KR101332086B1

KR101332086B1 - 전원 공급 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101332086B1
Application number: KR1020120058288A
Authority: KR
Inventors: 노영승; 이보미; 고성남
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-11-22
Also published as: US20130320947A1; CN103457462A

Abstract

본 발명은 전원 공급 시스템 및 이를 이용한 전원 공급 방법에 관한 것으로, 부하 기기와, 상기 부하 기기로 전원을 제공하는 전원 기기로 구성된 전원 공급 시스템에 있어서, 상기 전원 기기는 출력 제어부와 상기 부하 기기의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원을 출력하는 전원회로를 포함하고, 상기 부하 기기는 입력 제어부와 상기 전원회로로부터 전원을 입력받는 부하를 포함하되, 상기 출력 제어부는, 상기 부하 기기가 전원 기기의 접속을 인식하도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 전원접속신호 발생부; 및 상기 입력 제어부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 부하 기기의 정보를 검출하는 부하정보 검출부;를 포함하고, 상기 입력 제어부는, 상기 출력 제어부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 전원 기기의 접속을 인식하는 전원접속 인식부; 및 상기 부하 기기의 정보가 포함되도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 부하정보신호 발생부;를 포함하는 전원 공급 시스템을 제시한다.

Description

전원 공급 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SUPPLYING POWER}

본 발명은 전원 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다수의 부하 기기에 적용 가능한 전원 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 휴대용 전자기기 동향은 기기간의 시스템화, 디지털화, 무선화, 멀티미디어화, 인텔리전트화, 복합화 등이며, 그 중에서도 멀티미디어화에 대한 사회적 관심도가 높아짐에 따라 소형 및 휴대용 멀티미디어가 각광받고 있다. 특히, 최근 스마트폰, 테블릿 PC를 비롯한 모바일 기기가 새로운 정보기기로서 각광받기 시작하면서, 이러한 장치의 배터리를 충전하기 위한 전원 공급 시스템, 이를 테면, AC/DC 어댑터에 대한 새로운 기술적 요구 사항이 증가되고 있다.

기존의 어댑터는 대기전력에 대한 규제만이 공식적으로 존재하였지만, 모바일 기기에 터치 스크린을 비롯한 여러 가지 기능들이 부가되면서, 어댑터가 기기를 충전하는 동안 본체에 미치는 영향을 최소화 해야 하는 상황이 되었다. 그리고, 한편으로는 구동 전압이 서로 다른 다수의 모바일 기기에 적용할 수 있는 하나의 어댑터로 이루어지는 전원 공급 시스템에 대한 연구가 점차 요구되고 있다.

즉, 모바일 기기는 다양한 종류 만큼 정격 전력 사양 또한 다양하기 때문에 각각의 기기에 따라 전용 어댑터가 필요한 상황이다. 이에 따라, 가격적인 문제 뿐만 아니라, 사용자 입장에서는 사용하는 모바일 기기 종류 만큼 어댑터의 개수를 준비해야 하는 상황에 처하게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 모바일 기기의 입력 전압을 예를 들어, 5V로 공유하는 경우, 노트북과 같이 요구되는 파워가 큰 기기에서는 보다 많은 전류를 필요로 하게 되고, 이로 인하여, 기기에 발생한 열을 흡수하기 위한 별도의 방열기구가 요구되어 제품의 부피가 커지게 되고, 가격이 상승할 수 있다.

이와 반대로, 입력 전압을 예를 들어, 12V로 높이면, 스마트폰과 같이 낮은 파워를 요구하는 기기의 경우, 입력 전압의 상승 범위만큼 내압이 높은 소자를 사용하여야 하는데, 일반적으로 내압이 높은 소자는 크기가 크고 단가가 비싸기 때문에 제품의 소형화가 어려워지게 되고, 가격 경쟁력이 떨어질 수 있다.

이와 관련하여 일본 공개특허공보에 게재된 공개번호 제 1999-353041호(이하, 선행기술문헌)에서는, 착탈이 가능하고 전압 정보를 가지는 접속 중계부를 제안하고 있다. 이를 통해, 어댑터의 출력 전압을 자동으로 설정하여 하나의 어댑터로 다수의 부하 기기에 적용 가능하도록 하고 있다.

그러나, 선행기술문헌에서 제안된 발명은 각각의 부하 기기에 대응되는 각각의 접속 중계부를 제시하고 있다. 이에 따라, 사용자 입장에서는 각 부하 기기에 맞는 접속 중계부를 교환하면서 사용해야 하기 때문에, 실질적으로는 다수의 부하 기기에 적용 가능한 전원 공급 시스템이 제시되지 못하고 있다.

또 다른 종래 방식으로, 부하 기기 측에 구비된 임피던스를 이용하여 부하 기기를 인식하는 방식이 있다. 즉, 어댑터에 부하 기기가 접속되면 어댑터는 어댑터와 부하 기기의 임피던스 차이에 의해 인가되는 출력 전압을 감지하여 부하 기기를 인식하는 것이다.

이러한 방식은 일반적인 연결 케이블(DC 파워 플러그)를 사용하여 구성이 가능하고 추가의 라인의 증설이 필요 없다는 장점이 있으나, 라인 길이 및 접촉 저항 등으로 인해 임피던스값이 변하는 경우 부하 기기를 잘못 인식할 수 있는 문제가 있다.

또한, 다수의 부하 기기에 적용시 미세한 임피던스 차이로 인해 부하 기기를 식별하기 어렵게 되고, 이로 인하여 확장성이 떨어지는 단점이 있다.

도 1은 유선 통신 라인을 이용한 전원 공급 시스템의 개략적인 블록도이다.

도 1을 참조하여 유선 통신 라인(구체적으로, RS-232C 통신 방식)을 이용한 전원 공급 시스템에 대해 살펴보면, 전원 기기(10)와 부하 기기(20) 사이에는 전력 공급을 위한 전력선(PL), 데이터를 주고받기 위한 두 개의 데이터 신호 라인(TXD, RXD), 그리고 입출력 신호에 대한 기준 전위를 제공하는 접지선(GND) 연결되어 있다.

전원 기기(10)와 부하 기기(20)가 연결되면 부하(22)의 정보를 내장한 부하 회로부(21)의 정보는 데이터 신호 라인(TXD, RXD)을 통해 전원 기기(10)에 내장된 부하정보 검출부(11)로 전송된다. 상기 부하정보 검출부(21)는 유선으로 수신된 신호를 통해 부하(22)에 관한 정보를 검출하여 전원회로(12)로 하여금 부하(22)에 맞는 전원을 출력하게 한다.

이와 같이, RS-232C 통신 방식을 이용한 전원 공급 시스템은, 데이터를 주고받기 위한 두 개의 데이터 신호 라인(TXD, RXD)과, 기준 전위를 제공하는 접지선(GND) 등을 필요로 하므로, 추가적인 라인 증설없이는 기존의 연결 케이블에서 구현될 수 없다.

