KR100221178B1 - 외부 전원에 대한 트랙킹 - Google Patents

Abstract

외부 전원(22)는 재충전가능한 셀(70)들을 갖츤 전자 장치(20)에 전력을 공급한다. 외부 전원(22)는 재충전가능한 셀들을 트랙킹하는 전압을 갖는 전력(26)을 공급한다. 외부 전원의 전압은 바람직하게는 재충전가능한 셀들에 대한 전압 이상의 오프셋을 갖고 트랙킹한다. 저항과 같은 외부 전원 타입 표시 장치(130)은 전자 장치에게 외부 전원의 타입을 표시한다. 따라서, 외부 전원(22)는 빠른-충전 동작 또는 간헐-충전 동작을 위한 전력을 제공할 수 있으며, 전자 장치 내의 충전 제어 회로는 저항에 의하여 표시된 외부 전원의 타입에 근거하여 재충전가능한 셀들에 대한 충전을 정확하게 제어하는 것이 가능하다.

Description

외부 전원에 대한 트랙킹

제1도는 재충전가능한(rechargeable) 배터리 팩(battery pack)을 충전하는 동안의 배터리 셀의 출력 단자들 간에 측정된 전압을 시간의 함수로 플로팅한(plotting) 전형적인 배터리 충전 곡선(charging curve)을 도시한 그래프.

제2도는 본 발명에 따라 전기적 장치에 접속된 외부 충전기의 블럭 다이어그램.

제3도는 본 발명에 따라 전기적 장치에 접속된 다른 외부 충전기의 블럭 다이어그램.

제4도는 본 발명에 따라 셀룰러 무선전화기(cellular radiotelephone)에 접속된 외부 충전기를 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 전자 장치 22 : 외부 전원

70 : 재충전가능한 셀 120 : 전압 조정기

140 : 라인 전류 벽 플러그 150 : 자동차 담배 어댑터 접속기

160 : 펄스-폭 변조기 620 : 무선전화기

본 발명은 일반적으로 재충전가능한 전원에 의하여 전원을 공급받을 수 있는전자 장치들에 관한 것으로, 특히 전자 장치의 재충전가능한 전원을 재충전하기 위하여 동작 전력(operative power)을 제공할 수 있는 외부 전원에 접속가능한 재충전 가능 전원을 갖는 전자 장치 및 이에 관련된 방법에 관한 것이다.

많은 전자 장치들은 하나 이상의 배터리 셀들로 구성된 배터리 전원에 의하여 자신들에게 전력이 공급될 수 있는 디자인(design)으로 구성된다. 몇몇의 경우에서는, 전자 장치가 영구(permanent) 전원, 또는 다른 고정 전원에 근접된 위치에 있지 않거나 또는 근접하여 위치할 수 없을 때에는, 전자 장치에 전력을 공급하는 배터리 전원을 사용해야 한다. 다른 경우에 있어, 즉, 전자 장치를 영구 전원 또는 다른 고정 전원에 상호접속(interconnect)시키기 위하여 전원 케이블(cable)이 요구되지 않는 때에는, 배터리 전원을 사용하여 전자 장치에 전력을 공급하게 되어 장치의 휴대성(portability)을 증가시키게 된다. 전형적으로, 전자 장치에 전력을 공급하기 위하여 사용되는 배터리 전원을 포함하는 하나 이상의 배터리 셀들이 전자 장치와 직접 연결되어 또는 전자 장치 안에 하우징(housing)되어 휴대된다.

그러나, 배터리 전원은 단지 일정한 양의 에너지만을 저장할 수 있기 때문에,배터리 전원으로 전자 장치에 전력을 공급하는 것은 배터리 전원의 에너지 저장 용량(capacity)에 따라 제한된다. 배터리 전원에 의하여 전자 장치에 전력을 공급하게되면 배터리 전원의 저장된 에너지를 방전되게 한다. 일단 배터리 전원의 저장된 에너지가 소정 레벨 미만으로 방전되면, 전자 장치가 동작을 계속하기 위해서 배터리 전원을 교체하는 것이 요구된다. 이러한 전원을 구성하는 배터리 셀의 수를 증가시키키는 것과 같은 방법으로 배터리 전원의 에너지 저장 용량을 증가시키게 되면 전원의 크기(및 무게)를 증가시킨다. 배터리 전원이 전자 장치에 휴대된 때에는, 배터리 전원의 에너지 저장 용량을 증가시키는 그와 같은 방법은 전자 장치의 휴대성을 떨어뜨린다. 따라서, 배터리 전원을 설계할 때에는, 이러한 배터리 전원을 휴대하는 전자 장치의 증가된 에너지 저장 용량과 감소된 휴대성 사이에 절충(compromise)이 이루어 진다.

