KR100944802B1 - 교류 충전 제어회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류 충전 제어회로에 관한 것으로서, 교류전원 접속부를 통해 인가되는 교류전원을 정류하고 노이즈를 제거하는 전원입력부와, 상기 전원입력부에서 인가되는 교류전원을 평활회로를 통해 직류 전원으로 정류하여 출력하는 직류 평활부와, 외부의 전압제어신호에 따라 상기 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하기 위한 듀티비를 변화시키는 펄스폭 변조신호를 출력하는 PWM 제어부와, 상기 펄스폭 변조신호에 따라 충전지 접속부 사이의 전기적 접속을 스위칭하는 스위칭 소자와, 외부의 전류제어신호를 일정한 듀티비를 갖는 전기신호로 변환하여 상기 PWM 제어부에 전달하는 포토커플러와, 상기 충전지 접속부에 접속된 충전지별 최대 충전전압 및 충전 전류값에 대한 식별데이터를 판독하여, 상기 식별데이터를 근거로 하여 상기 충전지에 공급되는 충전전류의 조절 기능 및 상기 PWM 제어부의 충전전압 조절 기능을 수행함으로써 상기 전류제어신호, 전압제어신호와 같은 각종 제어신호를 생성 출력하는 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 휴대폰 및 PMP와 같은 외부 기기의 식별 데이터를 판독하여 충전지 전압을 자동으로 인식한 후 충전지의 손상없이 충전 동작을 수행할 수 있어, 충전이 어려운 장소에서도 용이하게 충전할 수 있으며, 충전지가 충전지 접속부에 접속됨을 감지하고 이에 응답하여 충전전압을 제공함으로써 충전 대기 전원을 최소화할 수 있고, 과전류 및 과충전, 장시간 충전 등을 검출하여 충전 전류량을 조절하거나 전원 유입을 차단함으로써 시스템 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있 다.
교류 충전 제어회로, 정류 및 EMI 필터, PWM 제어, 마이크로프로세서

Description

교류 충전 제어회로{CONTROLLNG CURCUIT FOR AC CHARGING}
본 발명은 교류 충전 제어회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대폰 및 PMP와 같은 외부 기기의 충전지 전압을 자동으로 인식하여 충전지의 손상없이 충전 동작을 수행할 수 있고, 직류전원의 사용이 어려운 장소에서 내부 충전지를 이용해 충전지를 용이하게 충전할 수 있도록 하는 교류 충전 제어회로에 관한 것이다.
최근에는, 전자 기술이 고도로 발달하여 휴대폰이나 PMP 등과 같은 소형의 전자 장치들은 충전용 배터리를 전원으로 사용하고 있다.
이러한, 충전용 배터리를 충전시키기 위한 종래의 충전 장치로는, 교류 전원을 입력받아 충전용 배터리를 충전시키기 위한 교류용 충전 장치와 직류 전원을 입력받아 충전용 배터리를 충전시키기 위한 직류용 충전 장치가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 교류 충전장치를 나타낸 회로도로서, 이를 참고하면 종래의 배터리 충전장치는 배터리를 충전시키기 위한 전원단자(1)와 감시단자(2, 3) 및 접지단자(4)를 구비하는 충전구(10)와 외부로부터 입력된 교류 전원을 소정의 노이즈 방지용 라인 필터(NF)와 브릿지 다이오드(BD) 및 커패시터(C1)를 통해 전파 정류하여 고압의 직류 전원으로 변환하는 AC/DC 변환부(20)와 배터리 충전용 제1 트랜스포머(T1)와 제어용 제2 트랜스포머(T2) 및 스위치회로(35)를 구비하고 외부로부터 입력되는 스위치 제어신호에 따라 스위치회로(35)의 스위칭소자(M1)가 온/오프되어 제1 및 제2 트랜지스포머(T1, T2)의 1차측 코일로 인가되는 고압의 직류전원을 저압으로 2차 유도하는 저전압 절환 스위치부(30)와 상기 제1 트랜스포머(T1)의 2차측 코일로 유기된 전원을 제공받아 소정의 L, C 필터(L, C2, C3)를 통해 평활하여 저전압의 직류 전원을 출력함과 아울러 상기 2차 코일의 일측단과 접지 사이에 각각 직렬로 연결된 커패시터(C4)와 저항(R1)으로 배터리로 인가되는 전류량을 감시하는 감시회로를 포함한 직류 저전압 출력부(40)로 구성되어 있다.
