 충전회로로 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 정전류 배터리 충전회로의 일반적인 블록 구성도.

도 2는 상기 도 1의 전압감지 궤환부 및 전류감지 궤환부의 간략화된 회로도.

도 3은 상기 도 2와 같은 충전회로의 구체적인 실시 예의 구성을 도시한 회로도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 정전류 배터리 충전회로의 일반적인 블록 구성도이다.

전원(Voltage source:Vs)은 상용전원으로 충전 배터리 100의 충전전류를 공급하고, 상기 전원 Vs단의 출력을 제1정류기인 브리지 다이오드 BD와 캐패시터 C1을 통해 정류되며 전압 변환기 10을 통해 전압을 변환한다. 상기 변환된 전압은 제2정류회로(Rectifier & Filter) 20과 보조전원(Sub Source) 30으로 출력되며, 상기 제2정류회로 20의 출력은 케이블(Cable)을 통해 충전 배터리(Battery)에 출력된다. 보조전원 30은 기준전압 형성부(Ref. Voltage) 40으로 출력하여 기준전압을 형성하며, 특히 충전 배터리가 일정 전류량으로 충전시 충전전압을 제어하기 위한 듀티 조절부 70에 동작전압을 공급한다. 상기 기준전압 형성부 40은 전류감지 궤환부(Current Sence & Feedback) 50과 전압감지 궤환부(Voltage Sence & Feedback) 60으로 기준전압을 형성하여 출력한다. 또한 상기 전류감지 궤환부 50과 전압감지 궤환부 60은 상기 충전 배터리의 연결단 a와 b와 연결된다. 상기 전압감지 궤환부 60은 상기 충전 배터리의 충전전압을 감지하여 상기 듀티 조절부 70에 전압 충전상태를 인가하고, 상기 전류감지 궤환부 50은 상기 충전 배터리의 충전전류를 감지하여 상기 듀티 조절부 70에 전류 충전상태를 인가한다. 따라서 듀티 조절부 70은 상기 전압감지 궤환부 60과 전류감지 궤환부 50으로부터 인가된 전압과 전류량에 의해 제어부 80으로 출력한다. 상기 듀티 조절부 70은 포토 커플러(Photo Coupler)로 구성된다. 상기 제어부 80은 상기 듀티 조절부 70으로부터 출력된 전압을 변환하여 트랜지스터 Q1으로 출력하여 2차측으로 유기되는 전압량을 감소시키게 된다.

도 2는 상기 도 1의 전압감지 궤환부 및 전류감지 궤환부의 간략화된 회로도이다. 이하 도 2를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저 구성을 살펴보면, 제1입력단 V1은 다이오드 D1을 통해 NPN형 트랜지스터 Q1의 콜렉터에 연결되고, 상기 트랜지스터 Q1의 콜렉터와 베이스 사이에 저항 R1이 연결되며 상기 제1입력단 V1을 통해 유입된 전류는 상기 트랜지스터 Q1의 에미터로 출력된다. 또한 제너다이오드 ZD1의 케소드는 트랜지스터 Q1의 베이스단과 연결하며, 에노드는 제2입력단 V1'과 연결한다. 또한 상기 트랜지스터 Q1의 에미터와 상기 제너다이오드 ZD1의 에노드 사이에 캐패시터 C2가 연결된다. 상기 트랜지스터 Q1의 에미터단과 정출력단 Vo 사이에 다이오드 D2가 역방향으로 연결된다. 또한 상기 트랜지스터 Q1의 에미터에 저항 R6를 통해 포토 커플러의 광다이오드 PC1D의 에노드로 인가된다. 상기 정출력단 Vo는 전압궤환을 위해 저항 R7 및 R8 전류감지저항 R2를 통해 제2입력단 V1'으로 연결된다. 상기 포토 커플러의 광다이오드 PC1D는 또하나의 트랜지스터 Q2의 콜렉터에 연결되고 베이스는 상기 저항 R7과 저항 R8사이에 연결되며 에미터는 검출기 U2 및 제2저항 R2를 통해 제2입력단 V1'DP 연결된다. 여기서 검출기 U1 및 U2는 TL431소자를 이용한다. 또한 상기 검출기 U2의 캐소드를 저항 R5를 통해 상기 트랜지스터 Q2의 에미터에 연결한다. 한편 상기 저항 R5와 상기 검출기 U2의 캐소드의 접점은 저항 R4와 저항 R3를 통해 상기 저항 R2와 상기 검출기 U2의 에노드 사이에 연결한다. 상기 저항 R4와 R5의 사이에 검출기 U1의 레퍼런스단에 연결한다. 상기 저항 R7과, R8의 접점과 상기 트랜지스터 Q2의 콜렉터 사이에 캐패시터 C4를 연결하며 상기 트랜지스터 Q2의 에미터를 검출기 U1의 캐소드에 연결한다. 상기 검출기 U1의 에노드는 상기 제2입력단 V1'에 연결되고 상기 검출기 U1의 에노드와 캐소드 사이에 캐패시터 C3를 연결한다. 검출기 U1의 캐소드는 상기 트랜지스터 Q2의 콜렉터에 연결한다.

