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KR101962777B1 - 부하/충전기 감지 회로, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법 - Google Patents

부하/충전기 감지 회로, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법 Download PDF

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KR101962777B1
KR101962777B1 KR1020120149899A KR20120149899A KR101962777B1 KR 101962777 B1 KR101962777 B1 KR 101962777B1 KR 1020120149899 A KR1020120149899 A KR 1020120149899A KR 20120149899 A KR20120149899 A KR 20120149899A KR 101962777 B1 KR101962777 B1 KR 101962777B1
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온세미컨덕터코리아 주식회사
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Abstract

부하/충전기 감지 회로, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법이 개시된다. 부하/충전기 감지 회로는 전류원, 상기 전류원에 연결되어 상기 전류원의 전류 값을 복사하는 전류 미러, 충전기 또는 부하에 대응하는 전압을 제공하는 제1 단자와 전원 사이에 직렬로 연결되는 적어도 2개의 저항, 그리고 제1 단자와 상기 전류 미러 사이에 연결되는 제너 다이오드를 포함한다.

Description

부하/충전기 감지 회로, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법 {LOAD/CHARGER DETECTION CIRCUIT, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM COMPRISING THE SAME AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 부하/충전기 감지 회로, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
배터리는 전기 에너지를 충전하여 각종 전자 기기에 전기 에너지를 공급하는 역할을 한다. 특히 2차 배터리(전지)는 전기 에너지를 재충전하여 사용할 수 있으며 출력을 높이기 위해 복수의 셀의 쌓아서 구현한다. 복수의 셀을 포함하는 2차 배터리는 방전 동작뿐만 아니라 충전 동작이 모두 수행되며, 이러한 충전 및 방전 동작을 효율적으로 관리하기 위해, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 'BMS'라 함)이 탑재되어 있다.
배터리 관리 시스템(BMS)은 2차 배터리에 부하가 연결될 경우 부하의 연결을 감지하여 2차 배터리의 충전 전압을 부하(Load)에 공급하는 동작을 제어한다. 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)은 2차 배터리에 충전기가 연결될 경우 충전기의 연결을 감지하여 충전기로부터 2차 배터리로 전류를 공급하는 동작을 제어한다.
이러한 부하의 연결 또는 충전기의 연결을 감지하기 위해 배터리 관리 시스템(BMS)는 감지 회로를 포함하는데, 감지회로는 일반적으로 비교기 및 기준 전압을 포함하고 있다. 그러나 비교기 및 기준 전압을 사용하는 경우 전력 소비가 높아, 전력 소비를 중요시하는 배터리의 특성상 문제를 야기할 수 있다. 특히 부하 또는 충전기가 연결되지 않은 경우에도 비교기 및 기준 전압으로 인해 전력 소비가 높아지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고 하는 과제는 전력 소비를 줄일 수 있는 부하/충전기 감지 회로, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 부하/충전기 감지 회로가 제공된다. 상기 부하/충전기 감지회로는, 전류원; 상기 전류원에 연결되어 상기 전류원의 전류 값을 복사하는 전류 미러; 충전기 또는 부하에 대응하는 전압을 제공하는 제1 단자와 전원 사이에 직렬로 연결되는 적어도 2개의 저항; 및 상기 제1 단자와 상기 전류 미러 사이에 연결되는 제너 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 부하/충전기 감지회로는, 상기 적어도 2개의 저항 간의 접점에 입력단이 연결되는 제1 인버터; 및 상기 전류원과 상기 전류 미러 간의 접점에 입력단이 연결되는 제2 인버터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 인버터의 출력은 상기 충전기가 연결됨을 나타내는 신호이며, 상기 제2 인버터의 출력은 상기 부하가 연결됨을 나타내는 신호일 수 있다.
