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KR20100018056A - 충방전　보호　회로, 충방전　보호　회로를 포함하는 배터리 팩, 및 전자 장치 - Google Patents

충방전　보호　회로, 충방전　보호　회로를 포함하는 배터리 팩, 및 전자 장치 Download PDF

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KR20100018056A
KR20100018056A KR1020107000406A KR20107000406A KR20100018056A KR 20100018056 A KR20100018056 A KR 20100018056A KR 1020107000406 A KR1020107000406 A KR 1020107000406A KR 20107000406 A KR20107000406 A KR 20107000406A KR 20100018056 A KR20100018056 A KR 20100018056A
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KR
South Korea
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charge
overcharge
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discharge
circuit
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KR1020107000406A
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KR101117037B1 (ko
Inventor
노리후미 야마모토
Original Assignee
가부시키가이샤 리코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

과충전, 과방전 및 과전류를 검출하고, 그 검출 결과에 따라, 방전 제어용 FET 또는 충전 제어용 FET를 온/오프로 전환함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 과충전, 과방전, 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로로서, 과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하며, 충전기가 상기 충방전 보호 회로에 접속되는 경우에 상기 충전 제어용 FET를 오프로 전환하도록 구성된 과충전 보호 회로를 포함하는 충방전 보호 회로를 개시한다.

Description

충방전　보호　회로, 충방전　보호　회로를 포함하는 배터리 팩, 및 전자 장치{CHARGE/DISCHARGE PROTECTION CIRCUIT, BATTERY PACK INCLUDING CHARGE/DISCHARGE PROTECTION CIRCUIT, AND ELECTRONIC DEVICE THEREOF}
본 발명은 충방전 보호 회로, 그 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩, 및 그 배터리 팩을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 2차 배터리에 이용되는 충방전 보호 회로에는 다수 종류가 있다. 도 3은 반도체 장치와 그 반도체 장치를 이용한 배터리 팩에 내장된 보호 회로를 도시하는 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 배터리 팩(1010)의 주요 부분인 반도체 장치(충방전 보호 회로)(1005)는 과충전 검출 회로(1011)[배터리 셀(1001)용]와, 또 다른 과충전 보호 회로(1013)[배터리 셀(1002)용]와, 과방전 검출 회로(1012)[배터리 셀(1001)용]와, 또 다른 과방전 검출 회로(1014)[배터리 셀(1002)용]와, 방전 과전류 검출 회로(1015)와, 충전 과전류 검출 회로(1016)와, 발진 회로(1017)와, 카운터 회로(1018)와, 논리 회로(1019)와, 또 다른 논리 회로(1023)와, 레벨 시프트 회로(1020)와, 단락 검출 회로(1021)와, 지연 회로(1022)와, 지연 시간 단축 회로(1024)와, 스탠바이 회로(1026)를 포함한다. 또한, 도 3에서 도면 부호 1003은 충전기를 나타내고, 도면 부호 1100은 충전 제어용 FET를 나타내며, 도면 부호 12OO는 방전 제어용 FET를 나타낸다.
스탠바이 회로(1026)는 V- 단자에 접속된다. 절전을 위해, 스탠바이 회로(1026)는 스탠바이 상태가 검출될 경우에 각 내부 회로에 전력을 공급하는 공급로에 설치된 스위치를 오프로 전환하여 전력 공급을 해제하도록 구성되어 있다.
다음으로, 과충전, 과방전, 방전 과전류, 충전 과전류 또는 단락(short-circuiting)이 검출될 경우 반도체 장치(충방전 보호 회로)가 수행하는 기본 동작에 대해서 설명한다.
과충전 검출 회로(1011, 1013), 과방전 검출 회로(1012, 1014), 방전 과전류 검출 회로(1015), 충전 과전류 검출 회로(1016), 또는 단락 검출 회로(1021)에 의해 각각 과충전, 과방전, 방전 과전류, 충전 과전류, 또는 단락이 검출될 경우, 발진 회로(1017)는 발진을 개시하고, 카운터 회로(1018)는 카운트를 개시한다.
