KR100887620B1 - 광전효과를 이용하는 소형 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래기술에 의해 제기된 문제점을 해소하기 위해 발안된 것으로서, 광의 세기가 낮아 충전이 되지 않는 점을 개선하여, 광의 세기가 낮은 경우에도 지속적으로 충전이 가능한 충전장치를 제공한다.

이를 위해 이 충전장치에는, 빛 에너지를 수광하여 전기 에너지로 변환하여 전압을 생성하는 광전패널부와, 광전패널부로부터 생성된 전압을 증폭하여 출력하는 전압 컨버터부와, 전압 컨버터부로부터 증폭된 전압을 평활하여 출력하는 역전압 제어부와, 역전압 제어부로부터 평활화된 전압을 받아 저장하는 충전용 배터리부와, 광전패널부로부터 생성된 전압이 낮아 전압 컨버터부가 동작하지 않는 경우, 충전용 배터리부에 저장된 전류를 상기 전압 컨버터부에 제공하여 전압 컨버터부가 낮은 전압에서도 동작시키도록 제어하는 제어부과, 역전압 제어부로부터 증폭된 전압을 외부 단말기에 출력하는 출력부가 구성된다.

본 발명에 따르면, 광의 세기가 낮은 경우에도 충전용 배터리로부터 전류를 전압 컨버터에 유입시키게 되므로, 지속적으로 충전이 가능한 효과가 있다.

태양광, 충전기, 컨버터, 광전, 휴대폰

Description

광전효과를 이용하는 소형 충전장치 {Small charging apparatus using photo-electric effect}

본 발명은 광전효과를 이용하는 소형 충전 장치에 대한 것으로서, 더 상세하게는 빛의 세기가 약해 충전 전압이 낮은 상태에서도 충전이 가능하도록 한 소형 충전기에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰, 계산기, PDA, 카메라 등은 배터리가 구비되어 전원을 공급받도록 되어 있고, 이 배터리를 충전시키기 위한 충전기가 출시되어 있다.

이중, 휴대폰을 예로 들면, 휴대폰 배터리 충전기는 휴대폰 배터리의 전원단자에 직접 접촉하여 충전시키는 탁상용 충전기가 통상적으로 사용되고, 휴대용으로는 휴대폰의 핸즈프리포트에 핸즈프리잭으로 연결하여 휴대폰 배터리를 충전하는 어댑터식 충전기도 사용되고 있는 실정이다.

그러나, 휴대폰의 경우 이동성을 강조하다보니, 배터리 충전을 할 수 없는 상태에 있게 된다. 즉, 산악지대 또는 지방 출장 등이 빈번히 발생하게 되면, 사용 자는 충전기를 집안에처럼 손쉽게 사용할 수 없는 상황에 처하게 된다. 따라서, 이러한 상황이 되면, 사용 중인 배터리가 방전되어 버리는 경우가 잦아, 중요한 전화를 받지 못하거나, 위급한 상황에서 발신도 보내지 못할 수 가 있다. 이를 위해 충전기를 사용하지 않고도 배터리를 충전할 수 있는 많은 방법들이 제안되고 있다.

이중 대표적으로 고려된 것이 태양열 충전 방식을 채택한 충전기이다. 이는 태양광에서 발생하는 빛을 광전 변환하여 소정의 전압인 전기 에너지로 변환시켜 배터리를 충전하는 것이다. 즉, 태양광을 이용한 환경친화적인 제품을 공급하고, 자연에너지를 이용한 에너지를 주 전원으로 사용 가능하여 기존의 배터리 충전기에서는 볼 수 없는 자가 충전방식의 배터리 충전장치를 제공하고 있다.

그러나, 이러한 종래 태양열 충전 방식에는 전압을 증폭하는 DC-DC 컨버터가 구성되는 것이 보통이나, 이 컨버터는 태양열이 거의 없거나, 세기가 약한 경우, 구동이 안 되는 문제점이 있었다. 즉, 날씨가 안 좋으면, 태양 광선의 세기가 약해지게 되면, 컨버터 구동이 안 되므로, 전압발생이 이루어 지지 않아 충전이 되지 않는 문제점이 있다.

또한, 이런 증폭기능을 하는 컨버터를 없이, 충전기를 만들 경우, 태양열을 수광하기 위한 패널이 커야 되는 문제점이 있다. 패널이 크게 되는 경우, 휴대가 불편할 뿐 아니라, 태양 광선을 수광하는 장소를 찾아 위치를 이동해서 조절하기 때문에 불편이 초래된다.

