KR100643750B1 - 유에스비를 이용한 배터리 충전 장치 및 그 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 USB OTG 프로토콜이 적용된 개인휴대단말기에서의 USB를 이용한 배터리 충전 장치 및 그 충전 방법을 개시한다.
본 발명의 배터리 충전 장치는 USB 케이블을 통해 외부의 다른 개인휴대단말기와 연결되어 동작 모드에 따라 상기 외부의 개인휴대단말기로 전원을 공급하거나 공급받고 데이터를 상호 교환하는 USB 인터페이스부; 슬레이브 모드로 동작시 상기 USB 인터페이스부로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전시키는 충전회로; 시스템 전체에 동작전원을 공급하며, 호스트 모드로 동작시 상기 외부 개인휴대단말기로 전원을 공급하기 위해 상기 USB 인터페이스부로 전원을 공급하는 전원공급회로; 및 상기 USB 인터페이스부의 특정 핀의 상태에 따라 상기 USB 인터페이스부, 상기 충전회로 및 상기 전원공급회로 사이의 전원 흐름을 조정하는 스위칭부를 구비하여, 휴대단말기의 동작 모드에 따라 충전 전원의 흐름을 선택적으로 차단시킴으로써 보다 안정적으로 단말기를 동작시킬 수 있게 된다.

Description

유에스비를 이용한 배터리 충전 장치 및 그 충전 방법{Apparatus and method for charging battery using USB}
도 1은 본 발명에 따른 유에스비를 이용한 배터리 충전 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 순서도.
본 발명은 유에스비를 이용한 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 USB(Universal Serial Bus) OTG(On-The-Go) 프로토콜이 적용되는 개인휴대단말기에서 동작 모드에 따라 단말기 내 배터리를 선택적으로 충전시키는 배터리 충전 장치 및 그 충전 방법에 관한 것이다.
최근 메모리를 사용하는 개인휴대단말기들이 끊임없이 출시되고 있으며, 이러한 단말기들로는 디지털 카메라와 MP3 플레이어가 특히 두드러진다. 더욱이, 최근에는 USB OTG 프로토콜이 적용된 단말기들도 많이 출시되고 있는 실정이다.
이러한 OTG는 1996년 인텔과 컴팩 컴퓨터, 마이크로소프트, 노던 텔레콤, IBM, DEC, NEC 등 7개 기업이 함께 만든 USB 규격으로, PC를 통하지 않고도 개인휴 대단말기(휴대폰, 디지털 카메라, 프린터, USB 저장장치, MP3 플레이어 등)들 간에 직접 데이터를 교환할 수 있도록 해준다.
최근 리듐이온(Li-ion) 배터리를 사용하고 USB OTG 프로토콜이 적용된 개인휴대단말기(예컨대, MP3 플레이어)들이 개발되고 있는데, 이러한 MP3 플레이어에서는 리듐이온 배터리를 충전하기 위해 MP3 플레이어 내부에 구비된 충전회로에 외부전원을 공급해주어야 한다. 이때, 외부로부터 전원을 공급받는 방법 중 하나로 USB 케이블이 이용되고 있다.
호스트로 동작하는 단말기와 슬레이브로 동작하는 단말기가 USB 케이블로 연결되어 동작하는 경우, 호스트는 슬레이브(Slave)에게 USB 케이블을 통해 5V 전원을 공급해주어야 하며, 슬레이브는 호스트로부터 전원을 공급받아 자신의 배터리를 충전시켜야 한다. 이때, 호스트는 슬레이브에게 만 전원을 공급해주어야 하며 자신의 배터리에 대해서는 충전이 발생되지 않도록 충전 경로를 차단시켜 주어야 한다.
이를 위해 종래의 개인휴대단말기에서는 CPU에서 발생되는 GPIO(General Purpose Input Output) 신호를 이용하여 소프트웨어적으로 동작 모드를 구분하여 충전 경로를 선택적으로 차단시키는 방법이 사용되고 있다.