과충전 또는 충전 과전류 검출 시 카운터 회로(1018)가 미리 정해진 지연 시간을 카운트할 경우, 논리 회로(예컨대, 래치)(1019)와 레벨 시프트 회로(1020)를 통해 Cout(Charge output)이 로우(L) 레벨이 되어 충전 제어용 FET(110O)를 오프로 전환한다. 과방전, 방전 과전류 또는 단락 검출 시 카운터 회로(1018)가 미리 정해진 지연 시간을 카운트할 경우, 논리 회로(1023)를 통해 Dout(Discharge output)이 로우(L) 레벨이 되어 방전 제어용 FET(120)를 오프로 전환한다.
충전기(1003)가 배터리 팩(1010)에 접속된다. 따라서, 충전 전류가 배터리 팩(1010)에 공급될 경우, 충전 제어용 FET(1100)의 소스 전압은 방전 제어용 FET(1200)의 소스 전압보다 낮게 된다. 방전 제어용 FET(1200)의 소스 전압은 반도체 장치(1005)의 Vss 단자 전압에 해당한다. 반도체 장치(1005)의 V- 단자에 저항이 접속되어 있지만, 충전 제어용 FET(11OO)의 소스 전압은 V- 단자가 하이 임피던스이기 때문에, V- 단자 전압과 실질적으로 같다.
따라서, 충전 전류가 배터리 팩(1010)에 공급될 경우, V- 단자 전압은 Vss 단자 전압보다 낮게 된다. V- 단자 전압이 Vss 단자 전압보다 미리 정해진 정도(충전 과전류 검출 전압) 낮게 될 경우, 충전 과전류가 검출되고, Cout은 로우 레벨이 된다. 이에, 충전 제어용 FET(11OO)는 오프로 전환된다. 충전 과전류 "I", 충전 과전류 검출 전압 "Vchgdet", 방전 제어용 FET(1200)과 충전 제어용 FET(1100)의 온(ON) 저항치 "Ron1", "Ron2"의 관계는 다음과 같이 표현된다.
I = Vchgdet/(Ron1+Ron2)
다음으로, 지연 시간 단축 회로(1024)의 기능 및 회로 구성에 대해 설명한다. 과충전 검출 회로(1011, 1013)에 의해 과충전이 검출될 경우 지연 시간이 통상 1s 이상이기 때문에, 그 지연 시간은 예컨대 반도체 장치 또는 보호 회로(도시 생략)를 테스트하는데 걸리는 시간의 증대라는 문제로 이어진다.
테스트 시간을 단축시키기 위해, 예컨대 반도체 장치 또는 보호 회로를 테스트하는 테스트 모드 시에, V- 단자에 통상 인가되지 않는 미리 정해진 신호(예컨대, -3 V)가 지연 시간 단축 회로(1024)에 인가된다. 대안으로, 테스트 신호를 지연 시간 단축 회로(1024)에 직접 인가하기 위해 테스트 단자를 지연 시간 단축 회로(1024)에 설치할 수도 있다. 미리 정해진 신호를 지연 시간 단축 회로(1024)에 인가함으로써, 발진 회로(1017)가 더 높은 주파수를 출력하여 지연 시간을 단축시킬 수 있다. 그 결과, 테스트 시간이 단축될 수 있다. 이러한 지연 시간 단축 회로의 구성은 과충전, 과방전, 방전 과전류 또는 충전 과전류가 검출될 경우에도 유효하지만, 지연 시간이 긴 과충전이 검출되는 경우에 특히 유효하다.
발진 회로(1017)는 정전류 인버터와 커패시터를 이용한 링 발진기로서 구성될 수 있다. 링 발진기의 발진 주파수가 정전류원의 정전류와, 커패시터의 용량, 및 정전류 인버터의 임계치에 의해 결정되기 때문에, 지연 시간은, 예컨대 정전류원의 정전류를 증가시키거나, 실질적으로 커패시터의 용량을 줄임으로써 또는 정전류 인버터의 임계치를 변경함으로써 단축될 수 있다.
대안으로, 지연 시간을 단축시키기 위해, 카운터 회로(1018)로부터 출력을 추출하는 위치를 변경하는 방법도 있다. 종래 기술예의 충방전 보호 회로의 회로 구성 및 동작에 대해서는 예컨대 일본 특허 출원 공개 제2002-176730호에 개시되어 있다.
