KR101143522B1 - 배터리 급속 충전기 - Google Patents

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요시후미 히라이데
정영철
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정영철
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Abstract

본 발명은 배터리 급속 충전기에 관한 것으로, 급속 충전이 가능하도록 대전류의 공급이 가능한 리튬이온 셀이 내장된 배터리 팩에 해당 전원을 안정적으로 공급할 수 있도록 한 배터리 급속 충전기를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기는, 외부로부터 소정 전원을 공급받는 입력단자와, 배터리 팩과 선택적으로 연결되어 배터리 팩 측으로 소정 전원을 공급하는 출력단자 및, 상기 입력단자를 통해 공급된 전원을 일정 값으로 변환하여 출력시키는 변환회로가 내장된 본체를 포함하여 구성된다.

Description

배터리 급속 충전기{RAPID CHARGER FOR BATTERY}
본 발명은 배터리 급속 충전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대전류의 공급이 가능한 소정 용량의 리튬이온 셀이 내장된 배터리 팩에 연결되어 외부로 부터의 입력전원을 안정적으로 변환하여 배터리 팩 측에 공급하여 급속 충전이 이루어질 수 있도록 한 배터리 급속 충전기에 관한 것이다.
일반적으로, 반복적으로 재충전하여 사용이 가능한 이차전지는 스마트폰을 비롯한 휴대폰이나 태블릿 PC, 디지털 카메라 등과 같은 각종 휴대용 단말기의 보급에 따라 그 수요가 증대되고 있다.
상술한 바와 같은 각종 휴대용 단말기에 사용되는 이차전지는 리튬이온 셀이 널리 사용되고 있는데, 상기 리튬이온 셀은 안정성이 높고 두께가 얇아 휴대가 간편한 특성이 요구됨과 동시에 충전 시간을 줄일 수 있는 조건이 제품의 품질을 판단하는 관건이 되고 있다.
한편, 최근 스마트폰 등의 휴대폰 단말기 보급이 증대됨에 따라, 휴대용 단말기에 사용되는 배터리인 이차전지의 소비전력이 점차적으로 증대되고 있는 실정인데, 이에 사용자는 휴대용 단말기에 장착되는 배터리와는 별도로 배터리가 내장된 배터리 팩 등을 추가로 휴대하면서 휴대용 단말기에 선택적으로 연결하여 사용하고 있다.
이때, 휴대폰 등에 사용되는 기존의 리튬이온 셀로 이루어진 배터리는 통상적으로 1000 내지 1500[mAh] 정도의 값을 갖도록 구현되는데, 상기 리튬이온 셀은 1[A] 이상의 전류 공급이 불가한 구조로서, 이에 따라 전원공급을 통한 배터리의 충전에 수 시간이 소요되는 문제점을 갖게 된다.
