KR100621321B1 - 출력전압 자동설정 어댑터 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력전압 자동설정 어댑터 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 외부의 직류전원이 필요한 전자기기와 교류 또는 직류 전원으로부터 상기 전자기기에 적합한 직류전원을 제공하는 어댑터로 구성된 어댑터 시스템에 있어서, 상기 전자기기의 정상동작 전원전압에 맞게 자동으로 어댑터의 출력전압을 설정하여 전력을 공급하는 어댑터 시스템 및 자동 출력전압 설정 방법에 관한 것이며, 사용자에게는 다양한 전자기기와 상호 호환이 되는 어댑터를 사용할 수 있는 편리함이 주어지고, 전자기기 제조회사에는 신제품을 출시할 때마다 전용의 어댑터를 새로이 개발할 필요가 없게 되는 장점이 있으며, 국가적으로는 자원의 낭비를 막을 수 있는 효과가 있고, 더불어서, 사용자의 실수에 의한 연결로 인하여 과전압 또는 과전류에 의해 고가의 전자기기나 어댑터가 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

출력전압 자동설정 어댑터, 가변 기준전압, 전원스위치 제어, 피드백 제어, Automatic Output-Voltage-Setting Adapter, Variable Reference Voltage, Power Switch Control, Feedback Control

Description

출력전압 자동설정 어댑터 시스템 및 그 제어방법 {Automatic Output-Voltage-Setting Adapter System and Control Method Thereof}

도 1은 종래기술의 어댑터 시스템 개념도.

도 2는 본 발명의 어댑터 시스템 개념도.

도 3a는 본 발명 어댑터에서의 제어과정 실시 예를 나타낸 흐름도.

도 3b 및 3c는 본 발명 전자기기에서의 제어과정 실시 예를 나타낸 흐름도.

도 4는 본 발명 어댑터의 동작특성 그래프.

도 5a는 종래기술의 어댑터와 본 발명의 전자기기를 연결한 경우의 호환성 개념도.

도 5b는 본 발명의 어댑터와 종래기술의 전자기기를 연결한 경우의 호환성 개념도.

도 6a, 6b 및 6c는 본 발명의 가변 기준전압 발생부(16) 실시 예의 개념도.

도 7a, 7b 및 7c는 본 발명의 전원스위치 제어부(22) 실시 예의 개념도.

도 8a 및 8b는 본 발명 전원스위치 제어부의 제1 및 제2 임계전압 설정 설명도.

<도면의 주요부호 설명>

14: 전류감지부

15: 어댑터 전원 출력단자

25: 전자기기의 전원 입력단자

30: 연결 케이블

31: 전원스위치 제어부(22)를 내장한 연결 케이블

SW20: 전원스위치

SW21: 제어가능한 전원스위치

Vdc: 어댑터의 출력전압, 전자기기의 전원전압

Vref: 전력변환부(12)내 피드백 제어부의 기준전압

Idc: 어댑터의 출력전류, 전자기기의 소비전류

Isc: 전원스위치 제어부(22)의 소비전류

Icv: 시스템부하(21)의 연결 여부를 판정하기 위한 제1 임계전류값

본 발명은 출력전압 자동설정 어댑터 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 외부의 직류전원이 필요한 전자기기와 교류 또는 직류 전원으로부터 상기 전자기기에 적합한 직류전원을 제공하는 어댑터로 구성된 어댑터 시스템에 있어서, 상기 전자기기의 동작에 필요한 전압에 맞게 자동으로 출력전압을 설정하여 전력을 공급하는 어댑터 시스템 및 자동 전압설정 방법에 관한 것이다.

전자공업과 정보기술이 발달하면서, 어느 가정에나 최소한 몇 개의 소형 가전제품 또는 소형 정보기술 제품을 보유하게 되었으며, 이들은 대부분 가정의 교류전원으로부터 어댑터를 통하여 직류전원을 공급받아 동작하게 되어 있다. 또한, 이들의 거의 대부분은 수 내지 십여 V의 전원전압 범위와 수백 mA 내지 수 A의 소비전류 범위의 정격을 가지고 있다. 한편, 대부분 어댑터의 교류전원 입력은 교류 100 내지 240 V 범위에서 호환되게 되어 있어서, 전세계 어디서나 사용 가능하다. 이는 소형 가전제품이나 정보기술 제품을 만드는 제조회사들이 전세계 시장을 염두에 두고 제품을 개발하기 때문이다.

도 1은 종래기술의 어댑터가 전자기기에 전력을 공급하는 방식을 나타낸 것이다. 도 1에서 보인 바와 같이, 어댑터(19)는 가정내의 교류전원 또는 차량내의 직류전원 등으로부터 어댑터 내부에 직류전원(Vs)을 제공하는 전원공급부(11);와 해당 전자기기(29)의 정상동작 전원전압에 상당하는 고정된 기준전압신호(Vref)를 발생하는 고정 기준전압 발생부(13); 및 상기 기준전압신호를 기준전압으로 하고 상기 어댑터의 출력전압(Vdc)을 부궤환(Negative Feedback)함으로써 상기 출력전압이 상기 기준전압(Vref)을 추종하는 공지의 피드백 제어원리에 의해, 상기 전원공급부가 제공하는 상기 직류전원으로부터 다시 상기 출력전압의 직류전류로 변환하여 출력하는 전력변환부(12);를 포함하여 구성되며, 전자기기는 전원스위치(SW20)와 전자기기 본연의 기능을 담당하는 시스템부하(21)로 구성된다.

여기서, 어댑터의 "출력전압"은 전자기기의 "전원전압"이 되고, 어댑터의 "출력전류"는 전자기기의 "소비전류"가 되므로, 두 가지의 용어가 혼용될 수 있음을 밝힌다. 한편, 상기 전력변환부는 리니어 방식과 스위칭 방식이 있는데, 근래에 와서는 스위칭 방식이 효율의 측면과 부피 및 중량의 관점에서 유리하기 때문에 많이 쓰이고 있다. 한편, 상기 전원공급부의 외부전원이 교류전원일 경우에는, 상기 전력변환부가 리니어 방식일 경우와 스위칭 방식일 경우에 따라 상기 전원공급부는 그 구성이 달라진다. 전자의 경우에는 보통 전압강하 변압기에 의해 강하된 2차 전압을 정류 및 평활하여 저압의 출력전압(Vs)을 상기 전력변환부에 공급하며, 후자의 경우에는 고압의 외부 교류전원을 직접 정류 및 평활하여 고압의 직류 출력전압(Vs)을 상기 전력변환부에 공급한다. 또, 상기 전원공급부의 외부전원이 직류전원일 경우에, 상기 전원공급부는 생략되기도 한다. 한편, 연결 케이블(30)은 어댑터의 출력단자(15)와 전자기기의 입력단자(25)를 연결해 준다. 이때 어댑터의 출력단자(15)는 경우에 따라 생략되기도 한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 상기 고정된 기준전압신호(Vref)를 변경하게 되면 상기 출력전압(Vdc)을 변경할 수 있음을 알 수 있다. 그러나 전술한 종래기술의 어댑터 시스템은 고정된 기준전압(Vref)을 사용하기 때문에 출력전압 측면에서 상호 호환성이 없어서, 전자기기마다 전용의 어댑터를 사용하고 있으며, 설령 동일한 회사의 제품이라도 모델에 따라 호환성을 결여하고 있다. 따라서 어댑터가 고장나면 반드시 해당 전용 어댑터를 재구입하여야 하며, 여행을 떠나거나 차량 내에서 사용하고자 할 때는 전자기기의 해당 전용 어댑터를 반드시 같이 휴대해야 하는 단점이 있다. 또한, 제조회사는 신제품을 출시할 때마다 전용 어댑터를 다시 제공하고 있으며, 소비자는 구형제품을 폐기할 때 해당 전용 어댑터가 정상동작을 하더라도 같이 폐기하게 되어, 국가적으로 대단한 경제적 손실을 초래하고 있다.