과방전으로부터 복구하는 조건은 충방전 보호 회로가 래치형(latch type)인지 또는 과방전 복구형인지에 따라 다르다. 래치형인 경우, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리의 전압이 과방전 검출 전압 이상이 될 때, 과방전 검출 신호는 충전기가 충방전 보호 회로에 접속되어 있는 상태에서 로우(L) 레벨에서 하이(H) 레벨로 변한다. 과방전 복구형인 경우, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리의 전압이 과방전 복구 전압 이상이 될 때, 과방전 검출 신호는 충전기가 충방전 보호 회로에 접속되어 있는지에 관계없이 로우(L) 레벨에서 하이(H) 레벨로 변한다.
직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 구비한 충방전 보호 회로에 충전기가 접속되어 있는 경우에, 상기 복수의 2차 배터리 중 한쪽 배터리의 과방전이 검출된 상태에서, 복수의 2차 배터리 중 다른쪽 배터리의 과충전이 검출되면 충방전 보호 회로의 충전 제어용 FET를 오프로 전환시켜야 한다.
그러나, 충전 제어용 FET를 오프로 전환시키기 위해서는, 복수의 2차 배터리 중 한쪽 배터리의 과방전이 검출되는 경우에도 복수의 2차 배터리 중 다른쪽 배터리의 과충전의 검출을 인식해야만 한다. 이러한 인식을 얻기 위해서는 검출 회로를 포함한 충방전 보호 회로를 어느 정도 작동시켜 놓아야 한다.
그러나, 충방전 보호 회로를 작동시켜 놓기 위해서는, 과방전이 검출된 후에도 충방전 보호 회로에 스탠바이 전류가 흐르게 유지시켜 놓아야 한다. 이에 원하지 않는 일정한 소비 전력이 생긴다. 또한, 과방전 검출 후에 스탠바이 전류가 흐르는 것은 2차 배터리의 열화로 이어진다.
본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술의 한계 및 단점으로 인한 문제들 중 하나 이상을 실질적으로 해소하는 충방전 보호 회로, 배터리 팩, 및 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징 및 장점은 후술하며, 부분적으로 그 설명과 첨부 도면으로부터 분명해질 것이고, 혹은 명세서에 제공되는 교시에 따라 본 발명을 실시함으로써 습득될 수 있다. 본 발명의 다른 특징 및 장점과 함께 목적은 당업자가 본 발명을 실시하는 것이 가능하게 하기 위하여 명세서에 그렇게 충분, 명확, 간결, 정확한 용어로 구체적으로 나타내는 충방전 보호 회로, 배터리 팩, 및 전자 장치에 의해 실현되고 달성될 수 있다.
상기 장점 및 기타 장점을 달성하기 위하여 그리고 본 발명의 목적에 따르면, 명세서에서 구체화하여 넓게 설명하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태는, 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하고, 그 검출 결과에 따라, 방전 제어용 FET 또는 충전 제어용 FET를 온/오프로 전환함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 과충전, 과방전 및 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로로서, 과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하며, 충전기가 그 충방전 보호 회로에 접속되는 경우 상기 충전 제어용 FET를 오프로 전환하도록 구성된 과충전 보호 회로를 포함하는 충방전 보호 회로를 제공한다.
또, 본 발명의 또 다른 실시형태는, 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하고, 그 검출 결과에 따라, 방전 제어용 FET 또는 충전 제어용 FET를 온/오프로 전환함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 과충전, 과방전 및 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로로서, 과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하며, 상기 복수의 2차 배터리 중 한쪽 배터리의 과방전이 검출되는 동안 다른쪽 2차 배터리의 과충전이 검출될 경우, 상기 복수의 2차 배터리 중 상기 한쪽 배터리의 전압이 과방전 검출 전압 이하일 때에도 상기 방전 제어용 FET를 온으로 전환하고, 상기 충전 제어용 FET를 오프로 전환하도록 구성된 과충전 보호 회로를 포함하는 충방전 보호 회로를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는, 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하고, 그 검출 결과에 따라, 방전 제어용 FET 또는 충전 제어용 FET를 온/오프로 전환함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 과충전, 과방전 및 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로로서, 과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하며, 복수의 2차 배터리 중 한쪽 배터리의 과방전이 검출될 경우에, 상기 충전 제어용 FET를 오프로 전환함으로써, 상기 복수의 2차 배터리 중 상기 한쪽 배터리에서의 과전류를 막도록 구성된 과충전 보호 회로를 포함하는 충방전 보호 회로를 제공한다.