따라서, 본 발명은 종래기술에 의해 제기된 문제점을 해소하기 위해 발안된 것으로서, 광의 세기가 낮아 충전이 되지 않는 점을 개선하여, 광의 세기가 낮은 경우에도 지속적으로 충전이 가능한 충전장치를 제공하는데, 그 목적을 두고 있다.

또한, 본 발명은 휴대가 간편하도록 크기를 소형으로 한 충전장치를 제공하는 데, 다른 목적을 두고 있다.

위에서 기술한 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 빛 에너지를 수광하여 전기 에너지로 변환하여 전압을 생성하는 광전패널부와, 광전패널부로부터 생성된 전압을 증폭하여 출력하는 전압 컨버터부와, 전압 컨버터부로부터 증폭된 전압을 평활하여 출력하는 역전압 제어부와, 역전압 제어부로부터 평활화된 전압을 받아 저장하는 충전용 배터리부와, 광전패널부로부터 생성된 전압이 낮아 전압 컨버터부가 동작하지 않는 경우, 충전용 배터리부에 저장된 전류를 상기 전압 컨버터부에 제공하여 전압 컨버터부가 낮은 전압에서도 동작시키도록 제어하는 제어부과, 역전압 제어부로부터 증폭된 전압을 외부 단말기에 출력하는 출력부를 포함하는 광전효과를 이용한 소형 충전장치를 제공한다.

이때, 제어부는 사용자가 직접 충전용 배터리부로부터 저장된 전류를 전압 컨버터부에 유입되도록 동작시키는 수동 스위치가 될 수 있다.

이와 달리, 제어부는 역전압 제어부에 연결되어, 자동으로 충전 전압을 감지하여, 전압이 낮으면, 충전용 배터리부로부터 저장된 전류를 전압 컨버터부에 유입되도록 동작시키는 마이크로프로세서가 될 수 있다.

제어부가 마이크로프로세서인 경우, 마이크로프로세서가 충전용 배터리부에 유입되는 전류의 상태를 감지하면, 감지 정도에 따라 상기 충전용 배터리부의 충전 상태를 표시하기 위한 조절 표시부를 더 포함할 수 있다.

이때, 조절 표시부는 LED(Light-Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Emitting Diode) 중 어느 하나로 구성된다.

이때, 제어부는 전압 컨버터가 낮은 빛의 세기로 구동시 작동을 쉽게 하기 위한 스타트업부를 더 포함할 수 있다.

이때, 역전압 제어부는 전압 컨버터부로부터 증폭된 전압이 충전용 배터리부의 전압과 동일하게 되면, 충전을 차단하여 과전압 충전을 방지한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 광의 세기가 낮은 경우에도 충전용 배터리로부터 전류를 전압 컨버터에 유입시키게 되므로, 지속적으로 충전이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전압 컨버터를 소형으로 구성하게 되므로, 충전장치의 크기가 작아서 휴대가 간편한 다른 효과가 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 광전효과를 이용한 충전을 위한 충전장치의 블럭도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 광전효과를 이용한 충전장치는, 광을 수광하여 전압을 생성하는 광전 패널부(100), 생성된 전압을 증폭하는 전압 컨버터부(120), 증폭된 전압을 평활화하는 역전압 제어부(130), 평활된 전압을 저장하는 충전부(140), 저장되는 전압의 세기를 체크하여 전압 컨버터부를 낮은 광에서도 구동시키는 제어부(150) 등으로 구성된다. 이들의 역할을 보면 다음과 같다.

광전 패널부(100)는 보통 태양 에너지를 수광하여 전기에너지로 변환하는 기능을 한다. 즉, 광전 패널부(100)는 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 p-형 반도체와 n-형 반도체 소자들로 구성된다. 이들 소자는 각각 +, -의 극성을 띄는 반도체 박막으로 되어 있어, 빛이 수광되면 내부에 자유전자가 발생하고, 이 자유전자는 n-형 반도체 쪽으로 끌리게 되어 n-형쪽에 자유전자가 쌓이게 된다.

