KR100581604B1

KR100581604B1 - 배터리 수명을 연장하는 전자 장치

Info

Publication number: KR100581604B1
Application number: KR1019997002727A
Authority: KR
Inventors: 라작아흐메드압둘
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2006-05-22
Also published as: EP0932988B1; CN1241341A; JP2001506479A; US6028374A; DE69830783D1; GB9716142D0; EP0932988A1; JP3952214B2; KR20000068673A; CN1154373C; DE69830783T2; WO1999007165A1

Abstract

본 발명은 디지털 방식 광역 호출기와 같은 전자 장치에 관한 것으로서, 상기 전자 장치는, 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 규정된 최소 전압보다 큰 동안에는 한 개의 단독 전지 배터리(24)로부터 직접 동작할 수 있는 수신기 집적 회로(10)를 포함한다. 호출기의 다른 집적 회로들(14, 16)은 배터리(24)에 접속된 배율기(26)에 의하여 공급된 더 높은 전압에서 동작한다. 배율기(26)는 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 규정된 최소 전압보다 낮은 값일 때에 동작할 수 있다. 제어 회로(34)는 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 규정된 최소 전압 이하로 감쇠된 때를 판별하고, 수신기 집적 회로(10)에 배율기(26)로부터의 강하된 전압을 공급하여 수신기 집적 회로(10)의 감도가 허용수준에 있도록 하는 것을 보장한다.

Description

배터리 수명을 연장하는 전자 장치{Extending Battery Life In Electronic Apparatus}

본 발명은 전자 장치에 관한 것으로서, 특히 집적 회로들로 조립된 무선장치에 있어서 그 무선장치를 구성하는 다수개의 집적 회로들 중에서 한 개 이상의 집적 회로가 다른 집적 회로들과는 다른 전압으로 동작하도록 제작된 무선장치에 관한 것으로서, 이것에만 한정되지는 않는다. 설명을 용이하게 하기 위하여, 본 발명은 디지털 방식 단방향 호출기를 참조하여 설명하기로 한다.

전형적으로, 단방향 호출기는 한 개 이상의 변환기(transducer)와 맨-머신(man-machine) 인터페이스를 제공하는 한 개 이상의 푸시형 버튼과 더불어서 수신기 집적 회로와, 디코더 집적 회로 및 마이크로프로세서 집적 회로를 포함하여 구성된다. 현재 호출기에서 사용되는 집적 회로들은 0.85 볼트와 3.5 볼트 사이의 범위내의 다양한 전압에서 동작한다. 소형 단방향 호출기는 자체내의 전원이 언제나 전지의 단자 볼트가 1.5 볼트이며 직류-직류 변환기에 의하여 3 볼트로 증가하는 단일 전지 배터리인 것을 의미한다. 공지된 바와 같이 직류-직류 변환기는 60 내지 90%의 효율성을 가지고 있어서, 전지의 유효 수명을 감소시키게 된다.

최근의 신세대 수신기 집적 회로는 최소 동작 전압으로 동작이 가능하게 개발되었는데, 상기 최소 동작 전압이라 함은 전지의 단자 전압이 지정된 최소 동작 전압 이하로 떨어져 있지 않은 상태에 있다는 가정 하에서 유일하게 단일 전지 공급원에 의해 곧바로 집적 회로들을 작동할 수 있게 하는 전압을 말한다. 그러나 전압 배율기는 디코더와 마이크로컨트롤러와 같은 다른 집적 회로를 위하여 여전히 필요하기 때문에 결국 전지를 전적으로 이용하여 수신기를 동작시킴으로써 전력을 절약하는 것은 제한된다. 용량이 작으며 수명이 짧은 전지를 사용하게 되면, 정상적인 수요로 말미암아 배터리가 고갈되는 때 뿐만 아니라 변환기로부터 상대적으로 수요가 클 때에 전지의 단자 전압이 강하되는 문제가 발생한다. 결과적으로 수신기의 감도(sensitivity)는 전지에 대한 갑작스럽고 짧은 지속시간 동안의 수요량에 따라 감소 및/또는 변동된다. 그러한 문제에 대하여, 수신기의 감도를 유지시키기 위하여 전지가 조기에 대체되어야 한다는 결론이 나오게 된다.

