KR100395871B1 - 전력 유닛, 축전지 전력 공급 전기 장치용 충전기 및 방법 - Google Patents

Abstract

통합된 축전지 충전 방법은 정전류원 및 시변 전류원을 제어할 수 있다. 정전류원에 사용되는 충전 방법과 상이하게, 시변 전류원의 입력 전류는 충전 과정 동안에 연속적으로 점검되어야 한다. 축전지를 충전하기 위한, 또는 전화기에 전력을 공급하기 위한 출력 전류량은 입력 전류 측정에 기초하여 듀티비를 선택함으로써 원하는 값으로 설정된다. 상이한 전원 및 각종 필요 전류에 대한 통합된 식이 바람직한 출력 전류의 계산 방법을 향상시킨다. 따라서, 정전류원 또는 시변 전원이 사용되는 것과 관계 없이 입력 전류 및 출력 전류를 제어하기 위하여 통합된 식이 사용될 수 있다. 더욱 평활한 전류 평균을 얻기 위하여, 본 방법은 조정 가능한 시간 주기를 통합하며, 이 시간 주기는 입력 전류 및 출력 전류 사이의 차이에 기초하여 결정된다.

Description

전력 유닛, 축전지 전력 공급 전기 장치용 충전기 및 방법{POWER UNIT AND CHARGER FOR A BATTERY POWERED ELECTRICAL APPARATUS AND METHOD}

셀룰러 전화기와 같은 전기 장치에서, 축전지는 통상적으로 상기 전화기 장치의 전원이다. 전화기 축전지는 예컨대, 충전기라고 칭하는 외부 전원에 접속함으로써 충전된다. 통상적으로, 충전 과정은 전화기내에 내장하는 소프트웨어에 의하여 제어된다.

본 발명에 따른 구조 및 방법은 전류 제어 방법을 정전류원으로부터 새로운 제품에서 요구되는 시변 전류원으로 확장한다. 즉, 종래의 정전류원은 제조 비용이 높으므로, 이러한 제조 비용을 절감하기 위하여 새로운 제품은 시변 전류를 공급하는 상당히 저가의 충전기를 포함한다. 본 발명은 가변 전류에 의해 전화기 축전지의 충전 및 동작을 제어하는 새로운 방법을 이용한다. 이 방법은 축전지 충전기 및 가변 전원을 갖는 전력 공급 장치 모두에 대하여 개선되고 통합(unified)된 전류 제어 방식을 이용한다. 가변 시간 간격이 또한 평균 출력 전류를 평활하게 하기 위해 제안되고 있다.

종래에는, 셀룰러 전화기용 충전기가 정전류원을 제공하였다. 전화기 축전지는 어떠한 전류 제어 없이 충전기를 전화기에 직접 접속함으로써 직접 충전될 수 있다. 전화기에 전류를 공급할 때, 규칙적인 시간 주기 T 동안에 온(ON)으로 스위칭되는 충전 전류 I_charge의 백분율인 듀티 사이클(duty cycle)을 계산하기 위하여 식이 사용되었다. 따라서, 이 시간 주기 동안의 평균 전류량 I_phone은 바람직한 전화기 전류와 동등하다.

듀티 사이클 = (I_phone/I_charge) ×T ×100% [%] ... (1)

정전류원에 대하여, I_charge는 일정하고 I_phone는 전화기 전력 레벨에 대응해서 일정하다. 따라서, 듀티 사이클은 각 전력 레벨에서 마찬가지로 일정하다.

표준 충전기는 전화기의 시스템 커넥터를 통하여 전화기를 벽 콘센트에 직접 접속하는 간단한 AC/DC 어댑터이다. 표준 충전기는 110V(또는 220V) 교류(AC)를 6V 직류(DC)로 변환하기 위하여 종래의 변압기 및 풀 브리지 정류 장치를 사용해서 필터링되지 않고 조정되지 않은 출력 전류를 공급한다. 표준 충전기의 출력 전류량은 시간 및 부하 양단의 전압에 따라서 변화한다. 통상적으로, 출력 전류는 120㎐(또는 100㎐)에서 0 내지 1.5A의 진폭을 갖고 평균치가 약 700㎃인 전파이다. 이 경우에, 충전기의 부하 전압은 통상적으로 축전지 전압이다. 부하 전압이 낮으면 낮을수록 출력 전류는 더욱 높아지고, 또 그 역도 성립한다.미국 특허 제5,539,298호는 AC 어댑터 및 축전지 팩에 접속될 수 있는 컴퓨터 시스템을 개시한다. AC 어댑터가 없을 때, 컴퓨터는 축전지에 의하여 전력이 공급되고, AC 어댑터가 있을 때에는, AC 전원이 컴퓨터에 전력을 공급하고 축전지를 충전한다. 충전 전류는 펄스될 수도 있고, 펄스의 피크 레벨은 컴퓨터에 전력이 공급되고 있는가 또는 차단되어 있는가에 달려 있다. 그러나, 이러한 시스템에 대한 결점은 시변 전류원에 적응할 수 없다는 것이다.