또, 본 발명의 또 다른 실시형태는 본 발명의 실시형태에 따른 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는 본 발명의 실시형태에 따른 배터리 팩을 포함하는 전자 장치, 이동 전화기, 휴대용 게임 장치, 디지털 카메라, 휴대용 음향 장치를 제공한다.
충방전 보호 회로의 일 실시형태에 있어서, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리가 평형을 잃는 경우에 충전 제어용 FET가 오프로 전환될 수 있기 때문에, 충전 전류가 충방전 보호 회로에 과도하게 흐르는 것을 막을 수 있다. 이에, FET의 열화를 방지할 수 있다.
충방전 보호 회로의 또 다른 실시형태에 있어서, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리가 평형을 잃는 경우에 방전 제어용 FET가 온으로 전환될 수 있고 충전 제어용 FET가 오프로 전환될 수 있기 때문에(즉, 충전 제어용 FET과 방전 제어용 FET 양쪽 모두가 오프로 전환되지 않는다), 충전 전류가 충방전 보호 회로에 과도하게 흐르는 것을 막을 수 있다. 이에, FET의 열화를 방지할 수 있다.
충방전 보호 회로의 또 다른 실시형태에 있어서, 2차 배터리의 과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하는 과충전 보호 회로에 수개의 논리 게이트가 이용되기 때문에, 칩 면적을 감축할 수 있다. 이에, 충방전 보호 회로의 사이즈 감축을 달성할 수 있다.
충방전 보호 회로의 또 다른 실시형태에 있어서, 과도한 충전 전류가 흐르는 것을 막을 수 있어 FET의 열화를 방지할 수 있는 충방전 보호 회로를, 배터리 팩, 또는 배터리 팩을 포함하는 전자 장치(예컨대, 이동 전화기, 휴대용 게임 장치, 디지털 카메라, 휴대용 음향 장치)에 내장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 충방전 보호 회로를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 과충전 보호 회로를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 종래 기술예에 따른 충방전 보호 회로를 설명하기 위한 개략도이다.
도면에 도시하는 실시형태에 기초하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 충방전 보호 회로(5)를 설명하기 위한 개략도이다. 본 발명의 실시형태에 따른 충방전 보호 회로(5)는 배터리 팩(10)에 내장된다. 본 발명의 실시형태에 따른 배터리 팩(10)은 전자 장치(500)에 설치된다. 전자 장치(500)는 예컨대 이동 전화기, 휴대용 게임 장치, 디지털 카메라 또는 휴대용 음향 장치이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 배터리 팩(10)의 주요 부분인 충방전 보호 회로(반도체 장치)(5)는 과충전 검출 회로(11)[배터리 셀(1)용]와, 또 다른 과충전 검출 회로(13)[배터리 셀(2)용]와, 과방전 검출 회로(12)[배터리 셀(1)용]와, 또 다른 과방전 검출 회로(14)[배터리 셀(2)용]과, 방전 과전류 검출 회로(15)와, 충전 과전류 검출 회로(16)와, 발진 회로(17)와, 카운터 회로(18)와, 논리 회로(19)와, 또 다른 논리 회로(23)와, 레벨 시프트 회로(20)와, 단락 검출 회로(21)와, 지연 회로(22)와, 지연 시간 단축 회로(24)와, 과충전 보호 회로(25)와, 스탠바이 회로(26)를 포함한다. 또한, 도 1에서, 도면 부호 3은 충전기를 나타내고, 도면 부호 100은 충전 제어용 FET를 나타내며, 도면 부호 200은 방전 제어용 FET를 나타낸다. 도 3에 도시한 충방전 보호 회로(1005)와의 몇몇 차이점은 과충전 보호 회로(25)가 충방전 보호 회로(5)에 추가된 것과, 스탠바이 회로(26)로부터의 스탠바이 신호가 과충전 보호 회로(25)에 입력되는 것이다.