본 발명의 목적은 전체 전자 회로 중에서 최소한 일부에 전력을 직접 공급하는 배터리의 사용수명을 가능한 한 길게 연장시키는 것이다.

그렇게 하기 위하여 본 발명은 전자 장치를 제공하는데, 상기 전자 장치는 전지의 단자 전압을 공급하는 배터리 수용 수단과, 배터리의 단자 전압이 사전에 규정된 최소 전압 이상일 때에 동작하도록 설계된 제 1 부품과, 배터리의 전압보다 큰 전압에서 동작하도록 설계된 제 2 부품과, 상기 배터리 전압을 배율하여 그 배율된 전압을 상기 제 2 부품에 공급하는 전압 배율 수단, 및 전지의 단자 전압을 나타내는 전압을 기준 전압과 비교하고, 기준 전압이 상기 전압보다 클 때마다 전류가 상기 전압 배율 수단으로부터 상기 제 1 부품에 공급되도록 하는 제어 수단을 포함하여 구성된다.

본 발명은, 전원이 전지에 의해 상기 제 1 부품에 곧바로 공급되어야 하는데 그 전지의 단자 전압이 강하될 수밖에 없을 때에 회로의 가동과 감도를 완전하게 유지하기 위하여 상기 제 1 부품으로 공급되는 전류가 상기 배율기가 공급하는 전류로 대치된다는 사실을 인지하는데 기초한다. 그 결과로서, 전지의 단자 전압이 사전에 규정된 최소 전압 이하로 강화되었을 때에 제 1 부품은 정상으로 완전하게 가동할 수 있게 되어, 결국 전지의 유용 수명이 연장되게 되는데, 그 이유는 배율기가 전지의 단자 전압이 최소 전압 이하로 떨어진 때에도 잘 가동할 수 있기 때문이다. 따라서, 배터리의 전압 레벨이 전자 장치의 최소한 일부가 동작하는 레벨 이하로 강하되었다 할지라도, 배터리에 조금이라도 남아 있는 전기 용량 모두가 전자 장치에 전력을 공급하는 데 사용된다.

필요하다면, 전압 배율 수단은 조절된 더 높은 전압을 생성하고, 또한 상기 제 1 부품에 공급하기 위해 상기 조절된 더 높은 전압을 강하시키는 수단이 제공될 수 있다.

본 전자 장치의 한 실시예에서, 상기 제 1 부품으로서 호출 신호를 수신하는 수신기와 같은 무선 수신기 집적회로가 포함될 수 있고, 상기 제 2 부품으로서는 최소한 호출 신호 디코더가 포함된다.

본 발명은 예로서 첨부된 도면들을 참조하여 이제부터 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 만들어진 호출기의 개략적인 블록 다이어그램.

도 2는 제어 회로의 한 실시예를 제시하는 것으로서 부분적으로 블록 형태를 취한 다이어그램.

도 3은 제어 회로의 다른 실시예를 제시하는 것으로서 부분적으로 블록 형태를 취하는 다이어그램.

도면에서 동일한 참조 번호는 일치하는 장치를 지적하는데 사용된 것이다.