이때, 이 반도체 소자에 전기선이 연결되어 있어, 자유전자는 이 전기선을 통해 외부 형광등과 같은 전등으로부터 수광하여 전기에너지로 변환하는 것도 가능하다. 따라서, 광전 패널부(100)는 수광하여 이를 전압으로 변환하게 되며, 전압 컨버터부(120)는 DC-DC 컨버터로서, 광전 패널부(100)로부터 생성된 전압을 받아 증폭하는 기능을 수행한다. 일반적으로, 광전효과를 이용하여 충전 장치를 구성할 경우, 부피가 문제되는데 장치의 부피를 줄이기 위해서는 전압 컨버터가 사용되는 것이 필수적이다. 만일 전압 컨버터를 사용하지 않게 되면, 필요한 전압을 얻기 위해서는 광전패널부의 크기가 커지게 된다.

역전압 제어부(130)는 전압 컨버터부(120)로부터 증폭된 전압을 받아, 평활화하는 역할을 한다. 즉, 전압 컨버터부(120)에서 발생한 전압은 고주파, 저주파 등이 혼합되어 있어 이 충전장치에 연결된 전자기기의 회로에 영향을 미치게 되므로, 이를 방지하기 위해 전압의 평활화가 필요하다.

충전용 배터리부(140)는 역전압 제어부(130)로부터 평활화된 전압을 받아 충전하는 역할을 한다. 따라서, 충전용 배터리부(140)는 과전압 충전이 되기 전까지 충전을 진행하게 되며, 필요에 따라 전류를 전압 컨버터부(120)에 공급하게 된다. 충전용 배터리부(140)는 보통 Ni-cd, Ni-Mh, Li-ion, Li-Polymer 등이 사용될 수 있다.

제어부(150)는 충전용 배터리부(140)에 저장되는 전압의 세기를 감지하여, 세기가 약한 경우 충전용 배터리부(140)로부터 저장된 전류를 전압 컨버터부(120)에 유입되도록 스위칭기능을 수행한다. 즉, 전압 컨버터부(120)는 광전 패널부(100)로부터 생성된 전압이 낮게 되면, 구동되지 않게 되므로, 전압 컨버터부(120)가 지속적으로 낮은 전압상태 하에서도 전압을 증폭하도록 하는 것이다.

보통, 광의 세기가 일정하게 유지되는 것이 바람직하지만, 형광등과 같은 불빛을 사용하는 경우, 광의 세기가 약하게 되면, 광전 패널부(100)도 약한 전압을 생성하게 되는데, 이러한 상황에서도 전압 컨버터부(120)가 작동되도록 할 필요가 있다.

또한, 제어부(150)는 감지된 전압의 세기에 따라, 단계별로 이를 외부에 표시하는 기능을 수행한다. 즉, 태양 빛이나 전등빛 등은 수광하는 각도에 따라, 광 전 패널부(100)가 수광하는 빛의 세기가 달라질 수 있다. 따라서, 사용자가 이를 알 수 있도록 표시하는 것일 필요하며, 제어부(150)는 감지된 전압의 세기에 따라 이를 단계별로 표시하는 기능을 수행하게 된다.

스타트업부(160)는 제어부(150)의 제어에 따라, 전압의 세기가 낮은 경우에도, 전압 컨버터부(120)를 용이하게 동작시키는 역할을 수행한다. 즉, 전압 컨버터부(120)가 광전 패널부(100)로부터 생성된 전압이 낮아 동작을 멈춘 경우, 이 전압 컨버터부(120)를 다시 동작시키기 위한 것이다. 즉, 충전용 배터리부(140)로부터 전류를 받아, 이를 전압 배터리부(120)에 스위칭함으로써, 전압 컨버터부(120)가 계속 동작하도록 하는 것이다.

이외에도, 출력부(170) 및 조절 표시부(180)가 구성될 수 있는데, 출력부(170)는 역전압 제어부(130)로부터 평활된 전압을 다른 외부 전자기기, 예를 들면 휴대폰, 계산기, 카메라 등에 공급하는 기능을 수행한다. 즉, 출력부(170)에는 출력 커넥터가 구성되어 있어, 이 출력 커넥터가 외부 전자기기의 충전용 잭에 회로 상으로 연결되어서, 전압을 외부 전자기기의 배터리 충전 및 외부 전자기기 본체 구동용으로 제공한다.

조절 표시부(180)는 전압 컨버터부(120)로부터 증폭된 전압의 감지 정도에 따라 충전용 배터리부(140)의 충전 상태를 표시한다. 즉, 광전 패널부(100)는 빛에너지의 수광정도에 따라 전압을 생성하게 되므로, 이 전압이 전압 컨버터부(120)에 증폭되더라도, 여전히 광전 패널부(100)가 수광한 정도에 따라, 이를 구분하여 표시하게 된다.