또한, 전원 기기에는 EMI Noise, Surge current, EOS 등의 이유로 복수 개의 커패시터, 인덕터가 실장되어 있는데, 보다 많은 데이터 전송을 위해 높은 주파수를 사용하는 RS-232C 통신 방식에서, 이러한 커패시터 및 인덕터는 저역통과필터로 기능하여 정상적인 신호 전달을 방해한다. 이에 따라, 수백, 수천 KHz 이상을 사용하는 RS-232C 통신 방식을 기존 연결 케이블에 구현하는 경우, 부하 기기의 정보를 잘못 인식하여 기기의 오동작을 일으킬 수 있다.

한편, I2C 통신 방식의 경우, 데이터를 전송하는 SDA 신호선과, 클럭 신호를 전송하는 SCL 신호선, 그리고 기준 전위를 위한 접지선 등 3개의 라인이 요구되므로, RS-232C 방식과 마찬가지로, 이를 이용하기 위해서는 추가적인 라인 증설이 필요하고, 높은 주파수 대역 사용에 의한 정보 인식 오류가 발생할 수 있다.

특허문헌 : 일본 공개특허공보 제 1999-353041호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 하나의 전원 기기로 다수의 부하 기기를 인식하여 전원을 공급하는 전원 공급 시스템에 있어서, 별도의 라인 증설 없이 부하 기기의 인식 정확성과 안정성을 높이는 전원 공급 시스템 및 이를 이용한 전원 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은, 부하 기기와, 상기 부하 기기로 전원을 제공하는 전원 기기로 구성된 전원 공급 시스템에 있어서, 상기 전원 기기는 출력 제어부와 상기 부하 기기의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원을 출력하는 전원회로를 포함하고, 상기 부하 기기는 입력 제어부와 상기 전원회로로부터전원을 입력받는 부하를 포함하되, 상기 출력 제어부는, 상기 부하 기기가 전원 기기의 접속을 인식하도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 전원접속신호 발생부; 및 상기 입력 제어부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 부하 기기의 정보를 검출하는 부하정보 검출부;를 포함하고, 상기 입력 제어부는, 상기 출력 제어부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 전원 기기의 접속을 인식하는 전원접속 인식부; 및 상기 부하 기기의 정보가 포함되도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 부하정보신호 발생부;를 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 전원접속신호 발생부 또는 부하정보신호 발생부는 변환된 출력 전압 신호(Vo)를 전력선(PL)을 통해 전달하고, 상기 전원접속 인식부 또는 부하정보 검출부는 전력선(PL)을 통해 이를 전달받는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 부하정보 검출부는, 상기 부하의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원이 출력되도록 상기 전원회로로 제어 신호(Vc)를 출력하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 부하 기기의 정보는, 상기 부하 작동에 필요한 전압 및 전류값을 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 전원접속신호 발생부는, 일정 시간(T1) 동안 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 부하정보신호 발생부는, 일정 시간(T2) 동안 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하거나 특정 레벨의 직류 형태로 변환하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 전원 기기는, 상기 전원회로와 상기 전원 기기의 출력 단자 사이에 연결되어 상기 출력 제어부의 신호에 따라 상기 전원회로의 출력 전원을 제어하는 스위칭 소자;를 더 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 출력 제어부는, 일정 시간(T1,T2) 동안 상기 스위칭 소자로 오프(OFF) 신호를 출력하고, 일정 시간(T1,T2) 경과 후 온(ON) 신호를 출력하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 부하 기기는, 전력선(PL)과 접지선(GND) 사이에 연결된 부하인식 임피던스;를 더 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 전원접속신호 발생부 또는 부하정보신호 발생부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)가 상기 부하에 전달되지 않도록 상기 부하 내에 구비된 스위칭 소자;를 더 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은, 부하 기기와, 상기 부하 기기로 전원을 제공하는 전원 기기로 구성된 전원 공급 시스템에 있어서, 상기 전원 기기는, 상기 부하 기기의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원을 출력하는 전원회로; 전력선(PL)과 연결된 라인(L1)을 통해 출력 전압을 송출하는 제1 단자와, 제1 스위칭 소자(S1)의 온/오프 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제2 단자와, 전력선(PL)과 연결된 라인(L2)를 통해 출력 전압 신호(Vo)를 센싱하는 제3 단자를 포함하는 MCU(Micro Controller Unit); 및 라인(L1)과 접지선(GND) 사이에 연결되어 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 제1 스위칭 소자;를 포함하고, 상기 부하 기기는, 상기 전원회로로부터 전원을 입력받는 부하; 전력선(PL)과 연결된 라인(L3)를 통해 출력 전압 신호(Vo)를 센싱하는 제1 단자와, 제2 스위칭 소자(S2)의 온/오프 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제2 단자를 포함하는 부하IC; 및 라인(L3)과 접지선(GND) 사이에 연결되어 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 제2 스위칭 소자;를 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 라인(L2)를 통해 센싱된 출력 전압 신호(Vo)의 파형에 따라 상기 부하 기기의 정보를 검출하고, 상기 부하 기기가 전원 기기의 접속을 인식하도록 상기 제1 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 부하IC는, 라인(L3)를 통해 센싱된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 전원 기기의 접속을 인식하고, 상기 부하 기기의 정보가 포함되도록 상기 제2 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 상기 전원회로(110)로 제어 신호(Vc)를 출력하는 제4 단자;를 더 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 일정 시간(T1) 동안 상기 제1 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하여 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 제 11 항에 있어서, 상기 부하IC는, 일정 시간(T2) 동안 상기 제2 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하여 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하거나, 특정 레벨의 직류 형태로 변환하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 전원 기기는, 상기 전원회로와 상기 전원 기기의 출력 단자 사이에 연결되어 상기 MCU의 신호에 따라 상기 전원회로의 출력 전원을 제어하는 제3 스위칭 소자;를 더 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 일정 시간(T1,T2) 동안 상기 제3 스위칭 소자로 오프(OFF) 신호를 출력하고, 일정 시간(T1,T2) 경과 후 온(ON) 신호를 출력하는 제5 단자;를 더 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 부하 기기는, 라인(L3)과 접지선(GND) 사이에 연결된 저항(R3);를 더 포함하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 상기 MCU의 제1 단자를 통해 송출된 출력 전압이 상기 저항(R3)에 의해 일정 레벨 이하로 강하되면, 라인(L3)을 통해 이를 센싱하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 라인(L2)과 연결된 반전 단자를 통해 입력되는 출력 전압과 비반전 단자를 통해 입력되는 기준 신호(Vref)를 비교하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는 비교기; 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력하여 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 펄스 생성기; 및 반전 단자로 입력되는 피드백 신호와 비반전 단자로 입력되는 특정 레벨의 출력 전압 신호(Vo)를 통해 상기 부하의 정보를 검출하는 OP앰프;로 구현되는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 라인(L2)과 연결된 반전 단자를 통해 입력되는 출력 전압과 비반전 단자를 통해 입력되는 기준 신호(Vref)를 비교하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는 비교기; 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력하여 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 펄스 생성기; 일정 시간(T2) 동안 라인(L2)를 통해 센싱되는 출력 전압 신호(Vo)에 포함된 펄스(pulse)의 개수를 카운팅하는 카운터; 및 상기 카운터의 출력 신호를 상기 전원회로가 인식할 수 있는 연속 신호로 변환하는 DAC(Digital-to-Analog Converter);로 구현되는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

