KR100513380B1 - 휴대용 기기의 과전압 보호 장치 - Google Patents

휴대용 기기의 과전압 보호 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대용 기기의 과전압 보호 장치에 관한 것이다.
본 발명은 외부기기로부터 인가되는 전원에서 과전압을 검출하여 과전압 검출신호를 출력하는 과전압 검출신호 생성부와; 상기 과전압 검출신호 생성부의 과전압 검출신호에 의해 제어되어, 상기 인가되는 전원을 내부의 주회로로 공급할지 여부를 결정하는 과전압 차단부와; 상기 과전압 차단부의 결정에 따라, 주회로로 인가되는 전원을 전달 혹은 차단함과 아울러, 배터리로부터 역류되는 전류를 차단하는 과전압 및 역류전류 차단부를 구비하여 구성된다.
따라서, 본 발명은 이동통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북 컴퓨터, 휴대용 음향기기 등 배터리를 장착하여 사용하는 휴대용 기기에 있어서, 해당 휴대용 기기를 외부기기에 장착할 시 해당 외부기기의 이상으로 인해 과전압이 발생하는 경우, 초기 상태에서 과전압 검출부를 비활성화 상태로 유지시켜 과전압이 발생한 후부터 상기 과전압 검출부가 작동하기까지 과전압이 주회로에 전달되는 것을 원천적으로 차단함과 아울러, 해당 휴대용 기기에 배터리가 연결된 경우에는, 게이트가 공통으로 연결된 NMOS(N-channel Metal-Oxide Semiconductor)를 반대방향으로 배열하여 상기 배터리로부터 공급되는 전류가 역류하는 것을 방지함으로써, 과전압에 의한 주회로의 손상을 방지하고 배터리 전원의 역류에 의한 손실을 방지하는 효과가 있다.

Description

휴대용 기기의 과전압 보호 장치{OVER VOLTAGE PROTECTION APPARATUS IN A PORTABLE MACHINERY}
본 발명은 이동통신 단말기에 관한 것으로, 특히 이동통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북 컴퓨터, 휴대용 음향기기 등 배터리를 장착하여 사용하는 휴대용 기기에 있어서, 해당 휴대용 기기를 외부기기에 장착할 시 해당 외부기기의 이상으로 인해 과전압이 발생하는 경우, 초기 상태에서 과전압 검출부를 비활성화 상태로 유지시켜 과전압이 발생한 후부터 상기 과전압 검출부가 작동하기까지 과전압이 주회로에 전달되는 것을 원천적으로 차단함과 아울러, 해당 휴대용 기기에 배터리가 연결된 경우에는, 게이트가 공통으로 연결된 NMOS(N-channel Metal-Oxide Semiconductor)를 반대방향으로 배열하여 상기 배터리로부터 공급되는 전류가 역류하는 것을 방지하는 휴대용 기기의 과전압 보호 장치에 관한 것이다.
최근에는 반도체 기술, 배터리 제조기술 등의 발달로 이동통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북 컴퓨터, 휴대용 음향기기 등 각종 기기들이 휴대용으로 제작되어, 배터리 혹은 충전식 배터리를 장착하면 어디서든 통화, 인터넷 접속, 정보 관리, 음향 청취 등을 수행할 수 있게 된다.
그런데, 이런 휴대용 기기를 일반 가정이나 차량에서 충전하거나, 또는 컴퓨터와 같은 다른 기기에 연결하여 통신을 하는 경우, 해당 전원공급장치의 이상 등으로 순간적으로 발생한 과전압으로부터 내부 주회로를 보호하기 위한 회로 설계가 필수적이다.
도1은 종래 휴대용 기기의 과전압 보호 회로의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이, 외부 인터페이스부(10), 과전압 검출부(11), PMOS(P-channel Metal-Oxide Semiconductor)(12)로 구성되어, 과전압 검출부(11)가 외부 인터페이스부(10)를 통해 인가되는 전원으로부터 과전압을 검출하면 PMOS(12)의 게이트(Gate)를 조절하여 상기 검출된 과전압이 주회로로 전달되는 것을 차단하는 동작을 한다.