더욱이 어댑터를 사용하는 소형 전자기기 제품이 많아지면서, 제한된 연결단자 종류 때문에 모든 소형 전자기기마다 어댑터 연결단자를 다르게 적용할 수 없기 때문에, 동일한 연결단자를 사용하지만 전원전압이 다른 제품이 발생하게 되었다. 이에 따라 사용자는 어댑터와 전자기기를 연결할 때 매우 세심한 주의를 기울여야 하며, 만약 사용자가 실수를 하여 전용 어댑터가 아닌 다른 전자기기용 어댑터를 연결할 경우에는, 과전압이나 과전류에 의해 고가의 전자기기나 어댑터가 파손되는 문제점이 있었다.

상기한 상호 호환성 문제점을 해결하기 위한 다른 종래기술에서는, 상기 고정 기준전압 발생부(13)에서 몇 단계의 사전에 정해진 고정전압을 생성한 다음, 선택 스위치에 의해 해당 전자기기에 상응하는 기준전압을 선택함으로써 출력전압을 변경하는 방식이 시도되었으나, 모든 전자기기의 전원전압에 대응하도록 고정전압을 생성하기가 어려운 점과 사용자가 일일이 수동으로 전압을 선택하는 과정이 번거로운 점 및 사용자 실수로 전압선택을 잘못하게 되면, 과전압으로 인해 고가의 전자기기가 고장나는 문제점이 여전히 남아 있어서 널리 보급되지 못하였다.

전술한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 기술적 과제는 다음과 같다.

본 발명의 제 1의 과제는 제조회사나 제품에 무관하게 상호 호환이 되는 어댑터 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2의 과제는 자동으로 전자기기의 정상동작 전원전압을 찾아서, 상기 전자기기에 적합한 출력전압으로 전력을 공급하는 자동 출력전압 설정 어댑터를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3의 과제는 전자기기를 과전압 또는 과전류로부터 보호하는 수단을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제의 해결은, 외부의 전원으로부터 전력을 공급받아, 전자기기에 전력을 공급하는 어댑터;와 상기 어댑터로부터 전력을 공급받아 동작하는 전자기기;로 구성된 어댑터 시스템에 있어서,

상기 어댑터는, 외부의 전원으로부터 그 내부에 직류전원을 제공하는 전원공급부; 상기 어댑터의 출력전류를 감지하는 출력전류 감지부; 상기 어댑터의 출력전압이 사전에 정해진 소정의 주기와 형태를 가지고 상승, 하강을 반복하도록 하면서, 상기 출력전류 감지부를 통한 출력전류 감시에 의해 상기 전자기기가 정상동작하는 전원전압을 찾아내어, 그에 상당하는 고정된 기준전압신호를 발생하는 가변 기준전압 발생부; 및 상기 기준전압신호를 기준전압으로 하고 상기 출력전압을 부궤환(Negative Feedback)함으로써 상기 출력전압이 상기 기준전압신호를 추종하는 피드백 제어원리에 의해, 상기 전원공급부가 제공하는 상기 직류전원으로부터 다시 상기 출력전압의 직류전류로 변환하여 출력하는 전력변환부;를 포함하며,

상기 전자기기는, 전자기기 본연의 기능을 담당하는 시스템부하; 제어가능한 전원스위치; 및 상기 어댑터의 출력전압과 사용자의 명령신호를 입력신호로 하여, 상기 전원스위치의 개폐를 제어하는 전원스위치 제어부;를 포함하여 구성된 출력전압 자동설정 어댑터 시스템과 함께,

상기 어댑터에서, 상기 어댑터의 출력전류를 사전에 정해진 제1 임계전류 값과 비교하는 제11 단계; 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류 값보다 작으면, 상기 출력전압이 최소출력전압과 최대출력전압 사이에서 주기적으로 상승과 하강을 반복하는 제12 단계; 및 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류 값보다 크면, 상기 출력전류가 상기 임계전류 값을 초과하는 순간의 출력전압 값으로 상기 출력전압이 고정되는 제13 단계;를 포함하여 구성되는 제1 제어과정과,

상기 전자기기에서, 상기 어댑터 출력전압을 사전에 정해진 제1 및 제2 임계전압 값과 비교하는 제23 단계; 상기 출력전압이 상기 제1 및 제2 임계전압 사이의 값이면 사용자의 명령신호에 따라 전원스위치를 개폐하는 제24 단계; 및 상기 출력전압이 상기 제1 및 제2 임계전압 사이의 값이 아니면 무조건 상기 전원스위치를 여는 제25 단계;를 포함하여 구성되는 제2 제어과정으로 이루어지고,

상기 제1 및 제2 임계전압 값은 상기 전자기기의 정상동작 전원전압 범위 내의 서로 다른 값이며, 상기 제1 임계전류 값은 상기 전원스위치를 제어하는 전원스위치 제어부의 최대 소비전류보다 크고, 상기 전원스위치 제어부를 제외한 상기 전자기기, 즉 시스템부하의 최소 소비전류보다 작은 값임을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템의 제어방법을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 가변 기준전압 발생부는, 상기 어댑터의 최소출력전압과 최대출력전압 사이에서, 사전에 정해진 소정의 주기와 모양에 따라 상승, 하강을 반복하는 함수파형을 발생하는 함수발생수단; 상기 출력전류감지부에 의해 감지된 출력전류신호에서 잡음과 과도현상을 감쇄하여 평활화된 신호를 사전에 정해진 제1 임계전류값과 비교하는 전류비교수단; 및 상기 전류비교수단에 의해 제공되는 비교결과에 의해, 상기 함수파형의 상승, 하강을 진행 또는 정지시키는 함수파형 제어수단;을 포함하여 구성되며, 시간이 경과하면서 커패시터의 누설전류에 의해 그 출력전압이 처지는(Droop) 현상을 보상하는 전압처짐 보상수단을 더 가질 수 있다.

한편, 상기 전원스위치 제어부는, 상기 출력전압을 감지하는 전압감지수단; 사전에 정해진 제1 및 제2 임계전압을 발생하는 임계전압 발생수단; 상기 전압감지수단에 의해 감지된 출력전압을 상기 제1 및 제2 임계전압 값과 비교하는 전압비교수단; 사용자로부터 상기 전원스위치 개폐명령을 입력받는 명령 입력수단; 상기 전압비교수단의 비교결과와 상기 명령 입력수단이 입력받은 명령신호를 논리연산하여 상기 전원스위치 제어신호를 생성하는 논리연산수단;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전원스위치 제어부는 그 동작에 필요한 전력을 상기 어댑터의 출력단자와 상기 제어가능한 전원스위치 사이의 전원경로에서 공급받으며, 바람직하게는, 그 동작에 필요한 전력을 전류조정기(Current Regulator)를 통해서 정전류로 그 내부회로에 공급하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전원스위치 제어부는, 상기 시스템부하에 흐르는 전류가 사전에 정해진 제2 임계전류값보다 크면, 상기 전원스위치를 열어서 전류를 차단하는 과전류 제한수단을 더 가지고, 상기 제2 제어과정은, 상기 시스템부하의 소비전류와 사전에 정해진 제2 임계전류값과 비교하는 제21 단계; 상기 소비전류가 상기 제2 임계전류값보다 크면 무조건 상기 전원스위치를 여는 제22 단계;를 더 포함하되, 상 기 제21 단계의 비교결과, 소비전류가 상기 제2 임계전류값보다 작은 경우에만 상기 제23, 제24 및 제25 단계를 수행하며, 상기 제2 임계전류값은 상기 시스템부하의 최대 소비전류보다 큰 값임을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세한 설명을 한다.