상기 부하/충전기 감지회로는, 상기 제1 단자와 상기 제너 다이오드 사이에 연결되는 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 전류 미러는, 상기 제너 다이오드에 제1 단과 제어단이 연결되는 제1 트랜지스터; 및 상기 제1 트랜지스터의 제어단에 제어단이 연결되고 상기 전류원에 제1 단이 연결되며 상기 제1 트랜지스터의 제2 단에 제2 단이 연결되는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 제1 단자의 전압은 상기 로드가 연결된 경우가 상기 충전기가 연결된 경부보다 더 높은 전압일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 배터리 관리 시스템이 제공된다. 상기 배터리 관리 시스템은, 부하 또는 충전기가 연결되는 경우, 이에 대응하는 제1 전압을 제공하는 제1 단자; 상기 제1 단자를 통해 상기 제1 전압을 입력 받으며, 상기 부하가 연결되는 경우 제1 신호를 제공하며 상기 충전기가 연결되는 경우 제2 신호를 제공하는 부하/충전기 감지부; 및 상기 제1 신호에 대응하여 배터리 셀로부터 상기 부하로 방전시키도록 제어하며, 상기 제2 신호에 대응하여 상기 충전기부터 상기 배터리 셀로 충전시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 부하/충전기 감지부는, 전압원과 상기 제1 단자 사이에 직렬로 연결되는 적어도 2개의 저항; 전류원에 연결되어 상기 전류원의 전류 값을 복사하는 전류 미러; 및 상기 1 단자와 상기 전류 미러 사이에 연결되는 제너 다이오드를 포함할 수 있으며, 상기 제1 신호는 상기 전류원과 상기 전류 미러 간의 제1 접점의 전압에 대응하며, 상기 제2 신호는 상기 적어도 2개의 저항 간의 제2 접점의 전압에 대응할 수 있다.
상기 제1 전압은 상기 로드가 상기 제1 단자에 연결된 경우가 상기 충전기가 상기 제1 단자에 연결된 경우 보다 더 높은 전압일 수 있다.
상기 부하/충전기 감지부는, 상기 제1 접점에 입력이 연결되며 상기 제2 신호를 출력하는 제1 인버터; 및 상기 제2 접점에 입력이 연결되며 상기 제1 신호를 출력하는 제2 인버터를 더 포함할 수 있다.
상기 부하 또는 충전기는 상기 배터리 셀의 제1 단과 상기 제1 단자 사이에 연결되며, 상기 제2 신호에 대응하여 스위칭하는 충전 스위치와 상기 제1 신호에 대응하여 스위칭하는 방전 스위치는, 상기 제1 단자와 상기 배터리 셀의 제2 단 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 배터리 관리 시스템의 구동 방법이 제공된다. 상기 배터리 관리 시스템의 구동 방법은, 전류원을 제공하는 단계; 상기 전류원에 연결되며 상기 전류원의 전류 값을 복사하는 전류 미러를 제공하는 단계; 충전기가 연결되는 경우 제1 전압이 되며 부하가 연결되는 경우 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압이 되는 제1 단자를 제공하는 단계; 전압원과 상기 제1 단자 사이에 직렬로 연결되는 적어도 2개의 저항을 제공하는 단계; 상기 충전기가 연결되는 경우 상기 전류 미러를 동작시키지 않아, 상기 적어도 2개의 저항간의 접점에 제1 신호를 제공하는 단계; 상기 부하가 연결되는 경우 상기 전류 미러를 동작시켜, 상기 전류원과 상기 전류 미러간의 접점에 제2 신호를 제공하는 단계; 및 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 대응하여, 배터리 셀을 충전 또는 방전 시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 충전 또는 방전 시키는 단계는, 상기 제1 신호에 대응하여 상기 배터리 셀을 충전시키는 단계; 및 상기 제2 신호에 대응하여 상기 배터리 셀을 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템의 구동 방법은, 상기 제1 단자와 상기 전류 미러 사이에 제너 다이오드를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제너 다이오드는 상기 부하가 연결되는 경우 항복 전압이 발생될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템의 구동 방법은, 상기 제1 신호를 반전하는 제1 인버터를 제공하는 단계; 및 상기 제2 신호를 반전하는 제2 인버터를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 인버터의 출력신호는 상기 충전기가 상기 배터리 셀에 연결됨을 나타내며 상기 제2 인버터의 출력신호는 상기 부하가 상기 배터리 셀에 연결됨을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 별도의 비교기와 기준 전압을 사용하지 않고 낮은 전류원을 사용하여 전력 소비를 줄일 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면 부하 또는 충전기가 연결되지 않는 경우에도 낮은 전류원의 전류만이 흐르므로 전력 소비를 더욱 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100) 및 배터리 관리 시스템(100)의 주변 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 부하(300)가 충전기(300')로 대체된 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지부(140)를 나타내는 회로도이다.