휴대용 또는 수송용(transportable) 무선전화기는 전형적으로 배터리 전원에의하여 전력을 공급받는 그와 같은 전자 장치들 중의 하나이다. 배터리 전원은 전형적으로 무선전화기에 직접 연결되어 휴대되며, 무선전화기의 휴대성을 과도하게 제한하지 않는 크기와 무게를 갖는다. 무선전화기는 변조된 신호들을 각각 전송하고 수신하도록 동작하는 전송기 회로와 수신기 회로를 포함하는 무선 송수신기(transceiver) 회로를 포함한다. 무선전화기의 전형적 동작에서는, 무선전화기에 대한 인입 호출(incoming call)을 나타내는 신호들에 대한 수신을 대기하는 동안, 무선전화기의 수신기 회로부들이 계속적으로 전력을 공급받는다. 또한, 무선전화기의 전송기 회로부들이 무선전화기로부터 변조된 신호들을 전송하는 것을 허용하기 위하여 역시 전력을 공급받는다.

많은 셀룰러 통신 시스템들에서 동작하는 무선전화기들은 무선전화기로부터 변조된 신호들을 전송하고, 또 이와 동시에 무선전화기로 전송된 변조된 신호들을 수신하도록 구성된다(무선전화기에 의해 전송되고 무선전화기로 전송된 변조된 신호들은 개별 주파수 채널을 통하여 전송된다). 다른 셀룰러 통신 시스템들에서 동작하는 무선전화기들은 변조된 신호를 비동시적인(non-simultaneous) 기간 동안 전송하고 수신하도록 구성되며, 무선전화기와의 양방향(two-way) 통신 동안에는, 수신기 및 전송기 회로부들이 비동시적인 기간 동안 전력을 공급받는다.

무선전화기로의 인입 호출을 나타내는 신호들의 전송을 기다리면서 무선전화기의 수신기 회로부들이 전력을 공급받는 시간들은 본 명세서에서는 앞으로 무선전화기가 "대기(standby)" 모드에 있는 시간으로서 언급될 것이다. (물론, 사용자가 무선전화기 호출을 초기화하여 그 이후의 무선전화기 호출을 유효하게 받아들이기를 원하는 때에만 무선전화기의 사용자는 종종 동작 전력을 무선전화기에 역시 제공한다는 사실을 주목해야 한다; 그외의 시간 동안은 무선전화기에 동작 전력이 제공되지 않으며, 무선전화기로 전송된 신호들을 수신하기 위한 전력을 무선전화기는 공급받지 않는다 즉, 무선전화기의 사용자는 무선전화기로 전송된 인입 호출을 수신하기 위하여 "대기" 모드에서는 무선전화기를 동작하지 않도록 선택할 수 있으며, 좀더 정확하게 말하자면 사용자가 전화 호출을 초기화하는 시간 동안만 무선전화기 에 전력을 공급할 수 있다.)

일반적으로, 무전전화기의 전송기 회로부들을 동작시키기 위하여 요구되는 에너지 양은 무선전화기의 수신기 회로부들을 동작하기 위하여 요구된 에너지 양보 다 크다. 또한, 실제적인 장치 내에서의 효율이 이상적인 효율보다 떨어지기 때문에, 무선전화기에 인가된 에너지의 소정 부분이 열 에너지로 변환되어 무선전화기를 가열(heating)시키게 된다. 무선전화기의 전송기 회로부들을 동작시키기 위하여 더 많은 에너지가 요구될수록, 이에 따라 단지 수신기 회로부들만이 동작가능할 때보다는 무선전화기의 전송기 회로부들이 동작하는 동안이 더 많은 양의 열이 발생하게 된다.

하나 이상의 재충전가능한 배터리 셀들로 구성된 재충전가능한 배터리 전원들이 개발되었으며, 상용적으로 사용가능하다. 그와 같은 상용적으로 사용가능한 재충전가능 배터리 전원들의 몇몇은 무선전화기들에 전력을 공급하기 위하여 사용되도록 설계된 구성을 갖는다. 재충전가능한 배터리 전원들을 사용하는 것은 무선전화기의 재충전가능한 배터리 셀들이 전원에 의하여 발생된 충전 전류를 인가하므로써 재충전될 수 있는 장점을 갖는다. 일단 재충전되면, 재충전가능한 배터리 전원은 다시 사용될 수 있다. 재충전가능한 배터리 전원에 대한 몇몇의 구성은 500번까지, 또는 심지어 그 보다 더 많은 횟수로 재충전 및 재사용될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 재충전가능한 배터리 전원은 전형적으로 하나 이상의 배터리 셀들로 구성된다. 상기 셀들은 직렬(또는 다른 타입의) 접속 방식으로 접속되며, 전형적으로 공통 하우징 안에 하우징된다. 배터리 셀들과 함께 하우징하는 것은 배터리 팩(battery pack)으로 역시 종종 언급되는 배터리 전원을 포함한다.

간단히 설명하기 위하여, 역시 그와 같은 구성들은 "배터리"라는 일반적인 용어에 의하여 일반적으로 언급된다. 본 개시는 종종 그와 같이 간략화된 기술적 용어(terminology)를 사용할 것이다.

재충전가능한 배터리 전원의 배터리 셀들은 다양한 다른 구성 물질들로 형성된다. 예를 들어, 재충전가능한 배터리 셀은 리듐(lithium : Li) 물질, 니켈-카드뮴(nickel-cadmium : Ni-Cd) 물질 또는 니켈 금속 수소화물(nickel metal hydride : NiMHO2) 물질로 구성된다. 이러한 다른 물질들로 구성된 배터리 셀들은 배터리 셀들을 충전하는 동안 다른 특성들을 나타낸다.