도 2는 본 발명의 출력전압 자동설정 어댑터 시스템의 개념도를 나타낸 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이 전원공급부(11)와 전력변환부(12) 및 시스템부하(21)는 도 1의 종래기술의 어댑터 시스템과 기술적으로 동일하며, 전자기기(20)는 도 1의 전원스위치(SW20) 대신에 제어신호에 의해 개폐동작이 제어가능한 전원스위치(SW21)로 대체하고, 상기 어댑터의 출력전압(Vdc)과 사용자의 명령신호를 입력신호로 하여 상기 전원스위치의 개폐를 제어하는 전원스위치 제어부(22)를 더 포함하며, 어댑터(10)는 상기 어댑터의 출력전류를 감지하는 출력전류 감지부(14)가 추가되며, 상기 출력전압이 사전에 정해진 소정의 주기와 형태를 가지고 상승, 하강을 반복하도록 하면서, 상기 출력전류 감지부(14)를 통한 출력전류 감시에 의해 상기 전자기기가 정상동작하는 전원전압을 찾아내어, 그에 상당하는 고정된 기준전압신호(Vref)를 발생하는 가변 기준전압 발생부(16)가 도 1의 고정전압 발생부(13)를 대체한다.

여기서, 상기 제어가능한 전원스위치는 릴레이, 리이드 스위치 등의 기계적 접점을 가진 스위치를 사용할 수도 있으나, 반응속도나 소비전류의 관점에서 트랜지스터, MOSFET 등의 전자스위치가 바람직하다.

한편, 상기 전원스위치 제어부는 상기 전원스위치의 개폐 여부와 무관하게 동작해야 하므로 상기 전원스위치 이전의 전원 경로에서 그 동작에 필요한 전력을 공급받아야 하며, 상기 출력전압이 상기 전자기기의 정상동작 전원범위 내에 들어가고 사용자의 전원인가 요구가 있을 경우에만, 상기 전원스위치를 닫아서 상기 시스템부하에 전류가 흐르고, 그 외의 경우에는 상기 전원스위치를 열어서 상기 시스템부하에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 상기 출력전압이 상승 또는 하강하다가 상기 정상동작 전원범위 내에 들어가면, 상기 전원스위치가 닫히면서 상기 시스템부하에 전류가 흐르게 되며, 어댑터의 출력전류가 갑자기 급증하게 된다. 상기 어댑터는 이를 감지하여 이때의 출력전압으로 출력전압을 고정하고 정전압 모드로 동작을 하게 된다. 이후에는, 사용자가 전원절단 요구를 하거나 연결 케이블(30)을 제거하지 않는 한, 상기 시스템부하는 그 소비전류가 변동하더라도 고정된 전원전압을 공급받게 된다.

위에서 간략하게 설명한 제어과정을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하기로 한다. 도 3a는 본 발명의 어댑터에서의 제어과정(제1 제어과정)을 나타낸 흐름도이고, 도 3b는 본 발명의 전자기기에서의 제어과정(제2 제어과정)을 나타낸 흐름도이다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 상기 어댑터의 출력전류를 사전에 정해진 제1 임계전류 값과 비교하는 제11 단계(S11); 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류 값보다 작으면, 상기 출력전압이 최소출력전압과 최대출력전압 사이에서 주기적으로 상승과 하강을 반복하는 제12 단계(S12); 및 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류 값보다 크면, 상기 출력전류가 상기 임계전류 값을 초과하는 순간의 출력전압 값으로 상기 출력전압이 고정되는 제13 단계(S13);를 포함하여 구성되는 제1 제어과정에 의해서 상기 어댑터는 제어되며,

도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 어댑터 출력전압을 사전에 정해진 제1 및 제2 임계전압 값과 비교하는 제23 단계(S23); 상기 출력전압이 상기 제1 및 제2 임계전압 사이의 값이면 사용자의 명령신호에 따라 전원스위치를 개폐하는 제24 단계(S24); 및 상기 출력전압이 상기 제1 및 제2 임계전압 사이의 값이 아니면 무조건 상기 전원스위치를 여는 제25 단계(S25);를 포함하여 구성되는 제2 제어과정에 의해서 상기 전자기기는 제어된다.

도 4는 상기한 제1 제어과정에 의해 제어되는 본 발명 어댑터의 동작특성 그래프를 나타낸 것이다. 도 4에서, 점 0에서 점 6을 잇는 직선은 무부하시의 부하선(Load Line)이고, 점 0에서 점 12를 잇는 직선은 전원스위치 제어부만 연결되었을 때의 부하선이며, 점 0에서 점 16을 잇는 직선과 점 0에서 점 20을 잇는 직선은 시스템부하가 연결되었을 때의 부하선이다. 이때 각각의 부하선의 기울기가 해당 부하의 저항값을 나타낸다. 한편, 어댑터의 출력전류(Idc)가 제1 임계전류 값(Icv)보다 작은 부분이, 어댑터의 출력전압(Vdc)이 최대출력전압(Vdc,max)과 최소출력전압(Vdc,min) 사이에서 상승과 하강을 반복하는 가변전압영역(41)이고, 어댑터의 출력전류가 제1 임계전류 값보다 큰 부분이 정전압영역(42)으로서, 출력전류가 제1 임계전류 값을 초과하는 순간(점 13, 점 15, 점 17 및 점 19)의 전압 값으로 출력전압이 고정되어, 어댑터는 정전압 전원으로 동작한다.

여기서, 상기 시스템부하의 연결 여부를 분명하게 판단하기 위해서는, 상기 제1 임계전류 값은 상기 전원스위치를 제어하는 전원스위치 제어부의 최대 소비전류보다 크고, 상기 전원스위치 제어부를 제외한 상기 전자기기의 최소 소비전류보다 작은 값이어야 하며, 상기 제1 임계전류 값과 상기 2개의 소비전류 값과의 차이가 클수록 바람직하다. 예를 들어서, 상기 시스템부하는 일반적으로 그 소비전류가 수백mA 내지 수A이므로, 상기 전원스위치 제어부의 최대 소비전류는 100mA 이하가 되고, 상기 제1 임계전류 값은 그 중간값(100mA에서 수백mA 사이)이 되도록 한다. 그러나, 근래에는 에너지 절약정책에 의하여 일정시간 이상 전자기기를 사용치 않을 시에는, 대기모드(Stand-by Mode)나 일시정지모드(Suspended Mode) 등의 소비전류 절약모드로 동작상태를 변화시켜, 극도로 소비전류를 줄이는 전자기기들이 보급되는 경향이 있으므로, 상기 전원스위치 제어부의 최대 소비전류는 10mA 이하로 제한하고 상기 제1 임계전류 값이 10 내지 수십mA 정도 되는 것이 바람직할 것이다.

