KR101150927B1 - 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 쏠라셀과 밧데리가 설치되어 있는 것을 포함하는 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 있어서,
밧데리의 출력전압을 기준으로 쏠라셀의 출력전압을 비교하고, 그 비교결과 쏠라셀의 출력전압이 높고 낮음에 따라 하이 또는 로우신호를 출력하는 비교부와;
비교부의 출력을 반전시키는 낫게이트와;
비교부에서 출력되는 하이 또는 로우 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 쏠라셀의 출력전압을 LED드라이버로 공급하는 제 1 스위치와;
낫게이트에서 출력되는 로우 또는 하이 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 밧데리의 출력전압을 LED드라이버로 공급하는 제 2 스위치와;
쏠라셀의 출력전압 레벨에 따라 LED 백라이트 밝기 조정을 위한 제어신호를 LED 드라이버로 출력하여 백라이트가 조절되도록 구동시키는 구동부; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 쏠라셀을 응용하기 위한 복잡하고 고가인 MPPT 제어시스템을 적용하지 않아도 됨에 따라 제품 제조단가를 낮춰줄 수 있을 뿐만 아니라 회로의 배선을 단순화하여 PCB의 크기를 줄여주고 제품의 성능이 안정화될 수 있도록 하고, 또한, LDO(Low Drop Out) 레귤레이터를 이용하여 모바일기기의 대기전력 소비량을 효율적으로 줄여줄 수 있으므로 밧데리의 전력소모을 현저히 줄여줄 수 있는 전원제어장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치{Power control device}

본 발명은 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주변 밝기에 따라 쏠라셀의 출력전압이 비례적으로 가변되는 것에 착안하여 쏠라셀의 출력전압을 기준으로 LED의 백라이트를 제어하면서 쏠라셀과 밧데리의 출력전압을 비교하여 높은 전압이 LED의 구동전압으로 공급되도록 구성하므로서, 쏠라셀을 응용하기 위한 복잡하고 고가인 MPPT 제어시스템을 적용하지 않아도 됨에 따라 제품 제조단가를 낮춰줄 수 있을 뿐만 아니라 회로의 배선을 단순화하여 PCB의 크기를 줄여주고 제품의 성능이 안정화될 수 있도록 한 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 관한 것이다.

도 1 과 도 2 는 종래의 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치를 도시한 것으로서,

입사된 빛을 전기로 변환 출력하는 쏠라셀(1)과;

MCU(7)의 제어에 따라 스위칭 동작하여 쏠라셀(1)의 출력전압을 LED 드라이버(11)로 공급하는 제 1 스위치(2)와;

쏠라셀(1)에서 출력되는 전류를 감지하는 전류센서(3)와;

전류센서(3)의 아날로그 감지정보를 디지탈신호로 변환하여 MCU(7)로 출력하는 제 1 ADC(4)와;

쏠라셀(1)에서 출력되는 전압을 감지하는 전압센서(5)와;

전압센서(5)의 아날로그 감지정보를 디지탈신호로 변환하여 MCU(7)로 출력하는 제 2 ADC(6)와;

모바일기기의 주변 밝기정보를 감지하는 ALS(Ambient Light Sensor)(8)와;

제 1 및 제 2 ADC(4)(6)로부터 입력되는 쏠라셀(1)의 전압, 전류 정보를 입력받아 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 수행하여 일사량과 온도변화에 대한 쏠라셀(1)의 출력전력이 보정되도록 제 1 스위치(2)와 제 2 스위치(10)의 스위칭동작을 제어하고, ALS(8)에서 감지되는 주변 밝기정보에 따라 LED의 백라이트를 제어하는 MCU(7)와;

충전전압을 출력하는 밧데리(9)와;

MCU(7)의 제어에 따라 밧데리(9)의 출력전압이 LED 드라이버(11)로 공급되도록 스위칭 작동하는 제 2 스위치(10)와;

쏠라셀전압 또는 밧데리전압으로 LED를 구동시키고, MCU(7)에서 출력되는 제어정보에 따라 LED의 백라이트를 조절하는 LED 드라이버(11); 로 구성된다.