즉, 정상적으로 전원이 인가되는 경우, 상기 과전압 검출부(11)는 '로우(Low) 상태'의 제어신호를 PMOS(12)의 게이트로 출력하여 상기 PMOS(12)를 활성화시켜 외부 인터페이스부(10)의 전원을 주회로로 전달하다가, 과전압이 발생하는 경우 '하이(High) 상태'의 제어신호를 상기 PMOS(12)의 게이트로 출력하여 상기 PMOS(12)를 비활성화시켜 과전압을 차단하게 된다.
여기서, 외부 인터페이스부(10)는 외부기기와의 인터페이스를 통해 해당 휴대용 기기로 배터리 충전을 위한 전원을 공급받거나 통신시 필요한 전원을 공급받아 내부의 주회로로 전달하는 역할을 한다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 휴대용 기기에서 외부 인터페이스부(10)로부터 발생된 과전압의 검출 여부에 따라 과전압 검출부(11)가 PMOS(12)의 게이트 전압을 조절하여 과전압을 차단하는 경우, 과전압이 발생하는 순간 상기 PMOS(12)가 활성화상태에 있게 되므로, 과전압이 발생한 후부터 상기 과전압 검출부(11)가 작동하기까지 상기 발생된 과전압이 주회로에 전달되어, 주회로를 손상시키는 문제점이 있었다.
한편, 상기 문제점을 개선하기 위한 종래 휴대용 기기의 과전압 보호 회로의 다른 예는, 도2에 도시된 바와 같이, PMOS(12)의 게이트와 소스(Source) 사이에 저항(R2)을 연결하여, 외부 인터페이스부(10)를 통해 인가되는 과전압을 상기 게이트와 소스 모두에 인가되도록 함으로써, 상기 게이트에 인가된 전압에 의해 상기 PMOS(12)가 비활성화되어, 상기 PMOS(12)는 과전압이 인가되는 시점에 비활성화 상태에 있도록 한다.
그러면, 과전압이 발생한 후부터 상기 과전압 검출부(11)가 작동하기까지 전원공급부(10)로부터 인가된 과전압이 주회로에 전달되는 것을 방지하게 된다.
이때, 과전압이 인가되는 시점에 상기 PMOS(12)를 비활성화 상태로 유지하기 위하여 트랜지스터(TR1,TR2)를 이용하여 상기 과전압 검출부(11)의 제어신호를 상기 PMOS(12)의 게이트에 연결하는데, 이 경우 외부 인터페이스부(10)로부터 전원이 공급되지 않는 상태에서도 해당 휴대용 기기에 연결된 배터리(13)로부터 공급되는 전원이 활성화된 PMOS(12)를 경유하여 상기 트랜지스터(TR1,TR2)까지 역류하게 되고, 그에 따라 배터리(13)에 충전된 전류가 불필요하게 소모된다.