도 4에서, 어댑터만 단독으로 동작할 경우, 부하가 없으므로 어댑터의 동작점이 점1과 점 6 사이를 왕복하게 되며, 어댑터에 전자기기를 연결하였으나 전원스위치가 열려 있을 경우, 어댑터의 동작점은 점7과 점 12 사이를 왕복하게 된다. 만일 단독으로 동작하는 어댑터의 어느 순간의 동작점이 점 3이라 가정할 때, 이때 순간적으로 전자기기가 연결되면 동작점은 점 3에서 점 9로 순간적으로 이동하게 되며, 이후부터는 점7과 점 12 사이를 왕복하게 된다.

여기서, 제1 전자기기의 제1 및 제2 임계전압 값을 Vth1,lo 및 Vth1,hi라 하고, 제2 전자기기의 제1 및 제2 임계전압 값을 Vth2,lo 및 Vth2,hi라 가정하고, Isys1,lo, Isys1,hi, Isys2,lo 및 Isys2,hi를 각각 해당전압이 인가되었을 경우의 해당전자기기의 소비전류라고 가정한다. 그러면, 점 0, 점 14 및 점 16을 잇는 직선이 제1 전자기기의 부하선이 되고, 점 0, 점 18 및 점 20을 잇는 직선이 제2 전자기기의 부하선이 된다.

사용자가 제1 전자기기를 사용할 때, 본 발명 어댑터 시스템의 제어방법에 의한 제어과정은 다음과 같다.

(a) 처음에 제1 전자기기가 어댑터와 연결되었을 때, 시스템부하에 전력이 공급되지 않고 전원스위치 제어부에만 전력이 공급되기 때문에, 출력전류는 제1 임계전류 값보다 작으므로, 제1 제어과정의 제11 및 제12 단계에 의해서 동작점은 점7과 점 12 사이를 왕복하게 된다.

(b) 만약, 동작점이 점 7에서 점 8로 상승하는 동안에 사용자가 전원인가 명령신호를 전원스위치 제어부에 보내게 되면, 동작점이 점 8이 되는 순간에 전원스위치 제어부 입력전압이 제1 임계전압 값(Vth1,lo)보다 크게 되므로, 제2 제어과정의 제23 및 제24 단계에 의해서 전원스위치가 닫히게 되며, 시스템부하에 의해 갑자기 많은 전류(Isys1,lo)가 흐르게 되어, 순간적으로 점 13을 거쳐 점 14로 동작점이 이동하게 된다.

(c) 이때, 동작점이 점13을 통과하는 순간에 출력전류는 제1 임계전류값(Icv)보다 크게 되므로, 제1 제어과정의 제11 및 제13 단계에 의해 출력전압은 Vth1,lo로 고정되게 되며 어댑터는 정전압전원으로 동작하게 된다.

(d) 이후, 사용자가 전원절단 명령신호를 줄 때까지 어댑터와 전자기기는 정상동작을 하며, 사용자의 전원절단 명령신호가 전원스위치 제어부에 전달되면, 점14, 점13, 점8의 순서대로 어댑터의 동작점이 이동하고, 이후는 제1 제어과정의 제11 및 제12단계에 의해 동작점이 점7과 점12 사이를 왕복하게 된다.

만약, 동작점이 점10에서 점9로 하강하는 동안에 사용자가 전원인가 명령신호를 전원스위치 제어부에 보내게 되면, 동일한 제어과정에 의해서, 점10, 점9, 점15, 점16 순서대로 동작점이 이동하고, 출력전압은 Vth1,hi로 고정되며, 어댑터는 정전압전원으로 동작한다.

여기서, 동작점이 상승중인가 하강중인가에 따라 시스템부하에 공급되는 어댑터의 출력전압이 바뀌게 되며, 그 값은 제1 또는 제2 임계전압값이 됨을 알 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 임계전압값은 전자기기(시스템부하)의 정상동작 전원전압 범위 내의 값이어야 하며, 출력전압의 변동을 고려한다면 소정의 전압범위를 가지는 게 바람직하므로 서로 다른 값이어야 한다. 이를 수식을 사용하여 좀 더 명확하게 표현하면, 전자기기의 정상동작 전원범위의 최소값과 최대값을 Vsys,min 및 Vsys,max라 했을 때, Vsys,min ≤ Vth,lo < Vth,hi ≤ Vsys,max 의 관계식을 만족해야 한다. 한편, 제1 및 제2 임계전압값이 서로 근접할수록 어댑터의 출력전압의 편차는 줄어든다. 그러나, 제1 및 제2 임계전압값이 근접할수록 어댑터의 출력전압에 포함된 잡음이나 전원스위치가 개폐될 때 발생하는 과도현상에 의해 전원스위치 제어부가 오동작할 가능성이 높아진다. 일반적으로 정상동작 전원전압 범위내의 어떠한 값의 전원전압이 인가되더라도 전자기기의 정상동작에는 영향이 없으나, 특수한 경우에 전자기기의 성능에 약간의 차이가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 상기한 서로 상반되는 조건을 동시에 만족하기 위해서는, 어댑터의 출력전압이 상승중(또는 하강중)에만 상기 출력전압이 고정되도록 하는 방법이 있으나, 전원스위치 개폐시에 필연적으로 발생하는 과도현상을 고려한다면, 상기 출력전압과 상기 제1 및 제2 임계전압을 비교하는 수단을 비교적 큰 값의 히스테리시스(Hysteresis)를 가지는 슈밋트리거(Schmitt Trigger)를 사용한 전압비교기로 구현하는 것이 바람직하다. 이에 관한 상세한 설명은 전원스위치 제어부의 구체적인 실시예에서 하기로 한다.

다음에, 사용자가 제2 전자기기를 사용하기 위해, 어댑터에서 제1 전자기기를 분리하고 제2 전자기기를 연결하는 경우, 본 발명 어댑터 시스템의 제어방법에 의한 제어과정은 다음과 같다.

(e) 사용자가 제2 전자기기를 사용하기 위해 제1 전자기기를 어댑터와 분리하면, 어댑터는 무부하상태가 되어 출력전류는 0이 되고, 제1 제어과정의 제11 및 제12 단계에 의해 동작점은 점1과 점6 사이를 왕복하게 되며,

(f) 다시 제2 전자기기를 연결하면, 시스템부하에 전력이 공급되지 않고 전원스위치 제어부에만 전력이 공급되기 때문에 출력전류는 제1 임계전류값보다 작으므로, 제1 제어과정의 제11 및 제12 단계에 의해서 동작점은 점7과 점12 사이를 왕복하게 된다.

(g) 동작점이 점9에서 점10으로 상승중에, 사용자가 전원인가 명령신호를 전원스위치 제어부에 주게 되면, 동작점이 점10이 되는 순간에 전원스위치 제어부 입력전압이 제2 전자기기의 제1 임계전압값을 초과하게 되므로, 제2 제어과정의 제23 및 제24 단계에 의해서 전원스위치가 닫히게 되며, 시스템부하에 의해 갑자기 많은 전류(Isys2,lo)가 흐르게 되어, 순간적으로 점17을 거쳐 점18로 동작점이 이동하게 된다.

(h) 이때, 동작점이 점17을 통과하는 순간에 출력전류는 제1 임계전류값보다 크게 되므로, 제1 제어과정의 제11 및 제12단계에 의해 출력전압은 Vth2,lo로 고정되며 어댑터는 정전압전원으로 동작하게 된다.

이상에서 하나의 어댑터가 연결되는 전자기기에 따라 자동적으로 출력전압을 변경, 설정하는 과정을 상세히 설명하였다.