시변 전류원이 축전지를 충전하는데 사용될 때, 전화기 축전지는 충전 전류를 간단하게 인가함으로써 충전될 수 없다. 입력 충전 전류는 연속적으로 충전되어야 한다. 그러므로, 정전류원을 사용하는 종래의 축전지 충전 방법은 더 이상 적절하지 않고, 시간 주기에 걸쳐 바람직한 충전 전류를 발생시키는 새로운 방법이 필요하다.

본 발명은 일반적으로 재충전 가능 축전지에 의해 전력이 공급되는 전기 장치에 관한 것이며, 특히, 가변 전류원으로 전기 장치를 동작시키고 축전지를 충전하는 전력 및 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 전력 유닛을 나타내는 블록도.

도 2는 전력 유닛의 마이크로프로세서에 의해 실행되는 과정을 나타내는 플로우차트.

도 3은 I_input및 I_out-des대 시간을 나타내는 전류 제어 그래프.

도 4는 I_input＞＞I_out-des일 때 평균 출력 전류를 나타내는 그래프.

도 5A-5C는 시변 주기를 사용하는 전류 제어를 나타내는 그래프.

도 6은 본 발명에 따르는 상태 머신도.

본 발명에 따라서, 정전류원 뿐만 아니라 시변 전류원을 제어하도록 하는 통합된 축전지 충전 방법이 제공된다. 정전류원에 사용되는 충전 방법과 상이하게, 시변 전류원의 입력 전류는 충전 과정 동안에 연속적으로 점검되어야 한다. 축전지를 충전하기 위한, 또는 전화기에 전력을 공급하기 위한 출력 전류량은 입력 전류 측정에 기초하여 상이한 듀티비(duty percentage)를 선택함으로써 원하는 상이한 값으로 설정될 수 있다. 바람직한 출력 전류의 계산 방법을 향상시키기 위하여, 소정의 관계에 따라서 상이한 전원 I_input및 원하는 다양한 전류 I_out-des에 대한 통합된 식이 제공된다. 이 방법의 이점은 전화기로의 전류를 제어하기 위한 계산 방법이 전류원이 일정하거나 또는 시간에 따라 변화하든지에 관계없이 정확하다는 것이다. 전화기 축전지를 충전함에 있어서, I_out-des는 축전지의 충전에 요구되는 전류량이다. 전화기 전력을 공급할 때, I_out-des는 상이한 동작 모드에서 전화기를 동작시키기 위하여 요구되는 전류량이다. 정전원을 사용할 때, I_input는 외부 전원으로부터의 일정한 값이다. 시변 전원을 사용할 때, I_input는 변화하고 항상 측정되어야 한다. 조합되는 모든 경우에 대하여, 시간 주기내에서 듀티비를 변경함으로써 원하는 상이한 출력 전류가 획득될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 더욱 평활한 전류 평균을 얻기 위하여 조정 가능한 시간 주기 t가 제안되어 있으며, 이것은 충전 효율성을 향상시킨다. 어떤 경우에는, 예컨대, 입력 전류가 원하는 전류보다 훨씬 클 때, 전류가 짧은 펄스로 인가되도록 듀티비가 상당히 감소되어야 한다. 듀티비는 정기적인 시간 주기 T에 걸쳐 온으로 스위칭되는 충전 전류 I_input의 백분율이기 때문에, 짧은 펄스는 충전 전류가 오프로 스위칭되는 긴 시간 간격을 생성한다. 이러한 간헐적인 충전 과정은 평활하지 않으므로 바람직하지 않다. 시변 전류원의 경우에는, 원하는 출력 전류 및 입력 전류 사이의 차이는 또한 시간에 따라 변화한다. 고정 시간 주기가 사용되는 경우, 차이가 크면 클수록, 평균 결과는 더욱 나빠진다. 따라서, 시간 주기 t는 I_input및 I_out-des와의 사이의 차이에 따라서 변경될 수 있다. 이러한 차이가 0 보다 작을 때(즉, I_input＜I_out-des), ΔI가 부호를 변경할 때까지 시간 주기는 계속해서 확장된다.