이에, 최근에는 보다 신속한 충전이 가능하도록 3 내지 8[A] 정도의 대전류의 공급이 가능한 리튬이온 셀이 개발되었으며, 이에 따라 배터리 팩에 내장하는 상기 리튬이온 셀을 신속하게 충전할 수 있도록 해당 전원을 안정적으로 공급하는 급속 충전기의 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 급속 충전이 가능하도록 대전류의 공급이 가능한 리튬이온 셀이 내장된 배터리 팩에 해당 전원을 안정적으로 공급할 수 있도록 한 배터리 급속 충전기를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기는, 외부로부터 소정 전원을 공급받는 입력단자와, 배터리 팩과 선택적으로 연결되어 배터리 팩 측으로 소정 전원을 공급하는 출력단자 및, 상기 입력단자를 통해 공급된 전원을 일정 값으로 변환하여 출력시키는 변환회로가 내장된 본체를 포함하여 구성되되; 상기 변환회로는, Fuse 및 TNR을 포함한 회로로서 전원입력단에 구비되어 과전류 차단하여 기기의 이상을 방지하는 INPUT PROTECTION CIRCUIT과; EMI에 대비한 LINE FILTER가 구비되며, Bridge Diode를 매개로 교류입력전압을 직류전압으로 변환하는 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과; 1차측의 직류고전압이 PWM Controller IC에 의해 66[KHz]로 스위칭 되면 트랜스포머를 통해 2차측으로 전기적 에너지가 전달되도록 하는 POWER TRANSFORMER와; 1차측의 직류고전압을 66[KHz]로 스위칭하여 2차에너지를 제어하고, OVP(과전압 보호), OCP(과전류 보호), 과열방지 기능을 수행함과 아울러, 2차측의 전압상태를 PHOTO COUPLER를 통해 전달받아 적정하게 동작하도록 제어를 행하는 PWM CONTROLLER와; 트랜스포머를 통해 전달된 스위칭된 전압을 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 인덕터와 캐패시터를 매개로 평활시켜 직류전압으로 만드는 OUT1 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과; 트랜스포머를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 저항(Resistor) 및 캐패시터를 사용하여 직류전압으로 만드는 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과; 상기 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT에서 만들어진 직류전압을 정전압회로를 통해 DC 5.12[V]로 변환한 후 MCU 측으로 공급하는 REGULATOR와; 트랜스포머를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode D6을 매개로 직류전압으로 정류하고, 이를 1차 PWM 콘트롤러의 제어용 전압으로 사용하도록 하는 SYSTEM POWER와; 2차측의 전압상태를 그 내부의 LED를 매개로 전달받아 1차 PWM 콘트롤러의 제어단자를 Photo Transistor로 제어하는 PHOTO COUPLER와; MCU의 제어에 따라 전압 및 전류를 제어하는 VOLTAGE & CURRENT CONTROL-SWITCH & COMPARATOR와; 충전전압 및 충전전류를 제어하고, OCP(과전류보호회로), OVP(과전압보호회로)의 기능을 행하는 MCU와; 배터리의 단자전압을 체크하여 상기 MCU 측으로 전달하는 BATTERY VOLTAGE CHECK부 및; 출력단자 측의 전류값을 센싱하는 CURRENT SENSING부를 포함하여 구성된 것;을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 충전기의 본체에는 MCU의 제어에 따라 충전표시 및 완충표시, 시스템 에러상태를 표시하는 DUAL LED INDICATOR가 구비된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 충전기의 입력단자에는 85 내지 264[V]의 직류전압이 외부로부터 공급되며, 상기 출력단자를 통해서는 2.5 내지 6[V]의 직류전압 및 3.0 내지 8.0[A]의 전류 값이 출력되어 배터리 팩 측으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게, 상기 출력단자는 5밀리미터[mm]의 DC Jack인 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 급속 충전이 가능하도록 대전류의 공급이 가능한 리튬이온 셀이 내장된 배터리 팩에 리튬이온 셀의 충전에 필요한 소정 값의 대전류를 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있게 된다.
이에 따라, 휴대용 단말기와 연결하여 사용하는 배터리 팩의 충전을 대략 20분 정도로 매우 신속하게 행할 수 있는 효과가 있게 되며, 이를 통해 다량의 배터리 전원을 필요로 하는 휴대용 단말기 사용자의 만족도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기 및 그와 결합되는 배터리 팩의 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기의 외관을 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기의 본체 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기 및 그와 결합되는 배터리 팩의 개략적인 구성을 나타내는 도면, 도 2는 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기의 외관을 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기의 본체 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 배터리 급속 충전기는, 특정 회로가 내장된 배터리 급속 충전기(10)를 통해 소정 용량의 리튬이온 셀이 내장된 배터리 팩(100) 내부에 해당 전원을 안정적으로 공급하여 배터리(110)의 급속 충전이 가능해지도록 함에 의해 구현된다.