다음에 본 발명의 어댑터 시스템과 종래기술의 어댑터 시스템 사이의 상호 호환성을 검토해 보기로 한다. 도 5a는 종래기술의 어댑터(19)와 본 발명의 전자기기(20)가 연결 케이블(30)에 의해서 연결된 경우를 나타낸 것이다. 전술한 바와 같이 본 발명의 전자기기는 자신의 정상동작 전원전압 범위 내의 전원전압이 공급될 때만 전원스위치(SW21)을 닫기 때문에, 종래기술 어댑터(19)의 출력전압이 상기 정상동작 전원범위를 벗어나면 시스템부하에는 전원이 공급되지 않는다. 따라서, 사용자의 실수에 의한 연결로 과전압 또는 과전류에 의해 고가의 전자기기나 어댑터가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에는 상호 호환성의 관점에서 볼 때 전혀 문제점이 없으며, 전원스위치 제어부는 시스템부하의 보호수단으로 작용한다.

도 5b는 본 발명의 어댑터(10)와 종래기술의 전자기기(29)가 본 발명의 연결 케이블(31)에 의해 연결된 경우를 나타낸 것이다. 이 경우에 상기 연결 케이블(31)은, 도 2의 전자기기에서 제어가능한 전원스위치(SW21)와 전원스위치 제어부(22)를 떼어내어 상기 연결 케이블(31)에 내장한 것으로 볼 수 있으며, 본 발명의 어댑터(10)와 전용 연결 케이블(31)이 종래기술의 전용 어댑터(19) 역할을 대신하는 것이 므로, 상기 전용 연결 케이블이 반드시 필요하다. 도시한 바와 같이, 사용자는 종래의 전원스위치(SW20)를 이용하여 전자기기의 전원을 개폐하므로, 상기 전원스위치 제어부는 사용자의 명령신호를 입력하는 수단이 불필요하다. 이 때, 사용자가 실수로 전용의 연결케이블이 아닌 다른 연결케이블을 연결할 경우에는, 과전압 또는 과전류에 의해 전자기기나 어댑터가 파손될 위험성이 있다. 이 경우에는 사용자의 불편함이나 파손의 위험성을 완전히 해결한 것이 아니므로 상호 호환성은 제한적이라고 말할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 어댑터 시스템은 종래기술의 어댑터 시스템과도 제한적이지만 상호 호환성이 있음을 알 수 있으며, 이러한 제한성은 본 발명의 어댑터 시스템이 완전히 보급되어 종래기술의 어댑터 시스템이 사라질 때까지의 과도기에 한정되는 것이므로 크게 문제가 되지 않는다.

이제 본 발명에서의 출력전압 자동설정 어댑터 시스템의 구체적인 실시예를 첨부된 도면에 의해서 설명하기로 한다.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 가변 기준전압 발생부(16)의 실시예로서, 전술한 어댑터(10)에서의 제어과정을 구현하게 된다. 피드백 제어원리에 의해서 어댑터의 출력전압 Vdc는 가변 기준전압 발생부의 출력전압 Vref를 추종한다. 따라서 Vref를 도 4의 동작특성을 갖도록 하면, 어댑터의 출력전압 Vdc도 동일한 동작특성을 가지게 된다. 도 6a는 아날로그 방식이고, 도 6b는 아날로그와 디지탈의 절충 방식이며, 도 6c는 디지탈 방식이다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 아날로그 방식의 가변 기준전압 발생부(16)는,

(a) 2개의 전압비교기 U11, U12로 커패시터 C10의 전압 Vref를 사전에 정해진 어댑터의 정격출력전압, 즉 상기 어댑터의 최소출력전압(Vdc,min) 및 최대출력전압(Vdc,max) 값과 비교함으로써, 커패시터의 전압이 상기 2개의 정격출력전압으로 이루어진 전압범위(Vdc,min ~ Vdc,max)를 벗어나는 순간을 포착하고,

(b) 이 포착된 신호로 SR-래치 U14를 셋 혹은 리셋함으로써, 상기 SR-래치의 출력에 의하여 개폐가 제어되는 스위치 SW10, SW11에 의하여 정전류원(Constant Current Source) CS10, CS11으로부터 커패시터 C10에 저장되는 전류의 양을 제어하고,

(c) 그 결과, 커패시터 C10에 적분된 전류의 양, 즉 전하량에 의하여 그 전압(Vref)이 결정되어, 2개의 정격출력전압(Vdc,min, Vdc,max) 사이에서, 사전에 정해진 소정의 주기와 형태를 가지고 상승, 하강을 반복하는 함수파형(삼각파)을 발생하는 함수발생수단;과

출력전류 감지부(14)의 전류감지저항 Rcs 양단에 걸리는 전압의 차신호를 차신호 증폭기 U10으로 증폭하고, 상기 차신호에 포함된 고주파 잡음과 과도현상을 LPF(Low Pass Filter, 17)로 감쇄하여 평활화하고, 그 결과, 어댑터의 출력전류 Idc에 상당하며 전압으로 변환된 출력전류신호(Vidc = Gain*Rcs*Idc, 여기서 Gain은 상기 차신호 증폭기와 LPF의 합성 증폭률임)와 사전에 정해지며 전압으로 표현된 제1 임계전류값(Vicv = Gain*Rcs*Icv)을 전압비교기 U13으로 비교하는 전류비교수단;과

상기 전류비교수단에 의해 제공되는 비교결과인 SLNP 신호가 1이면, 출력전류 Idc가 제1 임계전류값 Icv보다 작은 것이므로 AND 게이트 G12, G13에 의해 상기 스위치 SW10, SW11 중 어느 하나는 열고 나머지 하나는 닫아서, 상기 함수파형의 상승, 하강을 계속 진행시키고, 상기 SLNP 신호가 0이면 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류값보다 큰 것이므로 상기 AND 게이트에 의해 상기 스위치 SW10, SW11을 모두 열어서, 상기 함수파형의 상승, 하강을 정지하는 함수파형 제어수단; 및

상기 함수파형의 상승, 하강이 정지된 상태에서, 어댑터의 출력전류 Idc가 상기 제1 임계전류값 Icv보다 작아지는 순간을 시간지연기 TD10과 AND 게이트 G10으로 포착(SLNP 신호의 상승에지를 검출)하고, 이 신호에 의하여 SR-래치 U14를 다시 셋하여 상기 커패시터에 전류를 충전함으로써, 시간이 경과하면서 커패시터 C10의 누설전류에 의해 그 전압이 처지는(Droop) 현상을 보상하는 전압처짐 보상수단;을

포함하여 구성되며, 필요에 의해 동작상태를 표시하는 수단 등을 더 가질 수도 있다. 예를 들어서, 전류비교수단의 출력신호 SLNP를 시각적으로 표시함으로써, 시스템부하(21)로의 전력공급 여부를 표시할 수 있다.

여기서, 상기 함수파형은 삼각파 뿐만 아니라 톱니파나 정현파 등 단조증가와 단조감소를 반복할 수 있는 파형은 어떤 것이라도 상관없음을 밝힌다. 도 6a에서 정전류원 CS10 및 CS11의 정전류값이 서로 다르면, 삼각파형의 상승기울기와 하강기울기가 서로 달라져서 톱니파형이 됨은 자명하다. 또 상기 정전류원 대신에 가변 기준전압 발생부의 전원에 연결된 저항과 접지에 연결된 저항을 각각의 정전류원 대신에 각각의 스위치에 연결하면 지수함수 파형을 발생할 수 있다. 덧붙여서, 삼각파 발생수단은 저항과 OP 앰프로 구현한 적분기의 입력에 정전압원을 연결하여도 도 6a의 삼각파와 동일한 파형을 얻을 수 있음은 당업자에게는 공지의 사항이다.