전형적인 실시예에서, 본 발명에 따르는 방법은 ㈎ 전류원으로부터 입력 전류I_input를 측정하는 단계, ㈏ 소정의 동작 변수에 따라서 원하는 출력 전류 I_out-des를 선택하는 단계, ㈐ I_input및 I_out-des에 따라서 듀티 사이클을 결정하는 단계, 및 ㈑ 듀티 사이클에 따라서 전기 장치에 전력 I_output을 공급하는 단계를 포함한다. 단계 ㈏는 축전지 충전 동작에 따라서 I_out-des를 선택함으로써 실행될 수 있고, 단계 ㈑는 축전지를 충전하기 위하여 전력을 공급함으로써 실행될 수 있다. 듀티 사이클은 듀티비 및 시간 주기의 적(product)이다. 이에 대하여, 단계 ㈐는 시간 주기에 걸쳐 듀티비를 변화시킴으로써 실행된다. 또 다른 방법에서는, 시간 주기는 I_input-I_out-des의 함수이고, 단계 ㈐는 시간 주기에 걸쳐 변화시킴으로써 실행된다.

단계 ㈏는 축전지가 충전을 필요로 하는가를 결정하고, 만일 그렇다면, I_out-des를 축전지 충전 전류 I_battery로 설정함으로써 실행될 수도 있다. 이에 대하여, 만일 축전지를 충전할 필요가 없다면, 단계 ㈏는 I_out-des를 장치 동작 전류 I_device로 설정함으로써 실행될 수도 있다.

본 발명을 따르는 또 다른 실시예에서는, 축전지 전력 공급 전기 장치용 전력 유닛이 제공된다. 전력 유닛은 정전류원 및 시변 전류원 중의 하나에 연결될 수 있다. 전력 유닛은 전류원으로부터의 입력 전류 I_input를 감시하는 A/D 컨버터, 소정의 동작 파라미터에 대응하는 원하는 출력 전류 I_out-des를 저장하는 메모리, 및 I_input및 I_out-des에 따라서 듀티비를 결정하는 제어기를 포함하는데, 여기서 제어기는 듀티 사이클에 따라서 입력 전류 I_input를 전기 장치에 공급하는 스위치를 제어한다. 전력 유닛은 전류원이 비접속될 때 전기 장치에 전력을 공급하기 위하여 전기 장치에 결합된 재충전가능 축전지를 더 포함할 수도 있다.전력 유닛은 제어기와 연결되는 충전 회로를 더 포함할 수도 있는데, 여기서 제어기는 충전 회로를 연결시켜 소정의 파라미터 중 하나에 따라서 축전지를 충전한다. 소정의 파라미터는 적어도 충전 모드 및 장치 동작 모드를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 대하여, 장치가 충전 모드에 있을 때, 제어기는 I_out-des를 축전지 충전 전류 I_battery로 설정하고, 장치가 장치 동작 모드에 있을 때에는, 제어기는 I_out-des를 장치 동작 전류 I_device로 설정한다.본 발명의 이들 및 다른 양태 및 이점은 첨부하는 도면을 참조하여 이하 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따르는 전력 유닛 구조를 나타내는 블록도이다. 전력 유닛(10)은 벽 콘센트 등의 AC 전원에 접속되는 충전기(12)를 포함한다. 입력 전류 I_ch는 마이크로프로세서(16)로부터의 신호 ICTRL에 따라서 개폐되는 스위치(14)를 향하여 흐른다. 마이크로프로세서는 본 발명의 제어 알고리즘에 따라서 충전 회로(18)를 통하여 스위치(14)를 제어한다. 마이크로프로세서(16)는 전하기의 충전및 동작 파라미터에 바람직한 출력 전류 I_out-des를 저장하는 EEPROM에 액세스한다. EEPROM은 또한 이하의 표에 따라서 다른 변수를 저장한다.