또한, 재충전가능한 배터리 전원들을 재충전할 수 있는 배터리 충전 장치를 허용하도록 상용적으로 사용가능하다. 그와 같은 배터리 충전 장치를 포함하는 배터리 충전기는 동작 전력을 수신하기 위하여 충전 장치에 적절히 연결된 때에 재충전가능한 배터리 전원을 재충전하도록 동작 전력을 공급하기 위한 전력 소스로 전형적으로 구성된다.

재충전가능한 배터리 전원에 인가된 동작 전력의 에너지는 배터리 전원의 재충전가능한 배터리 셀에 의하여 저장된 화학 에너지로 변환된다. 일정 시간이 경과하는 동안 배터리 셀에 동작 전력을 인가하는 것은 재충전가능한 배터리 셀들이 완전히 재충전되는 것을 허용한다. 그러나, 실제적인 장치의 효율이 이상적인 효율보다 떨어지기 때문에, 배터리 셀들에 인가된 에너지의 소정 부분은 배터리 셀들에 형성된 열을 유발하는 열 에너지로 변환된다.

몇몇의 배터리 충전 장치들은 전자 장치와 또 배터리 전원 양측이 동작 전력을 수신할 수 있도록 허용하는 형태의 구성을 갖는다. 그와 같은 배터리 충전 장치는 배터리 전원의 재충전가능한 배터리 셀들을 재충전할 뿐만 아니라 전자 장치의 동작을 허용하는 동작 전력을 역시 제공하기 위한 동작 전력을 제공한다.

예를 들어, 재충전가능한 배터리 팩을 함께 갖는 무선전화기가 배터리 팩의배터리 셀들을 재충전하고, 또 무선전화기의 회로가 동작하도록 허용하기 위한 동작전력을 수신할 수 있도록 허용하는 형태의 구성을 갖는 배터리 충전 장치가 사용가능하다. 그러나 앞서 언급된 바와 같이 실제의 장치에서는, 무선전화기의 회로가 동작함에 따른 부차적인 효과로서 열이 발생된다. 또한, 배터리 전원의 배터리 셀들을 재충전하는 프로세스에 따른 부차적인 효과로서도 열이 역시 발생된다.

재충전가능한 배터리 전원의 배터리 셀들을 포함하는 다양한 재충전가능한 배터리 구성들은 충전 곡선[전압을 시간에 대한 함수로 스케일링(scaling)한 도면]들을 갖는다. 이러한 배터리 셀들의 구성을 충전하는 동안의 시간 내내, 배터리 셀들안에 저장된 에너지 양이 증가함에 따라 전원의 배터리 셀들의 전압 레벨들이 증가한다. 에너지가 배터리 전원에 전달되도록 하기 위하여는, 재충전가능한 배터리 전원에 인가된 전력의 전압이 재충전가능한 배터리 전원의 전압 레벨들보다는 커야 한다. 그러나, 배터리 전원에 인가된 전력의 전압이 배터리 전원의 전압 레벨보다 훨씬 클 때에는, 전압 차이에 해당하는 에너지의 상당 부분은 열 에너지로 변환된다.

재충전가능한 배터리 전원이 무선전화기와 같은 전자 장치의 부분으로서 구현된 때에는, 재충전가능한 배터리 전원에 충전 전력을 인가하는 동안 발생된 열 에너지는 전자 장치를 가열하는 결과가 된다. 전자 장치에 대한 그와 같은 가열은 전자 장치를 사용하는 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있으며, 또한 전자 장치의 성능에 영향을 준다.

따라서, 과다한 양의 열 에너지를 발생시키지 않으며 전자 장치 안에 구현된 재충전가능한 배터리에 전력 충전이 인가될 수 있는 수단이 요구된다.

셀룰러 무선전화기와 같은 배터리에 의해 전력이 공급되는 휴대용 장치에서는, 배터리 전력을 보존하기 위하여 사용자가 가정 전류(house current) 또는 운송수단(vehicle)의 전력 소스와 같은 주(primary) 전력 소스로부터 장치를 동작시킬 수 있도록 외부 전력 입력이 항상 제공된다. 또한, 유니트의 배터리 팩을 재충전하기 위하여 장치 내부에 배터리 충전기를 갖는 것이 역시 바람직한데, 이는 장치의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 상기 장치와 장치의 내부 배터리 충전기는 내부 배터리를 충전시키거나 또는 장치에 전력을 공급하기 위하여 장치에 필요한 적절한 전압과 전류를 제공하는 장치 외부의 전원이나 어댑터(adapter)를 요구한다.

또한, 종종 다양한 종류의 외부 전원들이 존재한다. 예를 들어, 적은 비용이 드는 저전력화 버젼(low power version)은 느린 배터리 충전을 위하여 제안될 수 있는 반면에, 빠른 배터리 충전을 위하여 고전력 버젼(high power version)이 제안 될 수 있다. 내부 충전기의 운용이 어떠한 외부 어댑터가 접속되었는가에 따라 달라질 것이기 때문에, 장치는 어떠한 타입의 외부 전력 어댑터가 제공되었는가를 반드시 감지하여야 한다.