한편, 상기 전압처짐 보상수단의 동작을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다. 이상적인 소자가 아닌 현실의 커패시터에는 모두 그 내부저항에 의해 어느 정도의 누설전류가 존재한다는 사실은 당업자에게는 자명하다. 따라서 상기 함수파형이 정지된 상태에서도 실제로는 시간이 경과하면서 누설전류에 의해 커패시터 전압 Vref가 조금씩 떨어진다. 이것이 누적되어 어느 순간에는 어댑터의 출력전압 Vdc가 상기 전원스위치 제어부(22)의 제1 임계전압보다 작아지게 되며, 상기 전원스위치 제어부는 이러한 저 전원전압 상태를 감지하여 전원스위치 SW21을 열게 되고, 시스템부하 (22)에 더 이상 전류가 흐르지 않으므로, 가변 기준전압 발생부의 전류비교수단이 이를 감지하여 SLNP 신호는 0에서 1로 변하게 된다. 이 순간을 상승에지 검출기(TD10, G10)가 포착하여 OR 게이트 G11을 통해서 SR-래치 U14를 셋함으로써 상기 커패시터에 전류를 충전하게 된다. 커패시터에 전류가 충전되면 커패시터 전압 Vref는 다시 상승하게 되고, 따라서 어댑터의 출력전압 Vdc도 상승하게 된다. 그러면, 상기 전원스위치 제어부는 다시 전원스위치 SW21를 닫아서 시스템부하(22)에 전력을 공급하게 된다. 여기서, 상기 시스템부하는 매우 짧은 시간동안에 상기 어댑터로부터 전력을 공급받지 못하게 되는 문제가 발생하는데, 이 짧은 시간동안에는 시스템부하의 전원입력단에 존재하는 바이패스 커패시터(미도시)로부터 전력을 공급받음으로써 문제가 해결된다.

도 6b는 도 6a의 가변 기준전압 발생부의 정전류원 CS10, CS11과 전류 개폐 스위치 SW10, SW11 및 적분 커패시터 C10을 업/다운 카운터 U15와 DAC(Digital to Analog Converter) U16 및 클럭발진부(18)로 대체하여 디지탈화 한 것으로서, 적분 커패시터가 없으므로 아날로그 방식에서의 전압처짐(Voltage Droop) 현상이 없게 되며, 따라서 전압처짐 보상수단이 필요없다. SLNP 신호가 0일 때 카운터의 CE(Count Enable) 입력이 0이 되어 카운트는 중지되고 카운터 출력값이 정지되며, 1일 때 다시 카운트가 계속된다. 한편 UP/DN 신호가 1일 때 카운터 출력값은 증가하며, 0일 때 카운터 출력값은 감소한다. DAC는 카운터의 출력값에 상당하는 전압을 출력하게 된다. 구체적인 동작은 아날로그 가변 기준전압 발생부와 대동소이하므로 생략한 다.

도 6c는 6b에서 전압비교기 U11, U12까지 디지탈화(U11D, U12D) 함으로써 완전 디지탈 방식의 가변 기준전압 발생부를 구현한 것으로서, 그 구체적인 동작은 설명이 필요없을 정도로 자명하므로 생략한다. 다만, D-플립플럽 U17, U18은 카운터 U15나 비교기 U11D, U12D에서 발생하는 글리치(Glitch)를 제거하기 위한 동기회로이다.

도 7a, 7b 및 7c는 본 발명의 전원스위치 제어부(22)의 실시예이며, 전술한 전자기기(20)에서의 제어과정을 구현하게 된다. 도 7a, 7b 및 7c에 도시한 바와 같이, 전원스위치 제어부(22)는 그 자신의 동작에 필요한 전력을 상기 전자기기의 전원입력단자(25)와 상기 제어가능한 전원스위치 SW21 사이의 전원경로에서 공급받아야 하므로, 전원전압 Vdc는 내부회로(26)가 처리가능한 레벨의 신호(Vin)로 감쇄되어야 하며, 저항 R20 및 R21에 의하여 k = R21/(R20+R21)의 비율로 감쇄되어 Vin = k*Vdc가 된다. 따라서 제1 및 제2 임계전압도 같은 비율로 감쇄되어야 하며, Vz1 = k*(제1 임계전압), Vz2 = k*(제2 임계전압)이 된다. 이렇게 동일한 비율로 감쇄된 전압끼리 비교하면, 원래의 전압끼리 비교한 것과 동일한 결과를 낳는다. 한편 커패시터 C21은 R20과 함께 LPF(Low Pass Filter)를 구성하여, Vin 신호에 포함된 고주파 잡음이나 과도현상을 감쇄하는 작용을 하며, 전압비교기 U20, U21은 비교적 큰 히스테리시스 값을 가진 슈밋트리거를 사용하여 잡음이나 과도현상에도 불구하 고 안정된 동작을 하도록 한다.

도 7a에 도시한 바와 같이, 제너 다이오드 D20 및 D21에 의해 감쇄된 임계전압 Vz1 및 Vz2를 생성하며, 전원전압 Vin은 전압비교기 U20 및 U21에 의해 감쇄된 임계전압 Vz1 및 Vz2와 비교된다. 비교결과, Vz1 < Vin < Vz2 이면 사용자의 명령신호 CMD값에 의해 전원스위치의 개폐가 결정되는데, CMD = 1이면 U22의 출력이 1이 되고 전원스위치 SW21을 닫아서 시스템부하(21)에 전력을 공급하게 되며, CMD = 0이면 U22의 출력이 0이 되고 전원스위치 SW21을 열어서 시스템부하(21)로의 전력공급을 차단하게 된다. 한편, Vin이 그 밖의 값이면 무조건 전원스위치를 열어서 시스템부하(21)로의 전력공급을 차단하게 된다. 사용자는 명령스위치 SW22를 조작함으로써 원하는 명령신호 CMD를 생성하게 된다. 또, 상기 명령스위치는 전력을 제어하는 것이 아니고 신호를 제어하는 것이기 때문에 소형의 스위치로 구현가능함은 자명하며, 필요에 따라 다른 전원공급수단(예를 들어 배터리 백업수단)이 있는 시스템부하에 의해서 디지탈 신호레벨의 명령신호로 대체될 수도 있다.

한편, 도 7a에 도시된 전원스위치 제어부(22)는 전원입력(Vdc)을 아무런 조치를 취하지 않은 상태로 그 자신의 전원으로 사용하는 데, 어댑터(10)가 전자기기(20)의 정상동작 전원전압을 찾는 동안에 어댑터의 출력전압(전원스위치 제어부의 전원전압) Vdc는 최소출력전압(Vdc,min)에서부터 최대출력전압(Vdc,max) 사이를 왕복하면서 변하기 때문에, 내부회로(26)의 전압비교기 U20, U21과 AND 게이트 U22의 동작 이 불안정해질 가능성과 전원전압 Vdc가 높을 때 소비전류가 많아지는 단점이 있다. 한편 능동소자의 동작을 안정화하기 위해서는 능동소자의 PSRR(Power Supply Rejection Ratio)을 크게 해야함은 당업자에게는 공지의 사실이며, PSRR을 크게함으로써 어느 정도 상기한 문제점을 해소할 수 있다.