따라서, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, PMOS(12)의 게이트와 소스를 저항(R2)을 통해 연결한 후 과전압 검출부(11)에서의 과전압 검출 여부에 따라 PMOS(12)의 게이트 전압을 조절하여 과전압을 차단하는 경우, 상기 PMOS(12)를 제어하기 위하여 연결된 트랜지스터(TR1,TR2)에 의해 배터리(13) 전원이 불필요하게 소모되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 이동통신 단말기, PDA, 노트북 컴퓨터, 휴대용 음향기기 등 배터리를 장착하여 사용하는 휴대용 기기에 있어서, 해당 휴대용 기기를 외부기기에 장착할 시 해당 외부기기의 이상으로 인해 과전압이 발생하는 경우, 초기 상태에서 과전압 검출부를 비활성화 상태로 유지시켜 과전압이 발생한 후부터 상기 과전압 검출부가 작동하기까지 과전압이 주회로에 전달되는 것을 원천적으로 차단함과 아울러, 해당 휴대용 기기에 배터리가 연결된 경우에는, 게이트가 공통으로 연결된 NMOS를 반대방향으로 배열하여 상기 배터리로부터 공급되는 전류가 역류하는 것을 방지하도록 하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부기기로부터 인가되는 전원에서 과전압을 검출하여 과전압 검출신호를 출력하는 과전압 검출신호 생성부와; 상기 과전압 검출신호 생성부의 과전압 검출신호에 의해 제어되어, 상기 인가되는 전원을 내부의 주회로로 공급할지 여부를 결정하는 과전압 차단부와; 상기 과전압 차단부의 결정에 따라, 주회로로 인가되는 전원을 전달 혹은 차단함과 아울러, 배터리로부터 역류되는 전류를 차단하는 과전압 및 역류전류 차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도3은 본 발명 휴대용 기기의 과전압 보호 장치의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이, 외부기기와의 인터페이스를 통해 배터리(500) 충전을 위한 전원을 공급받거나 통신시 필요한 전원을 공급받아 내부의 주회로로 인가하는 외부 인터페이스부(100)와; 상기 외부 인터페이스부(100)로부터 인가되는 전원으로부터 과전압을 검출하여 과전압 검출신호를 출력하는 과전압 검출신호 생성부(200)와; 상기 과전압 검출신호 생성부(200)의 과전압 검출신호에 의해 제어되어, 상기 외부 인터페이스부(100)를 통해 주회로로 인가되는 전원의 공급여부를 결정하는 과전압 차단부(300)와; 상기 과전압 차단부(300)의 결정에 따라 주회로로 인가되는 전원을 전달 혹은 차단함과 아울러, 배터리(500)로부터 역류되는 전류를 차단하는 과전압 및 역류전류 차단부(400)로 구성한다.
본 발명은 이동통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북 컴퓨터, 휴대용 음향기기 등 배터리를 장착하여 사용하는 휴대용 기기에 적용가능하며, 특히 카킷(Carkit), USB(Unversal Serial Bus) 등의 외부기기와의 인터페이스를 통해 배터리 충전을 위한 전원을 공급받거나 통신시 필요한 전원을 공급받아 내부의 주회로로 전달하는 기능을 갖는 휴대용 기기에 적용할 수 있다.
그리고, 본 발명에서 과전압 및 역류전류 차단부(400)는 게이트(Gate)가 공통으로 연결된 NMOS(N-channel Metal-Oxide Semiconductor)(401,402)를 반대방향으로 배열하고, 각 NMOS(401, 402)의 소스(Source)와 드레인(Drain) 사이에 역방향으로 역전류차단용 다이오드(D1,D2)를 연결함으로써, 상기 공통 연결된 게이트로 입력되는 과전압 차단부(300)의 과전압 차단신호에 의해 외부 인터페이스부(100)로부터 인가된 전원을 주회로로 전달하거나, 배터리(500)로부터 역류되는 전류를 차단하는 것으로 가정한다.
본 발명에서 휴대용 기기의 외부 인터페이스부(100)는 카킷, USB 등의 외부기기와의 인터페이스를 통해 해당 휴대용 기기를 구동하는 배터리(500)를 충전하기 위한 전원을 공급받거나, 통신시 필요한 전원을 공급받아 해당 휴대용 기기 내부의 주회로로 인가한다.
초기 상태에서, 상기 외부 인터페이스부(100)로부터 주회로로 인가되는 전원을 검출하여 감시하는 과전압 검출신호 생성부(200)는, 제1 풀다운(Pull down) 저항(R1)에 의해 '로우(Low) 상태', 즉 '활성화 상태'의 과전압 검출신호를 출력하고, 과전압 차단부(300) 역시 제2 풀다운저항(R2)에 의해 '로우 상태'로 '활성화 상태'를 유지하는 과전압 차단신호를 출력한다.