또한, 상기 MCU는, 라인(L2)과 연결된 반전 단자를 통해 입력되는 출력 전압과 비반전 단자를 통해 입력되는 기준 신호(Vref)를 비교하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는 비교기; 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력하여 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 펄스 생성기; 일정 시간(T2) 동안 라인(L2)를 통해 센싱되는 출력 전압 신호(Vo)의 듀티비를 측정하는 타이머; 및 상기 타이머의 출력 신호를 상기 전원회로가 인식할 수 있는 연속 신호로 변환하는 DAC;로 구현되는, 전원 공급 시스템을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은, 전원회로, 전원접속신호 발생부, 그리고 부하정보 검출부로 구성된 전원 기기와, 부하, 전원접속 인식부, 그리고 부하정보신호 발생부로 구성된 부하 기기로 이루어진 전원 공급 시스템을 이용한 전원 공급 방법에 있어서, (a)상기 전원 기기에 부하 기기가 접속되면 상기 전원 기기가 부하 기기의 접속을 인식하는 단계; (b)상기 전원접속신호 발생부에서 일정 시간(T1) 동안 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 단계; (c)상기 전원접속 인식부에서 전원 기기의 접속을 인식하는지 판단하는 단계; (d)상기 부하정보신호 발생부에서 일정 시간(T2) 동안 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 단계; (e)변환된 출력 전압 신호(Vo)를 통해 상기 부하정보 검출부에서 부하 기기의 정보를 검출하는 단계; 및 (f)제어 신호(Vc)에 따라 상기 전원회로에서 상기 부하에 맞는 전원을 출력하는 단계;를 포함하는, 전원 공급 방법을 제공한다.

또한, 상기 (a)단계에서 상기 전원 기기가 부하 기기의 접속을 인식하면 상기 전원회로와 부하 사이에 연결된 스위칭 소자를 오프(OFF)하고, 일정 시간(T1,T2) 경과 후 온(ON)하는, 전원 공급 방법을 제공한다.

또한, 상기 (c)단계에서, 상기 전원접속 인식부에서 전원 기기의 접속을 인식하지 못한 것으로 판단되면, 상기 전원회로에서 상기 부하 기기의 초기 구동 전원을 출력하고 상기 (b)단계로 분기하는, 전원 공급 방법을 제공한다.

또한, 초기 구동 전원 출력 전 상기 전원회로와 부하 사이에 연결된 스위칭 소자를 온(ON)하고, 초기 구동 전원 출력 후 오프(OFF)하는, 전원 공급 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 전원 공급 시스템 및 방법에 따르면, 전원 기기에서 출력되는 전압의 파형을 변환하여 전원 기기와 부하 기기간의 상호 인식이 가능하므로, 기기의 오인식 가능성이 없다.

또한, 변환된 출력 전압 신호를 전력선을 통해 각 기기로 전달하므로 별도의 라인 증설이 필요 없고, 이에 따라 가격 경잴력이 우수하다.

또한, 종래 통신 라인을 통해 전달하는 것과 달리 신호 전달에 방해가 없어 기기의 정확한 인식이 가능하다.

또한, 일정 패턴의 출력 전압 신호를 통해 각 부하 기기를 인식하므로, 하나의 전원 기기로 다수의 부하 기기에 적용 가능하고, 이에 따라 확장성 면에서 유리하다.

또한, 종래 임피던스를 이용하여 다수의 부하 기기를 식별하는 것과 비교하여 보다 정확하게 다수의 부하 기기를 식별할 수 있다.

도 1은 유선 통신 라인을 이용한 전원 공급 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전원 공급 시스템의 구성을 도시한 회로 블록도이다.
도 3은 전원 기기와 부하 기기 사이에 입출력되는 출력 전압 신호(Vo)를 나타낸 타이밍도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 시스템의 구현 회로도이다.
도 5 내지 도 7은 일정 시간(T2) 동안 발생하는 부하정보신호의 타이밍도이다.
도 6은 C 패턴 내부 전극이 인쇄된 제1 자성체 시트와 패턴 내부 전극이 인쇄된 제2 자성체 시트의 평면도이다.
도 8은 특정 레벨을 갖는 직류 형태의 출력 전압 신호(Vo)에서 구현되는 전원 공급 시스템의 상세 회로도이다.
도 9는 특정 주파수를 갖는 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)에서 구현되는 전원 공급 시스템의 상세 회로도이다.
도 10은 특정 듀티비를 갖는 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)에서 구현되는 전원 공급 시스템의 상세 회로도이다.
도 11은 본 발명에 따른 전원 공급 방법의 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전원 공급 시스템의 구성을 도시한 회로 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전원 공급 시스템은 전원회로(110)와 출력 제어부(120)로 구성된 전원 기기(100), 그리고, 입력 제어부(220)와 부하(210)로 구성된 부하 기기(200)를 포함할 수 있다.

이에 더하여, 상기 부하 기기(200)는 전력선(PL)과 접지선(GND) 사이에 연결된 부하인식 임피던스(230)를 추가로 포함할 수 있고, 상기 전원 기기(100)는 상기 전원회로(110)와 전원 기기(100)의 출력 단자(101) 사이에 연결되어, 상기 출력 제어부(120)의 신호에 따라 상기 전원회로(110)의 출력 전원을 제어하는 스위칭 소자(S)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 전원회로(110)는 상기 부하(210)의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원을 출력하고, 상기 부하(210)는 전력선(PL)을 통해 상기 전원회로(110)의 출력 전원을 입력받는다. 즉, 상기 전원회로(110)와 부하(210)는 전력선(PL)과 접지선(GND)으로 연결되어 전원의 입출력이 이루어진다.

여기서, 상기 전력선(PL)은 상기 전원 기기(100)의 출력 단자(101)가 기존의 연결 케이블(DC 파워 플러그)을 통해 상기 부하 기기(200)의 입력 단자(201)와 연결된 하나의 라인을 의미한다.