또한, 상기 직류 저전압 출력부(40)의 전류감시회로(C4, R1)의 저항(R1) 양단에 걸린 전류를 반전단자(-)로 입력받아 검출하고 폐루프를 통해 증폭하는 저역 통과형 연산증폭기(50)와, 상기 연산증폭기(50)의 출력전류를 반전 단자(-)로 제공받고, 소정의 제어신호를 비반전 단자(+)로 제공받아 비교한 후 상기 저전압 절환 스위치부(30)로 인가되는 1차측 전류량을 제어하기 위한 전류 제어신호를 출력하는 제1 비교기(55)와 상기 충전구(10)의 전원단자(1)로 인가되는 전압을 반전 단자(-)로 제공받고 미리 설정한 소정의 고정전압을 비반전 단자(+)로 제공받아 비교한 후 상기 저전압 절환 스위치부(30)로 인가되는 1차측 전압을 제어하기 위한 전압 제어신호를 상기 제1 비교기(55)의 출력단으로 출력하는 제2 비교기(60)로 구성되어 있다.
또한, 상기 저전압 절환 스위치부(30)의 제1 트랜스포머(T1)의 2차측 코일과 제1 비교기(55)의 출력단 사이에 순방향으로 설치되어 전류 흐름에 따라 스위치제어용 광신호를 발생하고 상기 발광신호에 따라 도통되어 상기 스위치회로(35)의 스위칭소자(M1)를 개폐시켜 저전압 절환 스위치부(30)로 인가되는 전원을 조절하게 되는 포토커플러(65)와 상기 저전압 직류 출력부(40)와 충전구(10)의 전원단자(1) 사이에 설치되어 상기 충전구(10)에 장착된 배터리가 만충전되면 소정의 제어신호에 따라 공급전원을 차단하는 충전스위치부(70)와 소정의 제어신호에 따라 배터리의 장착 여부, 장착에러 및 만충전 상태를 표시하는 복수의 발광소자를 포함한 표시부(80)와 상기 충전구(10)에 장착된 배터리의 용량(ID)과 배터리로 인가되는 전압 상태 및 배터리의 충전 상태를 검출하여 상기 충전스위치부(70)와 제1 비교기(55) 및 제반 시스템(60, 80)을 제어하는 시스템 컨트롤러(90)로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 충전기의 작동을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 충전구(10)에 배터리를 장착하면 직류전원이 저전압 절환 스위치부(30)와 직류 저전압 출력부(40)와 충전스위치부(70) 및 충전구(10)의 전류통로를 통해 배터리로 공급된다.
한편, 상기 직류 저전압 출력부(40)에 구비된 저항(R1)의 양단에 걸린 전압을 전류검출용 연산증폭기(50)의 반전 단자(-)로 제공받아 증폭한 후 전류제어용 제1 비교기(55)의 반전 단자(-)로 전달하며, 제1 비교기(55)는 반전 단자(-)로 입력되는 전압과 비반전 단자(+)로 입력되는 미리 설정된 기준전압을 비교하여 그 결과에 따른 신호를 출력하여 포토커플러(65)의 작동을 제어하게 된다.
따라서, 1차측 전원과 폐루프를 형성하는 스위칭소자(M1)는 포토커플러(65)의 개폐 여부에 응답하여 제1 및 제2 트랜스포머(T1, T2)의 1차측 코일로 인가되는 전류를 제어하여 2차측 코일에 유도되는 전류량을 제어하게 된다.
그리고, 전압제어용 제2 비교기(60)는 충전구(10)의 전원단자(1)에 걸린 전압을 반전 단자(-)로 제공받고 비반전 단자(+)로 일정 고정전압을 제공받아 비교한 후 그 비교 결과에 따른 전압을 포토커플러(65)로 출력하여 포토커플러(65)의 개폐를 결정하고, 1차측 전원과 폐루프를 형성하는 스위칭소자(M1)는 포토커플러(65)의 개폐 여부에 응답하여 제1 및 제2 트랜스포머(T1, T2)의 1차측 코일로 인가되는 전압을 제어하여 2차측 코일에 유도되는 전압을 제어하게 된다.