도 1을 참조하자면, 호출기는 안테나(12)에 접속된 신호 입력단을 구비하는 수신기 집적 회로(10)를 포함하여 구성된다. 디코더 집적 회로(14)는 상기 수신기(10)의 출력단에 접속되어, 복조된 신호를 디코딩한다. 마이크로컨트롤러 집적 회로(16)는 디코더 집적 회로(14)에 접속되어 디코더가 공급한 신호를 처리하고 또한 호출기의 다양한 기능들을 제어하는데 사용된다. 도시하지 않은 실시예에서, 디코더는 마이크로컨트롤러 집적 회로(16) 자체 내에 내장된 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있는데 그 결과로 집적 회로의 개수가 감소되게 된다. 스위치 패드(18)는 마이크로컨트롤러 집적 회로(16)에 접속되어 맨-머신 인터페이스의 기능을 수행한다. 청각 변환기(20)는 마이크로컨트롤러 집적 회로(16)의 출력단에 접속되어 신호가 수신되면 들을 수 있는 경보를 제공하는데 사용된다. 도시되지 않은 다른 경보 장치로는 LED 광 에미터와 바이브레이터를 포함하여 제공될 수 있다. LCD 패널(22)은 드라이버를 포함하여 마이크로컨트롤러 집적 회로(16)의 다른 출력단에 접속된다.

도시된 호출기에서, 수신기 집적 회로(10)는 규정된 최소 전압인 1.05 볼트에서 위로는 약 1.5볼트까지에서 동작할 수 있는 반면에, 디코더 집적 회로(14)와 마이크로컨트롤러 집적 회로(16)는 약 3 볼트 정도의 더 높은 전압에서 동작한다. 최대 약 1.5 볼트 정도의 전압(V_BAT)을 공급하는 싱글 전지 배터리(24)는 예를 들어 MAX 867같은 전압 배율기(전압 배율 수단)(26)와, 단독의 극판 절환 스위치(30)의 극판(28)과, 및 전압 비교기 회로(34)의 입력단(32)에 접속되어 있다. 기준 전압(Vr)은 비교기(34)의 제 2 입력단(36)에 인가되는데, 상기 비교기는 스위치(30)를 제어하기 위하여 출력(38)을 공급한다. 전압(Vr)값은 제조자가 규정하는 수신기 집적 회로(10)의 최소 동작 전압에 해당하며, 여기의 예에서는 1.05 볼트이다. 전압 배율기(26)는 조절된 3 볼트 출력을 생성하는데, 그 3 볼트를 출력하게 되면 상기 전압 배율기는 전압 스텝핑(stepping) 스테이지(40)를 거쳐서 스위치(30)의 제 2 극판(42)에 접속되고, 그래서 디코더 집적 회로(14)와 마이크로컨트롤러 집적 회로(16)에 접속되어 진다. 전압 스텝핑 스테이지(40)는 거의 반으로, 즉 1.5 볼트로 전압을 강하시킨다.

동작시에 배터리(24)의 단자 전압이 전압(Vr)(1.05 볼트)보다 크게 되면, 스위치(30)는 터미널(28)의 배터리 전압을 수신기 집적 회로(10)에 접속하도록 제어되는데, 상기 수신기 집적 회로는 수용 가능한 감도로 동작할 수 있다. 그 때에 배터리 전력에 대한 갑작스러운 수요가 생기게 되어 배터리의 단자 전압이 기준 전압(Vr) 이하로 강하하게 되면, 비교기(34)는 스위치(30)를 터미널(42)로 절환(change-over)하게 되어 결국 배율기(26)의 감소된 전압 출력이 수신기 집적 회로(10)에 공급되어 결과적으로 수신기 집적 회로의 감도를 유지하게 된다. 스위치(30)가 배율기(26) 출력측으로 절환된 상태는 최소한 수요에 대한 증대가 지속되는 기간동안 변하지 않는다. 그러나 배율기(26)의 효율성이 약 75% 정도이기 때문에, 수신기 집적 회로(10)가 배율기(26)에 의하여 전원이 공급되므로 인해 배터리(24)의 고갈 현상이 증가된다. 이러한 전류의 고갈 현상의 증가는 수신기 집적 회로(10)의 감도를 수용가능 레벨이상으로 또는 그 레벨로 유지되게 함으로써 조절될 수 있으며 그럼으로써 호출이 여전히 수신될 수 있는 것을 보장한다.