상기 입력 제어부(220)는 전력선(PL)과 접지선(GND) 사이에 연결되어, 전력선(PL)을 통해 상기 전원 기기(100)의 접속을 인식하고, 부하 기기(200)의 정보가 포함된 신호를 상기 출력 제어부(120)로 출력한다.

그리고, 상기 출력 제어부(120) 또한 전력선(PL)과 접지선(GND) 사이에 연결되어, 전원 기기(100)의 접속 정보가 포함된 신호를 전력선(PL)을 통해 상기 입력 제어부(220)로 출력하고, 상기 입력 제어부(220)에서 전력선(PL)을 통해 출력된 신호를 입력받아 부하 기기(200)의 정보를 검출한다.

이러한 상기 출력 제어부(120)와 입력 제어부(220)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저, 상기 출력 제어부(120)는 상기 부하 기기(200)가 전원 기기(100)의 접속을 인식하도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 전원접속신호 발생부(121)와, 상기 입력 제어부(220)에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 부하 기기(200)의 정보를 검출하는 부하정보 검출부(122)로 구성된다.

여기서, 출력 전압 신호(Vo)는 상기 전원회로(110)에서 출력되어 전력선(PL)을 통해 입력 단자(201)로 전달되는 전원이 갖는 전압의 신호로써, 출력 단자(101)에서 나타나는 신호를 말한다.

상기 입력 제어부(220)는 상기 출력 제어부(120)에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 전원 기기(100)의 접속을 인식하는 전원접속 인식부(221)와, 상기 부하 기기(200)의 정보가 포함되도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 부하정보신호 발생부(222)로 구성된다.

즉, 상기 전원접속신호 발생부(121) 또는 부하정보신호 발생부(222)는 전력선(PL)을 통해 상기 전원 기기(100)와 부하 기기(200) 사이를 입출력하는 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하여, 이를 통해, 각 기기의 정보를 포함한다. 그리고, 전원접속 인식부(221) 또는 부하정보 검출부(122)는 전력선(PL)을 통해 전달된 출력 전압 신호(Vo)에 따라 상대 기기의 접속을 인식하거나 상대 기기의 정보를 검출한다.

도 3은 전원 기기(100)와 부하 기기(200) 사이에 입출력되는 출력 전압 신호(Vo)를 나타낸 타이밍도로써, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 전원 공급 시스템의 동작 원리를 설명하기로 한다.

전원 공급을 위해 상기 전원 기기(100)에 부하 기기(200)가 접속되면, 상기 전원 기기(100)는 상기 부하인식 임피던스(230)에 의해 변화된 출력 전압 신호(Vo)의 레벨을 센싱하여 상기 부하 기기(200)의 접속을 인식한다.

종래 방식에서 각 부하 기기마다 서로 다른 임피던스를 갖도록 하여 각 부하 기기를 식별하였으나, 본 발명에서 상기 부하인식 임피던스(230)는 전술한 바와 같이, 상기 전원 기기(100)가 부하 기기(200)의 접속을 인식하도록 하는 용도로만 이용된다.

상기 부하인식 임피던스(230)를 통해 상기 전원 기기(100)가 부하 기기(200)의 접속을 인식하면, 상기 전원접속신호 발생부(121)는 도 3과 같이, 일정 시간(T1) 동안 출력 전압 신호(Vo)를 구형파 형태로 변환한다.

상기 전원접속신호 발생부(121)에서 변환된 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)는 사전에 설정된 코드에 따라 특정 주파수 또는 듀티비(duty ratio)를 갖는다. 상기 코드는 프로그램화되어 상기 전원접속신호 발생부(121)에 저장될 수 있다.

상기 전원접속신호 발생부(121)에서 변환된 특정 주파수 또는 듀티비의 출력 전압 신호(Vo)는 상기 전원 기기(100)의 접속 정보를 포함한다. 즉, 전원 기기(100)의 접속 정보는 사전에 설정된 코드에 따라 일정한 패턴, 다시 말해서, 특정 주파수 또는 듀티비 형태로 저장되는 것이다.

한편, 구형파 형태로 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 한 주기는 상기 전원 기기(100) 내에 필연적으로 존재하는 커패시터, 인덕터 등에 의해 신호가 왜곡되거나 평활되지 않도록 수십 ms 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 전원접속신호 발생부(121)에서 변환된 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)는 전력선(PL)을 통해 상기 전원접속 인식부(221)로 전달되고, 상기 전원접속 인식부(221)는 입력된 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)가 사전에 약속된 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는지 확인하여 상기 전원 기기(100)의 접속을 인식한다.

상기 전원접속 인식부(221)가 상기 전원 기기(100)의 접속을 인식하면, 상기 부하정보신호 발생부(222)는 도 3과 같이, 일정 시간(T2) 동안 출력 전압 신호(Vo)를 구형파 형태로 변환하거나, 특정 레벨의 직류 형태로 변환한다.

상기 부하정보신호 발생부(222)에서 변환된 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)는 사전에 설정된 코드에 따라 특정 레벨, 또는 특정 주파수나 듀티비를 갖는다. 상기 코드는 프로그램화되어 상기 전원접속신호 발생부(121)에 저장될 수 있고, 상기 부하 기기(200)의 정보는 상기 부하(210)의 작동에 필요한 전압 및 전류값을 말한다.

상기 부하정보신호 발생부(222)에서 변환된 특정 레벨, 또는 특정 주파수나 듀티비의 출력 전압 신호(Vo)는 상기 부하 기기(200)의 정보를 포함한다. 즉, 부하 기기(200)의 정보는 사전에 설정된 코드에 따라 일정한 패턴, 다시 말해서, 특정 레벨, 또는 특정 주파수나 듀티비 형태로 저장되는 것이다.

이때에도 역시, 구형파 형태로 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 한 주기는 상기 부하 기기(200) 내에 필연적으로 존재하는 커패시터, 인덕터 등에 의해 신호가 왜곡되거나 평활되지 않도록 수십 ms 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 스위칭 소자(S)는 일정 시간(T1,T2) 동안 상기 출력 제어부(120)에서 출력된 오프(OFF) 신호에 따라 상기 전원회로(110)의 출력 전원을 차단한다.

상기 부하정보신호 발생부(222)에서 변환된 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)는 전력선(PL)을 통해 상기 부하정보 검출부(122)로 전달되고, 상기 부하정보 검출부(122)는 입력된 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)가 사전에 약속된 특정 주파수 또는 듀티비, 또는 직류 형태의 특정 레벨에 따라 상기 부하(210) 작동에 필요한 전압 및 전류값을 검출한다.

상기 부하정보 검출부(122)는 검출된 전압 및 전류값에 대응하는 제어 신호(Vc)를 상기 전원회로(110)로 출력하고, 상기 전원회로(110)는 제어 신호(Vc)에 따라 상기 부하(210)에 맞는 전원을 출력한다. 이때, 상기 스위칭 소자(S)는 상기 출력 제어부(120)로부터 온(ON) 신호를 입력받아 상기 전원회로(110)와 부하(210)를 연결한다.