상기와 같이 방식으로 충전기의 1차측 전원을 제어하는 종래의 기술은 충전기(10)의 전류와 전압을 제어하는 수단으로 연산증폭기(50)와 복수의 비교기(55, 60)를 사용함으로써, 부품이 많아 설계가 복잡할 뿐만 아니라 그에 따른 부품의 불량과 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 휴대폰 및 PMP와 같은 외부 기기의 충전지 전압을 자동으로 인식하여 충전지의 손상없이 단시간 내에 충전 동작을 수행할 수 있어, 여행지 등에서 휴대폰 등을 충전하고자 하는 경우에도 용이하게 충전할 수 있도록 하는 교류 충전 제어회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 충전지가 충전지 접속부에 접속됨을 감지하고 이에 응답하여 충전전압을 제공함으로써 충전 대기 전원을 최소화할 수 있는 교류 충전 제어회로를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 과전류 및 과충전, 장시간 충전 등을 검출하여 충전 전류량을 조절하거나 전원 유입을 차단함으로써 시스템 안정성을 확보할 수 있는 교류 충전 제어회로를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교류 충전 제어회로는, 교류전원 접속부를 통해 인가되는 교류전원을 정류하고 노이즈를 제거하는 전원입력부와, 상기 전원입력부에서 인가되는 교류전원을 평활회로를 통해 직류 전원으로 정류하여 출력하는 직류 평활부와, 외부의 전압제어신호에 따라 상기 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하기 위한 듀티비를 변화시키는 펄스폭 변조신호를 출력하는 PWM 제어부와, 상기 펄스폭 변조신호에 따라 충전지 접속부 사이의 전기적 접속을 스위칭하는 스위칭 소자와, 외부의 전류제어신호를 일정한 듀티비를 갖는 전기신호로 변환하여 상기 PWM 제어부에 전달하는 포토커플러와, 상기 충전지 접속부에 접속된 충전지별 최대 충전전압 및 충전 전류값에 대한 식별데이터를 판독하여, 상기 식별데이터를 근거로 하여 충전지에 공급되는 충전전류의 조절 기능 및 상기 PWM 제어부의 충전전압 조절 기능을 수행함으로써 전류제어신호 또는 전압제어신호와 같은 제어신호를 생성 출력하는 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로 한 다.
여기서, 상기 전원입력부는 상용 교류전원이 입력되는 교류전원 접속부와, 상기 교류전원 접속부에서 전달되는 교류전압을 강하시키는 전원트랜스와, 상기 전원트랜스에서 강하된 교류전원을 정류하는 브리지 다이오드와, 상기 브리지 다이오드에서 정류된 교류전원의 노이즈 성분을 제거하는 EMI(ElectroMagnetic Interference) 필터부로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 EMI 필터부는 저주파 대역의 차동모드 노이즈를 제거하는 캐패시터(C1)와, 저주파 대역의 노이즈를 억제하는 코일과, 고주파 대역의 공통모드 노이즈를 제거하는 제2 및 제3 캐패시터가 병렬 연결된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 교류 충전 제어회로는 기준전압과 충전 전압과의 정량적인 차이를 감지하는 전원 감시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전원 감시부는 충전 전압과 기준 전압을 비교하여 과전류를 검출하는 과전류 검출부와 과충전을 검출하는 과충전 검출부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 과전류 검출부는 전압 분배용으로 병렬 연결된 2개의 분배저항과 상기 기준 전압과 분배된 전압을 비교하는 과전류 검출 비교기로 이루어지고, 상기 과충전 검출부는 전압 분할용으로 병렬 연결된 4개의 분할 저항과 분할된 전압과 기준 전압을 비교하는 과충전 검출 비교기로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로프로세서는 상기 과전류 검출부에서 과전류가 검출되면 충전 동작을 차단하는 과전류 방지 제어신호를 출력하고, 상기 과충전 검출부에서 과충전이 검출되면 충전전압이 만충전 전압 이상으로 충전되는 것을 방지하는 과충전 방지 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 교류 충전 제어회로는 상기 포토커플러와 PWM 제어부의 사이에 상기 마이크로프로세서에서 전송되는 제어신호에 따라 충전지로 유입되는 충전 또는 방전 전류량을 조절하는 스위칭 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 스위칭 제어부는 상기 포토커플러에서 전송되는 제어신호가 베이스 단에 입력되는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 컬렉터단과 PWM 제어부 사이에 복수의 저항과 캐패시터가 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 PWM 제어부는 전압 및 전류 비교기, 기준전압원, 단일(SINGLE) 출력 또는 푸쉬-풀(PUSH-PULL) 출력설정이 가능한 출력단으로 구성된 PWM용 IC인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 직류 평활부는 인덕터, 저항, 캐패시터, 다이오드가 병렬로 