따라서, 장치에 접속된 외부 전력 어댑터의 타입을 감지하기 위한 수단을 제공하고 전력 어댑터와 배터리의 타입에 따라서 장치의 동작을 변형시키는 것이 요구된다. 본 발명은 외부 전원의 모든 형태에 대해 개선된 성능과 더 큰 시스템 적응성 (system flexibility)을 제공한다.

첨부된 도면들을 참조하면 본 발명은 더욱 잘 이해될 것이다.

위에서 언급된 바와 같이, 휴대용 전자 장치는 종종 재충전가능한 전원에 의하여 전력을 공급받는다. 재충전가능한 전원이 저장된 에너지를 다 써버린 때에는,재충전가능한 전원의 재충전가능한 배터리 셀들을 재충전하기 위하여 배터리 충전장치가 사용된다.

재충전가능한 전원의 재충전가능한 배터리 셀들과 또 전자 장치의 회로 모두에 동작 전력이 공급되도록, 전자 장치에 휴대된 재충전가능한 전원과 함께 휴대용전자 장치를 배치할 수 있도록 하는 배터리 충전 장치에 대한 여러가지 구성들이 사용될 수 있다.

그러나, 배터리 충전 장치와 전자 장치 사이의 전력 전달이 완전하게 효율적이지 않기 때문에, 배터리 충전 장치에 의하여 발생된 동작 전력 에너지의 소정 부분이 전자 장치의 온도를 증가시키는 열 에너지로 변환된다. 또한, 배터리 충전 장치에 의하여 발생된 동작 전력의 전압 레벨이 재충전가능한 전원의 배터리 셀들의 전압 레벨보다 훨씬 큰 때에는, 배터리 충전 장치에 의하여 발생된 동작 전력의 큰 부분이 열 에너지로 변환된다. 그 결과로, 그와 같은 재충전가능한 전원에 의하여 전력을 공급받는 전자 장치의 온도가 크게 상승하게 된다. 셀룰러 통신 시스템에서 동작하는 무선전화기를 포함하는 전자 장치의 특별한 예에서는, 배터리 충전 장치에 의하여 발생된 동작 전력의 열 에너지로의 변환은 무선전화기의 온도를 증가시키도록 만든다. 무선전화기의 온도 상의 그와 같은 증가는 결과적으로 무선전화기의 성능에 영향을 줄뿐만 아니라 무선전화기의 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있다.

외부 전원에 의하여 발생된 동작 전력의 전압 레벨이 재충전가능한 전원의 재충전가능한 배터리 셀의 전압 레벨을 트랙킹할 때에는, 배터리 충전 장비에 의하여 발생된 동작 전원의 에너지 중 열 에너지로 변환되는 양이 줄어든다.

배터리 충전 장치가 다양한 레벨의 전력 소스를 포함하는 때에는, 그와 같은전력 소스에 의하여 발생된 동작 전력의 전압 레벨은 일정한 전압 레벨일 필요는 없다. 그 대신에, 동작 전력의 전압 레벨은 변할 수 있으며, 그에 따라 재충전가능 한 전원의 배터리 셀들을 재충전 하는 동안 열 에너지로 변환되는 에너지 양이 줄어 들게 된다.

재충전가능한 전원의 배터리 셀들의 전압 레벨에 대응하나 그 보다는 약간 큰 전압 레벨의 동작 전력을 발생하도록 동작이 이루어질 수 있으며, 재충전가능한 전원의 배터리 셀들의 전압 레벨이 표시되는 배터리 충전 장치를 포함하는 가변-레벨(variable-level) 전력 소스를 제공함으로써, 배터리 셀들을 재충전하는 동안 생기는 열 발생이 줄여질 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 배터리 셀들에 의하여 저장된 에너지 양이 배터리 셀에 동작 전력을 인가하는 동안 증가됨에 따라서, 재충전가능한 전원의 배터리 셀들의 전압 레벨은 증가한다

제1도는 니켈-카드뮴 재충전가능 배터리 셀의 전형적인 배터리 충전 곡선을나타내는 그래프이다. 배터리 충전 곡선은 니켈-카드뮴 재충전가능 배터리 셀의 출력 단자간에서 측정된 전압을 시간에 대한 함수로서 도시한 곡선이다.