한편, 상기 전원접속신호 발생부(121) 또는 부하정보신호 발생부(222)에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)가 상기 부하(210)에 전달되지 않도록, 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 레벨은 상기 부하(210) 내에 구비된 스위칭 소자(도면 미도시)에 의해 차단되는 범위내에서 한정되는 것이 바람직하다. 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 레벨이 상기 설정된 범위를 벗어나면 부하(210)내에 구비된, 예를 들어 대용량의 커패시터 특성을 갖는 배터리에 의해 신호가 평활되어 신호 전달에 에러가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 부하(210) 내에 구비된 스위칭 소자(미도시)는 특정 크기 이상이 입력되는 경우 오프(OFF)되는 특성을 갖고, 이는 상용의 다양한 회로에 의해 구현될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이제, 전술한 본 발명에 따른 전원 공급 시스템 구현을 위한 구체적인 실시예를 살펴보기로 한다. 이하에서 설명하는 실시예는 전술한 상기 전원 기기(100) 내의 전원접속신호 발생부(121)와 부하정보 검출부(122), 그리고 상기 부하 기기(200) 내의 전원접속 인식부(221)와 부하정보신호 발생부(222)를 각각의 전용 컨트롤러를 이용하여 구현한 실시예이다.

도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 시스템의 구현 회로도이다. 도 4의 MCU(130)는 전술한 도 2의 전원접속신호 발생부(121)와 부하정보 검출부(122), 그리고 도 4의 부하IC(240)는 전술한 도 2의 전원접속 인식부(221)와 부하정보신호 발생부(222)의 기능을 내장한 형태가 될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전원 공급 시스템의 구현 실시예는 전원회로(110), 제1 스위칭 소자(S1), MCU(130)로 구성된 전원 기기(100), 그리고 부하(210), 제2 스위칭 소자(S2), 부하IC(240)로 구성된 부하 기기(200)를 포함할 수 있다.

이에 더하여, 상기 부하 기기(200)는 라인(L3)과 접지선(GND) 사이에 연결된 저항(R3)을 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 상기 전원 기기(100)는 상기 전원회로(110)와 전원 기기(100)의 출력 단자(101) 사이에 연결되어 상기 MCU(130)의 신호에 따라 상기 전원회로(110)의 출력 전원을 제어하는 제3 스위칭 소자(S3)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 MCU(130)는 전력선(PL)과 연결된 라인(L1)을 통해 출력 전압을 송출하는 제1 단자(131)와, 제1 스위칭 소자(S1)의 온/오프 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제2 단자(132), 전력선(PL)과 연결된 라인(L2)를 통해 출력 전압 신호(Vo)를 센싱하는 제3 단자(133)를 포함할 수 있다.

이에 더하여, 상기 MCU(130)는 상기 전원회로(110)로 제어 신호(Vc)를 출력하는 제4 단자(134)와, 상기 제3 스위칭 소자(S3)로 온/오프 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제5 단자(135)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 부하IC(240)는 전력선(PL)과 연결된 라인(L3)를 통해 출력 전압 신호(Vo)를 센싱하는 제1 단자(241)와, 제2 스위칭 소자(S2)의 온/오프 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제2 단자(242)를 포함한다.

상기 제1 스위칭 소자(S1)는 라인(L1)과 접지선(GND) 사이에 연결되고, 제2 단자(132)로부터 출력되는 상기 MCU(130)의 온/오프 신호에 따라, 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압의 파형을 변환한다.

그리고, 상기 제2 스위칭 소자(S2)는 라인(L3)과 접지선(GND) 사이에 연결되고, 제2 단자(242)로부터 출력되는 상기 부하IC(240)의 온/오프 신호에 따라, 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압의 파형을 변환한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전원 공급 시스템의 구현 실시예의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.

초기 동작시 상기 MCU(130)는 상기 전원회로(110)의 출력 전원이 상기 부하(210)로 전달되는 것이 차단하기 위해 제5 단자(135)를 통해 상기 제2 스위칭 소자(S2)로 오프 신호를 출력한다.

상기 부하 기기(200)가 전원 기기(100)에 접속되면, 상기 MCU(130)의 제1 단자(131)를 통해 송출된 출력 전압은, 상기 MCU(130)의 제1 단자(131)와 전원 기기(100)의 출력 단자(101) 사이에 직렬 연결된 저항(R1,R2), 그리고 상기 부하 기기(200) 내에 구비된 저항(R3)에 의해 일정 레벨 이하로 강하된다. 상기 MCU(130)는 전력선(PL)과 연결된 라인(L2)를 통해 일정 레벨 이하로 강하된 출력 전압을 센싱하여 상기 부하 기기(200)의 접속을 인식한다.

상기 MCU(130)는, 상기 부하 기기(200)의 접속을 인식하면 일정 시간(T1) 동안 사전에 설정된 코드에 따라 제2 단자(132)를 통해 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력한다. 이에 따라, 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압은 제1 스위칭 소자(S1)의 온/오프 동작에 의해 일정 패턴으로 소모되고, 출력 단자(101)에서 나타나는 출력 전압 신호(Vo)는 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환된다.

이와 같이 변환된 출력 전압 신호(Vo)는 전력선(PL)을 통해 전원 기기(100)의 출력 단자(101)에서 부하 기기(200)의 입력 단자(210)로 전달된다. 그러면, 상기 부하IC(240)는 제1 단자(241)과 연결된 라인(L3)를 통해 이를 센싱하여, 입력된 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)가 사전에 약속된 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는지 확인하여 상기 전원 기기(100)의 접속을 인식한다.

상기 부하IC(240)에서 상기 전원 기기(100)의 접속을 인식하면, 상기 부하IC(240)는, 예를 들어, 도 5와 같이, 일정 시간(T2) 동안 사전에 설정된 코드에 따라 제2 단자(242)를 통해 상기 제2 스위칭 소자(S2)로 전류의 흐름을 조절한 수 있는 범위(즉 스위칭 소자의 선형 영역)의 신호를 를 출력한다. 이에 따라, 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압은 제2 스위칭 소자(S2)의 동작에 의해 일정하게 소모되고, 출력 단자(101)에서 나타나는 출력 전압 신호(Vo)는 특정 레벨의 직류 형태로 변환된다.

다른 방식으로, 도 6과 같이, 상기 부하IC(240)가 일정 시간(T2) 동안 특정 주파수의 온/오프 신호를 제2 스위칭 소자(S2)로 출력하면, 출력 단자(101)에서 나타나는 출력 전압 신호(Vo)는 특정 주파수를 갖는 구형파 형태로 변환된다.