이와같이 구성된 종래 전원제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 쏠라셀(1)에 부하를 연결하여 가변시키게되면 쏠라셀(1)은 정전압 파워소스가 아니므로 출력되는 전력이 도 2 와 같이 변화곡선을 그리면서 변화한다.

일사량에 따라서 곡선이 여러개가 나타나고, 또한 온도가 상승하게 되면 쏠라에너지가 줄어들게되어 최대전력 동작점(MPOP)을 찾아가도록 출력을 최적의 상태로 제어해야만 쏠라셀(1)로 부터의 급격한 전력공급 중단(전력이 '0'으로 떨어지는 것)을 막을 수 있다.

즉, 일사량과 온도변화에 대한 출력전압 보정이 반드시 필요한 것이며, 이를위해 MPPT 제어방식이 제공된다.

MPPT 제어방식은 MCU(7)에 의해 구현되는 것으로, MCU(7)는 제 1 및 제 2 ADC(4)(6)로부터 입력되는 쏠라셀(1)의 전압, 전류 정보를 입력받아 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 수행하여 일사량과 온도변화에 대한 쏠라셀(1)의 출력전력이 보정되도록 제 1 스위치(2)와 제 2 스위치(10)의 스위칭동작을 제어한다.

다시 설명하면, MCU(7)는 MPPT 알고리즘을 수행하여 쏠라셀(1)의 출력전압이 기준치 이하일 경우 제 1 스위치(2)를 오프시키고, 제 2 스위치(10)를 온동작시켜 밧데리(9)의 전압이 안정적으로 LED 드라이버(11)로 공급되도록 제어하고, 또한 쏠라셀(1)의 출력전압이 기준치 이상일 경우 제 1 스위치(2)를 온동작시키고 제 2 스위치(10)를 오프시켜 쏠라셀(1)의 전압이 안정적으로 LED 드라이버(11)로 공급되도록 제어하는 것이다.

그리고, MCU(7)는 ALS(8)에서 감지되는 주변밝기정보에 따라 LED의 백라이트를 조절하는 제어신호를 LED 드라이버(11)에 출력하여 모바일기기의 LED 밝기가 주변 밝기에 따라 밝아지거나 어두워지도록 제어하는 것이다.

그러나, 종래의 전원제어장치는 변화무쌍한 쏠라셀(1)로 부터의 급격한 전력공급중단을 막기 위하여 최대전력동작점을 찾아가도록 출력을 최적의 상태(Adaptive)로 제어하는 복잡한 하드웨어 및 소프트에어적 구성을 구비해야만 하므로 제품의 구성이 매우 복잡해지고, MPPT 알고리즘 연산을 위하여 고가의 MCU를 설치함은 물론 고가의 ADC를 추가적으로 설치해야만 하므로 전체적인 제품의 가격이 상승하는 문제점이 발생하고 있었다.

또한, LED의 백라이트 제어를 위해 추가적으로 ALS를 설치해야만 하고, 이를 MCU에 연결시켜야만 하므로 많은 신호선과 부품, PCB 공간들이 사용되어야만 하므로 갈수록 소형화되는 모바일기기의 크기를 혁신적으로 줄여주지 못하는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 주변 밝기에 따라 쏠라셀의 출력전압이 비례적으로 가변되는 것에 착안하여 쏠라셀의 출력전압을 기준으로 LED의 백라이트를 제어하면서 쏠라셀과 밧데리의 출력전압을 비교하여 높은 전압이 LED의 구동전압으로 공급되도록 구성하므로서, 쏠라셀을 응용하기 위한 복잡하고 고가인 MPPT 제어시스템을 적용하지 않아도 됨에 따라 제품 제조단가를 낮춰줄 수 있을 뿐만 아니라 회로의 배선을 단순화하여 PCB의 크기를 줄여주고 제품의 성능이 안정화될 수 있도록 한 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 LDO(Low Drop Out) 레귤레이터를 이용하여 모바일기기의 대기전력 소비량을 효율적으로 줄여줄 수 있는 전원제어장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