도 4는 부하가 셀(200)에 연결된 경우(즉, 도 2와 같은 경우) 도 3 회로의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 부하가 셀(200)에 연결된 경우(즉, 도 1과 같은 경우) 도 3 회로의 동작을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지 회로, 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100) 및 배터리 관리 시스템(100)의 주변 장치를 나타내는 도면이다. 배터리 관리 시스템(100)의 주변 장치는 복수의 셀(200), 부하(300), 필터(400), 충전 트랜지스터(TRc), 방전 트랜지스터(TRd), 복수의 블리딩 (Bleeding) 저항(R1~R16) 및 전류 센싱 저항(Rcs)을 포함하며, 배터리 관리 시스템(100)과 연결되어 있다.
복수의 셀(200)은 서로 직렬로 연결되어 있으며, 각 셀에는 소정의 전압이 충전되어 있다. 복수의 셀(200) 각각은 소정의 전압을 충전하고 있으므로 도 1에서는 Vcl, Vc2, Vc3…. V15으로 나타내었다. 복수의 셀(200)의 전압은 블리딩 저항(R1~R16)을 통해 배터리 관리 시스템(100)의 셀 단자(C0~C16)로 각각 입력된다.
복수의 블리딩 저항(R0~R16) 각각은 복수의 셀(200)과 배터리 관리 시스템(100)의 복수의 셀 단자(C0~C16) 사이에 각각 연결된다. 즉, 블리딩 저항(R0)은 제1 셀(V0)의 일단(접지)과 셀 단자(C0)의 사이에 연결되며, 블리딩 저항(R1)은 제1 셀(V0)과 제2 셀(V1)의 접점과 셀 단자(C1)의 사이에 연결된다. 그리고 블리딩 저항(R2)은 제2 셀(V1)과 제3 셀(V2)의 접점과 셀 단자(C2)의 사이에 연결된다. 배터리 관리 시스템(100)은 셀 단자(C0~C16)를 통해 복수의 셀(V0~V15)의 전압 정보를 입력 받는다. 즉, 셀 단자(C0)의 전압과 셀 단자(C1)의 전압의 차가 제1 셀(V0)의 전압에 대응되며 셀 단자(C1)의 전압과 셀 단자(C2)의 전압의 차가 제2 셀(V1)의 전압에 대응된다. 이러한 복수의 블리딩 저항(R0~R16)은 각 셀의 전압을 감지하는데 사용될 수도 있고 셀 전압을 밸런싱(Blancing)하는데 사용될 수 있다. 도 1에서는 복수의 블리딩 저항(R0~R16)이 배터리 관리 시스템(100) 내부에 포함되지 않은 것으로 나타내었지만 배터리 관리 시스템(100) 내부에 복수의 블리딩 저항(R0~R16)이 포함될 수 있다. 그리고 도 1에서 복수의 셀(200)의 개수는 변동이 가능하며, 이 경우 블리딩 저항의 개수 및 셀 단자의 개수도 변동 가능하다.
전류 센싱 저항(Rcs)은 방전 트랜지스터(TRd)와 접지(그라운드) 사이에 연결되며, 배터리 관리 시스템(100)은 전류 단자(CS)를 통해 충전 전류 또는 방전 전류의 정보를 입력 받는다.
필터(400)는 다이오드(Dl), 저항(Rl) 및 커패시터(Cl)를 포함하며, 복수의 셀의 총 전압(V0+V1+….V15)의 고주파 성분(노이즈 성분)을 제거하는 저대역 통과 필터(LPF)이다. 필터(400)를 통과한 복수의 셀의 총 전압은 배터리 관리 시스템(100)의 단자(Vcc)에 입력된다.
부하(300, load)는 복수의 셀(400)에 충전된 전력이 공급되는 대상으로 각종 전자 기기가 될 수 있다. 도 1에서와 같이 부하(300)가 배터리 관리 시스템(100)에 연결되는 경우에는 방전 동작이 수행되는 경우를 나타낸다. 그리고 아래의 도 2에서와 설명하는 바와 같이 충전 동작이 수행될 시에는 부하(300) 대신에 충전기(300')가 위치한다.