조합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로프로세서는 충전 상태를 표시하는 복수의 LED와, 경고음을 발생시키는 부저(Buzzer)와, 충전 시간 및 전압을 표시하는 디스플레이, 충전시 필요한 버튼들과 연결되어 각각의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 마이크로프로세서는 수동 조정 상태를 세트(Set)하는 세트 버튼과 연결된 제1 스위치, 충전 전압의 양을 조정하는 업/다운 버튼과 연결된 제2 스위치,LED의 온/오프를 결정하는 온/오프 버튼과 연결된 제3 스위치와 연결된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 스위칭 소자는 베이스단에 PWM 제어부가 접속되고, 컬렉터단에 상기 직류 평활부가 접속되는 트랜지스터(Q2)이고, 상기 PWM 제어부에 의해 온/오프 구동 주기가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 교류 충전 제어회로는 일정한 전원전압(Vcc)을 출력하도록 하는 레귤레이터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 레귤레이터부는 전원전압이 입력되는 정전압 IC와, 상기 정전압 IC의 입력단에 병렬 연결된 2개의 캐패시터와, 상기 정전압 IC의 출력단에 병렬 연결된 다이오드와 캐패시터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 마이크로프로세서는 충전지의 식별데이터를 판독하여 해당 충전지의 최대 충전전압 및 최대 충전전류를 설정하고, 상기 최대 충전전압을 상기 PWM 제어부의 기준전압으로 설정하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 교류 충전 제어회로에 따르면, PWM 스위칭 방식과 단일 칩의 마이크로프로세서를 이용하여 휴대폰 및 PMP와 같은 외부 기기의 기의 식별 데이터를 판독하여 충전지 전압을 자동으로 인식한 후 충전지의 손상없이 단시간 내에 충전 동작을 수행할 수 있어, 여행지 등에서 휴대폰 등을 충전할 경우에 충전지를 용이하게 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 충전지가 충전지 접속부에 접속됨을 감지하고 이에 응답하여 충전전압을 제공함으로써 충전 대기 전원을 최소화할 수 있고, 과전류 및 과충 전, 장시간 충전 등을 검출하여 충전 전류량을 조절하거나 전원 유입을 차단함으로써 시스템 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과도 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 교류 충전 제어회로의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교류 충전 제어회로는 전원입력부(110), PWM 제어부(120), 직류 평활부(130), 스위칭 제어부(140), 스위칭 소자(Q2), 포토커플러(150), 전원 감시부(160), 충전지 접속부(180), 마이크로프로세서(170), 스위칭부(190), 레귤레터부(200)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
상기 전원 공급부(110)는 110V 또는 220V의 상용 교류전원이 입력되는 교류전원 접속부(111)와, 상기 교류전원 접속부(111)에서 전달되는 교류전압을 강하시키는 전원트랜스(TF)와, 상기 전원트랜스(TF)에서 강하된 교류전원을 정류하는 브리지 다이오드(112)와, 상기 브리지 다이오드(112)에서 정류된 교류전원의 노이즈 성분을 제거하는 EMI(ElectroMagnetic Interference) 필터부(113)로 구성된다.
상기 교류전원 접속부(111)는 가정용 전원콘센트와 같이 상용 교류전원의 출력단자에 삽입이 가능한 전원플러그가 연결되는 접속단자이다.
특히, 상기 EMI 필터부(113)는 +입력단과 -입력단에 연결되며 노이즈 억제하는 코일(L1)과, +입력단과 -입력단에 각각 병렬로 연결되어 저주파 대역의 차동 모드(Differential Mode)의 노이즈를 억제하는 제1 캐패시터(C1), +입력단과 -입력단에 순차적으로 병렬 연결되고 고주파 대역의 공통 모드(Common Mode)의 노이즈를 억제하는 제2 캐패시터(C2) 및 제3 캐패시터(C3)로 이루어지지만, 회로 특성상 효과적인 노이즈 제거를 위해 여러 가지 형태로도 구현 가능하다.
한편, 상기 충전지 접속부(180)는 USB 잭(Jack)과 연결되는 USB 출력 단자로서, USB 출력 단자 이외에도 (+)단자, (-)단자, 및 식별데이터 입력단자(IN)로 이 루어지는 모든 출력단자로 형성 가능하다.
그리고, 상기 포토커플러(150)는 상기 마이크로프로세서(170)에서 전송되는 제어신호에 응답하여 광스위칭을 수행한다.
또한, 상기 PWM 제어부(120)는 상기 마이크로프로세서(170)의 전압제어신호에 따라 직류 입력단(110)에서 출력되는 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하기 위한 듀티비를 변화시키는 펄스폭 변조신호를 출력하는데, 듀티(Duty) 조절을 할 수 있는 구형파 발생회로 기능을 포함한다.
여기서, 상기 펄스폭 변조신호는 충전지 접속부(USB1)로 공급되는 충전 전압이 소정 기준 전압에 도달 및 유지되도록 현재 충전전압의 전압레벨을 조절하게 된다.