조건 레벨	값	정의
전화기 전력 오프 레벨(최대)	6.8V	휴대용 장치의 전력 오프 레벨
전화기 전력 오프 레벨(최소)	4.2V	휴대용 장치의 전력 오프 레벨
축전지 최대 레벨	6.5V	충전 중의 최대 축전지 전압
축전지 제 1풀(full) 레벨	6.0V	충전 전의 축전지 풀 레벨
축전지 풀 레벨	5.6V	전지 4개로 된 축전지에 대한 풀 레벨
송신기 온(on)의 하이 레벨	5.3V	충전중 대화 모드의 축전지 하이
송신기 온의 로우 레벨	4.5V	충전중 대화 모드의 축전지 로우
송신기 오프 축전지 재충전 레벨	5.2V	대기 모드에서의 축전지 재충전
송신기 온 축전지 재충전 레벨	4.8V	대화 모드에서의 축전지 재충전
대기중 로우 축전지 경고 레벨	4.5V	대기 모드에서의 축전지 로우 레벨
송신기 온시의 로우 축전지 경고 레벨	4.4V	대화 모드에서의 축전지 로우 레벨
충전 전류 상한치	1.5A	최대 충전 입력 전류
축전지 충전 전류 레벨	0.7A	축전지 충전에 필요한 전류
고속 충전기 기준 레벨	0.5A	충전기 방식을 구분하기 위한 전류 레벨
충전 전류 임계 레벨	0.1A	최대 충전 입력 전류
충전 온도 상한치	48℃	충전 중단 상한치
충전 온도 하한치	5℃	충전 중단 하한치
충전 온도 고기준치	40℃	충전 온도 범위의 고점
충전 온도 저기준치	10℃	충전 온도 범위의 저점
마이너스 델타 V	2	-dV 검출을 위한 A/D 판독의 수
마이너스 델타 V 카운터	2	-dV 검출을 위한 연속 사이클의 수
피크 전압 카운터	10분	피크 검출 시간
고속 충전기의 안전 타이머	4시간	고속 충전기에 대한 최대 충전 시간
기본 충전기의 안전 타이머	8시간	기본 충전기에 대한 최대 충전 시간

전력 유닛이 충전 모드에 있고 스위치(14)가 닫혀 있을 때 장치 축전지(20)는 축전지를 충전하기 위한 입력 전류 I_battery를 수신한다.

본 발명에 따르는 구조에 의해 실행되는 알고리즘을 도 2를 참조로 하여 설명한다. 본 발명은 기타의 전자 장치에 적용될 수 있고, 셀룰러 전화기에 한정되는 것은 아니지만, 설명을 위하여, 셀룰러 전화기가 전자 장치로서 기재되어 있다.

충전기가 전화기(축전지가 있는)에 접속될 때, 충전 사이클이 개시된다. 충전 기능은 전화기가 풀 서비스 상태로 ON되거나 OFF될 때 실행될 수 있다. 충전 전류는 충전 사이클 중에 충전 스위치 ICTRL을 제어함으로써 항상 변조된다. 전화기 또는 축전지에 공급되는 전류량은 상이한 동작 모드 및 축전지 전압에 달려 있다.

충전기 접속은 단계 (S101)에서 충전 전류를 감지함으로써 검출된다. 이 전류는 ICTRL을 ON으로 스위칭시키고 충전 회로를 통해 충전기로부터의 전류 출력을 판독함으로써 매 초마다 감지된다. 충전기는 평균 전류값이 충전 전류 임계 레벨보다 높은 가에 대해서 검출된다(단계 S102).

충전기가 검출되는 경우, 충전 알고리즘은 단계 (S103)에서 활성화된다. 상술된 바와 같이, 정전류원용으로 사용되는 종래의 충전 방법과 달리, 시변 전류원의 입력 전류는 충전 과정 동안에 연속적으로 점검되어야 한다(단계 S104). 이어서, 입력 전류 I_charge는 단계(S105)에서 I_input으로 평균화된다. 즉, 충전 전류는 ICTRL이 ON인 동안에 판독되어야 하고, 표준 AC/DC 충전기로부터의 전류 출력은 120㎐ 전파이다. 하나의 표준 고속 충전기에서 ICTRL이 변경될 때마다 전이 시간이 길어지게 하는 4700㎌의 축전기가 있다는 것을 고려하면, 전류는 ICTRL을 50 밀리초 동안 ON으로 설정한 후에 8밀리초에 10개의 표본을 추출하여 매 5초마다 측정된다. 새로운 전류 판독치는 10개 표본의 평균치이다. 이어서, 새로운 전류 판독치 및 종전의 I_input을 각각 가중치 1/32 및 31/32와 함께 가산함으로써 필터링 평균치를 사용하여 I_input이 계산된다.

이어서, 단계 (S106)에서 축전지가 충전을 필요로 하는지의 여부가 결정된다. 충전이 필요한 경우(단계 S106에서 예), 마이크로프로세서는 단계 (S107)로 진행하고, 충전이 필요하지 않은 경우(단계 S106에서 아니오), 마이크로프로세서는 단계 (S108)로 진행한다. 단계 (S107 및 S108)에서, 축전지의 충전 또는 전화기의 동작에 필요한 전류는 각각 동작 모드에 기초하여 원하는 출력 전류 I_out-des로서 설정된다. 축전지를 충전하기 위한, 또는 전화기 전력을 공급하기 위한 전류 출력량은 입력 전류 측정에 기초하여 상이한 듀티비를 선택함으로써 마이크로프로세서에 의해 원하는 값으로 설정된다(도 3 참조). 상이한 전원 I_input및 원하는 다양한 전류 I_out-des에 대한 통합된 식은 이하에 주어져 있다.