또 다른 방식으로, 도 7과 같이, 상기 부하IC(240)가 일정 시간(T2) 동안 특정 듀티비에 따라 온/오프 신호를 제2 스위칭 소자(S2)로 출력하면, 출력 단자(101)에서 나타나는 출력 전압 신호(Vo)는 특정 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환된다.

이와 같이 변환된 출력 전압 신호(Vo)는 전력과(PL)과 연결된 라인(L2)를 통해 센싱되고, 상기 MCU(130)는 센싱된 출력 전압 신호(Vo)의 특정 레벨, 또는 특정 주파수 또는 듀티비에 대등하는 상기 부하(210)의 정보, 즉, 상기 부하(210) 작동에 필요한 전압 및 전류값을 검출한다.

상기 전원회로(110)는 상기 MCU(130)로부터 입력된 제어 신호(Vc)에 따라 현재 접속된 부하 기기(200)에 적합한 전압 및 전류를 갖는 전원을 전력선(PL)을 통해 출력한다. 이때, 상기 MCU(130)는 제5 단자(135)를 통해 상기 제3 스위칭 소자(S3)로 온(ON) 신호를 출력하여 상기 전원회로(110)와 부하(210)를 연결한다.

상기 MCU(130)는 도 5 내지 도7의 부하정보신호의 형태에 따라 이하와 같이 구체적인 로직으로 구현될 수 있다.

도 8은 특정 레벨을 갖는 직류 형태의 출력 전압 신호(Vo)에서 구현되는 전원 공급 시스템의 상세 회로도로써, 이때, 도 4의 MCU(130)는 도 8의 비교기(140)와 펄스 생성기(150), 그리고 OP앰프(160)로 구현될 수 있다.

상기 비교기(140)는, 라인(L2)과 연결된 반전 단자를 통해 입력되는 출력 전압과 비반전 단자를 통해 입력되는 기준 신호(Vref)를 비교하여 상기 부하 기기(200)의 접속을 인식한다.

상기 펄스 생성기(150)는 상기 비교기(140)의 출력 신호에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력하여 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압을 일정 패턴으로 소모하여 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환한다.

상기 OP앰프(160)는 상기 전원회로(110)의 입력 조건에 맞도록 출력 전압 신호(Vo)를 스케일링(scaling)하는 기능을 한다. 예를 들어, 상기 전원회로(110)의 입력 전압 범위가 0-3V이고, 출력 전압 신호(Vo)의 전압 범위가 0-5V라고 가정하면, 상기 전원회로(110)로 5V의 전압이 입력되는 경우 상기 전원회로(110)는 파손될 우려가 있다. 또한, 3V의 전압이 입력되더라도 상기 전원회로(110)는 이를 최대 입력 범위로 인식하게 되지만, 실제로 3V의 전압은 최대 입력 범위가 아닌 중간 정도의 전압 레벨에 해당되므로 부하 기기(200)의 정보가 잘못 전달될 수 있다. 따라서, 상기 OP앰프(160)는 0-5V 범위의 출력 전압 신호(Vo)를 상기 전원회로(110)의 입력 전압 범위인 0-3V로 비례적으로 조절한다. 상기 예에서 출력 전압 신호(Vo)의 전압을 낮게 스케일링하였으나, 반대로 크게 스케일링할 수도 있다.

그리고, 상기 OP앰프(160)는 출력 전압 신호(Vo)를 증폭하는 기능을 한다. 예를 들어, 어떠한 회로적 문제 또는 예기치 못한 이유로 출력 전압 신호(Vo)의 전압 레벨은 일정하지만 전류가 매우 낮아지는 경우, 상기 전원회로(110)의 입력 임피던스가 작으면 신호가 제대로 전달되지 못하고 감쇠될 수 있다. 이러한 경우, 높은 입력 임피던스를 갖는 상기 OP앰프(160)는 약해진 출력 전압 신호(Vo)를 증폭시킬 수 있다.

이와 같은 기능을 가진 상기 OP앰프(160)는 반전 단자로 입력되는 피드백 신호와 비반전 단자로 입력되는 특정 레벨의 출력 전압 신호(Vo)를 통해 상기 부하(210)의 정보를 검출하고 이를 상기 전원회로(110)로 출력한다.

상기 전원회로(110)는 상기 OP앰프(160)로부터 입력된 제어 신호(Vc)에 따라 특정 레벨의 출력 전압 신호(Vo)에 대응하는 전원, 즉 부하 기기(200)에 맞는 전압과 전류를 갖는 전원을 상기 부하(210)로 출력한다.

도 9는 특정 주파수를 갖는 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)에서 구현되는 전원 공급 시스템의 상세 회로도로써, 이때, 상기 MCU(130)는 비교기(140), 펄스 생성기(150), 카운터(170), 그리고 DAC(Digital-to-Analog Converter,171)로 구현될 수 있다.

그리고, 상기 카운터(170)는 일정 시간(T2) 동안 라인(L2)를 통해 센싱되는 출력 전압 신호(Vo)에 포함된 펄스(pulse)의 개수를 카운팅하고 이를 상기 DAC(171)로 출력한다. 여기서, 펄스 개수는 일정 시간(T2) 내에 포함된 출력 전압 신호(Vo)의 온 타임(ON-TIME) 개수로, 이는 주파수에 따라 다른 값을 갖는다.

상기 DAC(171)는 상기 카운터(170)의 출력 신호를 상기 전원회로(110)가 인식할 수 있는 연속 신호로 변환하여 상기 전원회로(110)로 출력하고, 상기 전원회로(110)는 상기 카운터(170)의 제어 신호(Vc)에 따라 특정 레벨의 출력 전압 신호(Vo)에 대응하는 전원을 상기 부하(210)로 출력한다.

도 10은 특정 듀티비를 갖는 구형파 형태의 출력 전압 신호(Vo)에서 구현되는 전원 공급 시스템의 상세 회로도로써, 이때, 상기 MCU(130)는 비교기(140), 펄스 생성기(150), 타이머(180), 그리고 DAC(181)로 구현될 수 있다.

그리고, 상기 타이머(180)는 일정 시간(T2) 동안 라인(L2)를 통해 센싱되는 출력 전압 신호(Vo)의 듀티비를 측정하여 이를 상기 DAC(171)로 출력한다. 상기 타이머(180)는 라이징 에지(Rising edge)가 발생하면 동작을 시작하고 폴링 에지(Falling edge)가 발생하면 동작을 정지하여 출력 전압 신호(Vo)의 듀티비를 측정할 수 있다.

상기 DAC(171)는 상기 타이머(180)의 출력 신호를 상기 전원회로(110)가 인식할 수 있는 연속 신호로 변환하여 상기 전원회로(110)로 출력하고, 상기 전원회로(110)는 상기 타이머(180)의 제어 신호(Vc)에 따라 특정 레벨의 출력 전압 신호(Vo)에 대응하는 전원을 상기 부하(210)로 출력한다.