먼저, 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기를 매개로 급속 충전이 이루어지는 배터리 팩(100) 내부에는 대략 1000[mAh] 내지 2000[mAh] 정도의 용량을 갖는 리튬이온 셀로 이루어진 충전용 배터리(110)가 내장되며, 상기 배터리(110)는 소정 보호회로(PCM)(120)를 거쳐 입출력이 제어되도록 구성된다.
이때, 상기 보호회로(120)를 거쳐 배터리(110)에 전원을 공급하는 배터리팩 입력단자(130)에는 배터리 급속 충전기(10)의 출력단자(30)가 연결되어, 2.5 내지 6[V], 3.0 내지 8.0[A]의 전원을 공급하도록 구성되는 한편, 상기 배터리(110)에 충전된 전원을 보호회로(120)를 거쳐 USB-A 단자를 매개로 연결되는 소정 휴대용 단말기(200) 측으로 공급하는 배터리팩 출력단자(140)를 통해서는 5[V], 500 내지800[mA]의 전원이 출력되도록 구성된다.
한편, 상기 배터리 팩(100)에 내장된 리튬이온 셀 배터리(110)에 충전을 위한 전원을 공급하기 위한 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기(10)는 콘센트 등에 연결되어 외부로부터 대략 85 내지 264[V] 범위의 직류전압을 공급받는 입력단자(20)와, 상기 배터리 팩(100)과 선택적으로 연결되는 5밀리미터[mm]의 DC Jack으로서 2.5 내지 6[V]의 직류전압 및 3.0 내지 8.0[A]의 대전류를 상기 배터리 팩(100) 측으로 출력시키는 출력단자(30) 및, 상기 입력단자(20)를 통해 공급된 전원을 배터리(110)의 급속 충전을 위한 일정 값으로 변환하여 상기 출력단자(30)를 통해 출력시키기 위한 변환회로가 내장된 본체(40)로 구성된다.
여기에서, 상기 본체(40) 내에 구비되는 변환회로는, INPUT PROTECTION CIRCUIT(42)과, RECTIFIER & FILTER CIRCUIT(44)과, POWER TRANSFORMER(46)와, PWM CONTROLLER(48)와, OUT1 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT(50) 및 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT(52)과, REGULATOR(54)와, SYSTEM POWER(56)와, PHOTO COUPLER(58)와, VOLTAGE & CURRENT CONTROL-SWITCH & COMPARATOR(60)와, MCU(62)와, DUAL LED INDICATOR(64)와, BATTERY VOLTAGE CHECK부(66) 및, CURRENT SENSING부(68) 등을 포함하여 회로 구성이 이루어지게 된다.
상기 INPUT PROTECTION CIRCUIT(42)은 Fuse 및 TNR을 포함한 회로로서 전원입력단에 구비되어 과전류 차단하여 기기의 이상을 방지하는 역할을 수행하도록 구성되며, 상기 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT(44)은 EMI에 대비한 LINE FILTER가 구비되어 Bridge Diode를 매개로 교류입력전압을 직류전압으로 변환하는 역할을 수행하도록 구성된다.
그리고, 상기 POWER TRANSFORMER(46)는 1차측의 직류고전압이 PWM Controller IC에 의해 66[KHz]로 스위칭 되면 트랜스포머를 통해 2차측으로 전기적 에너지가 전달되도록 하는 역할을 수행하며, 상기 PWM CONTROLLER(48)는 1차측의 직류고전압을 66[KHz]로 스위칭하여 2차에너지를 제어하고, OVP(과전압 보호), OCP(과전류 보호), 과열방지 기능을 수행하는 한편, 2차측의 전압상태를 상기 PHOTO COUPLER(58)를 통해 전달받아 적정하게 동작하도록 제어를 행하도록 이루어진다.