이하 상기 구성의 동작을 살펴본다. 먼저 전압감지 궤환부 60의 두 출력단 Vo, Vo'은 배터리 100과 연결되는 단자로 이를 통해 충전이 이루어진다. 상기 충전되는 전압 Vo는 상기 저항 R7 및 상기 저항 R8에 의해 분압된다. 이때 상기 출력전압 Vo가 상승하면 상기 저항 R7과 R8에 의해 분배된 전압에 의해 상기 트랜지스터 Q2가 턴온된다. 상기 트랜지스터 Q2의 턴온되면, 상기 포토커플러의 광다이오드 PD1D를 통해 패스가 형성되어 상기 포토커플러의 광다이오드 PD1D가 빛을 출력한다. 그러면 상기 포토커플러의 트랜지스터 PD1TR에서 상기 출력전압의 변화량을 감지할 수 있다. 즉, 충전되는 전압의 변화를 감지하여 전압이 상승하면 이를 포토커플러의 광 다이오드 PC1D에 의해 궤환된다. 이와 같이 궤환이 이루어지면 제어부 80에서 트랜지스터 Q1을 턴오프하여 충전되는 전압을 조정한다. 또한 트랜지스터 Q2가 턴온될 경우 전류 패스를 형성하는 상기 다이오드 D2는 정전류 제어 시 Vo의 상용전압에 비례하여 변화하는 전압의 전원 투입이나 제거하기 위한 V1이 설정값 이하로 떨어지는 것을 방지한다. 상기 출력전압 Vo는 상기 저항 R7에 인가되는 전압과 상기 저항 R8에 인가되는 전압으로 나누어 질 수 있다. 또한 상기 저항 R8에 인가되는 전압은 상기 트랜지스터 Q2의 베이스와 에미터간 전압 Vbe와 상기 검출기 U2의 전압 Vref2 및 상기 저항 R2에 인가되는 전압의 함으로 표현될 수 있다. 이때 상기 출력단 Vo로부터 흐르는 전류를 Io로 가정하면 상기 정출력 전압 Vo는 하기 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 1에서 상기 트랜지스터 Q3의 베이스 에미터간 전압 Vbe와 상기 검출기 U2의 전압 Vref2는 일정값으로 크게 변동이 없다. 그러므로 상기 일정값으로 고정된 값을 무시하고 상기 전류 Io와 상기 출력전압 Vo의 변화율을 보면 하기 수학식 2와 같이 표시된다.

따라서 상기 출력전압 Vo와 상기 출력전류 Io의 변화율은 오옴의 법칙에 의해 저항의 변화율이 된다. 따라서 상기 배터리 100의 충전을 위한 캐이블에 저항과 접점의 저항 등에 따른 저항값을 R_L로 하면 하기 수학식 3과 같다.

상기 수학식 3에서 보는 바와 같이 상기 저항 R2는 출력전압과 출력전류에 모두 관계하는 저항값이 된다. 따라서 상기 수학식 3에서 R2의 값을 하기 수학식 4와 같이 유도될 수 있다.

또한 상기 정전압부 40은 상기 출력전압 Vo을 상기 저항 R5와 검출기 U2에 의해 분압된다. 상기 검출기 U2의 레퍼런스단에 의해 검출기의 전압은 Vref2로 고정되게 된다. 따라서 상기 기준전압부 40은 상기 검출기 U2에 의해 일정전압을 항상 유지하게 된다. 상기 전류감지 궤환부 50은 상기한 수학식에 도시한 바와 같이 저항 R2에 의해 전압이 감지되며 이는 검출기 U1에 의해 검출되어 인가되는 전압을 변화하도록 한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3에서 더 상세히 기술한다. 즉, 상기 전류감지 궤환부 50은 온도와 전류값의 변화를 감지하여 전압을 변화하게 한다. 상기 보조전원부 30은 상기 배터리 100이 일정전류로 충전이 이루어지면 상기 입력측에서 전압을 강하시키게 된다. 이러한 전압강하는 상기 전압감지 궤환부 60과 전류감지 궤환부 70의 각 소자들이 정상적으로 동작을 하기 못하는 경우가 발생한다. 따라서 상기와 같은 구조로 최소전압을 유지시키게 한다.

도 3은 상기 도 2와 같은 충전회로의 구체적인 실시예의 구성을 도시한 회로도이다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

브리지다이오드 BD 및 캐패시터 C2는 제1정류기로서, 상기 AC전원을 정류한다. 그리고 1차측 트랜스포머 T12 및 2차측 트랜스포머 T21은 전압변환기로서, 상기 배터리 100의 충전전원 레벨로 변환하는 기능을 수행한다. 다이오드 D2 및 캐패시터 C5는 제2정류기의 구성으로서 상기 2차측 트랜스포머 T21에 유기되는 충전전원을 정류 및 평활하여 상기 배터리 100에 인가한다. 따라서 상기와 같은 구성은 AC전원을 배터리 100의 충전전원으로 변환하는 AC-DC변환기의 구성이 된다.