충전 트랜지스터(TRc)의 드레인과 방전 트랜지스터(TRd)의 소스는 서로 연결되어 있다. 충전 트랜지스터(TRc)의 소스는 부하(300)에 연결되고 방전 트랜지스터(TRd)의 드레인은 센싱 저항(Rcs)에 연결되어 있다. 충전 트랜지스터(TRc)의 게이트는 배터리 관리 시스템(100)의 충전 단자(CHG)에 연결되며 방전 트랜지스터(TRc)의 게이트는 배터리 관리 시스템(100)의 방전 단자(DSG)에 연결되며, 배터리 관리 시스템(100)에 의해 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)의 스위칭이 제어된다. 복수의 셀(200)이 충전될 시에는 충전 트랜지스터(TRc)가 턴온되며 복수의 셀(200)이 방전될 시에는 방전 트랜지스터(TRd)가 턴온된다. 도 1에서는 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)를 N-type MOSFET으로 나타내었지만 P-type MOSFET, BJT 등 스위치 동작을 수행하는 다른 트랜지스터가 사용될 수 있다. 그리고 도 1에서는 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)가 배터리 관리 시스템(100) 내부에 포함되지 않은 것으로 나타내었지만 배터리 관리 시스템(100) 내부에 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)가 포함될 수 있다.
한편 충전 또는 방전 동작의 이전 즉, 부하(300) 또는 충전기(300')가 연결되는 시점에는 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)가 턴오프 상태를 유지하고 있다.
그리고 부하(300)와 충전 트랜지스터(TRc)의 소스간의 접점은 감지 단자(DET)에 연결되며, 배터리 관리 시스템(100)의 감지 단자(DET)는 부하(300) 또는 충전기(300')의 연결 상태를 감지하는데 사용된다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 제어부(120), 부하/충전기 감지부(140) 및 각종 단자를 포함한다.
제어부(120)는 셀 단자(C0~C16)를 통해 복수의 셀(V0~V15)의 전압 정보를 입력 받으며, 단자(Vcc)를 통해 복수의 셀(V0~V15)의 총 전압 정보를 입력 받는다. 그리고 제어부(120)는 전류 단자(CS)를 통해 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 정보를 입력 받는다. 그리고 제어부(120)는 충전 단자(CHG)를 통해 충전 트랜지스터(TRc)를 스위칭하는 제어 신호를 출력하며 방전 단자(DSG)를 통해 방전 트랜지스터(TRd)를 스위칭하는 제어 신호를 출력한다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 제어부(120)는 방전 또는 충전 동작을 수행하기 전에는 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)를 턴오프 유지한다. 즉, 제어부(120)는 부하(300) 또는 충전기(300', 도 2에 나타내었음)가 연결되는 초기시점에는 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)를 턴온프한다. 그리고 제어부(120)는 부하(300)가 연결되는 것을 감지하고 방전 동작을 수행하고자 하는 경우에는 방전 트랜지스터(TRd)를 턴온하고 충전 트랜지스터(TRd)를 턴오프한다. 제어부(120)는 충전기(300')가 연결되는 것을 감지하고 충전 동작을 수행하고자 하는 경우에는 충전 트랜지스터(TRc)를 턴온하고 방전 트랜지스터(TRd)를 턴오프한다. 한편 제어부(120)는 배터리 효율을 높이기 위해 방전 동작 또는 충전 동작시 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)를 모두 턴온할 수도 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지부(140)는 감지 단자(DET)를 통해 감지 전압(Vdet)을 입력 받으며 감지 전압(Vdet)에 따라 부하 신호(Sload) 및 충전기 신호(Schg)를 제어부(120)로 출력한다. 부하/충전기 감지부(140)는 부하(300)가 연결된 경우 감지 결과를 부하 신호(Sload)에 포함시켜 전송하며 충전기(300')가 연결된 경우 감지 결과를 충전기 신호(Schg)에 포함시켜 전송한다. 여기서 제어부(120)는 부하/충전기 감지부(140)로부터 입력 받은 부하 신호(Sload) 및 충전기 신호(Schg)에 따라 충전 트랜지스터(TRd) 및 방전 트랜지스터(TRc)를 제어한다.
도 2는 도 1에서 부하(300)가 충전기(300')로 대체된 것을 나타내는 도면이다. 부하(300)가 충전기(300')로 대체 된 것을 제외하고 도 2는 도 1과 동일하다. 이와 같이 충전기(300')가 연결되는 경우는 충전 동작이 수행되는 경우를 나타낸다. 여기서 충전 동작을 수행하기 위해서, 충전기 양단의 전압(Vchg)은 복수의 셀의 전체 전압(Vcc)보다 높은 전압이다.