그런데, 이처럼 GPIO를 이용한 소프트웨어적인 처리 방법은 슬레이브에서 많은 전류공급을 필요로 하는 경우 CPU가 이를 소프트웨어적으로 인식하여 처리하는데 다소의 시간을 필요로 하므로, 시간적 딜레이 문제가 발생될 수 있으며, 더욱이 로직상의 문제로 인한 동작 오류가 발생될 가능성이 높은 문제가 있다.
따라서, 상술된 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 OTG가 적용되는 USB의 특정 핀의 상태에 따라 하드웨어적으로 단말기 내부의 충전 경로를 선택적으로 차단시킴으로써 시스템의 동작을 보다 빠르고 안정되게 하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유에스비를 이용한 배터리 충전 장치는 USB 케이블을 통해 외부의 다른 개인휴대단말기와 연결되어 동작 모드에 따라 상기 외부의 개인휴대단말기로 전원을 공급하거나 공급받고 데이터를 상호 교환하는 USB 인터페이스부; 슬레이브 모드로 동작시 상기 USB 인터페이스부로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전시키는 충전회로; 시스템 전체에 동작전원을 공급하며, 호스트 모드로 동작시 상기 외부 개인휴대단말기로 전원을 공급하기 위해 상기 USB 인터페이스부로 전원을 공급하는 전원공급회로; 및 상기 USB 인터페이스부의 특정 핀의 상태에 따라 상기 USB 인터페이스부, 상기 충전회로 및 상기 전원공급회로 사이의 전원 흐름을 조정하는 스위칭부를 구비한다.
USB OTG(On-The-Go) 프로토콜이 적용된 개인휴대단말기에 적용되는 본 발명의 유에스비를 이용한 배터리 충전 방법은 접속된 USB(Universal Serial Bus) 잭의 핀들 중 특정 핀의 상태를 판단하는 제 1 단계; 상기 특정 핀의 상태에 따라 상기 개인휴대단말기의 동작 모드를 판단하는 제 2 단계; 및 상기 동작 모드에 따라 상기 USB 잭 및 상기 배터리에 대한 전원 경로를 선택적으로 차단하는 제 3 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유에스비를 이용한 배터리 충전 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 충전 장치는 USB 인터페이스부(10), 충전회로(20), 전원공급회로(30) 및 스위칭부(40)를 구비한다.
USB 인터페이스부(10)는 USB 케이블을 통해 외부의 다른 개인휴대단말기와 연결되어 동작 모드에 따라 외부의 개인휴대단말기로 전원을 공급하거나 공급받고 데이터를 상호 교환한다. USB OTG 프로토콜이 적용되는 USB 잭은 5개의 핀(Vbus, D+, D-, ID, GND)으로 구성된다.
여기에서, 1번 핀(Vbus)은 호스트 모드로 동작할 때는 USB 케이블을 통해 외부로 +5V의 전원을 공급하고 슬레이브 모드로 동작할 때는 외부로부터 +5V의 전원을 공급받는 단자이며, 2번 핀(D+)과 3번 핀(D-)은 데이터 교환을 위한 데이터 신호가 입출력되는 단자이다. 그리고, 4번 핀(ID)은 OTG 기능을 구현하기 위한 단자로 핀의 상태(하이 또는 로우)에 따라 개인휴대단말기의 동작 모드(호스트 또는 슬레이브)가 결정된다. 5번 핀(GND)은 접지(Ground)신호를 출력하는 단자이다.
충전회로(Charge IC)(20)는 단말기가 슬레이브 모드로 동작시 USB 인터페이스부(10)의 1번 핀으로 인가되는 전원을 스위칭부(40)를 통해 공급받아 리듐이온 배터리(60)를 충전시킨다. 이러한 충전회로(20)는 배터리에 전원을 충전하기 위한 종래의 어떠한 충전회로가 사용되어도 무방하다.
전원공급회로(30)는 배터리(60) 또는 아답터(미도시)를 통해 전원을 공급받아 단말기 내 회로에 전원을 공급하거나 단말기가 호스트 모드로 동작할 때 스위칭부(40)를 통해 USB 인터페이스부(10)의 1번 핀으로 전원을 공급한다.