쏠라셀과 밧데리가 설치되어 있는 것을 포함하는 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 있어서,

밧데리의 출력전압을 기준으로 쏠라셀의 출력전압을 비교하고, 그 비교결과 쏠라셀의 출력전압이 높고 낮음에 따라 하이 또는 로우신호를 출력하는 비교부와;

비교부의 출력을 반전시키는 낫게이트와;

비교부에서 출력되는 하이 또는 로우 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 쏠라셀의 출력전압을 LED드라이버로 공급하는 제 1 스위치와;

낫게이트에서 출력되는 로우 또는 하이 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 밧데리의 출력전압을 LED드라이버로 공급하는 제 2 스위치와;

쏠라셀의 출력전압 레벨에 따라 LED 백라이트 밝기 조정을 위한 제어신호를 LED 드라이버로 출력하여 백라이트가 조절되도록 구동시키는 구동부; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 쏠라셀을 응용하기 위한 복잡하고 고가인 MPPT 제어시스템을 적용하지 않아도 됨에 따라 제품 제조단가를 낮춰줄 수 있을 뿐만 아니라 회로의 배선을 단순화하여 PCB의 크기를 줄여주고 제품의 성능이 안정화될 수 있도록 하고, 또한, LDO(Low Drop Out) 레귤레이터를 이용하여 모바일기기의 대기전력 소비량을 효율적으로 줄여줄 수 있으므로 밧데리의 전력소모을 현저히 줄여줄 수 있는 전원제어장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 종래의 전원제어장치를 보인 블럭도.
도 2 는 쏠라셀의 전력출력곡선을 보인 파형도.
도 3 은 본 발명의 전원제어장치를 보인 블럭도.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예를 보인 블럭도.
도 5 는 주변 밝기와 쏠라셀의 출력특성을 보인 파형도.

이하, 첨부된 도면 도 3 내지 도 5 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도면에 의하면 본 발명은,

쏠라셀(20)과 밧데리(30)가 설치되어 있는 것을 포함하는 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 있어서,

밧데리(30)의 출력전압을 기준으로 쏠라셀(20)의 출력전압을 비교하고, 그 비교결과 쏠라셀(20)의 출력전압이 높고 낮음에 따라 하이 또는 로우신호를 출력하는 비교부(40)와;

비교부(40)의 출력을 반전시키는 낫게이트(41)와;

비교부(40)에서 출력되는 하이 또는 로우 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 쏠라셀(20)의 출력전압을 LED드라이버(50)로 공급하는 제 1 스위치(21)와;

낫게이트(41)에서 출력되는 로우 또는 하이 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 밧데리(30)의 출력전압을 LED드라이버(50)로 공급하는 제 2 스위치(31)와;

쏠라셀(20)의 출력전압 레벨에 따라 LED 백라이트 밝기 조정을 위한 제어신호를 LED 드라이버(50)로 출력하여 백라이트가 조절되도록 구동시키는 구동부(42); 로 구성된다.

상기 구동부(42)는 쏠라셀(20)의 출력전압을 정해진 게인(Gain)으로 분할하여 LED 드라이버(50)에 제어신호로 공급하는 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

모바일기기가 작동할때, 비교부(40)는 쏠라셀(20)의 출력전압과 밧데리(30)의 출력전압을 밧데리(30) 전압을 기준으로 비교한다.

쏠라셀(20)의 출력전압은 통상적으로 도 5 에 도시된 바와같이 주변 밝기에 따라 출력전압레벨이 가변된다.

따라서, 비교부(40)는 밧데리(30) 전압을 기준으로 쏠라셀(20)의 출력전압을 비교하여 쏠라셀(20)의 출력전압이 밧데리(30) 전압 보다 높을때 하이신호, 낮을때 로우신호를 출력한다.