도 11은 본 발명에 따른 전원 공급 방법의 순서도로써, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 전원 공급 방법에 대해 살펴보기로 한다.

이하에서 상술하는 본 발명에 따른 전원 공급 방법은 전술한 도 2의 전원 공급 시스템을 이용하나 이에 한정되는 것은 아니고, 도 2와 동일하게 작동하는 도 4, 그리고 도 8 내지 도 10의 전원 공급 시스템을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전원 공급 방법의 각 단계에서 수행되는 방식은 전술한 본 발명에 따른 전원 공급 시스템에서 이루어지는 방식과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 전원 공급 방법은 먼저, 상기 전원 기기(100)에 부하 기기(200)가 접속되면 상기 전원 기기(100)가 부하 기기(200)의 접속을 인식하는 단계를 수행한다(S10).

상기 전원 기기(100)가 부하 기기(200)의 접속을 인식하면, 상기 스위칭 소자(S)를 오프(OFF)하여 전원회로(110)의 출력 전원이 상기 부하(210)로 전달되지 않도록 한다.

그 다음, 상기 전원접속신호 발생부(121)에서 일정 시간(T1) 동안 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 단계를 수행하고(S20), 변환된 출력 전압 신호(Vo)를 상기 전원접속 인식부(221)로 전달한다.

그 다음, 상기 전원접속 인식부(221)에서 전원 기기(100)의 접속을 인식하는지 판단하는 단계를 수행한다(S30).

이는 일정 시간(T2) 동안 부하정보신호 발생부(222)에 의해 출력 전압 신호(Vo)가 변환되는지 여부로 판단할 수 있다. 일정 시간(T2) 동안 출력 단자(101)에서 센싱되는 출력 전압 신호(Vo)가 도 5 내지 도 7 중 어느 하나의 형태가 아니면, 상기 부하 기기(200)가 완전히 방전되어 상기 전원 기기(100)의 접속을 인식하지 못하는 것으로 판단할 수 있다.

이러한 경우, 상기 전원회로(110)는 상기 부하 기기(200)의 초기 구동에 필요한 최소 전압 레벨의 전원을 특정 시간 동안 출력하고(S70), 다시 일정 시간(T1) 동안 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 단계를 수행한다. 여기서, 최소 전압 레벨은 상기 부하 기기(200)가 손상되지 않고 상기 부하 기기(200) 내에 구비된 배터리(도면 미도시)에 에너지를 충전할 수 있는 전압 레벨을 의미하고, 특정 시간은 초기 구동 전원이 배터리 내에 저장될 수 있는 시간을 의미한다.

이때, 상기 부하 기기(200)로 초기 구동 전원이 전달될 수 있도록, 상기 출력 제어부(120)는 상기 스위칭 소자(S)로 온(ON) 신호를 출력하고, 초기 구동 전원이 충전되면 다시 오프(OFF) 신호를 출력한다.

상기 S30 단계에서 상기 부하 기기(200)가 전원 기기(100)의 접속을 인식하면, 상기 부하정보신호 발생부(222)에서 일정 시간(T2) 동안 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 단계를 수행하고(S40), 변환된 출력 전압 신호(Vo)를 상기 부하정보 검출부(122)로 전달한다.

그 다음, 상기 부하정보신호 발생부(222)에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)를 통해 상기 부하정보 검출부(122)는 부하 기기(200)의 정보를 검출한다(S50). 이때, 일정 시간(T1,T2)이 경과하면 상기 출력 제어부(120)는 상기 스위칭 소자(S)로 온(ON) 신호를 출력하여 상기 전원회로(110)의 출력 전원이 상기 부하(210)로 전달될 수 있도록 한다.

마지막으로, 상기 부하정보신호 발생부(222)에서 부하 기기(200)의 정보를 검출하면, 상기 전원회로(110)는 부하정보신호 발생부(222)로부터 입력받은 제어 신호(Vc)에 따라 상기 부하(210)의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원을 출력한다(S60).

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 부하 기기 110 : 전원회로
120 : 출력 제어부 121 : 전원접속신호 발생부
122 : 부하정보 검출부 130 : MCU
140: 비교기 150 : 펄스 생성기
160 : OP앰프 170 : 카운터
180 : 타이머 171, 181 : DAC
200 : 부하 기기 210 : 부하
220 : 입력 제어부 221 : 전원접속 인식부
222 : 부하정보신호 발생부 230 : 부하인식 임피던스
240 : 부하IC