배터리의 단자 전압(V_BAT)이 기준 전압(Vr) 이하가 되는 지점까지 배터리(24)가 감쇠하는 경우에, 비교기(34)는 스위치(30)가 극판(pole)(42)에 연결되게 해서 결과적으로 수신기 집적 회로(10)가 배율기(26)를 통하여 전력을 공급받게 되는데 배율기는 전압(V_BAT) 이하로 떨어진 경우에도 동작할 수 있으며 상기 전압(V_BAT)은 배율기(26)를 동작하게 하는 가능한 가장 낮은 전압과 동일한 것으로서 약 0.6 볼트가 된다.

배율기(26)의 조절된 감소 전압을 수신기 집적 회로(10)에 인가하는 옵션이 없었다면, 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 전압(Vr)(1.05 볼트)으로 일단 감쇠하게 되면 배터리를 폐기했어야 했는데, 이것은 특히 비경제적이며, 이는 배터리 전압을 배율하여 조절된 전압을 생성하기 위해 아래로 약 0.6 볼트의 전압에서도 배터리가 여전히 사용될 수 도 있었기 때문이다. 배터리 전기용량의 약 30% 정도가 낭비된다는 것이 측정되었다.

도 2는 도 1에서 도시한 회로에서 사용될 수 있는 비교기(34)와 스위치(30)에 대한 한 실시예를 도시한다. 배터리(24)는 스위치(30)처럼 기능하는 베이스 접지 PNP형 트랜지스터(44)의 에미터 전극에 접속되어 있다. 트랜지스터(44)의 콜렉터 전극은 수신기 전원 터미널(46)에 접속되어 있다. 캐패시터(48)는 리플과 다른 간섭을 평활화하기 위하여 수신기 공급 경로에 제공되어 있는데, 도면을 간단하게 하기 위하여 캐패시터(48)는 터미널(46)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 비교기(50)는 배율기(26)의 조절된 3볼트 전압원과 배터리 전지의 단자 사이에 직렬로 접속된 저항들(56, 58)에 의하여 형성된 분압기(potential divider)의 접합(54)에 연결되는 비반전 입력단(52)을 구비한다. 비교기(50) 자체는 3 볼트 전원으로 동작한다. 조절된 전압원으로부터 유도될 수 있는 기준 전압(Vr)은 비교기(50)의 반전 입력단(60)에 인가된다.

비교기의 출력단은 인버터(62)에 접속되어 있으며, 상기 인버터의 입력단은 저항(64)을 통하여 조절된 전압원에 접속되어 있다. 인버터(62)의 출력단은 저항(66)을 통하여 트랜지스터(44)의 베이스 전극에 접속되어 있다. 또한, 직렬로 연결된 다이오드들(68, 70)을 포함하는 전압 감소 장치는 인버터(62)의 출력단과 터미널(46) 사이에 접속되어 있다.

동작할 때에, 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 1.05 볼트보다 크면, 비교기(50) 출력은 하이가 되어, 인버터(62)의 차례가 되면 그 출력이 로우가 된다는 것을 의미한다. 트랜지스터(44)는 순방향 바이어스되고 포화상태가 되어 결과적으로 배터리 전압(V_BAT)이 거의 완전하게 터미널(46)에 인가된다.

배터리의 단자 전압(V_BAT)이 1.05 볼트 이하인 경우에, 비교기(50)의 출력은 로우가 되며, 이것은 인버터(62)의 출력이 하이가 되게 한다. 트랜지스터(44)는 역방향 바이어스되어 배터리가 터미널(46)부터 효과적으로 단절되게 한다. 직렬로 접속된 다이오드들(68,70)이 인버터(62)의 출력으로부터 유도된 3 볼트 전압을 터미널(46)상에서 1.5 볼트 전압이 되게끔 감소시킨다. 배터리 전압이 최소 동작 전압 이하로 감소됨에 따라서 배율기(26)가 더 이상 동작할 수 없게 될 때까지, 그러한 동작은 계속된다.