도 7b에 도시한 전원스위치 제어부는 상기한 단점을 해소하기 위하여 고안된 것이다. 정전류원(Constant Current Source) CS20에 의해 R25와 D20에는 항상 일정한 전류가 흐르기 때문에, Vdc가 변하더라도 Vz1과 Vz2는 항상 일정한 값을 가지게 된다. 또 내부회로(26)는 정전류원 CS21 및 제너 다이오드 D22에 의해 정전압 전원(Vdd)을 공급받게 된다. 따라서, 전원전압이 변하더라도 항상 안정된 동작을 하게되며, 전원전압이 높아지더라도 소비전류는 항상 일정하다. 이 때 전원전압 Vdc에 따라 소비전류가 달라지는 부분은 R20, R21로 이루어진 저항 네트워크 뿐이므로, 소비전류는 거의 일정하게 유지할 수 있다. 그러나 이 방식은 정전류원이 정상동작하기 위해서는 정전류원 양단에 소정의 전압강하가 필요하므로, 그만큼 전원스위치 제어부의 최소동작전압이 높아지는 단점이 있다. 한편, 상기 정전류원에 전력을 공급하는 전원의 입장에서 보면 상기 정전류원은 전압조정기(Voltage Regulator)가 아닌 전류조정기(Current Regulator)라 볼 수 있다.

도 7c는 도 7b의 구성에서, 전류감지저항 R26, 차신호 증폭기 U23, LPF(27), 정전류원 CS22, 제너 다이오드 D23 및 전압비교기 U24로 이루어지고, 시스템부하의 최 대소비전류를 제한하는 과전류 제한수단을 더 부가한 것이다. 도 7c에서 전류감지저항 R26 양단에 걸리는 전압의 차신호를 차신호 증폭기 U23으로 증폭하고, 상기 차신호에 포함된 고주파 잡음과 과도현상을 LPF(Low Pass Filter, 27)로 감쇄하여 평활화한 다음, 시스템부하의 소비전류(Isys)에 상당하며 전압으로 변환된 출력전류신호(Visys = Gain*R26*Isys, 여기서 Gain은 상기 차신호 증폭기와 LPF의 합성 증폭률임)와 사전에 정해지며 전압으로 표현된 제2 임계전류값(Vioc = Gain*R26*Ioc)을 전압비교기 U24로 비교하여(제21 단계, S21), 상기 제2 임계전류값보다 크면 무조건 전원스위치를 열고(제22 단계, S22), 작으면 전술한 제2 제어과정의 제 23, 24 및 25 단계를 수행한다. 여기서 제2 임계전류값 Ioc는 상기 시스템부하의 최대소비전류보다 큰 값이어야 한다. 상기 제어단계를 더 포함한 제2 제어과정을 도 3c에 나타내었다.

본 발명의 모든 실시예에서의 모든 전압비교기는 신호에 포함된 잡음성분에 오동작하지 않도록 슈밋트리거를 이용한 전압비교기를 사용하는 것이 바람직함은 물론이고, 슈밋트리거의 히스테리시스는 상기 잡음성분의 크기보다는 커야 함은 당업자에게는 공지의 기술사항이다. 그러나, 상기 전원스위치 제어부의 전압비교기 U20, U21이 비교적 큰 히스테리시스 값을 가져야 함은 좀 더 자세한 설명이 필요하다.

도 8a 및 8b는 상기 히스테리시스 값과 제1 및 제2 임계전압값의 관계를 설명하는 도면이다. 상기 도면에서 Vsys,min과 Vsys,max는 시스템부하(21)가 정상동작하는 최소전원전압 및 최대전원전압이다. 또, 제1 및 제2 임계전압을 Vth,lo 및 Vth,hi라 하고, 전압비교기 U21 및 U20의 히스테리시스 값을 2*dV1 및 2*dV2라 가정한다. 한편, 도면상의 화살표는 전원전압의 변동방향을 나타낸다. 이 때, 도 8a는 어댑터의 가변 기준전압 발생부에 전압처짐 보상수단이 없는 경우의 전원스위치 제어부 임계전압 설정을 나타내고, 도 8b는 전압처짐 보상수단이 있는 경우의 전원스위치 제어부 임계전압 설정을 나타낸다.

도 8a에 도시한 바와 같이, 제1 임계전압을 상기 최소전원전압보다 dV1만큼 높게 설정하고(Vth,lo = Vsys,min + dV1), 제2 임계전압을 상기 최대전원전압보다 dV2만큼 낮게 설정하면(Vth,hi = Vsys,max - dV2), 전원스위치가 닫히는 전압이 V1 또는 V2가 된다. 따라서, 두 전압사이의 편차(Vgap)는 슈밋트리거를 사용하지 않았을 때에 비해서, 각각의 히스테리시스 값을 합한 것 만큼 줄어드는 효과가 있다. 한편, 일단 전원스위치가 닫힌 다음에 다시 열리는 전압은 최소전원전압(Vsys,min) 또는 최대전원전압(Vsys,max)이 되므로, 슈밋트리거를 사용하지 않았을 때와 동일하게 되어, 전원스위치 개폐시에 필연적으로 발생하는 과도현상에 의해 전원전압(어댑터의 출력전압)이 변동되더라도 안정되게 전자기기가 동작할 수 있다.

한편, 어댑터에 전압처짐 보상수단이 있을 경우에는, 전압처짐에 의해 전원스위치가 열린 후 다시 닫힐 때까지의 짧은 시간 동안에, 시스템부하의 전원입력단에 있는 바이패스 커패시터(미도시)에 저장된 에너지에 의해 시스템부하가 동작하여야 한다. 따라서 이 시간 동안 상기 바이패스 커패시터의 전압은 떨어지게 되며, 같은 시간 동안에 어댑터의 출력전압이 다시 상승하여 전원스위치가 닫힐 수 있어야 한다. 이를 좀더 자세히 설명하면, 도 8b에서 상기 전원스위치가 열리는 순간, 상기 바이패스 커패시터의 전압은 V3이며, 다시 전원스위치가 닫힐 때까지 최소 전원전압 Vsys,min 이하로 상기 전압이 떨어져서는 않된다. 즉 전원스위치가 열린 시간 동안의 상기 바이패스 커패시터 전압강하는 Vm보다 작아야 한다. 한편, 동일한 시간 동안에 어댑터의 출력전압은 V3에서 V1까지 상승하여 다시 전원스위치가 닫혀야 한다. 따라서, 상기한 조건들을 만족하도록 전압비교기 U21의 히스테리시스, 제1 임계전압 및 상기 바이패스 커패시터의 용량이 결정되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전자기기에 정상동작 전원전압 범위내의 전압이 인가될 때만 전원스위치를 닫는 수단을 추가하고, 어댑터에서 출력전압을 변화시키면서 출력전류가 갑자기 급증하는 것을 감지하여, 그 때의 출력전압으로 출력전압을 고정함으로써 자동으로 출력전압을 설정하는 것에 그 기술적 요지가 있는 바, 이러한 기술적 요지를 실시함에 있어서 전술한 실시예들은 다양한 구현방법 중에서 하나일 뿐이다. 특히 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해서, 본 명세서의 실시예는 모두 파워레일에서 전원스위치를 제어하고 필요한 신호를 추출하였으나, 그라운드레일에서도 가능함은 당업자에게는 자명한 사실이다. 한편, "포함하다" 또는 "포함하는"의 표현은 본 발명의 요지와 직접적인 관련이 없는 구성요소가 포함되는 것을 배제하지 않으려는 의도임을 밝힌다.