Claims

부하 기기와, 상기 부하 기기로 전원을 제공하는 전원 기기로 구성된 전원 공급 시스템에 있어서,
상기 전원 기기는 출력 제어부와 상기 부하 기기의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원을 출력하는 전원회로를 포함하고, 상기 부하 기기는 입력 제어부와 상기 전원회로로부터 전원을 입력받는 부하를 포함하되,
상기 출력 제어부는,
상기 부하 기기가 전원 기기의 접속을 인식하도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 전원접속신호 발생부; 및
상기 입력 제어부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 부하 기기의 정보를 검출하는 부하정보 검출부;를 포함하고,
상기 입력 제어부는,
상기 출력 제어부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 전원 기기의 접속을 인식하는 전원접속 인식부; 및
상기 부하 기기의 정보가 포함되도록 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 부하정보신호 발생부;를 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전원접속신호 발생부 또는 부하정보신호 발생부는 변환된 출력 전압 신호(Vo)를 전력선(PL)을 통해 전달하고,
상기 전원접속 인식부 또는 부하정보 검출부는 전력선(PL)을 통해 이를 전달받는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 부하정보 검출부는,
상기 부하의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원이 출력되도록 상기 전원회로로 제어 신호(Vc)를 출력하는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 부하 기기의 정보는,
상기 부하 작동에 필요한 전압 및 전류값을 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전원접속신호 발생부는,
일정 시간(T1) 동안 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 부하정보신호 발생부는,
일정 시간(T2) 동안 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하거나 특정 레벨의 직류 형태로 변환하는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전원 기기는,
상기 전원회로와 상기 전원 기기의 출력 단자 사이에 연결되어 상기 출력 제어부의 신호에 따라 상기 전원회로의 출력 전원을 제어하는 스위칭 소자;
를 더 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 출력 제어부는,
일정 시간(T1,T2) 동안 상기 스위칭 소자로 오프(OFF) 신호를 출력하고, 일정 시간(T1,T2) 경과 후 온(ON) 신호를 출력하는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 부하 기기는,
전력선(PL)과 접지선(GND) 사이에 연결된 부하인식 임피던스;
를 더 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전원접속신호 발생부 또는 부하정보신호 발생부에서 변환된 출력 전압 신호(Vo)가 상기 부하에 전달되지 않도록 상기 부하 내에 구비된 스위칭 소자;
를 더 포함하는,
전원 공급 시스템.
부하 기기와, 상기 부하 기기로 전원을 제공하는 전원 기기로 구성된 전원 공급 시스템에 있어서,
상기 전원 기기는,
상기 부하 기기의 요구 전압 및 전류를 갖는 전원을 출력하는 전원회로;
전력선(PL)과 연결된 라인(L1)을 통해 출력 전압을 송출하는 제1 단자와, 제1 스위칭 소자(S1)의 온/오프 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제2 단자와, 전력선(PL)과 연결된 라인(L2)를 통해 출력 전압 신호(Vo)를 센싱하는 제3 단자를 포함하는 MCU(Micro Controller Unit); 및
라인(L1)과 접지선(GND) 사이에 연결되어 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 제1 스위칭 소자;를 포함하고,
상기 부하 기기는,
상기 전원회로로부터 전원을 입력받는 부하;
전력선(PL)과 연결된 라인(L3)를 통해 출력 전압 신호(Vo)를 센싱하는 제1 단자와, 제2 스위칭 소자(S2)의 온/오프 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제2 단자를 포함하는 부하IC; 및
라인(L3)과 접지선(GND) 사이에 연결되어 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 제2 스위칭 소자;를 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 MCU는,
라인(L2)를 통해 센싱된 출력 전압 신호(Vo)의 파형에 따라 상기 부하 기기의 정보를 검출하고,
상기 부하 기기가 전원 기기의 접속을 인식하도록 상기 제1 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 부하IC는,
라인(L3)를 통해 센싱된 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 통해 상기 전원 기기의 접속을 인식하고,
상기 부하 기기의 정보가 포함되도록 상기 제2 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 MCU는,
상기 전원회로(110)로 제어 신호(Vc)를 출력하는 제4 단자;
를 더 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 MCU는,
일정 시간(T1) 동안 상기 제1 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하여 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 부하IC는,
일정 시간(T2) 동안 상기 제2 스위칭 소자로 온/오프 신호를 출력하여 라인(L1)을 통해 송출되는 출력 전압 신호(Vo)를 특정 주파수 또는 듀티비를 갖는 구형파 형태로 변환하거나, 특정 레벨의 직류 형태로 변환하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 전원 기기는,
상기 전원회로와 상기 전원 기기의 출력 단자 사이에 연결되어 상기 MCU의 신호에 따라 상기 전원회로의 출력 전원을 제어하는 제3 스위칭 소자;
를 더 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 17 항에 있어서,
상기 MCU는,
일정 시간(T1,T2) 동안 상기 제3 스위칭 소자로 오프(OFF) 신호를 출력하고, 일정 시간(T1,T2) 경과 후 온(ON) 신호를 출력하는 제5 단자;
를 더 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 부하 기기는,
라인(L3)과 접지선(GND) 사이에 연결된 저항(R3);
를 더 포함하는,
전원 공급 시스템.
제 19 항에 있어서,
상기 MCU는,
상기 MCU의 제1 단자를 통해 송출된 출력 전압이 상기 저항(R3)에 의해 일정 레벨 이하로 강하되면, 라인(L3)을 통해 이를 센싱하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 MCU는,
라인(L2)과 연결된 반전 단자를 통해 입력되는 출력 전압과 비반전 단자를 통해 입력되는 기준 신호(Vref)를 비교하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는 비교기;
상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력하여 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 펄스 생성기; 및
반전 단자로 입력되는 피드백 신호와 비반전 단자로 입력되는 특정 레벨의 출력 전압 신호(Vo)를 통해 상기 부하의 정보를 검출하는 OP앰프;
로 구현되는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 MCU는,
라인(L2)과 연결된 반전 단자를 통해 입력되는 출력 전압과 비반전 단자를 통해 입력되는 기준 신호(Vref)를 비교하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는 비교기;
상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력하여 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 펄스 생성기;
일정 시간(T2) 동안 라인(L2)를 통해 센싱되는 출력 전압 신호(Vo)에 포함된 펄스(pulse)의 개수를 카운팅하는 카운터; 및
상기 카운터의 출력 신호를 상기 전원회로가 인식할 수 있는 연속 신호로 변환하는 DAC(Digital-to-Analog Converter);
로 구현되는,
전원 공급 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 MCU는,
라인(L2)과 연결된 반전 단자를 통해 입력되는 출력 전압과 비반전 단자를 통해 입력되는 기준 신호(Vref)를 비교하여 상기 부하 기기의 접속을 인식하는 비교기;
상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S1)로 온/오프 신호를 출력하여 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 펄스 생성기;
일정 시간(T2) 동안 라인(L2)를 통해 센싱되는 출력 전압 신호(Vo)의 듀티비를 측정하는 타이머; 및
상기 타이머의 출력 신호를 상기 전원회로가 인식할 수 있는 연속 신호로 변환하는 DAC;
로 구현되는,
전원 공급 시스템.
전원회로, 전원접속신호 발생부, 그리고 부하정보 검출부로 구성된 전원 기기와, 부하, 전원접속 인식부, 그리고 부하정보신호 발생부로 구성된 부하 기기로 이루어진 전원 공급 시스템을 이용한 전원 공급 방법에 있어서,
(a)상기 전원 기기에 부하 기기가 접속되면 상기 전원 기기가 부하 기기의 접속을 인식하는 단계;
(b)상기 전원접속신호 발생부에서 일정 시간(T1) 동안 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 단계;
(c)상기 전원접속 인식부에서 전원 기기의 접속을 인식하는지 판단하는 단계;
(d)상기 부하정보신호 발생부에서 일정 시간(T2) 동안 출력 전압 신호(Vo)의 파형을 변환하는 단계;
(e)변환된 출력 전압 신호(Vo)를 통해 상기 부하정보 검출부에서 부하 기기의 정보를 검출하는 단계; 및
(f)제어 신호(Vc)에 따라 상기 전원회로에서 상기 부하에 맞는 전원을 출력하는 단계;
를 포함하는,
전원 공급 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 (a)단계에서 상기 전원 기기가 부하 기기의 접속을 인식하면 상기 전원회로와 부하 사이에 연결된 스위칭 소자를 오프(OFF)하고, 일정 시간(T1,T2) 경과 후 온(ON)하는,
전원 공급 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 (c)단계에서,
상기 전원접속 인식부에서 전원 기기의 접속을 인식하지 못한 것으로 판단되면, 상기 전원회로에서 상기 부하 기기의 초기 구동 전원을 출력하고 상기 (b)단계로 분기하는,
전원 공급 방법.
제 26 항에 있어서,
초기 구동 전원 출력 전 상기 전원회로와 부하 사이에 연결된 스위칭 소자를 온(ON)하고, 초기 구동 전원 출력 후 오프(OFF)하는,
전원 공급 방법.