예를 들면, 조절 표시부(180)를 다수의 LED(Light-Emitting-Diode: 발광 다이오드)로 구성하여, 수광한 빛의 세기에 따라 약한 빛이면 LED를 1개, 이보다 강한 빛이면 2개 등과 같이 표시하는 것이다. 이럴 경우, 사용자는 조절 표시부(180)에 표시된 상태를 관찰하여, 광전 패널부(100)의 각도를 바꾸거나, 위치 또는 장소를 바꿀 수 있게 된다. 물론, 조절 표시부(180)는 LED이외에도 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light-Emitting Display) 등이 사용될 수 있다.

다음으로, 도 2는 도 1의 블럭도에 대응하는 회로를 예시한 회로도이다. 즉, 도 1에서 기술한 각 구성에 대하여 이를 회로로 구성한 일실시예이다. 물론, 이 실시예는 이해를 위한 것으로 이에 한정되지 않고, 다른 회로를 구성하는 것도 가능하다.

도 2를 참조하여 설명하면, 광전 패널부(100)에 해당하는 블럭은, 커넥터와 단자만이 구성되어 있다. 물론 이는 본 발명의 용이한 이해를 위한 것으로, 광전 패널부(100)의 구조는 이미 일반적으로 공지되어 있으므로, 이를 생략한 것에 불과하다. 따라서, 이 광전 패널부(100)의 블럭에는 광전패널부와 이를 구동하여 빛에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 회로가 구비되어 있게 된다.

이 광전 패널부(100)의 블럭에 연결된 전압 컨버터부(120)의 블럭은 IC칩인 TPS61200(텍사스 인스트루먼트사 제품)을 포함하여 커패시터, 저항, 코일 등이 구성되어, 광전 패널부(100)의 블럭으로부터 생성된 전압을 받아, 증폭하게 된다. 물론, IC칩은 예시에 불과한 것으로 본 발명의 전압 컨버터 기능을 수행하는 다른 회로로 대체되는 것도 가능하다.

전압 컨버터부(120)의 블럭으로부터 증폭된 전압은 역전압 제어부(130)의 블럭을 통하여 평활화된다. 즉, 역전압 제어부(130)의 블럭에는 커패시터 C4와 커패시터 C5가 구성되어, 특정 주파수대를 필터링함으로써 전압의 주파수를 일정하게 한다. 부연하면, 커패시터 C4는 100Khz를 기준으로 고주파 필터링용이고, 커패시터 C5는 저주파 필터링용이 된다.

평활화된 전압은 출력부(170)의 블럭과 충전용 배터리부(140)의 블럭으로 입력된다. 따라서, 충전용 배터리부(140)의 블럭은 평활화된 전압을 충전하고, 충전된 전압을 스타트업부(160)의 블럭에 공급한다. 물론, 충전용 배터리부(140)로부터 스타트업부(160)의 블럭으로 전압을 공급할 지의 결정은 제어부(150)의 블럭이 수행하게 된다. 즉 제어부(150)의 블럭은 역전압 제어부(130)의 블럭과 충전용 배터리(140)의 블럭 사이의 중간 지점에서 전압을 감지하여, 이 전압이 전압 컨버터부(120)의 블럭보다 낮으면, 충전용 배터리부(140)에 저장된 전류를 스타트업부(160)의 블럭을 통하여 전압 컨버터부(120)의 블럭에 공급하도록 한다.

물론, 스타트업부(160)의 블럭에는 트랜지스터, 다이오드 등이 구비되어 있어, 전압 컨버터부(120)의 블럭이 지속적으로 낮은 전압 하에서도 동작시키는 스위칭 기능을 한다.

여기서, 출력부(170)의 블럭은 보통 외부전자기기와 연결되기 위한 커넥터가 구성된다. 본 도면에서는 20핀 커넥터를 예시하고 있으나, 외부 전자기기에 따라 커넥터의 핀수는 달라질 수 있다. 이 커넥터를 통하여 외부 전자기기는 전원을 공급받아, 충전하거나 또는 본체를 구동할 수 있다.

제어부(150)의 블럭에는 마이크로프로세서칩이 사용될 수 있으며, 감지된 전압에 따라, 전압의 세기를 표시하기 위한 조절 표시부(180)의 블럭이 구성된다. 도 2에서는 5개의 LED로 조절 표시부(180)의 블럭을 구성하고 있다. 즉, 이는 광전패널부의 각도에 따라 수광정도가 다르므로, 수광정도를 사용자가 알 수 있도록 한다. 물론 이는 충전용 배터리부(140)의 충전 정도를 나타내고 있기도 하다.