직렬로 접속된 복수의 2차 배터리[본 실시형태에서는 배터리 셀(1과 2)]가 평형을 잃을 경우, 즉 한쪽 2차 배터리의 과충전이 검출되는 동안 다른쪽 2차 배터리의 과방전이 검출되는 경우, 전류가 과도하게 흐르는 것을 방지하기 위하여, 방전 제어용 FET(200)는 온으로 전환되고, 충전 제어용 FET(100)은 오프로 전환된다. 또한, 충전 제어용 FET(100)과 방전 제어용 FET(200) 양쪽 모두가 오프로 전환되면 충방전 보호 회로(5)를 이용할 수 없기 때문에, 본 발명의 이 실시형태에 따른 방전 제어 FET(100)은 항상 온으로 전환된다.
도 2는 과충전 검출을 우선하는 과충전 보호 회로의 실시형태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1에서 스탠바이 회로(26)로부터 과충전 보호 회로(25)에 입력된 내부 신호인 스탠바이 신호 A는 2차 배터리(1, 2) 중 한쪽의 과방전이 검출되는 경우 로우(L) 레벨이 되고, 충방전 보호 회로(5)가 통상 모드일 경우에 그리고 충전기(3)가 접속되는 경우에 하이(H) 레벨이 된다.
과충전 검출 회로(11, 13)의 내부 신호인 과충전 검출 신호 B는 과충전이 검출되지 않을 경우에 로우 레벨이 되고, 과충전이 검출되는 경우 하이 레벨이 된다.
과방전 검출 회로(12, 14)의 내부 신호인 과방전 검출 신호 C는 과방전이 검출되지 않을 경우에 하이 레벨이 되고, 과방전이 검출되는 경우 로우 레벨이 된다.
과방전 검출 회로(12, 14)의 내부 신호인 과방전 검출 확인 신호 D는 과방전이 검출되고 나서 과방전 지연 시간이 경과한 후에 하이 레벨이 되고, 과방전이 검출되지 않을 경우에는 로우 레벨이 된다.
(A) <과충전, 과방전 또는 과전류가 검출되지 않는 경우>
과충전, 과방전 또는 과전류가 검출되지 않는 경우에, 충전 제어용 FET(100)과 방전 제어용 FET(200)의 양쪽 모두는 온으로 전환된다. 과방전이 검출되지 않기 때문에, 스탠바이 신호 A는 하이 레벨이 된다.
과충전 검출 신호 B는 과충전이 검출되지 않기 때문에 로우 레벨이 되고, NAND 회로(M1)로부터는 하이 레벨 신호가 출력된다. NAND 회로(M1)로부터 하이 레벨 신호가 인버터 회로(M2)에 입력되기 때문에, 인버터 회로(M2)는 로우 레벨 신호를 출력한다.
과방전 검출 신호 C는 과방전이 검출되지 않기 때문에 하이 레벨이 된다. 인버터 회로(M2)로부터 출력된 로우 레벨 신호와 하이 레벨의 과방전 검출 신호 C가 NOR 회로(M3)에 입력된다. 이 경우, NOR 회로(M3)로부터는 로우 레벨 신호가 출력된다.
과방전 검출 확인 신호 D는 과방전이 검출되지 않는 경우에 로우 레벨이 된다. NOR 회로(M3)로부터 출력된 로우 레벨 신호와 로우 레벨의 과방전 검출 확인 신호 D가 XNOR 회로(M4)에 입력된다. 이 경우, XNOR 회로(M4)로부터는 하이 레벨 신호가 출력된다. XNOR 회로(M4)로부터 하이 레벨 신호가 출력되기 때문에, 카운터(E)는 비활성 상태를 유지한다.
(B) <한쪽 배터리 셀의 과방전이 검출되는 동안 다른쪽 배터리 셀의 전압이 과방전 검출 전압 이상, 과충전 검출 전압 이하인 경우>
직렬로 접속된 복수의 2차 배터리(본 실시형태에서는 2개의 2차 배터리) 중 한쪽 배터리 셀(1)의 과방전이 검출되는 동안 다른쪽 배터리 셀(2)의 전압이 과방전 검출 전압 이상, 과충전 검출 전압(과방전 복구 전압) 이하인 경우, 스탠바이 신호 A는 로우 레벨이 된다.