또, 상기 OUT1 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT(50)은 트랜스포머를 통해 전달된 스위칭된 전압을 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 인덕터와 캐패시터를 매개로 평활시켜 직류전압으로 만드는 역할을 수행함과 아울러, 상기 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT(52)은 트랜스포머를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 저항(Resistor) 및 캐패시터를 사용하여 직류전압으로 만드는 역할을 수행하며, 상기 REGULATOR(54)는 상기 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT(52)에서 만들어진 직류전압을 정전압회로를 통해 DC 5.12[V]로 변환한 후 상기 MCU(62) 측으로 공급하는 역할을 수행하도록 구성된다.
참조부호 56는 트랜스포머를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode D6을 매개로 직류전압으로 정류하고, 이를 1차 PWM 콘트롤러의 제어용 전압으로 사용하도록 하는 SYSTEM POWER를 나타낸다.
그리고, 상기 PHOTO COUPLER(58)는 2차측의 전압상태를 그 내부의 LED를 매개로 전달받아 1차 PWM 콘트롤러의 제어단자를 Photo Transistor로 제어하는 역할을 수행하며, 상기 VOLTAGE & CURRENT CONTROL-SWITCH & COMPARATOR(60)는 상기 MCU(62)의 제어에 따라 전압 및 전류를 제어하는 역할을 수행하도록 구성된다.
상기 MCU(62)는 충전전압 및 충전전류를 제어하고, OCP(과전류보호회로), OVP(과전압보호회로)의 기능을 행하는 등 변환회로의 안정적인 동작을 위해 전반적인 제어를 담당하도록 구성되며, 상기 UAL LED INDICATOR(64)는 배터리 급속 충전기(10)의 본체(40) 외부에 노출되어 상기 MCU(62)의 제어에 따라 충전표시 및 완충표시, 시스템 에러상태 표시 등의 기능을 행하도록 구비된다.
또, 상기 BATTERY VOLTAGE CHECK부(66)는 배터리의 단자전압을 체크하여 상기 MCU 측으로 전달하는 기능을 수행하도록 구성되며, 참조부호 68은 출력단자 측의 전류값을 센싱하는 CURRENT SENSING부를 나타낸다.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 배터리 급속 충전기를 통해 배터리 팩(100)에 장착된 리튬이온 셀 배터리(110)를 급속으로 충전하기 위해서는, 먼저 배터리 급속 충전기(10)의 입력단자(20)를 전원 콘센트 등에 꽂아 외부로부터 대략 85 내지 264[V] 범위의 직류전압이 공급되도록 하는 한편, DC Jack으로 이루어진 배터리 급속 충전기(10)의 출력단자(30)는 상기 배터리 팩(100)의 배터리팩 입력단자(130)에 꽂아 소정 전원이 배터리 팩(100) 측으로 공급 가능한 상태가 되도록 한다.
이에, 상기 배터리 급속 충전기(10)의 입력단자(20)를 통해 공급되는 소정 전원은 상술한 바와 같이 충전기 본체(40) 내부의 변환회로를 통해 2.5 내지 6[V]의 직류전압 및 3.0 내지 8.0[A]의 대전류로 변환되어 출력단자(40)를 통해 출력되게 되며, 상기 출력단자(40)를 통해 출력된 전원은 그와 연결된 배터리 팩(100)의 배터리팩 입력단자(130) 측으로 공급되게 된다.
또, 상기 배터리 급속 충전기(10)로부터 배터리 팩(100) 측으로 공급된 전원은 보호회로(PCM)(120)을 거쳐 배터리(110) 측으로 공급되면서 리튬이온 셀을 충전시키게 된다.
이때, 상기 리튬이온 셀로 이루어진 배터리(110) 측에는 상기 배터리 급속 충전기(10)를 매개로 3.0 내지 8.0[A]의 대전류가 안정적으로 공급되게 되며, 이에 상기 배터리 팩(100)에 장착된 배터리(110)는 대략 1000[mAh] 용량의 충전에 약 20분 정도가 소요되면서 급속으로 충전이 이루어질 수 있게 된다.