스위칭부(40)는 USB 인터페이스부(10)의 4번 핀인 ID 핀의 상태에 따라 USB 인터페이스부(10), 충전회로(20) 및 전원공급회로(30) 사이의 전원의 흐름을 조정한다. USB 인터페이스부(10)의 ID 핀은 단말기의 동작 모드에 따라 그 상태가 달라진다. 즉, ID 핀의 상태는 단말기가 호스트 모드로 동작하는 경우에는 로우 상태가 되며, 단말기가 슬레이브 모드로 동작하는 경우에는 하이 상태가 된다. 스위칭부(40)는 ID 핀이 로우 상태(호스트로 동작)인 경우에는 충전회로(20)로 공급되는 전원의 흐름을 차단하여 배터리(60) 충전이 발생하지 않도록 한다. 즉, 자신이 만든 전원으로 다시 자신을 충전하는 문제를 방지한다. 반대로, 스위칭부(40)는 ID 핀이 하이 상태(슬레이브로 동작)인 경우에는 전원공급회로(30)에서 USB 인터페이스부(10)로 공급되는 전원의 흐름을 차단하고, 충전회로(20)로 전원을 공급하는 경로를 다시 온 시켜 외부의 호스트 단말기(미도시)로부터 USB 인터페이스부(10)를 통해 공급받는 전원이 충전회로(20)로 공급되도록 하여 배터리(60) 충전이 발생되도록 한다.
이러한 스위칭부(40)는 P형 FET들(T1, T2), N형 증폭 트랜지스터(T3) 및 저항들(R1 ∼ R3)을 구비한다. FET(T1)는 USB 인터페이스부(10)의 1번 핀(Vbus)과 충전회로(20) 사이에 연결되며 게이트가 증폭 트랜지스터(T3)의 드레인 단자와 연결된다. FET(T2)는 USB 인터페이스부(10)의 1번 핀(Vbus)과 전원공급회로(30) 사 이에 연결되며 게이트가 USB 인터페이스부(10)의 4번 핀(ID)과 연결된다. 증폭 트랜지스터(T3)는 FET(T1)의 게이트와 접지전원 사이에 연결되며 게이트는 저항(R3)을 통해 USB 인터페이스부(10)의 4번 핀(ID)과 연결된다. 저항(R1)은 FET(T1)의 소오스와 게이트 사이에 연결되며, 저항(R2)는 FET(T2)의 소오스와 게이트 사이에 연결된다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 충전 방법을 간략하게 설명한다.
본 발명의 배터리 충전 방법은 USB 케이블로 연결된 두 단말기 즉, 호스트로 동작하는 단말기와 슬레이브로 동작하는 단말기가 모두 USB OTG 프로토콜이 적용된 단말기인 경우에 적용된다.
우선, 스위칭부(40)는 USB 인터페이스부(10)의 ID 핀 상태를 판단(단계 210)하여 호스트 모드로 동작할 지 아니면 슬레이브 모드로 동작할 지를 결정한다(단계 220).
ID 핀이 로우 상태 즉 호스트 모드로서 USB 케이블을 통해 슬레이브로 동작하는 다른 개인휴대단말기(미도시)로 전원을 공급해주어야 하는 경우에는, FET(T1)는 증폭 트랜지스터(T3)에 의해 오프되나 FET(T2)는 게이트가 로우가 되어 온됨으로써 충전회로(20)로 전원이 공급되는 충전 경로가 차단된다(단계 230).
이에 따라, 전원공급회로(30)에서 출력되는 전원은 배터리(60)를 충전시키는데에는 사용되지 않고 단지 USB 인터페이스부(10)의 Vbus 핀으로만 공급되어 USB 케이블을 통해 슬레이브로 동작하는 다른 개인휴대단말기로 전원이 공급된다(단계 240).