본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지부(140)는 전력 소비를 줄이는 회로 구성인바, 이하에서는 이에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지부(140)를 나타내는 회로도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지부(140)는 전압원(VDD), 전류원(I), 저항(R31, R32, R33), 트랜지스터(TR31, TR32), 제너 다이오드(ZD) 및 인버터(INV1, INV2)를 포함한다.
저항(R31)과 저항(R32)는 전압원(VDD)와 감지 단자(DET)사이에 직렬로 연결되며, 저항(R31)과 저항(R32)의 접점에 인버터(INV1)의 입력이 연결된다. 여기서 인버터(INV1)의 출력이 충전기 신호(Schg)가 된다.
저항(R33)의 일단은 감지 단자(DET)에 연결되며 저항(R33)의 타단은 제너 다이오드(ZD)의 캐소드에 연결된다. 제너 다이오드(ZD)의 애노드는 트랜지스터(TR31)의 드레인에 연결된다. 도 3에서, 제너 다이오드(ZD)의 항복 전압을 Vzd로 나타내었다.
트랜지스터(TR31)는 게이트와 드레인이 서로 연결되며, 트랜지스터(TR31)의 소스는 접지에 연결된다. 그리고 트랜지스터(TR31)의 게이트와 트랜지스터(TR32)의 게이트는 서로 연결되며, 트랜지스터(TR32)의 소스는 접지에 연결된다. 트랜지스터(TR32)의 드레인은 전류원(I)에 연결된다. 도 3에서 트랜지스터(TR31)의 게이트-소스간 전압을 Vgs로 나타내었다. 여기서 트랜지스터(TR31)과 트랜지스터(TR32)는 전류 미러를 형성하며, 이러한 전류 미러에 의해 트랜지스터(TR31)의 드레인 전류는 전류원(I)의 K배인 전류(K*I)가 복사된다. K 값은 트랜지스터(TR31)과 트랜지스터(TR32)의 채널의 폭 등에 의해 결정된다.
그리고 인버터(INV2)의 입력은 전류원과 트랜지스터(TR32)의 접점에 연결되며, 인버터(INV2)의 출력은 부하 신호(Sload)가 된다.
이하에서는 도 3과 같은 부하/충전기 감지부(140)가 부하 또는 충전기의 연결을 감지하는 방법에 대해서 알아본다.
먼저, 도 2와 같이 충전기(300')가 셀(200)에 연결된 경우, 부하/충전기 감지부(140)가 충전기 연결을 감지하여 충전기 신호(Schg)를 발생시키는 방법에 대해서 알아본다.
도 4는 부하가 셀(200)에 연결된 경우(즉, 도 2와 같은 경우) 도 3 회로의 동작을 나타내는 도면이다.
상기에서 설명한 바와 같이 충전기가 연결되는 시점에는 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)는 턴오프 상태이다. 따라서 도 4에 나타낸 바와 같이 감지 단자(DET)의 전압인 감지 전압(Vdet)은 복수의 셀(200)의 전체 전압(Vcc)에서 충전기 양단의 전압(Vchg)를 뺀 값이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 충전기 양단의 전압(Vchg)이 복수의 셀의 전체 전압(Vcc)보다 크므로, 감지 전압(Vdet)은 음의 값을 가진다.
감지 전압(Vdet)이 음의 값을 가지는 경우, 제너 다이오드(ZD)에 항복 전압이 발생하지 않아 트랜지스터(TR31, TR32)가 전류 미러로서 동작하지 않는다. 따라서 저항(R31)과 저항(R32)의 전압 분배에 의해, 인버터(INV1)의 입력은 로우 레벨(Low)이 된다. 그리고 인버터(INV1)의 출력은 하이 레벨(High)로 된다. 즉, 충전기 신호(Schg)가 하이 레벨(High)이 된다.
한편 전류 미러가 동작하지 않으므로 인버터(INV2)의 입력은 하이 레벨(High)이 되며, 인버터(INV2)의 출력은 로우 레벨(Low)이 된다. 즉, 부하 신호(Schg)가 로우 레벨(Low)이 된다.