따라서, 사용자는 급속 충전이 가능한 배터리 팩(100)을 휴대하면서, 상기 배터리팩 출력단자(140)에 USB-A 단자를 통해 소정 휴대용 단말기(200)를 연결하여 휴대용 단말기의 동작을 위한 해당 전원이 공급되도록 함에 따라, 매우 편리하게 사용할 수가 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안됨은 물론이다.
10: 배터리 급속 충전기, 20: 입력단자,
30: 출력단자, 40: 본체,
100: 배터리 팩, 110: 배터리,
120: 보호회로, 130: 배터리팩 입력단자,
140: 배터리팩 출력단자, 200: 휴대용 단말기.

Claims (4)

  1. 외부로부터 85 내지 264[V]의 직류전압을 공급받는 입력단자와, 배터리 팩과 선택적으로 연결되어 배터리 팩 측으로 2.5 내지 6[V]의 직류전압 및 3.0 내지 8.0[A]의 전류 값을 갖는 전원을 공급하는 5밀리미터[mm]의 DC Jack으로 이루어진 출력단자 및, 상기 입력단자를 통해 공급된 전원을 일정 값으로 변환하여 출력시키는 변환회로가 내장된 본체를 포함하여 구성되되;
    상기 변환회로는,
    Fuse 및 TNR을 포함한 회로로서 전원입력단에 구비되어 과전류를 차단하여 기기의 이상을 방지하는 INPUT PROTECTION CIRCUIT과;
    EMI에 대비한 LINE FILTER가 구비되며, Bridge Diode를 매개로 교류입력전압을 직류전압으로 변환하는 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과;
    1차측의 직류고전압이 PWM Controller IC에 의해 66[KHz]로 스위칭 되면 이를 2차측으로 전기적 에너지가 전달되도록 하는 POWER TRANSFORMER와;
    1차측의 직류고전압을 66[KHz]로 스위칭하여 2차에너지를 제어하고, OVP(과전압 보호), OCP(과전류 보호), 과열방지 기능을 수행함과 아울러, 2차측의 전압상태를 PHOTO COUPLER를 통해 전달받아 적정하게 동작하도록 제어를 행하는 PWM CONTROLLER와;
    상기 POWER TRANSFORMER를 통해 전달된 스위칭된 전압을 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 인덕터와 캐패시터를 매개로 평활시켜 직류전압으로 만드는 OUT1 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과;
    상기 POWER TRANSFORMER를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 저항(Resistor) 및 캐패시터를 사용하여 직류전압으로 만드는 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과;
    상기 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT에서 만들어진 직류전압을 정전압회로를 통해 DC 5.12[V]로 변환한 후 MCU 측으로 공급하는 REGULATOR와;
    상기 POWER TRANSFORMER를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode D6을 매개로 직류전압으로 정류하고, 이를 1차 PWM CONTROLLER의 제어용 전압으로 사용하도록 하는 SYSTEM POWER와;
    2차측의 전압상태를 그 내부의 LED를 매개로 전달받아 1차 PWM CONTROLLER의 제어단자를 Photo Transistor로 제어하는 PHOTO COUPLER와;
    MCU의 제어에 따라 전압 및 전류를 제어하는 VOLTAGE & CURRENT CONTROL-SWITCH & COMPARATOR와;
    충전전압 및 충전전류를 제어하고, OCP(과전류보호회로), OVP(과전압보호회로)의 기능을 행하는 MCU와;
    배터리의 단자전압을 체크하여 상기 MCU 측으로 전달하는 BATTERY VOLTAGE CHECK부 및;
    출력단자 측의 전류값을 센싱하는 CURRENT SENSING부를 포함하여 구성된 것;을 특징으로 하는 배터리 급속 충전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전기의 본체에는 MCU의 제어에 따라 충전표시 및 완충표시, 시스템 에러상태를 표시하는 DUAL LED INDICATOR가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 급속 충전기.
  3. 삭제
  4. 삭제
KR1020110097980A 2011-09-28 2011-09-28 배터리 급속 충전기 KR101143522B1 (ko)

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