2차측 트랜스포머 T22는 보조전원 발생기 30의 구성이 된다. 상기 보조전원 발생기 30은 상기 충전전원과 독립적인 전원으로서 기준전원을 발생하기 위한 전원이다. 저항 R12, 상기 검출기 U2는 기준전압 발생기의 구성이되고 상기 기준전압 발생기는 상기 보조전원을 분압하여 상기 전류감지 궤환부 50과 전압감지 궤환부 60으로 인가한다. 상기 전압감지 궤환부 60은 트랜지스터 Q3의 콜렉터단이 포토커플러의 광다이오드 PD1D의 캐소드에 연결되고 에미터단이 상기 검출기 U2의 기준전압에 연결되며 베이스단이 전압검출용 저항 R9 및 R10의 사이여 연결되어 상기 배터리 100의 충전전압을 검출하며 상기 배터리 100의 충전전류값이 설정값에 도달할 때까지 출력전압을 안정화시키는 기능을 수행한다. 따라서 상기 제2정류기 20이 목표하는 전압이 되면 트리거되며, 상기 트리거신호에 의해 상기 포토커플러의 발광다이오드 PD1D는 상기 검출기 U1으로 전류통로를 형성한다.

한편 전류검출용 저항 R15, R16, R17은 기준전압을 설정하기 위해 연결된 저항 R13, R14 및 가변저항 R18 그리고 상기 검출기 U1으로 전류감지 궤환부를 구성한다. 상기 도 2의 전류감지 저항 R2의 설정방법은 상기 수학식 1∼수학식 4를 통해 설명되었으므로 생략하며 도 3의 상기 저항 R15, R16, R17로 구성된다. 상기 검출기 U1의 캐소드는 상기 포토커플러의 광다이오드 PD1D의 캐소드에 연결되며 레퍼런스단은 상기 가변저항 R18에 연결되어 기준전압의 오프셋 값을 조절하게 된다. 상기 구성에서 기준전압에 연결된 상기 저항 R13, R14 및 가변저항 R18의 분압전압과 전류검출저항 R16에서 발생하는 전압이 더하여져 검출기 U1의 레퍼런스단의 내부전압과 비교된다. 따라서 상기 충전전원의 부하전류가 상기 캐이블 저항 및 기타 가변요인 등으로 부하전류의 감소 등을 감지한다. 따라서 사익 저항들에 인가되는 전압값은 충전되는 전류에 의한 값이 되며, 이를 통해 충전 전류값을 검사하여 설정값에 도달하는가를 검사할 수 있다. 상기한 바와 같은 검사에 의해 상기 전류값이 설정값에 도달하면, 상기 충전전원의 전류값에 따라 상기 검출기 U1이 구동되며, 이에 따라 포토커플러의 광다이오드 PD1D가 온/오프 된다. 즉, 상기 포토커플러의 광다이오드 PD1D에 의해 상기 포토커플러의 트랜지스터 PC가 온/오프 되며, 이를 제어신호로 하여 제어기가 동작을 중단하도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 충전되는 전원의 듀티를 감소시키게 되어 출력전류를 일정하게 유지시킬 수 있게되는 것이다.

상기 전압제어신호 및 전류제어신호는 포토커플러 PC1D를 통해 제어기의 스위치 소자인 트랜지스터 Q3의 베이스단에 인가된다. 이때 상기 트랜지스터 Q3는 상기 충전전원의 전압 및 전류 값에 따라 온/오프되어 AC-DC변환기에 스위칭 전원을 공급하게 되며, 이에 따라 상기 상기 캐이블 및 기타 변동요인에 의한 보상을 하게되므로 안정된 충전전원을 발생할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 상기 케이블의 선로저항 등에 의해 출력전압이 감소하는 것을 미리 보상해줌으로써 상기 배터리에 충분한 전압과 전류를 공급할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 배터리의 충전회로에 있어서,

   교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 배터리에 충전전원으로 공급하는 변환기와,

   상기 충전전원의 전압을 감지하며, 일정크기의 정전압으로 유지될 시 전압제어신호를 발생하는 전압감지부와,

   상기 충전전원의 전류를 감지하며, 상기 전류가 일정크기의 전류가 될 시 전류제어신호를 발생하는 전류감지부와,

   상기 변환기에 연결되는 스위치소자를 구비하며, 상기 전압제어신호 및 전류제어신호에 의해 스위칭되어 충전전원의 레벨을 조정하는 전원제어부와,

   상기 전류감지부가 캐이블의 선로저항과 접속저항값을 충전전압값과 충전전류값의 변화율에 따라 보상을 하도록하는 전류 및 전압 감지궤환 저항을 구비하고 상기 전압감지부 및 전류감지부에 전원을 공급하는 보조전원부로 구성됨을 특징으로 하는 배터리의 충전회로.

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