이와 같이 충전기(300')가 복수의 셀(200)에 연결된 경우, 부하/충전기 감지부(140)는 하이 레벨인 충전기 신호(Schg) 및 로우 레벨인 부하 신호(Sload)를 출력한다. 제어부(120)는 하이 레벨인 충전기 신호(Schg)를 입력 받는 경우 충전기가 연결된 것을 감지하게 되며 충전 동작을 위해 충전 트랜지스터(TRd)를 턴온한다.
다음으로 도 1과 같이 부하(300)가 셀(200)에 연결된 경우, 부하/충전기 감지부(140)가 부하 연결을 감지하여 부하 신호(Sload)를 발생시키는 방법에 대해서 알아본다.
도 5는 부하가 셀(200)에 연결된 경우(즉, 도 1과 같은 경우) 도 3 회로의 동작을 나타내는 도면이다.
상기에서 설명한 바와 같이 부하가 연결되는 시점에는 충전 트랜지스터(TRc) 및 방전 트랜지스터(TRd)는 턴오프 상태이다. 따라서 도 4에 나타낸 바와 같이 감지 단자(DET)의 전압인 감지 전압(Vdet)은 복수의 셀(200)의 전체 전압(Vcc)이 된다. 따라서 감지 전압(Vdet)는 충전기가 연결된 경우의 전압(Vcc-Vchg)보다 훨씬 높은 전압이 된다.
감지 전압(Vdet)이 Vcc 전압이 되는 경우, 저항(R31)과 저항(R32)의 전압 분배에 의해 인버터(INV1)의 입력은 하이 레벨(High)이 된다. 그리고 인버터(INV1)의 출력은 로우 레벨(Low)이 된다. 즉, 충전기 신호(Schg)가 로우 레벨(Low)가 된다.
그리고 감지 전압(Vdet)인 Vcc는 Vzd(제너 다이오드의 항복 전압)+Vgs(TR31의 게이트-소스 전압)보다 높으므로, 트랜지스터(TR31, TR32)가 전류 미러로서 동작하게 된다. 전류 미러가 동작하는 경우, 인버터(INV2)의 입력은 로우 레벨(Low)이 되며 인버터(INV2)의 출력은 하이 레벨(High)이 된다. 즉, 부하 신호(Schg)가 하리 레벨(High)이 된다.
이와 같이 부하(300)가 복수의 셀(200)에 연결된 경우, 부하/충전기 감지부(140)는 로우 레벨인 충전기 신호(Schg) 및 하이 레벨인 부하 신호(Sload)를 출력한다. 제어부(120)는 하이 레벨인 부하 신호(Sload)를 입력 받는 경우 부하가 연결된 것을 감지하게 되며 방전 동작을 위해 충전 트랜지스터(TRc)를 턴온한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지부(140)는 별도의 비교기와 기준 전압을 사용하지 않고 전류가 낮은 전류원(I)을 사용하므로, 전력 소비를 줄일 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 부하/충전기 감지부(140)는 감지 단자(DET)가 오픈된 경우(즉, 부하 또는 충전기가 연결되지 않은 경우)에 전류원(I)만이 흐르므로 전력 소비를 더욱 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 전류원;
    상기 전류원에 연결되어 상기 전류원의 전류 값을 복사하는 전류 미러;
    제1 단자와 전원 사이에 직렬로 연결되는 적어도 2개의 저항; 및
    상기 제1 단자와 상기 전류 미러 사이에 연결되는 제너 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 단자에 충전기 또는 부하가 부하/충전기 감지 회로에 연결되어 있는지 여부에 기초하여 변하는 감지 전압이 수신되는, 부하/충전기 감지 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 저항 간의 접점에 입력단이 연결되는 제1 인버터; 및
    상기 전류원과 상기 전류 미러 간의 접점에 입력단이 연결되는 제2 인버터를 더 포함하는 부하/충전기 감지 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 인버터의 출력은 상기 충전기가 연결됨을 나타내는 신호이며,
    상기 제2 인버터의 출력은 상기 부하가 연결됨을 나타내는 신호인 부하/충전기 감지 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제너 다이오드 사이에 연결되는 저항을 더 포함하는 부하/충전기 감지 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류 미러는,
    상기 제너 다이오드에 제1 단과 제어단이 연결되는 제1 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 제어단에 제어단이 연결되고 상기 전류원에 제1 단이 연결되며 상기 제1 트랜지스터의 제2 단에 제2 단이 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하는 부하/충전기 감지 회로.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단자의 전압은 상기 부하가 연결된 경우가 상기 충전기가 연결된 경부보다 더 높은 전압인 부하/충전기 감지 회로.