이러한 PWM 제어부(120)는 전압 및 전류 비교기, 기준전압원, 단일(SINGLE) 출력 또는 푸쉬-풀(PUSH-PULL) 출력 설정이 가능한 출력단으로 구성된 PWM용 IC(예를 들어 TL494 사용)이다.
상기 스위칭 제어부(140)는 상기 포토커플러(150)와 PWM 제어부(120)의 사이에 상기 마이크로프로세서(170)에서 전송되는 각종 제어신호에 따라 상기 직류 평활부(130)의 동작을 단속하여 충전 또는 방전 전류량을 조절하게 된다.
이러한 스위칭 제어부(140)는 상기 포토커플러(150)에서 전송되는 제어신호가 베이스 단에 입력되는 트랜지스터(Q5)와, 상기 트랜지스터(Q)의 컬렉터단과 PWM 제어부(120) 사이에 복수의 저항(R33, R34, R36, R37)과 캐패시터(EC5)가 병렬로 연결된다.
한편, 상기 직류 평활부(130)는 상기 PWM 제어부(120)에서 출력되는 펄스폭 변조신호를 근거로 하여 다이오드(D4)의 출력 전압에 대한 노이즈를 제거하고 정류 신호를 직류 전압으로 변환하는 인덕터(L4), 저항(R8, R12), 다이오드(D5)가 병렬로 연결되어 있다.
한편, 상기 스위칭 소자(Q2)는 상기 펄스폭 변조신호에 따라 상기 충전지 접속부(180) 사이의 전기적 접속을 스위칭하도록 상기 PWM 제어부(120)와 직류 평활부(130) 사이에 설치되어 상기 PWM 제어부(120)에 의해 온/오프 구동 주기가 조절된다.
이러한 스위칭 소자(Q2)는 트랜지스터(Q2)로서, 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 PWM 제어부(120)가 접속되고, 상기 직류 평활부(130)의 출력단은 다이오드(D4)를 통해 트랜지스터(Q2)의 컬렉터단에 접속된다.
또한, 상기 마이크로프로세서(170)는 상기 직류 평활부(130)를 통해 공급되는 직류 전류를 충전지 접속부(180)를 통해 충전지에 공급되도록 충전전류 조절 기능, 및 상기 PWM 제어부(120)의 충전전압 조절 기능을 수행함으로써 상기 전류제어신호, 전압제어신호와 같은 각종 제어신호를 생성 출력한다.
이러한 마이크로프로세서(170)는 휴대폰이나 PMP 등의 충전지 접속시 충전지 접속부(180)로부터 전송되는 해당 충전지의 식별 데이터(ID)를 판독하여 최대 충전전압 및 충전 전류 값을 설정하고, 이를 근거로 상기 직류 평활부(130)와 PWM 제어부(120)의 동작을 제어한다.
상기 마이크로프로세서(170)는 LCD 드라이버, 아날로그/디지털 컨버터(ADC), PWM, 부저, 타이머가 내장된 CMOS 단일 칩으로 설계된다.
한편, 상기 전원 감시부(160)는 기준전압과 충전 전압과의 정량적인 차이를 감지하기 위해, 충전 전압과 기준 전압을 비교하여 과전류를 검출하는 과전류 검출부(161), 및 상기 충전 전압과 기준 전압을 비교하여 과충전을 검출하는 과충전 검출부(162)로 이루어진다.
상기 과전류 검출부(161)는 전압 분배용으로 병렬 연결된 2개의 분배저항(R19, R26)과, 기준 전압과 상기 분배된 전압을 비교하는 과전류 검출 비교기(U3A)로 이루어진다.
즉, 상기 과전류 검출 비교기(U3A)의 (+)입력단에는 상기 과충전 검출비교기(USB)의 (+)입력단이 연결되고, (-)출력단에는 분배 전압이 입력된다.
그리고, 상기 과충전 검출부(162)는 전압 분할용으로 병렬 연결된 4개의 분할 저항(R29, R30, R31, R32)과, 캐패시터(EC4), 저항(R28), 상기 분할된 전압과 기준 전압을 비교하는 과충전 검출 비교기(U3B)로 이루어진다.
이때, 상기 과충전 검출 비교기(USB)DML (+)입력단에는 과충전 검출 비교기(U3A)의 (+)입력단과 상기 분할 저항(R29, R30, R31, R32)과, 캐패시터(EC4), 저항(R28)을 거쳐 분할 전압이 입력되고, (-)입력단에는 저항(R38, R39)과 캐패시터(C13)가 연결되어 있다.