배터리 전압이 1.05 볼트보다 높지만 전류에 대한 갑작스러운 수요가 있는 경우에, 배터리의 단자 전압(V_BAT)은 1.05 볼트 이하로 일시적으로 강하하고, 수신기 공급원이 1.05 볼트 이하로 강하되지 않게 보장하기 위하여 도시된 회로는 다이내믹하게 동작한다. 이러한 방식으로, 수신기는 배터리 전압이 낮은 경우에는 좀 효율성이 떨어지게 동작하게 되지만, 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 1.05 볼트보다 높을 때에는 효율적으로 동작할 수 있게 된다.

완전하게 하기 위하여, 저항들(56, 58, 64 및 66)은 각각 470k, 47k, 100k 및 22k값을 갖는다. 이러한 저항값을 이용하면, 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 1.05 볼트이고 또한 조절된 공급 전압이 3 볼트일 때에, 접합(junction)(54)(또는 입력단(52))의 전압이 1.25 볼트가 된다. 위와 같이 값이 설정된 예에서, 전압(Vr)은 1.25가 되며, 이것은 1.05 볼트의 배터리 전압에 해당한다.

만약에 필요하다면, 트랜지스터(44)는 소스-드레인 경로가 배터리(24)와 터미널(46) 사이에 접속되어 있고 또한 게이트 전극은 저항(66)에 접속되어 있는 전계 효과 트랜지스터(FET)일 수 있다.

도 3은 마이크로컨트롤러(16)가 비교기(50)의 출력을 모니터링하고 터미널(46)에 대한 직류 전력의 스위칭을 제어하는 신호를 공급하는 제어 회로의 한 실시예를 도시한다.

더욱 상세하게 말하자면, 전압 배율기(26)와, PNP형 트랜지스터(44)의 에미터 전극과, 비교기(50)의 비반전 입력(52)은 배터리(24)의 양극 터미널에 접속되어 있다. 기준 전압(Vr)은 비교기의 반전 입력단(60)에 인가된다. 비교기(50)의 출력단은 마이크로컨트롤러(16)에 접속되어 있다.

전압 배율기(26)의 출력단은 터미널(72)에 접속되는데, 상기 터미널은 약 3 볼트의 공급 전압을 필요로 하는 마이크로컨트롤러(16)와 같은 회로의 구성요소들과 전압 스텝핑 스테이지(40)에 접속되어 있다. 상기 전압 스텝핑 스테이지(40)의 출력단은 다른 PNP형 트랜지스터(74)의 에미터 전극에 접속되어 있다. 트랜지스터들(44, 74)의 콜렉터 전극은 수신기 집적 회로(10)(도 1)와 같은 회로의 다른 회로 소자들이 요구하는 낮은 전압을 공급하기 위하여 터미널(46)에 접속되어 있다. 트랜지스터들(44, 74)의 베이스 전극은 마이크로컨트롤러(16)의 해당 출력단(76, 78)에 접속되어 있다. 캐패시터(48)는 터미널에 공급된 전압에 대한 리플이나 다른 간섭을 평활화시키기 위하여 그 터미널(46)에 접속되어 있다.

배터리의 단자 전압(V_BAT)이 1.05 볼트보다 높다고 가정하면, 비교기의 출력 상태는 하이가 되어, 결과적으로 출력(76)은 논리 하이(High)가 되어 트랜지스터(44)를 도통상태가 되게 하고 또한 출력(78)이 논리 로우(Low)가 되어 트랜지스터(74)를 비-도통 상태가 된다. 만약에 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 기준 전압(Vr) 이하로 강하되면, 비교기의 출력 상태는 논리 로우(Low)로 변하게 되며 이것은 출력(76, 78)을 각각 논리 로우(Low) 및 논리 하이(High)의 상태로 변하게 만든다.