따라서, 상기 '로우 상태'로 '활성화 상태'가 된 과전압 차단신호에 의해 과전압 및 역류전류 차단부(400) 내의 NMOS(401,402)는 공통으로 연결된 게이트 전압이 소스 전압보다 작게 되어 오프(Off)로 되므로, 초기 상태에서 상기 외부 인터페이스부(100)를 통해 인가된 전원이 주회로로 전달되지 않게 된다.
그 후, 상기 외부 인터페이스부(100)를 통해 허용 전압이 인가되면, 상기 외부 인터페이스부(100)로부터 인가되는 허용 전원을 검출하여 감시하던 과전압 검출부(210)에 의해 과전압 검출신호 생성부(200)가 '하이(High) 상태', 즉 '비활성화 상태'로 된 과전압 검출신호를 출력하고, 이에 과전압 제어부(310)가 동작하여 상기 외부 인터페이스부(100)를 통해 주회로로 인가되는 전원을 전달할 것을 결정하여, 과전압 차단부(300)가 '하이 상태', 즉 '비활성화 상태'의 과전압 차단신호를 NMOS(401,402)의 게이트로 인가함으로써, 상기 NMOS(401,402)의 게이트 전압이 소스 전압보다 커져 상기 NMOS(401,402)가 도통되어, 상기 외부 인터페이스부(100)를 통해 인가된 전원을 주회로로 전달하게 된다.
한편, 외부 인터페이스부(100)를 외부기기에 장착할 시 혹은 장착하여 사용하는 중 외부기기의 이상으로 인해 과전압이 발생하면, 그 과전압도 상기 외부 인터페이스부(100)로 전달된다.
그러면, 상기 외부 인터페이스부(100)로부터 인가되는 전원을 검출하여 감시하던 과전압 검출부(210)가 상기 외부 인터페이스부(100)로부터 인가되는 전원으로부터의 과전압을 검출하여, '로우 상태'로 '활성화 상태'가 된 과전압 검출신호를 과전압 제어부(310)로 출력한다.
그 다음, 과전압 차단부(300)가 상기 과전압 검출신호 생성부(200)의 '활성화 상태'의 과전압 검출신호에 의해 제어되어, 상기 외부 인터페이스부(100)를 통해 주회로로 인가되는 전원을 차단할 것을 결정하여 '로우 상태'로 '활성화 상태'가 된 과전압 차단신호를 출력하면, 과전압 및 역류전류 차단부(400)의 NMOS(401,402)가 동작하여 주회로로 인가되는 과전압을 차단하게 된다.
여기서, 상기 과전압 및 역류전류 차단부(400)의 NMOS(401,402)는 서로 반대방향으로 배열되어 있으므로, '하이 상태'로 '비활성화 상태'가 된 과전압 차단신호가 공통으로 연결된 게이트에 인가되면, 제1 NMOS(401)는 도통되고 이와 반대방향으로 배열된 제2 NMOS(402)는 도통되지 않으나, 상기 제2 NMOS(402)의 소스와 드레인에 역방향으로 병렬 연결된 역전류차단용 다이오드(D2)에 의해, 상기 제1 NMOS(401)를 경유한 전원이 상기 역전류차단용 다이오드(D2)를 경유하여 주회로로 전달된다.
반면, 휴대용 기기에 배터리(500)가 장착되어 해당 휴대용 기기를 동작시키는 경우, 해당 휴대용 기기에 연결된 배터리(500)로부터 공급되는 전원이 역류하여 상기 제2 NMOS(402)로 전달되는데, 이때 과전압 차단부(300)로부터 '로우 상태'로 '활성화 상태' 된 과전압 차단신호를 게이트로 인가받은 상기 제2 NMOS(402)는, 그 소스와 드레인에 역방향으로 연결된 역전류차단용 다이오드(D2)에 의해 상기 배터리(500)에 충전된 전류가 역류하는 것을 차단하게 된다.