따라서, 상기 마이크로프로세서(170)는 과전류 검출부(161)에서 과전류가 검출되면 충전지의 충전 동작을 차단하여 충전지에 과전류가 흐르는 것을 방지하는 과전류방지 제어신호를 출력하고, 상기 과충전 검출부(162)에서 과충전이 검출되면 충전전압이 만충전 전압 이상으로 충전되는 것을 방지하기 위해 충전을 중지시키는 과충전 방지 제어신호를 출력한다.
따라서, 상기 과충전 검출부(162)는 상기 과충전 방지 제어신호를 이용해 만충전 전압까지 충전이 완료되면 충전을 중지시키고, 미소전류를 공급하여 충전지가 만충전 전압 이상으로 충전되는 것을 방지하게 된다.
그리고, 상기 과전류 검출부(161)는 상기 과전류 방지 제어신호를 이용해 충전지에 과전류가 흐르면 충전 동작을 차단하여 충전지의 내부 회로 손상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 마이크로프로세서(170)는 충전, 만충전 상태를 표시하도록 서로 다른 색상을 갖는 2개의 LED(LD2)를 포함하는 충전표시부(220)와, 충전지의 충전 상태 및 장착에러를 경보하는 부저(Buzzer)(BZ1)를 포함하는 경고음 발생부(210)와, 충전 시간 및 전압, 장착에러를 표시하는 디스플레이(LCD1)와, 충전시 필요한 버튼들과 연결되어 각각의 동작을 제어하게 된다.
이때, 상기 스위칭부(190)는 업/다운 버튼을 통한 전압 조정을 확정시키는 세트 버튼과 연결된 제1 스위치(SW1), 충전 전압의 양을 조정하는 업/다운 버튼과 연결된 제2 스위치(SW2), LED의 온/오프를 결정하는 온/오프버튼과 연결된 제3 스위치(SW3)로 구성된다.
이때, 상기 마이크로프로세서(170)는 사용자가 세트 버튼의 누름 동작을 5초 이상 지속하게 되면, 조명용 LED를 통해 조명 기능이 수행되도록 할 수도 있다. 따라서, 사용자가 야간이나 어두운 곳에서 편리하게 충전 동작을 수행할 수 있다.
상기 레귤레터부(200)는 입력되는 전압에 상관없이 일정한 전압을 출력해주는 역할을 수행하는 것으로서, 전원전압이 입력되는 정전압 IC(U1)와, 상기 정전압 IC(U1)의 입력단에 병렬 연결된 2개의 캐패시터(EC2, C2)와, 상기 정전압 IC(U1)의 출력단에 병렬 연결된 다이오드(D2)와 캐패시터(EC1)로 이루어진다.
특히, 상기 정전압 IC(U1)는 입력되는 전압에 상관없이 일정한 전원전압(Vcc), 예들 들어 +5V를 출력하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 상기 마이크로프로세서(170)로 전원전압(Vcc)을 제외한 전압, 4.5V가 Vcc로 입력되면 상기 마이크로프로세서(170)에서 출력되는 제어신호 출력값들이 변경되고, 그로 인해 시스템 오동작을 야기할 수 있다.
그러나, 상기 레귤레이터부(200)에서 항상 일정한 Vcc를 출력해 줌으로써 상기 마이크로프로세서(170)는 안정적으로 출력값을 내보낼 수 있다.
한편, 상기 충전 상태를 표시하는 LED(LD2)는 상기 마이크로프로세서(170)의 제어에 따라 충전시 적색을 점멸하고 완충전시 녹색을 점등하며, 전류가 낮을 때(잔류 30% 상태)에는 적색을 점등한다.
또한, 상기 디스플레이(LCD1)는 상기 마이크로프로세서(170)의 제어에 따라 충전시 잔량 표시막대를 위쪽 방향으로 순차적으로 표시하여 만충전시 잔량 표시막대가 모두 표시되도록 하고, 충전시 충전지의 극성이 바뀌면 표시하여 과전압이 충전되는 것이 방지되도록 한다.
그리고, 도 2b에서 참조부호 230은 소정 색상의 LED(LD1)의 점멸 동작을 통해 충전 시간을 나타내도록 하는 충전시간 표시부이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 교류 충전 제어회로의 동작에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 교류 충전 제어회로는 전원입력부(110)를 통해 정류 및 노이즈 제거된 교류 전원이 입력되면, 상기 교류 전원을 직류 평활부(130)를 거쳐 정류하여 직류전원으로 출력한다.