  7. 부하 또는 충전기가 연결되는 경우, 이에 대응하는 제1 전압을 제공하는 제1 단자;
    상기 제1 단자를 통해 상기 제1 전압을 입력 받으며, 상기 부하가 연결되는 경우 배터리 셀의 방전을 제어하기 위한 제1 신호를 제공하며, 상기 충전기가 연결되는 경우 상기 배터리 셀의 충전을 제어하기 위한 제2 신호를 제공하는 부하/충전기 감지부; 및
    상기 제1 신호에 대응하여 상기 배터리 셀로부터 상기 부하로 방전시키도록 제어하며, 상기 제2 신호에 대응하여 상기 충전기부터 상기 배터리 셀로 충전시키도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 부하/충전기 감지부는,
    전압원과 상기 제1 단자 사이에 직렬로 연결되는 적어도 2개의 저항;
    전류원에 연결되어 상기 전류원의 전류 값을 복사하는 전류 미러; 및
    상기 제1 단자와 상기 전류 미러 사이에 연결되는 제너 다이오드를 포함하며,
    상기 제1 신호는 상기 전류원과 상기 전류 미러 간의 제1 접점의 전압에 대응하며, 상기 제2 신호는 상기 적어도 2개의 저항 간의 제2 접점의 전압에 대응하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 부하가 상기 제1 단자에 연결된 경우가 상기 충전기가 상기 제1 단자에 연결된 경우 보다 더 높은 전압인 배터리 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부하/충전기 감지부는,
    상기 제1 접점에 입력이 연결되며 상기 제2 신호를 출력하는 제1 인버터; 및
    상기 제2 접점에 입력이 연결되며 상기 제1 신호를 출력하는 제2 인버터를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 부하 또는 충전기는 상기 배터리 셀의 제1 단과 상기 제1 단자 사이에 연결되며,
    상기 제2 신호에 대응하여 스위칭하는 충전 스위치와 상기 제1 신호에 대응하여 스위칭하는 방전 스위치는, 상기 제1 단자와 상기 배터리 셀의 제2 단 사이에 연결되는 배터리 관리 시스템.
  11. 전류원을 제공하는 단계;
    상기 전류원에 연결되며 상기 전류원의 전류 값을 복사하는 전류 미러를 제공하는 단계;
    충전기가 연결되는 경우 제1 전압이 되며 부하가 연결되는 경우 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압이 되는 제1 단자를 제공하는 단계;
    전압원과 상기 제1 단자 사이에 직렬로 연결되는 적어도 2개의 저항을 제공하는 단계;
    상기 충전기가 연결되는 경우 상기 전류 미러를 동작시키지 않아, 상기 적어도 2개의 저항간의 접점에 배터리 셀의 충전을 제어하기 위한 제1 신호를 제공하는 단계;
    상기 부하가 연결되는 경우 상기 전류 미러를 동작시켜, 상기 전류원과 상기 전류 미러간의 접점에 상기 배터리 셀의 방전을 제어하기 위한 제2 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 대응하여, 배터리 셀을 충전 또는 방전 시키는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 충전 또는 방전 시키는 단계는,
    상기 제1 신호에 대응하여 상기 배터리 셀을 충전시키는 단계; 및
    상기 제2 신호에 대응하여 상기 배터리 셀을 방전시키는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 전류 미러 사이에 제너 다이오드를 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제너 다이오드는 상기 부하가 연결되는 경우 항복 전압이 발생되는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 신호를 반전하는 제1 인버터를 제공하는 단계; 및
    상기 제2 신호를 반전하는 제2 인버터를 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 인버터의 출력신호는 상기 충전기가 상기 배터리 셀에 연결됨을 나타내며 상기 제2 인버터의 출력신호는 상기 부하가 상기 배터리 셀에 연결됨을 나타내는 배터리 관리 시스템의 구동 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 저항 사이의 전압에 기초하여 배터리 셀의 충전을 제어하는 충전 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 전류원과 상기 전류 미러 사이의 접점 전압에 기초하여 상기 배터리 셀의 방전을 제어하는 방전 스위치의 스위칭 동작을 제어하는, 부하/충전기 감지 회로.
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