과충전 검출 신호 B는 과충전이 검출되지 않기 때문에 로우 레벨이 된다. 따라서, 로우 레벨의 스탠바이 신호 A와 로우 레벨의 과충전 검출 신호 B가 NAND 회로(M1)에 입력되어, NAND 회로(M1)는 하이 레벨 신호를 출력하게 된다. 하이 레벨 신호가 인버터 회로(M2)에 입력되기 때문에, 인버터 회로(M2)는 로우 레벨 신호를 출력한다.
과방전 검출 신호 C는, 2차 배터리 양쪽 모두의 전압이 과충전 검출 전압 이하, 과방전 검출 전압 이상인 경우에는 하이 레벨이 되지만, 2차 배터리 중 어느 한쪽의 전압이 과충전 검출 전압 이하인 경우에는 로우 레벨이 된다. 인버터 회로(M2)로부터 출력된 로우 레벨 신호와 로우 레벨의 과방전 검출 신호 C가 NOR 회로(M3)에 입력된다. 이 경우, NOR 회로(M3)로부터는 하이 레벨 신호가 출력된다.
과방전 검출 확인 신호 D는, 과방전 검출 후에 카운터(E)가 동작하고 지연 시간이 경과할 경우 하이 레벨이 되도록 구성된다. 따라서, NOR 회로(M3)로부터 출력된 하이 레벨 신호와 로우 레벨의 과방전 검출 확인 신호 D가 XNOR 회로(M4)에 입력된다. 이 경우, XNOR 회로(M4)로부터는 로우 레벨 신호가 출력된다. XNOR 회로(M4)로부터 출력된 로우 레벨 신호에 의해 카운터(E)가 동작한다. 카운터(E)는 과방전이 검출되는 경우 미리 정해진 지연 시간을 계측하도록 구성된다. 미리 정해진 지연 시간이 경과한 후에, 과방전 검출 확인 신호 D는 하이 레벨이 된다.
(C) <한쪽 배터리 셀의 과방전이 검출되는 동안, 충전기가 충방전 보호 회로에 접속되는 상태에서 다른쪽 배터리 셀의 과충전이 검출되는 경우>
한쪽 배터리 셀(1)의 과방전이 검출되는 동안 충전기(3)가 충방전 보호 회로(5)에 접속되는 상태에서 다른쪽 배터리 셀(2)의 과충전이 검출될 때, 스탠바이 신호 A는 충전기(3)가 충방전 보호 회로(5)에 접속되어 있기 때문에 하이 레벨이 된다.
다른쪽 배터리 셀(2)의 과충전이 검출되는 경우, 과충전 검출 신호 B는 하이 레벨이 된다. 따라서, 하이 레벨의 스탠바이 신호 A와 하이 레벨의 과방전 검출 회로 B가 NAND 회로(M1)에 입력된다. 이 경우, NAND 회로(M1)로부터 로우 레벨 신호가 출력되어 인버터 회로(M2)에 입력된다. 이에, 인버터 회로(M2)로부터는 하이 레벨 신호가 출력된다.
한쪽 배터리 셀(1)의 과방전이 검출되는 경우, 과방전 검출 신호 C는 로우 레벨이 된다. 따라서, 로우 레벨의 과방전 검출 신호 C와 인버터 회로(M2)로부터 출력된 하이 레벨 신호가 NOR 회로(M3)에 입력된다. 이 경우, NOR 회로(M3)로부터는 로우 레벨 신호가 출력된다.
배터리 셀(1)의 과방전이 검출되기 때문에, 과방전 검출 확인 신호 D는 하이 레벨이 된다. 따라서, NOR 회로(M3)로부터 출력된 로우 레벨 신호와 하이 레벨의 과방전 검출 확인 신호 D가 XNOR 회로(M4)에 입력된다. 이 경우, XNOR 회로(M4)로부터는 로우 레벨 신호가 출력된다. XNOR 회로(M4)로터 출력된 로우 레벨 신호가 카운터(E)를 동작시켜, 강제적으로 방전 제어용 FET(200)는 온으로 전환되고 (과충전이 검출되기 때문에) 충전 제어용 FET(1OO)는 오프로 전환된다. 따라서, 충방전 보호 회로(5)는 충전 금지 모드로 진입한다.