본 발명에 의해 제조회사나 제품에 무관하게 상호 호환이 되는 어댑터 시스템을 제공함으로써, 사용자에게는 여행중이거나 차량내에서 전자기기를 사용하고자 할 때 전자기기별로 전용 어댑터를 준비할 필요없이 한가지의 어댑터만 준비하면 되는 편리함이 있고, 가정에서도 전자기기 설치장소를 이동할 때마다 전용어댑터를 같이 이동할 필요가 없으며, 전자기기마다 전용어댑터를 찾아 연결하는데 세심한 주의를 기울여야 하는 번거로움이 사라지고, 전자기기 제조회사에게는 신제품을 출시할 때마다 전용의 어댑터를 새로이 개발할 필요가 없게 되는 장점이 있으며, 국가적으로는 자원의 낭비를 막을 수 있는 효과가 있다. 더불어서, 사용자의 실수에 의한 연결로 인하여 과전압 또는 과전류에 의해 고가의 전자기기나 어댑터가 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 외부의 전원으로부터 전력을 공급받아, 전자기기에 전력을 공급하는 어댑터;와 상기 어댑터로부터 전력을 공급받아 동작하는 전자기기;로 구성된 어댑터 시스템에 있어서,

   상기 어댑터는, 외부의 전원으로부터 그 내부에 직류전원을 제공하는 전원공급부; 상기 어댑터의 출력전류를 감지하는 출력전류 감지부; 상기 어댑터의 출력전압이 사전에 정해진 소정의 주기와 형태를 가지고 상승, 하강을 반복하도록 하면서, 상기 출력전류 감지부를 통한 출력전류 감시에 의해 상기 전자기기가 정상동작하는 전원전압을 찾아내어, 그에 상당하는 고정된 기준전압신호를 발생하는 가변 기준전압 발생부; 및 상기 기준전압신호를 기준전압으로 하고 상기 출력전압을 부궤환(Negative Feedback)함으로써 상기 출력전압이 상기 기준전압신호를 추종하는 피드백 제어원리에 의해, 상기 전원공급부가 제공하는 상기 직류전원으로부터 다시 상기 출력전압의 직류전류로 변환하여 출력하는 전력변환부;를 포함하며,

   상기 전자기기는, 전자기기 본연의 기능을 담당하는 시스템부하; 제어가능한 전원스위치; 및 상기 어댑터의 출력전압과 사용자의 명령신호를 입력신호로 하여, 상기 전원스위치의 개폐를 제어하는 전원스위치 제어부;를 포함하여 구성된 출력전압 자동설정 어댑터 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가변 기준전압 발생부는, 상기 어댑터의 최소출력전압과 최대출력전압 사이에서, 사전에 정해진 소정의 주기와 모양에 따라 상승, 하강을 반복하는 함수파형을 발생하는 함수발생수단; 상기 출력전류감지부에 의해 감지된 출력전류신호에서 잡음과 과도현상을 감쇄하여 평활화된 신호를 사전에 정해진 제1 임계전류 값과 비교하는 전류비교수단; 및 상기 전류비교수단에 의해 제공되는 비교결과에 의해, 상기 함수 파형의 상승, 하강을 진행 또는 정지시키는 함수파형 제어수단;을 포함하여 구성되며, 상기 제1 임계전류 값은 상기 전원스위치 제어부의 최대 소비전류보다 크고, 상기 시스템부하의 최소 소비전류보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가변 기준전압 발생부는, 시간이 경과하면서 커패시터의 누설전류에 의해 그 출력전압이 처지는(Droop) 현상을 보상하는 전압처짐 보상수단을 더 가진 것을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전원스위치 제어부는, 상기 출력전압을 감지하는 전압감지수단; 사전에 정해진 제1 및 제2 임계전압을 발생하는 임계전압 발생수단; 상기 전압감지수단에 의해 감지된 출력전압을 상기 제1 및 제2 임계전압 값과 비교하는 전압비교수단; 사용자로부터 상기 전원스위치 개폐명령을 입력받는 명령 입력수단; 상기 전압비교수단의 비교결과와 상기 명령 입력수단이 입력받은 명령신호를 논리연산 하여 상기 전원스위치 제어신호를 생성하는 논리연산수단;을 포함하여 구성되며, 상기 제1 및 제2 임계전압 값은 상기 전자기기의 정상동작 전원전압 범위 내의 서로 다른 값인 것을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 전원스위치 제어부는, 상기 시스템부하에 흐르는 전류가 사전에 정해진 제2 임계전류 값보다 크면, 상기 전원스위치를 열어서 전류를 차단하는 과전류 제한수단을 더 가지며, 상기 제2 임계전류 값은 상기 시스템부하의 최대 소비전류보다 큰 값인 것을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기 전원스위치 제어부는 그 동작에 필요한 전력을 상기 어댑터의 출력단자와 상기 제어가능한 전원스위치 사이의 전원 경로에서 공급받는 것을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템.
7. 제 1항에 있어서, 상기 전원스위치 제어부는 그 동작에 필요한 전력을 전류조정기(Current Regulator)를 통해서 정전류로 그 내부회로에 공급하는 것을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템.
8. 출력전압을 자동으로 설정하는 어댑터와 전자기기로 구성된 출력전압 자동설정 어댑터 시스템의 제어방법에 있어서,

   상기 어댑터에서, 상기 어댑터의 출력전류를 사전에 정해진 제1 임계전류 값과 비교하는 제11 단계; 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류 값보다 작으면, 상기 출력전압이 최소출력전압과 최대출력전압 사이에서 주기적으로 상승과 하강을 반복하는 제12 단계; 및 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류 값보다 크면, 상기 출력전류가 상기 제1 임계전류 값을 초과하는 순간의 출력전압 값으로 상기 출력전압이 고정되는 제13 단계;를 포함하여 구성되는 제1 제어과정과,

   상기 전자기기에서, 상기 어댑터 출력전압을 사전에 정해진 제1 및 제2 임계전압 값과 비교하는 제23 단계; 상기 출력전압이 상기 제1 및 제2 임계전압 사이의 값이면 사용자의 명령신호에 따라 전원스위치를 개폐하는 제24 단계; 및 상기 출력전압이 상기 제1 및 제2 임계전압 사이의 값이 아니면 무조건 상기 전원스위치를 여는 제25 단계;를 포함하여 구성되는 제2 제어과정으로 이루어지고,

   상기 제1 및 제2 임계전압 값은 상기 전자기기의 정상동작 전원전압 범위 내의 서로 다른 값이며, 상기 제1 임계전류 값은 상기 전원스위치를 제어하는 전원스위치 제어부의 최대 소비전류보다 크고, 상기 전원스위치 제어부를 제외한 상기 전자기기, 즉 시스템부하의 최소 소비전류보다 작은 값임을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템의 제어방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제2 제어과정은, 상기 시스템부하의 소비전류와 사전에 정해진 제2 임계전류 값과 비교하는 제21 단계; 상기 소비전류가 상기 제2 임계전류 값보다 크면 무조건 상기 전원스위치를 여는 제22 단계;를 더 포함하되, 상기 제21 단계의 비교결과, 소비전류가 상기 제2 임계전류 값보다 작은 경우에만 상기 제23, 제24 및 제25 단계를 수행하며, 상기 제2 임계전류 값은 상기 시스템부하의 최대 소비전류보다 큰 값임을 특징으로 하는 출력전압 자동설정 어댑터 시스템의 제어방법.

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