쏠라셀(20)의 출력전압이 밧데리(30)의 전압보다 높을때 비교부(40)에서 출력되는 하이신호에 의해 제 1 스위치(21)가 온동작하여 쏠라셀(20)의 출력전압이 LED 드라이버(50)의 구동전압으로 공급되는 것이며, 이때 제 2 스위치(31)는 비교부(40)에서 출력된 하이신호가 낫게이트(41)에 의해 로우신호로 반전된 신호에 의해 오프되어 밧데리(30)의 전압이 LED 드라이버(50)로 공급되지 않도록 한다.

즉, 주변 밝기가 밝아서 쏠라셀(20)의 출력전압이 밧데리(30) 전압보다 높을 때에는 밧데리(30) 전압을 차단하고 쏠라셀(20)의 출력전압이 LED의 구동전압으로 공급되도록 하여 밧데리(30)의 소모를 줄여주는 것이다.

한편, 쏠라셀(20)의 출력전압이 밧데리(30)의 전압보다 낮을 때 비교부(40)에서 출력되는 로우신호에 의해 제 1 스위치(21)가 오프동작하여 쏠라셀(20)의 출력전압이 LED 드라이버(50)의 구동전압으로 공급되는 것을 차단하며, 이때 제 2 스위치(31)는 비교부(40)에서 출력된 로우신호가 낫게이트(41)에 의해 하이신호로 반전된 신호에 의해 온동작하여 밧데리(30)의 전압이 LED 드라이버(50)로 공급되도록 하므로서, 주변밝기가 어두워 쏠라셀(20)의 출력전압 레벨이 낮을때 불안정한 쏠라셀(20)의 출력전압 대신 안정적인 밧데리(30)의 출력전압이 LED 드라이버(50)의 구동전압으로 공급되도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 주변 밝기에 따라 출력전압레벨이 가변되는 쏠라셀(20)의 출력값을 이용하여 LED의 백라이트를 조절할 수 있도록 하였다.

즉, 구동부(42)는 쏠라셀(20)의 출력전압 레벨에 따라 LED 백라이트 밝기 조정을 위한 제어신호를 LED 드라이버(50)로 출력하여 백라이트가 조절되도록 구동하는데, 상기 구동부(42)는 쏠라셀(20)의 출력전압을 정해진 게인(Gain)으로 분할하여 LED 드라이버(50)에 제어신호로 공급한다.

따라서, 종래와 같이 ALS를 사용하지 않고서도 주변밝기에 따라 출력전압이 가변되는 쏠라셀(20)의 출력전압을 이용하여 간단하게 LED의 백라이트 밝기를 조절할 수 있게되는 것이다.

한편, 도 4 는 본 발명의 다른 실시예로서,

쏠라셀(20)과 밧데리(30)가 설치되어 있는 것을 포함하는 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 있어서,

쏠라셀(20)의 출력전압을 드롭아웃전압으로 정전압화하여 출력하는 제 1 LDO부(22)와;

밧데리(30)의 출력전압을 드롭아웃전압으로 정전압화하여 출력하는 제 2 LDO부(32)와;

제 2 LDO부(32)의 출력 드롭아웃전압을 기준으로 제 1 LDO부(22)의 출력전압이 높고 낮음을 비교하고, 그 비교결과 제 1 LDO부(22)의 출력전압이 높을때 하이, 낮을때 로우신호를 출력하는 비교부(60)와;

상기 비교부(60)의 출력신호를 반전시키는 낫게이트(61)와;

상기 비교부(60)의 출력신호에 따라 제 1 LDO부(22)에서 출력되는 드롭아웃전압을 스탠바이 디바이스(70)의 대기전력으로 공급하는 제 3 스위치(33)와;