(D) <한쪽 배터리 셀의 과충전이 검출된 다음, 충방전 보호 회로로부터 충전기를 접속 해제함으로써 다른쪽 배터리 셀의 과방전이 검출되는 경우>
한쪽 배터리 셀(1)의 과충전이 검출된 다음, 충방전 보호 회로(5)로부터 충전기(3)를 접속 해제함으로써 다른쪽 배터리 셀(2)의 과방전이 검출되는 경우, 먼저 과충전 검출 신호 B는 배터리 셀(1)의 과충전 검출로 하이 레벨이 되지만, 스탠바이 신호 A는 이 단계에서 과방전이 검출되지 않기 때문에 하이 레벨이 된다. 따라서, NAND 회로(M1)는 로우 레벨 신호를 출력한다. NAND 회로(M1)로부터 출력된 로우 레벨 신호가 인버터 회로(M2)에 입력되기 때문에, 인버터 회로(M2)는 하이 레벨 신호를 출력한다.
다른쪽 배터리 셀(2)의 과방전이 검출되는 경우, 과방전 검출 신호 C는 로우 레벨 신호가 되지만, 다른쪽 배터리 셀(2)의 과방전이 아직 검출되지 않은 경우에, 과방전 검출 신호 C는 하이 레벨 신호가 된다. 인버터 회로(M2)로부터 출력된 하이 레벨 신호와 과방전 검출 신호 C가 NOR 회로(M3)에 입력되기 때문에, 한쪽 배터리 셀(1)의 과충전이 검출된 다음 다른쪽 배터리 셀(2)의 과방전이 검출되는 경우, 충전 제어용 FET(1OO)가 오프로 전환됨으로써 과충전 상태가 유지될 수 있고, 과도한 전류 흐름을 막을 수 있다.
전술한 과충전 보호 회로(25)의 구성을 기존의 회로에 적용하여 양쪽 회로의 사이즈 및 칩 면적을 감축시킬 수 있다. 도 2에 도시한 과충전 보호 회로(25)의 구성은 본 발명의 일 실시형태일 뿐임을 주지해야 한다. 도 2에 도시한 과충전 보호 회로(25)와 논리적으로 등가의 구성을 이용할 수도 있다. 예컨대, NAND 회로(M1)와 인버터 회로(M2)를 단일 AND 회로로 대체할 수도 있다.
전술한 충방전 보호 회로의 일 실시형태에 있어서, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리가 평형을 잃는 경우에 충전 제어용 FET가 오프로 전환될 수 있기 때문에, 충전 전류가 충방전 보호 회로에 과도하게 흐르는 것을 막을 수 있다. 이에, FET의 열화를 방지할 수 있다.
전술한 충방전 보호 회로의 또 다른 실시형태에 있어서, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리가 평형을 잃는 경우에 방전 제어용 FET가 온으로 전환될 수 있고 충전 제어용 FET가 오프로 전환될 수 있기 때문에(즉, 충전 제어용 FET과 방전 제어용 FET 양쪽 모두가 오프로 전환되지 않는다), 충전 전류가 충방전 보호 회로에 과도하게 흐르는 것을 막을 수 있다. 이에, FET의 열화를 방지할 수 있다.
전술한 충방전 보호 회로의 또 다른 실시형태에 있어서, 2차 배터리의 과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하는 과충전 보호 회로를 수개의 논리 게이트로 이용하기 때문에, 칩 면적을 감축할 수 있다. 이에, 충방전 보호 회로의 사이즈 감축을 달성할 수 있다.
전술한 충방전 보호 회로의 또 다른 실시형태에 있어서, 과도한 충전 전류가 흐르는 것을 막을 수 있어 FET의 열화를 방지할 수 있는 충방전 보호 회로를, 배터리 팩, 또는 배터리 팩을 포함하는 전자 장치(예컨대, 이동 전화기, 휴대용 게임 장치, 디지털 카메라, 휴대용 음향 장치)에 내장할 수 있다.
또한, 본 발명은 이들 실시형태에 제한되지 않고, 본 발명의 범주에서 일탈하지 않고 변형 및 변경이 있을 수 있다.
본 출원은 일본 특허청에 2007년 9월 14일자로 출원한 일본 우선권 출원 제2007-238685호에 기초하여, 이 특허문헌의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 원용된다.