제1도에서는, 전압은 볼트 단위로 스케일링하여 세로 좌표축(10)을 따라 플로팅되며, 시간은 초 단위로 스케일링하여 수평축(12)를 따라서 표현된다. 배터리 셀을 재충전하기 위하여 배터리 셀에 동작 전력을 인가하는 시간이 경과함에 따라 최종 곡선(14)는 일반적으로 증가된다. 그러나, 도시된 바와 같이, 일반적인 증가는 선형적이지 않다. 곡선(14) 상의 포인트(16 및 17)은 재충전가능한 전원의 배터리 셀들에 인가된 동작전력의 현대의 레벨이 변경되는 전압 레벨들을 나타낸다. 처음과, 또 "급속 충전 단계(rapid charge phase)"에 의하여 도면에서 표시된 시간 기간동안에는, 배터리 셀에 인가된 동작 전력의 현재 레벨은 비교적 높은 값을 갖게 된다. 한편, "간헐 충전 단계(trickle charge phase)"[곡선(14)의 부분증 포인트(16 및 17) 사이에 해당하는 부분들]에 의하여 도면에서 표시된 시간 기간 동안에는, 배터리에 인가된 동작 전력의 현재의 레벨은 처음으로 감소된 값을 갖는다 그 이후 "충전 유지 단계(maintenance charge phase)"에 의하여 도면에서 표시된 시간 기간 동안에는, 배터리 셀에 인가된 동작 전력의 현재의 레벨이 두번째로 감소된 값을 갖는다.

배터리 구성들의 다른 형태에 대한 특성 충전 곡선(characteristic charging curve)들은 유사하게 도시될 수 있다. 배터리 구성들의 그와 같은 다른 형태가 다 른 특성 모양을 갖는 반면에, 에너지 양이 증가함에 따라 이러한 배터리에 의하여 저장된 전압도 증가한다는 것은 일반적인 사실이다. 어떠한 경우에서도, 배터리 충전 장치를 포함하는 가변-레벨 전력 소스가 동작 전력이 인가된 배터리 셀들의 전압을 트랙킹하도록 하므로써, 열 에너지의 발생이 줄어든다.

제2도는 본 발명에 따라서 전자 장치(20)과 해제가능하게(releasable) 접속된 외부 전원(22)를 도시한다. 외부 전원(22)는 변압기(transformer, 112), 정류기(rectifier, 114) 및 전압 조정기(voltage regulator, 120)을 포함한다. 제2도의 변압기(112)와 정류기(114)는 라인 전류 벽 플러그(wall plug, 140)으로부터의 교류(altemating current : AC) 120 V를 직류(direct current : DC) 전압으로 변환시킨다. 정류기(114)는 바람직하게는 전파 정류기(full-wave rectifier)이다. 또한 정류된 전압을 평활화시키기(smoothing) 위한 컨디션닝 회로(conditioning clrcuit)가 변압기(112) 다음에 역시 양호하게 제공될 수 있다. 전자 장치(20)은 다수의 재충전가능한 셀(70)들로 이루어진 배터리를 갖는다. 배터리를 이루는 재충전가능한 셀들은 하나의 셀을 포함하는 소정 수의 셀들로도 구성될 수 있다. 마찬가지로, 하나의 재충전가능한 셀은 2개 이상의 셀들을 갖도록 쉽게 적응될 수 있다. 전자 장치(20)의 재충전가능한 셀(70)들은 외부 전원(22)로부터 공급된 전력에 의하여 충전될 수 있 다.

외부 전원(22)는 전자 장치(20)으로부터 라인(86)을 통해 수신된 전압 신호에 응답하여 재충전가능한 셀(70)들의 전압을 트랙킹하는 전압 조정기(120)을 갖는다. 외부 전원(22)의 전압 조정기(120)은 재충전가능한 셀(70)들의 전압쏴 관련하여 전자 장치(20)에 전압을 제공한다. 재충전가능한 셀(70)들의 전압을 트랙킹하는 전자장치(20) 외부에 전원을 제공하므로써, 전자 장치 내부에서의 열 소모를 줄일 수 있다.

외부 전원(22)는 어떠한 다양한 전압 레벨의 동작 전력도 라인(26)을 통해 발생시키도록 동작한다. 다양한 전압 레벨은 연속적인 가변 전압 레벨이거나 또는 개별적으로 증가하는 전압 증가분(discrete incremental voltage increments)일 수 있다. 외부 전원이 접속기(connector : 34)를 통하여 전자 장치(20)에 접속된 때에, 외부 전원(22)에 의하여 발생된 동작 전력을 수신하도록 전자 장치(20)의 라인(26)이 결합된다 또한, 라인(26)은 전자 장치(20)의 구성요소(component)에 대한 동작 전력을 제공하기 위하여 역시 접속된다. 예를 들어, 양호한 실시예에서는, 전자 장치(20)은 휴대용 무선전화기이며, 그와 같은 실시예에서 접속된 때에는, 외부 전원(22)가 무선전화기의 구성요소들에게 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로는, 재충전가능한 셀(70)들이 전자 장치(20)의 구성요소들에 전력을 공급하기 위하여 접속될 수 있다. 심지어 외부 전원(22)가 접속기(34)를 통하여 전자 장치(20)에 접속된 때에도, 이러한 재충전가능한 셀(70)들은 내부 구성요소들에 전력을 공급하기 위하여 접속될 수 있다.