I_out-des= I_input×듀티비 ... (2)

및

듀티 사이클 = 듀티비 ×T ×100% [%] ... (3)

여기에서, T는 평균 전류 I_out-des를 구하기 위한 시간 주기이다. 상술된 바와 같이, 통합된 식의 이점은 일정하거나 시간에 따라 변화하거나, 어떠한 종류의 전류원이 사용되든지 간에 식(2)은 공통의 계산 방법으로서 항상 사용될 수 있다는 것이다. 전화기 축전지를 충전할 때, I_out-des는 축전지를 충전하는데 필요한 전류량이고, 전화기 전력을 공급할 때에는, I_out-des는 상이한 동작 모드에서 소비되는 전화기 전류를 보상하기 위한 전류량이다. 정전원을 사용할 때, I_input는 외부 전원으로부터의 일정치이다. 시변 전원을 사용할 때에는, I_input는 변화하고, 항상 측정되어야 한다. 모든 경우의 조합에 있어서, 시간 주기 내에서 듀티비를 변경함으로써 상이한 출력 전류를 관찰할 수 있다. 도 3은 축전지 충전 및 전화기 전력 공급 모두에 대하여 식 (2) 및 (3)을 사용하는 전류 제어를 나타낸다. 특정 출력 전류 I_out-des에 대하여, 듀티비는 입력 전류 I_input가 감소함에 따라서 증가하는 것을 주목하여야 한다.

단계 (S109)에서, 듀티 사이클은 식 (2) 및 (3)에 기초하여 I_input및 I_out-des에 따라서 이하와 같이 계산된다.

듀티 사이클 = (I_out-des/I_input) ×T ×100% [%] ... (4)

이어서, 듀티 사이클은 ICTRL 스위치의 ON 또는 OFF 제어를 위한 출력이고, 전력 I_output이 결정된 듀티 사이클에 따라서 전기 장치에 공급된다. 마이크로프로세서의 계산 부담을 감소시키기 위하여, 듀티 사이클은 사전에 계산되어 EEPROM의 테이블에 저장될 수도 있다. 마이크로프로세서는 대응하는 테이블에 액세스하여 입력 전류 I_input및 원하는 출력 전류 I_out-des에 따라 듀티 사이클을 선택한다.

I_input이 I_out-des보다 낮은 경우 듀티 사이클은 100%로 설정된다. 그렇지 않은 경우, 듀티 사이클은 상기 식을 사용하여 계산된다. 특정의 경우에, 송신기가 ON이고, 축전지 전압이 5.3V 이상일 때, ICTRL은 전화기를 내부 과열로부터 보호하기 위하여 시간 주기의 나머지 동안 로우(low)로 설정된다.

듀티 사이클 ON 동안에는, 축전지 전압 측정을 위하여 짧은 ICTRL-로우 펄스가 있을 수 있다. ICTRL OFF(t_p-(듀티 사이클)) 동안에는, 충전기 접속 검출을 위하여 짧은 ICTRL-하이(high) 펄스가 있을 수 있다.

조정 가능한 시간 주기 T를 이용하여 더욱 평활한 전류 평균치를 획득할 수 있다. 입력 전류는 시변적이기 때문에, 출력 전류 및 입력 전류 사이의 차이도 또한 시변적이다. 고정 시간 주기가 사용되는 경우, 상기 차이가 클수록, 평균 결과는 더욱 나빠진다(도 4 참조).

시변 주기 전류 평균을 위하여 사용된다라고 하면, 식 (3)에서의 듀티 사이클은 듀티 사이클=듀티비×t 가 된다. 이 식에서, 시간 주기 t는 I_input및 I_out-des사이의 차이에 기초하여 변경된다. 통상적으로, t는 ΔI의 함수로서 표현할 수 있다.

t = f(ΔI) = f(I_input-I_out-des) ... (5)

ΔI가 증가할 때, 시간 주기 T는 감소하고, 그 역도 성립한다. ΔI가 0 보다 작을 때(I_input＜I_out-des), 시간 주기는 ΔI의 부호가 변경될 때까지 계속해서 확장된다. 도 5A-5C는 식 (5)에서 계산된 시변 주기를 사용하여 평활 평균 출력 전류를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따르는 알고리즘에 대한 상태 머신도이다. 전화기가 축전지 또는 외부 전원중 하나에 의하여 전력이 공급될 때, 충전 알고리즘은 시작 상태에 진입하는데, 이 상태에서, 알고리즘에 관련된 모든 파라미터가 초기화된다. 전화기가 축전지 온도에 도달하게 하기 위하여 10분 단위 시작 타이머(10-minute start timer)가 활성화된다. 전화기는 충전기 접속을 계속적으로 점검하기 시작하고, 전화기에 공급되는 전원의 방식을 식별한다. 충전기가 검출되지 않는 경우, 전화기는 축전지에 의하여 전력이 공급되고, 알고리즘은 휴대 상태로 진행하여, 충전이 되지 않고 전화기는 휴대 상태로서 동작한다.