이때, 상기 마이크로프로세서(170)는 상기 충전지 접속부(180)로부터 전송되는 휴대폰이나 PMP 등의 충전지의 식별 데이터(ID)를 판독하여 상기 충전지의 최대 충전전압 및 최대 충전전류를 설정하고, 상기 충전지의 최대 충전전압을 PWM 제어부(120)의 기준 전압으로 설정한다.
그리고, 상기 포토커플러(150)는 마이크로프로세서(170)로부터 전송되는 전류제어신호에 대응되는 소정 듀티비의 전기신호를 광스위칭 동작을 통해 스위칭 제어부(140)로 전송하고, 상기 스위칭 제어부(140)는 상기 전기신호의 듀티비에 따라 직류 평활부(130)의 인덕터(L1)의 동작을 단속할 수 있다.
그로 인해, 상기 충전지 접속부(180)로 공급되는 충전 전류량을 조절할 수 있게 된다.
한편, 상기 PWM 제어부(120)는 소정 주기마다 트랜지스터(Q2)의 에미터단과 충전지 접속부(180)에 걸리는 전압, 즉 현재 충전전압과 기설정된 기준전압을 비교하여 현재 충전전압이 설정된 기준전압에 도달 및 유지되도록 트랜지스터(Q2)의 온/오프 구동주기를 조절하게 된다.
그리고, 현재 충전전압이 기준전압에 도달되는 만충전 상태일 경우에 PWM 제어부(120)는 마이크로프로세서(170)에 만충전 상태를 통보하게 되고, 상기 마이크로프로세서(170)는 상기 직류 평활부(130)를 통해 공급되는 충전 전류량이 점차 감소되도록 전류제어신호를 포토커플러(150)에 인가한다.
따라서, 상기 충전지에는 미소전류가 공급되어 만충전 전압 이상으로 충전되는 것이 방지된다. 그리고, 충전지가 만충전 상태에 도달한 경우에 과충전 검출부(162)를 통해 과충전 상태가 감지되어 충전전류의 유입을 자동 차단하게 된다.
이러한 충전 동작을 통해 충전지가 완충전되면, 상기 충전지 접속부(180)에 충전지가 접속시 상기 마이크로프로세서(170)는 충전지의 식별 데이터를 판독하여 최대 충전 전압 및 최대 충전 전류를 설정하고, 최대 충전 전압을 상기 PWM 제어부(120)의 기준 전압으로 설정한다.
그러면, 상기 PWM 제어부(120)는 충전지 접속부(180)에 접속된 충전지의 현재 충전전압을 기준전압과 비교하여 현재 충전전압이 기준전압에 도달 및 유지되도록 트랜지스터(Q2)의 온/오프 구동주기를 조절하여 충전지를 충전시키게 된다.
한편, 상기 교류 충전 제어회로는 동작 전원으로 직류 평활부(130)를 거쳐 출력되는 직류 전압의 일부를 이용하게 된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이 다.
본 발명은 교류 충전 제어회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대폰 및 PMP와 같은 외부 기기의 충전지 전압을 자동으로 인식하여 충전지의 손상없이 충전 동작을 수행할 수 있어 충전이 어려운 장소에서도 충전지를 용이하게 충전할 수 있으며, 충전지가 충전지 접속부에 접속됨을 감지하고 이에 응답하여 충전전압을 제공함으로써 충전 대기 전원을 최소화할 수 있고, 과전류 및 과충전, 장시간 충전 등을 검출하여 충전 전류량을 조절하거나 전원 유입을 차단함으로써 시스템 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 교류 충전 제어회로에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 직류 충전장치를 나타낸 회로도
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 교류 충전 제어회로의 회로도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
110 : 전원입력부 120 : PWM 제어부
130 : 직류 평활부 140 : 스위칭 제어부
150 : 포토커플러 160 : 전원 감시부
161 : 과전류 검출부 162 : 과충전 검출부
170 : 마이크로프로세서 180 : 충전지 접속부
190 : 스위칭부 200 : 레귤레이터부
210 : 경고음 발생부 220 : 충전표시부
230 : 충전시간 표시부 LCD1 : 디스플레이

Claims (17)

  1. 교류전원 접속부를 통해 인가되는 교류전원을 정류하고 노이즈를 제거하는 전원입력부와,
    상기 전원입력부에서 인가되는 교류전원을 평활회로를 통해 직류 전원으로 정류하여 출력하는 직류 평활부와,
    외부의 전압제어신호에 따라 상기 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하기 위한 듀티비를 변화시키는 펄스폭 변조신호를 출력하는 PWM 제어부와,