외부 전원(22)에 의하여 공급된 전력은 외부 전원(22)의 전압 조정기(120)에 의하여 제어된 전압을 갖는다. 또한, 외부 전원(22)는 전자 장치(20)에 접속된 외부 전원의 형태를 전자 장치(20)에 표시하는 저항(130)을 역시 갖는다. 전자 장치(20)안에 있는 트랜지스터(58)은 저항(130)에 의하여 표시된 외부 전원의 형태에 부분적으로 응답하여, 외부 전원(22)로부터 재충전가능한 셀(70)들에게 공급된 전력을 제어한다. 트랜지스터(58)은 재충전가능한 셀(70)들에게 인가된 전류 또는 전하를 조정한다. 전압 조정기(120)은 외부 전원(22)로부터 전자 장치(20)에 인가된 전압을 조정하는 역할을 한다.

저항(130)은 외부 전원(22)다 배터리 전압을 트랙킹하는 형태의 전원이라는사실을 전자 장치(20)에게 표시한다. 종래의 전원(older power supplier)들은 필요한 전압 트랙킹 회로를 갖지 않는다. 또한, 그 대신에, 종래의 전원들은 본 발명의 배치에서 전자 장치(20) 안에 배치된 충전 제어를 위한 전류 제어 회로를 갖는다. 저항(130)이 없는 종래의 전원이 전자 장치(20)에 의하여 감지된 때에는, 전자 장치(20)은 적절한 외부 전압 트랙킹 기능이 종래의 전원에 의하여 제공될 수 없다는 것을 알게 될 것이다. 수동 검사 저항(manual test resistor)으로 알려진, 상기 저항은 빠른 충전기 외부 전원인 경우에는 약 33,000Ω, 간헐 충전기 외부 전원인 경우에는 약 10,000Ω을 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 저항(130)은 고유의 공진 특성(resonance characteristic)을 갖는 리액티브(reactive) 저항-캐패시터 쌍(pair), 특정 역 바이어스(reverse bias) 또는 항복 전압(breakdown voltage)을 갖는 쇼트키 다이오드(Schottky diode) 또는 제너 다이오드(Zener diode) 또는 메모리 소자(element)와 같은 다른 반도체와 같은 다른 표시 소자에 의하여 대체될 수 있다. 또한, 저항어레이와 같은 상기 소자들의 어레이도 사용될 수 있다. 따라서, 전자 장치(20)이 외부 전원(22)를 위하여 요구되는 충전율(charge rote)로 충전되는 것들 보장하는 것외에도, 저항(130)은 역시 종래의 전원이 전자 장치(20)에 의하여 사용될 수 없다는 것을 확신시킨다.

전자 장치(20)의 트랜지스터(58)은 저항(130)에 의하여 표시된 외부 전원의 형태와 저항(61) 양단의 측정에 부분적으로 근거하여 재충전가능한 셀(70)들에 흐르 는 전류 또는 전하를 제어한다. 제어기(74)는 저항(130)의 저항값에 근거하여 외부전원(22)의 형태를 감지한다. 제어기는 저항(130)에 의하여 표시된 외부 충전기의 형태에 근거하여 제1도에 도시된 바와 같은 특정 충전 곡선을 선택할 수 있다.

외부 전원(22)는 전형적으로 2개의 전류 레벨 중 하나를 제공할 수 있다. 외부 전원(22)의 한 형태는 재충전가능한 셀(70)들을 빨리 충전하기 위하여 고레벨(high level) 전류를 공급한다. 다른 형태의 외부 전원(22)는 재충전가능한 셀(70)들을 간헐 충전하기 위하여 저전류(low current)를 제공한다. 제어기(74)는 비교기(63)에 제어 전압을 공급한다. 비교기(63)은 제어 전압을 저항(61) 양단의 비교기(62)에 의하여 측정된 전압과 비교한다. 비교기(63)의 출력은 외부 전원(22)로부터 재충전 가능한 셀(70)들에게 흐르는 전류 또는 전하를 제어하기 위하여 트랜지스터(58)에 의하여 사용된다. 제어기(74)는 저항(130)에 의하여 표시된 외부 전원(22)의 형태에 근거하여 비교기(63)에 제어 전압을 제공한다. 또한, 제어기(74)는 저항(130)에 의하여 표시된 외부 전원(22)의 형태 이외에도 다른 파라메타(parameter)들을 역시 고려한다. 제어기(74)에 의하여 고려되는 이러한 파라메타들은 예를 들면, 재충전가능한 셀(70)들에서의 전압, 전자 장치(20)의 다른 구성요소들에 의하여 현재 요구되는 전류 유출(current drain) 또는 재충전가능한 셀(70)들의 온도를 포함할 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 재충전가능한 셀(70)들에 인가된 전력의 전압 레벨이 단지 재충전가능한 셀(70)들의 전압보다 약간 클 때에 재충전가능한 셀(70)들에 대한 재충전이 가장 효과적으로 이루어진다. 외부 전원(22)에 의하여 제공된 전압이 재충전가능한 셀(70)들의 전압을 상당히 초과한 때에는, 전력의 상당한 부분이 열에너지로 변환된다. 그와 같은 열 에너지는 전자 장치(20) 안에서 열 소모를 유발한다. 그러나, 외부 전원(22)에 의하여 제공된 전압이 재충전가능한 셀(70)들의 전압을 트랙킹하도록 하므로써, 외부 전원(22)로부터 열 에너지로의 전력 변환이 줄어들게 된다. 따라서, 외부 전원(22)가 라인(86) 상의 재충전가능한 셀(70)들의 전압에 응하는 전압 조정기(120)을 갖기 때문에, 전자 장치(20)에 대한 가열이 줄어들게 된다.