부연하면, 수광정도에 따라, 수광이 약하면 LED1만을 온하고, 수광이 최적이면 LED1, LED2, LED3, LED4, LED5를 모두 온하는 것으로 동작시키면, 사용자는 이를 보고, 광전패널부의 위치 또는 각도를 조절할 수 있게 된다.

또한, 도 2에는 충전용 배터리부(140)의 블럭이 과전압 충전을 하지 않도록 하는 구성이 있다. 즉, IC1의 우측에 저항 R1과 저항 R2가 구성되어 있어, 전압 컨버터부(120)에 의해 증폭된 전압이 충전용 배터리부(140)의 전압(예를 들면, 3.7V)과 같아지도록 출력함으로써, 충전용 배터리부(140)가 규정된 전류/전압으로만 충전이 이루어지도록 하고 있다. 따라서, 과전압에 따른 충전이 발생하지 않는다.

다음으로, 도 3은 도 2의 회로도중, 전압 컨버터에 전류가 유입되도록 제어하는 다른 실시예를 보인 회로도이다. 즉, 도 3은, 도 2의 회로도중, 전압의 감지를 자동으로 하는 제어부(150)의 블럭을 수동으로 할 수 있는 다른 실시예를 예시한 것이다.

부연하면, 충전용 배터리부(140)의 출력단과 전압 컨버터부(120)의 입력단을 스위치(300)로 연결하여, 사용자가 필요시마다 이 스위치(300)를 수동으로 선택하게 되면, 앞서 예시한 바와 같이, 충전용 배터리부(140)에 저장된 전류가 전압 컨버터부(120)에 유입되어, 전압 컨버터부(120)가 낮은 전압에서도 지속적으로 동작하게 된다. 물론, 스위치(300)와 충전용 배터리부(140)의 중간에는 다이오드(310)가 구성되어, 스위치(300)가 온상태에 있는 경우, 광전패널부로부터 발생한 전압이 충전용 배터리부(140)에 직접 유입되지 않도록 하였다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되는 것이 바람직할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광전효과를 이용한 충전을 위한 충전장치의 블럭도이다.

도 2는 도 1의 블럭도에 대응하는 회로를 예시한 회로도이다.

도 3은 도 2의 회로도중, 전압 컨버터에 전류가 유입되도록 제어하는 다른 실시예를 보인 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 광전 패널부 120 : 전압 컨버터부

130 : 역전압 제어부 140 : 충전부

150 : 제어부 160 : 스타트업부

170 : 출력부 180 : 표시부

Claims (7)

1. 빛 에너지를 수광하여 전기 에너지로 변환하여 전압을 생성하는 광전패널부와, 상기 광전패널부로부터 생성된 전압을 증폭하여 출력하는 전압 컨버터부와, 상기 전압 컨버터부로부터 증폭된 전압을 평활하여 출력하며 상기 전압 컨버터부로부터 증폭된 전압이 미리 설정된 충전 전압과 동일하게 되면, 충전을 차단하여 과전압 충전을 방지하는 역전압 제어부와, 상기 역전압 제어부로부터 평활화된 전압을 받아 저장하는 충전용 배터리부와, 상기 전압 컨버터부를 동작시키도록 광전패널부로 부터 생선된 전압과 충전용 배터리부에 저장된 전압중에서 선택하여 전압 컨버터부로의 전류 공급을 제어하는 제어부, 배터리의 충전 상태를 나타내는 조절 표시부, 상기 역전압 제어부로부터 증폭된 전압을 외부 단말기에 출력하는 출력부를 구비하는 광전효과를 이용한 소형 충전장치에 있어서,

   상기 제어부(150)는 마이크로프로세서로서 역전압 제어부(130)와 충전용 배터리(140) 사이의 전압을 감지하고, 감지된 전압이 미리 설정된 전압 컨버터부(120)의 구동전압 보다 낮을 때, 상기 충전용 배터리부에 저장된 전류를 상기 전압 컨버터부로 스위칭하도록 스타트업부(160)을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 광전효과를 이용한 소형 충전장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 조절 표시부는 마이크로프로세서에 의해 감지된 충전용 배터리부에 유입되는 전류의 세기에 따라 상기 충전용 배터리부의 충전되는 상태를 단계적으로 표시하도록 된 것을 특징으로 하는 광전효과를 이용한 소형 충전장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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