    상기 펄스폭 변조신호에 따라 충전지 접속부 사이의 전기적 접속을 스위칭하는 스위칭 소자와,
    외부의 전류제어신호를 일정한 듀티비를 갖는 전기신호로 변환하여 상기 PWM 제어부에 전달하는 포토커플러와,
    상기 충전지 접속부에 접속된 충전지별 최대 충전전압 및 충전 전류값에 대한 식별데이터를 판독하여, 상기 식별데이터를 근거로 하여 충전지에 공급되는 충전전류의 조절 기능 및 상기 PWM 제어부의 충전전압 조절 기능을 수행함으로써 전류제어신호 또는 전압제어신호와 같은 제어신호를 생성 출력하는 마이크로프로세서와,
    충전 전압과 기준 전압을 비교하여 과전류를 검출하는 과전류 검출부와 과충전을 검출하는 과충전 검출부로 이루어지는 전원 감시부와,
    상기 포토커플러와 PWM 제어부의 사이에 상기 마이크로프로세서에서 전송되는 전류 제어신호와 전압 제어신호와 같은 제어신호에 따라 충전지로 유입되는 충전 또는 방전 전류량을 조절하는 스위칭 제어부와,
    전원전압이 입력되는 정전압 IC와, 상기 정전압 IC의 입력단에 병렬 연결된 2개의 캐패시터와, 상기 정전압 IC의 출력단에 병렬 연결된 다이오드와 캐패시터로 이루어져, 일정한 전원전압(Vcc)을 출력하도록 하는 레귤레이터부로 구성되고,
    상기 과전류 검출부는 전압 분배용으로 병렬 연결된 2개의 분배저항과 기준 전압과 분배된 전압을 비교하는 과전류 검출 비교기로 이루어지고, 상기 과충전 검출부는 전압 분할용으로 병렬 연결된 4개의 분할 저항과 분할된 전압과 기준 전압을 비교하는 과충전 검출 비교기로 이루어지며,
    상기 PWM 제어부는 전압 및 전류 비교기, 기준전압원, 단일(SINGLE) 출력 또는 푸쉬-풀(PUSH-PULL) 출력설정이 가능한 출력단으로 구성된 PWM용 IC로 이루어지고,
    상기 마이크로프로세서는 충전 상태를 표시하는 복수의 LED와, 경고음을 발생시키는 부저(Buzzer)와, 충전 시간 및 전압을 표시하는 디스플레이, 수동 조정 상태를 세트(Set)하는 세트 버튼과 연결된 제1 스위치, 충전 전압의 양을 조정하는 업/다운 버튼과 연결된 제2 스위치, LED의 온/오프를 결정하는 온/오프버튼과 연결된 제3 스위치와 연결되어 각각의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원입력부는 상용 교류전원이 입력되는 교류전원 접속부와, 상기 교류 전원 접속부에서 전달되는 교류전압을 강하시키는 전원트랜스와, 상기 전원트랜스에서 강하된 교류전원을 정류하는 브리지 다이오드와, 상기 브리지 다이오드에서 정류된 교류전원의 노이즈 성분을 제거하는 EMI(ElectroMagnetic Interference) 필터부로 구성된 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 EMI 필터부는 저주파 대역의 차동모드 노이즈를 제거하는 캐패시터(C1)와, 저주파 대역의 노이즈를 억제하는 코일과, 고주파 대역의 공통모드 노이즈를 제거하는 제2 및 제3 캐패시터가 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 과전류 검출부에서 과전류가 검출되면 충전 동작을 차단하는 과전류 방지 제어신호를 출력하고, 상기 과충전 검출부에서 과충전이 검출되면 충전전압이 만충전 전압 이상으로 충전되는 것을 방지하는 과충전 방지 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 상기 포토커플러에서 전송되는 제어신호가 베이스 단에 입력되는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 컬렉터단과 PWM 제어부 사이에 복수의 저항과 캐패시터가 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 직류 평활부는 인덕터, 저항, 캐패시터, 다이오드가 병렬로 조합된 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 베이스단에 PWM 제어부가 접속되고, 컬렉터단에 상기 직류 평화부가 접속되는 트랜지스터(Q2)이고, 상기 PWM 제어부에 의해 온/오프 구동 주기가 조절되는 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 충전지의 식별데이터를 판독하여 해당 충전지의 최대 충전전압 및 최대 충전전류를 설정하고, 상기 최대 충전전압을 상기 PWM 제어부의 기준전압으로 설정하도록 하는 것을 특징으로 하는 교류 충전 제어회로.
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