또한, 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 외부 전원(22)의 전압 조정기(120)은 라인(86)을 통하여 재충전가능한 셀(70)들의 전압보다 높게 오프셋(offset)된 전압을 전자 장치에 제공한다. 양호하게도, 외부 전원(22)에 의하여 전자 장치(20)에 제공된 전압은 라인(86)을 통하여 나타낸 재충전가능한 셀(70)들의 전압보다 높은 약1.4V 오프셋을 갖는다. 따라서, 외부 전원(22)의 전압 조정기(120)은 외부 전원(22)로부터 이러한 약 1.4V의 오프셋을 제공하도록 미리 프로그래밍된다. 이러한 약1.4V 오프셋은 공칭 6V의 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리 또는 니켈 금속 수소화물(NiMHO₂)에 대하여 양호하다. 약 1.4V의 오프셋은 트랜지스터(58), 저항(61) 및 다이오드(65) 양단에서 약 0.9 V의 강하(drop)와 재충전가능한 셀(70)들 양단에서 약 0.5V의 강하(drop)를 이루게 한다. 그러나, 그와 같은 배터리에 대해서, 전자 장치(20)의 충전 제어 구성요소들 양단간의 상기 리스팅된 전압 강하를 역시 고려할 때에는, 오프셋은 배터리 전압의 약 1/30 내지 약 1/2인 약 0.2V 내지 약 3.0V 까지의 범위를 가질 수 있다. 또한, 8.4V의 공칭 전압을 갖는 리듐 배터리 또는 9.0V의 공칭 전압을 갖는 리듐 솔리드-스테이트(solid state) 배터리를 사용할 때에는, 외부 전원(22)의 전압 조정기(120)에 의하여 제공된 오프셋은 더 커질 수 있다. 예를 들어, 12V의 배터리는 바람직하게는 약 1.9V에서 약 5.0V까지의 오프셋을 가질 수 있다.

오프셋은 전자 장치(20)의 내부에 있는, 예를 들어 트랜지스터(58), 저항(61)또는 다이오드(65)와 같은 구성요소들로부터 전력 소모를 제거시키므로써 전자 장치(20)에 대한 가열을 줄이는 것을 돕는다. 또한 오프셋 전압은 제어기(74)에 의한 전류 또는 전하 제어를 위하여 트랜지스터(58), 저항(61) 및 다이오드(65) 양단의 전압을 적절히 전압 강하시켜, 전자 장치(20) 안에서의 열 발생이 최소로 이루어지게 한다.

제3도는 본 발명의 대안적인 실시예에 따라 전자 장치(20)에 접속기(35)를 통하여 접속된 외부 전원(23)의 블럭 다이어그램을 도시한다. 외부 전원(23)은 재충전 가능한 셀(70)들의 전압을 나타내는 제어 전압을 라인(86)을 통하여 수신한다. 외부전원(23)은 라인(86)을 통한 재충전가능한 셀(70)들의 전압에 근거하여, 트랜지스터(58)을 통하여 재충전가능한 셀(70)들에게 충전 전압을 제공한다. 또한, 외부 전원(23)은 전자 장치(20)에 접속된 외부 전원의 형태를 나타내는 다이오드(135)와 같은 외부 충전기 타입의 표시 장치를 역시 갖는다.

외부 전원(23)은 제2도의 실시예의 전압 조정기(120)를 대신하여 펄스-폭 변조기(Pulse-width modulator, 160)을 갖는다. 제3도에 도시된 실시예에서는, 펄스-폭 변조기(160)는 예를 들어 자동차의 담배 점화기 어댑터(cigarette lighter adaptor,150)로부터의 직류 입력을 원하는 직류 출력 전압으로 변환시킨다. 라인(86)을 통하여 입력된 재충전가능한 셀(70)들의 전압에 근거하여, 펄스-폭 변조기(160)은 자동차의 담배 어댑터 접속기(150)으로부터의 입력의 펄스 폭을 변조한다. 커패시터(170)과 같은 평활 회로(smothing circuit)가 펄스-폭 변조기(160)의 출력에 의거하여 전자 장치(20)에 평활한 직류 출력을 제공하기 위하여 사용된다. 비록 제3도의 실시예가 예를 들어 담배 어댑터의 접속기(150)에 접속된 펄스-폭 변조기(160)을 도시한다 하더라도, 펄스-폭 변조기(160)은 다른 입력 전압에 대해서도 역시 동작할 수 있다. 예를 들어, 최소한 하나의 정류 다이오드가 사용될 때에는, 120 V의 교류 라인전압이 펄스-폭 변조기(160)에 제공될 수 있다.

이제 제4도의 개략적인 도면을 참조하면, 일반적인 무선전화기를 참조 번호(620)으로 도시하고 있다. 제2도 또는 제3도의 실시예들에서의 전자 장치(20)은 재충전가능한 셀(70)들이 여기서는 배터리 팩을 포함하도록 도시된 점을 제외하고는 제4도의 무선전화기(620)의 하우징 안에 배치된 전자 장치(20)의 구성요소들을 갖는 무선전화기(620)일 수 있다.