낫게이트(61)에서 출력되는 로우 또는 하이신호에 따라 제 2 LDO부(32)에서 출력되는 드롭아웃전압을 스탠바이 디바이스(70)의 대기전력으로 공급하는 제 4 스위치(34); 로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는 MCU와 같이 지속적으로 대기전력을 소비하는 스탠바이 디바이스(70)로 쏠라셀(20)의 출력전압을 소스(source)로 사용하는 제 1 LDO부(22)의 드롭아웃전압을 공급할 수 있도록 하여 밧데리(30)의 대기전력 소모량을 줄여줄 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 다른 실시예의 동작을 설명하면,

제 1 LDO부(22)는 쏠라셀(20)에서 출력되는 전압을 기반으로 정전압화하여 시스템의 대기전력으로 사용할 수 있는 100mV 이내의 드롭아웃전압을 생성하여 출력하고, 제 2 LDO부(32)는 밧데리(30)의 출력전압을 기반으로 정전압화하여 드롭아웃전압을 생성하여 출력한다.

이때, 비교부(60)는 제 2 LDO부(32)의 출력전압을 기준으로 제 1 LDO부(22)에서 출력되는 드롭아웃전압이 제 2 에어부(32)에서 출력되는 드롭아웃전압 보다 높은지 또는 낮은지를 비교하고, 그 비교결과 높으면 하이, 낮으면 로우신호를 출력한다.

상기 비교부(60)에서 하이신호가 출력되면 그 하이신호에 의해 제 3 스위치(33)가 온동작하고 제 4 스위치(34)가 오프되어 쏠라셀(20)의 출력전압을 기반으로 하는 제 1 LDO부(22)에서 출력되는 드롭아웃전압이 스탠바이 디바이스(70)의 대기전력으로 공급되어 밧데리(30)의 전압이 대기전력으로 소비되는 것을 줄여줄 수 있게되는 것이다.

그리고, 상기 비교부(60)의 비교결과 제 1 LDO부(22)의 드롭아웃전압이 제 2 LDO부(32)의 드롭아웃전압 보다 낮으면 비교부(60)에서 로우신호가 출력됨에 따라 제 2 LDO부(32)에서 출력되는 드롭아웃전압이 제 4 스위치(34)를 통해 스탠바이 디바이스(70)로 공급되어 대기전력으로 사용되는 것이다.

20: 쏠라셀, 21: 제 1 스위치,
30: 밧데리, 31: 제 2 스위치,
40: 비교부, 41: 낫게이트,
42: 구동부, 50: LED 드라이버,
22: 제 1 LDO부, 32: 제 2 LDO부,
33: 제 3 스위치, 70: 스탠바이 디바이스,

Claims (3)

1. 삭제
2. 밧데리(30)의 출력전압을 기준으로 쏠라셀(20)의 출력전압을 비교하고, 그 비교결과 쏠라셀(20)의 출력전압이 높고 낮음에 따라 하이 또는 로우신호를 출력하는 비교부(40)와;
   비교부(40)의 출력을 반전시키는 낫게이트(41)와;
   비교부(40)에서 출력되는 하이 또는 로우 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 쏠라셀(20)의 출력전압을 LED드라이버(50)로 공급하는 제 1 스위치(21)와;
   낫게이트(41)에서 출력되는 로우 또는 하이 신호에 의해 온/오프 스위칭 동작하여 밧데리(30)의 출력전압을 LED드라이버(50)로 공급하는 제 2 스위치(31)와;
   쏠라셀(20)의 출력전압 레벨에 따라 LED 백라이트 밝기 조정을 위한 제어신호를 LED 드라이버(50)로 출력하여 백라이트가 조절되도록 구동시키는 구동부(42); 로 구성됨을 특징으로 하는 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치에 있어서,
   상기 구동부(42)는 쏠라셀(20)의 출력전압을 정해진 게인(Gain)으로 분할하여 LED 드라이버(50)에 제어신호로 공급하는 것을 특징으로 하는 쏠라셀이 설치된 모바일기기에서의 전원제어장치.
3. 삭제

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