1, 2: 배터리 셀 3: 충전기
10: 배터리팩 11, 13: 과충전 검출 회로
12, 14: 과방전 검출 회로 15: 방전 과전류 검출 회로
16: 충전 과전류 검출 회로 17: 발진 회로
18: 카운터 19, 23: 논리 회로
20: 레벨 시프트 회로 21: 단락 검출 회로
22: 지연 회로 24: 지연 시간 단축 회로
25: 과충전 보호 회로 26: 스탠바이 회로
1OO: 충전 제어용 FET 200: 방전 제어용 FET

Claims (10)

  1. 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하고, 그 검출 결과에 따라, 방전 제어용 FET 또는 충전 제어용 FET를 온/오프로 전환함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 과충전, 과방전 및 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로에 있어서,
    과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하며, 충전기가 상기 충방전 보호 회로에 접속되는 경우에 상기 충전 제어용 FET를 오프로 전환하도록 구성된 과충전 보호 회로
    를 포함하는 충방전 보호 회로.
  2. 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하고, 그 검출 결과에 따라, 방전 제어용 FET 또는 충전 제어용 FET를 온/오프로 전환함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 과충전, 과방전 및 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로에 있어서,
    과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하며, 상기 복수의 2차 배터리 중 한쪽 배터리의 과방전이 검출되는 동안 다른쪽 2차 배터리의 과방전이 검출되는 경우, 상기 복수의 2차 배터리 중 상기 한쪽 배터리의 전압이 과방전 검출 전압 이하일 때에도, 상기 방전 제어용 FET를 온으로 전환하고 상기 충전 제어용 FET를 오프로 전환하도록 구성된 과충전 보호 회로
    를 포함하는 충방전 보호 회로.
  3. 과충전, 과방전 및 과전류를 검출하고, 그 검출 결과에 따라, 방전 제어용 FET 또는 충전 제어용 FET를 온/오프로 전환함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 배터리를 과충전, 과방전 및 과전류로부터 보호하는 충방전 보호 회로에 있어서,
    과충전에 대응하는 검출 결과를 우선하며, 상기 복수의 2차 배터리 중 한쪽 배터리의 과충전이 검출되는 경우에 상기 충전 제어용 FET를 오프로 전환함으로써 상기 복수의 2차 배터리 중 상기 한쪽 배터리에서의 과전류를 막도록 구성된 과충전 보호 회로
    를 포함하는 충방전 보호 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 과충전 보호 회로는,
    스탠바이 신호와 과충전 검출 신호를 수신하는 NAND 회로로서, 상기 스탠바이 신호는, 과방전이 검출되는 경우 로우 레벨이 되고, 상기 충방전 보호 회로가 통상 모드일 경우 그리고 상기 충전기가 상기 충방전 보호 회로에 접속되는 경우에 하이 레벨이 되며, 상기 과충전 검출 신호는, 과충전이 검출되지 않을 경우 로우 레벨이 되고, 과충전이 검출되는 경우 하이 레벨이 되는 것인, NAND 회로와,
    상기 NAND 회로로부터의 출력 신호를 수신하는 인버터 회로와,
    상기 인버터 회로로부터의 출력 신호와, 과방전이 검출되지 않을 경우 하이 레벨이 되고 과방전이 검출되는 경우 로우 레벨이 되는 과방전 검출 신호를 수신하는 NOR 회로와,
    상기 NOR 회로로부터의 출력 신호와, 과방전 검출 후 지연 시간이 경과할 경우 하이 레벨이 되고 과방전이 검출되지 않을 경우 로우 레벨이 되는 과방전 검출 확인 신호를 수신하는 XNOR 회로
    를 포함하는 것인 충방전 보호 회로.
  5. 제1항에 기재한 충방전 보호 회로를 포함하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 기재한 배터리 팩을 포함하는 전자 장치.
  7. 제5항에 기재한 배터리 팩을 포함하는 이동 전화기.
  8. 제5항에 기재한 배터리 팩을 포함하는 휴대용 게임 장치.
  9. 제5항에 기재한 배터리 팩을 포함하는 디지털 카메라.
  10. 제5항에 기재한 배터리 팩을 포함하는 휴대용 음향 장치.
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