충전기가 검출되면 언제든지, 충전이 활성화되고, 상태는 휴대 상태에서 대기 상태로 변경된다. 대기 상태는 충전 알고리즘을 분석하는 상태이다. 대기 상태에서는, 마이크로프로세서가 모든 충전 필요 조건을 점검하여 축전지가 안전한 상태에서 충전되도록 보장한다. 필요 조건은 ⑴ 시작 타이머가 만료되고, ⑵ 송신기가 Off되며, ⑶ 전화기가 시스템에 액세스하거나 또는 채널을 주사(走査)하지 않고, ⑷ 축전지 온도가 충전을 위한 범위내에 있으며, ⑸ 축전지 전압이 "제1 풀" 레벨 이하일 것을 포함한다. 모든 필요 조건이 충족되면, 알고리즘은 충전 상태로 스위칭된다. 그렇지 않으면, 알고리즘은 대기 상태에 머물러서 축전지를 유지한다. 축전지 전압이 충전 전에 "제1 풀" 레벨 이상인 것으로 검출되는 경우, 알고리즘은 풀 축전지의 과충전(過充電)을 피하기 위하여 충전 완료 상태로 바로 진입한다.

충전 상태에서, 축전지는 전력 유닛으로부터의 충전 전류에 의해 충전된다. 충전 동안에는, 송신기의 상태, 축전지 온도 및 전화기 동작 모드 등의 어느 정도의 필요 조건들이 계속적으로 감시된다. 이러한 필요 조건 중의 어느 하나가 허용 불가능한 레벨에 도달하면, 알고리즘은 대기 상태로 복귀한다. 그렇지 않으면, 축전지 풀 레벨에 도달할 때까지 축전지는 계속해서 충전된다. 축전지가 완전히 충전된 시기를 결정하는 데에 ⑴ 마이너스 델타 V 검출, ⑵ 피크 전압 검출, ⑶ 최대 축전지 전압 및 ⑷ 안전 타이머 한계의 4가지 조건이 사용된다. 이들 조건 중의 어느 하나가 충족되면, 충전 상태는 종료된다. 이어서, 알고리즘은 충전 완료 상태로 스위칭되고 축전지 풀이 선언된다.

충전 완료 상태에서, 알고리즘은 변조된 충전 전류에 의해 완전히 충전된 상태로 축전지를 유지한다. 단시간내의 재충전으로부터 축전지를 보호하기 위하여 클릭-아웃(click-out) 기능이 가능하게 된다. 대기 상태에서 점검되는 필요 조건은 충전 완료 상태에서 또한 검사된다. 전압이 대기 모드에서의 대기 재충전 레벨 이하로 강하하면 알고리즘은 충전 상태로 복귀하여 축전지를 재충전한다. 축전지 전압이 대화 모드에서의 대화 재충전 레벨로 강하하면, 알고리즘은 대기 상태로 복귀한 후 송신기가 Off될 때 충전 상태로 된다.

충전 과정 동안 3초간 충전기가 검출되지 않는 경우, 알고리즘은 휴대 상태로 복귀하고 충전 과정을 중지한다.

충전기를 전화기에 접속함으로써 전화기에 전력이 공급될 때 또는 충전기가 접속되어 있는 동안 전화기에 전력이 차단될 때 충전 전용(charge-only) 모드로 진입된다. 충전 전용 모드에서, 트랜시버 유닛은 Off되고 키패드는 불능으로 된다. 축전지 충전 과정만이 활성화되는 유일한 기능이다. 충전 제어 소프트웨어는 정상 모드 및 충전 전용 모드 모두를 위하여 설계된 통합된 기능이다.

충전기에 접속할 때, "종료" 키를 누름으로써 전화기는 정상 모드 및 충전 전용 모드 사이에서 스위칭된다. 모드 전환 중에, 충전 과정은 현재의 동작 모드로부터 다른 모드로 원활하게 이동된다. 어떤 충전 상태는 충전 과정을 계속하도록 유지된다. 동작 모드 스위칭으로 인하여 전화기가 리세트될 때 충전 사이클은 재시작하지 않는다. 이러한 설계는 전화기가 소프트웨어에 의하여 재시작(웜 시작(worm start) 또는 리부트(reboot))되는 경우에 또한 적용할 수 있다.