그렇게 함으로써, 터미널(46)에 공급된 전류는 전압 스텝핑 스테이지(40)와 트랜지스터(74)의 에미터-콜렉터 경로를 통하여 배율기(26)로부터 유도된다. 배터리의 단자 전압(V_BAT)이 기준 전압(Vr)보다 높으면 회로는 원상태로 돌아간다.

만약에 필요하다면, 트랜지스터들(44, 74)은 NPN형 트랜지스터나 또는 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.

비록 본 발명이 디지털 방식의 호출기에 참조하여 설명되었다 할지라도, 본 발명은 휴대용 전화나 무선 전화와 같은 휴대형 원격통신 장치같은 다른 전자 장치에도 적용될 수 있다.

본 발명의 내용을 이해하게 되면, 당업자들은 다른 변형이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있다. 상기의 변형은 전자 장치를 설계할 때나 또는 제조할 때 그리고 사용에 관하여 이미 공지된 다른 특징부나 그것에 따른 구성 부품을 포함하는 것일 수도 있고, 또는 여기에서 이미 상술한 특징부 대신에 또는 그 특징부에 다른 특징부를 부가하여 사용되는 것일 수 있다.

산업상 적용 : 전자 장치로서 특히 호출기나, 무선 전화 및 셀룰러 전화 같은 원격통신 장치.

Claims

배터리(24)를 수용하기 위한 수단과, 제 1 부품(10)과, 상기 배터리(24)의 전압보다 더 높은 전압에서 동작하도록 설계된 제 2 부품(14, 16)과, 상기 배터리 전압을 배율하고 그 배율된 전압을 상기 제 2 부품(14, 16)에 공급하기 위한 전압 배율 수단(26)을 포함하는 전자 장치에 있어서,

상기 제 1 부품(10)이, 상기 배터리의 전압이 사전에 규정된 최소 전압 이상일 때, 상기 배터리(24)의 전압에서 동작하도록 설계되고,

상기 전자 장치가 상기 배터리 전압을 나타내는 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압이 더 클 때마다 전류를 상기 전압 배율 수단(26)으로부터 상기 제 1 부품으로 공급하기 위한 제어 수단(34)을 더 포함하는 것을,

특징으로 하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전압 배율 수단(26)은 조절된 더 높은 전압을 생성하도록 적응되고, 또한 상기 제 1 부품(10)에 공급하기 위해 상기 조절된 더 높은 전압을 강하시키는 수단(40)이 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 부품(10)은 무선 수신기 집적 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 부품(10)은 무선 수신기 집적 회로를 포함하고, 상기 제 2 부품(14, 16)은 적어도 호출 신호 디코더(paging signal decoder)(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어 수단(34)은 상기 배터리 전압을 나타내는 전압이 상기 기준 전압보다 클 때마다 순방향 바이어스되고, 상기 기준 전압이 상기 배터리 전압보다 더 클 때마다 역방향 바이어스되는 반도체 스위칭 수단(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전자 장치가 상기 배터리를 수용하기 위한 수단과 상기 제 1 부품(10) 사이에 접속되는 제 1 스위칭 수단(44)과, 상기 전압 배율 수단(26)과 상기 제 1 부품(10) 사이에 접속되는 제 2 스위칭 수단(74)을 더 포함하는 것과, 상기 제어 수단(34)이 상기 배터리 전압을 기준 전압과 비교하고 상기 배터리 전압이 상기 기준 전압보다 큰지 아니면 작은지를 나타내는 출력 제어 신호를 제공하기 위한 비교 수단(50)을 포함하는 것과, 상기 전자 장치가 상기 출력 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭 수단을 제어하는 로직 수단(16)을 더 포함하여, 상기 제 1 스위칭 수단(44)이 도통상태로 될 때마다 상기 제 2 스위칭 수단은 비-도통 상태가 되게 하고, 또한 그 역관계도 성립되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 부품(10)에 인가되기 위한 전압을 평활화(smoothing)하는 수단(48)이 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.