특히, 본 발명은 외부기기를 장착할 시 순간적으로 급격한 과전압이 상기 외부 인터페이스부(100)에 인가되는 경우에는, 외부기기에 장착하기 전 초기 상태에서 과전압 검출신호 생성부(200) 및 과전압 차단부(300)가 '로우 상태'로 '활성화 상태'를 유지하고, 이에 따라 과전압이 발생하는 순간 과전압 및 역류전류 차단부(400)의 NMOS(401,402)가 오프 상태로 있으므로, 과전압이 발생한 후부터 상기 과전압 검출신호 생성부(200)가 작동하기까지 상기 발생된 과전압이 주회로에 전달되는 것을 원천적으로 차단하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 이동통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북 컴퓨터, 휴대용 음향기기 등 배터리를 장착하여 사용하는 휴대용 기기에 있어서, 해당 휴대용 기기를 외부기기에 장착할 시 해당 외부기기의 이상으로 인해 과전압이 발생하는 경우, 초기 상태에서 과전압 검출부를 비활성화 상태로 유지시켜 과전압이 발생한 후부터 상기 과전압 검출부가 작동하기까지 과전압이 주회로에 전달되는 것을 원천적으로 차단함과 아울러, 해당 휴대용 기기에 배터리가 연결된 경우에는, 게이트가 공통으로 연결된 NMOS(N-channel Metal-Oxide Semiconductor)를 반대방향으로 배열하여 상기 배터리로부터 공급되는 전류가 역류하는 것을 방지함으로써, 과전압에 의한 주회로의 손상을 방지하고 배터리 전원의 역류에 의한 손실을 방지하는 효과가 있다.
도1은 종래 휴대용 기기의 과전압 보호 회로의 구성을 보인 회로도.
도2는 종래 휴대용 기기의 과전압 보호 회로의 다른 예의 구성을 보인 회로도.
도3은 본 발명 휴대용 기기의 과전압 보호 장치의 구성을 보인 회로도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
100 : 외부 인터페이스부 200 : 과전압 검출신호 생성부
210 : 과전압 검출부 300 : 과전압 차단부
310 : 과전압 제어부 400 : 과전압 및 역전류 차단부
500 : 배터리 R1,R2 : 풀다운 저항
D1,D2 : 역전류차단용 다이오드

Claims (4)

  1. 외부기기로부터 인가되는 전원에서 과전압을 검출하여 과전압 검출신호를 출력하는 과전압 검출신호 생성부와; 상기 과전압 검출신호 생성부의 과전압 검출신호에 의해 제어되어, 상기 인가되는 전원을 내부의 주회로로 공급할지 여부를 결정하는 과전압 차단부와; 상기 과전압 차단부의 결정에 따라, 주회로로 인가되는 전원을 전달 혹은 차단함과 아울러, 배터리로부터 역류되는 전류를 차단하는 과전압 및 역류전류 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기의 과전압 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 과전압 검출신호 생성부는, 외부기기로부터 인가되는 전원을 검출 및 감시하여, 상기 전원의 과전압 여부를 알리는 과전압 검출신호를 출력하는 과전압 검출부와; 초기상태 혹은 과전압 발생시 상기 과전압 검출신호를 로우 상태로 풀다운하는 풀다운 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기의 과전압 보호 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 과전압 차단부는, 상기 과전압 검출신호 생성부의 과전압 검출신호에 따라 외부기기로부터 인가된 전원의 공급 여부를 결정하는 과전압 차단신호를 출력하는 과전압 제어부와; 초기상태 혹은 과전압 발생시 상기 과전압 차단신호를 로우 상태로 풀다운하는 풀다운 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기의 과전압 보호 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 과전압 및 역류전류 차단부는, 게이트가 공통으로 연결된 NMOS(N-channel Metal-Oxide Semiconductor)를 반대방향으로 배열하고, 각 NMOS의 소스와 드레인에 역방향의 다이오드를 각각 병렬 연결하여 구성하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기의 과전압 보호 장치.
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