충전 전류는 시변적이기 때문에, 축전지를 충전하기 위하여, 또는 전화기에 공급하기 위하여 필요한 전류는 항상 마찬가지로 변조되어야 한다. 이러한 변조는 정기적인 시간 주기의 백분율인 듀티 사이클을 발생하므로, 이러한 시간 주기에 걸친 평균 전류가 바람직한 충전 전류와 동일하게 된다. 듀티 사이클은 값이 충전 전류 및 필요 전류의 크기 뿐만 아니라, 또한 충전 상태, 축전지 전압, 송신기 ON/OFF 및 그 전력 레벨, 그리고 배면광 ON/OFF 선택 등의 많은 기타의 파라미터에 의존하는 변수이다. 이러한 관계에서,

듀티 사이클 = (I_out-des/I_input)×T_p... (6)

여기에서, T_p는 정기적 시간 주기(5초)이고, I_charge는 충전기로부터의 평균 충전 전류이며, I_out-des는 축전지를 충전하거나 전화기 전류를 공급하기 위하여 필요한 전류이다.

축전지를 충전하기 위해, 듀티 사이클은 I_input및 축전지 충전 전류I_battery의 함수이다.

듀티 사이클 = (I_battery/I_input)×T_p... (7)

전화기 전류를 공급하기 위해, 듀티 사이클은 I_input및 전화기 전류 I_phone의 함수이다. 충전 효율을 위해 듀티 사이클의 추가적인 10%가 부여되어,

듀티 사이클 = (I_phone/I_input)×T_p×100% ... (8)

이 된다. 배면광이 ON인 경우, 듀티 사이클은 배면광 전류 I_backlight에 의하여 보상되고,

듀티 사이클 = ((I_battery＋I_backlight)/I_input)×T_p... (9)

또는

듀티 사이클 = ((I_phone＋I_backlight)/I_input)×T_p×110% ... (10)

송신기가 ON이고, 축전지 전압이 5.3V 이상이거나, 전화기가 시스템에 액세스중 또는 채널 주사중이고 축전지 전압이 약 4.5V 이상인 경우, 듀티 사이클은 0으로 설정된다. 송신기가 ON이고, 축전지 전압이 4.5V 이하인 경우, 듀티 사이클은 식 (7)을 사용하여 계산된다.

충전 상태에서, 대기 상태에서 점검된 모든 충전 필요 조건이 충족되는 경우, 축전지 풀 상태가 결정될 때까지 충전 전류가 축전지에 인가된다. 축전지에 서미스터가 내장되어 있지 않기 때문에, 축전지 풀 검출은 전압 판독에만 기초한다. 평균 전압 V_MEAN이 계산되고 새로운 전압 판독치를 종전의 전압 판독치와 비교함으로써 매 분마다 점검된다. 충전 커브가 증가하는 경우, 최대 판독치 V_{MEAN MAX}는 새로운 판독치 V_MEAN로 갱신된다. 그렇지 않은 경우, V_{MEAN MAX}가 축전지 풀 레벨 이상이면 축전지 풀 결정이 활성화된다. 이하에 기재된 방법은 축전기가 풀인지를 결정하는 데에 사용된다.

(1) 마이너스 델타 V 검출

두 개의 연속적인 사이클 동안 축전지 전압 V_MEAN이 최대 판독치 V_{MEAN MAX}보다 아래인 두 개의 A/D 판독치(약 28㎷에 대응)인 경우, 축전지는 완전히 충전된 것이다.

(2) 피크 전압 검출

축전지 전압 V_MEAN이 10분 동안 최대 판독치 V_{MEAN MAX}보다 작거나 동일한 경우 충전은 완료된 것이다.

(3) 최대 전압 한계

최대 전압 판독치 V_{MEAN MAX}가 축전지 전압의 최대 레벨에 도달하거나 초과하는 경우 충전은 중지된다.

(4) 안전 타이머 한계

최대 충전 시간에 도달하면 충전은 종료된다. 이 타이머는 축전지가 실제로 충전되고 있을 때 활성화 된다.

표준 충전기에 의해, 가변 충전 전류가 또한 축전지 전압 변화를 일으킨다. 전압은 A/D 컨버터를 직접 판독함으로써 측정될 수 없다. 전압 측정은 ICTRL이 OFF인 동안 매 5초마다 활성화된다. 전압은 ICTRL을 100밀리초동안 OFF 상태로 설정한 후 표본 추출되고, 새로운 평균 전압은 새로운 표본 및 종전의 평균 전압의 평균치이다.