플러그 접속기를 통하여 외부 전원(622)를 무선전화기(620)의 소자들에 접속하는 라인(626 및 628)을 통하여 무선전화기(620)은 외부 전원(622)에 접속된다. 또한, 외부 전원을 종래의 가정 전원(household power supply)에 접속시키는 것을 허용하는 라인 전류 벽 플러그(642)가 제4도에 역시 도시된다. 라인 전류 벽 플러그(642)가 종래의 가정 전원에 대한 접속을 허용하는 플러그 접속기를 포함하는 반면에, 물론 다른 형태의 전원에 접속을 허용하는 다른 플러그 접속기들도 마찬가지로 가능하다.

외부 전원(622)가 무선전화기(620)으로부터 멀리 떨어져 배치되나 라인(626및 628)에 의하여 무선전화기에 접속되기 때문에, 무선전화기(620)은 무선전화기(620)과 외부 전원(622) 사이의 접속에도 불구하고 사용자에 의하여 편리하게 동작될 수 있다. 외부 전원(622)에 의하여 발생된 동작 전력의 전압 레벨이 배터리 팩의 전압 레벨을 트랙킹하기 때문에, 배터리 팩의 재충전가능한 셀들을 재충전하는 것이 에너지의 초과량을 열 에너지로 변환시키지 않고 효과적으로 이루어진다.

요약하면, 본 발명은 재충전가능한 셀들을 충전시키기 위한 외부 전원을 트랙킹하는 것을 제공한다. 외부 전원은 재충전가능한 셀들의 전압을 트랙킹하는 전압을 갖는 전력을 제공한다. 재충전가능한 셀들의 전압은 외부 전원에 전달되며, 외부 전원은 상기 전달된 전압에 응답하여 트랙킹 전압을 제공한다. 외부 전원에 의하여 공급된 전력의 전압은 바람직하게는 재충전가능한 셀의 전압으로부터 선정된 양만큼 오프셋된다. 상기 전압은 전자 장치 안에서의 열 소모를 더 줄이고, 내부 충전 제어 구성요소들을 동작시키기 위한 전압 오프셋을 제공하며, 재충전가능한 셀들에 대한 효과적인 충전을 제동하기 위하여 오프셋된다. 외부 전원은 재충전가능한 셀들을 빨리 충전시킬 수 있는 형태의 고전력 형태의 고전류일 수 있으며, 또는 경우에 따라서는, 재충전가능한 셀들을 느리게만 충전시킬 수 있는 저전류 형태일 수 있다. 외부 전원의 형태는 저항에 의하여 표시되며, 외부 전원의 타입을 구별하기 위하여 외부 전원내의 저항값을 감지하므로써 전자 장치는 이러한 저항에 응답하여 외부 전원 어댑터의 타입을 구별한다.

Claims (7)

1. 휴대용 전자 장치에 접속하기 위한 외부 전원에 있어서, 상기 휴대용 전자 장치는 상기 외부 전원으로부터의 전력을 사용하여, 하나 이상의 재충전 가능한 셀들을 충전할 수 있는 충전 제어 회로를 가지며, 상기 외부 전원은 외부 전력을 상기 휴대용 전자 장치에 제공하고, 상기 휴대용 전자 장치로부터의 신호를 수신하기 위한, 상기 휴대용 전자 장치에 접속가능한 접속기; 상기 접속기에 동작적으로 결합되어, 상기 전자 장치로부터 수신된 상기 신호에 응답하여 재충전가능한 셀들의 전압을 전압 오프셋(voltage offset) 만큼 높게 트랙킹(tracking)하는 전압으로 상기 외부 전력을 상기 휴대용 전자 장치에 제공하기 위한 전압 제어 회로와 전력 변환기; 및 사용된 외부 전원의 형식을 상기 휴대용 전자 장치에 지시하기 위하여 상기 접속기에 동작적으로 접속된 외부 전원 형식 지시 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 전원.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압제어 회로는 상기 재충전가능한 셀들의 전압이 약 1/30 내지 약 1/2 정도의 전압 오프셋을 갖고 트랙킹하는 전압 제어 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 외부 전원.
3. 제2항에 있어서, 상기 전압 제어 회로는 약 0.2 V 내지 약 3.0 V 정도의 전압 오프셋을 갖고 트랙킹하는 전압 제어 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 외부 전원.
4. 제3항에 있어서, 상기 외부 충전기 타입 표시 장치는 상기 사용된 외부 전원의 타입을 상기 전자 장치에 나타내기 위하여 상기 접속기에 동작적으로 결합된 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 전원.
5. 제1항에 있어서, 전력 소스로부터 상기 전력 변환기에 전력을 제공하기 위하여 동작적으로 결합된 다른 접속기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 전원.
6. 제5항에 있어서, 상기 다른 접속기는 담배 어댑터(cigarette adapter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 전원.
7. 제5항에 있어서, 상기 다른 접속기는 라인 전류 벽 플러그(line current wall plug)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 전원.