이와 반대로, ID 핀이 하이 상태 즉 슬레이브 모드로서 USB 케이블을 통해 호스트로 동작하는 다른 개인휴대단말기로부터 전원을 공급받아야 하는 경우에는, FET(T1)은 증폭 트랜지스터(T3)에 의해 온되나 FET(T2)는 게이트가 하이가 되어 오프됨으로써 전원공급회로(30)에서 USB 인터페이스부(10) 및 충전회로(20)로 공급되는 전원흐름이 차단된다(단계 250).
이에 따라, 전원공급회로(30)에서 USB 인터페이스부(10)의 Vbus 핀 및 FET(T1)으로 공급되는 전원은 차단되고, USB 인터페이스부(10)의 Vbus 핀을 통해 외부에서 인가되는 전원이 FET(T1)을 통해 충전회로(20)로 공급되어 배터리(60)를 충전시킨다(단계 260).
배터리(60)의 전원은 전원공급회로(30)로 공급되고 전원공급회로(30)는 USB 인터페이스부(10) 및 충전회로(20) 이외의 다른 회로들로 전원을 공급하여 단말기를 동작시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 배터리 충전 장치는 단말기의 동작 모드에 따라 USB 잭의 ID 핀의 상태가 변화하는 것을 이용하여 동작 모드에 따라 단말기의 전원 흐름을 선택적으로 차단시킴으로써 보다 안정적으로 단말기를 동작시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. USB OTG(On-The-Go) 프로토콜이 적용된 개인휴대단말기 사이에서 USB 케이블을 통해 외부의 다른 개인휴대단말기와 연결되어 동작 모드에 따라 상기 외부의 개인휴대단말기로 전원을 공급하거나 공급받고 데이터를 상호 교환하는 USB 인터페이스부;
    슬레이브 모드로 동작시 상기 USB 인터페이스부로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전시키는 충전회로;
    시스템 전체에 동작전원을 공급하며, 호스트 모드로 동작시 상기 외부 개인휴대단말기로 전원을 공급하기 위해 상기 USB 인터페이스부로 전원을 공급하는 전원공급회로; 및
    상기 호스트 모드 또는 상기 슬레이브 모드에 따라 하이 또는 로우로 상태가 변하는 USB 인터페이스부의 ID 핀의 상태에 따라 상기 USB 인터페이스부, 상기 충전회로 및 상기 전원공급회로 사이의 전원 흐름을 조정하는 스위칭부를 구비하는 유에스비를 이용한 배터리 충전 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 스위칭부는
    상기 ID 핀의 상태에 따라 상기 전원공급회로에서 상기 충전회로로 공급되는 전원을 선택적으로 차단하는 제 1 스위치수단; 및
    상기 ID 핀의 상태에 따라 상기 전원공급회로에서 상기 USB 인터페이스부 및 상기 제 1 스위치수단으로 공급되는 전원을 선택적으로 차단하는 제 2 스위치수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유에스비를 이용한 배터리 충전 장치.
  4. 삭제
  5. USB OTG(On-The-Go) 프로토콜이 적용된 개인휴대단말기에서의 배터리 충전 방법에 있어서,
    접속된 USB(Universal Serial Bus) 잭의 핀들 중 ID 핀의 상태를 판단하는 제 1 단계;
    상기 ID 핀의 상태에 따라 상기 개인휴대단말기의 동작 모드를 판단하는 제 2 단계; 및
    상기 동작 모드에 따라 상기 USB 잭 및 상기 배터리에 대한 전원 경로를 선택적으로 차단하는 제 3 단계를 포함하는 유에스비를 이용한 배터리 충전 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 3 단계는
    상기 동작 모드가 호스트인 경우, 동작전원을 공급하는 전원공급회로에서 상 기 배터리를 충전시키기 위한 충전회로로 전원이 공급되지 못하도록 충전 경로를 차단하며,
    상기 동작 모드가 슬레이브인 경우, 상기 전원공급회로에서 상기 USB 잭으로 전원이 공급되는 경로를 차단하고 외부에서 상기 USB 잭을 통해 인가되는 전원이 상기 충전회로로 공급되도록 하여 상기 배터리에 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 유에스비를 이용한 배터리 충전 방법.
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