내장 서미스터가 없는 경우, 축전지 온도는 발진기 서미스터에 의하여 제공되는 전화기 내부 온도에 관한 것이다. 실제의 축전지 온도는 서미스터에 의해 정확하게 측정될 수 없기 때문에, 충전 과정 동안에 전화기 주변 온도가 기준으로서 사용된다. 온도가 특정 범위를 벗어나면 축전지는 충전되지 않는다. 온도는 1초에 한번 점검되고, 새로운 온도 판독치 및 종전의 평균 온도치를 각각 가중치 1/8 및 7/8과 함께 가산함으로써 필터링 평균치를 사용하여 평균화된다. 온도 한계는 전체의 충전 과정에 대하여 필요하다.

본 발명에 따라서, 전류원이 일정한가 또는 시변적인가에 관계 없이 전기 장치를 동작시키고 장치의 축전지를 충전하기 위한 전력 유닛 및 방법이 제공된다. 따라서, 상술된 바와 같이, 시변 전류를 공급하는 표준 충전기와 같은 저렴한 충전기를, 총 제조 비용을 절감시키면서 구성할 수 있다. 더욱이, 전류 평균화를 위해서 조정 가능한 시간 주기를 이용함으로써 더욱 평활한 전류 평균 및 이에 따른 더욱 효과적인 충전이 달성된다.

Claims (12)

1. 정전류원 및 시변 전류원 중의 하나인 외부 전류원으로부터 축전지에 의하여 전력이 공급되는 전기 장치로의 전류 공급을 제어하는 방법으로서,

   ㈎ 전류원으로부터 입력 전류 I_input를 측정하는 단계와,

   ㈏ 전기 장치의 소정의 동작 파라미터에 따라서 원하는 출력 전류 I_out-des를 선택하는 단계와,

   ㈐ I_input및 I_out-des에 따라서 듀티 사이클을 결정하는 단계와,

   ㈑ 듀티 사이클에 따라서 전기 장치로 전력 I_output을 공급하는 단계를 포함하는, 축전지 전력 공급 전기 장치로의 전류 공급 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 ㈏는 축전지 충전 동작에 따라서 I_out-des를 선택함으로써 실행되고, 상기 단계 ㈑는 축전지를 충전하기 위하여 전력을 공급함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 축전지 전력 공급 전기 장치로의 전류 공급 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 듀티 사이클은 듀티비 및 시간 주기의 적이고, 상기 단계 ㈐는 시간 주기에 걸쳐서 듀티비를 변화시킴으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 축전지 전력 공급 전기 장치로의 전류 공급 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 듀티 사이클은 듀티비 및 시간 주기의 적이고, 상기 시간 주기는 I_input-I_out-des의 함수이며, 상기 단계 ㈐는 시간 주기를 변화시킴으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 축전지 전력 공급 전기 장치로의 전류 공급 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 ㈏는 축전지가 충전을 필요로 하는가를 결정하고, 축전지가 충전을 필요로 하는 경우, I_out-des를 축전지 충전 전류 I_battery로 설정함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 축전지 전력 공급 전기 장치로의 전류 공급 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 축전지를 충전할 필요가 없는 경우, 상기 단계 ㈏는 I_out-des를 장치 동작 전류 I_device로 설정함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 축전지 전력 공급 전기 장치로의 전류 공급 제어 방법.
7. 정전류원 및 시변 전류원 중의 하나에 연결될 수 있는, 축전지에 의하여 전력이 공급되는 전기 장치용 전력 유닛으로서,

   전류원으로부터 전기 장치로의 입력 전류 I_input를 감시하는 A/D 컨버터와,

   전기 장치의 소정의 동작 파라미터에 대응하는 원하는 출력 전류 I_out-des를 저장하는 메모리(EEPROM)와,

   상기 A/D 컨버터 및 상기 메모리와 통신하고, 상기 소정의 동작 파라미터에 기초하여 I_out-des를 선택하며, I_input및 I_out-des에 따라서 듀티비를 결정하는 제어기(16)를 포함하는데, 상기 제어기는 듀티 사이클에 따라서 전기 장치로의 입력 전류 I_input를 구동하는, 전력 유닛.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 전기 장치에 결합되어 전류원이 비접속될 때 전기 장치에 전력을 공급하는 재충전 축전지(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 유닛.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제어기와 통신하는 충전 스위치(14)를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 충전 스위치를 연결시켜 상기 소정의 파라미터 중 하나에 따라서 상기 축전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 전력 유닛.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 소정의 파라미터는 적어도 충전 모드 및 장치 동작 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 유닛.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 장치는 상기 충전 모드에 있을 때, 상기 제어기는 I_out-des를 축전지 충전 전류 I_battery로 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 유닛.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 장치가, 상기 장치 동작 모드에 있을 때, 상기 제어기는 I_out-des를 장치 동작 전류 I_device로 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 유닛.